Brevet FR2838869A1 — publié le 20031024

MANDATAIRE: Cabinet LAURENT&C GENERATEUR ELECTROCHIMIQUE A SURFACE DE REVOLUTION L'invention concerne le domaine des generateurs electriques, et plus particulierement celui des generateurs electrochimiques secondaires, plus connus sous le nom de bakeries rechargeables. Dans certains domaines, tels que ['automobile, I'alimentation electrique de certains appareils est au moins en partie assuree par des o batteries rechargeables constituees d'elements electrochimiques dont le nombre et le mode d'assemblage vent fonction des caracteristiques electriques requises. L'espace reserve a la batterie au sein d'une installation ou d'un vehicule et les caracteristiques electriques variant d'une configuration a l'autre, il est generalement necessaire de concevoir une architecture de s batterie specifique pour chaque configuration, ce qui contribue, notamment, a augmenter les couts de fabrication et les temps de conception des batteries. Pour tenter de remedier a cet inconvenient, il a ete propose des blocsbakeries de forme parallelepipedique (ou prismatique) dans lesquels les elements vent regroupes, par exemple par trots, pour former des > o dont le nombre varie selon les besoins, ces blocs etant ensuite assembles dans des bo^'tiers de forme cylindrique pour canaliser le flux d'air. Mais, ceKe solution n'est pas satisfaisante dans la mesure ou, d'une part, elle ne permet pas d'optimiser le rapport entre le volume de la batterie et le nombre d'elements requis, et d'autre part, elle ne permet pas une regulation de s temperature suffsamment homogene des differents elements. De plus, le type de ventilation impose par ['architecture batterie se trouve limite en termes de performances et de niveau de bruit. L'invention a done pour but de remedier a tout ou partie des inconvenients precites. o Wile propose a cet eflet un generateur electrochimique comprenant un bo^'tier qui comporte au moins une ouverture d'alimentation en air et une ouverture d'evacuation d'air, et loge dans une partie centrale des moyens de 2 2838869 ventilation et, a la peripherie de la partie centrale, des elements electrochimiques second a ires (par exemp le des accum ulate u rs nickel / metal- hydrure (Ni/MH)), agences de maniere a delivrer des caracteristiques electriques choisies. De la sorte, on obtient une batterie compacte dont le rapport volume occupe / nombre d'elements requis peut etre optimise en fonction des besoins et dont la regulation thermique des elements peut etre controlee efficacement par le flux d'air genere par les moyens de ventilation axiaux entre les ouvertures d'alimentation et d'bvacuation. Selon une autre caracteristique de ['invention, le bo^'tier presente une surface de revolution autour d'un axe de revolution, et les moyens de ventilation vent loges dans la partie centrale du bo^tier, sensiblement suivant l'axe de revolution (X), ou au voisinage de celui-ci. On entend ici par >, la surface definie par les parois du bo^'tier autour de l'axe X. Preferentiellement, le bo^'tier presente une forme sensiblement cylindrique circulaire. Egalement de preference, les elements presentent une forme sensiblement cylindrique circulaire. Selon une autre caracteristique de ['invention, le bo^'tier peut comporter plusieurs (au moins deux) compartiments en partie annulaire, de o preference amovibles, delimites par des parois dont l'une au moins comprend des ouvertures permettant l'acces du flux dans la partie centrale, et dans lesquels vent places les elements. Selon les besoins, les elements d'un compartiment peuvent etre couples en serie aux elements du compartiment voisin, ou l'on peut definir des branches d'au moins trots compartiments : montes en eerie, lesdites branches pouvant etre montees en serie ou en parallele. Afin de faciliter ['assemblage de la batterie, le bo^'tier comprend de preference deux coques propres a etre assemblees pour loger et proteger les elements et moyens de ventilation, et comprenant respectivement les ouvertures d'alimentation et d'evacuation. Par ailleurs, les moyens de ventilation vent preferentiellement choisis dans un groupe comprenant les turbines et les ventilateurs axieux. Le generateur selon ['invention est tout particulierement adapte, bien 3 2838869 que de fa,con non exclusive, aux vehicules automobiles, et notamment a ['emplacement anciennement occupe par la roue de secours. D'autres caracteristiques et avantages de ['invention appara^tront a l'examen de la description detaillee ci-apres, et des dessins annexes, sur lesquels: - la figure 1 illustre un generateur electrochimique selon ['invention, - la figure 2 est une vue en coupe selon l'axe 11-ll de la figure 1, - la fgure 3 est une vue en perspective eclatee du generateur de la figure 1. Les dessins annexes sont, pour l'essentiel, de caractere certain. En consequence, ils pourront non seulement servir a completer ['invention, mais aussi contribuer a sa definition, le cas echeant. Le generateur electrochimique secondaire, ou batterie rechargeable, illustre sur les figures 1 a 3 comprend tout d'abord un bottler 1 dont les parois definissent, de preference, sensiblement une surface de revolution autour d'un axe de revolution X. Plus precisement, dans cet exemple de realisation le bo^tier 1 presente une forme sensiblement cylind rique circulaire, led it axe de revolution X etant l'axe du cylindre. Le bo^'tier 1 est ici realise sous la forme de deux receptacles complementaires ou coques 2 et 3. o La coque > 2 comprend au moins une ouverture d'alimentation en air 4, de preference realisee dans une region peripherique. De meme, la coque > 3 comprend au moins une ouverture d'evacuation d'air 5, de preference realisee dans une region peripherique. Les mots > et > vent ici utilises pour faciliter la z description de la batterie. Ils ne font que qualifier les positions respectives des coques 2 et 3 sur les figures, et non leurs positions une fois implantees dans une installation ou dans un vehicule automobile, par exemple. Le bo^'tier 1 comprend une partie centrale 6 dans laquelle vent installes, sensiblement suivant l'axe X ou au voisinage de celui-ci, des o moyens de ventilation 7 destines a reguler, par un flux d'air, I'aerothermie d'elements electrochimiques 8 decrits ci-apres. De preference, ces moyens de ventilation 7 vent realises sous la forme d'une turbine. Bien entendu, a la 4 2838869 place d'une turbine, on pourrait utiliser un ventilateur de type axial, I'axe de rotation du ventilateur etant alors sensiblement confondu avec l'axe X du cylindre. Autour de cette partie centrale 6, et par consequent autour de la turbine 7, se trouvent installes des elements electrochimiques secondaires 8, ou accumulateurs, par exemple de type nickel / metal-hydrure (Ni/MH), nickel / cadmium (Ni/Cd), lithium / ion (Li/lon), ou analogue. Dans l'exemple illustre sur les figures 2 et 3, ces elements 8 presentent une forme cylindrique circulaire et vent implantes dans des compartiments 9 (ou panders), configures o en fraction d'anneau (ou de forme partiellement annulaire), et entourant la partie centrale 6. Ces panders 9 vent delimites par des parois laterales dont l'une au moins (celle (10) qui se trouve placee en regard de la partie centrale 6) comporte des ouvertures 11 permettant le passage du flux d'air de l'interieur du pander 9 vers la partie centrale 6 ou se trouve implantee la turbine 7. La partie arriere du pander et/ou l'une au moins des parties superieure et inferieure peuvent egalement comporter des ouvertures pour faciliter le passage d'air. Bien entendu, on pourrait egalement prevoir des ouvertures 11 dans les parois laterales des panders 9 afin de permettre le passage du flux d'air o d'un pander 9 a l'autre. La forme cylindrique circulaire des elements 8 est ici preferee dans la mesure ou elle permet d'optimiser ['occupation de l'espace disponible dans les panders 9. Dans l'exemple illustre, particulierement bien adapte a l'espace qui etait auparavant reserve a la roue de secours, le bo^'tier 1 loge six panders 9 dans chacun desquels vent installes douze elements 8. Les connexions entre les elements 8 d'un meme pander 9 et entre elements de panders voisins dependent des caracteristiques electriques requises. Par exemple, comme illustre sur la figure 3, les elements 8 d'un pander 9 peuvent etre montes en serie a ['aide de barrettes conductrices 12 reliant le pole positif de l'un au pole negatif de l'autre, et les panders 9 peuvent etre montes en serie egalement a ['aide de barrettes conductrices 13 reliant le pole positif (ou negatif) du dernier element 8 d'un pander 9 au pole negatif (ou positif) du premier element 8 du 2838869 pander 9 voisin. Dans cet exemple, les panders 9, montes en eerie, definissent une branche pouvant delivrer a ses bornes de raccordement 14 et 15 une tension d'environ 42 V (/olts), par exemple. De nombreuses autres configurations peuvent etre envisagees. Par exemple, toujours avec six panders 9, on peut constituer deux branches paralleles de trots panders montes en serie (et dont les elements 8 vent egalement montes en eerie), de maniere a delivrer une puissance electrique plus importante, typiquement de l'ordre de 22 kW (kilowatts). On peut egalement constituer des panders 9 dans lesquels les elements 8 sont, par o exemple, regroupes par padre, les poles positifs (ou negatifs) des elements de chaque padre etant couples par une barrette conductrice 12 et les poles negatifs (ou positifs) des ces elements etant chacun couple au pole negatif (ou positifl d'un element d'une autre padre par une barrette conductrice 12. On peut egalement monter plusieurs formats d'elements pour couvrir toute une gamme de puissances Bien entendu, le nombre de panders 9, le nombre d'elements 8 dans chaque pander, les dimensions des elements et les dimensions du bo^'tier 1 vent fonction des caracteristiques electriques requises et du volume disponible. Ainsi, au lieu de plusieurs panders, on pourrait n'en prevoir qu'un zo seul, voire meme aucun. Le bo^'tier 1 loge egalement un module de controle 16, de preference de forme sensiblement circulaire ou (tron)conique de maniere a obstruer la partie superieure de la partie centrale 6 du bo^tier et contraindre le flux d'air a se diriger au travers des elements 8 (dans les panders 9) pour les refroidir, puis vers le systeme de ventilation pour etre expulse hors de la batterie. Ce module 16 est destine a gerer le fonctionnement de la batterie. Plus precisement, il gere de preference les temperatures batterie, les autorisations de delivrer de la puissance electrique, la recharge de la batterie, ainsi qu'egalement la puissance de ia turbine 7, laquelle permet de contrOler I'aerothermie dans le bo^'tier 1. L' assembl age de la batterie p reced em m ent decrite est particulierement simple. On procede tout d'abord au raccordement des elements 8 de chaque pander 9 a ['aide de barrettes conductrices 12, pour 6 2838869 constituer des groupes d'elements (comportant, par exemple, douze elements), puis on place chaque groupe d'element 8 dans un pander 9. On loge ensuite les panders 9 dans la coque inferieure 3 a la peripherie de la partie centrale 6, apres avoir installe la turbine 7 dans ladite partie centrale 6. Puis, on raccorde les elements 8 soit aux elements des panders 9 voisins, a ['aide de barrettes conductrices 13, soit aux bornes de connexion 14 et 15 de la batterie, et l'on positionne le module de contrBle 16 au dessus de la partie centrale 6. II ne reste plus alors qu'a placer la coque superieure 2 au dessus de la coque inferieure 3, puis a les solidariser l'une a l'autre, par exemple a I'aide de moyens de fixation de type boulonlecrou ou anneau de serrage, ou encore de moyens a cooperation de formes ou de clips. Une fois la batterie assemblee, I'air exterieur est aspire par la turbine 7, par l'ouverture d'alimentation 4 (comme illustre par les fleches F1 de la figure 3), circule dans les differents panders 9, en balayant de facon s sensiblement homogene les differents elements 8, et debouche dans la partie centrale 6 par les ouvertures 11 (comme illustre par les fleches F2 de la figure 2), puis est finalement expulse du bo^'tier 1 par la turbine 7, par l'ouverture d'evacuation 5 de la coque inferieure 3 (comme illustre par les fleches F3 de la figure 3). o Afin de permettre une bonne repartition du flux d'air dans les differents panders 9, la coque superieure 2 eVou le module de controle 16 peuvent comporter des nervures profilees de guidage. En raison de sa forme cylindrique circulaire, la batterie qui vient d'etre decrite est particulierement bien adaptee aux vehicules automobiles, et notamment aux espaces anciennement occupes par les roues de secours. Bien entendu, d'autres formes, notamment de revolution, peuvent etre envisagees, comme par exemple des cBnes. Cette forme de revolution assure a la batterie une adaptabilite a de nombreuses configurations, tent en matibre de positionnement des ouvertures d'alimentation et d'evacuation d'air qu'en matiere d'interface de connexion. L'invention offre done une batterie dont ['architecture originale permet une grande adaptabilite, tent en matiere de caracteristiques electriques que d'encombrement, et de surcro^t permet un contrBle precis de l'aerothermie a 7 2838869 I'interieur du bo^'tier et done une regulation efficace et homogene de la temperature des elements electrochimiques. L'invention ne se iimite pas aux modes de realisation decrits ci-avant, seulement a titre d'exemple, mais elle englobe toutes les variantes que pourra envisager 1'homme de 1'art dans le cadre des revendications ci-apres. Ainsi, on a decrit un bo^'tier comportant une ouverture d'alimentation et une ouverture d'evacuation. Mais, on peut envisager que le bo^'tier comporte plusieurs ouvertures d'alimentation et/ou plusieurs ouvertures d'evacuation. Par ailleurs, on a decrit, en reference aux figures, un bo^'tier en forme de cylindre de revolution (cylindre circulaire). Mais, le bo^'tier peut presenter toute autre forme des lors qu'elle permet de definir une partie centrale, dans laquelle vent implantes les moyens de ventilation, et une partie peripherique, entourant la partie centrale et dans laquelle vent implantes les elements de s batterie. Par consequent, les parois du bo^tier pourront presenter une ou plusieurs excroissances, par exemple radiales, pour loger des composants additionnels eVou d'autres elements de batterie. En outre, on a decrit, en reference aux figures, des elements en forme de cylindre de revolution (cylindre circulaire). Mais, les elements zo peuvent presenter toute autre forme des lors que cette forme permet sensiblement d'optimiser l'espace disponible dans le bo^tier a la peripherie des moyens de ventilation. De par leur mode d'assemblage, les elements peuvent aisement etre remplaces par des elements d'une autre hauteur ou meme d'un autre format. z On peut ainsi obtenir des batteries de puissances differentes. Par ailleurs, on a decrit un generateur delivrant une unique puissance. Mais, le generateur pourrait integrer au moins deux groupes d'elements independents delivrant en parallele des puissances identiques ou differentes. Par exemple, le bo^'tier pourrait comporter, a la peripherie des o moyens de ventilation, 3 panders, par exemple, montes en serie de maniere a delivrer une premiere puissance sous une premiere tension, et trots autres panders, par exemple, egalement montes en serie de maniere a delivrer une seconde puissance (identique a, ou differente de, la premiere) sous une 8 2838869 seconds tension (identique a, ou differente de, la premiere). 9 2838869 REVENDICATIONS 1. Generateur electrochimique, comprenant un bo^tier (1) logeant des elements electrochimiques secondaires (8), agences de maniere a delivrer des caracteristiques blectriques choisies, et des moyens de ventilation (7) propres a delivrer un flux d'air dans ledit bo^tier (1), caracterise en ce que ledit bo^'tier (1) comporte au moins une ouverture d'alimentation en air (4) et une ouverture d 'evacuation d'air (5), en ce que lesd its moyens de ventilation (7) o vent loges dans une partie centrale (6) audit bo^'tier (1), et en ce que lesdits elements (8) vent loges dans ledit bo^'tier (1) autour desdits moyens de ventilation (7) de maniere a etre balayes par le flux d'air qu'ils generent entre lesdites ouvertures d'alimentation (4) et d'evacuation (5). 2. Generateur selon la revendication 1, caracterise en ce que ledit s bo^'tier (1) presente une surface de revolution autour d'un axe de revolution (X), et en ce que lesdits moyens de ventilation (7) vent loges dans ladite partie centrale du bo^'tier (1), sensiblement suivant ledit axe de revolution (X) . 3. Generateur selon la revendication 2, caracterise en ce que ledit bo^'tier (1) est de forme sensiblement cylindrique circulaire. o 4. Generateur selon l'une des revendications 1 a 3, caracterise en ce que lesdits elements (8) vent de forme sensiblement cylindrique circulaire. 5. Generateur selon l'une des revendications 1 a 4, caracterise en ce que ledit bo^'tier (1) comporte au moins deux compartiments (9) en partie annulaire delimites par des parois dont l'une au moins comprend des ouvertures (11) permettant l'acces du flux d'air dans ladite partie centrale (6), et dans lesquels vent places lesdits elements (8). 6. Generateur selon la revendication 5, caracterise en ce que les elements (8) d'un compartiment (9) vent couples en serie aux elements (8) du compartiment voisin. o 7. Generateur selon la revendication 5, caracterise en ce qu'il comprend au moins trots compartiments (9) montes en serie et definissant une branche. 8. Generateur selon la revendication 7, caracterise en ce qu'il 2838869 comprend au moins deux branches montees en parallele, chaque branche etant constituee d'au moins un compartiment d'elements. 9. Generateur selon la revendication 8, caracterise en ce que lesdites branches vent independantes entre elles. 10. Generateur selon l'une des revendications 1 a 9, caracterise en ce que lesdits elements (8) vent des accumulateurs choisis dans un groupe comprenant au moins les accumulateurs nickel / metal-hydrure, les accumulateurs nickel I cadmium (Ni/Cd) et les accumulateurs lithium I ion (Lillon). 11. Generateur selon l'une des revendications 1 a 10, caracterise en ce que ledit bo^'tier (1) comprend une premiere (2) et une seconde (3) coques propres a etre assemblees pour loger lesdits elements (8) et moyens de ventilation (7), lesdites premiere (2) et seconde (3) coques comprenant respectivement lesdites ouvertures d'alimentation (4) et d'evacuation (5). 12. Generateur selon l'une des revendications 1 a 11, caracterise en ce que lesdits moyens de ventilation (7) vent choisis dans un groupe comprenant au moins les turbines et les ventilateurs axiaux. 13. Utilisation du generateur selon l'une des revendications precedentes dans le domaine des vehicules automobiles. o 14. Utilisation selon la revendication 13, dans un emplacement du