Brevet FR2977730A1 — publié le 20130111

DESCRIPTION La présente invention concerne un système modulaire pour une batterie, en particulier pour une batterie de traction d'un véhicule automobile. La présente invention concerne en outre une batterie construite selon ce système modulaire. Les batteries sont des accumulateurs d'énergie électriques qui sont utilisés dans diverses applications et dans de nombreux domaines techniques. Les demandes et les exigences imposées aux batteries augmentent constamment, notamment du fait de leur utilisation dans des véhicules hybrides et électriques. Pour l'accumulation d'énergie électrique ou pour l'alimentation d'un consommateur en électricité, une batterie présente habituellement plusieurs cellules de batterie, qui présentent en général la même taille et la même forme et qui peuvent être disposées à l'intérieur d'un module de batterie. Plusieurs modules de batterie de ce type, disposés à l'intérieur d'un boîtier de batterie, constituent donc les constituants essentiels de la batterie. Les cellules de batterie peuvent en l'occurrence être montées en parallèle ou en série, la batterie étant au besoin complétée par des circuits de commande électroniques. Pour des raisons statiques et de technique de sécurité, en particulier dans le cas de batteries pour véhicules automobiles, les modules de batterie individuels d'une batterie remplissent le boîtier de batterie de préférence complètement. Par ailleurs, il existe de nombreuses exigences ou concepts pour la réalisation d'une telle batterie. Dans ce cas, on mentionnera notamment le nombre des cellules de batterie d'un module de batterie qui est au besoin adapté à un montage en série ou en parallèle des cellules de batterie individuelles. Ainsi, par exemple, dans le cas d'un montage en parallèle des cellules de batterie d'un module de batterie, un nombre pair de cellules de batterie est plus approprié qu'un nombre impair de cellules de batterie. D'autre part, une augmentation du nombre des cellules de batterie d'une autre cellule de batterie, c'est-à-dire dans l'ensemble un nombre impair de cellules de batterie, donne lieu à une plus grande puissance de la batterie, nécessaire dans certaines exigences. Ceci entraîne notamment qu'il existe des modules de batterie de tailles différentes. La taille différente des modules de batterie implique en outre une taille adaptée du boîtier de batterie. Dans ce cas, il convient de veiller à ce que les modules de batterie, notamment pour les -2- raisons techniques de sécurité déjà mentionnées, soient disposés de préférence en remplissant l'espace à l'intérieur du boîtier de batterie. Les différentes tailles des modules de batterie conduisent donc à des boîtiers de batterie de tailles différentes en conséquence. Des boîtiers de batterie de tailles différentes sont toutefois peu rentables en raison d'une part des coûts de production élevés et d'autre part de l'adaptation correspondante à leur environnement, notamment lors de l'utilisation dans des véhicules. La présente invention concerne le problème consistant à indiquer pour une batterie du type mentionné en introduction, une forme de réalisation améliorée ou du moins différente qui se caractérise notamment par une meilleure rentabilité et une sécurité accrue. Ce problème est résolu par un système modulaire selon l'invention. Des formes de réalisation avantageuses seront décrites ci-après. La présente invention repose sur l'idée générale de fournir un système modulaire pour la construction d'une batterie, en particulier d'une batterie de traction, avec lequel dans un boîtier de batterie ayant toujours la même taille, différents modules de batterie puissent être disposés en remplissant l'espace, un espace non rempli par les modules de batterie étant fermé par au moins un élément de compensation. Ceci conduit notamment à une meilleure rentabilité, car il ne faut fabriquer que des boîtiers de batterie ayant une taille unique. En même temps, grâce à la standardisation des boîtiers de batterie, il n'est plus nécessaire d'effectuer une adaptation, en particulier de logements dans des véhicules automobiles. Le système modulaire selon l'invention pour une telle batterie comprend un boîtier de batterie, un premier module de batterie pouvant être disposé dans le boîtier de batterie avec un nombre n de cellules de batterie ainsi qu'un module de batterie supplémentaire avec un nombre supérieur n+x ou un nombre inférieur n-x de cellules de batterie et au moins un élément de compensation. Le premier module de batterie avec n cellules de batterie est donc en particulier plus petit qu'un module de batterie supplémentaire ayant un nombre supérieur de cellules de batterie n+x, tandis que le premier module de batterie est plus grand qu'un module de batterie supplémentaire avec un nombre inférieur n-x de cellules de batterie. En l'occurrence, le premier module de batterie et le deuxième module de batterie présentent notamment différentes tailles et/ou formes. La taille différente des modules de batterie est en l'occurrence imposée par un nombre différent de cellules de batterie réalisées de préférence de manière identique, qui sont disposées -3- à l'intérieur du module de batterie respectif. D'autres causes, par exemple des cellules de batterie réalisées différemment et/ou différents agencements de cellules de batterie à l'intérieur des modules de batterie, peuvent toutefois aussi être envisagées pour les différentes tailles et/ou pour la forme des modules de batterie. La batterie présente donc un boîtier de batterie dans lequel sont disposés, en remplissant l'espace, un premier module de batterie ou plusieurs premiers modules de batterie, c'est-à-dire que l'espace vide offert par le boîtier de batterie pour ces modules de batterie est complètement rempli avec lesdits modules de batterie. En variante, un module de batterie supplémentaire ou plusieurs modules de batterie supplémentaires peuvent être disposés dans un boîtier de batterie de ce type, conjointement avec au moins un élément de compensation de manière à remplir l'espace. Dans ce cas, l'espace vide offert par le boîtier de batterie pour les modules de batterie supplémentaires n'est donc pas complètement rempli par les modules de batterie supplémentaires. Dans ce cas, un agencement remplissant l'espace est réalisé par l'agencement d'au moins un élément de compensation, qui remplit le reste de l'espace vide du boîtier de batterie. Grâce à l'agencement remplissant l'espace, il est garanti notamment une plus grande sécurité, car les espaces vides restants à l'intérieur du boîtier de batterie, notamment lors de l'utilisation dans des véhicules automobiles, avec les applications de forces associées, constituent un risque. Le système modulaire pour la batterie permet notamment aussi de disposer les différents modules de batterie, c'est-à-dire le premier module de batterie ou plusieurs premiers modules de batterie et le module de batterie supplémentaire ou plusieurs modules de batterie supplémentaires, à l'intérieur d'un boîtier de batterie de construction identique. Ainsi, des batteries ayant des premiers modules de batterie ou des modules de batterie supplémentaires présentent la même taille et/ou la même forme, ce qui permet ainsi une configuration unitaire de l'environnement d'une telle batterie. Cette configuration unitaire conduit en outre à l'amélioration de la rentabilité de la production de batteries, à des coûts de production réduits de l'environnement associé, et notamment donc à des coûts de production réduits d'un véhicule automobile. En accord avec l'idée de l'invention, une forme de réalisation comprend au moins un élément de compensation, qui présente la taille d'une cellule de batterie. Ceci est notamment avantageux si toutes les cellules de batterie présentent la même taille. Ainsi, un espace vide restant à l'intérieur -4- du boîtier de batterie présente essentiellement la taille d'une cellule de batterie ou de plusieurs cellules de batterie. Cet espace vide restant est à présent rempli avec ledit élément de compensation/lesdits éléments de compensation, de telle sorte que les modules de batterie supplémentaires soient disposés, conjointement avec l'élément de compensation/les éléments de compensation, de manière à remplir l'espace à l'intérieur du boîtier de batterie. En plus ou en variante, un tel élément de compensation présente la même forme qu'une cellule de batterie, et de préférence la forme et la taille de l'élément de compensation correspondent à la taille et la forme de la cellule de batterie. Ainsi, notamment, la rentabilité est accrue car il ne faut fabriquer qu'un seul type d'éléments de compensation, c'est-à-dire des éléments de compensation avec la même taille et la même forme. On peut toutefois aussi envisager des formes de réalisation dans lesquelles l'élément de compensation a une forme et une taille quelconques, notamment la forme et/ou la taille de plusieurs cellules de batterie disposées les unes contre les autres. Selon une autre forme de réalisation, l'élément de compensation est réalisé de telle sorte qu'il présente un espace creux, notamment un espace creux pouvant être rempli. Cet espace creux peut à présent être rempli au moins en partie en fonction des données ou des besoins. L'espace creux est notamment par exemple rempli avec un gaz, en particulier de l'air. En variante ou en plus, l'espace creux peut être rempli avec un liquide, en particulier de l'eau. Un corps solide peut aussi être disposé à l'intérieur de l'espace creux. On peut aussi envisager des formes de réalisation dans lesquelles un mélange d'un gaz et/ou d'un liquide et/ou d'un solide est disposé à l'intérieur de l'espace creux. Dans une forme de réalisation préférée, au moins un élément de compensation est réalisé sous forme d'élément de collision ou d'élément de déformation. L'élément de compensation sert donc notamment à protéger la batterie ou les modules de batterie et les cellules de batterie contre des applications de forces extérieures, c'est-à-dire notamment contre des forces provoquées par une collision, en particulier lors de l'utilisation dans un véhicule. A cet effet, l'élément de compensation est donc notamment réalisé sous forme d'élément de déformation, c'est-à-dire que ladite protection de la batterie est assurée par une déformation de l'élément de compensation. En variante ou en plus, l'élément de compensation, notamment pour augmenter la protection de la batterie, est réalisé selon une autre forme -5- de réalisation préférée, de manière élastique. Cela signifie que l'élément de compensation réalisé sous forme d'élément de déformation, après l'application des forces provoquant la déformation, revient à son état initial et notamment reprend sa forme d'origine et/ou sa taille d'origine. En variante ou en plus, l'élément de compensation présente un dispositif de suspension. Le dispositif de suspension est en l'occurrence de préférence disposé entre l'élément de compensation et le boîtier de batterie, de sorte que notamment des chocs entre l'élément de compensation et le boîtier de batterie soient supprimés ou au moins réduits. Le dispositif de suspension ou un dispositif de suspension supplémentaire peut, en variante ou en plus, être disposé entre l'élément de compensation et le module de batterie adjacent/les modules de batterie adjacents. Ceci entraîne aussi une suppression ou au moins une réduction des impacts entre l'élément de compensation et le module de batterie adjacent. En l'occurrence, l'élément de compensation est précontraint par la réalisation élastique et/ou par le dispositif de suspension de préférence contre le boîtier de batterie ou contre le module de batterie. Dans un perfectionnement avantageux de la solution selon l'invention, les modules de batterie individuels à l'intérieur du boîtier de batterie sont disposés parallèlement. Cela signifie donc, en particulier si les premiers modules de batterie et/ou les modules de batterie supplémentaires présentent la même forme et/ou la même taille, que les côtés correspondants des modules de batterie s'étendent parallèlement les uns aux autres et sont disposés de préférence les uns contre les autres. En l'occurrence, les modules de batterie présentent de préférence une forme allongée parallélépipédique, les côtés longs de chaque module de batterie étant disposés parallèlement les uns aux autres et les côtés longs de modules de batterie adjacents étant de préférence disposés les uns contre les autres. Dans une forme de réalisation particulièrement préférée, le boîtier de batterie présente aussi une forme parallélépipédique, un montage particulièrement simple des modules de batterie et éventuellement des éléments de compensation étant ainsi possible. Conformément à une autre forme de réalisation préférée, le premier module de batterie présente treize cellules de batterie, tandis que le module de batterie supplémentaire présente douze cellules de batterie, les cellules de batterie présentant à chaque fois la même forme et la même taille. Ceci entraîne donc notamment que le premier module de batterie ou - ti - que plusieurs premiers modules de batterie peuvent être disposés dans le boîtier de batterie en remplissant l'espace. Si la batterie présente donc exclusivement des premiers modules de batterie, ces modules de batterie sont disposés en remplissant l'espace à l'intérieur du boîtier de batterie sans élément de compensation supplémentaire. Au contraire, pour un agencement remplissant l'espace du module de batterie supplémentaire/des modules de batterie supplémentaires, au moins un élément de compensation doit être prévu à l'intérieur du boîtier de batterie. En l'occurrence, l'utilisation de modules de batterie présentant douze ou treize cellules de batterie correspond à la pratique actuelle lors de l'utilisation de batteries, en particulier de batteries de traction dans des véhicules, en particulier des véhicules hybrides ou électriques. Il s'entend que les cellules de batterie individuelles d'une batterie peuvent être reliées les unes aux autres électriquement de manière quelconque. De manière judicieuse, toutefois, les cellules de batterie d'un module de batterie sont montées en parallèle ou en rang (en série). En l'occurrence, les cellules de batterie de différents modules de batterie peuvent présenter des branchements électriques différents. Cela signifie que tandis qu'un module de batterie ou que plusieurs modules de batterie sont montés en parallèle, un module de batterie supplémentaire ou plusieurs modules de batterie supplémentaires peut/peuvent être montés en série. En outre, une cellule de batterie ou plusieurs cellules de batterie d'un module de batterie peut/peuvent être reliées électriquement de manière quelconque à une cellule de batterie ou à plusieurs cellules de batterie d'un autre module de batterie ou de plusieurs autres modules de batterie. On notera que non seulement le système modulaire pour la batterie, mais aussi une batterie, qui est construite selon le système modulaire et qui comprend au moins un module de batterie supplémentaire et au moins un élément de compensation, appartient au cadre de la présente invention. Il convient de noter en outre que la batterie peut aussi présenter d'autres constituants sans pour autant sortir du cadre de cette invention. A titre d'exemple d'autres constituants de la batterie, on mentionnera ici des circuits de branchement électroniques, notamment des circuits de branchement de commande électroniques. En résumé, la présente invention concerne un système modulaire pour une batterie, en particulier pour une batterie de traction d'un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend : - 7 - un boîtier de batterie, - au moins un premier module de batterie pouvant être disposé dans le boîtier de batterie, avec un nombre n de cellules de batterie, - au moins un module de batterie supplémentaire pouvant être disposé également dans le boîtier de batterie, avec un nombre supérieur ou inférieur n+x ou n-x de cellules de batterie, - au moins un élément de compensation, - un premier module de batterie ou plusieurs premiers modules de batterie pouvant être disposé(s) en remplissant l'espace dans le boîtier de 10 batterie, ou - un module de batterie supplémentaire ou plusieurs modules de batterie supplémentaires pouvant être disposé(s) en remplissant l'espace conjointement avec au moins un élément de compensation dans le boîtier de batterie. 15 Ce système modulaire est encore caractérisé en ce que : - l'élément de compensation présente la taille et la forme d'une cellule de batterie, - l'élément de compensation présente un espace creux, notamment pouvant être rempli, qui est rempli notamment au moins en 20 partie avec un gaz et/ou un liquide et/ou un solide, - l'élément de compensation est réalisé sous forme d'élément de collision ou de déformation, - l'élément de compensation est réalisé sous forme élastique ou à effet d'amortissement et/ou présente au moins un dispositif de suspension 25 ou de ressort, - les modules de batterie individuels sont disposés parallèlement les uns aux autres à l'intérieur du boîtier de batterie, - le premier module de batterie présente treize cellules de batterie tandis que le module de batterie supplémentaire présente douze 30 cellules de batterie, - les cellules de batterie du premier module de batterie ou du module de batterie supplémentaire sont connectées les unes aux autres électriquement en parallèle ou en série, et, - les cellules de batterie d'au moins l'un des modules de batterie 35 présentent la même forme et/ou la même taille. - s - L'invention a également pour objet une batterie construite selon le système modulaire précité présentant au moins un module de batterie supplémentaire et au moins un élément de compensation. D'autres caractéristiques et avantages importants de l'invention résultent également des dessins et de la description associée des figures. Il s'entend que les caractéristiques mentionnées ci-dessus et celles qui seront expliquées ci-dessous peuvent être utilisées non seulement dans la combinaison spécifiquement indiquée mais aussi dans d'autres combinaisons ou individuellement, sans sortir du cadre de la présente invention. Des exemples de réalisation préférés de l'invention sont illustrés dans les dessins et seront expliqués plus en détail dans la description suivante, les mêmes numéros de référence se rapportant à des composants identiques ou similaires ou de même fonction. Dans les dessins, sont illustrés, à chaque fois sous forme schématique : dans la figure 1, une vue de dessus d'un système modulaire, dans les figures 2 et 3, à chaque fois une vue de dessus de deux formes de réalisation de batteries construites selon le système modulaire. Selon la figure 1, un système modulaire 1 pour une batterie 2 comprend un boîtier de batterie 3, un premier module de batterie 4, avec un nombre n de cellules de batterie 5, le premier module de batterie illustré 4 présentant un nombre de n=13 cellules de batterie 5. En outre, le système modulaire 1 comprend au moins un module de batterie supplémentaire 6, avec un nombre supérieur n+l ou un nombre inférieur n-1 de cellules de batterie 5, le module de batterie supplémentaire illustré 6 présentant un nombre de n=13-1=12 cellules de batterie 5. Le système modulaire 1 présente en outre au moins un élément de compensation 7 qui est réalisé sous forme d'élément de déformation. Les cellules de batterie 5 des modules de batterie 4, 6 présentent en outre la même forme parallélépipédique et la même taille. Les cellules de batterie 5 sont disposées les unes contre les autres à l'intérieur des modules de batterie 4, 6 le long d'une direction désignée par R de telle sorte que les côtés identiques respectifs de cellules de batterie adjacentes 5 soient en contact. Ainsi, les modules de batterie respectifs 4, 6 -9- présentent une forme parallélépipédique allongée. Les modules de batterie 4, 6 présentent donc à chaque fois des côtés longs 8 et des côtés courts 9. Du fait de la taille et de la forme identique des cellules de batterie individuelles 5, l'élément de batterie supplémentaire 6 le long du côté long 8 est plus court de la dimension d'une cellule de batterie 5 le long de cette direction R. L'élément de compensation 7 présente la même taille et la même forme qu'une telle cellule de batterie 5. Le boîtier de batterie 3 est réalisé sous forme parallélépipédique et entoure, au moyen des parois latérales 10', 10", un espace vide 11. En l'occurrence, dans le cas du boîtier de batterie 3 illustré dans les figures 1 à 3, deux parois latérales opposées 10' sont plus longues que les autres deux parois latérales opposées 10". Les côtés plus courts 10" du boîtier de batterie 3 ont en outre huit fois la longueur du côté court 9 de l'un des modules de batterie 4, 6. Les modules de batterie 4, 6, l'élément de compensation 7 et l'espace vide 11 du boîtier de batterie 3 présentent en outre la même dimension le long d'une direction qui est orientée perpendiculairement au plan de la feuille. Les modules de batterie 4, 6, l'élément de compensation 7 ainsi que l'espace vide 11 du boîtier de batterie 3 présentent donc notamment une profondeur identique. Selon l'invention, les modules de batterie 4, 6 ainsi que l'élément de compensation 7 peuvent être disposés à l'intérieur du boîtier de batterie 3. La figure 2 illustre en l'occurrence une forme de réalisation possible d'une batterie 2 construite à l'aide du système modulaire 1. En l'occurrence, huit premiers modules de batterie 4 disposés en parallèle remplissent l'ensemble de l'espace vide 11 du boîtier de batterie 3. A cet effet, les côtés longs 8 des premiers modules de batterie 4 sont disposés parallèlement aux parois latérales longues 10' du boîtier de batterie 3, de sorte que les côtés courts 9 des premiers modules de batterie 4 sont disposés parallèlement aux parois latérales courtes 10" du boîtier de batterie 3. En outre, les côtés longs opposés 8 de premiers modules de batterie 4 adjacents sont en contact mutuel, tandis que les côtés courts 9 des premiers modules de batterie 4 sont en contact avec les parois latérales courtes 10" du boîtier de batterie 3. Les premiers modules de batterie 4 sont donc disposés à l'intérieur du boîtier de batterie 3 en remplissant l'espace. La figure 3 illustre une autre forme de réalisation d'une batterie 2 construite selon le système modulaire 1. Contrairement à la batterie 2 illustrée dans la figure 2, la batterie 2 de la figure 3 présente exclusivement des modules de batterie supplémentaires 6, plus précisément huit modules -10- de batterie supplémentaires 6. En l'occurrence, les modules de batterie supplémentaires 6 sont également disposés en parallèle, les côtés longs 8 des modules de batterie supplémentaires 6 étant disposés parallèlement aux parois latérales longues 10' du boîtier de batterie 3 et des côtés longs opposés 8 de premiers modules de batterie 4 adjacents étant en contact mutuel. En outre, les côtés courts adjacents 9 de tous les modules de batterie supplémentaires 6 sont disposés contre l'une des parois courtes 10" du boîtier de batterie 3, de sorte qu'un espace vide restant 12 existe le long de la paroi latérale courte opposée 10" du boîtier de batterie 3, l'espace vide restant 12 présentant la dimension de huit cellules de batterie 5 disposées les unes à côté des autres perpendiculairement à la direction R. L'agencement de huit éléments de compensation 7 adjacents et disposés de manière correspondante à l'intérieur de l'espace vide restant 12 conduit donc à ce que l'espace vide 11 du boîtier de batterie 3 soit rempli complètement. Les huit modules de batterie supplémentaires 6 et les huit éléments de compensation 7 sont donc disposés à l'intérieur du boîtier de batterie 3 en remplissant l'espace. Le système modulaire 1 selon l'invention permet donc notamment, avec des boîtiers de batterie 3 identiques, de construire à la fois des batteries avec au moins un premier module de batterie 4 et des batteries avec au moins un module de batterie supplémentaire 6 et au moins un élément de compensation 7. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. REVENDICATIONS1. Système modulaire (1) pour une batterie (2), en particulier pour une batterie de traction d'un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend : - un boîtier de batterie (3), - au moins un premier module de batterie (4) pouvant être disposé dans le boîtier de batterie (3), avec un nombre n de cellules de batterie (5), - au moins un module de batterie supplémentaire (6) pouvant être disposé également dans le boîtier de batterie (3), avec un nombre 10 supérieur ou inférieur n+x ou n-x de cellules de batterie (5), - au moins un élément de compensation (7), - un premier module de batterie (4) ou plusieurs premiers modules de batterie (4) pouvant être disposé(s) en remplissant l'espace dans le boîtier de batterie (3), ou 15 - un module de batterie supplémentaire (6) ou plusieurs modules de batterie supplémentaires (6) pouvant être disposé(s) en remplissant l'espace conjointement avec au moins un élément de compensation (7) dans le boîtier de batterie (3). 2. Système modulaire selon la revendication 1, caractérisé en ce 20 que l'élément de compensation (7) présente la taille et la forme d'une cellule de batterie (5). 3. Système modulaire selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément de compensation (7) présente un espace creux, notamment pouvant être rempli, qui est rempli notamment au moins en 25 partie avec un gaz et/ou un liquide et/ou un solide. 4. Système modulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'élément de compensation (7) est réalisé sous forme d'élément de collision ou de déformation. 5. Système modulaire selon l'une quelconque des 30 revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'élément de compensation (7) est réalisé sous forme élastique ou à effet d'amortissement et/ou présente au moins un dispositif de suspension ou de ressort. 6. Système modulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les modules de batterie-12- individuels (4, 6) sont disposés parallèlement les uns aux autres à l'intérieur du boîtier de batterie (3). 7. Système modulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le premier module de batterie (4) présente treize cellules de batterie (5) tandis que le module de batterie supplémentaire (6) présente douze cellules de batterie (5). 8. Système modulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les cellules de batterie (5) du premier module de batterie (4) ou du module de batterie supplémentaire (6) sont connectées les unes aux autres électriquement en parallèle ou en série. 9. Système modulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les cellules de batterie (5) d'au moins l'un des modules de batterie (4, 6) présentent la même forme et/ou la même taille. 10. Batterie (2) construite selon un système modulaire (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, présentant au moins un module de batterie supplémentaire (6) et au moins un élément de compensation (7).