Brevet FR3056024A1 — publié le 20180316

CELLULE DE STOCKAGE D'ENERGIE ELECTRIQUE AVEC PROTECTION EN CAS D'ECHAUFFEMENT L'invention a trait au domaine du stockage d'énergie électrique. Plus particulièrement, l'invention a trait au domaine des cellules de stockage d'énergie électrique. Les moyens de stockage électrique sous forme de cellules de stockage électrique sont de plus en plus utilisés dans diverses applications variées comme notamment dans le domaine automobile. Les cellules de stockage d'énergie électrique, aussi connues sous le terme anglo-saxon « pouch cell », ont généralement des enveloppes flexibles et peuvent subir des déformations lors d'un dysfonctionnement de la cellule. Le dysfonctionnement de la cellule peut se produire pendant la charge ou la décharge de la cellule et peut conduire à une production de gaz à l'intérieur de la cellule. La production de gaz va augmenter la pression interne de la cellule qui va alors se gonfler, ce qui peut amener à des risques de fissure et d'inflammation de la cellule. Le document de brevet publié CN103178233 A divulgue une cellule au lithium de type « pouch cell ». La cellule comprend une enveloppe souple renfermant une électrode positive et une électrode négative séparées par un film isolant. Chacune des électrodes comprend des terminaisons électriques qui s'étendent en dehors de l'enveloppe de la cellule. Les terminaisons de chaque électrode comprennent un revêtement isolant, à une position déterminée desdites terminaisons, permettant de réduire les problèmes de court-circuit. Le document de modèle d'utilité publié CN205122679U divulgue un dispositif de connexion de cellule au lithium de type « pouch cell ». Le dispositif comprend un support de la cellule, ledit support comprenant des trous de dissipation de la chaleur émise par la cellule et des moyens de connexion aux électrodes de ladite cellule. Le document de modèle d'utilité CN205104572U divulgue une cellule au lithium de type « pouch cell » comprenant un emballage sécurisé. La cellule comprend une enveloppe souple renfermant une électrode positive et une électrode négative séparées par un film isolant. Chacune des électrodes comprend des terminaisons électriques qui s'étendent en dehors de l'enveloppe de la cellule. La cellule 3056024 2 comprend une couche d'aluminium sur les électrodes, à l'intérieur de l'enveloppe. La couche d'aluminium est recouverte par une bande isolante disposée entre la couche d'aluminium et l'enveloppe. Les mesures de sécurité des cellules de stockage électrique de l'état de l'art 5 susmentionné n'apportent pas de solution adéquate aux problèmes de surchauffe en cas de court-circuit ou de surcharge. L'invention a pour objectif de résoudre au moins un inconvénient de l'état de l'art susmentionné. Plus précisément, l'invention a pour objectif de fournir une cellule de stockage d'énergie électrique présentant des mesures de sécurité en cas de 10 dysfonctionnement de la cellule, notamment en cas de court-circuit ou de surcharge. L'invention a également pour objectif une solution simple, économique, robuste et ergonomique. L'invention a pour objet une cellule de stockage d'énergie électrique, comprenant une enveloppe renfermant deux électrodes de polarités opposées, un séparateur 15 entre les électrodes, et un électrolyte, chacune des électrodes comprenant une terminaison électrique s'étendant en dehors de l'enveloppe et destinée à être fixée à un support ; remarquable en ce qu'au moins une des terminaisons comprend une zone affaiblie rompant sous l'effet d'un force de traction provoquée par une déformation de la cellule lors d'un dysfonctionnement de ladite cellule. 20 Selon des modes particuliers de réalisation, la cellule peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniques possibles : - la zone affaiblie présente une résistance à la rupture qui est inférieure à 70%. Préférentiellement 50%, de la résistance à la rupture moyenne du reste de la 25 terminaison ; - la force de traction est une traction suivant une direction principale de la cellule ; - la zone affaiblie correspond à une diminution d'épaisseur et/ou de largeur de la terminaison d'au moins 10%, préférentiellement au moins 20%, plus 30 préférentiellement au moins 50%; 3056024 3 - la zone affaiblie correspond à une zone poinçonnée et/ou gravée ; - chacune des terminaisons s'étend suivant une direction principale depuis l'enveloppe, la zone affaiblie s'étendant généralement perpendiculairement à la direction principale de la terminaison correspondante ; 5 - la zone affaiblie forme une ligne ; - les terminaisons s'étendent au-delà de l'enveloppe dans des directions opposées. L'invention a également pour objet un module de batterie comprenant un support, et au moins deux cellules de stockage d'énergie électrique interconnectées et fixées au 10 support ; remarquable en ce qu'au moins une des cellules est conforme à l'invention, ladite ou chacune desdites cellules étant interconnectée via une portion d'extrémité de la ou de chacune des terminaisons comprenant la zone affaiblie, ladite portion d'extrémité étant opposée à l'enveloppe par rapport à la zone affaiblie. Selon des modes particuliers de réalisation, le module peut comprendre une ou 15 plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniques possibles : - la portion d'extrémité de la ou de chacune des terminaisons comprenant la zone affaiblie est fixée au support via un connecteur, ledit connecteur étant avantageusement fixé au support ; 20 - les terminaisons de chaque cellule s'étendent en dehors de l'enveloppe dans des directions opposées ; - les enveloppes des au moins deux cellules sont parallèles entre elles et en contact mutuel. L'invention est intéressante en ce que celle-ci propose une cellule de stockage 25 d'énergie électrique comprenant un système de sécurité permettant de diminuer les risques liés au dysfonctionnement de la cellule. En effet, la cellule comprend au moins une terminaison avec une zone affaiblie configurée pour permettre la rupture de la terminaison lors de la déformation de la cellule. Lorsque la cellule est connectée électriquement à une cellule voisine, éventuellement via un connecteur 3056024 4 fixé au support, la déformation par gonflement de la cellule va engendrer l'exercice d'une force de traction sur la terminaison conduisant ainsi à la rupture de la terminaison au niveau de la zone affaiblie. La rupture de la terminaison va isoler électriquement la cellule l'empêchant ainsi de poursuivre sa déformation. Les 5 risques liés au dysfonctionnement de la cellule sont ainsi diminués. La solution présente aussi l'intérêt d'être ergonomique et de pouvoir être adaptée à tout type de cellule de stockage d'énergie électrique, sans modifier leur structure. La solution est également simple et rapide à mettre en oeuvre et présente un gain de coût par rapport à l'état de l'art. 10 D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à l'aide de la description et des dessins parmi lesquels : - La figure 1 représente un module de batterie comprenant plusieurs cellules de stockage d'énergie électrique selon l'invention. - La figure 2 représente une vue de face d'une cellule de stockage d'énergie 15 électrique de la figure 1. - La figure 3 est une vue en perspective de la cellule de stockage de la figure 2. - La figure 4 est une vue de profil de la cellule de stockage de la figure 2. - Les figures 5 et 6 représentent le comportement du module de batterie de la figure 1 lorsqu'une des cellules est en état de dysfonctionnement. 20 Selon l'invention, on entend par « cellule de stockage d'énergie électrique» un dispositif électrique unitaire capable de stocker et de restituer de manière électrochimique de l'énergie électrique. Selon l'invention, on entend par « module de batterie » un ensemble de plusieurs cellules de stockage d'énergie électrique. 25 La figure 1 représente un module 2 de batterie. Le module 2 de batterie comprend au moins deux cellules 4 de stockage d'énergie électrique de l'invention, en l'occurrence trois. Les cellules 4 sont représentées de profil. Les figures 2 à 4 représentent différentes vues d'une des cellules 4 de stockage d'énergie électrique de la figure 1, conformément à l'invention. La cellule 4 3056024 5 comprend une enveloppe 6 renfermant deux électrodes 8 et 10 de polarités opposées. La cellule 4 comprend également un séparateur 12 entre les deux électrodes 8 et 10 et un électrolyte (non représenté). Chacune des électrodes 8 et 10 comprend respectivement une terminaison électrique 14 et 16. Chacune des 5 terminaisons 14 et 16 s'étend en dehors de l'enveloppe 6 et est destinée à être connectée à une terminaison d'une cellule voisine. Cette connexion peut être réalisée directement ou via un connecteur formant un support (non représenté). Selon un mode préférentiel de l'invention, les terminaisons 14 et 16 s'étendent en dehors de l'enveloppe 6 dans des directions opposées et de manière étanche. Les 10 électrodes 8 et 10 et le séparateur 12 sont de préférence sous forme de plaques superposées. Les terminaisons 14 et 16 peuvent être sous forme de languette. L'enveloppe 6 de la cellule 4 est souple et peut être fabriquée avec un film laminé d'aluminium et de polymère plastique par exemple. La cellule 4 de stockage d'énergie électrique est de préférence une cellule de stockage d'énergie électrique 15 au lithium. Le principe de fonctionnement d'une cellule au lithium est généralement basé sur la conversion d'une énergie chimique en une énergie électrique, au travers de deux réactions d'oxydoréduction s'opérant aux deux électrodes. Le fonctionnement de ce type de cellule de stockage électrique est bien connu en soi de l'homme du métier et ne sera pas détaillé. 20 Au moins une des terminaisons 14 et 16 de la cellule 4 comprend une zone affaiblie 20 de manière à rompre ladite terminaison 14 et/ou16 lors d'une déformation de la cellule 4 provoquée par un dysfonctionnement de la cellule. La zone affaiblie 20 est représentée en pointillé aux figures 2 et 3. La zone affaiblie 20 peut correspondre à une diminution d'épaisseur de la terminaison. Préférentiellement, la diminution 25 d'épaisseur est d'au moins 10%, plus préférentiellement d'au moins 20%. La zone affaiblie 20 peut correspondre à une zone poinçonnée ou gravée. La zone affaiblie 20 peut former une ligne et peut s'étendre généralement perpendiculairement à la direction d'extension de la terminaison 14 et/ou 16 depuis l'enveloppe 6. Sur la figure 1, les cellules 4 du module sont électriquement interconnectées et 30 destinées à être reliées à une source et/ou un consommateur d'énergie électrique commun (non représenté). Plus précisément, chacune des cellules 4 comprend donc deux terminaisons électriques 14 et 16 s'étendant en dehors de l'enveloppe 6 dans des directions opposées. Chacune des terminaisons 14 et 16 est fixée à un support 3056024 6 18 du module. Les supports 18 sont configurés pour relier chacune des cellules 4 à la source et/ou au consommateur d'énergie électrique commun via les terminaisons 14 et 16. Les cellules 4 peuvent être disposées parallèlement entre elles. Les terminaisons 14 et 16 s'étendant dans la même direction peuvent être parallèles 5 entre elles également. En l'occurrence, les terminaisons électriques des cellules s'étendant dans la même direction sont fixées à un même support 18. Chacune des cellules est donc fixée à deux supports 18 dans des directions opposées. Les supports 18 peuvent par exemple être des barres omnibus, les cellules 4 étant fixées à la barre au moyen d'un connecteur de barre omnibus. La figure 1 représente un 10 mode de réalisation d'un module de cellules de stockage d'énergie électrique. D'autres montages de module, bien connus en soit de l'homme du métier peuvent être réalisés en alternative. La figure 5 représente le module de la figure 1 comprenant une cellule 4 de l'invention en dysfonctionnement suite par exemple à un court-circuit ou une 15 surcharge. Le dysfonctionnement provoque une déformation de la cellule 4 sous forme de gonflement. Le dysfonctionnement de la cellule 4 peut conduire à une fissure de l'enveloppe, voire à l'inflammation de ladite cellule. Chaque terminaison comprenant la zone affaiblie peut être fixée à un support à une extrémité libre de ladite terminaison, à distance de la zone affaiblie. Ainsi, lorsqu'une 20 cellule fixée dans un module va se déformer, cela va engendrer une force de traction entre les extrémités de la terminaison, ce qui va induire la rupture de la terminaison 14 au niveau de la zone affaiblie, comme représentée à la figure 6. Sur la figure 6, seule la terminaison 14 de la cellule 4 comprend une zone affaiblie. La connexion électrique de la cellule 4 et du module 2 est alors coupée. La zone affaiblie permet 25 donc de diminuer la résistance mécanique de la terminaison comprenant une telle zone, lors de l'exercice d'une force de traction sur ladite terminaison. La zone affaiblie peut facilement être réalisée sur la terminaison par une étape de poinçonnage ou de gravure sur ladite terminaison et sans modifier la structure initiale de la cellule. 30 REVENDICATIONS1. Cellule (4) de stockage d'énergie électrique, comprenant une enveloppe (6) renfermant deux électrodes (8, 10) de polarités opposées, un séparateur (12) entre les électrodes, et un électrolyte, chacune des électrodes (8,10) comprenant une terminaison électrique (14,16) s'étendant en dehors de l'enveloppe (6) et destinée à être fixée à un support (18) ; caractérisée en ce qu'au moins une des terminaisons (14,16) comprend une zone (20) affaiblie rompant sous l'effet d'une force de traction provoquée par une déformation de la cellule (4) lors d'un dysfonctionnement de ladite cellule. 2. Cellule (4) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la zone affaiblie (20) correspond à une diminution d'épaisseur et/ou de largeur de la terminaison (14,16) d'au moins 10%, préférentiellement au moins 20%. 3. Cellule (4) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la zone affaiblie (20) correspond à une zone poinçonnée et/ou gravée. 4. Cellule (4) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que chacune des terminaisons (14, 16) s'étend suivant une direction principale depuis l'enveloppe (6), la zone affaiblie (20) s'étendant généralement perpendiculairement à la direction principale de la terminaison (14,16) correspondante. 5. Cellule (4) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la zone affaiblie (20) forme une ligne. 6. Cellule (4) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les terminaisons (14,16) s'étendent au-delà de l'enveloppe (6) dans des directions opposées. 7. Module (2) de batterie comprenant un support (18), et au moins deux cellules (4) de stockage d'énergie électrique interconnectées et fixées au support (18), caractérisé en ce qu'au moins une des cellules (4) est conforme à l'une des revendication 1 à 6, ladite ou chacune desdites cellules (4) étant interconnectée via une portion d'extrémité de la ou de chacune des 3056024 8 terminaisons (14, 16) comprenant la zone affaiblie (20), ladite portion d'extrémité étant opposée à l'enveloppe par rapport à la zone affaiblie (20). 8. Module (2) de batterie selon la revendication 7, caractérisé en ce que la portion d'extrémité de la ou de chacune des terminaisons (14, 16) 5 comprenant la zone affaiblie (20) est fixée au support (18) via un connecteur. 9. Module (2) de batterie selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que les terminaisons de chaque cellule (4) s'étendent en dehors de l'enveloppe (6) dans des directions opposées. 10. Module (2) de batterie selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce 10 que les enveloppes des au moins deux cellules (4) sont parallèles entre elles et en contact mutuel.