Brevet FR3067859A1 — publié le 20181221

Assemblage d'une pluralité de cellules empilées pour batterie La présente invention se rapporte, de manière générale, aux batteries d'accumulateurs, par exemple une batterie lithium-ion. L'invention concerne plus précisément un assemblage d'accumulateurs, autrement nommés cellules, pour une batterie et, encore plus précisément, un empilement particulier des cellules de l'assemblage. En fonction de l'application de la batterie, les cellules d'une batterie présentent soit une enveloppe externe rigide, majoritairement formée de métal, soit une enveloppe externe souple, majoritairement formée de matériau polymère. Classiquement, une batterie lithium-ion est formée par un assemblage de cellules, notamment cellules en sachet souple, dans lequel chaque cellule renferme un électrolyte pour l'échange réversible de l'ion lithium entre une électrode positive et une électrode négative. Le faible poids des enveloppes souples permet d'augmenter la densité d'énergie stockée par les cellules, les rendant particulièrement adaptée pour une application en aéronautique. Généralement, l'enveloppe externe d'une cellule est formée par une ou plusieurs couches de matériaux pliées en deux pour réaliser un premier bord, puis soudées en périphérie de manière à former un sachet souple, semblable à une poche, suffisamment résistant et étanche. La fiabilité du sachet repose sur sa capacité à contenir l'électrolyte et éviter toute fuite hors de la cellule mais aussi, à l'inverse, sur sa capacité à empêcher l'humidité d'entrer. Afin de contrôler l'étanchéité, il est important de considérer les déformations du sachet et tout particulièrement les causes de ces déformations. 2 Lors des cycles de charge et décharge de la batterie, la pression au sein des cellules varie. La pression des cellules augmente lors de la charge et diminue lors de la décharge, entraînant respectivement leur gonflement puis leur retour à un volume initial. 5 Le vieillissement de la batterie peut également conduire au gonflement des cellules. Enfin, pour une application de la batterie en aéronautique, il est également important de considérer l'altitude. En effet, la batterie subit l'influence de la baisse de pression atmosphérique entraînant le 10 gonflement des cellules. Les sollicitations rencontrées par le sachet souple peuvent ainsi être supérieures à celles attendues lors d'une utilisation de la batterie au sol. Les bords soudés du sachet ne suffisent pas à contrer les déformations dues à de telles variations de pression à l'intérieur de la 15 cellule, ce qui a pour conséquence d'affecter sa fiabilité. Par conséquent, il est nécessaire d'améliorer la tenue du joint formé par les bords soudés du sachet et donc son étanchéité. La présente invention concerne un empilement particulier de cellules contenues dans une batterie destiné à améliorer leur résistance et 20 leur étanchéité. Il est donc proposé un assemblage d'une pluralité de cellules empilées pour batterie, les cellules comprenant une zone centrale apte à contenir un électrolyte pour le fonctionnement de la batterie délimitée par une zone périphérique comportant des bords joints entre eux, au 25 moins deux plaques de compression destinées à la compression de la zone centrale des cellules, une première plaque étant disposée à une première extrémité de l'assemblage contre une première cellule terminale et une deuxième plaque étant disposée à une deuxième extrémité l'assemblage contre une deuxième cellule terminale. 30 En outre, l'assemblage comprend au moins un moyen compression destiné à la compression de la zone périphérique des cellules, le moyen de compression étant disposé entre deux cellules successives. de de 3 De préférence, le moyen de compression destiné à la compression de la zone périphérique des deux cellules successives comprend un cadre interposé entre les deux cellules successives, le cadre étant configuré pour épouser d'une part la zone périphérique d'une face de la première 5 cellule et d'autre part la zone périphérique d'une face de la deuxième cellule opposée à la face de la première cellule. Avantageusement, le cadre comprend un matériau en mousse. De manière encore plus avantageuse, l'assemblage comprend un panneau configuré pour combler le centre du cadre, le panneau étant 10 formé par un matériau apte à absorber la déformation de la zone centrale des première et deuxième cellules successives. Préférentiellement, le panneau comprend un matériau en mousse. Selon une caractéristique, les plaques destinées à la compression de la zone centrale des cellules successives peuvent comprendre un 15 renfoncement configuré pour épouser la forme de la cellule contre laquelle elles sont disposées. Selon une autre caractéristique, le moyen de compression destiné à la compression de la zone périphérique des première et deuxième cellules peut comprendre au moins une zone configurée pour appliquer un effort 20 de compression inférieur à l'effort appliqué par le reste du moyen aux première et deuxième cellules successives, ladite zone étant destinée à coopérer avec des bornes de connexion des première et deuxième cellules. L'invention concerne également une batterie d'accumulateurs 25 comprenant au moins un assemblage d'une pluralité de cellules empilées comme décrit précédemment. Avantageusement, l'assemblage comprend un moyen de serrage de l'assemblage de la pluralité de cellules empilées configuré pour transmettre un effort de compression aux plaques de compression et aux 30 moyens de compression de la zone périphérique des cellules. Selon un mode de réalisation, la batterie est une batterie lithium- ion. 4 D'autres buts, avantages et caractéristiques ressortiront de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple purement illustratif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - La figure 1 illustre une cellule en sachet souple pour 5 batterie ; - La figure 2 est une vue éclatée d'un assemblage de deux cellules empilées pour batterie comprenant un élément de compression destiné à la compression de la zone périphérique des deux cellules successives selon un premier mode de réalisation de l'invention ; et 10 - La figure 3 illustre un élément de compression destiné à la compression de la zone périphérique de deux cellules successives selon un second mode de réalisation. La figure 1 représente un assemblage selon l'invention d'une pluralité de cellules pour une utilisation dans une batterie, par 15 exemple une batterie lithium-ion dont le fonctionnement repose sur l'échange réversible de l'ion lithium. L'assemblage est désigné par la référence numérique générale 1. Dans l'exemple illustré, l'assemblage 1 comprend deux cellules 2 et 3 successives en sachet souple de structure identique détaillée à la 20 figure 2. Chaque cellule 2 et 3 comprend une enveloppe souple 4 dotée de deux faces opposées 2a, 2b et 3a, 3b. L'enveloppe 4 définit une zone centrale 5 ou zone d'électrode formant une poche apte à contenir un électrolyte et deux groupes d'électrodes (non visibles sur les figures) 25 pour le fonctionnement de la batterie. La zone centrale 5 est délimitée par une zone périphérique 6 comprenant des bords joints entre eux de façon scellée, notamment soudés ou collés. Chaque cellule 2, 3 comprend également deux bornes de connexion 7 et 8. Tel qu'illustré, l'assemblage 1 comprend, en outre, deux plaques 30 de compression destinées en particulier à la compression de la zone centrale 5 des cellules 2, 3. Chaque plaque de compression 9, 10 est disposée à une extrémité de l'assemblage 1 et homogénéise la pression transmise aux cellules 2, 3. 5 Avantageusement, les plaques 9 et 10 destinées à la compression de la zone centrale 5 des cellules successives comprennent un renfoncement configuré pour épouser la forme de la cellule contre laquelle elles sont disposées. Les renfoncements des cellules 2 et 3 sont 5 identiques et disposés en vis-à-vis. Seul le renfoncement 14 de la plaque 10 est visible sur les figures. De surcroît, l'assemblage 1 comprend un moyen de compression 11 destiné à la compression de la zone périphérique des cellules 2, 3. Le moyen est préférentiellement un élément plat et deformable, de 10 raideur faible par rapport à des éléments en polymère ou en métal. Le nombre de moyens de compression 11 pourra varier en fonction du nombre de cellules de l'assemblage 1, de sorte qu'un moyen de compression 11 sera, de préférence, disposé entre deux cellules successives. 15 Dans l'exemple illustré, le moyen de compression 11 comprend un cadre 12 en mousse. Les dimensions du cadre sont choisies de sorte que celui-ci épouse les zones périphériques des deux cellules successives contre lesquelles il est apposé. Le cadre est configuré pour épouser et appliquer une compression 20 d'une part sur la zone périphérique 6 de la face 2b de la cellule 2 dirigée vers l'intérieur de l'assemblage 1 et d'autre part sur la zone périphérique 6 de la face 3a de la cellule 3, opposée à la face 2b, et dirigée vers l'intérieur de l'assemblage 1. Afin de pallier un cas de défaillance d'une cellule, il peut être 25 avantageux de prévoir au moins une zone de moindre compression de la zone périphérique 6 des cellules 2 et 3 autorisant ainsi un chemin de dégazage de la cellule. Tel qu'illustré à la figure 3, le cadre 12 comprend quatre zones 15, 16, 17 et 18 correspondant aux zones de contact de la zone périphérique 6 des cellules 2 et 3 avec les bornes de connexion 7 et 30 8. Les zones 15, 16, 17 et 18 sont configurées pour appliquer un effort de compression inférieur à l'effort appliqué par le reste du cadre aux première et deuxième cellules successives 2 et 3. L'assemblage 1 comprend préférentiellement un panneau 13 configuré pour combler le centre du cadre 12 et conférer un effort de 6 compression supplémentaire à la zone centrale des cellules 2 et 3 entre lesquelles il est intercalé. Le panneau 13 est avantageusement formé par un matériau apte à absorber la déformation de la zone centrale 5 des deux cellules successives 2 et 3, par exemple un matériau en mousse. 5 On pourra prévoir que l'assemblage 1 comprenne plus de deux cellules. Dans ce cas, les deux plaques 9 et 10 sont disposées contre les cellules placées aux extrémités de l'assemblage 1. Une première plaque est alors disposée contre une première cellule terminale et une deuxième plaque est disposée contre une deuxième cellule terminale. Dans cette 10 configuration, un cadre 12 et un panneau 13 peuvent être disposés entre chaque paire de cellules successives. On pourra également envisager qu'une seule plaque 9, 10 soit disposée entre deux assemblages 1 successifs, de sorte que la plaque comprend un renfoncement 14 sur une première face pour épouser la 15 forme d'une cellule terminale d'un premier assemblage 1 et un renfoncement sur une deuxième face pour épouser la forme d'une cellule terminale d'un deuxième assemblage 1. Pour son intégration dans la batterie, l'assemblage 1 comprend avantageusement un moyen de serrage de l'assemblage 1 de la pluralité 20 de cellules empilées configuré pour transmettre un effort de compression aux plaques de compression 9, 10 et au cadre 12 de compression de la zone périphérique 6 des cellules 2, 3. Le moyen de serrage peut comprendre, par exemple, un système de type tirant ou cerclage. Une batterie comprend de préférence un empilement d'une pluralité 25 d'assemblages 1. Un assemblage 1 selon l'invention fournit avantageusement une solution de compression des cellules et en particulier de leur zone périphérique de sorte qu'il améliore la tenue du joint formé par les bords soudés de deux cellules successives. 30 Un seul cadre 12 applique un effort de compression à, non pas une, REVENDICATIONS1. Assemblage d'une pluralité de cellules empilées pour batterie, les cellules (2, 3) comprenant une zone centrale (5) apte à contenir un électrolyte pour le fonctionnement de la batterie délimitée par une zone périphérique (6) comportant des bords joints entre eux, au moins deux plaques de compression (9, 10) destinées à la compression de la zone centrale (5) des cellules (2, 3), une première plaque (9) étant disposée à une première extrémité de l'assemblage contre une première cellule terminale (2) et une deuxième plaque (10) étant disposée à une deuxième extrémité de l'assemblage contre une deuxième cellule terminale (3), caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins un moyen de compression (11) destiné à la compression de la zone périphérique (6) des cellules (2, 3), le moyen de compression (11) étant disposé entre deux cellules successives (2, 3). 2. Assemblage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de compression (11) destiné à la compression de la zone périphérique (6) des deux cellules successives (2, 3) comprend un cadre (12) interposé entre les deux cellules successives (2, 3), le cadre (11) étant configuré pour épouser d'une part la zone périphérique (6) d'une face (2b) de la première cellule (2) et d'autre part la zone périphérique (6) d'une face (3a) de la deuxième cellule (3) opposée à la face (2b) de la première cellule (2). 3. Assemblage selon la revendication 2, caractérisé en ce que le cadre (12) comprend un matériau en mousse. 4. Assemblage selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comprend un panneau (13) configuré pour combler le centre du cadre (12), le panneau (13) étant formé par un matériau apte à absorber la déformation de la zone centrale (5) des première et deuxième cellules successives (2, 3). 5. Assemblage selon la revendication 4, caractérisé en ce que le panneau (13) comprend un matériau en mousse. 6. Assemblage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les plaques (9, 10) destinées à la 8 compression de la zone centrale (5) des cellules successives (2, 3) comprennent un renfoncement (14) configuré pour épouser la forme de la cellule (2, 3) contre laquelle il est disposé. 7. Assemblage selon l'une des revendications précédentes, 5 caractérisé en ce que le moyen (11) destiné à la compression de la zone périphérique (6) des première et deuxième cellules (2, 3) comprend au moins une zone (15, 16, 17, 18) configurée pour appliquer un effort de compression inférieur à l'effort appliqué par le reste du moyen (11) aux première et deuxième cellules successives (2, 10 3), ladite zone (15, 16, 17, 18) étant destinée à coopérer avec des bornes de connexion (7, 8) des première et deuxième cellules (2, 3). 8. Batterie d'accumulateurs, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un assemblage (1) d'une pluralité de cellules (2, 3) empilées selon l'une quelconque des revendications précédentes. 15 9. Batterie selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle comprend un moyen de serrage de l'assemblage (1) de la pluralité de cellules (2, 3) empilées configuré pour transmettre un effort de compression aux plaques de compression (9, 10) et aux moyens de compression (11) de la zone périphérique (6) des cellules (2, 3). 20 10. Batterie selon la revendication 8 ou 9, caractérisée en ce que la batterie est une batterie lithium-ion.