Brevet FR3072504A1 — publié le 20190419

DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention se rapporte au domaine technique général des systèmes de stockage d'énergie électrique. Plus particulièrement, l'invention est relative aux éléments de stockage d'énergie électrique du type super condensateurs ou batteries et à tout module de stockage d'énergie électrique incorporant de tels éléments. La présente invention concerne plus précisément l'équilibrage des différents éléments de stockage d'énergie disposés dans un module de stockage. ART ANTERIEUR Les systèmes de stockage d'énergie électrique comprennent généralement une pluralité d'éléments, appelés aussi cellules, de stockage d'énergie, tels que des super condensateurs ou super capacités, ou encore des batteries, ces dits éléments étant assemblés en série pour former des modules ou packs de stockage d'énergie électrique. Dans ces modules les éléments de stockage d'énergie électrique adjacents sont couplés électriquement au moyen de pièces de liaison électrique dénommées barrettes de liaison. Pour s'assurer que ces éléments de stockage d'énergie électrique fonctionnent 20 tous aux mêmes tensions, afin d'en optimiser les durées de vie, un dispositif d'équilibrage est souvent ajouté en parallèle de chacun de ces éléments. Cet équilibrage est généralement basé sur une dérive de courant, continue ou dépendante d'un seuil de tension, qui est mise en oeuvre électriquement par l'ajout d'une résistance de fuite en parallèle de l'élément, résistance bien 25 inférieure à la résistance naturelle entre les deux électrodes du composant de stockage d'énergie électrique dudit élément. Ce dispositif d'équilibrage créant une résistance de fuite calibrée est positionné à l'extérieur dudit élément de stockage d'énergie via un câblage dont les extrémités sont connectées aux pôles positif(+) et négatif(-) dudit élément, comme schématisé sur la figure 1 30 annexée. Un tel ajout de connexions électriques vers ce dispositif d'équilibrage externe nécessite donc des liaisons électriques et mécaniques avec les pôles de l'élément (bornes ou parties de l'enveloppe), telles que des câbles ou des 2 conducteurs électriques souples ou rigides et souvent même via des cartes électroniques souples ou rigides supportant des composants d'équilibrage. Le principal problème avec les dispositifs d'équilibrage de l'art antérieur réside 5 dans la nécessité d'ajouter de telles pièces externes, qui devront être protégées de l'environnement de la cellule ou élément de stockage d'énergie : ces protections sont des protections mécaniques mais aussi chimiques ou climatiques, pendant les phases de fabrication et surtout pendant les phases de vie au-delà de la fabrication. Ceci requiert donc souvent la création de zones ou 10 compartiments dédiés au dispositif d'équilibrage dans les assemblages de cellules en modules, zones dans lesquelles les composants d'équilibrage sont protégés. Un autre problème réside également dans la présence fréquente de longues liaisons entre les éléments et les composants d'équilibrage qui sont regroupés 15 dans certaines zones pour en faciliter la protection, la fabrication et l'installation. Ces longues liaisons, souvent différentes en longueur d'un élément de stockage à l'autre, peuvent induire des différences de résistances électriques dues aux câblages et donc au final des différences de qualité d'équilibrage pour les éléments. Enfin, l'ajout de nombreuses pièces externes pour assurer les liaisons électriques vers les composants d'équilibrage (câbles, liaisons avec l'élément, connecteurs, pistes de cartes électroniques...) ne fait que diminuer la fiabilité du système d'équilibrage en augmentant les sources possibles de défaillance des circuits, d'autant plus si le système est soumis à des agressions mécaniques de type vibrations ou chocs dans les applications embarquées, qui sollicitent les liaisons en les dégradant par fatigue. BUTS ET RESUME Un premier but de l'invention est par conséquent de remédier aux problèmes exposés ci-dessus rencontrés dans les systèmes de stockage d'énergie électrique de l'art antérieur, en proposant une solution qui réduise, voire supprime le nombre de pièces externes aux éléments de stockage d'énergie 3 électrique, et plus particulièrement une solution qui évite l'emploi d'une résistance de fuite agencée en parallèle à l'extérieur de l'élément de stockage d'énergie électrique. Un autre but de l'invention est de proposer un élément de stockage d'énergie 5 électrique comprenant un système d'équilibrage permettant un gain de place dans les modules regroupant une pluralité d'éléments de stockage d'énergie par rapport à ceux de l'art antérieur. Un premier objet de l'invention concerne donc un élément de stockage 10 d'énergie tel qu'une cellule électrochimique ou un super condensateur, comprenant un composant de stockage d'énergie électrique logé dans une enveloppe composée d'un boîtier, formé d'un fond et de parois latérales, et d'un couvercle, le boîtier et le couvercle étant reliés respectivement au pôle négatif et au pôle positif dudit composant de stockage d'énergie, caractérisé en ce qu'il 15 comporte un dispositif de dérive de courant à résistance de fuite, logé à l'intérieur de l'enveloppe de l'élément de stockage d'énergie, et connecté aux deux pôles. L'élément de stockage d'énergie électrique comprend donc une résistance 20 passive intégrée, et non plus extérieure à l'enveloppe. Il en résulte un moindre encombrement et en conséquence un gain de place dans les modules assemblant de tels éléments, ou une réduction de la taille de ces modules. De plus l'assemblage en est grandement facilité. 25 Selon un premier mode de réalisation avantageux de l'invention, le boîtier et le couvercle sont en matériau(x) électriquement conducteur(s), constituant les pôles positif et négatif dudit élément, et ménagent entre eux un espace obturé par une pièce d'étanchéité à résistance de fuite formant le dispositif de dérive de courant. 30 Ainsi, la pièce d'étanchéité disposée entre le boîtier et le couvercle, qui assure habituellement l'étanchéité de l'enveloppe de l'élément de stockage d'énergie ainsi que l'isolation électrique entre le boitier et le couvercle, est configurée 4 pour présenter, selon l'invention, une isolation électrique dégradée de façon à augmenter légèrement sa conductivité et créer directement une résistance de fuite maîtrisée au sein de l'élément de stockage de l'énergie électrique. Plus particulièrement la pièce d'étanchéité à résistance de fuite est en matériau 5 dont la conductivité électrique est comprise entre 4 10-5 et 20 S.m-1., de préférence entre 2 10-4 et 1 S.m-1, de préférence encore entre 2 10-3 et 0,2 S.m-1 ,créant un courant de fuite entre les pôles positif et négatif dudit élément de stockage. La valeur de cette conductivité électrique est maîtrisée pour permettre une fuite électrique contrôlée entre le boîtier et le couvercle. 10 De manière préférée, la pièce d'étanchéité à résistance de fuite est un cordon continu d'un matériau composite à matrice polymère adhésive ou élastomère dans laquelle sont dispersées des particules d'au moins un matériau électriquement conducteur. Le taux de charge de ces particules au sein de la 15 matrice guide la valeur de conductivité du matériau composite. Le matériau électriquement conducteur est avantageusement choisi parmi les charges carbonées, les particules métalliques et l'un de leur mélange. 20 Les charges carbonées peuvent être choisies parmi le noir de carbone, le graphite, les fibres et nanofibres de carbone, les nanotubes de carbone et le graphène. Les particules métalliques peuvent être choisies parmi les particules d'aluminium, d'argent, de cuivre, de platine, de fer, de cobalt, et/ou de nickel. 25 Selon une première variante de ce premier mode de réalisation, le couvercle comporte une collerette périphérique, la pièce d'étanchéité à résistance de fuite étant logée entre les parois du boîtier et ladite collerette. La pièce d'étanchéité est par exemple un cordon de colle ou un joint élastomère, renfermant des particules d'au moins un matériau électriquement conducteur tel que défini ci- 30 dessus. Le joint peut être plus ou moins compressible, la conductivité pouvant être contrôlée en fonction du sertissage du joint et de sa compression. 5 Selon une seconde variante de ce premier mode de réalisation, les parois du boîtier forment une gorge de réception d'au moins une zone périphérique du couvercle, la pièce d'étanchéité à résistance de fuite étant logée entre ladite gorge et le couvercle. 5 Dans l'une ou l'autre des variantes ci-dessus, la pièce d'étanchéité est par exemple un cordon de colle ou un joint élastomère, renfermant des particules d'au moins un matériau électriquement conducteur tel que défini ci-dessus. Le joint peut être plus ou moins compressible, la conductivité pouvant être 10 contrôlée en fonction du sertissage du joint et de sa compression. Dans un second mode de réalisation de l'élément de stockage d'énergie électrique selon l'invention, le boîtier et le couvercle sont en matériau(x) électriquement conducteur(s), constituant les pôles positif et négatif dudit 15 élément, ménageant entre eux un espace obturé par une pièce d'étanchéité mécanique et électrique, le dispositif de dérive de courant étant positionné dans un espace interne libre de l'élément de stockage, et connecté d'une part au fond du boîtier et d'autre part au couvercle. En fonction de son emplacement à l'intérieur de l'élément de stockage, le dispositif de dérive de courant peut être 20 ou non protégé par une gaine isolante pour éviter les contacts avec les parties électro-chimiquement actives. Selon une première variante de ce second mode de réalisation, le dispositif de dérive de courant interne comprend avantageusement un élément résistif, tel 25 qu'un un fil ou une tige en matériau métallique ou une résistance électronique et des liaisons filaires. Selon une seconde variante de ce second mode de réalisation, le dispositif de dérive de courant interne est sous la forme d'un ressort métallique, comprimé 30 entre le couvercle et le fond du boîtier à l'état fermé de l'enveloppe. Un tel agencement permet également de limiter le gonflement du couvercle, pouvant avoir lieu lors de la production de gaz dans le composant électrochimique de l'élément de stockage d'énergie électrique. 6 Un deuxième objet de l'invention concerne tout module de stockage d'énergie électrique comprenant une pluralité d'éléments de stockage d'énergie tels que décrits ci-dessus. 5 BREVE DESCRIPTION DES DESSINS L'exposé de l'invention est complété ci-après par la description d'exemples de réalisation donnés à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels : 10 - la figure 1 schématise un élément de stockage d'énergie électrique selon l'art antérieur avec résistance de fuite externe ; - la figure 2 schématise un élément de stockage d'énergie électrique selon une 15 première variante du premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 3 schématise un élément de stockage d'énergie électrique selon une seconde variante du premier mode de réalisation de l'invention ; 20 - la figure 4 schématise un autre exemple d'élément de stockage d'énergie électrique, selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE En se référant aux figures, un exemple d'un élément de stockage 1 d'énergie 25 électrique classique, schématisé sur la figure 1, renferme un composant de stockage d'énergie électrique proprement dit (non représenté), logé dans une enveloppe 2 de forme générale cylindrique comportant un boîtier 3 et un couvercle 6. Le boîtier 3 et le couvercle 6 sont tous deux réalisés en matériau électriquement conducteur, tel qu'en aluminium, et selon l'art antérieur, isolés 30 électriquement l'un de l'autre par une pièce d'étanchéité 9 assurant l'étanchéité à la fois mécanique et électrique. Cette pièce d'étanchéité est logée entre la collerette 10 du couvercle 6 et la 7 paroi latérale 5 du boîtier 3 et est généralement composée d'un joint assurant l'isolation électrique, éventuellement associé à un moyen adhésif complétant l'étanchéité mécanique de l'enveloppe 2. 5 L'élément de stockage 1 d'énergie électrique est, selon l'art antérieur, également équipé d'une résistance 8 de fuite externe connectée, par l'intermédiaire de câblages 7 électriques, respectivement au couvercle 6 formant le pôle positif de l'élément et au fond 4 du boîtier formant le pôle négatif de l'élément. 10 Selon le premier mode de réalisation de l'invention schématisé à la figure 2, la pièce d'étanchéité 9 assurant l'isolation électrique est, contrairement à la recherche d'une étanchéité électrique la plus poussée possible, remplacée par une pièce 11 à isolation électrique dégradée, de type cordon de colle ou joint, 15 comprenant un matériau électriquement conducteur. Cette pièce 11 constitue alors une résistance de fuite interne. Ce cordon de colle ou joint d'une part contribue à l'étanchéité de l'enveloppe 2 vis-à-vis de l'extérieur, et d'autre part présente une isolation électrique dégradée par rapport à l'art antérieur, en permettant le passage d'un courant de fuite maîtrisé entre le couvercle 6 et le 20 boîtier 3, c'est-à-dire entre les pôles de l'élément de stockage 1 d'énergie électrique. Pour ce faire, le matériau constitutif de cette colle ou joint est une matrice polymère intégrant des particules, par exemple sous forme de poudre, de matériaux conducteurs métalliques et/ou carbonés. 25 Ainsi, la résistance de fuite est contrôlée entre le pôle positif formé par le couvercle 6 et le pôle négatif formé par le boîtier 3. Selon la variante représentée sur la figure 2, la pièce 11 formée d'un cordon (continu ou non, mais de préférence continu) de colle ou joint peut être placée 30 entre une collerette 10 périphérique du couvercle 6 et les parois 5 du boîtier 3 ou selon une variante schématisée sur la figure 3, dans une gorge 13 ménagée dans la paroi périphérique 5 du boîtier 3. 8 Bien entendu, cette pièce 11 peut être complétée par tout autre moyen permettant d'assurer une parfaite étanchéité mécanique de l'enveloppe 2 de l'élément de stockage 1 d'énergie électrique vis-à-vis de l'extérieur : il peut s'agir par exemple d'un joint compressible 12 tel que schématisé sur la figure 3, 5 le bord périphérique du couvercle 6, ici en forme de disque, étant pris en sandwich, dans la gorge 13, entre le joint compressible et la pièce 11 formant la résistance de fuite. La figure 4 schématise un deuxième mode de réalisation de l'invention dans 10 lequel la pièce d'étanchéité 9, comme dans l'art antérieur, assure à la fois l'étanchéité mécanique et l'isolation électrique entre le couvercle 6 et le boîtier 3, par exemple la pièce d'étanchéité 9 est interposée entre la collerette 10 du boîtier 6 et les parois 5 du boîtier 3 de l'élément de stockage 1. Mais dans ce cas, la résistance de fuite intégrée à l'élément de stockage 1 d'énergie 15 électrique est formée par une résistance 14 interne électriquement connectée, au moyen de câblage 15 électrique, d'une part à la paroi interne du couvercle 6 constituant le pôle positif et d'autre part à la paroi interne du fond 4 constituant le pôle négatif de l'élément de stockage 1 d'énergie électrique. Ce câblage peut être souple ou rigide. 20 L'ensemble résistance et câblage peut être remplacé, par exemple, par une tige ou un barreau métallique vissé ou soudé à ses deux extrémités, l'une sur le couvercle, l'autre sur le boîtier, le métal étant choisi en fonction de sa conductivité et sa section étant de dimension adaptée pour constituer la 25 résistance de fuite interne requise. La résistance 14 interne peut également être une résistance électronique calibrée avec des liaisons filaires 15 de chaque côté, éventuellement protégée par une gaine isolante pour éviter les contacts avec les parties internes électro30 chimiquement actives de l'élément de stockage 1 d'énergie REVENDICATIONS1. Elément (1) de stockage d'énergie électrique, tel qu'une cellule électrochimique ou un super condensateur, comprenant un composant de 5 stockage d'énergie électrique logé dans une enveloppe (2) composée d'un boîtier (3), formé d'un fond (4) et de parois latérales (5), et d'un couvercle (6), le boîtier (3) et le couvercle (6) étant reliés respectivement au pôle négatif et au pôle positif dudit composant de stockage d'énergie, caractérisé en ce que l'élément de stockage d'énergie électrique comporte un dispositif de dérive de 10 courant à résistance de fuite, logé à l'intérieur de l'enveloppe (2) de l'élément de stockage d'énergie, et connecté aux deux pôles. 2. Elément (1) de stockage d'énergie électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le boîtier (3) et le couvercle (6) sont en matériau(x) 15 électriquement conducteur(s), constituant les pôles positif et négatif dudit élément, et ménagent entre eux un espace obturé par une pièce d'étanchéité à résistance de fuite formant le dispositif de dérive de courant. 3. Elément (1) de stockage d'énergie électrique selon la revendication 2, 20 caractérisé en ce que la pièce d'étanchéité à résistance de fuite est en matériau dont la conductivité électrique est comprise entre 4 10-5 et 20 S.m-1, de préférence entre 2 10-4 et 1 S.m-1, de préférence encore entre 2 10-3 et 0.2 S.m-1,créant un courant de fuite entre les pôles positif et négatif dudit élément de stockage (1). 25 4. Elément (1) de stockage d'énergie électrique selon la revendication 3, caractérisé en ce que la pièce d'étanchéité à résistance de fuite est un cordon (11) continu d'un matériau composite à matrice polymère adhésive ou élastomère dans laquelle sont dispersées des particules d'au moins un 30 matériau électriquement conducteur. 5. Elément (1) de stockage d'énergie électrique selon la revendication 3, caractérisé en ce que le matériau électriquement conducteur est choisi parmi les charges carbonées, les particules métalliques et l'un de leur mélange. 10 6. Elément (1) de stockage d'énergie électrique selon la revendication 4, caractérisé en ce que les charges carbonées sont choisies parmi le noir de carbone, le graphite, les fibres et nanofibres de carbone, les nanotubes de 5 carbone et le graphène. 7. Elément (1) de stockage d'énergie électrique selon la revendication 4, caractérisé en ce que les particules métalliques sont choisies parmi les particules d'aluminium, d'argent, de cuivre, de platine, de fer, de cobalt, et/ou 10 de nickel. 8. Elément (1) de stockage d'énergie électrique selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que le couvercle (6) comporte une collerette (10) périphérique, la pièce d'étanchéité à résistance de fuite étant 15 logée entre les parois (5) du boîtier (3) et ladite collerette (10). 9. Elément (1) de stockage d'énergie électrique selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que les parois (5) du boîtier (3) forment une gorge (13) de réception d'au moins une zone périphérique du couvercle (6), 20 la pièce d'étanchéité à résistance de fuite étant logée entre ladite gorge (13) et le couvercle (6). 10. Elément (1) de stockage d'énergie électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le boîtier (3) et le couvercle (6) sont en matériau(x) 25 électriquement conducteur(s), constituant les pôles positif et négatif dudit élément, ménageant entre eux un espace obturé par une pièce d'étanchéité mécanique et électrique, le dispositif de dérive de courant étant positionné dans un espace interne libre de l'élément de stockage, et connecté d'une part au fond (4) du boîtier et d'autre part au couvercle (6). 30 11. Elément (1) de stockage d'énergie électrique selon la revendication 10, caractérisé en ce que le dispositif de dérive de courant interne comprend un élément résistif, tel qu'un un fil ou une tige en matériau métallique ou une résistance électronique et des liaisons filaires. 35 il 12. Elément (1) de stockage d'énergie électrique selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que le dispositif de dérive de courant interne est sous la forme d'un ressort métallique, comprimé entre le couvercle (6) et le fond (4) du boîtier (3) à l'état fermé de l'enveloppe (2). 13. Module de stockage d'énergie électrique comprenant une pluralité d'éléments (1) de stockage d'énergie conformes à l'une quelconque des revendications précédentes.