Brevet FR3072503A1 — 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 modules de stockage d'énergie électrique incorporant un assemblage d'éléments de stockage d'énergie électrique du type super condensateurs ou batteries. La présente invention concerne plus précisément l'équilibrage des différents éléments de stockage d'énergie disposés dans un tel 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 de stockage. Ce dispositif d'équilibrage est généralement basé sur une dérive de courant, continue ou dépendante d'un seuil de tension, qui est mise en oeuvre 25 électriquement par l'ajout d'une résistance de fuite en parallèle de l'élément de stockage, résistance bien inférieure à la résistance naturelle entre les deux électrodes de l'élément de stockage d'énergie électrique. 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 30 connectées aux pôles positif (+) et négatif (-) dudit élément. 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 modules regroupant un ou plusieurs assemblages d'éléments de stockage d'énergie, compartiments dans lesquels 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 du module 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 de stockage. 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 par l'augmentation des 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 électrique. 3 Un autre but de l'invention est de proposer un module de stockage d'énergie électrique, regroupant une pluralité d'éléments de stockage d'énergie, comprenant un système d'équilibrage intégré au dit module et permettant un gain de place dans lesdits modules par rapport à ceux de l'art antérieur. 5 Un premier objet de l'invention concerne donc un module de stockage d'énergie électrique, renfermant, logés dans une enveloppe, un assemblage d'au moins une rangée d'éléments de stockage d'énergie électrique tels que des cellules électrochimiques ou des super condensateurs, dont les pôles sont 10 couplés électriquement au moyen de pièces de liaison électrique dénommées barrettes de liaison, ladite liaison présentant une résistance électrique Rb, lesdits éléments étant maintenus en place dans ladite enveloppe. Ce module de stockage est caractérisé en ce qu'au moins une partie de l'enveloppe ou au moins une partie d'une pièce de calage, intercalée entre l'enveloppe du module 15 et un bord longitudinal d'une des rangées d'éléments de stockage, comprend une zone électriquement conductrice, en contact entre deux pôles d'un élément de stockage et/ou entre au moins un pôle d'un premier couple d'éléments de stockage et un pôle d'un second couple d'éléments de stockage, et constituant une résistance de fuite maîtrisée intégrée au dit module, créant une dérive de 20 courant. Ainsi c'est une partie des constituants dudit module de stockage d'énergie qui forme la résistance de fuite intégrée, sans nécessiter de câblages, ni de liaison spécifique rapportée. Il en résulte non seulement un gain de place au sein du 25 module, mais également une fabrication et un assemblage des éléments grandement facilités. De manière avantageuse, le contact électrique constituant la résistance de fuite présente une résistance Rf, avec Rf » Rb, la valeur de Rf étant au moins égale à 100 fois la valeur de Rb. 30 Selon un premier mode de réalisation de l'invention, deux pièces de calage sont, partiellement ou entièrement en contact avec au moins un secteur de l'enveloppe électriquement conducteur reliant les deux pièces de calage, créant le courant de fuite au travers des dites pièces de calage et dudit secteur (ou 4 paroi) de ladite enveloppe. Dans ce premier mode de réalisation, l'équilibrage est ainsi assuré entre l'ensemble des éléments en contact avec la ou les pièces de calage. En effet, 5 ainsi, la ou les pièces de calage, qui assure(nt) habituellement aussi l'isolation électrique entre la rangée d'éléments de stockage d'énergie électrique et l'enveloppe du module, est (sont) configurée(s) pour présenter, selon l'invention, une isolation électrique dégradée de façon à augmenter légèrement sa (leur) conductivité et créer directement une résistance de fuite maîtrisée en 10 son (leur) sein. Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, ladite zone électriquement conductrice est une portion d'une pièce de calage. 15 Selon un troisième mode de réalisation de l'invention, ladite zone électriquement conductrice est une partie rajoutée à la pièce de calage. Par « partie rajoutée à la pièce de calage il peut s'agir d'une partie réalisée en un matériau de base de même nature (par exemple même matrice polymère de base) mais dont le caractère isolant électrique a été dégradé, pour lui conférer 20 une conductivité électrique d'une valeur spécifique. De manière avantageuse, ladite pièce de calage ou ladite portion de la pièce de calage ou partie rajoutée à la pièce de calage est en matériau composite à matrice polymère adhésive ou élastomère dans laquelle sont dispersées des 25 particules d'au moins un matériau électriquement conducteur. Le matériau électriquement conducteur du matériau composite est de préférence choisi parmi des charges carbonées, des particules métalliques et l'un de leur mélange. Lesdites charges carbonées peuvent être choisies parmi le noir de carbone, le 30 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. 5 Selon un cinquième mode de réalisation de l'invention, l'enveloppe du module est en matériau métallique, ou en matériau polymère revêtu d'un revêtement intérieur en matériau électriquement conducteur, et au moins une partie de la paroi intérieure de l'enveloppe est en contact électrique direct avec au moins 5 deux pôles, de polarité opposée, d'une rangée d'éléments de stockage d'énergie électrique. Selon un sixième mode de réalisation de l'invention, la ou les pièces de calage sont formées par des protubérances ménagées sur la face intérieure de 10 l'enveloppe du module de stockage d'énergie. 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 15 annexés, sur lesquels : - la figure 1 schématise un module de stockage d'énergie incorporant une rangée d'éléments de stockage selon un mode de réalisation de l'invention dans lequel les pièces de calage et l'enveloppe du module forment la résistance de fuite intégrée; 20 - la figure 2 schématise un module de stockage d'énergie selon un autre mode de réalisation de l'invention dans lequel la résistance de fuite intégrée s'effectue directement via l'enveloppe du module; - la figure 3 schématise un module de stockage d'énergie selon encore un autre mode de réalisation de l'invention dans lequel chacune des pièces de calage 25 forme une résistance de fuite intégrée; - la figure 4 schématise un module de stockage d'énergie selon encore un autre mode de réalisation de l'invention dans lequel une portion des pièces de calage forme la résistance de fuite intégrée ; - la figure 5 schématise un module de stockage d'énergie selon encore un autre 30 mode de réalisation de l'invention dans lequel la résistance de fuite intégrée est une partie rajoutée à la pièce de calage entre les éléments de stockage. 6 DESCRIPTION DETAILLEE En se référant aux figures, a été schématisé un exemple de module 5 de stockage d'énergie électrique incorporant une rangée de quatre éléments E de stockage d'énergie électrique pouvant être des cellules électrochimiques ou des 5 super condensateurs. Ces éléments E, espacés les uns des autres sont couplés électriquement et connectés en série par des barrettes 7 de liaison entre le pôle positif d'un élément et le pôle négatif de l'élément adjacent. L'ensemble des éléments E de stockage d'énergie électrique est logé dans une 10 enveloppe 6 fermant ledit module 5 et maintenu en place dans ladite enveloppe 6 par des pièces de calage 8, généralement réalisées en matériau élastomère. Sur l'exemple schématisé sur la figure 1 ces pièces de calage 8 se présentent sous la forme d'une paire, chaque pièce de calage 8 enrobant les pôles et barrettes 7 de liaison d'un bord ou côté longitudinal de la rangée d'éléments E 15 de stockage d'énergie électrique. Dans l'art antérieur, ces pièces de calage assuraient également l'isolation électrique, le courant ne circulant qu'au travers des barrettes de liaison. Selon un mode de réalisation de l'invention, les deux pièces de calage 8 présentent 20 une isolation électrique dégradée (schématisée par les zones hachurées sur la figure 1), permettant la création d'un courant de fuite au travers des dites pièces, l'enveloppe 6, ou au moins la face interne ou paroi interne, de ladite enveloppe, étant également conductrice d'électricité, la face externe ou paroi externe de la dite enveloppe du module 5 étant, quant à elle, isolante. 25 En variante, il peut être prévu que seul un secteur de l'enveloppe compris entre les deux pièces de calage 8 peut être conducteur. Ainsi la résistance de fuite intégrée est constituée par les pièces de calage 8 et les secteurs de l'enveloppe 6. La conductivité de l'élastomère des pièces de calage 8 est obtenue, par 30 exemple, par ajout, lors de sa formulation, de particules conductrices de type métalliques (par exemple de la poudre d'aluminium) ou de charges carbonées (par exemple de la poudre de graphite), dont le taux, au sein de la matrice élastomère, permet de maîtriser la conductivité de ladite pièce de calage. Il est 7 ainsi possible de maîtriser le courant de fuite des différents éléments de stockage avec les pôles desquels les pièces de calage sont en contact. Selon un autre mode de réalisation schématisé sur la figure 2, c'est l'enveloppe 5 6, ou au moins sa face interne ou paroi interne, (partiellement conductrice ou son revêtement intérieur) qui est en contact direct avec au moins un pôle négatif d'un élément E de stockage d'énergie électrique (par exemple ici l'élément 1) et au moins un pôle positif d'un autre élément E (par exemple ici l'élément 4 à l'extrémité de la rangée) de la rangée d'éléments E. En variante 10 (non représentée) seul un secteur de l'enveloppe 6 compris entre les zones de contact de l'élément 1 et de l'élément 4 peut être conducteur. Selon une autre variante (non représentée) la ou les pièces de calage 8 sont formées par des protubérances ménagées sur la face intérieure de l'enveloppe 6 du module 5 de stockage d'énergie. 15 Selon un autre mode de réalisation schématisé sur la figure 3, chacune des pièces de calage 8 forme une résistance de fuite intégrée, chacune d'un côté de la rangée d'éléments E de stockage d'énergie électrique. 20 Selon d'autres mode de réalisation schématisés sur les figures 4 et 5, le calage est réalisé tel que certaines zones à conductivité maîtrisée (hachurées) ne sont situées qu'aux endroits strictement nécessaires au sens électrique, c'est-à-dire directement entre le pôle négatif de l'élément 1 et le pôle positif de l'élément 2, entre le pôle négatif de l'élément 2 et le pôle positif de l'élément 3. La 25 résistance de fuite s'établit ainsi entre des paires d'éléments E. Ces zones à conductivité maîtrisée peuvent être des portions 9 des pièces de calage 8, comme schématisé sur la figure 4 ou de parties rajoutées, comme visible sur la figure 5. 30 Dans ce cas, le reste éventuel des pièces de calage 8 (zones à points 10, selon l'exemple de la figure 4) en dehors des zones nécessairement conductrices est idéalement isolant ou à conductivité bien inférieure à celle des zones à 8 conductivité maîtrisée, REVENDICATIONS1. Module de stockage d'énergie électrique, renfermant, logés dans une enveloppe (6), un assemblage d'au moins une rangée d'éléments (E) de stockage d'énergie électrique tels que des cellules électrochimiques ou des super condensateurs, dont les pôles sont couplés électriquement au moyen de pièces de liaison électrique dénommées barrettes de liaison (7), ladite liaison présentant une résistance électrique Rb, lesdits éléments étant maintenus en place dans ladite enveloppe, caractérisé en ce qu'au moins une partie de l'enveloppe (6) ou au moins une partie d'une pièce de calage (8), intercalée entre l'enveloppe (6) du module et un bord longitudinal d'une des rangées d'éléments de stockage, comprend une zone électriquement conductrice en contact entre deux pôles d'un élément (E) de stockage et/ou entre au moins un pôle d'un premier couple d'éléments (E) de stockage et un pôle d'un second couple d'éléments (E) de stockage, et constituant une résistance de fuite maîtrisée intégrée au dit module, créant une dérive de courant. 2. Module de stockage d'énergie électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le contact électrique constituant la résistance de fuite présente une 20 résistance Rf, avec Rf » Rb, la valeur de Rf étant au moins égale à 100 fois la valeur de Rb. 3. Module de stockage d'énergie électrique selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que deux pièces de calage (8) sont, partiellement ou 25 entièrement en contact avec au moins un secteur de l'enveloppe (6) électriquement conducteur reliant les deux pièces de calage (8), créant le courant de fuite au travers des dites pièces de calage (8) et dudit secteur de ladite enveloppe (6). 30 4. Module de stockage selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que ladite zone électriquement conductrice est une portion (9) d'une pièce de calage (8). 10 5. Module de stockage selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que ladite zone électriquement conductrice est une partie rajoutée (11) à ladite pièce de calage (8). 5 6. Module de stockage d'énergie électrique selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que ladite pièce de calage (8) ou ladite portion (9) de la pièce de calage ou partie rajoutée (11) à la pièce de calage (8) est en matériau composite à matrice polymère adhésive ou élastomère dans laquelle sont dispersées des particules d'au moins un matériau électriquement 10 conducteur. 7. Module de stockage d'énergie électrique selon la revendication 6, caractérisé en ce que le matériau électriquement conducteur du matériau composite est choisi parmi des charges carbonées, des particules métalliques et l'un de leur 15 mélange. 8. Module de stockage d'énergie électrique selon la revendication 7, 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 carbone et le 20 graphène. 9. Module de stockage d'énergie électrique selon la revendication 7, 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 de nickel. 25 10. Module de stockage selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que l'enveloppe (6) du module (5) est en matériau métallique, ou en matériau polymère revêtu d'un revêtement intérieur en matériau électriquement conducteur, et au moins une partie de la paroi intérieure de l'enveloppe (6) est 30 en contact électrique direct avec au moins deux pôles, de polarité opposée, d'une rangée d'éléments (E) de stockage d'énergie électrique. 11. Module de stockage selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la ou les pièces de calage (8) sont formées 35 par des protubérances ménagées sur la face intérieure de l'enveloppe (6) du module (5) de stockage d'énergie.