Brevet FR3083648A1 — publié le 20200110

Paroi de blindage électromagnétique composite, emballage de batterie comprenant une telle paroi, et procédé de production d'une telle paroi La présente invention concerne une paroi de blindage électromagnétique composite, du type comprenant un substrat en matériau diélectrique et une couche conductrice rapportée sur ledit substrat. L'invention concerne également un emballage de batterie comprenant une telle paroi de blindage. L'invention concerne encore des procédés de production d'une telle paroi de blindage et d'un tel emballage de batterie. Il est connu d'équiper des véhicules automobiles de moteurs électriques et de batteries pour alimenter ces moteurs. Généralement, le courant fourni par une telle batterie pour alimenter un moteur électrique est conditionné par un convertisseur à découpage hautes fréquences pour adapter la tension du courant à la tension d'alimentation du moteur. Or, ce convertisseur génère des variations très rapides de courant, appelés fronts, dans les câbles électriques d'alimentation du moteur, en conséquence de quoi ces câbles électriques et la batterie produisent des champs électriques et électromagnétiques susceptibles de perturber le fonctionnement des équipements électroniques environnants. Pour résoudre ce problème, il est connu de réaliser un emballage de batterie conducteur autour de la batterie et de ses bus de distribution de courant, et de blinder chaque câble électrique hors de l'emballage de batterie. La manière actuelle de réaliser les emballages de batterie ne donne toutefois pas entière satisfaction. En effet, pour conférer aux emballages de batterie des propriétés de blindage électromagnétique, la solution la plus souvent retenue est de réaliser ces emballages en métal. Or, cette solution n'est pas satisfaisante, car elle alourdit le véhicule. Une solution alternative consiste à réaliser au moins une partie de l'emballage en matériau plastique, et à blinder cette partie de l'emballage en lui appliquant une feuille d'aluminium ou en déposant par pulvérisation un matériau conducteur sur ladite partie de l'emballage. Le fait de rendre conductrice cette enveloppe lui confère cette propriété de blindage. Cette solution présente un avantage en poids évident par rapport à la première solution. Toutefois, l'emballage est beaucoup plus compliqué et coûteux à réaliser. Un objectif de l'invention est ainsi de permettre la production de pièces de blindage électromagnétique qui soient légères et faciles à réaliser. Un autre objectif est que ces pièces de blindage soient peu coûteuses. 2 A cet effet, l'invention a pour objet une paroi de blindage électromagnétique composite du type précité, dans laquelle la couche conductrice a été déposée sur le substrat par revêtement en moule, la couche conductrice comprenant une charge conductrice noyée dans une matrice de résine. 5 Selon des modes de réalisation particuliers de l'invention, la paroi de blindage électromagnétique composite présente également l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toute(s) combinaison(s) techniquement possible(s) : - la charge conductrice comprend des nanotubes de carbone, en particulier des 10 nanotubes de carbone à simple paroi ; - la concentration de la charge conductrice dans la couche conductrice est inférieure à 1,5 % en poids, de préférence inférieure à 0,5 % en poids, et est en particulier comprise entre 0,01 et 0,1 % en poids par rapport au poids total de la couche conductrice ; 15 .- la matrice de résine est constituée d'une résine sans solvant composée majoritairement d'esters insaturés réticulés à l'aide d'un monomère styrène associé à du dicyclopentadiène ou sans association avec du dicyclopentadiène, les esters insaturés étant préférentiellement choisis parmi : les polyesters, les vinylesters, les acrylates, et les méthacrylates ; 20 - la couche conductrice a une épaisseur inférieure à 500 pm, de préférence comprise entre 50 et 250 pm, et en particulier comprise entre 80 et 150 pm ; - le substrat a une épaisseur supérieure à 0,5 mm, de préférence inférieure à 15 mm, et encore plus préférentiellement entre 1 et 5 mm ; - la couche conductrice a une résistivité de surface inférieure à 20 Q/u, de 25 préférence inférieure à 10 0/^, et encore plus préférentiellement inférieure ou égale à 5 Diu. L'invention a également pour objet un emballage de batterie comprenant au moins une paroi de blindage électromagnétique composite telle que définie ci-dessus. L'invention a encore pour objet un procédé de production d'une paroi de blindage 30 électromagnétique composite, comprenant les étapes suivantes : - production, dans un moule, d'un substrat en matériau diélectrique, et revêtement en moule dudit substrat avec un matériau de revêtement de sorte à former une couche conductrice rapportée sur le substrat, ledit matériau de revêtement comprenant une charge conductrice noyée dans une matrice en 35 résine. 3 Selon des modes de réalisation particuliers de l'invention, le procédé de production présente également l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toute(s) combinaison(s) techniquement possible(s) : - le revêtement en moule du substrat est réalisé au moyen d'un procédé de 5 revêtement en moule par injection à haute pression. - la charge conductrice comprend des nanotubes de carbone, en particulier des nanotubes de carbone à simple paroi ; - la concentration de la charge conductrice dans le matériau de revêtement est inférieure à 1,5 % en poids, de préférence inférieure à 0,5 % en poids et est en particulier 10 comprise entre 0,01 et 0,1 % en poids par rapport au poids total du matériau de revêtement ; - la matrice de résine est constituée d'une résine sans solvant composée majoritairement d'esters insaturés réticulés à l'aide d'un monomère styrène associé à du dicyclopentadiène ou sans association avec du dicyclopentadiène, les esters insaturés 15 étant préférentiellement choisis parmi : les polyesters, les vinylesters, les acrylates, et les méthacrylates ; et - la paroi de blindage électromagnétique composite obtenue est constituée par une paroi de blindage électromagnétique composite telle que définie ci-dessus. Enfin, l'invention a pour objet un procédé de production d'un emballage de 20 batterie, comprenant les étapes suivantes : - production d'au moins une paroi de blindage électromagnétique composite au moyen d'un procédé tel que défini ci-dessus, et assemblage de la paroi de blindage électromagnétique composite ainsi produite avec au moins une autre paroi pour former l'emballage de batterie. 25 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, dans lesquels : la Figure 1 est une vue en coupe d'un emballage de batterie selon un premier exemple de réalisation de l'invention, 30 - la Figure 2 est une vue en coupe d'un emballage de batterie selon un deuxième exemple de réalisation de l'invention, - la Figure 3 est une vue d'un détail marqué Il de la Figure 1, la Figure 4 est une vue d'une schématique d'une première étape d'un procédé de production de l'emballage de la Figure 1, 4 - la Figure 5 est une vue d'une schématique d'une deuxième étape du procédé de production de l'emballage de la Figure 1, et - la Figure 6 est une vue d'une schématique d'une troisième étape du procédé de production de l'emballage de la Figure 1. 5 L'emballage de batterie 10 représenté sur la Figure 1 comprend une pluralité de parois 12 qui, ensemble, entourent une batterie 16 en formant une enceinte fermée autour de ladite batterie 16. Cet emballage de batterie 10 est typiquement embarqué à bord d'un véhicule automobile (non représenté), la batterie 16 étant raccordée électriquement à un moteur électrique (non représenté) de ce véhicule automobile pour l'alimenter en énergie 10 électrique. Chaque paroi 12 est adaptée pour faire barrière aux ondes électromagnétiques et constitue de ce fait une paroi de blindage électromagnétique. De plus, les parois 12 sont raccordées les unes aux autres de façon à assurer une continuité électrique entre les parois 12, de sorte que l'emballage de batterie 10 constitue une cage de Faraday autour 15 de la batterie 16. A cet effet, des broches 18 en matériau électriquement conducteur relient les parois 12 l'une à l'autre. Dans l'exemple représenté, les parois 12 sont au nombre de deux, chaque paroi 12 étant conformée en forme de demi-coquille. Les parois 12 comprennent au moins une paroi de blindage électromagnétique 20 composite 14. En référence à la Figure 3, cette paroi de blindage électromagnétique composite 14 comprend un substrat 20 en matériau diélectrique et une couche conductrice 22 rapportée sur ledit substrat 20. Le substrat en matériau diélectrique 20 a une épaisseur el supérieure à 0,5 mm, 25 de préférence inférieure à 15 mm, et encore plus préférentiellement entre 1 et 5 mm. Le substrat en matériau diélectrique 20 est réalisé en matériau composite comprenant des fibres de matériau (non représentées) noyées dans une matrice de résine (non représentée). En particulier, dans l'exemple représenté, le substrat en matériau diélectrique 20 est formé d'une pluralité de couches 24, 26, 28 de matériau 30 composite superposées et collées les unes aux autres, le matériau de chaque couche 24, 26, 28 étant de préférence identique au matériau de chaque autre couche 24, 26, 28 et comprenant des fibres de matériau (non représentées) noyées dans une matrice de résine (non représentée). Les fibres de matériau entrant dans la composition de chaque couche 24, 26, 28 et 35 constituant donc les fibres de matériau du substrat 20 comprennent de préférence des 5 fibres de verre, de basalte, de carbone, d'aramide, ou de polypropylène à haut poids moléculaire (mieux connu sous l'acronyme HMPP pour « high-modulus polypropylene ») et sont avantageusement constituées par de telles fibres. En variante, les fibres de matériau entrant dans la composition de chaque couche 24, 26, 28 et constituant donc les 5 fibres de matériau du substrat 20 comprennent des fibres bio-sourcées telles que des fibres de lin ou de chanvre, et sont avantageusement constituées par de telles fibres. La matrice de résine entrant dans la composition de chaque couche 24, 26, 28 et constituant donc la matrice de résine du substrat 20 comprend de préférence une résine polyester et est avantageusement constituée par une telle résine. En variante, la matrice 10 de résine entrant dans la composition de chaque couche 24, 26, 28 et constituant donc la matrice de résine du substrat 20 comprend une résine vinylester ou acrylique et est typiquement constituée par une telle résine. Les couches 24, 26, 28 sont ici représentées au nombre de trois. En variante, les couches 24, 26, 28 sont au nombre de deux, ou leur nombre est strictement supérieur à 15 trois. En variante encore, le substrat 20 est formé d'une unique couche. La couche conductrice 22 a une épaisseur e2 inférieure à 500 pm, de préférence comprise entre 50 et 250 pm, et en particulier comprise entre 80 et 150 pm.. Elle a une résistivité de surface inférieure à 20 C2/L, de préférence inférieure à 10 D/L, et encore plus préférentiellement inférieure ou égale à 5 Ob. 20 La couche conductrice 22 a été déposée sur le substrat en matériau diélectrique 20 par revêtement en moule (mieux connu sous connu sous la dénomination anglaise « ln-Mould Coating » ou sous l'acronyme IMC correspondant). La couche conductrice 22 comprend une charge conductrice 30 noyée dans une matrice de résine 32. 25 La charge conductrice 30 comprend des nanotubes de carbone, en particulier de nanotubes de carbone à simple paroi, mieux connus sous l'acronyme SWCNT (de l'anglais « Single Wall Carbone Nanotube »). De préférence, la charge conductrice 30 est constituée par ces nanotubes de carbone. La concentration de la charge conductrice 30 dans la couche conductrice 22 est 30 inférieure à 1,5 % en poids, de préférence inférieure à 0,5 % en poids, et est en particulier comprise entre 0,1 et 0,01 % en poids par rapport au poids total de la couche conductrice 22. La matrice de résine 32 est constituée d'une résine sans solvant composée majoritairement d'esters insaturés réticulés à l'aide d'un monomère styrène associé à du 35 dicyclopentadiène ou sans association avec du dicyclopentadiène. Ces esters insaturés 6 sont de préférence choisis parmi : les polyesters, les vinylesters, les acrylates, et les méthacrylates. Dans la variante de la Figure 1, une unique paroi 12 est constituée par une telle paroi de blindage électromagnétique composite 14, l'autre paroi 12 étant constituée par 5 une paroi métallique. Dans la variante de la Figure 2, chaque paroi 12 est constituée par une telle paroi de blindage électromagnétique composite 14, les broches 18 étant alors agencées de sorte à connecter électriquement l'une à l'autre les couches conductrices 22 desdites parois de blindage électromagnétique composite 14. Un procédé de production de l'emballage de batterie 10 va maintenant être écrit, 10 en référence aux Figures 4 à 6. Ce procédé comprend une première étape (non représentée) de production des parois métalliques 12 de l'emballage de batterie 10, une deuxième étape de production de la paroi de blindage électromagnétique composite 14, et une troisième étape (non représentée) d'assemblage des parois 12, 14 les unes aux autres de sorte à former 15 l'emballage de batterie 10. L'étape de production des parois métalliques 12 est réalisée au moyen d'un procédé classique de production de parois métalliques pour blindage électromagnétique. L'étape de production de la paroi de blindage électromagnétique composite 14 est menée parallèlement à l'étape de production des parois métalliques 12. 20 Cette étape de production de la paroi de blindage électromagnétique composite 14 comprend la production, dans un moule 40, du substrat 20 en matériau diélectrique, et le revêtement en moule dudit substrat 20 avec un matériau de revêtement 42 de sorte à former la couche conductrice 22 rapportée sur le substrat en matériau diélectrique 20. Le revêtement en moule du substrat en matériau diélectrique 20 est en particulier 25 réalisé au moyen d'un procédé de revêtement en moule par injection à haute pression, mieux connu sous l'acronyme IMC HPIP (venant de l'anglais 0. Avantageusement, la charge conductrice est constituée par ces nanotubes de carbone. La concentration de la charge conductrice dans le matériau de revêtement 42 est inférieure à 1,5 % en poids, de préférence inférieure à 0,5 % en poids, et est en particulier comprise entre 0,1 et 0,01 % en poids par rapport au poids total du matériau de 15 revêtement 42. La matrice de résine est constituée d'une résine sans solvant composée majoritairement d'esters insaturés réticulés à l'aide d'un monomère styrène associé à du dicyclopentadiène ou sans association avec du dicyclopentadiène. Ces esters insaturés sont de préférence choisis parmi : les polyesters, les vinylesters, les acrylates, et les 20 méthacrylates. Le moule 40 est maintenu dans cette configuration après arrêt de l'injection du matériau de revêtement 42, au moins pendant le temps nécessaire à la polymérisation de la matrice de résine entrant dans la composition du matériau de revêtement 42. La troisième sous-étape est suivie d'une quatrième sous-étape d'ouverture du 25 moule 40 et d'extraction de la paroi de blindage électromagnétique composite 14 ainsi formée. Grâce à l'invention décrite ci-dessus, on obtient une paroi de blindage électromagnétique composite 14 non poreuse, présentant un excellent état de surface, avec une liaison chimique très tenace entre le substrat 20 et la couche conductrice 22, en 30 une unique opération. Ainsi, la production de l'emballage de batterie 10 est particulièrement rapide et aisée. Il est donc possible d'alléger l'emballage de batterie 10 à moindre coût. Cette dimension économique de la paroi de blindage électromagnétique composite 14 est renforcée par la densité particulièrement faible de nanotubes de carbone qu'il est 35 nécessaire d'incorporer à la couche conductrice 22 pour obtenir l'effet de blindage 9 électromagnétique recherché, et par l'épaisseur e2 particulièrement faible de la couche conductrice 22. Par ailleurs, la faible densité des nanotubes de carbone dans le matériau de revêtement 42 impacte peu la viscosité du matériau de revêtement 42, ce qui permet que 5 celui-ci se répartisse bien dans le moule 40 et que l'épaisseur e2 de la couche conductrice 22 soit, de ce fait, REVENDICATIONS1.- Paroi de blindage électromagnétique composite (14), ladite paroi (14) comprenant un substrat (20) en matériau diélectrique et une couche conductrice (22) rapportée sur ledit substrat (20), caractérisée en ce que la couche conductrice (22) a été déposée sur le substrat (20) par revêtement en moule, la couche conductrice (22) comprenant une charge conductrice (30) noyée dans une matrice de résine (32). 2.- Paroi de blindage électromagnétique composite (14) selon la revendication 1, dans laquelle la charge conductrice (30) comprend des nanotubes de carbone, en particulier des nanotubes de carbone à simple paroi. 3.- Paroi de blindage électromagnétique composite (14) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la concentration de la charge conductrice (30) dans la couche conductrice (22) est inférieure à 1,5 % en poids, de préférence inférieure à 0,5 % en poids, et est en particulier comprise entre 0,01 et 0,1 % en poids par rapport au poids total de la couche conductrice (22). 4.- Paroi de blindage électromagnétique composite (14) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la matrice de résine (32) est constituée d'une résine sans solvant composée majoritairement d'esters insaturés réticulés à l'aide d'un monomère styrène associé à du dicyclopentadiène ou sans association avec du dicyclopentadiène, les esters insaturés étant préférentiellement choisis parmi : les polyesters, les vinylesters, les acrylates, et les méthacrylates. 5.- Paroi de blindage électromagnétique composite (14) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la couche conductrice (22) a une épaisseur (e2) inférieure à 500 pm, de préférence comprise entre 50 et 250 pm, et en particulier comprise entre 80 et 150 pm. 6.- Paroi de blindage électromagnétique composite (14) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le substrat (20) a une épaisseur (el) ) supérieure à 0,5 mm, de préférence inférieure à 15 mm, et encore plus préférentiellement entre 1 et 5 mm. 7.- Paroi de blindage électromagnétique composite (14) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la couche conductrice (22) a une résistivité de surface inférieure à 20 DIE, de préférence inférieure à 10 DIE, et encore plus préférentiellement inférieure ou égale à 5 0/u. 11 8.- Emballage de batterie (10) comprenant au moins une paroi de blindage électromagnétique composite (14) selon l'une quelconque des revendications précédentes. 9.- Procédé de production d'une paroi de blindage électromagnétique composite 5 (14), caractérisé en ce que ledit procédé comprend les étapes suivantes : production, dans un moule (40), d'un substrat en matériau diélectrique (20), et revêtement en moule dudit substrat (20) avec un matériau de revêtement (42) de sorte à former une couche conductrice (22) rapportée sur le substrat (20), 10 ledit matériau de revêtement (42) comprenant une charge conductrice noyée dans une matrice en résine. 10.- Procédé de production selon la revendication 9, dans lequel le revêtement en moule du substrat (20) est réalisé au moyen d'un procédé de revêtement en moule par injection à haute pression. 15 11.- Procédé de production selon la revendication 9 ou 10, dans lequel la paroi de blindage électromagnétique composite (14) obtenue est constituée par une paroi (14) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7. 12.- Procédé de production d'un emballage de batterie (10), comprenant les étapes suivantes : 20 production d'au moins une paroi de blindage électromagnétique composite (14) au moyen d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, et assemblage de la paroi de blindage électromagnétique composite (14) ainsi produite avec au moins une autre paroi (12) pour former l'emballage de 25 batterie (10).