Brevet FR3098647A1 — publié le 20210115

Description Titre de l'invention : BLOC DE BATTERIE [0001] La présente invention concerne un bloc de batterie pour véhicule hybride ou électrique comprenant des cellules électrochimiques pour la production, le stockage et la libération d'énergie électrique, et un dispositif de refroidissement optimisé. [0002] L'invention s'applique principalement dans le domaine des véhicules automobiles, en particulier des véhicules électriques (EV), des véhicules électriques hybrides (HEV) et des véhicules électriques hybrides rechargeables (PHEV). [0003] Les batteries de traction d'un véhicule électrique ou d'un véhicule électrique hydride sont généralement des cellules ou batteries électrochimiques du type lithium-ion et lors des phases de décharge et charge diverses réactions chimiques et électrochimiques se produisent, qui sont globalement de nature exothermique, générant ainsi de la chaleur s'accumulant à l'intérieur de la batterie. Les niveaux de température admissibles par la batterie, nécessitent des besoins de contrôle thermique. Il est donc nécessaire de refroidir efficacement la batterie afin de maintenir son niveau de performance et de limiter également son vieillissement. [0004] La densité de puissance des batteries a tendance à augmenter afin de satisfaire aux besoins en termes d'autonomie et de charge rapide, générant encore plus de chaleur. Il a donc été proposé de refroidir la batterie par un liquide constitué généralement d'eau glycolée qui permet de satisfaire à ces besoins. Toutefois, l'eau étant un conducteur électrique, cette solution de refroidissement présente des inconvénients notamment en termes de sécurité, car en cas de choc il est impératif (l'éviter tout risque de court-circuit. On a ainsi proposé un système de refroidissement. qui est constitué d'une plaque contenant l'eau elycolée, cette plaque étant mise en contact avec les cellules électrochimiques. L'efficacité d'un tel système ne peut toutefois pas être optimale, le contact eau-cellules étant indirect. [0005] On a proposé également des dispositifs de refroidissement utilisant un matériau à changement de phase liquide-vapeur. Le document FR-A-3045793 décrit ainsi un dispositif de refroidissement d'un élément apte à chauffer qui comporte une enceinte fermée hermétiquement et qui contient une quantité prédéterminée d'un matériau à changement dc phase passant de la phase liquide à la phase vapeur, l'élément apte à chauffer étant plongé au moins partiellement dans le matériau à changement de phase de sorte que lorsque l'élément chauffe ledit matériau passe de la phase de liquide à la phase vapeur. Le dispositif comporte des moyens de captation et de restitution de l'air dans l'enceinte de sorte que la pression dans l'enceinte reste sensiblement constante malgré les variations du volume de matériau lors des changements dc phase. Le maintien dc la pression interne rend la structure de ce dispositif plus complexe à mettre 2 en oeuvre. [0006] On a proposé également dans EP-B-2806494 un système de batterie qui comprend un logement scellé dans lequel sont positionnés des éléments de batterie. Des éléments de séparation sont positionnés entre chaque élément de batterie adjacent et un fluide de refroidissement tel que du liquide diélectrique est scellé à l'intérieur du logement, ce liquide étant en contact physique avec chaque élément de batterie. [0007] Un tel système de batterie présente une réelle efficacité quant au refroidissement des éléments de batterie, toutefois il impose que chaque élément baigne dans un bain de fluide de refroidissement. De cc fait, la quantité de fluide est importante et dans le cas de batteries de grande capacité, une grande quantité de fluide de refroidissement sera nécessaire et ceci entraîne alors des problèmes liés à la gestion de la circulation du fluide entre les éléments et de gestion de la propreté de ce fluide vis-à-vis des risques d'introduction d'eau depuis l'environnement extérieur. De plus, un tel fluide de refroidissement s'avère onéreux et l'utilisation de grands volumes augmente le prix de ces batteries. [0008] La présente invention a donc pour but de pallier ces inconvénients en proposant un bloc batterie qui permet un refroidissement optimal tout en limitant la quantité de fluide utilisée. [0009] A cet effet, l'invention concerne un bloc batterie comprenant - un module batterie constitué d'au moins deux cellules électrochimiques du type ion-lithium et - des moyens de refroidissement du module, caractérisé en ce que les moyens de refroidissement comprennent un compartiment étanche dans lequel circule un fluide de refroidissement, le compartiment présentant une ouverture au travers de laquelle une partie du module de batterie est logée dans le compartiment, en immersion dans le fluide de refroidissement. [0010] Ainsi, de manière avantageuse, le compartiment des moyens de refroidissement qu'on appellera compartiment de refroidissement n'accueille qu'une partie du module de batterie' et cette partie du module de batterie se trouve alors en contact direct avec le liquide de refroidissement offrant ainsi, pour un volume de fluide de refroidissement limité, un refroidissement optimal du module de batterie par contact direct. [0011] De manière préférée, le fluide de refroidissement est un fluide de refroidissement di- électrique qui permet de refroidir les cellules en augmentant la surface d'échange entre le fluide et les cellules. Le compartiment de refroidissement permet d'optimiser la circulation du fluide autour des cellules. [0012] De préférence, le compartiment de refroidissement comprend une partie de fond présentant une ouverture pour y loger en partie le module et sur laquelle un couvercle 3 est mis en place pour fermer de manière hermétique le compartiment. [0013] Le compartiment de refroidissement est en outre relié à un circuit de refroidissement du fluide diélectrique, par des moyens de liaisons, configurés pour entraîner en circulation le fluide diélectrique chargé de calories entre le compartiment refroidissement du bloc batterie et un échangeur de chaleur où le fluide diélectrique est refroidi par le liquide de refroidissement du véhicule, cet échangeur étant lui-même installé dans un circuit avec le radiateur du véhicule. [0014] Le fluide de refroidissement circule ainsi entre le compartiment de refroidissement du bloc batterie où en refroidissant les cellules il se charge en calories, et l'échangeur où il peut alors être refroidi avant de retourner vers le compartiment de refroidissement du bloc batterie. [0015] Selon une forme de réalisation préférée, le couvercle est configure pour recouvrir en- tièrement le module de batterie et venir fermer la partie de fond de manière hermétique, le couvercle présentant par exemple un bord pourvu d'au moins un joint d'étanchéité coopérant avec le bord de l'ouverture de la partie de fond du compartiment. [0016] De préférence, le module de batterie est constitué de cellules électrochimiques pris- matiques (ou encore appelées « pouch ») et est immergé dans le compartiment sur une hauteur pouvant varier en fonction des besoins spécifiques de chaque application. Par exemple, le module batterie est immergé sur au moins un tiers de sa hauteur et au plus la moitié de sa hauteur. Les cellules peuvent également être du type cylindrique [0017] Selon un mode de réalisation préféré, la partie de fond du compartiment est réalisée en une matière appropriée tel qu'une matière plastique, de l'aluminium, et présente une forme de boite, de préférence parallélépipédique, dont une face est pourvue de l'ouverture à travers laquelle le module de batterie est engagé. Le compartiment ainsi réalisé doit notamment présenter des caractéristiques mécaniques lui permettant de résister aux chocs. [0018] La partie couvercle du compartiment est de préférence constituée d'une pièce dont la forme est agencée pour s'emboîter sur la partie supérieure du module de batterie qui est en saillie de la partie de fond du compartiment de refroidissement. Cette pièce couvercle présentent des bords qui viennent en appui sur la face de la partie de fond entourant l'ouverture et les bords du couvercle présentent de préférence au moins un joint d'étanchéité pour permettre la fermeture hermétique du compartiment de refroidissement et du bloc de batterie ainsi constitué. [0019] Le bloc batterie se présente avantageusement sous une forme directement logeable dans un véhicule, le bloc batterie présentant tous les éléments de raccordement électriques nécessaires à son fonctionnement dans le véhicule ainsi que des moyens d'implantation et fixation du bloc dans le véhicule. [0020] L'invention permet donc de proposer un bloc batterie dont le refroidissement est optimal tout en étant économiquement avantageux. [0021] L'invention concerne également un véhicule automobile, du type véhicule électrique (EV), véhicule électrique hybride (HEV) ou véhicule électrique hybride rechargeable (PHEV), caractérisé en ce qu'il comporte au moins un bloc batterie tel que décrit ci-dessus. [0022] On décrira maintenant l'invention plus en détails en référence aux figures lesquelles représentent : [0023] [fig.1] une vue en coupe d'un exemple de bloc batterie selon l'invention ; [0024] [fig.2] une vue en perspective éclatée d'un bloc batterie selon la figure 1 ; et [0025] [fig.3] une vue en perspective d'un bloc batterie et du circuit de refroidissement. [0026] Le bloc batterie 1 selon l'invention comprend un module de batterie 2 constitué d'un ensemble de cellules électrochimiques prismatiques 21 du type Li-ion. [0027] Des moyens de refroidissement du bloc batterie comprennent un compartiment 3 constitué d'une partie de fond ou bac 31 dans lequel circule un fluide diélectrique de refroidissement 32. [0028] Cette partie de fond 31 présente, de préférence, une forme de boîte parallélé- pipédique dont une face est pourvue d'une ouverture 33. [0029] Au travers de l'ouverture 33, est engagée la partie inférieure du module 2, et donc des cellules prismatiques 21 de sorte que cette partie du module 2 est immergée dans la partie de fond ou bac 31 et par conséquent, dans le fluide diélectrique de refroidissement 32 tandis que la partie supérieure du module 2 reste émergée. [0030] Un couvercle 4 est mis en place sur la partie émergée du module 2 et permet de sceller le compartiment de refroidissement 3 de manière étanche. [0031] De préférence, le couvercle 4 est conformé pour s'emboiter sur la partie émergée du module 2, les bords 41 du couvercle 4 venant reposer contre le rebord de l'ouverture 33. [0032] De préférence, les bords 41 du couvercle 4 comportent des joints d'étanchéité 42 (visibles en transparence sur la figure 2) permettant ainsi la fermeture étanche du compartiment 3. Le couvercle 4 peut être notamment collé sur le bac 31. [0033] Le fluide de refroidissement diélectrique 32 est circulant dans le compartiment 3 qui est raccordé à un circuit de refroidissement. [0034] Ainsi, le fluide diélectrique de refroidissement 32 se charge en calories dans le com- partiment 3 pour refroidir les cellules prismatiques 21 puis est entraîné vers un échangeur thermique 5 où il est refroidi à l'aide d'un autre fluide de refroidissement tel que du liquide de refroidissement circulant dans le radiateur 6 du véhicule, par exemple. [0035] Un tel bloc batterie présente l'avantage d'utiliser des modules batterie qui ga- rantissent une maîtrise des échauffements survenant dans le bloc batterie de manière efficace grâce aux moyens de refroidissement mis en oeuvre et ce, en maîtrisant la quantité de fluide de refroidissement diélectrique. Le bloc batterie selon l'invention permet donc de maîtriser l'échauffement des cellules batteries tout en étant économiquement viable. De plus, grâce au fluide de refroidissement diélectrique, on garantit des conditions de sécurité renforcées en évitant les risques de court-circuit, notamment en cas de choc. 6 REVENDICATIONS[Revendication 1] Bloc batterie (1) comprenant : - un module batterie (2) constitué d'au moins deux cellules électrochimiques (21) du type ion-lithium et - des moyens de refroidissement du module, caractérisé en ce que les moyens de refroidissement comprennent un compartiment (3) étanche dans lequel circule un liquide de refroidissement (32), le compartiment (3) présentant une ouverture (33) au travers de laquelle une partie du module dc batterie (2) est logée dans le compartiment (3), en immersion dans le liquide de refroidissement (32). [Revendication 2] Bloc batterie selon la revendication 1, caractérisé en ce que le liquide de refroidissement est un fluide diélectrique de refroidissement. [Revendication 3] Bloc batterie selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le com- partiment de refroidissement (3) comprend une partie de fond (31) présentant une ouverture (33) pour y loger en partie le module et sur laquelle un couvercle (34) est mis en place pour fermer de manière hermétique le compartiment (3). [Revendication 4] Bloc batterie (1) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le compartiment de refroidissement (3) comprend des moyens de liaison aptes à le relier à un circuit de refroidissement du fluide de refroidissement (32), configurés pour entraîner en circulation le fluide de refroidissement (32) chargé de calories depuis le compartiment de refroidissement (3) du bloc batterie et un échangeur de chaleur où le fluide (32) est refroidi par le liquide de refroidissement du véhicule. [Revendication 5] Bloc Batterie (1) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le couvercle (34) est configuré pour recouvrir entièrement le module de batterie (2) et venir fermer la partie de fond (31) de manière hermétique. [Revendication 6] Bloc batterie (1) selon la revendication 4, caractérisé en ce que le couvercle (34) présente des bords (41) pourvus d'au moins un joint d'étanchéité (42) coopérant avec le bord de l'ouverture (33) de la partie de fond (31) du compartiment (3). [Revendication 7] Bloc batterie selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le module de batterie (2) est. constitué de cellules électrochimiques prismatiques (21). [Revendication 8] Bloc batterie selon la revendication 6, caractérisé en ce que le module de batterie (2) est immergé dans le compartiment (3) sur au moins un tiers 7 [Revendication 9] de sa hauteur et au plus la moitié de sa hauteur. [Revendication 10] Bloc batterie selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la partie de fond (31) présente une forme de boite, de préférence parallélépipédique, dont une face est pourvue de l'ouverture (33). Véhicule automobile, du type véhicule électrique (EV), véhicule électrique hybride (HEV) ou véhicule électrique hybride rechargeable (PHEV), caractérisé en ce qu'il comporte au moins un bloc batterie selon l'une des revendications 1 à 9.