Brevet FR3135831A1 — publié le 20231124

Module d’accumulateur intégrant une plaque d’échangeur thermique Module d’accumulateur (50) comportant : Au moins deux rangées (50a, 50b) de cellules d’accumulateur (80), ces cellules présentant chacune une forme généralement parallélépipédique aplatie avec des faces principales (81a, 81b) opposées, au moins une plaque d’échangeur thermique (140) disposée entre les deux rangées et en contact thermique avec celles-ci, cette plaque étant orientée sensiblement perpendiculairement aux faces principales des cellules. Figure pour l’abrégé : Fig. 9 Module d’accumulateur intégrant une plaque d’échangeur thermique La présente invention concerne les dispositifs de stockage d’énergie électrique comportant des racks d’accumulateurs, et plus particulièrement mais non exclusivement les dispositifs de stockage stationnaires containerisés. L’invention concerne également les modules entrant dans la fabrication de tels racks et dispositifs de stockage. Le développement des énergies renouvelables intermittentes telles que l’énergie photovoltaïque ou éolienne s’accompagne du besoin de bénéficier de dispositifs de stockage stationnaires permettant de stocker l’énergie pendant les périodes de production et de la restituer en dehors de celles-ci. Par ailleurs, le prix de l’électricité suit aujourd’hui des variations imposées par l’évolution de la demande, ce qui peut rendre financièrement intéressant un stockage de l’énergie pendant les heures où le prix est faible, pour la restituer lorsque le prix est plus élevé. Enfin, il existe un besoin pour bénéficier de solutions permettant de supporter le réseau en cas de forte demande, par exemple pour alimenter des stations de charge rapide de véhicules automobiles. Pour répondre à ces besoins, il a été proposé des dispositifs de stockage comportant des containeurs au standard maritime, dans lequel sont disposés des racks de modules d’accumulateur, un système de production de froid et un système de conversion de puissance. Les racks sont le plus souvent réalisés à partir de modules identiques à ceux développés pour l’industrie automobile, et présentent des châssis sur lesquels sont introduits les modules en étant espacés les uns des autres verticalement, ces modules étant généralement de forme sensiblement parallélépipédique, de grand côté orienté horizontalement. Les modules développés pour l’industrie automobile sont généralement complexes, car la structure mécanique servant au maintien des cellules doit résister aux vibrations et accélérations rencontrées sur un véhicule. Le renforcement de la structure mécanique de ces modules se fait au détriment de la capacité de stockage. Il a été proposé de disposer les modules à l’intérieur du containeur selon deux séries de racks ménageant entre elles un couloir de circulation. Un tel couloir occupe de l’espace dans le containeur au détriment de la capacité de stockage, et peut inciter une personne à pénétrer dans le containeur entre les séries de racks, en cas d’incident tel qu’un départ de feu, exposant alors celle-ci à un risque accru en cas d’emballement de la combustion. Il existe un intérêt pour accroître la capacité de stockage embarquée dans le containeur, faciliter sa fabrication et sa maintenance, améliorer la sécurité et la fiabilité. Selon un premier de ses aspects, l’invention a pour objet un dispositif de stockage d’énergie électrique comportant : Une enceinte, à l’intérieur de l’enceinte, une pluralité de racks disposés côte à côte dans l’enceinte et comportant chacun une pluralité de modules d’accumulateur, chaque rack comportant au moins deux modules d’accumulateur empilés verticalement et ayant une section transversale généralement rectangulaire, de grand côté orienté verticalement. Un tel dispositif présente l’avantage de permettre de disposer à l’intérieur de l’enceinte un grand nombre de modules d’accumulateur, et ainsi d’accroître la capacité de stockage. Cette configuration se prête également bien à un refroidissement par circulation de liquide, notamment d’eau, des modules. Selon ce premier aspect, le dispositif peut présenter tout ou partie des caractéristiques suivantes, considérées isolément ou en combinaison : le dispositif comporte deux séries de racks successifs ; ces deux séries sont disposées sans couloir de circulation entre elles ; chaque série de rack ménage à l’avant et à l’arrière de l’enceinte des espaces recevant un groupe de froid et un système de conversion de la puissance (dit « Power Conversion System ») ; chaque rack comporte un châssis présentant deux montants entre lesquels les modules sont disposés ; ce châssis peut être limité à ces deux montants, ce qui permet de limiter le nombre de pièces à assembler ; chaque rack comporte entre trois et cinq, de préférence quatre, modules superposés verticalement ; un tel nombre permet un bon remplissage du container ; l’enceinte est définie par un containeur au standard maritime, notamment au standard 20 pieds ; chaque module comporte des cellules d’accumulateur de forme allongée aplatie, orientées verticalement ; les cellules sont disposées au sein de chaque module selon deux rangées disposées côte à côte ; les cellules d’une rangée sont maintenues ensemble par serrage, avec interposition d’un intercalaire, notamment une feuille d’une mousse électriquement isolante, entre deux cellules consécutives. Selon un deuxième de ses aspects, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, l’invention a pour objet un dispositif de stockage d’énergie électrique comportant : Une enceinte formée d’un containeur au standard maritime, et à l’intérieur de l’enceinte, deux séries de racks disposées côte à côte dans l’enceinte et comportant chacun une pluralité de modules d’accumulateur, ces séries de racks étant disposées au sein du containeur le long de celui-ci sans préserver d’allée de circulation centrale entre elles, au moins un système de conversion de puissance accessible par une extrémité du containeur, au moins un système de production de froid, accessible par l’extrémité opposée, un système de refroidissement à eau, couplé au système de production de froid, pour refroidir les modules. Un tel dispositif présente l’avantage de permettre de disposer à l’intérieur de l’enceinte un grand nombre de modules d’accumulateur, en occupant de manière optimisée la place disponible, et ainsi d’accroître la capacité de stockage. De plus, en l’absence de couloir de circulation centrale le risque d’avoir une personne présente dans le containeur en cas d’incident est éliminé. Enfin, le refroidissement à eau permet de gagner en compacité et en efficacité. Selon un troisième de ses aspects, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, l’invention a pour objet un module d’accumulateur comportant : Au moins deux rangées de cellules d’accumulateur, ces cellules présentant chacune une forme généralement parallélépipédique aplatie avec des faces principales opposées, au moins une plaque d’échangeur thermique disposée entre les deux rangées et en contact thermique avec celles-ci, cette plaque étant orientée sensiblement perpendiculairement aux faces principales des cellules. Une telle plaque et disposition des cellules permet d’obtenir un refroidissement efficace, notamment au cœur du module, tout en ayant un module compact et facile à assembler. Selon ce troisième aspect, le module peut présenter tout ou partie des caractéristiques suivantes, considérées isolément ou en combinaison : deux joues d’extrémité entre lesquelles sont disposées les rangées ; chaque joue vient en appui contre la plaque, voire contre une cellule en regard de la rangée ; on peut alors utiliser la plaque pour régler précisément l’écart entre les joues et ainsi contrôler le serrage exercé par les joues sur les modules ; les joues sont maintenues serrées ensemble par au moins une sangle de serrage ; des rubans métalliques sont disposés entre les joues, de part et d’autre des rangées de cellules, sous les sangles de serrage, pour servir d’entretoises et d’équerrage et éviter que les joues ne pivotent contre les plaques ; ces rubans font de préférence même longueur que la plaque centrale et permettent de garantir la longueur à l’état comprimé de l’empilement de cellules de la rangée ; chaque joue présente au moins une gorge de réception de la sangle ; chaque joue présente moyens de fixation sur un montant d’un châssis de support du module, notamment des plots de réception de vis de fixation ; les joues sont traversées par des perçages en communication fluidique avec des conduits internes de la plaque d’échangeur ; des intercalaires sont disposés entre les cellules, de préférence des intercalaires en mousse ; cela permet de bénéficier de l’élasticité de la mousse pour compenser des dilatations des modules, tout en assurant un bon maintien mécanique des modules ; les cellules présentent des pattes de connexion reliées électriquement ensemble par des connexions élastiques ; chaque connexion élastique comporte au moins une entretoise disposée entre deux pattes consécutives et une pince élastique pour serrer les pattes sur la ou les entretoises disposée(s) entre elle(s) ; une pâte thermique est disposée entre la plaque d’échangeur et les rangées de cellules. L’invention a encore pour objet un dispositif de stockage d’énergie électrique comportant : Une enceinte formée d’un containeur au standard maritime, et à l’intérieur de l’enceinte, deux séries de racks disposés côte à côte dans l’enceinte et comportant chacun une pluralité de modules d’accumulateur selon ce troisième aspect, ces séries de racks étant disposés au sein du containeur le long de celui-ci sans préserver d’allée de circulation centrale entre elles, au moins un système de conversion de puissance accessible par une extrémité du containeur, au moins un système de production de froid, accessible par l’extrémité opposée, un système de refroidissement à eau, couplé au système de production de froid, pour refroidir les modules. Selon un quatrième de ses aspects, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, l’invention a pour objet un module d’accumulateur comportant : Au moins deux rangées de cellules d’accumulateur, ces cellules présentant chacune une forme généralement parallélépipédique aplatie avec des faces principales opposées, deux joues d’extrémité s’étendant parallèlement aux faces principales des cellules, au moins un organe de maintien configuré pour solliciter mécaniquement les joues d’extrémité en rapprochement l’une de l’autre. Un tel module présente l’avantage d’être de construction facilitée, puisque les cellules peuvent être maintenues mécaniquement les unes à la suite des autres par le serrage induit par les joues d’extrémité. Une telle solution limite notamment le recours à des fixations par vis. Les joues peuvent également être agencées pour contribuer au refroidissement des cellules, étant de préférence parcourue par le liquide de refroidissement circulant dans la plaque d’échangeur précitée. Les joues peuvent encore servir d’interface mécanique pour le montage des modules sur les racks, ce qui simplifie la construction et la maintenance. Selon un cinquième de ses aspects, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, l’invention a pour objet un module d’accumulateur : au moins une rangée de cellules d’accumulateur présentant chacune à au moins une extrémité une patte de connexion électrique, une pluralité d’entretoises insérées entre les pattes à relier électriquement ensemble, des pinces élastiques pour serrer les pattes contre les entretoises et établir une connexion électrique entre elles. Un tel assemblage présente l’avantage de limiter, voire d’éviter, l’utilisation de vis pour réaliser les connexions électriques, ce qui permet de simplifier la fabrication. De plus, une telle connexion élastique évite la réalisation d’une liaison par soudure ou brasage, particulièrement raide, et sujette à fissuration de fatigue en cas de sollicitation cyclée, par exemple liée à la dilatation thermique. Enfin, la connexion peut être aisément démontée, si nécessaire, et la pose des pinces peut être effectuée par un robot. Selon ce cinquième aspect, le module peut présenter tout ou partie des caractéristiques suivantes, considérées isolément ou en combinaison : les entretoises sont électriquement conductrices ; les entretoises peuvent, selon leur emplacement, relier deux pattes de cellules consécutives de même polarité ou de polarités opposées ; les entretoises sont portées par un même support ; on peut ainsi avoir deux supports identiques par module, un en haut et un en bas, ce qui simplifie les connexions entre modules au sein du rack et entre les rangées d’un même module ; ce support peut être réalisé en une matière plastique, éventuellement renforcée ; deux rangées de cellules sont disposées côte à côte, chacune des entretoises d’une rangée occupant la même position axiale qu’une entretoise correspondante de l’autre rangée ; les entretoises sont pour une rangée de cellules groupées par exemple par trois, à l’exception des première et dernière entretoises ; chaque pince présente une forme générale de U, pour serrer entre les montants de la pince les pattes et entretoise(s) ; le module comporte deux rangées de cellules munies de pattes de connexion à leurs extrémités inférieure et supérieure, des entretoises pour relier électriquement des pattes supérieures de cellules, des entretoises pour relier électriquement des pattes inférieures de cellules, des pinces pour serrer les pattes sur les entretoises. L’invention a encore pour objet un rack comportant une pluralité de modules. L’invention a encore pour objet un dispositif de stockage d’énergie, comportant une pluralité de racks selon ce cinquième aspect, disposés dans un containeur, notamment un containeur au standard maritime. Selon l’invention, les cellules peuvent utiliser tout type de technologie, par exemple Lithium ion, Lithium polymère, Lithium fer phosphate, Lithium métal polymère ou Lithium air, entre autres technologies à base de Lithium ; les cellules peuvent encore utiliser d’autres technologies d’accumulateur, autres qu’à base de Lithium. L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d’un exemple de mise en œuvre non limitatif de l’invention, et à l’examen du dessin annexé, sur lequel : la représente de manière schématique et partielle, en perspective, un dispositif de stockage selon l’invention, le toit du containeur ayant été enlevé, la est une vue de côté du dispositif de la , la représente isolément, en perspective, un exemple de rack selon l’invention, la représente un détail de la , la représente isolément un montant du châssis du rack, la représente isolément, de manière partielle et schématique, un exemple de module selon l’invention, la représente isolément les joues d’extrémité du module de la , la représente isolément les deux rangées de cellules du module de la sans les joues d’extrémité, la représente isolément la plaque d’échangeur disposée entre les rangées de cellules, la représente un détail de réalisation d’un exemple de connexion électrique entre les cellules d’une rangée, la représente, de manière partielle et schématique, un exemple de système d’interconnexion, seule l’une des pinces étant représentée isolément, la illustre un exemple de connexion physique entre les modules d’un rack, la est un schéma électrique de la connexion entre les modules d’un rack, la représente isolément, de manière partielle et schématique, un exemple de cellule, et la représente isolément, de manière partielle et schématique, un exemple d’isolant intercalaire. Module d’accumulateur (50) comportant : Au moins deux rangées (50a, 50b) de cellules d’accumulateur (80), ces cellules présentant chacune une forme généralement parallélépipédique aplatie avec des faces principales (81a, 81b) opposées, au moins une plaque d’échangeur thermique (140) disposée entre les deux rangées et en contact thermique avec celles-ci, cette plaque étant orientée sensiblement perpendiculairement aux faces principales des cellules. Module selon la revendication 1, comportant deux joues d’extrémité (120) entre lesquelles sont disposées les rangées. Module selon la revendication 2, chaque joue (120) venant en appui contre la plaque (140), voire également contre une cellule en regard (80) de la rangée. Module selon l’une des revendications 2 et 3, les joues (120) étant maintenues serrées ensemble par au moins une sangle de serrage (130). Module selon la revendication 4, chaque joue (120) présentant au moins une gorge (121) de réception de la sangle. Module selon l’une des revendications 4 et 5, des rubans métalliques (132) étant disposés entre les joues (120), de part et d’autre des rangées de cellules, sous les sangles de serrage (130), pour servir d’entretoises et d’équerrage et éviter que les joues ne pivotent contre les plaques, ces rubans faisant même longueur que la plaque (140) et permettant de garantir la longueur à l’état comprimé de l’empilement de cellules de la rangée. Module selon l’une quelconque des revendications 2 à 6, chaque joue présentant des moyens de fixation (123) sur un montant (61) d’un châssis de support du module, notamment des plots (123) de réception de vis de fixation. Module selon l’une quelconque des revendications 2 à 7, les joues (120) étant traversées par des perçages (124) en communication fluidique avec des conduits internes (141) de la plaque d’échangeur (140). Module selon l’une quelconque des revendications précédentes, des intercalaires (90) étant disposés entre les cellules (80), de préférence des intercalaires en mousse. Module selon l’une quelconque des revendications précédentes, les cellules présentant des pattes de connexion (83, 84) reliées électriquement ensemble par des connexions élastiques (100, 150). Module selon la revendication 10, chaque connexion élastique comportant au moins une entretoise (100) disposée entre deux pattes consécutives et une pince élastique (150) pour serrer les pattes sur la ou les entretoises disposée(s) entre elle(s). Module selon l’une quelconque des revendications précédentes, une pâte thermique étant disposée entre la plaque d’échangeur et les rangées de cellules.