Brevet FR3146026A1 — publié le 20240823

Ensemble de cellules électrochimiques (F10) dont chaque cellule électrochimique (10) membre est pourvue d’une enveloppe comprenant au moins une face extérieure sur laquelle sont agencées une borne négative et une borne positive et une face intérieure délimitant un volume intérieur dans lequel sont agencées une électrode positive reliée par une première liaison électrique à la borne électrique positive et une électrode négative reliée par une deuxième liaison électrique à la borne électrique négative. L’agencement de l’électrode positive et de la électrode négative est unique et le même pour toutes les cellules électrochimiques (10) de la ensemble (F10) alors que, l’agencement des bornes électriques positive et négative sur la face extérieure diffère d’une cellule électrochimique (10) à l’autre. Figure 2 Ensemble de cellules électrochimiques à électrodes hélicoïdales et connectiques internes variables. L’invention est relative à un ensemble de cellules électrochimiques dont les membres partagent un même agencement d’électrodes et se différencient par la connectique interne et l’agencement des bornes électriques. Art antérieur La illustre schématiquement les agencements internes des cellules électrochimiques connus de l’art antérieur. Les véhicules électriques, ou hybrides, sont équipés de cellules électrochimiques pour alimenter un moteur électrique. Les cellules électrochimiques comprennent toutes une enveloppe à l’intérieur de laquelle sont agencées une électrode positive 7 et une électrode négative 5 ( ). Celles-ci sont respectivement en liaison avec une borne électrique positive et une borne électrique négative, toutes deux accessibles de l’extérieur de l’enveloppe. Quatre types d’agencements d’électrodes sont connus de l’homme du métier. L’agencement par empilement en couches simples 1, l’agencement par empilement en ‘Z’ 2, l’agencement par enroulement cylindrique circulaire 3 et l’agencement par enroulement prismatique 4. L’électrode positive 7 et l’électrode négative 5 sont toujours séparées par un isolant séparateur électrique 6. Chaque agencement correspond principalement à un type d’enveloppe. L’agencement par empilement en couches simples 1 consiste à placer des couches planes alternativement électrode positive 7, séparateur 6 et électrode négative 5 et à relier électriquement les couches d’électrode positive 7 ensemble et les couches d’électrode négative 5 ensemble. L’agencement par empilement en « Z » 2 ne se différencie de l’empilement en couches simples que par le séparateur 6 qui est une bande continue alternativement agencée entre les couches d’électrode positive 7 et d’électrode négative 5. Dans l’agencement par enroulement cylindrique circulaire 3, l’électrode positive 7, l’électrode négative 5 et le séparateur 6 sont tous trois en bandes placées les unes contre les autres, elles sont enroulées ensemble autour d’un axe commun de sorte à former un cylindre circulaire. L’agencement par enroulement prismatique 4 diffère de l’enroulement circulaire 3 de par la forme finale de l’enroulement qui n’est pas circulaire. La montre un enroulement prismatique 4 oblong mais d’autres formes peuvent être choisies en fonction de la forme de l’enveloppe. Dans tous les cas les liaisons électriques électrode positive-borne électrique positive et électrode négative-borne électrique négative sont courtes et, l’agencement intérieur des électrodes 7, 5 conditionne le positionnement des bornes électriques à l’extérieur de l’enveloppe ou bien, l’application à laquelle la cellule électrochimique est destinée impose le positionnement des bornes électriques qui impose à son tour un type d’agencement des électrodes. L’invention ici présentée résout ce problème en permettant de dissocier l’agencement interne des électrodes et l’agencement externe des bornes électriques, et ainsi apporter aux concepteurs toute la liberté nécessaire dans le positionnement desdites bornes électriques. En particulier, l’invention est relative à un ensemble de cellules électrochimiques, chaque cellule électrochimique membre de l’ensemble étant pourvu d’une enveloppe comprenant une face intérieure et une face extérieure sur laquelle sont agencées une borne électrique positive et une borne électrique négative. La face intérieure délimite un volume intérieur dans lequel sont agencées une électrode positive reliée par une première liaison électrique à la borne électrique positive et une électrode négative reliée par une deuxième liaison électrique à la borne électrique négative. Avantageusement l’agencement des électrodes est unique et le même pour toutes les cellules électrochimiques de l’ensemble alors que, l’agencement de la borne électrique positive et de la borne électrique négative sur la face extérieure diffère d’une cellule électrochimique à l’autre. L’enveloppe de chaque cellule électrochimique, membre de l’ensemble de cellules électrochimiques, s’étend selon un axe longitudinal, l’enveloppe comprenant une paroi cylindrique fermée à ses deux extrémités longitudinales par deux parois d’extrémité : une première paroi d’extrémité agencée à une première extrémité et, une deuxième paroi d’extrémité agencée à une deuxième extrémité opposée. Avantageusement, les électrodes forment ensemble un double hélicoïde s’étendant selon l’axe longitudinal, chaque électrode ayant un premier bord d’extrémité adjacent sans contact électrique de la première paroi d’extrémité et un deuxième bord d’extrémité adjacent sans contact électrique de la deuxième paroi d’extrémité, les bords d’extrémité étant reliés par un bord intérieur adjacent sans contact électrique de l’axe longitudinal et un bord extérieur adjacent sans contact électrique de la paroi cylindrique. L’invention est également relative aux cellules électrochimiques membres de l’ensemble de cellules électrochimiques ci-avant présentée. Une cellule électrochimique membre de l’ensemble de cellules électrochimiques a au moins une des liaisons électriques s’étendant d’un des bords d’extrémité d’une des électrodes jusqu’à la borne électrique correspondante, ladite borne électrique étant située sur l’une des parois d’extrémité. Une cellule électrochimique membre de l’ensemble de cellules électrochimiques a au moins une des liaisons électriques s’étendant du bord extérieur d’une des électrodes jusqu’à la borne électrique correspondante, ladite borne étant située sur la paroi cylindrique. Une cellule électrochimique membre de l’ensemble de cellules électrochimiques a au moins une des liaisons électriques s’étendant du bord intérieur d’une des électrodes jusqu’à la borne électrique correspondante, ladite borne électrique étant située sur une des parois d’extrémité. L’invention est également relative à un véhicule électrique ou hybride comportant au moins une cellule électrochimique membre de l’ensemble de cellules électrochimiques ci-avant présenté. Brève description des figures L’invention sera davantage détaillée par la description de modes de réalisation non limitatifs et, sur la base des figures annexées. illustre schématiquement les agencements internes des cellules électrochimiques connus de l’art antérieur. illustre schématiquement un ensemble de cellules électrochimiques selon l’invention ainsi que plusieurs de ses membres. illustre schématiquement une première cellule électrochimique de l’ensemble de la . illustre schématiquement une deuxième cellule électrochimique de l’ensemble de la . illustre schématiquement une troisième cellule électrochimique de l’ensemble de la . illustre schématiquement une quatrième cellule électrochimique de l’ensemble de la . illustre schématiquement une variante de la quatrième cellule électrochimique de la . illustre schématiquement une cinquième cellule électrochimique de l’ensemble de la . Mode de réalisation La représente quelques cellules électrochimiques 10, toutes membres de du même ensemble F10 de cellules électrochimiques. Toutes les cellules électrochimiques 10 de l’ensemble F10 partagent des caractéristiques communes ci-après énumérées et plus aisément observables dans les figures 2 et suivantes. Les cellules électrochimiques 10 ont une enveloppe 20 cylindrique qui s’étend selon un axe longitudinal L, l’enveloppe 20 ayant une face extérieure 30 et une face intérieure 35. Plus particulièrement l’enveloppe 20 comprend une paroi cylindrique 110 fermée à ses extrémités longitudinales opposées par deux parois d’extrémité : une première paroi d’extrémité 120 et une deuxième paroi d’extrémité 130. Par soucis de simplification l’enveloppe 20 cylindrique ici représentée est de section transverse circulaire mais, l’invention s’applique identiquement à des cellules électrochimiques 10 ayant des enveloppes 20 cylindriques à section transverse oblongue, polygonale ou ayant d’autres formes. Quelle que soit sa forme, l’enveloppe 20 défini un volume intérieure VI dans lequel sont agencées deux électrodes, une électrode positive 60 et une électrode négative 80, séparées l’une de l’autre par un séparateur électrique, uniquement représenté en . Du point de vue de leur forme les deux électrodes 60, 80 sont identiques : chacune est enroulée en hélice et forme un hélicoïde enroulé selon l’axe longitudinal L. Ces hélicoïdes sont enroulés ensemble de sorte que chaque électrode s’étende dans tout le volume intérieur VI, d’une extrémité longitudinale à l’autre. Les électrodes 60, 80 sont toujours électriquement séparées l’une de l’autre par le séparateur. L’hélicoïde de l’électrode positive 60 comprend quatre côtés : un premier bord d'extrémité 61 adjacent sans contact électrique de la première paroi d’extrémité 120 de l’enveloppe, un deuxième bord d'extrémité 62 adjacent sans contact électrique de la deuxième paroi d’extrémité 130 de l’enveloppe, un bord intérieur 63 adjacent sans contact électrique de l’axe longitudinal L et un bord extérieur 64 adjacent sans contact électrique de la face intérieure 35 de la paroi cylindrique 110 de l’enveloppe. De même, l’hélicoïde de la électrode négative 80 comprend quatre côtés : un premier bord d'extrémité 81 adjacent sans contact électrique de la première paroi d’extrémité 120 de l’enveloppe, un deuxième bord d'extrémité 82 adjacent sans contact électrique de la deuxième paroi d’extrémité 130 de l’enveloppe, un bord intérieur 83 adjacent sans contact électrique de l’axe longitudinal L et un bord extérieur 84 adjacent sans contact électrique de la face intérieure 35 de la paroi cylindrique 110 de l’enveloppe. Les bords intérieur 63 et extérieur 64 de l’électrode positive et, les bords intérieur 83 et extérieur 84 de l’électrode négative sont des hélices enroulées autour de l’axe longitudinal, ces bords s’étendant depuis un bord d’extrémité 61, 81 à l’autre 62, 82 de leur électrode respective. Les cellules électrochimiques 10 sont également pourvues de deux bornes électriques, chacune étant reliée électriquement à une électrode par un connectique interne à l’enveloppe 20. Ainsi, une borne électrique positive 40 est reliée à l’électrode positive 60 par une première liaison électrique 70 et, une borne électrique négative 50 est reliée à l’électrode négative 80 par une deuxième liaison électrique 90. Si toutes les cellules électrochimiques 10 de l’ensemble F10 partagent le même agencement des électrodes 60, 80 en double hélice, les cellules électrochimiques se distinguent les unes des autres de par la forme et le positionnement sur la face extérieure 30 de l’enveloppe 20 des bornes électriques positive 40 et négative 50. Avantageusement, l’agencement enroulé en hélice des électrodes ci-avant présenté permet une proximité de chacune des électrodes avec toute la surface des parois de l’enveloppe. Ainsi les bornes électriques 40, 50 peuvent être placées n’importe où sur la face extérieure 30 de l’enveloppe tout en maintenant courtes les connectiques internes des deux liaisons électriques 70, 90. Les figures 3 à 8 représentent plus particulièrement quelques exemples de cellules électrochimiques 10 de l’ensemble F10, toutes bénéficiant des caractéristiques communes d’agencement des électrodes 60, 80. Elles se distinguent de par le positionnement et la forme des bornes électriques positive 40 et négative 50. La représente une première cellule électrochimique 10 de l’ensemble F10 de cellules électrochimiques dans laquelle la borne électrique positive 40 est située sur la première paroi d’extrémité 120 et la borne électrique négative 50 est, à l’opposé, sur la deuxième paroi d’extrémité 130 de l’enveloppe. La première liaison électrique 70 s’étend du deuxième bord d’extrémité 62 de l’électrode positive 60 jusqu’à la borne électrique positive 40 et, la deuxième liaison électrique 90 s’étend, quant à elle, du premier bord d’extrémité 81 de l’électrode négative 80 jusqu’à la borne électrique négative 50. Les liaisons électriques 70, 90, ici schématisées par des traits simples peuvent avoir différentes formes, notamment celles de liens soudés, de languettes qui s’étendent depuis leur électrode ou autres. De même les bornes électriques 40, 50 schématisées circulaires peuvent également avoir d’autres formes choisies notamment en fonction de l’usage envisagé. La représente une deuxième cellule électrochimique 10 de l’ensemble F10 de cellules électrochimiques dans laquelle les bornes électriques positive 40 et négative 50 sont toutes deux situées sur la même paroi d’extrémité 120, 130. Sur la la première paroi d’extrémité 120 de l’enveloppe a été choisie, la première liaison électrique 70 s’étend donc entre le deuxième bord d’extrémité 62 de l’électrode positive 60 et la borne électrique positive 40 et, la deuxième liaison électrique 90 s’étend, quant à elle, entre le deuxième bord d’extrémité 82 de l’électrode négative 80 et la borne électrique négative 50. La situation symétrique et similaire à la dans laquelle les deux bornes 40, 50 sont agencées à l’opposé sur la deuxième paroi d’extrémité 130 n’est pas représentée. La représente une troisième cellule électrochimique 10 de l’ensemble F10 de cellules électrochimiques dans laquelle la borne électrique positive 40 est située sur la première paroi d’extrémité 120 de l’enveloppe et, la borne électrique négative 50 forme une bande qui entoure la paroi cylindrique 110 de l’enveloppe. La première liaison électrique 70 s’étend entre le deuxième bord d’extrémité 62 de l’électrode positive 60 et la borne électrique positive 40 et, la deuxième liaison électrique 90 s’étend du bord extérieur 84 de l’électrode négative 80 jusqu’à la borne électrique négative 50 formant une bande. La situation symétrique et similaire à la dans laquelle les bornes seraient inversées, la borne positive 40 formant une bande extérieure et la borne négative 50 un bouton sur une extrémité de l’enveloppe n’est pas représentée. Avantageusement, grâce à l’agencement en hélice des électrodes dont les bords extérieurs 64, 84 sont adjacent sans contact électrique de toute la face intérieure de la partie cylindrique 110 de l’enveloppe, la borne en forme de bande extérieure peut être placée n’importe où sur la face extérieure de l’enveloppe, plus près d’une extrémité ou plus près de l’autre. Une variante de la cellule électrochimique 10 de la consiste en une cellule dont une des deux bornes électriques se trouve sur la face cylindrique extérieure. La connectique interne de cette borne est une liaison vers le bord extérieur d’une des électrodes. L’autre borne électrique est sur une face d’extrémité et sa connectique est une liaison vers le bord intérieur de l’autre électrode. La taille et la forme des bornes électrique n’étant pas déterminée, dans cette variante, les bornes peuvent prendre toute la surface de la face sur laquelle elles sont placées. Ainsi la face cylindrique extérieure entière est une des bornes et, une des faces d’extrémité est également entièrement une borne. La représente une quatrième cellule électrochimique 10 de l’ensemble F10 de cellules électrochimiques dans laquelle les bornes électriques positive 40 et négative 50 forment deux bandes qui entourent la paroi cylindrique 110 de l’enveloppe. La première liaison électrique 70 s’étend du bord extérieur 64 de l’électrode positive 60 jusqu’à la borne électrique positive 40 et, la deuxième liaison électrique 90 s’étend du bord extérieur 84 de l’électrode négative 80 jusqu’à la borne électrique négative 50. La représente une alternative à la quatrième cellule électrochimique de la . Les bornes électriques 40, 50 ont ici la forme de boutons et non plus de bandes. Cette alternative illustre le fait que les bornes peuvent avoir n’importe quelle forme, que les bandes peuvent ne pas entourer complètement l’enveloppe mais seulement un secteur limité de sa circonférence. Également les bandes peuvent être plus ou moins large, et de plus, elles peuvent elles-mêmes avoir une forme d’hélice. La illustre une cinquième cellule électrochimique 10, membre de l’ensemble F10 de cellules électrochimiques, dans laquelle les bornes électriques 40, 50 sont situées aux deux extrémités de l’enveloppe 20, la première liaison électrique 70 s’étendant du bord intérieur 63 de l’électrode positive 60 jusqu’à la borne électrique positive 40 et, la deuxième liaison électrique 90 s’étendant du bord intérieur 83 de l’électrode négative 80 jusqu’à la borne électrique négative 50. Une variante non représentée consiste en une cellule électrochimique 10, membre de la ensemble F10 de cellules électrochimiques, dans laquelle une des bornes électriques 40, 50 est située sur une paroi d’extrémité 120, 130 de l’enveloppe 20, la liaison électrique 70, 90 correspondante s’étendant du bord intérieur 63, 83 d’une des électrodes 60, 80 jusqu’à ladite borne électrique 40, 50 et, l’autre borne électrique a sa liaison électrique qui s’étend du bord extérieur, ou d’un bord d’extrémité, de l’autre électrode. Seules quelques variantes sont représentées, le concepteur pouvant choisir indépendamment de l’agencement des électrodes 60, 80 les emplacements et les formes des bornes électriques 40, 50, tout en conservant chaque fois des liaisons électriques 70, 90 courtes entre les électrodes 60, 80 et les bornes électriques 40, 50. Références utilisées 1 art antérieur - empilement en couches simples 2 art antérieur - empilement en "Z" 3 art antérieur - enroulement circulaire 4 art antérieur - enroulement prismatique 5 art antérieur - électrode positive 6 art antérieur - électrode négative 7 art antérieur - séparateur électrique F10 Ensemble de cellules électrochimiques 10 cellule électrochimique VI volume intérieure L axe longitudinal 20 enveloppe 30 face extérieure 35 face intérieure 40 borne électrique positive 50 borne électrique négative 60 électrode positive en hélice 61 premier bord d'extrémité de l'électrode positive 62 deuxième bord d'extrémité de l'électrode positive 63 bord intérieur de l'électrode positive 64 bord extérieur de l'électrode positive 70 première liaison électrique, électrode positive-borne positive 80 électrode négative en hélice 81 premier bord d'extrémité de l’électrode négative 82 deuxième bord d'extrémité de l’électrode négative 83 bord intérieur de l’électrode négative 84 bord extérieur de l’électrode négative 90 deuxième liaison électrique, électrode négative-borne négative 110 paroi cylindrique 120 première paroi d'extrémité 130 deuxième paroi d'extrémité Ensemble de cellules électrochimiques (F10), chaque cellule électrochimique (10) membre de l’ensemble (F10) étant pourvu d’une enveloppe (20) comprenant une face intérieure (35) et une face extérieure (30) sur laquelle sont agencées une borne électrique positive (40) et une borne électrique négative (50), la face intérieure (35) délimitant un volume intérieur (VI) dans lequel sont agencées une électrode positive (60) reliée par une première liaison électrique (70) à la borne électrique positive (40) et une électrode négative (80) reliée par une deuxième liaison électrique (90) à la borne électrique négative (50), caractérisé en ce que, l’agencement de l’électrode positive (60) et de l’électrode négative (80) est unique et le même pour toutes les cellules électrochimiques (10) de l’ensemble (F10) alors que, l’agencement de la borne électrique positive (40) et de la borne électrique négative (50) sur la face extérieure (30) diffère d’une cellule électrochimique (10) à l’autre. Ensemble de cellules électrochimiques (F10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’enveloppe (20) de chaque cellule électrochimique (10) membre de l’ensemble (F10) de cellules électrochimiques s’étendant selon un axe longitudinal (L), l’enveloppe (20) comprenant une paroi cylindrique (110) fermée à ses deux extrémités longitudinales par deux parois d’extrémité, une première paroi d’extrémité (120) agencée à une première extrémité et une deuxième paroi d’extrémité (130) agencée à une deuxième extrémité opposée, et caractérisée en ce que, les électrodes (60, 80) forment ensemble un double hélicoïde s’étendant selon l’axe longitudinal (L), chaque électrode (60, 80) ayant un premier bord d’extrémité (61, 81) adjacent sans contact électrique de la première paroi d’extrémité (120) et un deuxième bord d’extrémité (62, 82) adjacent sans contact électrique de la deuxième paroi d’extrémité (130), les bords d’extrémité (61, 81, 62, 82) étant reliés par un bord intérieur (63, 83) adjacent sans contact électrique de l’axe longitudinal (L) et un bord extérieur (64, 84) adjacent sans contact électrique de la paroi cylindrique (110). Cellule électrochimique (10) membre de l’ensemble(F10) de cellules électrochimiques selon la revendication 2 caractérisée en ce que, au moins une des liaisons électriques (70, 90) s’étend d’un des bords d’extrémité (61, 81, 62, 82) d’une des électrodes (60, 80) jusqu’à la borne électrique (40, 50) correspondante, ladite borne électrique étant située sur l’une des parois d’extrémité (120, 130). Cellule électrochimique (10) membre de l’ensemble (F10) de cellules électrochimiques selon la revendication 2 caractérisée en ce que, au moins une des liaisons électriques (70, 90) s’étend du bord extérieur (64, 84) d’une des électrodes jusqu’à la borne électrique (40, 50) correspondante, ladite borne étant située sur la paroi cylindrique (110). Cellule électrochimique (10) membre de l’ensemble (F10) de cellules électrochimiques selon la revendication 2 caractérisée en ce que, une au moins des liaisons électriques (70, 90) s’étend du bord intérieur (63, 83) d’une des électrodes (60, 80) jusqu’à la borne électrique (40, 50) correspondante, ladite borne électrique étant située sur une des parois d’extrémité (120, 130). Véhicule électrique ou hybride comportant au moins une cellule électrochimique (10) membre de l’ensemble (F10) de cellules électrochimiques selon une quelconque des revendications 1 ou 2.