Brevet FR3146239A1 — publié le 20240830

Module de batterie (B) qui comprend une suite de cellules de batterie cylindriques qui présentent chacune un axe de cellule passant par un pôle positif (P) à une première base, et par un pôle négatif (N) à une deuxième base. Selon l’invention, les cellules de batterie sont séparables et parallèles dans un tube (T), et en sens contraires de sorte que les pôles négatifs (N) et positifs (P)sont alternés de chaque côté et liés par des barres omnibus (B1, B2). L’invention concerne également un véhicule, et un procédé sur la base d’un tel module. Figure 2 MODULES DE BATTERIE TUBULAIRES, NOTAMMENT POUR VEHICULE AUTOMOBILE, COMPORTANT DES CELLULES SEPARABLES, ET PROCEDE SUR LA BASE D’UN TEL VEHICULE L'invention se rapporte au domaine de l’assemblage de cellules électrochimiques cylindriques pour un module de batterie notamment pour un véhicule automobile de type électrique. A ce jour, dans les véhicules électriques équipés de cellules cylindriques C, on retrouve ces cellules C systématiquement arrangées verticalement telles que présentées sur la , et généralement collées ou soudées ensemble. Cette topologie implique d’innombrables connectiques de type barres de bus (ou barre omnibus, ou encore « busbar » en langue anglaise), afin de connecter les quelques milliers de cellules C entre elles. Par conséquent, cela requiert un temps conséquent de soudage et de grandes surfaces de conducteur soudé. L’invention cherche à résoudre le problème d’assemblage de nombreuses cellules (par exemple plusieurs milliers) dans un pack batterie, étape qui peut être longue et inefficace en termes de flux de courant. Par ailleurs, les cellules cylindriques actuelles étant soudées et parfois collées les unes aux autres, sont donc difficiles voire impossible à remplacer individuellement. Un objectif de la présente invention est de remédier aux défauts de l’art antérieur, et notamment de faciliter l’assemblage de nombreuses cellules avec une solution de remplacement de cellules individuelles dans un module de batterie. Pour atteindre cet objectif, l’invention propose un module de batterie présentant un repère dans l’espace comprenant un axe longitudinal suivant une direction longitudinale du module de batterie, un axe latéral perpendiculaire à l’axe longitudinal, et un axe vertical perpendiculaire à l’axe longitudinal et à l’axe latéral, le module de batterie comprenant des tubes qui comprennent une suite de cellules de batterie cylindriques, qui présentent chacun un axe de tube passant par un pôle positif à une première base, et par un pôle négatif à une deuxième base, caractérisé en ce que les tubes sont agencés parallèlement entre eux de manière séparable dans un boîtier de sorte que les axes de tube sont dans des directions parallèles entre elles, et en ce que le module de batterie comprend au moins une première barre de bus connectant lesdits pôles d’un premier côté, et au moins une deuxième barre de bus connectant lesdits pôles d’un deuxième côté. Avantageusement, l’invention permet d’assembler les cellules cylindriques plus facilement et plus rapidement que dans l’art antérieur tout en optimisant leur surface de contact électrique de sorte à limiter la chauffe par effet joule des connectiques. De plus, l’invention permet de se soustraire de certaines barres de bus entre deux cellules, en mettant les cellules directement en contact ensemble dans un tube. Par ailleurs, ce type d’assemblage permet le remplacement de cellules car elles ne sont pas collées ou soudées comme le suggèrent les méthodes de l’art antérieur. De plus, ces topologies permettent de limiter les opérations d’assemblage et le temps utilisé. En outre, l’invention permet de limiter la surface de conducteur soudé, et de le souder à plusieurs points. Selon une variante, les axes de tube sont juxtaposés dans un même plan, et sont parallèles à l’axe longitudinal du véhicule automobile. Cela permet de mettre en place des cellules allongées suivant l’axe longitudinal du véhicule automobile. Selon une variante, les axes de tube sont juxtaposés dans un même plan, et sont perpendiculaires à l’axe longitudinal du véhicule automobile. Cela permet de mettre en place des cellules orientées transversalement suivant l’axe transversal du véhicule automobile. En outre, cela permet de mettre en place des cellules alignées suivant l’axe longitudinal du véhicule automobile. Selon une variante, le tube comprend un corps et un bouchon refermant le corps ainsi qu’un ressort appuyant intérieurement sur le bouchon et sur les cellules de batterie. Cela permet de faciliter le désassemblage des cellules de batterie. Selon une variante, le tube comprend une paroi perforée. Cela permet de faciliter le refroidissement du module de batterie. Selon une variante, le module de batterie comprend deux tubes, le premier recevant intérieurement les cellules de batterie, et le deuxième recevant intérieurement le premier, et en ce que l’espace entre les deux tubes comprend un fluide frigorigène. Cela permet de limiter l’échauffement du module de batterie. L’invention concerne une batterie comprenant des modules de batterie selon l'invention, caractérisé en ce que la batterie comprend un fluide frigorigène entre les modules de batterie, de préférence des conduites de fluide frigorigène entre les modules de batterie. Cela permet de limiter l’échauffement de la batterie. L’invention porte en outre par un véhicule automobile comprenant au moins un module de batterie selon l'invention. Un autre objet de l'invention concerne un procédé de refroidissement pour un module de batterie d’un véhicule selon l’invention, comprenant une étape d’immersion des tubes dans un liquide, ou une étape de mise en place des tubes dans un fluide frigorigène. L'invention sera davantage détaillée par la description de modes de réalisation non limitatifs, et sur la base des figures annexées illustrant des variantes de l'invention, dans lesquelles : - illustre schématiquement des vues dans l’espace d’exemples d’agencement de cellules de batterie de l’art antérieur ; - illustre schématiquement une vue en coupe d’un module de batterie d’un véhicule automobile selon un premier mode de réalisation ; - illustre schématiquement une vue en coupe d’un module de batterie d’un véhicule automobile selon un deuxième mode de réalisation ; - illustre schématiquement un schéma d’un assemblage de cellules de batterie dans un tube. L'invention concerne un véhicule automobile comprenant au moins un module de batterie B. Le véhicule automobile est décrit dans un repère dans l’espace comprenant un axe longitudinal X suivant une direction de déplacement du véhicule automobile, un axe latéral Y perpendiculaire à l’axe longitudinal Y, et un axe vertical Z perpendiculaire à l’axe longitudinal X et à l’axe latéral Y. Pour plus de simplicité, le véhicule automobile n’est pas représenté dans les figures. Par ailleurs, l’axe longitudinal X correspond à un axe longitudinal du boîtier BT comprenant des tubes T logeant, chacun, des cellules de batterie C. Les modules de batterie B des figures 3 et 4 peuvent être disposés horizontalement sous le plancher du véhicule entre les quatre roues du véhicule automobile. L’axe M des figures 3 et 4 représente un axe médian du module de batterie B, et également un axe médian du véhicule automobile. Le module de batterie B comprend une suite de cellules de batterie C cylindriques. Chaque cellule de batterie C présente un axe de cellule passant par un pôle positif P à une première base, et par un pôle négatif N à une deuxième base. Les cellules de batterie sont logées dans plusieurs tubes T, de forme cylindrique. De même, chaque tube T présente un axe de tube A passant par un pôle positif P à une première base, et par un pôle négatif N à une deuxième base. En particulier, les axes de cellule sont alignés les uns par rapport aux autres, et les cellules de batterie C sont alignées et agencées en position tête-bêche. Cela peut être illustré par la . Le tube T peut comprendre un corps CT et un bouchon BT refermant le corps CT. En outre, le tube T peut comprendre un ressort RT appuyant intérieurement sur le bouchon BT et sur les cellules de batterie C. Cet aspect est illustré en . Les cellules de batterie C peuvent être montées en série. Dans ce cas, les cellules de batterie C sont disposées en sens opposé avec les pôles positifs P apposés contre les pôles négatifs N à la suite dans le tube T. Selon l’invention, les tubes T sont agencés parallèlement entre eux de manière séparable dans le boîtier BT. Ainsi, les axes de tube A sont dans des directions parallèles entre elles. En outre, les cellules de batterie C peuvent être mises en série dans le tube T. Dans un premier mode de réalisation illustré en , les axes de tube A sont juxtaposés dans un même plan, et sont parallèles à l’axe longitudinal X du véhicule automobile. Ainsi, les tubes T sont allongées dans le sens de la longueur du boîtier. En outre, le module de batterie B comprend des barres de bus B1, B2 reliant les pôles P, N d’un côté et de l’autre des tubes T (à gauche et à droite de la ). L’idée est de remplir un tube T d’un diamètre adapté, de cellules électrochimiques cylindriques (dans le même sens que la longueur du tube) afin de constituer un module B avec des connectiques électriques uniquement aux extrémités. Les tubes T peuvent être montées en parallèle. Dans ce cas, les tubes T sont disposés dans le même sens avec les pôles positifs P juxtaposés ensemble d’un côté de la batterie, et les pôles négatifs N juxtaposés ensemble de l’autre côté. Dans un deuxième mode de réalisation illustré en , les tubes T sont orientées dans le sens de la largeur du boîtier BT. Les barres de bus B1, B2 sont au-dessus et en dessous de la . Le procédé de fabrication d’un tel module de batterie, peut comprendre les étapes suivantes : - introduire une à une les cellules C dans un tube T de dimensions adaptés aux cellules C ; - refermer le tube T avec un bouchon BT équipé d’un ressort RT pour maintenir le contact électrique entre les cellules C ; - disposer les tubes T pleins dans la direction souhaitée (longitudinale ou perpendiculaire à l’axe du véhicule dans le pack batterie) ; - connecter les modules B entre eux aux extrémités du pack batterie. Par ailleurs les modules B peuvent être intégralement ou partiellement immergés pour être refroidis, de sorte à refroidir ainsi toutes les cellules C internes. Alternativement, les modules de batterie B peuvent être microperforés dans la longueur pour laisser passer un fluide frigorigène diélectrique, ce qui refroidit les cellules C de manière plus efficace. Dans une autre variante, les tubes T des modules de batterie B, peuvent eux-mêmes être introduits dans un deuxième tube de section supérieure afin de faire passer un fluide frigorigène entre les deux sections de tubes. Dans une autre variante, les interstices entre les tubes T parallèles, peuvent être utilisés pour conduire un fluide frigorigène. Selon cette topologie les tubes T des modules de batterie B, sont solidaires les uns des autres afin de créer des conduites étanches de part et d’autre du pack batterie. Les autres avantages techniques de l’invention sont les suivants : - une optimisation du flux thermique des cellules C ; - la remplaçabilité des cellules C est facilitée puisqu’elles ne nécessitent pas d’être soudées ou collées entre elles ; - une amélioration de la résistance structurelle du pack batterie, les tubes T étant un apport solide en cas de collision ; - une facilitation et une accélération de l’assemblage du pack batterie ; - une réduction de la quantité de barres de bus utiles ; - une optimisation des contacts électriques inter-cellules, et donc une réduction des échauffements par effets joule. En outre, cette technique rend le remplacement de cellules plus facile (utile au reconditionnement ou pour la seconde vie). Module de batterie (B) présentant un repère dans l’espace comprenant un axe longitudinal (X) suivant une direction longitudinale du module de batterie (B), un axe latéral (Y) perpendiculaire à l’axe longitudinal (X), et un axe vertical (Z) perpendiculaire à l’axe longitudinal (X) et à l’axe latéral (Y), le module de batterie (B) comprenant des tubes (T) qui comprennent une suite de cellules de batterie (C) cylindriques, qui présentent chacun un axe de tube (A) passant par un pôle positif (P) à une première base, et par un pôle négatif (N) à une deuxième base, caractérisé en ce que les tubes (T) sont agencés parallèlement entre eux de manière séparable dans un boîtier (BT) de sorte que les axes de tube (A) sont dans des directions parallèles entre elles, et en ce que le module de batterie (B) comprend au moins une première barre de bus (B1) connectant lesdits pôles (P, N) d’un premier côté, et au moins une deuxième barre de bus (B2) connectant lesdits pôles (P, N) d’un deuxième côté. Module de batterie (B) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les axes de tube (A) sont juxtaposés dans un même plan, et sont parallèles à l’axe longitudinal (X) du véhicule automobile. Module de batterie (B) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les axes de tube (A) sont juxtaposés dans un même plan, et sont perpendiculaires à l’axe longitudinal (X) du véhicule automobile. Module de batterie (B) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le tube (T) comprend un corps (CT) et un bouchon (BT) refermant le corps (CT) ainsi qu’un ressort (RT) appuyant intérieurement sur le bouchon (BT) et sur les cellules de batterie (C). Module de batterie (B) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le tube (T) comprend une paroi perforée. Module de batterie (B) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu’il comprend deux tubes (T), le premier recevant intérieurement les cellules de batterie (C), et le deuxième recevant intérieurement le premier, et en ce que l’espace entre les deux tubes comprend un fluide frigorigène. Batterie comprenant des modules de batterie (B) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la batterie comprend un fluide frigorigène entre les modules de batterie (B), de préférence des conduites de fluide frigorigène entre les modules de batterie (B). Véhicule automobile comprenant au moins un module de batterie (B) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6. Procédé de refroidissement pour un module de batterie d’un véhicule selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant une étape d’immersion des tubes (T) dans un liquide, ou une étape de mise en place des tubes (T) dans un fluide frigorigène.