Brevet FR3150910A1 — publié le 20250110

Élément de batterie avec élément de refroidissement interne et module de batterie le comprenant L’invention concerne, dans divers modes de réalisation, un élément de batterie (10) avec un élément de refroidissement interne (6), comprenant un espace intérieur (5) dans lequel sont agencés des composants électrochimiquement actifs, l’espace intérieur (5) ayant une paroi externe (21, 22) sur chacun d’au moins deux côtés, qui sont reliés l’un à l’autre par une paroi interne (23) ; et l’élément de refroidissement interne (6) qui est agencé dans la paroi interne (23). En outre, l’invention concerne un module de batterie avec au moins deux des éléments de batterie (10). Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 2 Élément de batterie avec élément de refroidissement interne et module de batterie le comprenant La présente invention concerne un élément de batterie avec un élément de refroidissement interne. L’invention concerne également un module de batterie comprenant au moins deux éléments de batterie selon l’invention. Les éléments de batterie doivent être refroidis pour obtenir une bonne durée de vie et de bonnes performances. C’est notamment le cas des éléments de batterie dans les batteries de traction pour véhicules électriques, qui doivent pouvoir absorber et, en particulier, délivrer des niveaux de puissance élevés. Une grande surface de contact entre l’élément de batterie à refroidir et l’agent de refroidissement et une faible résistance thermique sont importantes pour un bon transfert de chaleur. La résistance thermique augmente avec la distance et le nombre de couches isolantes entre l’agent de refroidissement et la source de génération de chaleur. Dans les éléments de batterie, le refroidissement est réalisé à l’extérieur de l’élément de batterie, de sorte qu’il existe une distance relativement grande entre la partie active de l’élément de batterie, dans laquelle la chaleur perdue est générée, et une plaque de refroidissement, par exemple. Le document DE 102009034675 A1 divulgue un dispositif de stockage d’énergie électrochimique avec au moins deux limiteurs de courant électrique pour le raccordement électrique du dispositif de stockage d’énergie électrochimique au sein d’un environnement d’application. Les limiteurs de courant ont une première région agencée à l’intérieur du dispositif de stockage d’énergie électrochimique et une deuxième région agencée à l’extérieur du dispositif de stockage d’énergie électrochimique, au moins l’un de ces limiteurs de courant électrique étant conçu de telle sorte qu’un agent caloporteur liquide ou gazeux peut le traverser dans la deuxième région. La publication EP 2659540 B1 divulgue une batterie comprenant un bac de batterie ayant au moins une extrémité ouverte ; un capot de batterie scellant l’extrémité ouverte ; un noyau électrique logé dans le bac de batterie et comprenant au moins un organe thermoconducteur, l’élément thermoconducteur ayant au moins une extrémité traversant le capot de batterie ; et un électrolyte qui est chargé dans un espace formé par le bac de batterie avec le capot de batterie. La publication EP 2659540 B1 divulgue un élément de stockage d’énergie électrique pour véhicule automobile avec un boîtier qui définit un espace intérieur dans lequel sont logés des composants électrochimiques de l’élément de stockage d’énergie, et avec une conduite traversant l’espace intérieur, par l’intermédiaire de laquelle un agent de refroidissement ou de chauffage peut être conduit à travers l’espace intérieur. Sur cette base, la tâche de la présente invention peut consister à proposer un concept efficace et à la fois refroidissant pour un élément de batterie et un module de batterie basé sur celui-ci, qui implique également un poids supplémentaire aussi faible que possible. Ce problème est résolu par l’invention au moyen d’un élément de batterie ayant un élément de refroidissement interne, comprenant : un espace intérieur dans lequel sont agencés des composants électrochimiquement actifs, l’espace intérieur comprenant sur au moins deux côtés une paroi externe respective, qui sont reliés l’une à l’autre par une paroi interne ; l’élément de refroidissement interne, qui est agencé dans la paroi interne. L’invention concerne un élément de batterie avec un élément de refroidissement interne, ayant un espace intérieur dans lequel sont agencés des composants électrochimiquement actifs, l’espace intérieur ayant une paroi externe sur ou sur au moins deux côtés, qui sont reliés entre eux par une paroi interne. La batterie comprend également l’élément de refroidissement interne, qui est agencé dans la paroi interne. Les composants électrochimiquement actifs peuvent être les substances chimiques et les éléments nécessaires au stockage d’énergie dans des batteries. En principe, l’élément de batterie décrit ici peut être de différents types, par exemple, une batterie lithium-ion. Dans un tel cas, les composants électrochimiquement actifs peuvent, par exemple, comprendre une électrode en graphite (négative) et une électrode en oxyde métallique de lithium (positive), l’oxyde métallique de lithium pouvant comprendre différentes proportions de nickel, de manganèse et de cobalt. Toutefois, l’élément de batterie selon l’invention ne dépend pas d’une formulation chimique ou d’un type spécifique d’élément de batterie, mais peut être utilisé en combinaison avec différentes formulations chimiques d’élément de batterie. Pour ce qui est de la conception, l’élément de batterie selon l’invention décrit ici peut correspondre à un élément en poche. En principe, l’élément de batterie selon l’invention peut être un élément d’accumulateur ou un élément de batterie d’un accumulateur ou d’une batterie, en particulier d’une batterie de traction d’un véhicule électrique. Dans l’élément de batterie selon l’invention, l’élément de refroidissement, qui peut comprendre au moins une plaque de refroidissement, par exemple, est intégré directement dans l’élément de batterie, c’est-à-dire dans son espace intérieur. Un réfrigérant peut s’écouler à travers l’élément de refroidissement pour refroidir l’élément de batterie. Il en résulte une très petite distance entre les composants électrochimiquement actifs à l’intérieur de l’élément de batterie et l’élément de refroidissement, ce qui permet d’obtenir un très bon transfert de chaleur des composants électrochimiquement actifs au réfrigérant. Les au moins deux parois externes peuvent être, par exemple, des parois externes opposées, telles que les faces d’extrémité d’un élément de batterie sensiblement cuboïde, au moins certains des bords de l’enveloppe environnante pouvant être arrondis. Les parois externes et la paroi internes peuvent être reliées les unes aux autres de manière structurellement stable, c’est-à-dire former une ossature mécaniquement stable autour de laquelle, par exemple, une enveloppe électriquement isolante peut être tendue ou enroulée. Autrement dit, la paroi interne peut être une paroi ou structure porteuse de charge ou de support qui transmet des forces agissant sur l’au moins une paroi externe jusqu’à l’au moins une autre paroi externe. L’élément de refroidissement interne peut ainsi avoir un effet de rigidité supplémentaire sur l’élément de batterie et peut protéger l’élément de batterie d’une déformation pendant l’assemblage d’un module de batterie correspondant, pendant le fonctionnement ou en cas d’endommagement. L’élément de refroidissement interne peut, par conséquent, être caractérisé par le fait qu’il est entouré par le matériau actif sur au moins deux côtés. Si nécessaire, l’élément de refroidissement interne peut diviser l’espace intérieur de l’élément de batterie en deux compartiments. Selon d’autres modes de réalisation de l’élément de batterie selon l’invention, l’élément de batterie peut en outre comprendre une arrivée de réfrigérant et une sortie de réfrigérant, qui peuvent être agencées sur au moins un côté externe de l’élément de batterie et sont prévues pour former un écoulement de réfrigérant à travers l’élément de refroidissement. En principe, l’arrivée et la sortie du réfrigérant peuvent être agencées sur un côté de l’élément de refroidissement ou sur une paroi externe, ou tout aussi bien sur des parois externes différentes. Selon d’autres modes de réalisation de l’élément de batterie selon l’invention, la paroi interne peut être agencée centralement à l’intérieur de l’élément de batterie. La paroi interne peut avoir une forme sinueuse ou en zigzag afin d’augmenter la surface de contact entre la paroi interne et les composants chimiquement actifs comparativement à un mode de réalisation de type plaque dans lequel la paroi interne a des surfaces sensiblement planes. Selon d’autres modes de réalisation de l’élément de batterie selon l’invention, les au moins deux parois externes et la paroi interne les reliant peuvent former une structure en forme de H. Selon d’autres modes de réalisation de l’élément de batterie selon l’invention, les composants électrochimiquement actifs peuvent comprendre un matériau actif. Selon d’autres modes de réalisation de l’élément de batterie selon l’invention, la paroi interne peut être agencée dans une fibre neutre du matériau actif. Selon d’autres modes de réalisation de l’élément de batterie selon l’invention, celui-ci peut être enfermé dans un matériau électriquement isolant, qui représente une enveloppe de l’élément de batterie et peut être entendu comme un boîtier « souple » (comparativement au boîtier « rigide » d’éléments de batterie classiques). Les parois externes, qui sont reliées solidement l’une à l’autre par l’intermédiaire de la paroi interne, servent de structure de serrage pour le matériau isolant, par exemple, un film, qui peut également servir à protéger l’élément de batterie. L’invention prévoit également un module de batterie qui comprend au moins deux éléments de batterie tels que décrits ci-dessus, qui sont reliés l’un à l’autre en série ou en parallèle. Dans un mode de réalisation, l’élément de batterie selon l’invention peut correspondre à un élément en poche « retourné ». Jusqu’à présent, un boîtier rigide était construit autour du matériau actif dans les cellules en poche classiques, puis une plaque de refroidissement ou une structure de refroidissement était fixée à l’extérieur de l’élément de batterie. Dans la présente invention, une partie du boîtier structurel, par exemple deux parois externes opposées, est placée vers l’espace intérieur, de préférence centralement entre le matériau actif. De plus, la structure de refroidissement est intégrée ou disposée dans cette paroi interne, qui peut alors se trouver dans la fibre neutre du matériau actif, par exemple. La structure de refroidissement est utilisée pour dissiper la chaleur vers l’extérieur, par exemple, un agent de refroidissement peut s’écouler à travers celle-ci pendant le fonctionnement. Le refroidissement/la dissipation de chaleur s’effectue alors avantageusement sur toute la surface du cœur du matériau actif, par exemple le long du plan médian du volume de matériau actif. Il est entendu que les caractéristiques précitées et les caractéristiques qui seront expliquées ci-après peuvent être utilisées non seulement dans la combinaison respectivement spécifiée, mais également dans d’autres combinaisons, ou seules, sans sortir du cadre de la présente invention. D’autres avantages et configurations de l’invention ressortiront de la description et des dessins annexés. représente une vue en coupe schématique d’un élément de batterie ordinaire. représente une vue en coupe schématique d’un exemple de mode de réalisation de l’élément de batterie selon l’invention. représente une vue en perspective d’un exemple de mode de réalisation de l’élément de batterie selon l’invention. La représente une vue en coupe schématique d’un élément de batterie 1 ordinaire. Celui-ci a un boîtier 2 habituellement rigide ou raidisseur dans lequel est agencé le matériau actif 3. Pour protéger l’élément de batterie 1, celui-ci est enfermé de façon étanche par un matériau électriquement isolant 4. À des fins de refroidissement, une plaque de refroidissement ou une structure de refroidissement est fixée à l’élément de batterie 1 depuis l’extérieur (non explicitement représenté sur la ). La représente une vue en coupe schématique d’un exemple de mode de réalisation de l’élément de batterie 10 selon l’invention. Contrairement à l’élément de batterie 1 classique représenté sur la , il n’y a pas de boîtier 2 stable environnant ici. L’exemple de mode de réalisation de l’élément de batterie 10 représenté sur la a un espace intérieur 5 dans lequel sont agencés des composants électrochimiquement actifs, l’espace intérieur 5 ayant une paroi externe sur chacun d’au moins deux côtés, dans l’exemple de mode de réalisation représenté une première paroi externe 21 et une deuxième paroi externe 22, qui sont reliées l’une à l’autre par une paroi interne 23. En outre, l’élément de batterie 10 a un élément de refroidissement interne 6, qui est agencé dans la paroi interne 23. Dans l’exemple de mode de réalisation représenté, l’élément de refroidissement 6 se présente sous la forme de conduits de refroidissement traversant la paroi interne, la direction des conduits de refroidissement 6 étant perpendiculaire au plan de la feuille. Le nombre et la forme des conduits de refroidissement formant l’élément de refroidissement 6 peuvent être adaptés selon la nécessité. Le tracé des conduits de refroidissement dans la paroi interne, par exemple le fait que chaque conduit de refroidissement s’étend ou non entre une entrée et une sortie ou a ou non plusieurs déviations de 180° entre l’entrée et la sortie, est également une question de conception du concept de refroidissement et peut être adapté selon la nécessité. Par exemple, un seul conduit de refroidissement peut être prévu dans la paroi interne 23. Quelle que soit la structure exacte de l’élément de refroidissement 6, les parois externes de l’élément de refroidissement 6 forment également la paroi interne 23 traversant l’espace intérieur 5. Comme dans le cas de l’élément de batterie 1 classique représenté sur la , l’élément de batterie 10 selon l’invention est également enfermé de façon étanche par un matériau électriquement isolant 4. Dans d’autres modes de réalisation, le matériau électriquement isolant 4 peut uniquement être enroulé le long de l’enveloppe de l’élément de batterie 10, de sorte que les faces d’extrémité sont exposées, par exemple. Les faces d’extrémité peuvent être constituées d’un matériau qui est électriquement isolant. Il convient également de noter que les électrodes de raccordement de l’élément de batterie 10 ne sont pas représentées explicitement, car elles jouent un rôle subordonné du point de vue de l’invention. La représente une vue en perspective de l’exemple de mode de réalisation de l’élément de batterie 10. L’enveloppe externe de l’élément de batterie 10 est formée par la première paroi externe 21 et la deuxième paroi externe 22 qui lui est opposée. Dans cet exemple de mode de réalisation, l’enveloppe externe de l’élément de batterie 10 est également formée par une troisième paroi externe 24, une quatrième paroi externe 25, une cinquième paroi externe 26 et une sixième paroi externe 27, chacune d’entre elles étant agencée en paires en regard l’une de l’autre. Les six parois externes 21 à 27 sont toutes reliées entre elles et forment une enveloppe en forme de boîte pour l’élément de batterie. La paroi interne est agencée à l’intérieur de l’élément de batterie 10 de sorte qu’un agent de refroidissement peut s’écouler dans l’élément de refroidissement 6 par l’entrée 7, s’écouler à travers l’élément de refroidissement à l’intérieur de l’élément de batterie 10, puis s’écouler hors de l’élément de refroidissement par la sortie 8. Dans un exemple de mode de réalisation modifié de l’élément de batterie 10, l’entrée 7 de réfrigérant et la sortie 8 de réfrigérant peuvent être agencées sur des parois externes différentes, en particulier opposées, de l’élément de batterie 10. Par exemple, l’entrée 7 de réfrigérant ou la sortie de réfrigérant de la peut aussi bien être agencée sur la quatrième paroi externe 25. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. Élément de batterie (10) ayant un élément de refroidissement interne (6), comprenant : un espace intérieur (5) dans lequel sont agencés des composants électrochimiquement actifs, l’espace intérieur (5) comprenant sur au moins deux côtés une paroi externe (21, 22) respective, qui sont reliés l’une à l’autre par une paroi interne (23) ; l’élément de refroidissement interne (6), qui est agencé dans la paroi interne (23). Élément de batterie (10) selon la revendication 1, comprenant en outre : une arrivée de réfrigérant (7) et une sortie de réfrigérant (8), qui sont agencées sur au moins un côté externe de l’élément de batterie (10) et sont prévues pour former un écoulement de réfrigérant à travers l’élément de refroidissement (6). Élément de batterie (10) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la paroi interne (23) est agencée centralement dans l’espace intérieur (5). Élément de batterie (10) selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel les au moins deux parois externes (21, 22) et la paroi interne (23) les reliant forment une structure en forme de H. Élément de batterie (10) selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel les composants électrochimiquement actifs comprennent un matériau actif. Élément de batterie (10) selon la revendication 5, dans lequel la paroi interne (23) est agencée dans une fibre neutre du matériau actif. Élément de batterie (10) selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel l’élément de batterie (10) est enfermé dans un matériau électriquement isolant (4). Module de batterie comprenant au moins deux éléments de batterie (10) selon l’une des revendications 1 à 7, qui sont reliés entre eux en série ou en parallèle.