Brevet FR3142607A1 — publié le 20240531

Batterie réfrigérée de stockage d’électricité La batterie (10) comprend une enveloppe (14) dans laquelle sont logées des cellules. L’enveloppe (14) comporte un cadre structurel métallique, comprenant des cloisons transversales et des cloisons longitudinales. Les cloisons transversales délimitent des colonnes de logements de cellules. Les cloisons longitudinales (20) comportent une première cloison latérale (20a) d’arrivée de fluide réfrigérant, comprenant un premier canal (22) de circulation de fluide réfrigérant, comportant au moins une ouverture (24) d’arrivée de fluide réfrigérant pour chaque colonne de logements, et une seconde cloison latérale (20b) de sortie de fluide, opposée à la première cloison (20a) d’arrivée de fluide, et comprenant un second canal (26) de circulation de fluide comportant au moins une ouverture de sortie de fluide réfrigérant pour chaque colonne de logement. Figure pour l'abrégé : Figure 2 Batterie réfrigérée de stockage d’électricité La présente invention concerne une batterie de stockage d’électricité, notamment pour un véhicule automobile. Une telle batterie est notamment destinée à équiper un véhicule à moteur électrique ou un véhicule hybride. De manière classique, la batterie comporte un grand nombre de cellules de stockage d’électricité, et une enveloppe délimitant intérieurement un volume de réception des cellules de stockage. Afin d’éviter une surchauffe risquant de détériorer la batterie, la batterie comporte habituellement des moyens de refroidissement. L’invention a notamment pour but de proposer des moyens de refroidissement performants et compacts. A cet effet, l’invention a notamment pour objet une batterie, notamment pour un véhicule automobile, comprenant un ensemble de cellules de batterie et une enveloppe délimitant un volume dans lequel sont logées les cellules, caractérisé en ce que : - l’enveloppe comporte un cadre structurel métallique, comprenant des cloisons transversales et des cloisons longitudinales, délimitant ensemble des logements pour les cellules de batterie, - les cloisons transversales délimitent des colonnes de logements de cellules, - les cloisons longitudinales comportent une première cloison latérale d’arrivée de fluide réfrigérant, comprenant un premier canal de circulation de fluide réfrigérant, comportant au moins une ouverture d’arrivée de fluide réfrigérant pour chaque colonne de logements, et une seconde cloison latérale de sortie de fluide, opposée à la première cloison d’arrivée de fluide, et comprenant un second canal de circulation de fluide comportant au moins une ouverture de sortie de fluide réfrigérant pour chaque colonne de logement. Une batterie selon l’invention peut comporter en outre l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou selon toutes combinaisons techniquement envisageables. - La batterie comporte au moins une cloison longitudinale intermédiaire formant un séparateur séparant chaque colonne de logements en deux logements. - La cloison longitudinale intermédiaire comporte, pour chaque colonne de logements, un canal de circulation intermédiaire comprenant au moins une entrée disposée à une extrémité haute de la cloison longitudinale intermédiaire et au moins une sortie disposée à une extrémité basse de la cloison longitudinale intermédiaire. - Au moins l’une des cloisons longitudinales, notamment la première cloison longitudinale, comporte un évent de sortie de gaz. - L’évent est obturé par un obturateur, mobile entre une position ouverte et une position fermée et configuré pour passer en position ouverte lorsque la pression dans le logement dépasse une valeur prédéfinie. - La batterie comprend une entrée de fluide réfrigérant connectée au premier conduit et une sortie de fluide réfrigérant connectée au second conduit, l’entrée et la sortie étant agencées à proximité de la même cloison transversale. - Le second conduit comporte une première partie haute, dans laquelle débouche les ouvertures de sortie, et une seconde partie basse, s’étendant parallèlement à la première partie haute, jusqu’à une sortie, les parties haute et basse communiquant entre elles par une partie intermédiaire située à une première extrémité latérale de la seconde cloison opposée à une seconde extrémité latérale comprenant la sortie. - La batterie comprend, dans chaque logement, des canaux de circulation agencés autour des cellules, notamment des canaux inférieurs formés par des nervures ménagées sur une paroi de fond de l’enveloppe, et des canaux supérieurs sont ménagés sur un couvercle de l’enveloppe. - La batterie comprend des entretoises, de préférence déformables élastiquement, agencées entre les cellules pour former des canaux intermédiaires verticaux s’étendant verticalement entre les canaux inférieurs et les canaux supérieurs. - La batterie comprend des entretoises, de préférence déformables élastiquement, agencées entre les modules et les parois latérales, pour former des canaux longitudinaux. Différents aspects et avantages de l’invention seront mis en lumière dans la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux figures annexées, parmi lesquelles : La est une vue en perspective d’une batterie selon un exemple de mode de réalisation de l’invention. La est une vue en perspective d’une enveloppe de la batterie de la . La est une vue en perspective d’une partie de l’enveloppe de la , pour la sortie d’un fluide réfrigérant. La représente en perspective deux cellules équipant la batterie de la . La est une vue en coupe d’un logement de la batterie de la , montrant l’écoulement de fluide réfrigérant dans ce logement. La est une vue en coupe d’une cloison de séparation entre deux logements adjacents de la batterie de la , montrant l’écoulement de fluide réfrigérant dans cette cloison. La est une vue perspective coupée d’une première cloison de l’enveloppe de la . On a représenté, sur la , une batterie électrique 10 selon un exemple de mode de réalisation de l’invention. La batterie électrique 10 est destinée à équiper un véhicule, notamment un véhicule automobile tel qu’une voiture, un bus ou un camion. Le véhicule est par exemple un véhicule propulsé par un moteur électrique, le moteur étant alimenté électriquement par la batterie électrique 10. En variante, le véhicule est de type hybride, et comporte ainsi un moteur thermique et un moteur électrique alimenté électriquement par la batterie électrique 10. Selon encore une autre variante, le véhicule est propulsé par un moteur thermique, la batterie électrique étant prévue pour alimenter électriquement d’autres équipements du véhicule, par exemple le démarreur, les feux etc… La batterie 10 comporte une pluralité de cellules de stockage d’électricité 12, et une enveloppe 14 délimitant intérieurement un volume de réception des cellules de stockage d’électricité 12. La batterie 10 comprend généralement un grand nombre de cellules de stockage d’électricité 12, par exemple plusieurs dizaines de cellules de stockage d’électricité 12. Les cellules de stockage d’électricité 12 sont de tout type adapté : cellules au lithium du type lithium-ion polymère (Li-Po), lithium-fer-phosphate (LFP), lithium-cobalt (LCO), lithium-manganèse (LMO), nickel-manganèse-cobalt (NMC), et cellules types NiMH ( nickel metalhydrure en anglais). Les cellules de stockage 12 sont distribuées dans un ou plusieurs empilages 16, typiquement dans plusieurs empilages 16. Dans l’exemple représenté sur les figures, la batterie électrique 10 comporte dix empilages 16. En variante, la batterie 10 comporte un nombre différent d’empilages, par exemple quatre, huit, douze ou tout autre nombre. Le nombre d’empilages 16 est fonction de la capacité souhaitée pour la batterie 10. L’enveloppe 14 comporte un cadre métallique, comprenant des cloisons transversales 18, 19 et des cloisons longitudinales 20, 21 délimitant ensemble des compartiments pour les cellules de batterie 12. L’enveloppe 14 comporte également une paroi de fond 23 et un couvercle (non représenté), adaptée pour refermer hermétiquement l’enveloppe 14. Le cadre comporte deux cloisons transversales d’extrémité 18 délimitant latéralement l’enveloppe 14, ainsi que des cloisons transversales intermédiaires 19, sensiblement parallèles entre elles et sensiblement parallèles aux cloisons transversales d’extrémité 18, délimitant entre elles des colonnes de logements de cellules. Les cloisons transversales 18, 19 sont de préférence métalliques. Les cloisons longitudinales 20 comportent une première cloison latérale 20a d’arrivée de fluide, comprenant un premier conduit 22 de circulation de fluide comportant une ouverture 24 d’arrivée de fluide réfrigérant pour chaque colonne de logements. Par exemple, la première cloison 20a comporte deux ouvertures d’entrée 24 par colonne. La première cloison 20a est creuse, si bien que le conduit est directement délimité par les parois de cette cloison creuse. Comme cela est représenté sur la , les cloisons longitudinales 20 comprennent également une seconde cloison latérale 20b de sortie de fluide, opposée à la cloison 20a d’arrivée de fluide, et comprenant un second conduit 26 de circulation de fluide comportant au moins une ouverture 28 de sortie de fluide réfrigérant pour chaque colonne de logement. Par exemple, comme cela est représenté sur la , la seconde cloison 20b comporte deux ouvertures de sortie 28 par colonne. La seconde cloison 20b est creuse, si bien que le conduit est directement délimité par les parois de cette cloison creuse. Avantageusement, les ouvertures d’arrivée 24 se trouvent en partie basse de la première cloison latérale 20a, et les ouvertures de sortie 28 se trouvent en partie haute de la seconde cloison latérale 20b, ou vice-versa. Dans la présente description, on appellera « partie basse » la plus proche de la paroi de fond 23, et « partie haute » la plus proche du couvercle. Le premier conduit 22 est alimenté en fluide réfrigérant par une entrée 30 reliée à un circuit de refroidissement (non représenté). Le second conduit 26 comporte une première partie haute 26a, dans laquelle débouche les ouvertures de sortie 28, et une seconde partie basse 26b, s’étendant parallèlement à la première partie haute, jusqu’à une sortie 32. Les parties haute 26a et basse 26b communiquent entre elles par une partie intermédiaire 26c située à une extrémité latérale de la seconde cloison 20b opposée à l’extrémité comprenant la sortie 32. Le circuit de refroidissement comporte un dispositif de refroidissement de fluide (non représenté), agencé entre la sortie 32 et l’entrée 30, de sorte que le fluide est récupéré en sortie 32, puis refroidit, avant d’être réinjecté à l’entrée 30. Le dispositif de refroidissement est classique et ne sera pas décrit davantage. La batterie 10 comporte des canaux de circulation du fluide réfrigérant dans le logement, depuis les ouvertures d’arrivée 24 jusqu’aux ouvertures de sortie 28. Lorsque la batterie 10 comporte plusieurs colonnes, séparées par des cloisons 19, les canaux de ces colonnes sont indépendants d’une colonne à l’autre, si bien que le fluide arrivant par l’ouverture d’arrivée 24 d’une colonne sort par les ouvertures de sortie 28 de la même colonne. Les canaux de circulation sont agencés autour des cellules 12, afin que le fluide réfrigérant circule au contact de celles-ci, permettant ainsi leur refroidissement. On notera ainsi la présence de canaux inférieurs 36, formés par des nervures ménagées sur la paroi de fond 23 de l’enveloppe. Avantageusement, des canaux supérieurs 38 sont ménagés de la même façon sur le couvercle de l’enveloppe. Avantageusement, des entretoises 39 sont prévues entre les cellules 12, pour former des canaux intermédiaires verticaux 40 s’étendant verticalement entre les canaux inférieurs 36 et les canaux supérieurs 38, comme cela est représenté schématiquement sur la . Ces canaux intermédiaires verticaux 40 permettent de refroidir les grandes faces des cellules 12. Avantageusement, des entretoises sont également prévues entre les modules 12 et les parois latérales 18, 19, pour former des canaux longitudinaux 42, permettant de refroidir les petites faces latérales des cellules 12. De préférence, les entretoises sont déformables élastiquement, afin de permettre la gestion de la dilatation des cellules 12 sous l’effet de la chaleur et de leur vieillissement. Dans le cas où, comme dans l’exemple décrit, les colonnes sont divisées en plusieurs logements alignés, les logements sont séparés par une cloison intermédiaire 21. Il est en effet préférable de disposer de deux logements alignés plutôt qu’un seul de la même longueur que les deux logements, afin de mieux maitriser la dilatation des cellules 12 sous l’effet de la chaleur et de leur vieillissement. Du fait de l’écoulement du fluide dans les canaux intermédiaires verticaux 40, le fluide arrive par le haut au niveau de la cloison intermédiaire 21. La cloison intermédiaire 21 comporte donc des ouvertures supérieures 44 par lesquelles pénètre le fluide. La cloison intermédiaire 21 comporte, de l’autre côté, des ouvertures inférieures 46 par lesquelles passe le fluide pour atteindre le logement suivant. Un conduit intermédiaire 48 s’étend verticalement entre les ouvertures supérieures 44 et les ouvertures inférieures 46. Puisque le fluide s’écoule depuis des ouvertures inférieures dans le logement, il s’écoule ensuite de la même façon que dans le logement précédent comme cela a été décrit précédemment en référence à la . Le fluide arrive ainsi vers le haut de la seconde cloison latérale 20b, où se trouvent les ouvertures de sortie 28. Le fluide circule ensuite dans le second conduit 26 de la seconde cloison latérale 20b, depuis les ouvertures 28 vers la sortie 32. Préférentiellement, la batterie 10 comporte des moyens de décharge pour l’évacuation de gaz en cas de surpression dans la batterie. En effet, en cas de défaillance d’au moins une cellule, celle-ci peut relâcher du « gaz d’échappement » chaud extrêmement rapidement, qui doit être évacué pour limiter la montée en pression à l’intérieur de la batterie 10 et également pour limiter la montée en température des cellules voisines et du fluide de refroidissement. Afin de décharger le gaz en surpression, les moyens de décharge comportent, pour chaque colonne, au moins un évent 51. Chaque évent 51 est obturé par un obturateur 49 mobile entre une position ouverte et une position fermée, l’obturateur comportant des moyens de rappel élastiques vers la position fermée, configurés pour appliquer une force de rappel vers la position fermée, inférieure à une force de pression prédéfinie. Ainsi, lorsque la pression dans la batterie 10 dépasse une valeur prédéfinie, la force de pression devient supérieure à la force de rappel, et l’obturateur 49 passe en position ouverte, permettant au gaz de se décharger à travers l’évent 51 correspondant. En revanche, dès que la pression diminue sous la valeur prédéfinie, l’obturateur 49 repasse en position fermée sous l’effet de la force élastique de rappel. L’évent 51 débouche dans une conduite de décharge 50 ménagée dans la première cloison latérale 20a. La conduite de décharge 50 est connectée, via un tube 52, à un dispositif 54 de traitement du gaz déchargé. Le dispositif de traitement 54 est notamment destiné à séparer le gaz du fluide éventuellement évacué avec le gaz. Le fluide est ainsi récupéré pour être par exemple réinjecté dans le circuit de refroidissement. Il apparait que la présente batterie 10 présente les avantages suivants. Dans un premier point, il est à noter que l’enveloppe 14 est fermée hermétiquement, assurant ainsi une bonne étanchéité du circuit de refroidissement. Dans l’exemple décrit, les ouvertures d’entrée 30 et de sortie 32 de fluide réfrigérant sont agencées à proximité de la même cloison transversale 18. En d’autres termes, elles sont agencées d’un même côté de la batterie 10. Cette disposition permet de limiter la distance entre l’entrée 30 et la sortie 32 en dehors de la batterie, et donc de limiter la taille du circuit de refroidissement en dehors de la batterie 10. Il apparait par ailleurs que la batterie 10 est particulièrement compacte, notamment parce que la circulation de fluide réfrigérant ne nécessite pas de tuyaux de grande dimension. Batterie (10), notamment pour un véhicule automobile, comprenant un ensemble de cellules de batterie (12) et une enveloppe (14) délimitant un volume dans lequel sont logées les cellules (12), caractérisé en ce que : - l’enveloppe (14) comporte un cadre structurel métallique, comprenant des cloisons transversales (18, 19) et des cloisons longitudinales (20, 20a, 20b, 21), délimitant ensemble des logements pour les cellules de batterie (12), - les cloisons transversales (18, 19) délimitent des colonnes de logements de cellules (12), - les cloisons longitudinales (20) comportent une première cloison latérale (20a) d’arrivée de fluide réfrigérant, comprenant un premier canal (22) de circulation de fluide réfrigérant, comportant au moins une ouverture (24) d’arrivée de fluide réfrigérant pour chaque colonne de logements, et une seconde cloison latérale (20b) de sortie de fluide, opposée à la première cloison (20a) d’arrivée de fluide, et comprenant un second canal (26) de circulation de fluide comportant au moins une ouverture (28) de sortie de fluide réfrigérant pour chaque colonne de logement. Batterie (10) selon la revendication 1, comportant au moins une cloison longitudinale intermédiaire (21) formant un séparateur séparant chaque colonne de logements en deux logements. Batterie (10) selon la revendication 2, dans lequel la cloison longitudinale intermédiaire (21) comporte, pour chaque colonne de logements, un canal de circulation intermédiaire (48) comprenant au moins une entrée (44) disposée à une extrémité haute de la cloison longitudinale intermédiaire (21) et au moins une sortie (46) disposée à une extrémité basse de la cloison longitudinale intermédiaire (21). Batterie (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins l’une des cloisons longitudinales, notamment la première cloison longitudinale (20a), comporte un évent (51) de sortie de gaz. Batterie (10) selon la revendication 4, dans lequel l’évent (51) est obturé par un obturateur (49), mobile entre une position ouverte et une position fermée et configuré pour passer en position ouverte lorsque la pression dans le logement dépasse une valeur prédéfinie. Batterie (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant une entrée (30) de fluide réfrigérant connectée au premier conduit (22) et une sortie (32) de fluide réfrigérant connectée au second conduit (26), l’entrée (30) et la sortie (32) étant agencées à proximité de la même cloison transversale (18). Batterie (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le second conduit (26) comporte une première partie haute (26a), dans laquelle débouche les ouvertures de sortie (28), et une seconde partie basse (26b), s’étendant parallèlement à la première partie haute, jusqu’à une sortie (32), les parties haute (26a) et basse (26b) communiquant entre elles par une partie intermédiaire (26c) située à une première extrémité latérale de la seconde cloison (20b) opposée à une seconde extrémité latérale comprenant la sortie (32). Batterie (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant, dans chaque logement, des canaux de circulation agencés autour des cellules (12), notamment des canaux inférieurs (34) formés par des nervures ménagées sur une paroi de fond (23) de l’enveloppe, et des canaux supérieurs (38) sont ménagés sur un couvercle de l’enveloppe. Batterie (10) selon la revendication 8, comprenant des entretoises (39), de préférence déformables élastiquement, agencées entre les cellules (12) pour former des canaux intermédiaires verticaux (40) s’étendant verticalement entre les canaux inférieurs (34) et les canaux supérieurs (38). Batterie (10) selon la revendication 8 ou 9, comprenant des entretoises, de préférence déformables élastiquement, agencées entre les modules (12) et les parois latérales (18, 19), pour former des canaux longitudinaux (42).