Brevet FR3164061A1 — publié le 20260102

La présente divulgation concerne un dispositif de gestion thermique (200) pour batterie électrique, le dispositif de gestion thermique comprenant une structure (202) réalisée dans un matériau compressible comprenant un ou plusieurs logements (204) aménagé(s) dans au moins une surface de ladite structure, et dans lequel dans chaque logement est rempli d’un isolant (205), ledit isolant présentant une isolation thermique supérieure à l’isolation thermique du matériau de ladite structure. Figure de l’abrégé : Figure 2 Dispositif de gestion thermique pour une batterie électrique La présente divulgation concerne le domaine technique des batteries électriques, et plus précisément celui de la gestion thermique desdites batteries. La présente divulgation relève du domaine des éléments de gestion thermique, en particulier pour batteries d’un véhicule électrique ou hybride. A ce titre, l’invention concerne un dispositif de gestion thermique pour une batterie électrique. L’invention concerne également une batterie électrique comprenant un tel dispositif de de gestion thermique. Dans une batterie électrique à cellules, c’est-à-dire une batterie comprenant plusieurs éléments de batterie indépendants regroupés dans un module, ces éléments sont généralement disposés en contact les uns avec les autres par leurs faces latérales. Lors de la charge/décharge des cellules de batterie, de la chaleur est produite par les cellules de batterie. En cas d’emballement thermique d’une cellule, il est crucial de limiter la propagation de la chaleur d’une cellule à l’autre. En cas d’usage normal, les cellules de batteries s’expansent de plusieurs pourcentages en volume. Pour permettre les dilatations des cellules de batterie en toute sécurité, des éléments d’intercalation sont interposés entre les cellules de batterie. Ces éléments d’intercalation sont suffisamment compressibles durant les cycles de charge/décharge pour permettre la dilation des cellules de batterie sans détériorer la batterie ou endommager les éléments d’intercalation. Il est connu d’installer des mousses à base de polyuréthane ou silicone entre les cellules de batterie qui permettent à la cellule de batterie de se dilater en cas d’usage normal. En revanche, ces mousses ne sont pas adaptées pour limiter la propagation de l’emballement thermique car elles ne sont pas suffisamment isolantes thermiquement et nécessitent une trop grande épaisseur pour réussir à limiter les impacts d’un emballement thermique. Résumé La présente divulgation vient améliorer la situation. Il est proposé un dispositif de gestion thermique pour batterie électrique, le dispositif de gestion thermique comprenant une structure réalisée dans un matériau compressible comprenant un ou plusieurs logements aménagé(s) dans au moins une surface de ladite structure, et dans lequel dans chaque logement est rempli d’un isolant, ledit isolant présentant une isolation thermique supérieure à l’isolation thermique du matériau de ladite structure. Ainsi, le dispositif de gestion thermique peut se déformer pour permettre l’expansion des éléments de la batterie électrique et permet de limiter la propagation de chaleur en cas d’emballement thermique grâce à la présence de l’isolant dans les logements. Selon un autre aspect, il est proposé une batterie électrique comprenant au moins deux cellules de batterie adjacentes et au moins un dispositif tel que précité, ledit dispositif étant interposé entre deux cellules de batterie adjacentes, et/ou ladite batterie comprenant au moins deux modules de batterie adjacents et au moins un dispositif tel que précité, ledit dispositif étant interposé entre deux modules de batterie adjacents. Les caractéristiques exposées dans les paragraphes suivants peuvent, optionnellement, être mises en œuvre, indépendamment les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : Les logements peuvent être délimités par des parois qui servent d’éléments de renforcement et de tenue mécanique, par exemple en forme de nid d’abeille. Le matériau de la structure peut être un élastomère, en particulier du silicone moussé. Le matériau de la structure peut être choisi pour assurer une haute compressibilité de la structure par exemple apte à se comprimer entre 5% à 30% de l’épaisseur de la structure. L’isolant peut être un matériau poreux, par exemple supérieur à 70% de porosité. L’isolant peut présenter des propriétés de conductivité thermique inférieures à celle de l’air inférieure à 30mW/m/K à température ambiante. L’isolant peut être par exemple un composé à base d’aérogel ou de silice pyrogénée ou silice précipitée. L’isolant peut comprendre au moins 50% d’aérogel. L’isolant peut avantageusement être chargé au moins localement avec un matériau opacifiant visant à améliorer les propriétés d'isolation thermique à plus haute température. L’isolant peut être un super-isolant comme un composé à base d’aérogel, de fibres, de poudre, de mousse ou autre, sous forme solide, visqueuse, pâteuse ou liquide. Ainsi, l’isolant peut s’étendre sur environ 70% de la surface supérieure, tandis que les parois délimitant le pourtour des logements s’étendent sur environ 30% de la surface supérieure. Une telle distribution de l’isolant permet de couper les ponts thermiques entre les deux faces du dispositif de gestion thermique. Ceci permet aussi d’améliorer les performances d’isolation thermique du dispositif de gestion thermique par rapport aux éléments d’intercalation de l’art antérieur qui présentent beaucoup de ponts thermiques. Dans chaque logement, l’isolant peut être disposé et compacté à l’intérieur du logement. Les logements peuvent être remplis complètement ou partiellement par l’isolant. L’isolant est compressé dans les logements, ce qui permet de le maintenir dans les logements, notamment lorsqu’il est sous forme de poudre. Les logements peuvent être des ajournements ou des espaces formés dans la structure. Les logements peuvent déboucher sur une ou les deux faces de la structure. Chaque logement peut comprendre une paroi de fond présentant une épaisseur comprise entre 1% et 10% de l’épaisseur totale de la structure. Au moins un des logements peut présenter une profondeur comprise entre 90% et 99% de l’épaisseur de la structure. En particulier, au moins un des logements peut traverser toute l’épaisseur de ladite structure. Au moins un des logements peut présenter une forme carrée, rectangulaire, polygonale, ronde, triangulaire ou ovale. Le matériau de la structure et/ou de l’isolant peut être ignifuge ou peut comprendre une couche d’un matériau ignifuge. Le matériau de l’isolant et/ou de la structure peuvent satisfaire la norme UL94-V0. La structure peut comprendre au moins un plot formant une excroissance s’étendant depuis ladite surface de la structure dans la direction de l’épaisseur de la structure et en s’éloignant de ladite surface de la structure. Le plot peut être réalisé dans le même matériau que la structure. Le plot peut présenter différentes formes. Au moins un des plots peut être agencé entre deux logements successifs. Le dispositif peut comprendre un moyen de scellage des logements. Par exemple, le moyen de scellage peut être un film recouvrant une surface de la structure. En particulier, le moyen de scellage peut être un polymère et peut comprendre un adhésif pour coller à la surface de la structure comprenant les logements. Le dispositif peut comprendre un rebord plein entourant la surface de la structure comprenant les logements. Le rebord peut présenter une largeur comprise entre 0.1 et 50 mm. Les logements peuvent être en forme hexagonale et présenter les mêmes dimensions. Le dispositif peut comprendre plusieurs structures superposées. Le dispositif peut comprendre au moins une couche d’un isolant thermique de type fibres céramiques ou feutre ou laine de verre. La structure peut comprend au moins deux groupes de logements présentant différentes dimensions. Ainsi, les logements peuvent comprendre des volumes différents d’isolant. Un tel agencement permet de varier la conductivité thermique et/ou la compressibilité localement de la structure, ce qui permet de s’adapter à la distribution thermique des cellules de batterie. D’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels : Fig. 1 FIG. 1 montre une structure d’un dispositif de gestion thermique selon un mode de réalisation. Fig. 2 FIG. 2 montre une vue éclatée d’un dispositif de gestion thermique selon un mode de réalisation. Fig. 3 FIG. 3 montre une coupe du dispositif de gestion thermique de la FIG. 2 . Fig. 4 FIG. 4 montre une zone agrandie du dispositif de gestion thermique de la FIG. 2 . Fig. 5 FIG. 5 montre une vue éclatée du dispositif de gestion thermique selon un mode de réalisation. Fig. 6 FIG. 6 montre une structure d’un dispositif de gestion thermique selon un mode de réalisation. Fig. 7 FIG. 7 montre une zone agrandie du dispositif de gestion thermique comprenant la structure de la FIG. 6 . Fig. 8 FIG. 8 montre une structure d’un dispositif de gestion thermique selon un mode de réalisation. Fig. 9 FIG. 9 montre une vue en perspective un dispositif de gestion thermique selon un mode de réalisation. Fig. 10 FIG. 10 montre une vue de côté du dispositif de gestion thermique de la FIG. 9 . Fig. 11 FIG. 11 montre une vue en perspective un dispositif de gestion thermique selon un mode de réalisation. Fig. 12 FIG. 12 montre une vue de côté du dispositif de gestion thermique de la FIG. 11 . Fig. 13 FIG. 13 montre une vue éclatée d’une partie d’une batterie électrique comprenant le dispositif de gestion thermique de la FIG. 2 . Fig. 14 FIG. 14 montre des vues en coupe de différents modes de réalisation d’une structure pour un dispositif de gestion thermique. Il est maintenant fait référence à la FIG. 1 . La structure 100 est configurée pour faire partie d’un dispositif de gestion thermique qui peut être disposé entre deux cellules de batterie ou deux modules de batterie adjacents. La structure 100 présente une forme carrée mais peut présenter d’autres formes comme rectangulaire, ovale, circulaire ou autre en fonction de l’usage. Les dimensions de la structure 100 sont adaptés à la taille des cellules de batterie ou les modules de batterie, en particulier en fonction de la surface à isoler thermiquement. L’épaisseur de la structure 100 est compris entre 0.5 mm et 10 mm. En particulier, la structure 100 est réalisée en élastomère mais peut être réalisée en tout matériau ou une association de matériaux ayant des propriétés de compression, en particulier compressible selon la direction de l’épaisseur de la structure i.e. perpendiculairement au plan dans lequel s’étend la structure. Plus particulièrement, la structure 100 peut être en silicone moussé. La structure 100 présente un rebord 102 définissant la périphérie de la structure et présentant une épaisseur e1 correspondant à l’épaisseur de la structure 100. Le rebord 102 présente une largeur comprise entre 0.1 et 50 mm. Bien entendu, le rebord 102 peut être absent de la structure 100 selon un autre mode de réalisation ne laissant que la surface 106, la structure 100 présentant ainsi une épaisseur e. La structure 100 présente sur une surface supérieure, montrée à la FIG. 1 , un évidement bordé par le rebord 102 d’une épaisseur e. Sur la surface 106 de l’évidement, plusieurs logements 104 sont prévus. Les logements 104 forment des ajournements ou des espaces dans la structure 100. Les logements 104 sont en forme hexagonale et présentent tous les mêmes dimensions. En outre, les logements 104 sont répartis régulièrement sur la surface 106 de l’évidement selon une structure en nid d’abeille. Les logements 104 ne débouchent pas sur la surface opposée à la surface 106 de sorte que la structure comprend une paroi de fond pour chaque logement. Une telle paroi de fond peut présenter une épaisseur comprise entre 1% et 10% de l’épaisseur totale de la structure 100. Entre les logements 104, la structure 100 présente des parois 108 délimitant chaque logement 104. Dans chaque logement, un isolant peut être disposé et compacté à l’intérieur du logement 104. Les logements 104 peuvent être remplis complètement ou partiellement par l’isolant. En particulier, l’isolant présente des propriétés d’isolation supérieures à celles de la structure 100. La FIG. 2 représente un mode de réalisation d’un dispositif de gestion thermique 200 comprenant une structure 202. La structure 202 comprend des logements 204 et est similaire à la structure 100 de la FIG. 1 . A la différence, la structure 202 est dépourvue du rebord 102. En outre, un isolant 205 est compacté dans chaque logement 204. L’isolant 205 peut être un super-isolant comme un composé à base d’aérogel, de fibres, de poudre, de mousse ou autre, sous forme solide, visqueuse, pâteuse ou liquide. Ainsi, l’isolant 205 s’étend sur environ 70% de la surface supérieure, tandis que les parois 207 délimitant le pourtour des logements s’étendent sur environ 30% de la surface supérieure. Une telle distribution de l’isolant permet de couper les ponts thermiques entre les deux faces du dispositif de gestion thermique. Ceci permet d’améliorer les performances d’isolation thermique du dispositif de gestion thermique par rapport aux éléments d’intercalation de l’art antérieur qui présentent beaucoup de ponts thermiques. En outre, l’isolant est compressé dans les logements, ce qui permet de le maintenir dans les logements, notamment lorsqu’il est sous forme de poudre. En particulier, les logements 204 sont remplis d’isolant 205 à ras de la surface supérieure de la structure 202 dans laquelle sont formés les logements. Bien entendu, les logements peuvent être remplis en partie d’isolant. Par exemple, le taux de remplissage d’un logement peut être compris entre 50% et 100% du volume du logement. En plus, le dispositif de gestion thermique 200 comprend un fond en silicone 206 sur lequel est agencé la structure 202 au niveau de sa surface inférieure opposée à la surface supérieure. Le fond en silicone 206 permet d’améliorer le maintien du dispositif de gestion thermique 200. Alternativement, les logements 204 peuvent déboucher sur la surface inférieure. Sur les figures 3 et 4, le dispositif de gestion thermique 200 est montré sans le fond en silicone 206. Afin d’éviter toute dispersion de l’isolant, la structure 202 comprenant l’isolant 205 est recouverte d’un film 210 et un film 208 sur sa surface supérieure et sa surface inférieure, respectivement. Les films 208 et 210 peuvent être séparés ou reliés entre eux. Par exemple, les films 208 et 210 peuvent être adhésifs et peuvent coller aux surfaces supérieure et inférieure de la structure 202. Les films 208 et 210 peuvent être en polymère et en particulier réalisés dans un matériau résistant au feu. La FIG. 5 représente un dispositif de gestion thermique 300 selon un autre mode de réalisation. La structure 302 comprend les mêmes éléments que la structure 202. A la différence, la structure 302 comprend un premier groupe de logements 304_1, un deuxième groupe de logements 304_2 et un troisième groupe de logements 304_3. Les logements 304_1, 304_2 et 304_3 présentent une même forme alvéolaire mais avec différentes dimensions. Ainsi, les logements 304_1, 304_2 et 304_3 comprennent des volumes différents d’isolant 305. Le dispositif de gestion thermique 300 comprend un film 310 recouvrant la surface supérieure de la structure 302 sur laquelle débouchent les logements 304_1, 304_2 et 304_3. Un tel agencement permet de varier la conductivité thermique et/ou la compressibilité localement, ce qui permet de s’adapter à la distribution thermique des cellules de batterie. En référence aux figures 6 et 7, le dispositif de gestion thermique 400 comprend une structure 402 comprenant des logements 404 triangulaires distribués régulièrement sur une face supérieure de la structure 402. Chaque logement 404 est délimité par des parois 407 formant des nervures de renforcement de la structure 402. Un isolant, similaire à l’isolant 205 ou 305, est disposé dans les logements 404. Les logements présentent une paroi de fond mais peuvent traverser toute l’épaisseur de la structure 402. En outre, la structure comprend en outre plusieurs plots 406 s’étendant depuis la surface supérieure selon la direction de l’épaisseur de la structure 402. Les plots 406 sont en saillie vers l’extérieur de la structure 402. Ainsi, lorsque la structure 402 est soumise à une contrainte en compression, les plots 406 subissent en premier cette contrainte et en absorbent une partie en se déformant. Les plots 406 permettent ainsi de rajouter un étage de compression. Chaque plot 406 est entouré par des logements 404, en particulier par six logements disposés circonférentiellement autour dudit plot 406. Bien entendu, les logements 404 peuvent présenter d’autres formes et les plots peuvent être agencés entre deux ou plus de ces logements 404 selon un motif adapté. En particulier, les plots 406 sont cylindriques mais peuvent présenter d’autres formes, par exemple une forme cubique. Les plots 406 sont avantageusement réalisés en un matériau déformable en particulier suivant l’épaisseur de la structure 402, par exemple en élastomère. La structure 402 peut être en élastomère ou un autre matériau. Le dispositif de gestion thermique 400 comprend aussi un film 410 recouvrant la surface supérieure de la structure 402 et un film 408 recouvrant une surface inférieure de la structure opposée à la surface supérieure. Le dispositif de gestion thermique 400 peut comprendre en outre un isolant thermique de type fibres céramiques ou feutre ou laine de verre. Par exemple, l’isolant thermique peut être disposé autour des plots 406 entre la structure 402 et le film 410. Un dispositif de gestion thermique 500 selon un autre mode de réalisation est représenté à la FIG. 8 . Le dispositif de gestion thermique 500 comprend une structure 502 compressible réalisée par exemple en élastomère. La structure 502 comprend des logements 504 traversants toute l’épaisseur de la structure 502 de forme carrée et bordé par les parois 507. Les logements 504 sont configurés pour recevoir de l’isolant, par exemple similaire à l’isolant 205. La structure 502 comprend au sommet de chaque logement 504 un renforcement 506 présentant une épaisseur supérieure à celles des parois 507. Les renforcements 506 présentent une section par exemple hexagonale dans le plan de la structure 502. Les renforcements 506 présentent en outre la même épaisseur que celles des parois 507. Le dispositif de gestion thermique 500 peut comprendre un ou plusieurs films entourant la structure 502. En référence aux figures 9 et 10, le dispositif de gestion thermique 600 comprend une structure 602 compressible comprenant plusieurs logements 604 fermés et encapsulant de l’isolant à l’intérieur de la structure 602. Les logements 604 sont agencés de part et d’autre de la structure 602. Chaque logement présente une forme hexagonale comprenant une paroi supérieure 604_1 et une paroi inférieure 604_2. L’isolant est disposé entre les parois supérieure 604_1 et inférieure 604_2. La paroi supérieure 604_1 et la paroi inférieure 604_2 dépassent de part et d’autre du plan de la surface supérieure et du plan de la surface inférieure de la structure 602. La paroi supérieure 604_1 et la paroi inférieure 604_2 peuvent être réalisée en une seule pièce avec la structure 602 ou peuvent être séparées de la structure 602. En référence aux figures 11 et 12, le dispositif de gestion thermique 600’ comprend les mêmes éléments que le dispositif de gestion thermique 600. A la différence, les logements 604 sont disposés de part et d’autre de la structure 602 de façon alternée et non l’un en vis-à-vis de l’autre. Les logements 604 arrangés en face supérieure de la structure 602 sont encapsulés par la paroi supérieure 604_1 et la surface inférieure de la structure 602. Les logements 604 arrangés en face inférieure de la structure 602 sont encapsulés par la paroi inférieure 604_2 et la surface supérieure de la structure 602. Comme montré à la FIG. 12 , la paroi inférieure 604_2 est arrangée entre deux parois supérieures 604_1 selon une vue de côté de la structure 602. Bien que les logements dans les figures précédentes soient représentés avec une forme alvéolaire, le dispositif de gestion thermique peut comprendre des logements de forme carrée, rectangulaire, polygonale, ronde, triangulaire ou ovale. Le dispositif de gestion thermique selon les figures précédentes présente une faible conductivité inférieure à 30mW/m.K avec une densité réduite. La FIG. 13 représente une batterie 1 comprenant au moins deux cellules de batterie 10 et 20 agencées l’une à côté de l’autre. Afin de limiter l’emballement thermique dans la batterie tout en permettant l’expansion des cellules de batterie 10, 20, un dispositif de gestion thermique 200 est intercalé entre les cellules de batterie. Le dispositif de gestion thermique 200 peut être remplacé par le dispositif de gestion thermique 300, 400, 500, 600 ou 600’. La batterie 1 peut comprendre en plus du dispositif de gestion thermique, d’autres éléments isolant thermiquement comme des feutres de silice ou de la laine minérale par exemple en fibres de silicate ( « Alkaline earth silicate » en anglais abrégé en AES), de l’aluminium ou d’autres films. La figure 14a représente une coupe d’une structure 102a similaire à la structure 100. A la différence, la structure 102a comprend des logements 104a traversants l’épaisseur de la structure 102a. Les logements 104a sont bordés par les parois 107a. Ainsi, les logements 104a comprennent de l’isolant 105 similaire à l’isolant 205 débouchent sur la surface inférieure et la surface supérieure de la structure 102a. Les logements 104a peuvent présenter une forme alvéolaire, carrée, rectangulaire ou toute autre forme adaptée. La figure 14b représente une coupe d’une structure 102b similaire à la structure 102a. A la différence, la structure 102b comprend une plaque souple depuis laquelle s’étendent des parois 107_1 depuis la surface supérieure de la plaque pour former des logements 104b_1 et des parois 107_2 depuis la surface supérieure de la plaque pour former des logements 104b_2. Les logements 104b_1 et 104b_2 comprennent de l’isolant 105 similaire à l’isolant 205 débouchent sur la surface inférieure et la surface supérieure de la structure 102a. La figure 14c représente une coupe d’une structure 102c similaire à la structure 102a. En plus, la surface inférieure de la structure 102c est recouverte par un moyen de fermeture 108c des logements 104a, tel qu’un film 108c rapporté sur la surface. Le moyen de fermeture 108c peut être un fond de la structure 102c comme la structure 100. La figure 14d représente une coupe d’une structure 102d similaire à la structure 102a. En plus, la surface inférieure de la structure 102d est recouverte par un moyen de fermeture 108d des logements 104a, tel qu’un film rapporté sur la surface ou un fond de la structure 102d. De même, la surface supérieure de la structure 102d est recouverte par un moyen de fermeture 110d des logements 104a, tel qu’un film rapporté sur la surface ou un fond de la structure 102d. Les moyens de fermeture 108d et 110d peuvent faire partie intégrante de la structure 102c comme la structure 602. . Dispositif de gestion thermique (200,300,400,500,600,600’) pour batterie électrique (1), le dispositif de gestion thermique comprenant une structure (102,202,302,402,502,602) réalisée dans un matériau compressible comprenant un ou plusieurs logements (104,204,304,404,504,604) aménagé(s) dans au moins une surface de ladite structure, et dans lequel dans chaque logement est rempli d’un isolant (205), ledit isolant présentant une isolation thermique supérieure à l’isolation thermique du matériau de ladite structure. Dispositif (200,300,400,500,600,600’) selon la revendication précédente, dans lequel le matériau de la structure est un élastomère. Dispositif (200,300,400,500,600,600’) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’isolant (205) est un matériau poreux dont les propriétés de conductivité thermique sont inférieures à celle de l’air inférieure à 30mW/m/K à température ambiante, par exemple un composé à base d’aérogel ou de silice pyrogénée ou silice précipitée. Dispositif (200,300,400,600,600’) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel au moins un des logements (104,304,404,604) présente une profondeur comprise entre 90% et 99% de l’épaisseur de la structure (102,302,402,602). Dispositif (500) selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel au moins un des logements (504) traverse toute l’épaisseur de ladite structure (502). Dispositif (200,300,400,500,600,600’) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel au moins un des logements (104,304,404,504,604) présente une forme carrée, rectangulaire, polygonale, ronde, triangulaire ou ovale. Dispositif (200,300,400,500,600,600’) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le matériau de ladite structure (102,302,402,502,602) et/ou l’isolant (205) est ignifuge ou comprend une couche d’un matériau ignifuge. Dispositif (400) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la structure (402) comprend au moins un plot (406) formant une excroissance s’étendant depuis ladite surface de la structure (402) dans la direction de l’épaisseur de la structure et en s’éloignant de ladite surface de la structure. Dispositif (400) selon la revendication 8, dans lequel au moins un des plots (406) est agencé entre deux logements (404) successifs. Dispositif (200,300) selon l’une des revendications précédentes, comprenant un moyen de scellage (208,308,210,310) des logements (304,404). Dispositif selon l’une des revendications précédentes, comprenant un rebord (102) plein entourant la surface de la structure (100) comprenant les logements (104). Batterie électrique (1) comprenant au moins deux cellules de batterie (10,20) adjacentes et au moins un dispositif (200,300,400,500,600,600’) selon l’une des revendications précédentes, ledit dispositif étant interposé entre deux cellules de batterie adjacentes, et/ou ladite batterie comprenant au moins deux modules de batterie adjacents et au moins un dispositif selon l’une des revendications précédentes, ledit dispositif étant interposé entre deux modules de batterie adjacents. .