Brevet FR3163497A1 — publié le 20251219

Bloc (1) de batteries d’accumulateurs électriques de véhicules automobiles, ledit bloc (1) comprenant N cellules électrochimiques solides (25) longitudinales, chaque cellule (25) présentant deux bornes positive et négative ; caractérisé en ce qu’il comprend un casier (3) présentant une face avant et une face arrière opposées et une rangée de N logements (15) ordonnés de 1 à N, chaque logement présentant deux ouvertures opposées débouchant respectivement dans lesdites face avant et arrière dudit casier (3), et en ce que les N cellules (25) sont respectivement engagées dans les N logements, de façon que les deux bornes de chacune des cellules (25) s’étendent respectivement dans lesdites deux ouvertures opposées (17) de chacun desdits logements (15) pour pouvoir, d’une part raccorder électriquement alternativement deux à deux à partir du premier logement les bornes s’étendant dans les ouvertures (17) de la face avant dudit casier (3), et d’autre part raccorder électriquement alternativement deux à deux à partir du deuxième logement les bornes s’étendant dans les ouvertures (17) de la face arrière dudit casier (3) de manière à relier lesdites N cellules en série. Figure de l’abrégé : Figure 5 Bloc de batteries d’accumulateurs électriques. La présente invention se rapporte à un bloc de batteries d’accumulateurs électriques pour un véhicule automobile électrique ou hybride. Les véhicules automobiles électriques ou hybrides comportent des batteries d’accumulateurs électriques ou, plus généralement, dispositifs de stockage d’énergie électrique, comportant des cellules électrochimiques de stockage d’énergie électrique. Un bloc de batteries comprend généralement plusieurs modules de batterie, chacun présentant une pluralité de cellules électrochimiques. De manière classique, une cellule électrochimique prismatique est une cellule dont les composants sont enfermés dans une enveloppe rigide et étanche. Elle est composée d’une ou plusieurs électrodes positives empilées de manière alternée avec une ou plusieurs électrodes négatives, ainsi qu’un ou plusieurs séparateurs de sorte à séparer les électrodes positives et négatives, le séparateur étant imbibé d’électrolyte pour permettre la conduction ionique entre les électrodes. Un type de module de batteries connu, présenté dans le document WO2012096844, comprend un cadre modulaire présentant des parois formant entre elles des logements. Chaque logement étant adapté à recevoir un ensemble de cellules non fixées entre elles et maintenues en position fixe. Toutefois, l’agencement des batteries utilisées nécessite plusieurs niveaux de hiérarchie incluant les électrodes, les cellules, le module, le bloc et enfin les batteries. L’assemblage utilisé nécessite donc un espace important pour obtenir une batterie présentant la tension souhaitée. La présence de ces niveaux de hiérarchie augmente également la complexité et la durée du processus d’assemblage. De plus, les cellules sont également assemblées dans le module par soudage ou collage. Cet assemblage entraîne alors un manque de rigidité de l’ensemble. Il existe donc un besoin d’un bloc batteries d’accumulateurs électriques simplifié et plus rigide. Dans ce but, il est proposé un bloc de batteries d’accumulateurs électriques de véhicules automobiles, ledit bloc comprenant N cellules électrochimiques à électrolyte solide, chaque cellule présentant deux tranches opposées l’une de l’autre et deux bornes, l’une positive et l’autre négative, s’étendant respectivement desdites deux tranches. Le bloc comprend un casier présentant une face avant et une face arrière opposées et une rangée de N logements ordonnés de 1 à N, chaque logement présentant deux ouvertures opposées débouchant respectivement sur lesdites face avant et arrière dudit casier, et les N cellules sont respectivement engagées dans les N logements, de façon que les deux bornes positive et négative de chacune des cellules s’étendent respectivement à partir desdites deux ouvertures opposées de chacun desdits logements de telle manière à pouvoir, d’une part raccorder électriquement alternativement deux à deux à partir du premier logement les bornes s’étendant dans les ouvertures de la face avant dudit casier, et d’autre part raccorder électriquement alternativement deux à deux à partir du deuxième logement les bornes s’étendant dans les ouvertures de la face arrière dudit casier de manière à relier lesdites N cellules en série. La structure du bloc présenté permet de s’affranchir de l’utilisation d’un module et permet ainsi de limiter les intermédiaires pour réduire le volume du bloc mais également pour simplifier le montage. Cette structure permet en outre d’assurer la rigidité de l’ensemble. Avantageusement, le casier est de forme sensiblement parallépipèdique rectangle et il présente une double paroi perpendiculaire aux logements comprenant des canaux de circulation d’un fluide caloporteur. Les canaux sont directement intégrés au bloc de batteries et sont donc proche des cellules à refroidir. L’agencement proposé permet, en outre, de limiter les résistances thermiques en utilisant plusieurs intermédiaires. Avantageusement, le casier est obtenu par extrusion d’aluminium de sorte à former les logements. Préférentiellement, chaque cellule de la pluralité de cellules comprend une pluralité de couches actives empilées les unes sur les autres comprenant chacune une électrode positive et une électrode négative séparée par un électrolyte solide, et, lesdites électrodes positives étant reliées entre elles par la borne positive et lesdites électrodes négatives étant reliées entre elles par la borne négative. La cellule utilisée est une cellule électrochimique solide qui ne nécessite pas d’électrolyte liquide et donc de protection étanche autour ce qui augmenterait le volume de la cellule. Avantageusement, chaque cellule est entourée d’une enveloppe isolante en matière polymère. Les cellules sont engagées dans les logements du casier formé en aluminium qui est un matériau conducteur. Ainsi l’enveloppe isolante va permettre d’isoler les cellules du casier. Avantageusement, il comprend, au niveau de chaque tranche de chaque cellule, une première plaque conductrice de courant en contact avec la borne correspondante. Préférentiellement, la première plaque conductrice de courant présente deux doigts s’étendant dans la direction opposée à la cellule et le bloc comprend une plaque couvercle isolante et étanche présentant deux orifices, chaque doigt s’étendant respectivement à travers les orifices. La plaque couvercle isolante et étanche permet de protéger l’intérieur des logements des poussières par exemple. De plus, la présence des orifices permet la conduction électrique par les doigts de la première plaque conductrice tout en scellant les logements. Avantageusement, le bloc comprend une deuxième plaque conductrice solidaire des doigts de la première plaque conductrice. Préférentiellement, le bloc comprend une pluralité de ponts conducteurs de courant solidaire des deuxième plaque conductrices de sorte à raccorder électriquement les cellules. Un autre objet de l’invention est un véhicule automobile comprenant le bloc de batteries décrit précédemment. D’autres particularités et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après d’un mode de réalisation particulier de l’invention, donné à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels : FIG. 1 est une vue schématique en perspective de trois quarts d’un bloc de batterie selon l’invention. FIG. 2 est une vue schématique en perspective de trois quarts d’un élément d’un bloc de batterie selon l’invention. FIG. 3 est une vue schématique en perspective de trois quarts d’un autre élément du bloc de batterie selon l’invention. FIG. 4 est une vue schématique en perspective de trois quarts de l’assemblage du bloc de deux éléments de batterie selon l’invention. FIG. 5 est une vue schématique éclaté en perspective de trois quarts de l’assemblage du bloc de plusieurs éléments de batterie selon l’invention. FIG. 6 est une vue schématique en perspective de trois quarts de l’assemblage du bloc de plusieurs éléments de batterie selon l’invention. La FIG. 1 illustre un bloc 1 de batteries d’accumulateurs électriques pour un véhicule automobile. Ce bloc 1 comprend tout d’abord un casier 3 muni de deux couvercles 5 pour protéger l’intérieur du bloc 1. Le bloc 1 s’étend longitudinalement et forme un élément sensiblement parallépipèdique. Le casier 3 présente également une forme sensiblement parallépipèdique rectangle. Il s’étend longitudinalement et présente une face avant 7 opposée à une face arrière 9 Il présente, en outre, une paroi supérieure 47 opposée à une paroi inférieure 49 et des parois latérales 51. Chaque face 7, 9 s’étend transversalement et est recouverte respectivement par un couvercle 5. Le casier 3 est réalisé dans un matériau métallique usuellement utilisé dans les véhicules automobiles, tel que de l’aluminium tandis que les deux couvercles 5 sont réalisés en un matériau isolant électrique usuellement utilisé dans les véhicules automobiles tel que l’acrylonitrile butadiène styrène, également appelé ABS. Le casier 3 est, en outre, obtenu par extrusion du matériau métallique. Le casier 3 peut, en outre, être équipé d’équerres métalliques 13 fixées sur les parois latérales 51 qui permettront, via une vis, de les fixer dans le véhicule automobile. Il peut aussi s’agir de simples perçages dans l’épaisseur des parois latérales, sans équerres. Cette solution est préférée à une solution par collage, car l’assemblage vissé est plus aisément démontable, ce qui est un avantage pour le recyclage en facilitant la séparation de ses constituants à traiter. Le couvercle 5 de la face avant 7 présente deux orifices opposées permettant les passage des deux pôles 11 de la batterie : un pôle positif et un pôle négatif pour ainsi relier la batterie au circuit électrique du véhicule automobile. Tel que représenté sur la FIG. 2 , le casier 3 définit une rangée de vingt logements 15 ordonnées de 1 à 20 apte à recevoir chacun une cellule électrochimique solide qui sera décrite dans la description ci-après. Cependant, le nombre de logement n’est pas limité à vingt, il peut être inférieur ou supérieur, et dépend de la tension que l’on souhaite obtenir pour le bloc 1. Par exemple, une cellule peut délivrer une tension d’au maximum 5V. En l’espèce, avec vingt cellules, on obtient une tension d’au maximum 100V. Chaque logement présente une première ouverture 17 débouchant dans la face avant (7) et une deuxième ouverture (non représenté sur les figures) opposée à la première ouverture 17 et débouchant dans la face arrière (9). La paroi inférieure 49 du casier 3 est une double paroi 23 comprenant des canaux de circulation 21 d’un fluide caloporteur tel que du glycol permettant de refroidir ou de réchauffer l’ensemble du casier 3. La paroi supérieure 47 du casier peut également être une double paroi seule ou en combinaison avec la double paroi 23 de la paroi inférieure 47. Le bloc 1 comprend, également vingt cellules électrochimiques solide 25 reçues dans les logements 15. Tel que décrit précédemment, le nombre de cellules n’est pas limitatif. La FIG. 4 illustre une cellule électrochimique à électrolyte solide 25. La cellule 25 s’étend longitudinalement et présente, en outre, deux bords amincis formant des tranches 25a et 25b opposées l’une de l’autre. La FIG. 3 illustre l’intérieure de la cellule 25 comprenant un empilement de couches actives 26. Une couche active 26 comprend une électrode positive 27, une électrode négative 29 ainsi qu’un électrolyte solide 31. L’électrolyte solide 31 est un séparateur solide qui joue le rôle de séparateur entre chaque électrodes avec ses propriétés d’isolant électrique mais également le rôle d’électrolyte à travers duquel les ions se déplacent. L’électrolyte solide 31, peut être par exemple en céramique ou en polymère. Dans certains cas, l’électrolyte solide 31 peut être contenu dans l’électrode positive 27. L’électrode positive 27, également appelée cathode, présente un collecteur de courant positif 27a adapté à conduire un flux d’électrons entre le matériau actif de l’électrode et une borne de la cellule. De manière générale, la matière du collecteur de courant positif est choisie en fonction du couple électrochimique utilisée pour la cellule. Le couple le plus couramment utilisé est notamment l’aluminium et le cuivre. Ainsi, le collecteur de courant positif 27a peut être réalisée en aluminium. Cependant, il peut également être constitué par exemple de phosphate de fer lithié, d’oxide de lithium nickel manganèse cobalt ou encore d’oxide de lithium manganèse. Le collecteur de courant positif 27a est située à une des extrémités de l’électrode positive 27. L’empilement de couches actives est alors réalisé de sorte que les collecteurs de courant positif 27a de chaque couche active sont du même côté et donc sont empilés les uns sur les autres. L’électrode négative 29, également appelé anode, est une plaque s’étendant longitudinalement et présentant une certaine épaisseur. Elle est réalisée en lithium solide métallique. L’électrode négative 29 présente un collecteur de courant négatif 29a qui peut s’étendre longitudinalement dans l’épaisseur de la plaque en lithium. Il s’étend, en outre, à l’extérieure d’une des extrémités de l’électrode négative 29. Le collecteur de courant négatif 29a est réalisé en un matériau métallique conducteur tel que du cuivre. L’empilement de couches actives est alors réalisé de sorte que les collecteurs de courant négatif 29a de chaque couche active sont du même côté et donc sont empilés les uns sur les autres. Les collecteurs de courant négatif 29a s’étendent et s’empilent à l’opposé de l’empilement des collecteurs de courant positif 27a. Les électrodes négatives 29 d’une cellule 25 sont reliées entre elles au niveau du collecteur de courant négatif 29a par une borne négative 35. La liaison est réalisée par soudure ultrason ou laser. Les électrodes positives 27 d’une cellule 25 sont également reliées entre elles au niveau du collecteur de courant positif 27a par une borne positive 33. La liaison est réalisée par soudure ultrason ou laser. La borne positive 33 s’étend de la tranche 25a de la cellule 25 tandis que la borne négative 35 s’étend de la tranche 25b de la cellule 25. Elles s’étendent respectivement des deux tranches 25a, 25b à l’opposé l’une de l’autre. Les deux bornes positive et négative 33, 35 peuvent être sensiblement plates telles que représentées sur la FIG. 3 mais elles peuvent également présenter une forme en Z tel que représentée sur la FIG. 4 . Elles ne sont donc pas limitées par leur forme qui peut être adaptée en fonction de l’assemblage défini. La FIG. 4 présente une cellule 25 avant son insertion dans un logement 15. La cellule 25 est alors entourée d’une enveloppe isolante 37 de manière à l’isoler électriquement du casier 3 en aluminium présentant les logements 15 dans lesquels elle est engagée. L’enveloppe isolante 37 peut notamment être réalisée en un matériau polymère isolant. L’enveloppe isolante 37 est notamment installée autour de la cellule 25 contre ses faces externes. De part et d’autre de la cellule 25, les deux tranches 25a et 25b sont recouvertes respectivement par un ensemble de scellement 39 comprenant un cadre de maintien 39a, une première plaque conductrice de courant 39b et une plaque isolante et étanche 39c. Le cadre de maintien 39a permet de maintenir l’assemblage sur la tranche 25a ou 25b. Il est notamment installé par emboitement au niveau de l’enveloppe isolante ou par soudure. Le cadre 39a est réalisé dans un matériau isolant électriquement qui peut être de l’acrylonitrile butadiène styrène, ou ABS son acronyme. La première plaque conductrice de courant 39b est installé de sorte à être en contact avec les deux bornes positive et négative 33, 35 pour la circulation du courant. Les deux bornes positive et négative 33, 35 sont par ailleurs soudées à la première plaque conductrice 39b par ultrason ou par laser. La plaque est réalisée dans un matériau conducteur tel que du métal ou un alliage métallique. La première plaque conductrice 39b présente également deux doigts 39d orientés en direction de la plaque isolante 39c. Les deux doigts 39d vont permettre de connecter les cellules entre elles telles que cela sera expliqué dans la suite de la description. La plaque isolante et étanche 39c permet de sceller la cellule 25 pour éviter que des impuretés liquides ou solides pénètrent à l’intérieure de la cellule. Elle permet également de l’isoler électriquement de sorte que le courant circule uniquement au niveau des deux bornes positive et négative 33, 35 et de la première plaque conductrice 39b. La plaque isolante 39c présente également deux orifices 39e dans lesquels vont s’insérer les doigts 39d de sorte à dépasser des orifices 39e. Les cellules 25 sont insérées dans les logements 15 du casier 3. Les cellules 25 sont insérées dans les logements de sorte qu’un logement sur deux, la borne positive 33 s’étend des ouvertures 17 débouchant dans la face avant 7 tandis que dans les logements restants, la borne négative 35 s’étend des ouvertures 17 débouchant dans la face avant 9. Les bornes positive 33 et négative 35 sont donc réparties alternativement au niveau de la face avant 7 et de la face arrière 9. Les deux faces sont ensuite recouvertes de plaques couvercles isolantes et étanches 41 de sorte à fermer entièrement les logements 15. Les plaques isolantes 41 sont soudés au casier 3 au niveau de leur bordures 41a par une soudure laser notamment. Les plaques 41 isolantes présentent en outre deux orifices 41b de manière à recevoir les doigts 39d. Tel qu’illustré sur la FIG. 6 , des deuxième plaques conductrices 43 sont en outre installées et solidaires des plaques isolantes 41. Elles présentent également des orifices 43a de sorte à recevoir les doigts 39d pour la circulation du courant. Les plaques 43 sont soudées aux doigts 39d au niveau des orifices 43a. Pour réaliser un montage en série, au niveau de la face avant 7, les deuxièmes plaques conductrices 43 sont alternativement connectées électriquement et soudés deux à deux à partir du premier logement, tandis que les deuxièmes plaques conductrices 43 opposées au niveau de la face arrière 9, sont alternativement connectées électriquement deux à deux à partir du deuxième logement. Une deuxième plaque conductrice ne peut, en outre, pas être connectées électriquement à plusieurs deuxièmes plaques différentes. Toutefois selon l’invention, un tout autre montage est possible. Par exemple, le bloc aurait une architecture électrique avec deux cellules en parallèle et les groupes de deux cellules en parallèle seraient montés cinq fois en série, soit dix cellules au total. Chaque connexion est réalisée en soudant deux deuxièmes plaques 43 à un pont conducteur de courant 45 qui les relie deux à deux. Bloc (1) de batteries d’accumulateurs électriques de véhicules automobiles, ledit bloc (1) comprenant N cellules électrochimiques à électrolyte solide (25), chaque cellule (25) présentant deux tranches (25a, 25b) opposées l’une de l’autre et deux bornes, l’une positive et l’autre négative (33, 35), s’étendant respectivement desdites deux tranches (25a, 25b) ; caractérisé en ce qu’il comprend un casier (3) présentant une face avant (7) et une face arrière (9) opposées et une rangée de N logements (15) ordonnés de 1 à N, chaque logement (15) présentant deux ouvertures opposées (17) débouchant respectivement sur lesdites face avant (7) et arrière (9) dudit casier (3), et en ce que les N cellules (25) sont respectivement engagées dans les N logements (15), de façon que les deux bornes positive et négative (33, 35) de chacune des cellules (25) s’étendent respectivement à partir desdites deux ouvertures opposées (17) de chacun desdits logements (15) de telle manière à pouvoir, d’une part raccorder électriquement alternativement deux à deux à partir du premier logement les bornes s’étendant dans les ouvertures (17) de la face avant (7) dudit casier (3), et d’autre part raccorder électriquement alternativement deux à deux à partir du deuxième logement les bornes s’étendant dans les ouvertures (17) de la face arrière (9) dudit casier (3) de manière à relier lesdites N cellules en série. Bloc de batteries (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le casier (3) est sensiblement parallépipèdique rectangle et en ce qu’il présente une double paroi (23) perpendiculaires aux logements (15) comprenant des canaux de circulation (21) d’un fluide caloporteur. Bloc (1) de batteries selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le casier (3) est obtenu par extrusion d’aluminium. Bloc (1) de batteries selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque cellule de la pluralité de cellules (25) comprend une pluralité de couches actives (26) empilées les unes sur les autres comprenant chacune une électrode positive (27) et une électrode négative (29) séparée par un électrolyte solide (31) ; et, lesdites électrodes positives (27) étant reliées entre elles par la borne positive (33) et lesdites électrodes négatives (29) étant reliées entre elles par la borne négative (35). Bloc (1) de batteries selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chaque cellule (25) est entourée d’une enveloppe isolante (37) en matière polymère. Bloc (1) de batteries selon l’une quelconque de revendication 1 à 5, caractérisé en ce qu’il comprend, au niveau de chaque tranche (25a, 25b) de chaque cellule (25), une première plaque conductrice de courant (39b) en contact avec la borne correspondante (33, 35). Bloc (1) de batteries selon la revendication 6, caractérisé en ce que la première plaque conductrice de courant (39b) présente deux doigts (39d) s’étendant dans la direction opposée à la cellule (25) et en ce que le bloc comprend une plaque couvercle isolante et étanche (41) présentant deux orifices (41b), chaque doigt (39d) s’étendant respectivement à travers les orifices (41b). Bloc (1) de batteries selon la revendication 7, caractérisé en ce qu’il comprend une deuxième plaque conductrice (43) solidaire des doigts (39d) de la première plaque conductrice (39). Bloc (1) de batteries selon la revendication 8, caractérisé en ce qu’il comprend une pluralité de ponts conducteurs de courant (45) solidaire des deuxième plaque conductrices (43) de sorte à raccorder électriquement les cellules (25). Véhicule automobile caractérisé en ce qu’il comprend le bloc (1) de batteries selon l’une quelconque des revendications précédentes.