Brevet FR3164569A1 — publié le 20260116

Batterie pour véhicule électrique ou hybride, comprenant des traverses ayant des extrémités formant des protubérances contre un système de refroidissement Batterie pour véhicule électrique ou hybride, comprenant : - un boîtier définissant un logement s’étendant dans une direction longitudinale (X) et dans une direction transversale (Y), - des ensembles (16) de cellules électrochimiques (18) susceptibles en fonctionnement de dégager de la chaleur, - des traverses (20) transversales, chacun des ensembles s’étendant longitudinalement entre deux traverses, - un système de refroidissement (22) en contact thermique avec les ensembles et les traverses. Deux traverses extrêmes (20A, 20B) comprennent : - une partie principale (26) formant une poutre, - deux extrémités (28, 30) transversales comportant un pied (32) s’étendant contre le système de refroidissement et formant une protubérance dans la direction longitudinale à partir de la partie principale du côté opposé aux ensembles, chacune des deux extrémités étant en contact thermique avec un des ensembles. Figure pour l'abrégé : figure 2 Batterie pour véhicule électrique ou hybride, comprenant des traverses ayant des extrémités formant des protubérances contre un système de refroidissement DOMAINE La présente invention concerne une batterie électrique, notamment pour véhicule électrique ou hybride. ART ANTERIEUR On entend par « batterie » une pluralité de cellules électrochimiques reliées électriquement les unes aux autres. Selon un exemple particulier de batterie, la pluralité de cellules électrochimiques est agencée sous la forme d’un ou plusieurs module(s), chaque module comprenant plusieurs cellules électrochimiques raccordées électriquement les unes aux autres et assemblées mécaniquement les unes aux autres par un système d’assemblage, tel que des plaques d’assemblage. Une cellule électrochimique comprend, en particulier, un empilement d’électrodes positives, d’électrodes négatives et de séparateurs, connu sous le terme anglais de « stack ». Les électrodes positives reliées les unes aux autres forment une borne positive de la batterie, et les électrodes négatives reliées les unes aux autres forment une borne négative. La batterie comporte en général un boîtier participant à la protection de ses éléments internes, en particulier les cellules électrochimiques et les connecteurs électriques. La batterie peut en outre comporter des structures internes, telles que des traverses, pour renforcer sa rigidité, et augmenter sa résistance mécanique, notamment vis-à-vis d’un choc sur le véhicule. Par ailleurs, en fonctionnement, les cellules électrochimiques sont susceptibles de produire de la chaleur. Afin d’éviter une élévation trop importante de la température à l’intérieur de la batterie, qui pourrait endommager certains éléments internes ou nuire à leur fonctionnement, au moins une partie de cette chaleur est évacuée à l’extérieur de la batterie par un système de refroidissement. Par exemple, il est connu d’utiliser une plaque de refroidissement, en général située en-dessous des modules, en contact thermique avec au moins certains d’entre eux. La chaleur dégagée par les cellules électrochimiques se communique à la plaque de refroidissement, qui comporte des ailettes pour dissiper la chaleur dans l’atmosphère, ou est parcourue par un fluide réfrigérant. Si le refroidissement est insuffisant, une des cellules électrochimiques peut subir un emballement thermique (en anglais « thermal runaway »). Sa température augmente et la chaleur dégagée est susceptible de provoquer un emballement des cellules voisines. Une réaction en chaîne peut se produire, conduisant à des dommages importants, voire à une destruction de la batterie. Un but de l’invention est donc de fournir une batterie présentant un risque moindre de dysfonctionnement thermique. A cet effet, l’invention a pour objet une batterie pour véhicule électrique ou hybride, comprenant : - un boîtier définissant un logement s’étendant dans une direction longitudinale et dans une direction transversale perpendiculaire à la direction longitudinale, - une pluralité d’ensembles comportant des cellules électrochimiques susceptibles en fonctionnement de dégager de la chaleur, - une pluralité de traverses s’étendant transversalement dans le logement, chacun des ensembles s’étendant longitudinalement entre deux des traverses, les traverses comprenant deux traverses extrêmes telles que les ensembles sont tous situés longitudinalement d’un seul côté de chacune des deux traverses extrêmes, et - un système de refroidissement situé dans le logement ou formant un fond du logement, le système de refroidissement étant en contact thermique avec les ensembles et les traverses, caractérisée en ce que chacune des deux traverses extrêmes comprend : - une partie principale formant une poutre transversale, et - deux extrémités opposées l’une à l’autre transversalement, chacune des deux extrémités comportant un pied s’étendant contre le système de refroidissement et formant une protubérance dans la direction longitudinale à partir de la partie principale du côté opposé aux ensembles, chacune des deux extrémités étant en contact thermique avec un des ensembles. Selon des modes de réalisation particuliers, la batterie comprend l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) seule ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - le pied présente une extension dans la direction transversale comprise entre 50 mm et 200 mm, de préférence entre 80 mm et 150 mm ; - la protubérance présente une épaisseur moyenne dans une direction d’élévation perpendiculaire à la direction longitudinale et à la direction transversale, l’épaisseur moyenne étant comprise entre 4 mm et 8 mm ; - les cellules électrochimiques de chacun des ensembles sont successives dans la direction transversale, le pied s’étendant en regard d’au moins deux des cellules électrochimiques d’un des ensembles dans la direction longitudinale, de préférence seulement deux cellules électrochimiques, les deux cellules électrochimiques étant successives et l’une des deux cellules électrochimiques étant extrême transversalement dans un des ensembles ; - le pied présente une forme convergente dans la direction longitudinale du côté opposé aux ensembles ; - chacune des deux extrémités comprend une surépaisseur sur la partie principale dans la direction longitudinale, la surépaisseur s’étendant à partir du pied dans une direction d’élévation perpendiculaire à la direction longitudinale et à la direction transversale ; - la surépaisseur s’amincit progressivement dans la direction d’élévation ; - la partie principale de chacune des deux traverses extrêmes a une forme en « L » en coupe perpendiculairement à la direction transversale, au moins un des ensembles étant pris en sandwich entre la base du « L » et le système de refroidissement ; - laquelle le système de refroidissement comprend une plaque ayant une face en contact thermique avec le pied de chacune des deux extrémités des deux traverses extrêmes ; et - le système de refroidissement comprend une couche de colle ou de pâte thermique définissant ladite face. L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels : FIG. 1 la FIG. 1 est une vue schématique, de dessus, d’une batterie selon l’invention, FIG. 2 la FIG. 2 est une vue schématique, en perspective, de la batterie représentée sur la FIG. 1 , sans le boîtier, certaines traverses étant soulevées pour montrer leurs formes, FIG. 3 la FIG. 3 est une vue analogue à celle de la FIG. 2 , centrée sur une des deux extrémités d’une des deux traverses extrêmes représentées sur les figures 1 et 2, FIG. 4 la FIG. 4 est une vue schématique de l’extrémité représentée sur la FIG. 3 et du boîtier représenté sur la FIG. 1 , en section perpendiculairement à la direction transversale, et FIG. 5 la FIG. 5 est un graphique montrant la température maximale atteinte par une cellule électrochimique voisine d’une cellule électrochimique située dans un coin du logement, cette dernière subissant un emballement thermique, la température maximale étant représentée en fonction de l’extension du pied formé par l’extrémité représentée sur les figures 3 et 4. DESCRIPTION DETAILLEE Batterie En référence aux figures 1 et 2, on décrit une batterie 10 selon l’invention, pour un véhicule électrique ou hybride (non représenté). La batterie 10 comprend un boîtier 12 définissant un logement 14 s’étendant dans une direction longitudinale X et dans une direction transversale Y perpendiculaire à la direction longitudinale X, et qui sont par exemple les directions longitudinale et transversale du véhicule. On définit également une direction d’élévation Z perpendiculaire à la direction longitudinale X et à la direction transversale Y, et qui est par exemple verticale lorsque le véhicule se trouve sur une surface horizontale (non représentée). La batterie 10 comprend une pluralité d’ensembles 16 comportant plusieurs cellules électrochimiques 18 susceptibles, en fonctionnement, de dégager de la chaleur, et une pluralité de traverses 20 s’étendant transversalement dans le logement 14, chacun des ensembles 16 s’étendant longitudinalement entre deux des traverses. La batterie 10 comprend un système de refroidissement 22 situé dans le logement 14 ou formant un fond du logement, le système de refroidissement étant en contact thermique avec les ensembles 16 et les traverses 20. La batterie 10 comprend avantageusement des connecteurs électriques (non représentés) adaptés pour connecter les cellules électrochimiques 18 entre elles et les ensembles 16 entre eux. Le boîtier 12 est par exemple de forme parallélépipédique, et rectangle ou carré en vue selon la direction d’élévation Z. Dans l’exemple, dans chacun des ensembles 16, les cellules électrochimiques 18 sont successives dans la direction transversale Y. En variante non représentée, les cellules électrochimiques 18 sont successives dans la direction longitudinale X. Le boîtier 12, les traverses 20 et les ensembles 16 définissent avantageusement entre eux un espace interstitiel 24 formant un pourtour des ensembles et des traverses autour de la direction d’élévation Z. Traverses Les traverses 20 comprennent deux traverses extrêmes 20A, 20B telles que les ensembles 16 sont tous situés longitudinalement d’un seul côté de chacune des deux traverses extrêmes. Chacune des deux traverses extrêmes 20A, 20B comprend une partie principale 26 formant une poutre transversale, et deux extrémités 28, 30 opposées l’une à l’autre transversalement. Dans l’exemple, les deux traverses extrêmes 20A, 20B sont symétriques l’une de l’autre par rapport à un plan P1 ( FIG. 1 ) perpendiculaire à la direction longitudinale X, et avantageusement par rapport à un plan P2 perpendiculaire à la direction transversale Y. Les deux traverses extrêmes 20A, 20B sont, dans l’exemple structurellement analogues l’une à l’autre. La partie principale 26 de chacune des deux traverses extrêmes 20A, 20B a avantageusement une forme en « L » en coupe perpendiculairement à la direction transversale Y ( FIG. 4 ), au moins un des ensembles 16 étant pris en sandwich entre la base du « L » et le système de refroidissement. Dans l’exemple, les traverses 20 qui ne sont pas en position extrêmes ont avantageusement une forme en « T » en coupe perpendiculairement à la direction transversale Y. Comme visible sur la FIG. 3 , chacune des deux extrémités 28, 30 comporte un pied 32 s’étendant contre le système de refroidissement 22 et formant une protubérance dans la direction longitudinale X à partir de la partie principale 26 du côté opposé aux ensembles 16. Chacune des deux extrémités 28, 30 comprend par exemple une surépaisseur 34 sur la partie principale 26 dans la direction longitudinale X, la surépaisseur 34 s’étendant à partir du pied 32 dans la direction d’élévation Z. Chacune des deux extrémités 28, 30 est en contact thermique avec au moins un des ensembles 16. Le pied 32 est avantageusement dans le même matériau que les traverses 20, de préférence en aluminium. Le pied 32 présente avantageusement une extension L dans la direction transversale Y comprise entre 50 et 200 mm, de préférence entre 80 et 150 mm. Le pied 32 s’étend en regard d’au moins deux cellules électrochimiques 18A, 18B ( FIG. 3 ) d’un des ensembles 16 dans la direction longitudinale X, de préférence seulement deux cellules électrochimiques, les deux cellules électrochimiques 18A, 18B étant successives et l’une des deux cellules électrochimiques 18A, 18B étant extrême transversalement dans un des ensembles 16. La protubérance présente avantageusement une épaisseur E moyenne dans la direction d’élévation Z comprise entre 4 et 8 mm, par exemple d’environ 6 mm. Le pied 32 présente par exemple une forme convergente dans la direction longitudinale X du côté opposé aux ensembles 16. Avantageusement, la surépaisseur 34 s’amincit progressivement dans la direction d’élévation Z, dans l’exemple jusqu’à se fondre dans la partie principale 26. Système de refroidissement Le système de refroidissement 22 comprend avantageusement une plaque 36 définissant un circuit (non représenté) pour un fluide de refroidissement (non représenté), la plaque 36 ayant une face 38 en contact thermique avec le pied 32 de chacune des deux extrémités 28, 30 des deux traverses extrêmes 20A, 20B. Le système de refroidissement 22 est avantageusement en contact thermique avec la partie principale 26 de chacune des traverses 20 selon la direction transversale Y, ainsi qu’avec les cellules électrochimiques 18, 18A, 18B. Le système de refroidissement 22 comprend par exemple une couche 40 de colle ou de pâte thermique définissant la face 38 et adaptée pour faciliter la conduction thermique. De telles colles ou pâtes sont connues en elles-mêmes. On peut citer comme exemple de colle thermique l’adhésif silicone (BERGQUIST LIQUI BOND TLB SA2005RT) et comme exemple de pâte thermique le polymère modifié silane ( silane-terminated polymers (STP) par SikaBiresin® TC-455). Fonctionnement En fonctionnement, les ensembles 16 de la batterie 10 dégagent de la chaleur. Une partie de la chaleur dégagée au niveau d’une cellule électrochimique 18A située dans un coin du logement 14 se communique à l’une des deux extrémités 28, 30 d’une des deux traverses extrêmes 20A, 20B. Le pied 32 et l’éventuelle surépaisseur 34 constituent un volume de matière additionnelle permettant d’augmenter l’inertie thermique des deux extrémités 28, 30. Ceci permet d’absorber au moins une partie de la chaleur dégagée par la cellule électrochimique 18A et de l’évacuer vers le système de refroidissement 22. Le pied 32, grâce à sa surface de contact 42 avec le système de refroidissement 22, évacue efficacement la chaleur vers le système de refroidissement 22, sans encombrer l’espace interstitiel 24. Tests La FIG. 5 illustre des résultats obtenus par simulation, avec un pied 32 d’épaisseur 6 mm selon la direction d’élévation Z. La plaque 36 du système de refroidissement 22 est parcourue par un fluide de refroidissement à 45°C. Le débit du fluide de refroidissement est par exemple de 15 litres/min. La conductivité thermique de la couche 40 est de 0,6 W/mK. Un emballement thermique est simulé dans la cellule extrême 18A et la température maximale atteinte dans la cellule voisine 18B dans le même ensemble 16 est calculée en fonction de l’extension L du pied 32 dans la direction transversale Y. On constate qu’en l’absence de pied 32 (extension L de 0 mm), la cellule voisine 18B atteint une température de 145°C, assez proche de la température critique. Lorsque l’extension L est de 100 mm, la température atteinte est d’environ 141,5°C, et de 140°C pour une extension L de 200 mm. Pour des extensions supérieures, la température atteinte ne diminue plus. Avantages Grâce aux caractéristiques décrites ci-dessus, la batterie 10 présente un risque moindre de dysfonctionnement thermique. En effet, si une cellule électrochimique 18 située au milieu des autres subit un emballement thermique, la chaleur dégagée se répartit entre les cellules électrochimiques 18 voisines. Ainsi, la température de ces cellules voisines ne monte pas au-delà d’une température critique, par exemple 150°C, qui provoquerait leur emballement thermique. Si une cellule électrochimique 18 en position extrême, telle que la cellule électrochimique18A, subit un emballement thermique, la chaleur dégagée se répartit vers les cellules électrochimiques voisines, qui sont moins nombreuses que pour une cellule électrochimique non extrême, et vers l’une des deux extrémités 28, 30 d’une des deux traverses extrêmes 20A, 20B. Or les extrémités 28, 30 présentent une inertie thermique améliorée, grâce au pied 32. Ainsi, le risque d’emballement thermique est diminué, même pour une cellule électrochimique 18 extrême, qui n’est pas entourée d’autres cellules électrochimiques. Batterie (10) pour véhicule électrique ou hybride, comprenant : - un boîtier (12) définissant un logement (14) s’étendant dans une direction longitudinale (X) et dans une direction transversale (Y) perpendiculaire à la direction longitudinale (X), - une pluralité d’ensembles (16) comportant des cellules électrochimiques (18, 18A, 18B) susceptibles en fonctionnement de dégager de la chaleur, - une pluralité de traverses (20, 20A, 20B) s’étendant transversalement dans le logement (14), chacun des ensembles (16) s’étendant longitudinalement entre deux des traverses (20, 20A, 20B), les traverses comprenant deux traverses extrêmes (20A, 20B) telles que les ensembles (16) sont tous situés longitudinalement d’un seul côté de chacune des deux traverses extrêmes (20A, 20B), et - un système de refroidissement (22) situé dans le logement (14) ou formant un fond du logement (14), le système de refroidissement (22) étant en contact thermique avec les ensembles (16) et les traverses (20, 20A, 20B), caractérisée en ce que chacune des deux traverses extrêmes (20A, 20B) comprend : - une partie principale (26) formant une poutre transversale, et - deux extrémités (28, 30) opposées l’une à l’autre transversalement, chacune des deux extrémités (28, 30) comportant un pied (32) s’étendant contre le système de refroidissement (22) et formant une protubérance dans la direction longitudinale (X) à partir de la partie principale (26) du côté opposé aux ensembles (16), chacune des deux extrémités (28, 30) étant en contact thermique avec un des ensembles (16). Batterie (10) selon la revendication 1, dans laquelle le pied (32) présente une extension (L) dans la direction transversale (Y) comprise entre 50 mm et 200 mm, de préférence entre 80 mm et 150 mm. Batterie (10) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la protubérance présente une épaisseur moyenne (E) dans une direction d’élévation (Z) perpendiculaire à la direction longitudinale (X) et à la direction transversale (Y), l’épaisseur moyenne (E) étant comprise entre 4 mm et 8 mm. Batterie (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle les cellules électrochimiques (18, 18A, 18B) de chacun des ensembles (16) sont successives dans la direction transversale (Y), le pied (32) s’étendant en regard d’au moins deux des cellules électrochimiques (18, 18A, 18B) d’un des ensembles (16) dans la direction longitudinale (X), de préférence seulement deux cellules électrochimiques, les deux cellules électrochimiques (18A, 18B) étant successives et l’une (18A) des deux cellules électrochimiques (18A, 18B) étant extrême transversalement dans un des ensembles (16). Batterie (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle le pied (32) présente une forme convergente dans la direction longitudinale (X) du côté opposé aux ensembles (16). Batterie (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle chacune des deux extrémités (28, 30) comprend une surépaisseur (34) sur la partie principale (26) dans la direction longitudinale (X), la surépaisseur (34) s’étendant à partir du pied (32) dans une direction d’élévation (Z) perpendiculaire à la direction longitudinale (X) et à la direction transversale (Y). Batterie (10) selon la revendication 6, dans laquelle la surépaisseur (34) s’amincit progressivement dans la direction d’élévation (Z). Batterie (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle la partie principale (26) de chacune des deux traverses extrêmes (20A, 20B) a une forme en « L » en coupe perpendiculairement à la direction transversale (Y), au moins un des ensembles (16) étant pris en sandwich entre la base du « L » et le système de refroidissement (22). Batterie (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans laquelle le système de refroidissement (22) comprend une plaque (36) ayant une face (38) en contact thermique avec le pied (32) de chacune des deux extrémités (28, 30) des deux traverses extrêmes (20A, 20B). Batterie (10) selon la revendication 9, dans laquelle le système de refroidissement (22) comprend une couche (40) de colle ou de pâte thermique définissant ladite face (38).