INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Le module de stockage électrique Mn est agencé spatialement dans un volume globalement parallélépipédique. Les cellules C1 à C12 du module ont une forme extérieure générale de parallélépipède plat. Les cellules C1 à C12, en considérant le repère spatial orthogonal XYZ montré à la , ont deux faces d’extrémité parallèles alignées dans le plan YZ, deux bords parallèles alignés dans le plan XY et deux autres bords parallèles alignés dans le plan XZ. Les cellules C1 à C12 sont juxtaposées l’une contre l’autre par des faces respectives, avec les coussinets intercalaires CI disposés en sandwich entre les faces, et forment un empilement selon l’axe X.
Le coussinet gonflable SBn est ici installé à une extrémité de l’empilement des cellules C1 à C12, entre une première paroi latérale d’extrémité P1 du boîtier BO et une face d’extrémité de la cellule C1, alignées dans le plan YZ. Le gonflage du coussinet SBn produit le serrage et le maintien en compression de l’empilement des cellules C1 à C12 dans le boîtier BO, entre la première paroi latérale d’extrémité P1 de celui-ci et une deuxième paroi latérale d’extrémité opposée P2. Le réglage de la pression de gonflage dans le coussinet SBn, via le circuit d’alimentation de fluide de gonflage sous pression CFG, permet d’obtenir la contrainte mécanique optimale qui doit être appliquée sur les cellules C1 à C12 afin de maximiser leur durée de vie.
Le coussinet gonflable SBn pourra être réalisé dans différents matériaux, comme des matériaux plastiques polymères, des matériaux composites souples, l’aluminium et autres.
En référence de nouveau plus particulièrement à la , l’ensemble des coussinets gonflables SB1 à SBm, respectivement des modules M1 à Mm, sont raccordés ici en parallèle au dispositif de gonflage à pression régulée CPG via le circuit d’alimentation de fluide de gonflage sous pression CFG. La nature du fluide de gonflage dépendra de l’application. On favorisera l’utilisation d’un fluide déjà disponible sous pression dans l’environnement du stockeur d’énergie électrique ST, mais pas exclusivement. Ainsi, par exemple, le fluide de gonflage pourra être l’air, un fluide caloporteur de refroidissement tel que l’eau, un fluide diélectrique ou autres.
Comme visible à la , dans cet exemple de réalisation, le dispositif de gonflage à pression régulée CPG comprend essentiellement un réservoir de fluide RF, une pompe électrique pilotée PO pour ma mise en pression du fluide de gonflage dans le circuit d’alimentation CFG et une vanne de régulation de pression VR. La vanne VR est tarée à une consigne de pression voulue CP dans les coussinets gonflables SB1 à SBm. En variante de réalisation, un coussinet gonflable SBn pourra contenir à l’intérieur des moyens de régulation de pression, analogue à la vanne de régulation de pression VR.
Le dispositif de gonflage à pression régulée CPG assure une régulation dynamique de la pression de gonflage des coussinets SB1 à SBm à la valeur de consigne CP, valeur de consigne CP qui correspond à la contrainte mécanique optimale à appliquer sur les cellules C1 à C12. Les cellules C1 à C12 sont ainsi maintenues en permanence dans un état de compression optimal, indépendamment de leur dilatation.
L’invention pourra être mise en œuvre sous différentes autres formes de réalisation.
Un module de stockage électrique selon l’invention pourra comprendre plusieurs coussinets gonflables. Ainsi, aux Figs.3 et 4, à titre d’exemple, les modules de stockage électrique MAn et MBn comprennent chacun sept coussinets gonflables SBn1 à SBn7 disposés toutes les deux cellules. Dans le module MAn, les sept coussinets gonflables SBn1 à SBn7 sont raccordés chacun directement au circuit d’alimentation de fluide de gonflage sous pression CFG pour un gonflage en parallèle de ceux-ci. Dans le module MBn, les sept coussinets gonflables SBn1 à SBn7 sont raccordés l’un à l’autre et au circuit d’alimentation de fluide de gonflage sous pression CFG pour un gonflage en série de ceux-ci. De manière générale, dans un module de l’invention, les coussinets intercalaires CI pourront être totalement ou partiellement supprimés, en les remplaçant par des coussinets gonflables SBn, ou par des écarteurs notamment dans le cas d’un refroidissement immersif.
Outre leur fonction principale de maintien en compression optimal des cellules dans un module de stockage électrique selon l’invention, les coussinets gonflables SBn pourront également remplir une fonction de refroidissement. Pour cela, comme montré dans l’exemple de réalisation de la , les coussinets gonflables SBn1 à SBn7 d’un module de l’invention MCn sont alimentés par un fluide caloporteur FC provenant d’un dispositif de refroidissement (non représenté). La pression du fluide caloporteur FC circulant dans les coussinets gonflables SBn1 à SBn7 est ajustée pour obtenir le gonflement voulu des ballons SBn1 à SBn7. Dans l’exemple de la , les coussinets gonflables SBn1 à SBn7 sont alimentés en parallèle avec le fluide caloporteur FC. La pression du fluide caloporteur FC est régulée à la valeur de consigne CP au moyen d’une pompe électrique pilotée POa et d’une vanne de régulation tarée VRa. En variante, un module de stockage électrique selon l’invention pourra comprendre un ou plusieurs coussinets gonflables ayant la fonction de refroidissement et d’autres ne l’ayant pas.
De manière générale, l’invention est applicable dans différentes solutions d’intégration des cellules de stockage électrique de type « prismatique » ou de type « pouch » dans un module ou un pack de cellules empilées, comme la solution dite « cell to pack » dans laquelle les cellules sont installées directement dans le pack ou la solution dite « cell to body » dans laquelle les cellules sont installées directement dans la structure du véhicule.
L’invention est applicable quel que soit le système de refroidissement des cellules, comme par flux d’air, plaque de refroidissement, immersion dans un fluide diélectrique ou autre.
Outre l’augmentation de leur durée de vie, l’invention apporte une réduction du risque de défaillance des cellules de stockage électrique et une sécurité accrue, grâce à la maîtrise de la pression dans les cellules.
Par ailleurs, l’invention autorise une réparabilité accrue des modules et packs de cellules. En effet, en dégonflant le ou les coussinets gonflables lors d’une opération de maintenance, le serrage de maintien mécanique des cellules dans le module/pack est supprimé et celles-ci peuvent alors être extraites et insérées aisément.
Procédé de recyclage d’électrolyte aqueux à base de composés quinoniques de batterie rédox à flux La présente invention concerne un procédé de recyclage d’électrolyte aqueux d’une batterie rédox à flux.
L’invention concerne aussi un dispositif de régulation d’un chargeur bidirectionnel comprenant un convertisseur AC-DC bidirectionnel connecté par un bus continu à un convertisseur DC-DC bidirectionnel, ledit chargeur étant connecté d’une part à une batterie électrique et d’autre part à un réseau électrique alternatif, ledit chargeur étant adapté pour fonctionner en charge et en décharge de ladite batterie ;
Le dispositif comprenant des moyens de détermination d’une zone de fonctionnement du convertisseur DC-DC bidirectionnel, choisie parmi une zone saturée et une zone non saturée, en fonction du mode de fonctionnement du chargeur, en charge ou en décharge, en fonction de la tension de la batterie et en fonction de la puissance de la batterie ;
le dispositif comprenant des moyens de mise en œuvre un ensemble d’étapes de régulation de la tension du bus continu comprenant :
- si le véhicule fonctionne en mode décharge et si le convertisseur DC-DC est dans une zone saturée, une régulation par modulation par changement de phase PSM,
- si le véhicule fonctionne en mode charge G2V et si le convertisseur DC-DC est dans une zone saturée, on ajoute à la demande de puissance la sortie du régulateur de bus continu DC-DC de sorte à réaliser une correction en puissance ;
- si le véhicule fonctionne en mode charge G2V ou décharge V2G et si le convertisseur DC-DC est dans une zone non-saturée, une régulation du bus continu par modulation de fréquence d’impulsion PFM comprenant :
Le dispositif comprenant aussi des moyens de mise en œuvre d’un ensemble d’étapes de régulation des courants de réseau par modulation de largeur d’impulsion MLI comprenant : Une étape de calcul d’un paramètre d’entrée pour générer des courants de référence, calculée de sorte que : Si le chargeur fonctionne en mode charge et si le convertisseur DC-DC est dans une zone saturée, le paramètre d’entrée est la somme de la demande en puissance du chargeur avec la valeur de régulation calculée pour la régulation du bus continu; Sinon, le paramètre d’entrée est la valeur de la demande en puissance du chargeur ; Une étape de génération de courants de consigne fonction des tensions de phases mesurées et du paramètre d’entrée calculé ; et Une étape de régulation du courant adapté à définir des rapports cycliques en fonction des courants de consigne ; et Une étape de régulation des courants de réseau par modulation par largeur d’impulsion MLI fonction desdits rapports cycliques, fournissant des signaux de commande du convertisseur AC-DC bidirectionnel.
Le dispositif de régulation pouvant être un calculateur embarqué, un processeur, un micro-processeur, un FPGA, un « System on a Chip » (SoC) pour nommer un système embarqué sur un seul circuit intégré, ou un microcontrôleur.
L’invention concerne aussi un système électrique comprenant un chargeur bidirectionnel comprenant un convertisseur AC-DC bidirectionnel connecté par un bus continu à un convertisseur DC-DC bidirectionnel, ledit chargeur étant connecté d’une part à une batterie électrique et d’autre part à un réseau électrique alternatif, ledit chargeur étant adapté pour fonctionner en charge et en décharge de ladite batterie, le système électrique comprenant aussi un dispositif de régulation tel que décrit précédemment.
est une représentation schématique d’un chargeur bidirectionnel connu de l’art antérieur ;
est une vue schématique d’un convertisseur AC-DC bidirectionnel d’un chargeur selon la ;
(6. Quatrième mode de réalisation de procédé de production d’une galette de silicium liée)
En référence à la , un procédé de production de la galette de silicium liée 400 selon le quatrième mode de réalisation est décrit. Ce mode de réalisation est prévu pour la production de la galette de silicium liée 5 du troisième aspect illustré en . Le film de silicium réfléchissant les infrarouges 430 dans ce mode de réalisation est fait de silicium polycristallin et de silicium amorphe, comme dans le troisième mode de réalisation.
Le procédé de fabrication de la galette de silicium liée 400 comprend les étapes suivantes : un processus de formation d'une couche formée d'un film de silicium polycristallin (voir S410 et S420 en ) formant des couches formées d'un film de silicium polycristallin 435a, 435b d'une épaisseur de 16 nm ou plus sur chaque surface de la galette de silicium pour substrat de support 410 et de la galette de silicium pour couche de silicium monocristallin 420 ; un processus de traitement d'activation (voir S430 et S540 en ) soumettant chaque surface des couches formées d’un film de silicium polycristallin 435a, 435b formées sur chaque surface de la galette de silicium pour substrat de support 410 et de la galette de silicium pour couche de silicium monocristallin 420 à un traitement d'activation sous vide à température normale pour rendre les deux surfaces des zones activées 432a, 432b ; un processus de liaison (voir S450 en ), suivant ce processus de traitement d'activation, mettant en contact les deux zones activées 432a, 432b l'une avec l'autre sous vide à température normale, liant ainsi entre elles les deux zones activées 432a, 432b pour former le film de silicium réfléchissant les infrarouges 430 ; et un processus de réduction d'épaisseur (voir S460 en ), après le processus de liaison, réduisant l'épaisseur de la galette de silicium pour couche de silicium monocristallin 420, obtenant ainsi la couche de silicium monocristallin 421.
Alors que dans le troisième mode de réalisation, la couche formée d'un film de silicium polycristallin 335 a été formée uniquement sur la galette de silicium pour substrat de support 310, le quatrième mode de réalisation diffère en ce que les couches formées d'un film de silicium polycristallin 435a, 435b sont formées sur chacune de la galette de silicium pour substrat de support 410 et la galette de silicium pour couche de silicium monocristallin 420. Le procédé de formation des couches formées d’un film de silicium polycristallin 435a, 435b faites de silicium amorphe est le même que dans le troisième mode de réalisation, et un procédé CVD ou similaire peut être appliqué. L'épaisseur totale des couches formées d'un film de silicium polycristallin 435a, 435b formées ici est de 16 nm ou plus pour garantir que le film de silicium réfléchissant les infrarouges 430 réfléchit efficacement la lumière infrarouge lorsqu'il est transformé en la galette de silicium liée 400. L'épaisseur de chacune des couches formées d'un film de silicium amorphe 435a, 435b peut être la même ou différente. Dans le procédé de production du quatrième mode de réalisation, puisque les deux surfaces à activer sont en silicium polycristallin, l'épaisseur du film de silicium réfléchissant les infrarouges 430 obtenu après liaison et l'épaisseur totale des couches formées d’un film de silicium polycristallin 435a, 435b formées avant liaison sont les mêmes. L'épaisseur totale des couches formées d’un de silicium polycristallin 435a, 435b est de préférence de 20 nm ou plus, plus préférablement de 25 nm ou plus, et encore plus préférablement de 30 nm ou plus. La limite supérieure pour l'épaisseur totale de la couche formée d'un film de silicium polycristallin 430 n'est pas particulièrement limitée, mais la limite supérieure est d'environ 40 nm pour une productivité industrielle. On note que, dans le quatrième mode de réalisation, la couche formée d'un film de silicium polycristallin est formée sur chacune de la galette de silicium pour substrat de support 410 et la galette de silicium pour silicium monocristallin 420, cependant la couche formée d'un film de silicium polycristallin peut être formée sur un premier côté et la couche formée d'un film de silicium amorphe peut être formée sur l'autre côté.
Dans le quatrième mode de réalisation, le traitement d'activation active les surfaces des couches formées en film de silicium polycristallin 435a, 435b pour former des zones activées 432a, 432b sur les surfaces des deux galettes de silicium. Ensuite, dans le processus de liaison, les zones activées 432a, 432b sont liées entre elles sous vide à température normale comme dans le troisième mode de réalisation.
Le processus de réduction d'épaisseur peut également être réalisé de la même manière que dans le troisième mode de réalisation.
La galette de silicium liée 400 ainsi obtenue comprend la galette de silicium pour substrat de support 410, la couche de silicium monocristallin 421 sur la galette de silicium pour substrat de support 410, et le film de silicium réfléchissant les infrarouges 430 prévu entre la galette de silicium pour substrat de support 410 et la couche de silicium monocristallin 421. Le film de silicium réfléchissant les infrarouges 430 est formé par la structure stratifiée faite de la couche de silicium amorphe et des couches de silicium polycristallin. En outre, la structure stratifiée de la couche de silicium amorphe et des couches de silicium polycristallin comprend la couche formée d'un film de silicium polycristallin 435a et la couche formée d'un film de silicium polycristallin 435b prévues sur le côté de surface d’à la fois la galette de silicium pour substrat de support 410 et la galette de silicium pour couche de silicium monocristallin 421, respectivement ; la couche formée d'un film de silicium polycristallin 435a comprend du silicium polycristallin et la zone activée 432a faite de silicium amorphe à la surface de celui-ci, et la couche formée d'un film de silicium polycristallin 435b comprend du silicium polycristallin et une zone activée 432b faite de silicium amorphe à la surface de celui-ci.
Dans les premier à quatrième modes de réalisation, il est également préférable d'aplanir les surfaces de la couche formée d'un film de silicium amorphe et de la couche formée d'un film de silicium polycristallin avant le traitement d'activation. En d'autres termes, il est préférable de planariser les couches formées d’un film de silicium amorphe 131, 231 dans les premier et deuxième modes de réalisation, respectivement, et les couches formées d’un film de silicium polycristallin 335, 435 dans les troisième et quatrième modes de réalisation, respectivement.
Bien que les conditions de planarisation ne soient pas restreintes, la couche formée d’un film de silicium amorphe ou la couche formée d’un film de silicium polycristallin est de préférence planarisée de sorte que leur rugosité de surface Ra soit inférieure à 3 nm ; et il est préférable de contenir la tolérance de polissage sous 30 nm. En effet, la planarisation permet une liaison plus sûre après activation. Pour la planarisation, le procédé connu de polissage mécano-chimique (CMP, de l’anglais « chemical mechanical polishing »), etc. peut être utilisé de manière appropriée. La rugosité de surface Ra suit ici la définition de la rugosité moyenne arithmétique Ra spécifiée dans JIS B 0601 (2001).
Le procédé de production des premier à quatrième modes de réalisation décrit ci-dessus peut être utilisé pour produire la galette de silicium liée selon cette divulgation.
(7. Aspects spécifiques)
Dans ce qui suit, les aspects spécifiques des galettes de silicium applicables à la galette de silicium pour le substrat de support 10 et à la galette de silicium pour couche de silicium monocristallin 20 (couche de silicium monocristallin 21) qui peuvent être utilisées dans cette divulgation sont décrits.
L'orientation du plan de la galette de silicium est arbitraire ; une galette (100) ou une galette (110), etc. peuvent être utilisées.
L'épaisseur de la galette de silicium peut être déterminée en fonction de l'application, et peut être de 300 µm à 1,5 mm. Il a déjà été mentionné que l'épaisseur de la couche de silicium monocristallin faite de silicium monocristallin obtenue à partir de la galette de silicium pour couche de silicium monocristallin est déterminée dans la plage de 100 nm à 1 mm selon le cas.
La galette de silicium peut être dopée avec des dopants tels que du bore (B), du phosphore (P), de l'arsenic (As) et de l'antimoine (Sb) ; ou pour obtenir les caractéristiques souhaitées, avec du carbone (C) ou de l'azote (N).
Le diamètre de la galette de silicium n'est limité en aucune manière. Cette divulgation peut être appliquée à des galettes de silicium d'un diamètre typique de 300 mm ou 200 mm, etc. Bien entendu, cette divulgation peut être appliquée aux galettes de silicium de diamètre supérieur à 300 mm, ainsi qu'aux galettes de silicium de diamètre inférieur à 300 mm.
Selon un mode de réalisation, le système de recyclage selon l’invention comprend un dispositif de décharge apte à oxyder le réducteur du couple oxydo/réducteur du négolyte ou apte à réduire l’oxydant du couple oxydo/réducteur du posolyte. Le dispositif de décharge est de préférence en liaison fluidique avec un deuxième réservoir de stockage comprenant un oxydant apte à oxyder le réducteur du couple oxydo/réducteur ou un réducteur apte à réduire l’oxydant du couple oxydo/réducteur tels que défini ci-dessus. Le dispositif de décharge est de préférence en liaison fluidique avec le réservoir de collecte et le dispositif de précipitation.
De préférence, le système de recyclage selon l’invention comprend en outre un dispositif de séparation permettant de séparer la suspension issue du dispositif de précipitation en un résidu solide et un effluent. Par exemple, le dispositif de séparation peut être un décanteur centrifuge.
Le résidu solide obtenu dans le dispositif de séparation comprend le(les) composé(s) électroactif(s) précipité(s).
Selon un mode de réalisation, le système de recyclage selon l’invention comprend un système de rinçage du résidu solide, de préférence de rinçage à l’eau, pour obtenir un résidu solide rincé.
Le dispositif de séparation est de préférence en liaison fluidique avec le dispositif de précipitation et le dispositif de séchage ou de formulation.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le dispositif de séparation est apte à sécher partiellement ou totalement, le résidu solide, éventuellement rincé. Selon ce mode de réalisation, le dispositif de séchage est inclus dans le dispositif de séparation.
Alternativement, le dispositif selon l’invention comprend un dispositif de séchage du résidu solide par chauffage et/ ou par mise sous pression réduite du résidu solide, éventuellement rincé.
Selon un mode de réalisation, le dispositif de l’invention comprend en outre un dispositif de traitement de l’effluent issu du dispositif de séparation pour obtenir un effluent traité. Le dispositif de traitement est en liaison fluidique avec le réservoir de stockage et/ou avec le dispositif de précipitation.
De préférence, le système de recyclage selon l’invention comprend en outre un dispositif de formulation formulant sous la forme d’un électrolyte recyclé le résidu solide.
Le dispositif selon l’invention peut comprendre en outre un réservoir de formulation comprenant une solution aqueuse comprenant éventuellement un ou plusieurs additifs, tels que définis ci-dessus. Le réservoir de formulation est en liaison fluidique avec le dispositif de formulation.
A la sortie du dispositif de formulation, l’électrolyte recyclé peut être introduit dans le compartiment positif ou négatif d’une nouvelle batterie redox à flux, de préférence par une liaison fluidique.
De préférence, le système de recyclage selon l’invention est pour la mise en œuvre du procédé selon l’invention.
Avantage de l’invention Il est particulièrement surprenant que de tels composés électroactifs puissent être recyclés par précipitation. Le procédé de recyclage selon l’invention est particulièrement facile à mettre en œuvre et donc particulièrement innovant. Ce procédé permet d’obtenir de très bons rendements de recyclage des composés électroactifs.
De manière tout à fait surprenante, les composés électroactifs recyclés par le procédé de l’invention sont réutilisables pour un nouveau cyclage dans une nouvelle batterie rédox à flux avec des performances très satisfaisantes, notamment en termes de capacité et/ou de résistance ohmique (< 2 Ω.cm²) et de stabilité lors de la répétition des cycles de fonctionnement de la batterie rédox, qui est sensiblement stable sur plusieurs dizaines ou centaines de cycles. Une telle performance n’était pas attendue par l’homme du métier.
Un autre avantage du procédé de l’invention est qu’une faible quantité (proportionnellement au volume traité) de réactifs est utilisée. De plus, ces réactifs sont facilement disponibles (et déjà utilisés dans de nombreuses autres applications) et peu coûteux. Par exemple, l’acide acétique ou l’acide sulfurique ne représentent pas de menace environnementale significative.
De plus, la précipitation est rapide, et le procédé selon l’invention ne génère pas de pollution des composés électroactifs recyclés : la purification du résidu solide passe uniquement par une étape de rinçage, et éventuellement d’évaporation. Avantageusement, le rendement du procédé selon l’invention et son coût peu élevé permettent une industrialisation du procédé et du système selon l’invention.