INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Notamment, comme visible sur les figures 3 à 5, le support inférieur 30 comprend une pluralité de plaques 36 s’étendant côte à côte chacune selon le plan de support S. Grâce à cette caractéristique, il est possible de moduler le nombre de plaques 36 en fonction de la taille souhaitée pour le coffre 20.
Comme illustré sur les figures 3 à 5, les plaques 36 s’étendent selon la direction longitudinale X.
Avantageusement, les plaques 36 sont soudées les unes aux autres.
Encore avantageusement, chaque plaque 36 comprend une portion 88 du réseau 86 de cavités 87. Les cavités 87 présentent une section droite circulaire, ovale ou polygonale, notamment rectangulaire. La portion 88 du réseau 86 de cavités 87 est notamment creusée dans la plaque 36.
Avantageusement, les plaques 36 sont soudées entre elles par leurs extrémités par l’intermédiaire de plaques terminales assurant le raccordement fluidique entre les cavités suivant le réseau 86 de circulation souhaité.
De préférence, les plaques 36 sont réalisées par extrusion de profilés.
Grace à la structure décrite dans les paragraphes ci-dessus, le support inférieur 30 remplit plusieurs fonctions. Il assure le refroidissement des modules électrochimiques 16 et des éléments électrochimiques de batterie 18 au sein des modules électrochimiques 16. Le support inférieur 30 ferme en outre de manière étanche l’espace interne 21 vers le bas. Il assure aussi une fonction de support mécanique des modules électrochimiques 16, et également garantit une résistance au feu, tout en offrant une hauteur et une masse réduite.
Les cloisons latérales 60 sont avantageusement fixées au support inférieur 30, notamment par vissage.
Avantageusement, l’au moins un organe de détente comprend un premier organe de détente sur le conduit d’alimentation principal, configuré pour diminuer la pression du fluide issu du réservoir, depuis la haute pression vers une moyenne pression.
Avantageusement, le premier organe de commutation est formé par un premier injecteur autorisant ou bloquant l’écoulement du fluide vers la première entrée, et configuré pour diminuer la pression du fluide issu du premier organe de détente, depuis la moyenne pression vers une première basse pression.
Avantageusement, le deuxième organe de commutation est formé par un deuxième injecteur autorisant ou bloquant l’écoulement du fluide vers la deuxième entrée, et configuré pour diminuer la pression du fluide issu du premier organe de détente, depuis la moyenne pression vers une deuxième basse pression.
Ainsi, l’au moins un organe de détente est formé par les premier et deuxième injecteurs.
Ainsi, les premier et deuxième injecteurs assurent à la fois un rôle de détente du fluide, depuis la moyenne pression vers respectivement les première et deuxième basses pressions, et à la fois un rôle de commutation pour autoriser ou bloquer l’écoulement du fluide vers respectivement les première et deuxième entrées des premier et deuxième groupes.
Dans une architecture ping-pong classique telle qu’illustrée en , la détente du fluide se fait en pratique au moyen de deux détendeurs 31, 32 montés sur le conduit d’alimentation principal 300 assurant successivement une première détente depuis la haute pression vers la moyenne pression, puis une deuxième détente de la moyenne pression vers la basse pression. Pour conserver un débit volumique de fluide constant, la section 300a du conduit d’alimentation principal augmente à la sortie du premier détendeur 31 (haute pression – moyenne pression), et augmente encore à la sortie du deuxième détendeur 32 (moyenne pression – haute pression). Cette section 300b augmentée est ensuite constante le long des lignes d’alimentation secondaires 100, 200 pourvues des vannes de commutation 101v, 201v.
Dans le cadre du développement de la présente invention, il a été identifié que l’encombrement du circuit fluidique de l’architecture ping-pong classique était lié : Au nombre d’organes de détente 31, 32 et de commutation 101v, 102v, A la taille du deuxième détendeur 32 nécessitant une très grande membrane pour passer de la moyenne pression à la basse pression, A la grande section 300b des parties du circuit fluidique 3 où circule le fluide à basse pression.
En remplaçant le deuxième détendeur 32 par un injecteur, la compacité du circuit fluidique est déjà améliorée. Un injecteur présente en effet un fort coefficient de perte de charge, compatible avec une bonne compacité.
Dans le cadre de la présente invention cependant, il a été observé que l’injecteur pouvait également assurer une fonction de commutation, fonction qui est habituellement dévolue aux vannes on/off. De ce fait, au lieu de remplacer le deuxième détendeur par un injecteur comme aurait pu le faire l’homme du métier, il a été décidé de supprimer le deuxième détendeur et de remplacer les vannes de commutation sur chacune des lignes d’alimentation secondaires par des injecteurs. Ainsi, le nombre d’organes du circuit fluidique est diminué. On passe d’un ensemble de deux vannes de commutation et d’un détendeur moyenne pression – basse pression dans le cas de l’architecture ping-pong classique, à un ensemble de deux injecteurs dans le cas de l’architecture ping-pong selon l’invention. La compacité du circuit est donc encore améliorée. Cela simplifie en outre la conception du circuit fluidique et la gestion des différents organes. La consommation énergétique du circuit fluidique est également réduite, puisqu’il suffit d’alimenter électriquement un seul injecteur sur les deux, de façon alternée, pour alimenter en fluide combustible la pile à combustible présentant l’architecture ping-pong selon l’invention. Au contraire, dans le cas de l’architecture ping-pong classique, il est nécessaire d’alimenter électriquement en permanence deux organes pour la détente et la commutation, ces fonctions étant réalisées séparément.
L’utilisation d’injecteurs en lieu et place des vannes de commutation, et la suppression du deuxième détendeur, permet également de raccourcir la longueur totale de circuit présentant une grande section pour la circulation du fluide à basse pression. En effet, seules les parties de circuit fluidiques situées respectivement entre le premier injecteur et la première entrée, sur la première ligne d’alimentation secondaire, et entre le deuxième injecteur et la deuxième entrée, sur la deuxième ligne d’alimentation secondaire, requièrent effectivement une grande section compatible avec le débit de fluide combustible à basse pression. L’encombrement total du circuit fluidique est encore diminué. De par son encombrement réduit, l’injecteur peut de plus être partiellement ou totalement intégré en entrée de pile, ce qui peut éliminer totalement le besoin de canalisations basse pression.
Outre leur compacité améliorée, ces injecteurs présentent une grande fiabilité de fonctionnement, et une réactivité améliorée permettant un ajustement aisé de la pression de consigne.
Par conséquent et de façon avantageuse, la pile à combustible présentant une architecture ping-pong selon la présente invention permet notamment de gagner en compacité, de simplifier la ligne d’alimentation en fluide combustible (hydrogène), et de réduire la consommation énergétique dédiée à l’injection de fluide combustible.
La représente une pile à combustible présentant une architecture ping-pong selon l’art antérieur.
La représente une pile à combustible présentant une architecture ping-pong selon une première phase de fonctionnement, selon un premier mode de réalisation de la présente invention.
La représente une pile à combustible présentant une architecture ping-pong selon une deuxième phase de fonctionnement, selon un premier mode de réalisation de la présente invention.
Chaque tasseau 90 est un support pour au moins un module électrochimique 16 de batterie d’un assemblage 14. Notamment, chaque tasseau 90 est un support pour l’ensemble des modules électrochimiques 16 de batterie d’un même assemblage 14.
Chaque tasseau 90 comprend des moyens de fixation complémentaires 92, 96 destinés à coopérer avec les moyens de fixation 17 des modules électrochimiques 16 de batterie pour assurer une fixation entre ledit tasseau 90 et les modules électrochimiques 16 de batteries. Par exemple, les moyens de fixations complémentaires 92, 96 comprennent au moins une cavité cylindrique taraudée 94 creusée dans le tasseau 90 et au moins une vis (non-illustrée) coopérant avec l’au moins une cavité cylindrique taraudée 94. L’au moins une vis s’étend dans un trou traversant de moyens de fixation 17 d’un module électrochimique 16 et dans une cavité cylindrique taraudée 94.
En référence à la , une couche de pâte thermique 100 est agencée entre le support inférieur 30 et chaque module électrochimique de batterie 16. La couche de pate thermique 100 comble l’espace 99 entre le support inférieur 30 et chaque module électrochimique de batterie 16. Typiquement, l’espace 99 présente une épaisseur, mesurée selon la direction verticale Z, comprise entre 0,5 mm et 2 mm, notamment sensiblement égale à 1 mm.
La couche de pâte thermique 100 permet une bonne conduction de la chaleur depuis le module électrochimique de batterie 16 jusqu’au support inférieur 30, notamment jusqu’au circuit de refroidissement 85. La couche de pâte thermique 100 améliore donc l’évacuation de chaleur depuis les modules électrochimiques de batterie 16. Elle présente de préférence une conductivité thermique supérieure à 1 W/mK.
En référence aux figures 1, 3, 4 et 5, le joint d’étanchéité supérieur 110 assure l’étanchéité entre le capot supérieur 50 et les cloisons latérales 60.
Comme illustré sur l’exemple de la , le joint d’étanchéité supérieur 110 présente une forme de rectangle.
Notamment, le joint d’étanchéité supérieur 110 est agencé dans la gouttière supérieure 80 de chaque cloison latérale 60.
En référence aux figures 3 et 4, le joint d’étanchéité inférieur 120 assure l’étanchéité entre le support inférieur 30 et les cloisons latérales 60.
Le joint d’étanchéité inférieur 120 présente notamment une forme de rectangle.
Notamment, le joint d’étanchéité inférieur 120 est agencé dans la gouttière inférieure 81 de chaque cloison latérale 60.
En référence aux figures 1 et 2, la plaque de protection 130 s’étend sur la surface externe 33 du support inférieur 30.
La plaque de protection 130 est par exemple réalisée en métal, notamment en aluminium.
La plaque de protection 130 permet de protéger le support inférieur 30 du coffre 20 vis-à-vis d’élément externes au ensemble de batterie 12. Par exemple, dans l’exemple spécifique où l’ensemble de batterie 12 est installé sous un véhicule ferroviaire, la plaque de protection 130 permet de protéger le support inférieur 30 du coffre 20 vis-à-vis d’éventuelles projections de ballast.
Sur l’exemple des figures 1 et 2, la plaque de protection 130 définit la première extrémité verticale 26 du coffre 20.
Avantageusement, la plaque de protection 130 comprend des moyens de fixation 132 destinés à coopérer avec des vis solidaires des cloisons latérales 60. Notamment, les moyens de fixation 132 de la plaque de protection 130 comprennent une pluralité de colonnettes 134 serties comportant un taraudage coopérant avec les vis solidaires des cloisons latérales pour fixer la plaque de protection 130 aux cloisons latérales.
En référence à la , on décrit également un procédé 200 de fabrication de l’ensemble de batterie 12. Les dimensions et le nombre d’ensembles de batterie 12 à superposer sont choisis préalablement à la fabrication, en fonction de l’espace de disponible à l’endroit où l’ensemble de batterie va être installé.
Dans l’invention, l’organe d’espacement peut être est agencé pour maintenir les cellules dans un agencement linéaire ou matriciel, les unes à côtés des autres. Le cas échéant, les premiers éléments de connexion sont distribués sur la première carte de circuit imprimé selon un agencement correspondant à celui des cellules. On pourra prévoir que l’organe d’espacement rigide vienne au contact directement de la première carte de circuit imprimé, ou on pourra prévoir qu’il existe un jeu entre l’organe d’espacement rigide et la première carte de circuit imprimé, ou on pourra encore prévoir un élément intermédiaire, comme un joint d’étanchéité, intercalé entre l’organe d’espacement rigide et la première carte de circuit imprimé. L’organe d’espacement pourra être formé par une pièce unique, monolithique, ou par un assemblage d’au moins deux pièces, notamment identiques. Le cas échéant, chaque pièce pourra comporter des éléments mâles et femelles de positionnement, chaque élément mâle d’une pièce étant destiné à coopérer avec un élément femelle de l’autre pièce lorsque ces pièces sont assemblées, de sorte que les pièces adoptent un positionnement relatif prédéterminé. On pourra notamment prévoir que les éléments mâles et femelles desdites pièces soient agencés de sorte que les compartiments desdites pièces soient alignés et/ou que les surfaces périphériques desdites pièces soient continues lorsque lesdites pièces sont assemblées. Par exemple, les éléments mâles et femelles pourront être des ergots et des orifices ménagés dans des surfaces desdites pièces destinées à venir l’une contre l’autre lorsque lesdites pièces sont assemblées.
De préférence, l’organe d’espacement pourra être réalisé à partir d’un matériau plastique, notamment un thermoplastique, une résine ou un silicone, par exemple par injection, par fabrication additive ou par fabrication soustractive. De préférence, ledit matériau pourra avantageusement présenter une résistance élevée à des tests d’inflammabilité. Le matériau pourra par exemple être conforme à la norme UL94 et au test de combustion V0 de cette norme. De façon alternative ou cumulative, ledit matériau pourra avantageusement présenter des caractéristiques de conduction thermique permettant une diffusion et/ou une dispersion homogène de la chaleur dissipée par chacune des cellules, ce qui permet d’éviter un emballement thermique d’une cellule et d’augmenter la durée de vie de la batterie.
Avantageusement, la batterie comporte une deuxième carte de circuit imprimé disposée au droit des faces d’extrémités situées de l’autre des côtés des cellules, la deuxième carte de circuit imprimé étant pourvue d’une pluralité de deuxièmes éléments de connexion électrique. Le cas échéant, chaque compartiment de l’organe d’espacement rigide est agencé pour maintenir la cellule qu’il reçoit vis-à-vis de la deuxième carte de circuit imprimé de sorte que l’autre des bornes de contact de cette cellule soit située en vis-à-vis de l’un des deuxièmes éléments de connexion électrique, chaque compartiment s’étendant pour venir au niveau de la deuxième carte de circuit imprimé. L’organe d’espacement est ainsi enserré entre la première et la deuxième carte de circuit imprimé, chaque compartiment définissant ainsi un environnement sensiblement clos.
De préférence, la deuxième carte de circuit imprimé comporte une portion principale dans laquelle sont formées une pluralité d’encoches, chaque encoche définissant une languette élastiquement déformable par rapport à la portion principale, chaque deuxième élément de connexion électrique étant disposé sur l’une des languettes de la deuxième carte de circuit imprimé.
Avantageusement encore, la batterie comporte un système de fixation agencé pour maintenir la première carte de circuit imprimé à la seconde carte de circuit imprimé en exerçant un effort sur chacune des première et deuxième cartes de circuit imprimé dirigé vers l’autre des première et deuxième cartes de circuit imprimé. On met ainsi les cartes de circuit imprimé sous contrainte, de sorte que les cellules créent un effort mécanique sur les languettes.
Dans un mode de réalisation de l’invention, le système de fixation comporte au moins une première et une deuxième plaques de pression, la première, respectivement la deuxième, plaque de pression étant en appui sur la première, respectivement la deuxième carte de circuit imprimé. Le cas échéant, le système de fixation comporte au moins un organe de serrage reliant la première plaque de pression à la deuxième plaque de pression et agencé pour exercer un effort sur chacune des première et deuxième plaques de pression dirigé vers l’autre des première et deuxième plaques de pression. De préférence, chaque plaque de pression vient recouvrir totalement la carte de circuit imprimé contre laquelle elle est en appui.
On pourra par exemple prévoir que chaque organe de serrage comporte une tige de liaison passant au travers d’orifices prévus dans l’organe d’espacement, dans les première et deuxième cartes de circuit imprimé et dans les première et deuxième plaques de pression, ces orifices étant alignés lors de l’assemblage de la batterie. Chaque tige de liaison pourra alors être munie, à chacune de ces extrémités, d’un écrou venant appuyer sur l’une des plaques de liaison pour exercer un effort dirigé vers l’autre des plaques de pression. Chaque plaque exerce alors un effort homogène sur la carte de circuit imprimé contre laquelle elle est en appui, ce qui vient fiabiliser le contact entre cette carte de circuit imprimé et chaque cellule et diminue le risque de désalignement des cellules.
En variante, on pourra prévoir que le système de fixation soit dépourvu de plaque de pression, les organes de serrage reliant directement la première carte de circuit imprimé à la deuxième carte de circuit imprimé en étant agencés pour exercer un effort sur chacune des première et deuxième cartes de circuit imprimé dirigé vers l’autre des première et deuxième cartes de circuit imprimé. Par exemple, les écrous montés sur les extrémités de tiges de liaison pourront venir appuyer directement sur les cartes de circuit imprimé.
En variante encore, on pourra prévoir que le système de fixation comporte un boîtier auquel sont fixées les première et deuxième cartes de circuit imprimé. Le cas échéant, le boîtier peut comporter des protubérances, chacune agencée en vis-à-vis d’une zone de la portion principale de la première et/ou de la deuxième cartes de circuit imprimé située au droit des languettes, de sorte à exercer un effort sur cette première et/ou deuxième cartes de circuit imprimé dirigé vers l’intérieur de la batterie.
Dans un mode de réalisation de l’invention, la batterie comporte un organe d’étanchéité agencé entre l’organe d’espacement rigide et la première carte de circuit imprimé. L’organe d’étanchéité est avantageusement agencé pour former une barrière sensiblement étanche entre l’intérieur de la batterie, et notamment les compartiments de l’organe d’espacement rigide, et l’environnement extérieur de la batterie. Par exemple, l’organe d’étanchéité peut comporter un premier joint d’étanchéité agencé sur le pourtour d’une surface de l’organe d’espacement rigide venant au niveau de la première carte de circuit imprimé, le premier joint étant ainsi contraint entre ladite surface et la première carte de circuit imprimé. On pourra avantageusement prévoir que l’organe d’étanchéité comporte un deuxième joint agencé sur le pourtour d’une surface de l’organe d’espacement rigide venant au niveau de la deuxième carte de circuit imprimé.
En variante, on pourra prévoir que l’organe d’espacement rigide définisse un réceptacle dans lequel est logé la première carte de circuit imprimé et/ou la première plaque de pression, le réceptacle étant éventuellement muni sur son pourtour d’un joint d’étanchéité. En variante encore, on pourra prévoir que la première plaque de pression forme un capot ou un couvercle recouvrant la première carte de circuit imprimé, la première plaque de pression étant munie d’un rebord recouvrant une partie d’une surface périphérique de l’organe d’espacement rigide, le rebord étant éventuellement équipé sur son pourtour d’un joint d’étanchéité. Ces différents modes de réalisation permettent également de définir une barrière sensiblement étanche entre l’intérieur de la batterie et l’environnement extérieur de la batterie.
Dans un mode de réalisation de l’invention, chaque compartiment de l’organe d’espacement rigide est agencé pour laisser une lame d’air entre une surface intérieure de ce compartiment et une surface extérieure de la cellule qu’il reçoit. Cette lame d’air permet de faciliter l’insertion d’une cellule dans le compartiment et d’améliorer l’isolation thermique de la cellule au sein de son compartiment. Par exemple, chaque compartiment pourra être de forme sensiblement cylindrique pour épouser la forme de la cellule qu’il reçoit tout en maintenant un jeu entre la paroi de ce compartiment et la surface extérieur de cette cellule. De préférence, le diamètre du compartiment pourra être sensiblement supérieur au diamètre de la cellule.
La représente une pile à combustible présentant une architecture ping-pong selon une troisième phase de fonctionnement, selon un premier mode de réalisation de la présente invention.
La représente une pile à combustible présentant une architecture ping-pong selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention.
La représente une pile à combustible présentant une architecture ping-pong selon un troisième mode de réalisation de la présente invention.
Les dessins sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l’invention. Ils constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l’invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. En particulier les différents organes et les différentes parties du circuit fluidique sont illustrés par des schémas qui ne sont pas représentatifs de la réalité.
Selon un exemple, le système de pile à combustible comprend : un premier groupe de cellules électrochimiques présentant une première entrée et une première sortie, un deuxième groupe de cellules électrochimiques présentant une deuxième entrée et une deuxième sortie, un circuit fluidique destiné à alimenter par un fluide lesdits premier et deuxième groupes, et à évacuer ledit fluide desdits premier et deuxième groupes. et
Le circuit fluidique comprend une partie dite amont comprenant : un conduit d’alimentation principal configuré pour être relié à un réservoir stockant le fluide à une pression P1, dite haute pression, et relié à des lignes d’alimentation secondaires, une première ligne d’alimentation secondaire reliée au conduit d’alimentation principal et reliée à la première entrée du premier groupe, une deuxième ligne d’alimentation secondaire reliée au conduit d’alimentation principal et reliée à la deuxième entrée du deuxième groupe. et
Le circuit fluidique comprend une partie dite avale comprenant : un conduit d’évacuation principal relié à des lignes d’évacuation secondaires, et configuré pour être relié à un échappement, une première ligne d’évacuation secondaire reliée à la première sortie du premier groupe, au conduit d’évacuation principal, et à la deuxième sortie du deuxième groupe de manière à permettre une alimentation en fluide du deuxième groupe via la deuxième sortie, par le fluide ayant traversé le premier groupe, une deuxième ligne d’évacuation secondaire reliée à la deuxième sortie du deuxième groupe, au conduit d’évacuation principal, et à la première sortie du premier groupe, de manière à permettre une alimentation en fluide du premier groupe via la première sortie, par le fluide ayant traversé le deuxième groupe, et
La pile comprend en outre : au moins un organe de détente situé dans la partie amont du circuit fluidique, configuré pour diminuer la pression du fluide issu du réservoir, depuis la haute pression vers une basse pression, un premier organe de commutation sur la première ligne d’alimentation secondaire, configuré pour autoriser ou bloquer un écoulement du fluide vers la première entrée, un deuxième organe de commutation sur la deuxième ligne d’alimentation secondaire, configuré pour autoriser ou bloquer un écoulement du fluide vers la deuxième entrée, de préférence un organe de purge sur le conduit d’évacuation principal, configuré pour autoriser ou bloquer un écoulement du fluide vers l’échappement.
Selon un exemple, l’au moins un organe de détente comprend un premier organe de détente sur le conduit d’alimentation principal, configuré pour diminuer la pression du fluide issu du réservoir, depuis la haute pression vers une moyenne pression.