FR3145649A1 - Battery module comprising a heat treatment plate and method of assembling said module - Google Patents
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Abstract
Module de batterie comprenant une plaque de traitement thermique et procédé d’assemblage dudit module Module de batterie (1) comprenant un boîtier (2), comprenant une pluralité de côtés (21) et ouvert sur au moins un côté, au moins une cellule électrochimique (3) et au moins une plaque de traitement thermique (4) de ladite cellule configurée pour fermer le côté ouvert du boîtier (2) et comprenant une première paroi (41) et une deuxième paroi (42) reliées entre elles et configurées pour délimiter un circuit (C1) de circulation d’un fluide. Figure de l’abrégé : Figure 2Battery module comprising a heat treatment plate and method for assembling said module Battery module (1) comprising a housing (2), comprising a plurality of sides (21) and open on at least one side, at least one electrochemical cell (3) and at least one heat treatment plate (4) of said cell configured to close the open side of the housing (2) and comprising a first wall (41) and a second wall (42) connected together and configured to delimit a circuit (C1) for circulation of a fluid. Abstract figure: Figure 2
Description
La présente invention concerne un module de batterie électrique comprenant au moins une plaque de traitement thermique. L’invention concerne également plaque de traitement thermique pour un tel module de batterie et un véhicule comprenant une telle plaque ou un tel module. L’invention concerne enfin un procédé d’assemblage d’un module de batterie selon l’invention.The present invention relates to an electric battery module comprising at least one heat treatment plate. The invention also relates to a heat treatment plate for such a battery module and to a vehicle comprising such a plate or such a module. The invention finally relates to a method of assembling a battery module according to the invention.
Les véhicules électriques ou hybrides actuels font appel à des dispositifs de batteries électriques de plus en plus performants afin de rivaliser avec les moteurs thermiques. Classiquement, ces dispositifs de batterie comprennent une pluralité de modules comprenant chacun des cellules électrochimiques disposées dans un boîtier. De tels dispositifs mettent en œuvre des puissances électriques importantes s’accompagnant d’une forte dissipation thermique, qui, si elle n’est pas évacuée, peut provoquer des dommages irréversibles tels qu’une réduction de la durée de vie dudit dispositif ou une limitation de sa vitesse de charge. A cette fin, les dispositifs de batterie sont classiquement équipés de moyens de traitement thermique.Current electric or hybrid vehicles use increasingly efficient electric battery devices in order to compete with thermal engines. Conventionally, these battery devices comprise a plurality of modules each comprising electrochemical cells arranged in a housing. Such devices implement significant electrical powers accompanied by high heat dissipation, which, if not evacuated, can cause irreversible damage such as a reduction in the service life of said device or a limitation of its charging speed. To this end, the battery devices are conventionally equipped with heat treatment means.
Le traitement thermique des cellules électrochimiques peut être mis en œuvre selon différentes technologies. Notamment, au moins une plaque de traitement thermique configurée pour permettre la circulation d’un fluide de refroidissement est disposée aux abords du dispositif de batterie, par exemple au contact d’une paroi de boîtier d’au moins un module. Un inconvénient de telles plaques réside dans le fait qu’elles sont disposées à l’extérieur dudit module et qu’au moins une paroi est interposée entre ladite plaque et les cellules électrochimiques, générant une résistance thermique élevée.The heat treatment of electrochemical cells can be implemented using different technologies. In particular, at least one heat treatment plate configured to allow the circulation of a cooling fluid is arranged near the battery device, for example in contact with a housing wall of at least one module. A disadvantage of such plates lies in the fact that they are arranged outside said module and that at least one wall is interposed between said plate and the electrochemical cells, generating a high thermal resistance.
La présente invention s’inscrit dans ce contexte et vise à proposer une alternative aux dispositifs et modules de batteries permettant une amélioration de leur traitement thermique. L’invention vise également à simplifier la structure desdits dispositifs et modules et à en simplifier l’assemblage.The present invention falls within this context and aims to propose an alternative to battery devices and modules allowing an improvement in their heat treatment. The invention also aims to simplify the structure of said devices and modules and to simplify their assembly.
A cette fin, l’invention propose un module de batterie comprenant un boîtier, au moins une cellule électrochimique et au moins une plaque de traitement thermique de ladite cellule. Le boîtier comprend une pluralité de côtés délimitant un volume intérieur apte à recevoir l’au moins une cellule électrochimique et est ouvert sur au moins un côté. La plaque de traitement thermique est configurée pour fermer le côté ouvert du boîtier et comprend une première paroi et une deuxième paroi reliées entre elles et configurées pour délimiter un circuit de circulation d’un fluide.To this end, the invention proposes a battery module comprising a housing, at least one electrochemical cell and at least one heat treatment plate for said cell. The housing comprises a plurality of sides delimiting an interior volume capable of receiving the at least one electrochemical cell and is open on at least one side. The heat treatment plate is configured to close the open side of the housing and comprises a first wall and a second wall connected to each other and configured to delimit a fluid circulation circuit.
En outre, le module de batterie peut comprendre au moins un organe de maintien indissociable de la première paroi et configuré pour s’étendre dans le volume intérieur de sorte à maintenir l’au moins une cellule électrochimique au contact de la première paroi au sein dudit volume. Notamment :
- l’au moins un organe de maintien est rapporté sur la première paroi et fixé par collage, soudage et/ou brasage ; et/ou
- l’au moins un organe de maintien et la première paroi sont venus de matière.In addition, the battery module may comprise at least one holding member inseparable from the first wall and configured to extend into the interior volume so as to maintain the at least one electrochemical cell in contact with the first wall within said volume. In particular:
- the at least one holding member is attached to the first wall and fixed by gluing, welding and/or brazing; and/or
- at least one retaining member and the first wall are made of one material.
Particulièrement, l’organe de maintien peut délimiter au moins un logement au moins en partie complémentaire de forme de l’au moins une cellule électrochimique configuré de sorte à s’étendre au contact d’au moins un flanc de ladite cellule.In particular, the holding member can delimit at least one housing at least partly complementary in shape to the at least one electrochemical cell configured so as to extend in contact with at least one side of said cell.
Optionnellement, la première paroi et/ou l’organe de maintien peut comprendre un matériau métallique. Alternativement ou additionnellement, la première paroi présente une épaisseur inférieure à 10 mm, par exemple comprise entre 2 et 7 mm.Optionally, the first wall and/or the holding member may comprise a metallic material. Alternatively or additionally, the first wall has a thickness of less than 10 mm, for example between 2 and 7 mm.
En outre, le module de batterie peut comprendre un échangeur de chaleur intermédiaire configuré pour s’étendre dans le volume intérieur au contact de l’au moins une cellule électrochimique et configuré pour être fluidiquement relié au circuit de fluide.Further, the battery module may include an intermediate heat exchanger configured to extend into the interior volume in contact with the at least one electrochemical cell and configured to be fluidically connected to the fluid circuit.
Notamment, le module de batterie peut comprendre une pluralité de cellules électrochimiques disposées au contact de la première paroi de sorte à s’étendre dans le volume intérieur.In particular, the battery module may comprise a plurality of electrochemical cells arranged in contact with the first wall so as to extend into the interior volume.
Selon un exemple de réalisation, le module de batterie comprend, en outre, de la pâte thermique disposée sur la première paroi et/ou l’au moins un l’échangeur de chaleur intermédiaire.According to an exemplary embodiment, the battery module further comprises thermal paste arranged on the first wall and/or the at least one intermediate heat exchanger.
Egalement :
- le côté ouvert du boîtier, fermé par la plaque de traitement thermique, peut être un côté ouvert inférieur ou supérieur du boîtier ; et/ou
- le boîtier peut comprendre une pluralité de côtés ouverts, notamment opposés, et le module comprend une pluralité de plaques de traitement thermique, disposées au niveau desdits côtés ouverts.Also :
- the open side of the housing, closed by the heat treatment plate, may be a lower or upper open side of the housing; and/or
- the housing may comprise a plurality of open sides, in particular opposite ones, and the module comprises a plurality of heat treatment plates, arranged at said open sides.
L’invention concerner également une plaque de traitement thermique pour un module de batterie selon l’invention, la plaque de traitement thermique étant configurée pour fermer le côté ouvert du boîtier dudit module et la plaque comprenant une première paroi et une deuxième paroi reliées entre elles et configurées pour délimiter un circuit de circulation d’un fluide. Notamment, la plaque de traitement thermique peut comprendre au moins un organe de maintien indissociable de la première paroi et configuré pour maintenir au moins une cellule électrochimique au contact de la première paroi.The invention also relates to a heat treatment plate for a battery module according to the invention, the heat treatment plate being configured to close the open side of the housing of said module and the plate comprising a first wall and a second wall connected to each other and configured to delimit a circuit for circulating a fluid. In particular, the heat treatment plate may comprise at least one holding member inseparable from the first wall and configured to hold at least one electrochemical cell in contact with the first wall.
L’invention concerne encore un véhicule automobile à motorisation électrique ou hybride comprenant un module de batterie et/ou une plaque de traitement thermique selon l’invention.The invention also relates to a motor vehicle with electric or hybrid motorization comprising a battery module and/or a heat treatment plate according to the invention.
L’invention concerne enfin un procédé d’assemblage d’un module de batterie selon l’invention comprenant :
- une étape de positionnement d’au moins une cellule électrochimique sur la première paroi de la plaque de traitement thermique ;The invention finally relates to a method of assembling a battery module according to the invention comprising:
- a step of positioning at least one electrochemical cell on the first wall of the heat treatment plate;
- une étape de positionnement du boîtier sur la plaque de traitement thermique de sorte à disposer l’au moins une cellule électrochimique dans le volume intérieur et de sorte à fermer le boîtier.- a step of positioning the housing on the heat treatment plate so as to arrange the at least one electrochemical cell in the interior volume and so as to close the housing.
D’autres détails, caractéristiques et avantages ressortiront plus clairement à la lecture de la description détaillée donnée ci-après, à titre indicatif et non limitatif, en relation avec les différents exemples de réalisation illustrés sur les figures suivantes :Other details, characteristics and advantages will emerge more clearly on reading the detailed description given below, for information purposes only and without limitation, in relation to the various examples of embodiment illustrated in the following figures:
La
La
La
La
La
La
La
La
La
La
La
La
Les figures 1 à 3 représentent un exemple de réalisation d’un module de batterie 1 électrique. Un tel module de batterie 1 peut être destiné, à titre d’exemple non limitatif, à un véhicule automobile, notamment un véhicule à motorisation hybride ou électrique. Par exemple, un dispositif de batterie, ou dispositif de stockage d’énergie électrique équipant le véhicule peut comprendre au moins un module de batterie 1 selon l’invention ou une pluralité desdits modules 1. Selon une alternative non représentée, le module de batterie 1 peut être compris dans une structure statique, telle qu’un caisson de stockage stationnaire de modules de batterie 1, notamment présent dans les centres de stockage réutilisant des batteries de véhicules estimées trop dégradées.Figures 1 to 3 represent an exemplary embodiment of an electric battery module 1. Such a battery module 1 may be intended, by way of non-limiting example, for a motor vehicle, in particular a vehicle with a hybrid or electric motor. For example, a battery device, or electrical energy storage device equipping the vehicle may comprise at least one battery module 1 according to the invention or a plurality of said modules 1. According to an alternative not shown, the battery module 1 may be included in a static structure, such as a stationary storage box for battery modules 1, in particular present in storage centers reusing vehicle batteries considered to be too degraded.
Dans l’ensemble des figures, les dimensions et espacements séparant les différents composants peuvent être exagérés à des fins de clarté. Egalement, dans la description ci-après, les termes « premier » et « deuxième » ont vocation à distinguer les différents composants ou surfaces de l’invention et non à établir une hiérarchie parmi ceux-ci.Throughout the figures, the dimensions and spacings between the various components may be exaggerated for the sake of clarity. Also, in the description below, the terms “first” and “second” are intended to distinguish the various components or surfaces of the invention and not to establish a hierarchy among them.
De manière générale, le module de batterie 1 comprend un boîtier 2, au moins une cellule électrochimique 3, disposée dans ledit boîtier 2, et au moins une plaque de traitement thermique 4 de l’au moins une cellule électrochimique 3. On entend par « traitement thermique » une modification contrôlée d’une température ou d’un flux de chaleur et non une modification physico-chimique d’un matériau.In general, the battery module 1 comprises a housing 2, at least one electrochemical cell 3, arranged in said housing 2, and at least one heat treatment plate 4 of the at least one electrochemical cell 3. “Heat treatment” means a controlled modification of a temperature or a heat flow and not a physicochemical modification of a material.
L’au moins une cellule électrochimique 3 peut être du type prismatique, cylindrique ou souple, notamment souple prismatique, aussi connue sous le nom de type « pouch », « en sachet » ou « en poche ». On entend par « prismatique » que la cellule électrochimique 3 peut présenter une forme parallélépipédique ou sensiblement parallélépipédique, notamment parallélépipédique rectangle ou carré, voire cubique. Chaque cellule électrochimique 3 est apte à stocker de l'énergie sous forme chimique et à la restituer sous forme d'un courant électrique. Les cellules électrochimiques 3 peuvent, par exemple, être du type « lithium-ion », aussi appelé « Li-ion ». Dans la description ci-après, le module de batterie 1 décrit comprend au moins une cellule électrochimique 3. Il est néanmoins entendu, tel qu’illustré, que le module de batterie 1 peut comprendre une pluralité de cellules électrochimiques 3, le nombre et les dimensions desdites cellules n’étant en rien limitatifs.The at least one electrochemical cell 3 may be of the prismatic, cylindrical or flexible type, in particular flexible prismatic, also known as the “pouch” type. “Prismatic” means that the electrochemical cell 3 may have a parallelepiped or substantially parallelepiped shape, in particular rectangular or square parallelepiped, or even cubic. Each electrochemical cell 3 is capable of storing energy in chemical form and of restoring it in the form of an electric current. The electrochemical cells 3 may, for example, be of the “lithium-ion” type, also called “Li-ion”. In the description below, the battery module 1 described comprises at least one electrochemical cell 3. It is nevertheless understood, as illustrated, that the battery module 1 may comprise a plurality of electrochemical cells 3, the number and dimensions of said cells being in no way limiting.
Le boîtier 2 comprend une pluralité de côtés 21 délimitant un volume intérieur 22 apte à recevoir l’au moins une cellule électrochimique 3. Particulièrement, le boîtier 2 est ouvert sur au moins un côté, dit côté ouvert 23. Par exemple, de manière préférentielle, le boîtier 2 est réalisé dans un matériau métallique tel que de l’acier et/ou de l’aluminium.The housing 2 comprises a plurality of sides 21 delimiting an interior volume 22 capable of receiving the at least one electrochemical cell 3. In particular, the housing 2 is open on at least one side, called the open side 23. For example, preferably, the housing 2 is made of a metallic material such as steel and/or aluminum.
La plaque de traitement thermique 4 est configurée pour fermer l’au moins un côté ouvert 23 du boîtier 2. Autrement dit, la plaque de traitement thermique 4 est configurée pour coopérer avec les côtés 21 du boîtier 2 de sorte à venir le fermer, et ainsi fermer le volume intérieur 22.The heat treatment plate 4 is configured to close the at least one open side 23 of the housing 2. In other words, the heat treatment plate 4 is configured to cooperate with the sides 21 of the housing 2 so as to close it, and thus close the interior volume 22.
La fixation de l’au moins une plaque de traitement thermique 4 sur le boîtier 2 est réalisée de manière réversible de sorte à pouvoir monter puis retirer l’au moins une plaque de traitement thermique 4, notamment de sorte à accéder à l’au moins une cellule électrochimique 3 disposée dans le volume intérieur 22. Par exemple, l’au moins une plaque de traitement thermique 4 et des côtés 21 adjacents du boîtier 2, configurés pour coopérer avec l’au moins une plaque de traitement thermique 4, comprennent respectivement des organes de fixation et des éléments de fixation complémentaires et/ou configurés pour coopérer entre eux, tels qu’une fixation en clip ou un ensemble vis/écrou.The fixing of the at least one heat treatment plate 4 on the housing 2 is carried out in a reversible manner so as to be able to mount and then remove the at least one heat treatment plate 4, in particular so as to access the at least one electrochemical cell 3 arranged in the interior volume 22. For example, the at least one heat treatment plate 4 and adjacent sides 21 of the housing 2, configured to cooperate with the at least one heat treatment plate 4, respectively comprise fixing members and complementary fixing elements and/or elements configured to cooperate with each other, such as a clip fixing or a screw/nut assembly.
Selon des exemples de réalisation préférentiels, la plaque de traitement thermique 4 forme un couvercle venant fermer un côté supérieur ouvert du boîtier 2 et/ou une embase fermant un côté inférieur ouvert 23a du boîtier 2.According to preferred embodiments, the heat treatment plate 4 forms a cover closing an open upper side of the housing 2 and/or a base closing an open lower side 23a of the housing 2.
Selon encore une alternative de réalisation, non représentée, le boîtier 2 comprend une pluralité de côtés ouverts 23, notamment des côtés ouverts 23 opposés tels qu’un côté ouvert supérieur et un côté ouvert inférieur 23a lorsque le module de batterie 1 est disposé dans le véhicule. Le module de batterie 1 comprend alors une pluralité de plaques de traitement thermique 4, notamment autant de plaques de traitement thermique 4 que de côté ouverts 23 au sein du boîtier 2, chacune étant disposée au niveau de l’un desdits côtés ouverts 23.According to another alternative embodiment, not shown, the housing 2 comprises a plurality of open sides 23, in particular opposite open sides 23 such as an upper open side and a lower open side 23a when the battery module 1 is arranged in the vehicle. The battery module 1 then comprises a plurality of heat treatment plates 4, in particular as many heat treatment plates 4 as there are open sides 23 within the housing 2, each being arranged at one of said open sides 23.
La plaque de traitement thermique 4 est également configurée pour délimiter un circuit C1 de circulation d’un fluide F1, notamment un fluide de refroidissement tel que de l’eau glycolée, un fluide frigorigène, par exemple du R1234yf, ou encore un fluide diélectrique. La plaque de traitement thermique 4 comprend une première paroi 41 et une deuxième paroi 42 reliées entre elle. La première paroi 41 et la deuxième paroi 42 s’étendent au moins en partie à distance non nulle l’une de l’autre de sorte à délimiter un volume intermédiaire 40, situé entre lesdites parois, apte à recevoir le circuit C1 de circulation du fluide F1. Par exemple, de manière classique, une première surface 411 de la première paroi 41 et/ou une première surface 421 de la deuxième paroi 42, tournées vers le volume intermédiaire 40, défini(ssen)t au moins en partie ledit circuit C1, tel qu’illustré à la
De manière connue, la plaque de traitement thermique 4 comprend, en outre, une entrée 43 de fluide F1, permettant d’alimenter le circuit C1 en fluide F1, et une sortie 44 de fluide F1, permettant l’évacuation dudit fluide F1. L’entrée 43 et la sortie 44 de fluide F1 peuvent être disposées sur un même bord de la plaque de traitement thermique 4, par exemple délimitant une épaisseur de ladite plaque, sur un bord distinct ou encore dans la deuxième paroi 42. Le circuit C1 relie ainsi fluidiquement l’entrée 43 et la sortie 44 et peut présenter toute forme de circuit C1 connue, par exemple en « i » ou encore en « U ».In a known manner, the heat treatment plate 4 further comprises an inlet 43 for fluid F1, making it possible to supply the circuit C1 with fluid F1, and an outlet 44 for fluid F1, making it possible to evacuate said fluid F1. The inlet 43 and the outlet 44 for fluid F1 may be arranged on the same edge of the heat treatment plate 4, for example delimiting a thickness of said plate, on a separate edge or even in the second wall 42. The circuit C1 thus fluidically connects the inlet 43 and the outlet 44 and may have any known circuit C1 shape, for example in an “i” or even a “U” shape.
Lorsque la plaque de traitement thermique 4 est montée sur le boîtier 2, la première paroi 41, notamment une deuxième surface 412 de la première paroi 41 opposée à la première surface 411, est tournée vers le volume intérieur 22. La première paroi 41 est ainsi interposée entre le volume intermédiaire 40 et la deuxième paroi 42 d’une part et le volume intérieur 22 d’autre part.When the heat treatment plate 4 is mounted on the housing 2, the first wall 41, in particular a second surface 412 of the first wall 41 opposite the first surface 411, faces the interior volume 22. The first wall 41 is thus interposed between the intermediate volume 40 and the second wall 42 on the one hand and the interior volume 22 on the other hand.
La plaque de traitement thermique 4 est configurée pour s’étendre au contact de l’au moins une cellule électrochimique 3. Particulièrement, de manière avantageuse, elle s’étend directement au contact de l’au moins une cellule électrochimique 3. Notamment, la plaque de traitement thermique 4 est configurée pour porter et/ou maintenir l’au moins une cellule électrochimique 3 au sein du volume intérieur 22. Elle a ainsi une fonction structurante au sein du module de batterie 1, c’est-à-dire qu’elle participe au positionnement de ladite cellule dans le module et, qu’en son absence, l’au moins une cellule électrochimique 3 ne peut être maintenue en position dans le module. Par exemple, lorsque la plaque de traitement thermique 4 a fonction d’embase et ferme le côté inférieur ouvert 23a, elle porte et maintient ladite cellule. Lorsque la plaque de traitement thermique 4 a fonction de couvercle, celle-ci peut maintenir au moins en partie ladite cellule.The heat treatment plate 4 is configured to extend into contact with the at least one electrochemical cell 3. Particularly, advantageously, it extends directly into contact with the at least one electrochemical cell 3. In particular, the heat treatment plate 4 is configured to carry and/or hold the at least one electrochemical cell 3 within the interior volume 22. It thus has a structuring function within the battery module 1, that is to say that it participates in the positioning of said cell in the module and, in its absence, the at least one electrochemical cell 3 cannot be held in position in the module. For example, when the heat treatment plate 4 has the function of a base and closes the open lower side 23a, it carries and holds said cell. When the heat treatment plate 4 has the function of a cover, it can at least partially hold said cell.
Le module de batterie 1 ainsi configuré permet avantageusement de positionner le circuit C1 de circulation du fluide F1 à proximité directe de l’au moins une cellule électrochimique 3, ceux-ci étant seulement séparés par la première paroi 41. La résistance thermique du module de batterie 1 est ainsi réduite, optimisant l’échange thermique mis en œuvre entre l’au moins une cellule électrochimique 3 et le fluide F1. Le module de batterie 1 selon l’invention permet ainsi un meilleur traitement thermique de l’au moins une cellule électrochimique 3.The battery module 1 thus configured advantageously makes it possible to position the circuit C1 for circulating the fluid F1 in direct proximity to the at least one electrochemical cell 3, these being separated only by the first wall 41. The thermal resistance of the battery module 1 is thus reduced, optimizing the heat exchange implemented between the at least one electrochemical cell 3 and the fluid F1. The battery module 1 according to the invention thus allows better heat treatment of the at least one electrochemical cell 3.
Optionnellement, afin d’optimiser un tel échange thermique, la première paroi 41 est préférentiellement réalisée dans un matériau métallique tel que de l’acier ou de l’aluminium. Egalement, de manière additionnelle ou alternative, la première paroi 41 présente une épaisseur, mesurée entre la première surface 411 et la deuxième surface 412, strictement inférieure à 10 mm, par exemple comprise entre 2 et xx 8 ou encore entre 2 et 7 mm.Optionally, in order to optimize such a heat exchange, the first wall 41 is preferably made of a metallic material such as steel or aluminum. Also, additionally or alternatively, the first wall 41 has a thickness, measured between the first surface 411 and the second surface 412, strictly less than 10 mm, for example between 2 and xx 8 or between 2 and 7 mm.
Optionnellement, le module de batterie 1 peut être dimensionné de sorte à maintenir au moins en partie l’au moins une cellule électrochimique 3 en position d’utilisation au sein du volume intérieur 22. Notamment, tel qu’illustré à la
Optionnellement, le module de batterie 1 peut comprendre une armature de maintien classique, non représentée, configurée pour maintenir l’au moins une cellule électrochimique 3 en position d’utilisation au sein du volume intérieur 22, par exemple un peigne dans le cas de cellules électrochimiques 3 souples prismatiques.Optionally, the battery module 1 may comprise a conventional holding frame, not shown, configured to hold the at least one electrochemical cell 3 in the position of use within the interior volume 22, for example a comb in the case of flexible prismatic electrochemical cells 3.
Afin d’optimiser davantage l’échange thermique mis en œuvre, la plaque de traitement thermique 4 comprend optionnellement au moins un échangeur de chaleur intermédiaire 45 configuré pour s’étendre dans le volume intérieur 22 au contact de l’au moins une cellule électrochimique 3. L’échangeur de chaleur intermédiaire 45 est compris dans la plaque de traitement thermique 4 et fluidiquement relié au circuit C1. Il est notamment compris dans la première paroi 41 et peut s’étendre en saillie d’au moins une partie de la deuxième surface 412. Il peut présenter une structure creuse ou comprendre au moins une conduite 46 configurée pour recevoir au moins une partie du fluide F1 circulant dans le circuit C1 puis restituer ledit fluide F1 au circuit C1.In order to further optimize the heat exchange implemented, the heat treatment plate 4 optionally comprises at least one intermediate heat exchanger 45 configured to extend into the interior volume 22 in contact with the at least one electrochemical cell 3. The intermediate heat exchanger 45 is included in the heat treatment plate 4 and fluidically connected to the circuit C1. It is notably included in the first wall 41 and may extend in projection from at least a portion of the second surface 412. It may have a hollow structure or comprise at least one conduit 46 configured to receive at least a portion of the fluid F1 circulating in the circuit C1 and then return said fluid F1 to the circuit C1.
De manière préférentielle, illustrée à la
L’échangeur de chaleur intermédiaire 45 peut s’étendre sur tout ou partie de la hauteur du volume intérieur 22 définie le long de la première direction 100. Additionnellement, l’échangeur de chaleur intermédiaire 45 peut s’étendre sur tout ou partie d’une deuxième direction 200, orthogonale à la première direction 100 et correspondant ici à une largeur du boîtier 2, et/ou sur tout ou partie d’une troisième direction 300, orthogonale à la première et deuxième directions, correspondant ici à une longueur du boîtier 2.The intermediate heat exchanger 45 may extend over all or part of the height of the interior volume 22 defined along the first direction 100. Additionally, the intermediate heat exchanger 45 may extend over all or part of a second direction 200, orthogonal to the first direction 100 and corresponding here to a width of the housing 2, and/or over all or part of a third direction 300, orthogonal to the first and second directions, corresponding here to a length of the housing 2.
Selon un exemple de réalisation préférentiel, lorsque l’au moins une cellule électrochimique 3 est du type souple prismatique, l’échangeur de chaleur intermédiaire 45 est configuré pour s’étendre au contact d’un connecteur 31 et/ou d’une terrasse de ladite cellule, tel qu’illustré à la
Optionnellement, le module de batterie 1 peut, en outre, comprendre au moins un organe de maintien 6 indissociable de la première paroi 41. L’au moins un organe de maintien 6 est configuré pour s’étendre dans le volume intérieur 22 de sorte à maintenir l’au moins une cellule électrochimique 3 au contact de la première paroi 41. Autrement dit, l’au moins un organe de maintien 6 est configuré pour maintenir l’au moins une cellule électrochimique 3 en position de fonctionnement au sein du volume intérieur 22. Dans la description ci-après, il est fait référence à un unique organe de maintien 6, il est néanmoins entendu que l’invention peut s’étendre à une pluralité d’organes de maintien 6.Optionally, the battery module 1 may, in addition, comprise at least one holding member 6 inseparable from the first wall 41. The at least one holding member 6 is configured to extend into the interior volume 22 so as to hold the at least one electrochemical cell 3 in contact with the first wall 41. In other words, the at least one holding member 6 is configured to hold the at least one electrochemical cell 3 in the operating position within the interior volume 22. In the description below, reference is made to a single holding member 6, it is nevertheless understood that the invention may extend to a plurality of holding members 6.
L’au moins un organe de maintien 6 permet de définir tout ou partie d’au moins un logement 7 configuré pour recevoir l’au moins une cellule électrochimique 3 et dont un fond est formé par la première paroi 41. Un tel logement 7 est défini par l’organe de maintien 6 seul ou par l’organe de maintien 6 en combinaison d’un ou plusieurs des côté(s) du boîtier 2 et/ou d’au moins un échangeur de chaleur intermédiaire 45 tel qu’exposé précédemment. Egalement, ledit logement 7 est configuré pour recevoir une cellule électrochimique 3 ou une pluralité de cellules électrochimiques 3. Optionnellement, l’organe de maintien 6 délimite tout ou partie d’une pluralité de logements 7. L’organe de maintien 6 est ainsi configuré pour être au contact d’au moins un flanc de l’au moins une cellule électrochimique 3. Le logement 7 est au moins en partie complémentaire de forme de l’au moins une cellule électrochimique 3. Notamment, tel qu’illustré à la
De manière préférentielle, l’organe de maintien 6 s’étend sur une partie de la direction orthogonale à la première paroi 41 et/ou à la deuxième paroi 42. Alternativement ou additionnellement, l’organe de maintien 6 s’étend sur une partie de la dimension de l’au moins une cellule électrochimique 3 définie le long de cette même direction orthogonale à la première paroi 41 et/ou à la deuxième paroi 42. Lorsque que la plaque de traitement thermique 4 ferme le côté inférieur ouvert 23a ou le côté supérieur ouvert du boîtier, l’organe de maintien 6 s’étend sur une partie de la hauteur du volume intérieur 22 et/ou sur une partie de la hauteur de l’au moins une cellule électrochimique 3. De manière préférentielle, l’organe de maintien 6 présente une dimension inférieure ou égale à un tiers, voire un quart, par exemple de l’ordre du cinquième, de la dimension de l’au moins une cellule électrochimique 3 définie le long de la direction orthogonale à la première paroi 41 et/ou à la deuxième paroi 42. Par exemple, de manière préférentielle, l’organe de maintien 6 présente une hauteur de l’ordre du cinquième de la hauteur de l’au moins une cellule électrochimique 3. En l’espèce, la dimension considérée est la hauteur. Un tel principe permet avantageusement de limiter la coopération entre l’organe de maintien 6 et l’au moins une cellule électrochimique 3 à des zones extrêmales, définies le long de la direction et dimension précitées, et non à une zone centrale de ladite cellule. Le module de batterie 1 selon l’invention est ainsi adapté pour assurer le maintien de l’au moins une cellule électrochimique 3 à l’échelle de sa vie, et ce même en cas de gonflement. En effet, dans le cas des cellules électrochimiques 3 souples prismatiques, un gonflement de la zone centrale peut classiquement être observé avec le vieillissement et l’usure de celle-ci.Preferably, the holding member 6 extends over a portion of the direction orthogonal to the first wall 41 and/or to the second wall 42. Alternatively or additionally, the holding member 6 extends over a portion of the dimension of the at least one electrochemical cell 3 defined along this same direction orthogonal to the first wall 41 and/or to the second wall 42. When the heat treatment plate 4 closes the open lower side 23a or the open upper side of the housing, the holding member 6 extends over a portion of the height of the interior volume 22 and/or over a portion of the height of the at least one electrochemical cell 3. Preferably, the holding member 6 has a dimension less than or equal to a third, or even a quarter, for example of the order of a fifth, of the dimension of the at least one electrochemical cell 3 defined along the direction orthogonal to the first wall 41 and/or to the second wall 42. to the second wall 42. For example, preferably, the holding member 6 has a height of the order of one fifth of the height of the at least one electrochemical cell 3. In this case, the dimension considered is the height. Such a principle advantageously makes it possible to limit the cooperation between the holding member 6 and the at least one electrochemical cell 3 to extreme zones, defined along the aforementioned direction and dimension, and not to a central zone of said cell. The battery module 1 according to the invention is thus adapted to ensure the maintenance of the at least one electrochemical cell 3 over the scale of its life, even in the event of swelling. Indeed, in the case of flexible prismatic electrochemical cells 3, swelling of the central zone can conventionally be observed with the aging and wear thereof.
Tel qu’exposé précédemment, l’au moins un organe de maintien 6 est indissociable de la plaque de traitement thermique 4. On entend par « indissociable » que l’au moins un organe de maintien 6 ne peut être séparé de la première paroi 41 sans résulter en la dégradation de la plaque de traitement thermique 4. Selon un premier exemple de réalisation, préférentiel, l’au moins un organe de maintien 6 et la première paroi 41 sont venus de matière. Alternativement ou additionnellement, selon un deuxième exemple de réalisation, l’au moins un organe de maintien 6 est rapporté sur la première paroi 41 et fixé par collage, soudage et/ou brasage sur la première paroi 41, notamment sur la deuxième surface 412. L’au moins un organe de maintien 6 s’étend alors en saillie de la première paroi 41 et permet d’assurer le maintien de l’au moins une cellule électrochimique 3 au sein du volume intérieur 22, notamment de sorte à maintenir au moins l’un des flancs de la cellule électrochimique 3 au contact de la deuxième surface 412.
As previously explained, the at least one holding member 6 is inseparable from the heat treatment plate 4. By “inseparable” is meant that the at least one holding member 6 cannot be separated from the first wall 41 without resulting in the degradation of the heat treatment plate 4. According to a first, preferred exemplary embodiment, the at least one holding member 6 and the first wall 41 are integral. Alternatively or additionally, according to a second exemplary embodiment, the at least one holding member 6 is attached to the first wall 41 and fixed by gluing, welding and/or brazing to the first wall 41, in particular to the second surface 412. The at least one holding member 6 then extends in projection from the first wall 41 and makes it possible to ensure the holding of the at least one electrochemical cell 3 within the interior volume 22, in particular so as to hold at least one of the sides of the electrochemical cell 3 in contact with the second surface 412.
Indépendamment du mode de réalisation mis en œuvre, l’organe de maintien 6 est, de manière préférentielle, réalisé dans un matériau métallique, tel que de l’acier ou de l’aluminium, ou encore dans au moins un matériau plastique ou composite.Regardless of the embodiment implemented, the holding member 6 is preferably made of a metallic material, such as steel or aluminum, or even of at least one plastic or composite material.
Egalement, de manière optionnelle, le module de batterie 1 peut comprendre de la pâte thermique. Celle-ci peut être disposée au niveau de la première paroi 41, particulièrement au niveau de tout ou partie de la deuxième surface 412 et/ou au niveau de l’au moins un échangeur de chaleur intermédiaire 45.Also, optionally, the battery module 1 may comprise thermal paste. This may be arranged at the first wall 41, particularly at the level of all or part of the second surface 412 and/or at the level of the at least one intermediate heat exchanger 45.
L’invention permet ainsi d’assurer le maintien et le traitement thermique de l’au moins une cellule électrochimique 3 par l’intermédiaire de la plaque de traitement thermique 4. Tel qu’exposé précédemment, l’invention s’étend également à un module de batterie 1 comprenant une pluralité de cellules électrochimiques 3. Lorsque les cellules électrochimiques 3 sont du type cylindrique, elles peuvent par exemple être disposées en quinconce dans le volume intérieur 20. Lorsque la plaque comprend un ou plusieurs organe(s) de maintien, le positionnement des cellules électrochimique peut est au moins en partie défini par la forme et/ou l’agencement d’un ou plusieurs logement(s) 7, une ou plusieurs cellule(s) électrochimique(s) 3 s’étendant dans chaque logement 7 considéré. Lorsque les cellules électrochimiques 3 sont du type prismatique ou souple prismatique, celles-ci sont empilées le long d’une direction d’empilement 400, par exemple parallèle à la deuxième direction 200 ou à la troisième direction 300. Lorsque la plaque comprend un ou plusieurs organe(s) de maintien, ceux-ci s’étendent le long d’une direction orthogonale à la direction d’empilement 400 et il en va de même pour les différents logements 7. Optionnellement, une pluralité de cellules électrochimiques 3 du type prismatique ou souple prismatique peuvent être disposées dans un même logement 7.The invention thus makes it possible to ensure the maintenance and heat treatment of the at least one electrochemical cell 3 by means of the heat treatment plate 4. As explained above, the invention also extends to a battery module 1 comprising a plurality of electrochemical cells 3. When the electrochemical cells 3 are of the cylindrical type, they can for example be arranged in a staggered manner in the interior volume 20. When the plate comprises one or more maintenance members, the positioning of the electrochemical cells can be at least partly defined by the shape and/or the arrangement of one or more housings 7, one or more electrochemical cells 3 extending into each housing 7 considered. When the electrochemical cells 3 are of the prismatic or flexible prismatic type, they are stacked along a stacking direction 400, for example parallel to the second direction 200 or to the third direction 300. When the plate comprises one or more holding members, these extend along a direction orthogonal to the stacking direction 400 and the same applies to the different housings 7. Optionally, a plurality of electrochemical cells 3 of the prismatic or flexible prismatic type can be arranged in the same housing 7.
L’invention s’étend également à une plaque de traitement thermique 4 destinée à un module de batterie 1 tel qu’exposé précédemment. Il est entendu que l’ensemble des caractéristiques exposées ci-dessus s’applique également à ladite plaque.The invention also extends to a heat treatment plate 4 intended for a battery module 1 as previously described. It is understood that all of the characteristics described above also apply to said plate.
L’invention s’étend enfin à un procédé d’assemblage du module de batterie 1 selon l’invention. De manière générale, un tel procédé comprend une étape de positionnement d’au moins une cellule électrochimique 3 sur la plaque de traitement thermique 4. Particulièrement, celle-ci est disposée au contact de la deuxième surface 412 de la première paroi 41. Un principe similaire est mis en œuvre lorsque le module de batterie 1 comprend une pluralité de cellules électrochimiques 3.The invention finally extends to a method of assembling the battery module 1 according to the invention. In general, such a method comprises a step of positioning at least one electrochemical cell 3 on the heat treatment plate 4. In particular, the latter is arranged in contact with the second surface 412 of the first wall 41. A similar principle is implemented when the battery module 1 comprises a plurality of electrochemical cells 3.
Lorsque la plaque de traitement thermique 4 comprend un échangeur de chaleur intermédiaire 45, l’au moins une cellule électrochimique 3 ou au moins l’une des cellules électrochimiques 3 est disposée au contact dudit échangeur, tel qu’exposé plus haut.When the heat treatment plate 4 comprises an intermediate heat exchanger 45, the at least one electrochemical cell 3 or at least one of the electrochemical cells 3 is arranged in contact with said exchanger, as explained above.
De même, lorsque la plaque de traitement comprend au moins un organe de maintien 6, l’au moins une cellule électrochimique 3 est disposée dans le logement 7 au moins en partie délimité par celui-ci ou dans l’un des logements 7 délimité par celui-ci. L’au moins une cellule électrochimique 3 est alors au contact de la première paroi 41 et de l’organe de maintien 6. Il en va de même lorsque le module de batterie 1 comprend une pluralité de cellules électrochimiques 3, celles-ci étant disposées dans des logements 7 distincts ou identiques, délimités par un ou plusieurs organes de maintien, tel qu’exposé plus haut.Similarly, when the treatment plate comprises at least one holding member 6, the at least one electrochemical cell 3 is arranged in the housing 7 at least partly delimited by the latter or in one of the housings 7 delimited by the latter. The at least one electrochemical cell 3 is then in contact with the first wall 41 and the holding member 6. The same applies when the battery module 1 comprises a plurality of electrochemical cells 3, these being arranged in separate or identical housings 7, delimited by one or more holding members, as explained above.
Optionnellement, le procédé comprend, préalablement à l’étape de positionnement de l’au moins une cellule électrochimique 3 sur la plaque de traitement thermique 4, une étape d’application d’une pâte thermique sur tout ou partie de la première paroi 41.Optionally, the method comprises, prior to the step of positioning the at least one electrochemical cell 3 on the heat treatment plate 4, a step of applying a thermal paste to all or part of the first wall 41.
Le procédé comprend ensuite une étape de positionnement du boîtier 2 sur la plaque de traitement thermique 4 de sorte à disposer l’au moins une cellule électrochimique 3 dans le volume intérieur 22 et de sorte à fermer le boîtier 2. Une partie des côtés 21 du boîtier 2 coopère alors avec la plaque de traitement thermique 4 de sorte à fermer le boîtier 2. Le boîtier 2 peut ensuite être fixé à la plaque, et inversement, par l’intermédiaire des organes de fixation et des éléments de fixation décrits plus haut.The method then comprises a step of positioning the housing 2 on the heat treatment plate 4 so as to arrange the at least one electrochemical cell 3 in the interior volume 22 and so as to close the housing 2. A portion of the sides 21 of the housing 2 then cooperates with the heat treatment plate 4 so as to close the housing 2. The housing 2 can then be fixed to the plate, and vice versa, by means of the fixing members and the fixing elements described above.
Pour désassembler le module de batterie 1, par exemple afin de remplacer l’au moins une cellule électrochimique 3 ou l’une des cellules électrochimiques 3, le procédé inverse est mis en œuvre.To disassemble the battery module 1, for example in order to replace the at least one electrochemical cell 3 or one of the electrochemical cells 3, the reverse process is implemented.
La plaque de traitement a ainsi une fonction structurante du module de batterie 1. Elle permet de porter et/ou maintenir l’au moins une cellule électrochimique 3 dans sa position de fonctionnement. Il en résulte que, si la plaque de traitement thermique 4 est retirée et que le module de batterie 1 n’en comprend pas au moins une autre, l’au moins une cellule n’est plus maintenue dans une position adaptée à son fonctionnement au sein du volume intérieur 22.The treatment plate thus has a structuring function of the battery module 1. It makes it possible to carry and/or maintain the at least one electrochemical cell 3 in its operating position. As a result, if the heat treatment plate 4 is removed and the battery module 1 does not include at least one other, the at least one cell is no longer maintained in a position suitable for its operation within the interior volume 22.
La présente invention propose ainsi un module de batterie comprenant une plaque de traitement thermique structurante et apte à mettre en œuvre un échange thermique permettant avantageusement d’une part la simplification du module de batterie en réduisant le nombre de références nécessaires permettant ainsi la réduction de la masse et du coût du module, et d’autre part optimisant l’échange thermique mis en œuvre entre la plaque et l’au moins une cellule électrochimique en les mettant directement en contact. L’invention assure également la durabilité du module de batterie en traitant thermiquement les zones classiquement les plus impactées par l’échauffement et en étant adaptée à l’évolution des cellules électrochimiques 3 en fonction de leur usure, notamment de leur gonflement. L’assemblage et le désassemblage du module est également simplifié, le positionnement des cellules électrochimiques étant réalisé directement sur la plaque de traitement thermique.The present invention thus proposes a battery module comprising a structuring heat treatment plate and capable of implementing a heat exchange advantageously allowing on the one hand the simplification of the battery module by reducing the number of necessary references thus allowing the reduction of the mass and the cost of the module, and on the other hand optimizing the heat exchange implemented between the plate and the at least one electrochemical cell by putting them directly in contact. The invention also ensures the durability of the battery module by heat treating the areas conventionally most impacted by heating and by being adapted to the evolution of the electrochemical cells 3 according to their wear, in particular their swelling. The assembly and disassembly of the module is also simplified, the positioning of the electrochemical cells being carried out directly on the heat treatment plate.
La présente invention ne saurait toutefois se limiter aux moyens et configurations décrits et illustrés ici et elle s’étend également à tout moyen ou configuration équivalents et à toute combinaison techniquement opérante de tels moyens dans la mesure où ils remplissentin fineles fonctionnalités décrites et illustrées dans le présent document.The present invention cannot, however, be limited to the means and configurations described and illustrated here and it also extends to any equivalent means or configuration and to any technically operative combination of such means to the extent that they ultimately fulfill the functionalities described and illustrated in the present document.
Claims (10)
- le boîtier (2) comprend une pluralité de côtés (21) délimitant un volume intérieur (22) apte à recevoir l’au moins une cellule électrochimique (3) et est ouvert sur au moins un côté ;
- la plaque de traitement thermique (4) est configurée pour fermer le côté ouvert du boîtier (2) et comprend une première paroi (41) et une deuxième paroi (42) reliées entre elles et configurées pour délimiter un circuit (C1) de circulation d’un fluide (F1).Battery module (1) comprising a housing (2), at least one electrochemical cell (3) and at least one heat treatment plate (4) of said cell, characterized in that:
- the housing (2) comprises a plurality of sides (21) delimiting an interior volume (22) capable of receiving the at least one electrochemical cell (3) and is open on at least one side;
- the heat treatment plate (4) is configured to close the open side of the housing (2) and comprises a first wall (41) and a second wall (42) connected to each other and configured to delimit a circuit (C1) for circulation of a fluid (F1).
- l’au moins un organe de maintien (6) est rapporté sur la première paroi (41) et fixé par collage, soudage et/ou brasage ; et/ou
- l’au moins un organe de maintien (6) et la première paroi (41) sont venus de matière.Battery module (1) according to the preceding claim, in which:
- the at least one holding member (6) is attached to the first wall (41) and fixed by gluing, welding and/or brazing; and/or
- the at least one holding member (6) and the first wall (41) are integrally formed.
- le côté ouvert du boîtier (2), fermé par la plaque de traitement thermique (4), est un côté ouvert inférieur ou supérieur du boîtier (2) ; et/ou
- le boîtier (2) comprend une pluralité de côtés ouverts, notamment opposés, et le module comprend une pluralité de plaques de traitement thermique (4), disposées au niveau desdits côtés ouverts.Battery module (1) according to one of the preceding claims, wherein:
- the open side of the housing (2), closed by the heat treatment plate (4), is a lower or upper open side of the housing (2); and/or
- the housing (2) comprises a plurality of open sides, in particular opposite ones, and the module comprises a plurality of heat treatment plates (4), arranged at said open sides.
- une étape de positionnement d’au moins une cellule électrochimique (3) sur la première paroi (41) de la plaque de traitement thermique (4) ;
- une étape de positionnement du boîtier (2) sur la plaque de traitement thermique (4) de sorte à disposer l’au moins une cellule électrochimique (3) dans le volume intérieur (22) et de sorte à fermer le boîtier (2).Method of assembling a battery module (1) according to one of claims 1 to 7 comprising:
- a step of positioning at least one electrochemical cell (3) on the first wall (41) of the heat treatment plate (4);
- a step of positioning the housing (2) on the heat treatment plate (4) so as to arrange the at least one electrochemical cell (3) in the interior volume (22) and so as to close the housing (2).
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| FR2301096A FR3145649A1 (en) | 2023-02-06 | 2023-02-06 | Battery module comprising a heat treatment plate and method of assembling said module |
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