Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

WO2024223442A1 - Electric battery module comprising electrochemical cells in a housing and a flow of dielectric fluid washing over the edges of the cells - Google Patents

Electric battery module comprising electrochemical cells in a housing and a flow of dielectric fluid washing over the edges of the cells Download PDF

Info

Publication number
WO2024223442A1
WO2024223442A1 PCT/EP2024/060775 EP2024060775W WO2024223442A1 WO 2024223442 A1 WO2024223442 A1 WO 2024223442A1 EP 2024060775 W EP2024060775 W EP 2024060775W WO 2024223442 A1 WO2024223442 A1 WO 2024223442A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
cells
housing
battery module
walls
cell
Prior art date
Application number
PCT/EP2024/060775
Other languages
French (fr)
Inventor
Jean michel FIARD
Robert Yu
Original Assignee
Ampere S.A.S.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ampere S.A.S. filed Critical Ampere S.A.S.
Publication of WO2024223442A1 publication Critical patent/WO2024223442A1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61Types of temperature control
    • H01M10/613Cooling or keeping cold
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/64Heating or cooling; Temperature control characterised by the shape of the cells
    • H01M10/647Prismatic or flat cells, e.g. pouch cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6567Liquids
    • H01M10/6568Liquids characterised by flow circuits, e.g. loops, located externally to the cells or cell casings
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/211Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for pouch cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)

Abstract

The invention relates to a battery module (1) for storing electrical energy, comprising a housing (3) and a plurality of electrochemical cells (2) in the housing, each of the cells having a generally parallelepiped shape with a first dimension L1 along X, a second dimension L2 along Y and a small thickness along Z, each cell having respective edges (21, 22, 23, 24), the module comprising respective inner volumes (41, 42, 43, 44) positioned between the edges of the cells and the respective walls (31, 32, 33, 34) of the housing located opposite one another, the cells being arranged one after the other in the direction Z, in abutment between the fifth and sixth walls of the housing, with a forced flow of dielectric fluid in the inner volumes, preferably with a system of baffles at least in the first, second and fourth volumes, the dielectric fluid cooling the cells by washing over the edges.

Description

DESCRIPTION DESCRIPTION
TITRE DE L’INVENTION : Module de batterie électrique comprenant des cellules électrochimiques dans un boîtier et une circulation de fluide diélectrique léchant les tranches des cellules TITLE OF THE INVENTION: Electric battery module comprising electrochemical cells in a housing and a circulation of dielectric fluid licking the slices of the cells
[001 ] L’invention se rapporte à des modules de batterie électrique notamment pour un véhicule automobile à propulsion électrique. [001] The invention relates to electric battery modules, in particular for an electrically powered motor vehicle.
[002] Un tel module de batterie permet de stocker de l’énergie électrique, et comprend à cette fin des cellules électrochimiques. Il peut être utilisé à bord d'un véhicule ou de manière stationnaire. [002] Such a battery module makes it possible to store electrical energy, and for this purpose comprises electrochemical cells. It can be used on board a vehicle or in a stationary manner.
[003] Un tel module de batterie comprend un boîtier renfermant et protégeant les cellules électrochimiques. [003] Such a battery module comprises a housing enclosing and protecting the electrochemical cells.
[004] Il est généralement prévu un système pour agir sur la température interne des cellules électrochimiques notamment pour les refroidir, sans exclure le cas où il est nécessaire de les réchauffer. [004] A system is generally provided for acting on the internal temperature of the electrochemical cells, in particular to cool them, without excluding the case where it is necessary to reheat them.
[005] Lorsque les cellules électrochimiques sont fortement sollicitées, par exemple lors d'une recharge rapide, ou lors d'un appel de puissance important, le système de refroidissement doit être suffisamment performant pour ne pas laisser la température interne de la cellule électrochimique monter trop haut, ce qui permet d'éviter l'événement redouté connu sous le vocable d'«emballement thermique ». [005] When the electrochemical cells are heavily stressed, for example during rapid recharging, or during a high power demand, the cooling system must be sufficiently efficient to not allow the internal temperature of the electrochemical cell to rise too high, which makes it possible to avoid the dreaded event known as "thermal runaway".
[006] À cet effet, il a déjà été proposé d'utiliser un fluide diélectrique en contact direct avec les cellules pour y prélever des calories et les évacuer à distance. Toutefois, ce genre de solution reste perfectible notamment au regard de la nécessité d'avoir une bonne homogénéité des températures dans les différentes cellules et de minimiser la quantité de fluide diélectrique dans le circuit de fluide liquide. [006] For this purpose, it has already been proposed to use a dielectric fluid in direct contact with the cells to collect calories and evacuate them remotely. However, this type of solution remains improvable, particularly with regard to the need to have good temperature homogeneity in the different cells and to minimize the quantity of dielectric fluid in the liquid fluid circuit.
[007] C’est ainsi que les inventeurs ont cherché à proposer une solution pour pouvoir refroidir le plus efficacement possible les cellules électrochimiques d’un module de batterie tout en minimisant la quantité de fluide diélectrique liquide nécessaire dans le circuit de fluide. [008] À cet effet, il est ainsi proposé ici un module de batterie pour stocker de l’énergie électrique, comprenant un boîtier de forme générale parallélépipédique et une pluralité de cellules électrochimiques enfermées dans le boîtier, dans lequel il est fourni un repère cartésien orthogonal avec une première direction, une deuxième direction et une troisième direction, chacune des cellules présentant une forme générale parallélépipédique avec une première dimension L1 selon la première direction, une deuxième dimension L2 selon la deuxième direction et une troisième dimension E1 nommée épaisseur selon la troisième direction, ladite épaisseur étant au moins dix fois inférieure à la somme des première et deuxième dimensions, les première et deuxième directions définissant ensemble un plan de référence XY des cellules, chaque cellule présentant dans le plan de référence XY une forme générale de rectangle avec un premier côté parallèle à la première direction, un deuxième côté parallèle à la deuxième direction, un troisième côté parallèle à la première direction et un quatrième côté parallèle à la deuxième direction, le premier côté coïncidant avec une première tranche (21 ) de la cellule, le deuxième côté coïncidant avec une deuxième tranche (22) de la cellule, le troisième côté coïncidant avec une troisième tranche (23) de la cellule, le quatrième côté coïncidant avec une quatrième tranche (24) de la cellule, le module comprenant un premier volume intérieur (41 ) interposé entre les premières tranches des cellules et une première paroi (31 ) du boîtier située en vis-à-vis, un deuxième volume intérieur (42) interposé entre les deuxièmes tranches des cellules et une deuxième paroi (32) du boîtier située en vis-à-vis, un troisième volume intérieur (43) interposé entre les troisièmes tranches des cellules et une troisième paroi (33) du boîtier située en vis-à-vis, et un quatrième volume intérieur (44) interposé entre les quatrièmes tranches des cellules et une quatrième paroi (34) du boîtier située en vis-à-vis, les cellules étant agencées les unes à la suite des autres dans le sens de la troisième direction Z, en appui facial, indirect ou indirect, entre les cinquième et sixième parois du boîtier, caractérisé en ce qu'il est prévu une circulation de fluide diélectrique forcée dans les premier, deuxième, troisième, quatrième volume intérieur, au contact des tranches, et en ce qu’au moins le premier volume est équipé d’un système de chicanes. [007] Thus, the inventors sought to propose a solution to be able to cool the electrochemical cells of a battery module as efficiently as possible while minimizing the quantity of liquid dielectric fluid required in the fluid circuit. [008] For this purpose, a battery module for storing electrical energy is thus proposed here, comprising a housing of generally parallelepiped shape and a plurality of electrochemical cells enclosed in the housing, in which an orthogonal Cartesian reference frame is provided with a first direction, a second direction and a third direction, each of the cells having a generally parallelepiped shape with a first dimension L1 in the first direction, a second dimension L2 in the second direction and a third dimension E1 called thickness in the third direction, said thickness being at least ten times less than the sum of the first and second dimensions, the first and second directions together defining a reference plane XY of the cells, each cell having in the reference plane XY a general rectangle shape with a first side parallel to the first direction, a second side parallel to the second direction, a third side parallel to the first direction and a fourth side parallel to the second direction, the first side coinciding with a first slice (21) of the cell, the second side coinciding with a second slice (22) of the cell, the third side coinciding with a third slice (23) of the cell, the fourth side coinciding with a fourth slice (24) of the cell, the module comprising a first interior volume (41) interposed between the first slices of the cells and a first wall (31) of the housing located opposite, a second interior volume (42) interposed between the second slices of the cells and a second wall (32) of the housing located opposite, a third interior volume (43) interposed between the third slices of the cells and a third wall (33) of the housing located opposite, and a fourth interior volume (44) interposed between the fourth slices of the cells and a fourth wall (34) of the housing located opposite, the cells being arranged one after the other in the direction of the third direction Z, in facial, indirect or indirect support, between the fifth and sixth walls of the housing, characterized in that a forced circulation of dielectric fluid is provided in the first, second, third, fourth interior volume, in contact slices, and in that at least the first volume is equipped with a baffle system.
[009] Grâce à ces dispositions, le liquide diélectrique circule dans les volumes intérieurs au contact des tranches des cellules électrochimiques mais ne circule pas entre les faces principales (les grandes faces) des cellules électrochimiques. La quantité de liquide mobilisé est ainsi plus faible. Les quatre tranches sont léchées de manière efficace par le fluide diélectrique. [009] Thanks to these arrangements, the dielectric liquid circulates in the interior volumes in contact with the slices of the electrochemical cells but does not circulate between the main faces (the large faces) of the electrochemical cells. The quantity of liquid mobilized is thus lower. The four slices are effectively licked by the dielectric fluid.
[010] On met à profit la bonne conductivité thermique de la cellule selon les premières et deuxièmes directions, alors que la conductivité thermique dans la direction de l'épaisseur s’avère plus faible. Le fluide lèche les cellules dans les zones de meilleure évacuation par conduction thermique intrinsèque. [010] The good thermal conductivity of the cell is used in the first and second directions, while the thermal conductivity in the thickness direction is lower. The fluid licks the cells in the areas of better evacuation by intrinsic thermal conduction.
[011 ] On assure ainsi une bonne régulation thermique, à savoir généralement un refroidissement efficace lorsque les cellules sont très sollicitées thermiquement, sans exclure parfois un réchauffement si les cellules sont trop froides. [011] This ensures good thermal regulation, namely generally effective cooling when the cells are under high thermal stress, without sometimes excluding warming if the cells are too cold.
[012] S’agissant des cellules qui présentent chacune une forme générale parallélépipédique, il faut comprendre ici que chaque cellule a la forme d’un livre. Dans une telle forme, on a ainsi deux faces principales et quatre tranches. [012] With regard to cells which each have a general parallelepiped shape, it must be understood here that each cell has the shape of a book. In such a shape, there are two main faces and four edges.
[013] Avantageusement, les cellules sont calées selon la troisième dimension entre les cinquième et sixième parois du boîtier. De plus les cellules reposent sur le système de chicane prévu sur la paroi inférieure. Le positionnement est ainsi positif, il n'y a pas besoin de suspendre les cellules et il n'y a pas besoin de les maintenir latéralement. [013] Advantageously, the cells are wedged according to the third dimension between the fifth and sixth walls of the housing. In addition, the cells rest on the baffle system provided on the lower wall. The positioning is thus positive, there is no need to suspend the cells and there is no need to hold them laterally.
[014] De plus, dans le premier volume intérieur, en raison de la présence des chicanes, le fluide doit nécessairement circuler selon un parcours imposé prédéfini, et la section de passage pour le fluide diélectrique est partout à peu près la même au contact des premières tranches, et donc la vitesse de circulation locale reste homogène sur l'ensemble du parcours du fluide diélectrique à l’intérieur du premier volume au contact des premières tranches. [014] Furthermore, in the first interior volume, due to the presence of the baffles, the fluid must necessarily circulate along a predefined imposed path, and the passage section for the dielectric fluid is everywhere approximately the same in contact with the first slices, and therefore the local circulation speed remains homogeneous over the entire path of the dielectric fluid inside the first volume in contact with the first slices.
[015] De plus, avantageusement, l'épaisseur de la lame de fluide entre les tranches et la première paroi du boîtier est sensiblement constante. [015] Furthermore, advantageously, the thickness of the fluid blade between the slices and the first wall of the housing is substantially constant.
[016] On remarque que le fluide diélectrique est ici monophasique, il reste essentiellement en phase liquide. [017] Le nombre de cellules dans le boîtier peut être quelconque, par exemple entre 5 et 50. [016] We note that the dielectric fluid is here single-phase, it remains essentially in liquid phase. [017] The number of cells in the housing can be any, for example between 5 and 50.
[018] Selon un aspect, chaque cellule présente une première borne électrique faisant saillie à partir de la deuxième tranche vers l’extérieur de la cellule une deuxième borne faisant saillie à partir de la quatrième tranche vers l’extérieur de la cellule. Ces bornes permettent de raccorder ensemble les cellules en mode série ou parallèle, via des éléments appelés bus-barre, les bus-barres sont reliés à un conducteur collecteur général du module qui permet de relier le module à des modules voisins par au moins une borne extérieure positive et une borne extérieure négative. [018] According to one aspect, each cell has a first electrical terminal projecting from the second edge towards the outside of the cell, a second terminal projecting from the fourth edge towards the outside of the cell. These terminals make it possible to connect the cells together in series or parallel mode, via elements called bus bars, the bus bars are connected to a general collector conductor of the module which makes it possible to connect the module to neighboring modules by at least one positive external terminal and one negative external terminal.
[019] Selon un aspect, il est prévu en outre un système de chicanes au moins dans les deuxième et quatrième volumes intérieurs. [019] According to one aspect, a system of baffles is further provided at least in the second and fourth interior volumes.
[020] La présence des bornes électriques n'est pas incompatible avec la formation d'un système de chicane. En imposant un parcours prédéfini pour le fluide, on s'assure que toutes les zones des deuxièmes et quatrièmes tranches des cellules sont bien balayées par le fluide dit électrique et sont correctement refroidies. Moyennant quoi, la section de passage pour le fluide diélectrique est partout à peu près la même, et donc la vitesse de circulation locale reste homogène sur l'ensemble du parcours du fluide diélectrique. [020] The presence of electrical terminals is not incompatible with the formation of a baffle system. By imposing a predefined path for the fluid, it is ensured that all the zones of the second and fourth sections of the cells are well swept by the so-called electrical fluid and are correctly cooled. As a result, the passage section for the dielectric fluid is everywhere approximately the same, and therefore the local circulation speed remains homogeneous over the entire path of the dielectric fluid.
[021 ] Selon un aspect, il est prévu en outre un système de chicanes aussi dans le troisième volume intérieur. Sur le dessus aussi, le système de chicanes impose alors au fluide un parcours imposé prédéfini. En imposant un parcours prédéfini pour le fluide, on s'assure que toutes les zones des troisièmes tranches des cellules sont bien balayées par le fluide dit électrique et sont correctement refroidies. [021] According to one aspect, a baffle system is also provided in the third interior volume. Also on the top, the baffle system then imposes a predefined imposed path on the fluid. By imposing a predefined path for the fluid, it is ensured that all areas of the third slices of the cells are properly swept by the so-called electric fluid and are properly cooled.
[022] Selon un aspect, le système de chicanes comprend des murets (51 ,52,53,54) et des passages (56), avec une section de passage homogène et sensiblement constante sur tout le parcours muni de chicanes. Dit autrement, le muret ne fait pas toute la longueur du côté, il est interrompu à un bout pour laisser place à un passage. Mais la hauteur du muret est complète, le muret ne laisse passer aucun fluide, sauf du coté du passage. [022] According to one aspect, the baffle system comprises low walls (51, 52, 53, 54) and passages (56), with a homogeneous and substantially constant passage section over the entire path provided with baffles. In other words, the low wall does not run the entire length of the side, it is interrupted at one end to leave room for a passage. But the height of the low wall is complete, the low wall does not allow any fluid to pass, except on the side of the passage.
[023] On impose ainsi un parcours en serpentin plat et on assure une vitesse de circulation du fluide sensiblement constante sur tout le parcours muni de chicanes. [024] On trouve ceci non seulement dans le premier volume intérieur, c'est à dire au niveau de la paroi inférieure du boîtier mais aussi le cas échéant au niveau des deuxième et quatrième volumes intérieurs, ainsi que dans le troisième volume intérieur le cas échéant. [023] This imposes a flat serpentine path and ensures a substantially constant fluid circulation speed over the entire path equipped with baffles. [024] This is found not only in the first interior volume, i.e. at the level of the lower wall of the housing, but also where appropriate at the level of the second and fourth interior volumes, as well as in the third interior volume where appropriate.
[025] Selon un aspect, les passages sont alternés ; c'est-à-dire que pour un couple [muret + passage], le couple suivant est disposé symétriquement, i.e. le passage étant à l'extrémité opposée du précédent, i.e. en quinconce. On obtient ainsi un parcours en serpentin plat. [025] According to one aspect, the passages are alternated; that is to say that for a pair [low wall + passage], the following pair is arranged symmetrically, i.e. the passage being at the opposite end of the previous one, i.e. in a staggered manner. This gives a flat serpentine path.
[026] Selon un aspect, le fluide circule dans le premier volume intérieur entre deux murets voisins, et y circule le long de la troisième direction (Z), et le fluide circule dans le deuxième et quatrième volumes intérieurs entre deux murets voisins le long de la deuxième direction (Y). [026] According to one aspect, the fluid circulates in the first interior volume between two neighboring walls, and circulates there along the third direction (Z), and the fluid circulates in the second and fourth interior volumes between two neighboring walls along the second direction (Y).
[027] Selon un aspect, les murets dans le premier volume forment entretoise de support. Ces entretoises de support forment un calage dans la direction verticale. Dans une orientation nominale, les entretoises de support supportent le poids des cellules électrochimiques. Les premières tranches sont ainsi posées sur les murets/entretoises. [027] In one aspect, the walls in the first volume form support spacers. These support spacers form a wedge in the vertical direction. In a nominal orientation, the support spacers support the weight of the electrochemical cells. The first slices are thus placed on the walls/spacers.
[028] Selon un aspect, il est prévu des pavés de remplissage (47) de part et d'autre des bornes électriques pour avoir une section de passage sensiblement homogène et pour limiter la quantité de liquide diélectrique nécessaire. [028] According to one aspect, filling blocks (47) are provided on either side of the electrical terminals to have a substantially homogeneous passage section and to limit the quantity of dielectric liquid required.
[029] Selon un aspect, il est prévu des plaques de conduction thermique interposées entre des cellules et débouchant dans le troisième volume. On complète ainsi le prélèvement thermique sur les tranches par un prélèvement sur les faces principales des cellules via les plaques de conduction thermique. [029] According to one aspect, thermal conduction plates are provided interposed between cells and opening into the third volume. The thermal sampling on the slices is thus completed by sampling on the main faces of the cells via the thermal conduction plates.
[030] Selon un aspect, les plaques de conduction thermique présentent une portion supérieure qui s'étend à angle droit à partir du corps principal de la plaque de conduction thermique. [030] In one aspect, the heat conduction plates have an upper portion that extends at right angles from the main body of the heat conduction plate.
[031 ] Selon un aspect, la portion supérieure des plaques de conduction thermique est léchée des deux côtés. Selon un aspect alternatif, la portion supérieure des plaques de conduction thermique est léchée sur un seul côté. [031] In one aspect, the upper portion of the heat conduction plates is licked on both sides. In an alternative aspect, the upper portion of the heat conduction plates is licked on only one side.
[032] Selon un aspect, il est prévu une seule entrée de fluide et une seule sortie de fluide pour le module. La gestion du passage entre l'intérieur et l'extérieur est ainsi facilité, ce point singulier est traité dans une seule pièce, dans un seul côté du boîtier. [033] De préférence, l’entrée et la sortie sont adjacentes. Le traitement de l'étanchéité des passages est faite localement sur une petite pièce technique par exemple surmoulée ou avec joints. [032] According to one aspect, a single fluid inlet and a single fluid outlet are provided for the module. The management of the passage between the interior and the exterior is thus facilitated, this singular point being treated in a single part, in a single side of the housing. [033] Preferably, the inlet and outlet are adjacent. The sealing treatment of the passages is done locally on a small technical part, for example overmolded or with seals.
[034] Selon un aspect, les murets peuvent être insérés, en partie, entre deux cellules adjacentes, un muret étant positionné dans le prolongement d'une feuille de compression en mousse intercalée entre deux cellules. [034] In one aspect, the walls may be inserted, in part, between two adjacent cells, with one wall being positioned in line with a foam compression sheet sandwiched between two cells.
[035] La présente invention vise aussi un boîtier de protection et de confinement pour module de batterie, le boîtier comprenant une paroi de fond équipée de projections formant support et chicanes, le boîtier comprenant une entrée de fluide et une sortie de fluide, et au moins deux bornes électriques de raccordement, le boîtier étant destiné à recevoir un ensemble de cellules électrochimiques. [035] The present invention also relates to a protective and containment housing for a battery module, the housing comprising a bottom wall equipped with projections forming a support and baffles, the housing comprising a fluid inlet and a fluid outlet, and at least two electrical connection terminals, the housing being intended to receive a set of electrochemical cells.
[036] Selon un aspect, les deuxième et quatrième parois, et le cas échéant la troisième paroi, peuvent être elles aussi équipées de murets formant chicanes. [036] According to one aspect, the second and fourth walls, and where appropriate the third wall, may also be equipped with walls forming baffles.
[037] Selon un aspect complémentaire, il peut être prévu une interface de passage pour deux conduites fluides et pour deux conducteurs électriques, dont la fonction est de relier l'intérieur du boîtier à l'extérieur du boîtier. [037] According to a complementary aspect, a passage interface for two fluid conduits and for two electrical conductors may be provided, the function of which is to connect the interior of the housing to the exterior of the housing.
[038] L’invention sera davantage détaillée par la description de modes de réalisation non limitatifs, et sur la base des figures annexées illustrant des variantes de l’invention, dans lesquelles : [038] The invention will be further detailed by the description of non-limiting embodiments, and on the basis of the appended figures illustrating variants of the invention, in which:
[Fig.1 ] illustre schématiquement en perspective une cellule électrochimique entrant dans la composition d’un module de batterie selon la présente invention ; [Fig.1] schematically illustrates in perspective an electrochemical cell forming part of the composition of a battery module according to the present invention;
[Fig.2] illustre schématiquement une coupe dans le plan XY d’un exemple de module de batterie selon la présente invention; [Fig.2] schematically illustrates a section in the XY plane of an exemplary battery module according to the present invention;
[Fig.3] illustre schématiquement une coupe dans le plan YZ d’un exemple de module de batterie selon la présente invention; [Fig.3] schematically illustrates a section in the YZ plane of an exemplary battery module according to the present invention;
[Fig.4] illustre schématiquement en perspective un ensemble de cellules électrochimiques; [Fig.4] schematically illustrates in perspective a set of electrochemical cells;
[Fig.5] illustre schématiquement en perspective un exemple de paroi de fond du boîtier avec les projections formant support et murets de chicane; [Fig.6] illustre schématiquement en vue en plan un exemple de paroi de fond du boîtier avec les projections formant support et murets de chicane; [Fig.7] montre un schéma en perspective d’un exemple de parcours de fluide dans les volumes intérieurs; [Fig.5] schematically illustrates in perspective an example of a bottom wall of the housing with the projections forming support and baffle walls; [Fig.6] schematically illustrates in plan view an example of a bottom wall of the housing with the projections forming support and baffle walls; [Fig.7] shows a perspective diagram of an example of a path of fluid in the interior volumes;
[Fig.8] montre en vue de plan un exemple de parcours de fluide dans les quatre volumes intérieurs; [Fig.8] shows in plan view an example of fluid path in the four interior volumes;
[Fig.9] illustre schématiquement un boîtier de confinement d’une pluralité de cellules électrochimiques; [Fig.9] schematically illustrates a containment housing for a plurality of electrochemical cells;
[Fig.10] illustre schématiquement une coupe dans le plan XY d’un exemple de boîtier de confinement et protection; [Fig.10] schematically illustrates a section in the XY plane of an example of a containment and protection box;
[Fig.11 ] illustre une vue partielle d’extrémité en coupe médiane dans le plan XZ selon la ligne de coupe XI-XI sur la figure 2 ; [Fig.11] illustrates a partial end view in median section in the XZ plane along the section line XI-XI in Figure 2;
[Fig.12] illustre schématiquement une variante avec des plaques de conduction thermique agencées entre deux cellules voisines; [Fig.12] schematically illustrates a variant with thermal conduction plates arranged between two neighboring cells;
[Fig.13] illustre schématiquement une coupe dans le plan YZ d’un exemple de module selon la variante de la figure 12 ; [Fig.13] schematically illustrates a section in the YZ plane of an example of a module according to the variant of figure 12;
[Fig.14] montre en vue en perspective un exemple de parcours de fluide dans la variante de la figure 12; [Fig.14] shows in perspective view an example of fluid path in the variant of Figure 12;
[Fig.15] illustre schématiquement une autre variante de réalisation du boîtier de confinement. [Fig.15] schematically illustrates another variant of the containment housing.
[039] Sur les différentes figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou similaires. Pour des raisons de clarté de l'exposé, certains éléments ne sont pas nécessairement représentés à l'échelle. [039] In the various figures, the same references designate identical or similar elements. For reasons of clarity of the disclosure, certain elements are not necessarily shown to scale.
[040] L’invention concerne un module de batterie pour véhicule automobile à propulsion/traction électrique, non représenté aux figures. Le véhicule considéré ici peut être un véhicule à quatre roues de type berline, coupé, break, pick-up, fourgon, monospace, etc... [040] The invention relates to a battery module for an electric propulsion/traction motor vehicle, not shown in the figures. The vehicle considered here may be a four-wheeled vehicle of the sedan, coupe, station wagon, pick-up, van, minivan, etc. type.
[041 ] Ici, le véhicule en question peut être 100% électrique ou peut être un véhicule de type hybride à savoir la combinaison d'une chaîne de traction électrique avec un moteur à combustion interne. [041] Here, the vehicle in question may be 100% electric or may be a hybrid type vehicle, namely the combination of an electric powertrain with an internal combustion engine.
[042] Un véhicule à propulsion/traction électrique comprend au moins un dispositif de stockage d'énergie électrique, autrement appelé batterie. Le véhicule concerné ici comprend un ou plusieurs modules de batterie. Le raccordement des modules entre eux peut être en configuration série ou en parallèle ou un mix des deux, pour obtenir une tension élevée sur la batterie de traction, par exemple de type 400 volts ou plus. [043] Dans le présent document, un module de batterie 1 comprend une pluralité de cellules électrochimiques 2. Les cellules électrochimiques en question sont typiquement de type lithium-ion. D'autres types de cellules ne sont toutefois pas exclus. Les cellules électrochimiques 2 sont contenues est protégées à l'intérieur d'un boîtier 3. [042] An electrically propelled/tracted vehicle comprises at least one electrical energy storage device, otherwise called a battery. The vehicle concerned here comprises one or more battery modules. The connection of the modules to each other may be in series or parallel configuration or a mix of the two, to obtain a high voltage on the traction battery, for example of the 400 volt type or more. [043] In the present document, a battery module 1 comprises a plurality of electrochemical cells 2. The electrochemical cells in question are typically of the lithium-ion type. Other types of cells are however not excluded. The electrochemical cells 2 are contained and protected inside a housing 3.
[044] On remarque que le module de batterie 1 présenté ici peut être également utilisé dans une configuration stationnaire, c'est-à-dire indépendamment d'un véhicule automobile. [044] It is noted that the battery module 1 presented here can also be used in a stationary configuration, that is to say independently of a motor vehicle.
[045] Un tel module de batterie permet de gérer de l’énergie électrique, selon le cycle d'utilisation, on peut emmagasiner/stocker de l'énergie dans le module, ou bien prélever de l'énergie depuis le module. [045] Such a battery module makes it possible to manage electrical energy; depending on the usage cycle, energy can be stored in the module, or energy can be drawn from the module.
[046] Lorsque les cellules électrochimiques sont fortement sollicitées, par exemple lors d'une recharge rapide, ou lors d'un appel de puissance important, il s'avère nécessaire de prévoir un système de refroidissement. [046] When electrochemical cells are subject to heavy load, for example during rapid recharging or during a high power demand, it becomes necessary to provide a cooling system.
[047] Le système de refroidissement doit être suffisamment performant pour ne pas laisser la température interne de la cellule électrochimique monter trop haut, ce qui permet d'éviter l'événement redouté connu sous le vocable d'«emballement thermique ». [047] The cooling system must be efficient enough to prevent the internal temperature of the electrochemical cell from rising too high, thereby avoiding the dreaded event known as "thermal runaway".
[048] On définit un repère cartésien orthogonal avec une première direction notée X, une deuxième direction notée Y et une troisième direction notée Z, représenté sur la plupart des figures. X,Y,Z sont perpendiculaires deux à deux. [048] We define an orthogonal Cartesian frame with a first direction noted X, a second direction noted Y and a third direction noted Z, represented in most of the figures. X, Y, Z are perpendicular two by two.
[049] En référence aux figures 1 et 4, chaque cellule électrochimique 2 présente une forme générale parallélépipédique avec une première dimension L1 selon la première direction X, une deuxième dimension L2 selon la deuxième direction Y et une troisième dimension E1 nommée épaisseur selon la troisième direction Z. [049] With reference to figures 1 and 4, each electrochemical cell 2 has a general parallelepiped shape with a first dimension L1 along the first direction X, a second dimension L2 along the second direction Y and a third dimension E1 called thickness along the third direction Z.
[050] Chaque cellule a la forme d’un livre, on a ainsi deux faces principales 25, 26 et quatre tranches 21 ,22,23,24. [050] Each cell has the shape of a book, so there are two main faces 25, 26 and four edges 21, 22, 23, 24.
[051 ] L’épaisseur E1 est au moins dix fois inférieure à la somme des première et deuxième dimensions L1+L2. Dans un exemple, l’épaisseur E1 est au moins 20 fois inférieure à la somme des première et deuxième dimensions L1+L2[051] The thickness E1 is at least ten times less than the sum of the first and second dimensions L1+L2. In one example, the thickness E1 is at least 20 times less than the sum of the first and second dimensions L1+L2.
[052] L1 peut être compris entre 20 cm et 50 cm. L2 peut être compris entre 10 cm et 30 cm. E1 peut être compris entre 5 mm et 15 mm. [053] Chaque cellule 2 présente dans le plan de référence XY une forme générale de rectangle, avec un premier côté 11 parallèle à la première direction X, un deuxième côté 12 parallèle à la deuxième direction Y, un troisième côté 13 parallèle à la première direction X et un quatrième côté 14 parallèle à la deuxième direction Y. [052] L1 can be between 20 cm and 50 cm. L2 can be between 10 cm and 30 cm. E1 can be between 5 mm and 15 mm. [053] Each cell 2 has in the reference plane XY a general shape of a rectangle, with a first side 11 parallel to the first direction X, a second side 12 parallel to the second direction Y, a third side 13 parallel to the first direction X and a fourth side 14 parallel to the second direction Y.
[054] Le premier 11 côté coïncide avec une première tranche 21 de la cellule, le deuxième côté 12 coïncide avec une deuxième tranche 22 de la cellule, le troisième côté 13 coïncide avec une troisième tranche 23 de la cellule et le quatrième côté 14 coïncide avec une quatrième tranche 24. [054] The first 11 side coincides with a first slice 21 of the cell, the second side 12 coincides with a second slice 22 of the cell, the third side 13 coincides with a third slice 23 of the cell and the fourth side 14 coincides with a fourth slice 24.
[055] Pour compléter la description géométrique d'une cellule, ladite cellule comprend deux grandes faces 25, 26 dites faces principales, repérées sur la figure 1 . [055] To complete the geometric description of a cell, said cell comprises two large faces 25, 26 called main faces, identified in figure 1.
[056] Chaque cellule présente une première borne électrique B1 , par exemple de polarité positive et une deuxième borne électrique B2, par exemple de polarité négative. La première borne électrique B1 fait saillie à partir de la deuxième tranche 22 vers l’extérieur de la cellule (vers X -). La deuxième borne électrique B2 fait saillie à partir de la quatrième tranche 24 vers l’extérieur de la cellule (vers X +). [056] Each cell has a first electrical terminal B1, for example of positive polarity and a second electrical terminal B2, for example of negative polarity. The first electrical terminal B1 projects from the second slice 22 towards the outside of the cell (towards X -). The second electrical terminal B2 projects from the fourth slice 24 towards the outside of the cell (towards X +).
[057] Comme illustré à la figure 4, on forme d'assemblage avec une pluralité de cellules 2 juxtaposées les unes contre les autres à l'endroit de leur face principale et avec leurs tranches généralement alignées. Les deux cellules aux positions extrême sont notées 27, 28. [057] As illustrated in Figure 4, an assembly is formed with a plurality of cells 2 juxtaposed against each other at the location of their main face and with their edges generally aligned. The two cells at the extreme positions are noted 27, 28.
[058] Comme visible à la figure 15, le boîtier 3 a une forme générale parallélépipédique. Le boîtier comprend une paroi inférieure 31 (appelée première paroi), une paroi frontale 32 (appelée deuxième paroi), une paroi supérieure 33 (appelée troisième paroi), une paroi dorsale 34 (appelée quatrième paroi), une paroi latérale 35 (appelée cinquième paroi) et une autre paroi latérale 36 (appelée sixième paroi) opposée. [058] As visible in Figure 15, the housing 3 has a generally parallelepiped shape. The housing comprises a lower wall 31 (called first wall), a front wall 32 (called second wall), an upper wall 33 (called third wall), a back wall 34 (called fourth wall), a side wall 35 (called fifth wall) and another side wall 36 (called sixth wall) opposite.
[059] En se tournant vers la figure 2, le module 1 comprend un premier volume intérieur 41 interposé entre les premières tranches 21 des cellules et la première paroi 31 du boîtier située en vis-à-vis. Le premier volume intérieur 41 est formé par l'espace laissé libre entre la tranche inférieure des cellules et la paroi de fond du boîtier. L’intervalle laissé libre présente une largeur selon Z comprise entre 30 mm et 150 mm, de préférence une largeur comprise entre 50 mm et 80 mm. L’intervalle laissé libre présente une hauteur selon Y comprise entre 1 mm et 5 mm, de préférence comprise entre 2 mm et 3 mm. [059] Turning to Figure 2, the module 1 comprises a first interior volume 41 interposed between the first slices 21 of the cells and the first wall 31 of the housing located opposite. The first interior volume 41 is formed by the space left free between the lower slice of the cells and the bottom wall of the housing. The gap left free has a width along Z of between 30 mm and 150 mm, preferably a width of between 50 mm and 80 mm. The free interval has a height along Y of between 1 mm and 5 mm, preferably between 2 mm and 3 mm.
[060] Comme nous le verrons plus loin, cet espace libre va être le siège d'une circulation de fluide diélectrique de refroidissement des cellules. [060] As we will see later, this free space will be the seat of a circulation of dielectric fluid for cooling the cells.
[061 ] De manière similaire, le module 1 comprend un deuxième volume intérieur 42 interposé entre les deuxièmes tranches 22 des cellules et la deuxième paroi 32 du boîtier située en vis-à-vis, un troisième volume intérieur 43 interposé entre les troisièmes tranches 23 et la troisième paroi 33 du boîtier située en vis-à-vis, et un quatrième volume intérieur 44 interposé entre les quatrièmes tranches 24 et la quatrième paroi 34 du boîtier située en vis-à-vis. [061] Similarly, the module 1 comprises a second interior volume 42 interposed between the second slices 22 of the cells and the second wall 32 of the housing located opposite, a third interior volume 43 interposed between the third slices 23 and the third wall 33 of the housing located opposite, and a fourth interior volume 44 interposed between the fourth slices 24 and the fourth wall 34 of the housing located opposite.
[062] En revanche du côté des cinquième et sixième parois du boîtier, il n'y a pas d'espace libre laissé pour une présence de liquide diélectrique. Les cellules sont agencées les unes à la suite des autres ; les cellules extrêmes 27, 28 de l’ensemble de cellules sont plaquées contre les des cinquième et sixième parois du boîtier. Comme il sera vu plus loin, il peut y avoir un élément auxiliaire intercalé (‘intercalaire’) entre deux cellules, mais il est également en appui contre les faces principales des cellules. Dit autrement, les cinquième et sixième parois 35, 36 du boîtier prennent en sandwich l’empilage des cellules dans le sens Z. [062] On the other hand, on the side of the fifth and sixth walls of the housing, there is no free space left for the presence of dielectric liquid. The cells are arranged one after the other; the end cells 27, 28 of the set of cells are pressed against the fifth and sixth walls of the housing. As will be seen later, there may be an auxiliary element inserted (‘spacer’) between two cells, but it also bears against the main faces of the cells. In other words, the fifth and sixth walls 35, 36 of the housing sandwich the stack of cells in the Z direction.
[063] Dit autrement, les cellules agencées les unes à la suite des autres dans le sens de la troisième direction Z, sont en appui facial, indirect ou indirect, entre les cinquième et sixième parois (35,36) du boîtier. [063] In other words, the cells arranged one after the other in the direction of the third direction Z, are in facial support, indirect or indirect, between the fifth and sixth walls (35,36) of the housing.
[064] Comme vu aux figures, notamment 3, 4, 1 1 et 13, le module 1 comprend une pluralité de cellules électrochimiques 2 enfermées dans le boîtier. [064] As seen in the figures, in particular 3, 4, 11 and 13, the module 1 comprises a plurality of electrochemical cells 2 enclosed in the housing.
[065] Le nombre de cellules contenues dans le boîtier 3 peut être quelconque entre 2 et 50. En pratique, le plus souvent, on dispose dans le module entre 10 et 30 cellules et de manière encore plus préférée entre 12 et 24 cellules. [065] The number of cells contained in the housing 3 can be any between 2 and 50. In practice, most often, there are between 10 and 30 cells in the module and even more preferably between 12 and 24 cells.
[066] D’une manière générale, il est prévu une circulation de fluide diélectrique forcée dans les quatre volumes intérieurs, i.e. le premier volume intérieur 41 , le deuxième volume intérieur 42, le troisième volume intérieur 43 et le quatrième volume intérieur 44. [066] Generally, forced circulation of dielectric fluid is provided in the four interior volumes, i.e. the first interior volume 41, the second interior volume 42, the third interior volume 43 and the fourth interior volume 44.
[067] Il s'agit ici d'une circulation forcée. Le système comprend une pompe non représentée aux figures. [068] Le fluide peut diélectrique être du Novec™ de 3M™ ou du SF33™ ou encore tout autre fluide équivalent. [067] This is a forced circulation. The system includes a pump not shown in the figures. [068] The dielectric fluid may be 3M™ Novec™ or SF33™ or any other equivalent fluid.
[069] En référence aux figures 5, 6 et 8B, il est prévu un système de chicanes pour contraindre la circulation du fluide et le parcours du fluide autour des cellules. Pour le cas du premier volume intérieur 41 , ce système de chicanes comprend des murets 51 et des passages 56. [069] With reference to FIGS. 5, 6 and 8B, a baffle system is provided to constrain the circulation of the fluid and the path of the fluid around the cells. For the case of the first interior volume 41, this baffle system comprises walls 51 and passages 56.
[070] Le parcours ainsi défini est noté P1. Le parcours P1 a la forme d’un serpentin plat. [070] The path thus defined is noted P1. Path P1 has the shape of a flat serpentine.
[071 ] En outre, les murets 51 dans le premier volume 41 font office d’entretoises de support. La figure 12 illustre que la tranche du bas de chaque cellule 21 repose sur un ou plusieurs murets 51. Les cellules ici de reposent sur les murets (ici quatre murets, mais le nombre de murets pourrait être plus grand). Dans l'exemple illustré, il est prévu des cales 57, ici de forme triangulaire, ces cales servent à maintenir en place les murets. Dans une autre forme de réalisation, les murets 51 peuvent être issus de matière de la paroi de fond 31. [071] In addition, the low walls 51 in the first volume 41 act as support spacers. Figure 12 illustrates that the bottom edge of each cell 21 rests on one or more low walls 51. The cells here rest on the low walls (here four low walls, but the number of low walls could be greater). In the example illustrated, shims 57 are provided, here of triangular shape, these shims serve to hold the low walls in place. In another embodiment, the low walls 51 can be made from the material of the bottom wall 31.
[072] Avantageusement, la circulation du fluide s'effectue dans un mode série à l'intérieur du module. Grâce à cela, on assure un balayage/léchage de toutes les zones de tranches avec la même vitesse de circulation. [072] Advantageously, the circulation of the fluid is carried out in a series mode inside the module. Thanks to this, a sweeping/licking of all the slice zones is ensured with the same circulation speed.
[073] On remarque que, dans le premier volume intérieur 41 , le fluide parcours des zigzags transversaux, car en effet les murets s’étendent dans le plan YZ transversalement à la progression générale du fluide depuis une extrémité longitudinale P1a en X jusqu'à l'autre extrémité longitudinale opposée P1b. Entre les murets 51 , le fluide se déplace principalement le long de la direction Z. Aux figures, nous avons représenté 5 murets transversaux 51 et 4 parcours de fluide transversaux mais bien entendu le nombre de murets pourrait être plus important ou moins important, ainsi que le nombre de zigzags du parcours du fluide. [073] It is noted that, in the first interior volume 41, the fluid travels in transverse zigzags, because in fact the walls extend in the YZ plane transversely to the general progression of the fluid from one longitudinal end P1a in X to the other opposite longitudinal end P1b. Between the walls 51, the fluid moves mainly along the Z direction. In the figures, we have shown 5 transverse walls 51 and 4 transverse fluid paths but of course the number of walls could be greater or less, as well as the number of zigzags in the fluid path.
[074] On note aussi que le fluide ne circule pas sur les faces principales des cellules. [074] It is also noted that the fluid does not circulate on the main faces of the cells.
[075] Le fluide reste dans une phase liquide, il n'y a pas de bulles. [075] The fluid remains in a liquid phase, there are no bubbles.
[076] Le cumul de volumes pour les quatre volumes intérieurs reste ainsi raisonnable et le volume de liquide reste modeste. En particulier dans la présente invention, le cumul des 4 volumes représente moins de 1 % du volume du boîtier. Dans une réalisation, le cumul des 4 volumes peut représenter moins de 0,5% du volume du boîtier. [076] The cumulative volume for the four interior volumes thus remains reasonable and the volume of liquid remains modest. In particular in the present invention, the cumulative volume of the 4 volumes represents less than 1% of the volume of the housing. In one embodiment, the accumulation of the 4 volumes can represent less than 0.5% of the volume of the housing.
[077] De manière similaire à ce qui a été présenté pour les chicanes à l'intérieur du premier volume intérieur 41 , il est prévu également un système de chicanes dans le deuxième volume intérieur 42 entre les deuxièmes tranches 22 des cellules et la deuxième paroi 32 du boîtier, sur la face frontale du boîtier. [077] Similar to what has been presented for the baffles inside the first interior volume 41, a system of baffles is also provided in the second interior volume 42 between the second slices 22 of the cells and the second wall 32 of the housing, on the front face of the housing.
[078] Plus précisément, en se tournant vers les figure 7 et 8D, le parcours P2 fait des allers-retours entre les murets 52 qui s'étendent dans un plan XY. Entre les murets 52, le fluide se déplace principalement le long de la direction Y. Le parcours P2 débute au point d'arrivée P2a en provenance du volume intérieur 41 et se poursuit jusqu'à la sortie à l'endroit noté P2b. [078] More specifically, turning to Figures 7 and 8D, the path P2 goes back and forth between the walls 52 which extend in an XY plane. Between the walls 52, the fluid moves mainly along the Y direction. The path P2 begins at the arrival point P2a from the interior volume 41 and continues to the outlet at the location denoted P2b.
[079] Entre les murets verticaux 52, se trouvent à mi-hauteur les bornes électriques B1, non représentées sur la figure 7. [079] Between the vertical walls 52, at mid-height, are the electrical terminals B1, not shown in figure 7.
[080] Optionnellement, du côté des bornes électriques, on peut prévoir des pavés de remplissage 47 (visible aux figures 2 et 10) au dessus et au dessous desdites bornes, de manière à ce que l'épaisseur de la lame de fluide soit à peu près partout identique. Les pavés de remplissage 47 s’étendent à partir des surfaces intérieures des deuxième et quatrième parois. [080] Optionally, on the side of the electrical terminals, filling blocks 47 (visible in FIGS. 2 and 10) may be provided above and below said terminals, so that the thickness of the fluid layer is almost identical everywhere. The filling blocks 47 extend from the inner surfaces of the second and fourth walls.
[081 ] On remarque que les bornes électriques B1 sont également léchées par la circulation du fluide diélectrique, ce qui contribue à augmenter le coefficient d'échange thermique entre l'intérieur de la cellule et le fluide diélectrique. [081] It is noted that the electrical terminals B1 are also licked by the circulation of the dielectric fluid, which contributes to increasing the heat exchange coefficient between the interior of the cell and the dielectric fluid.
[082] De manière similaire à ce qui a été présenté pour les chicanes à l'intérieur des deux premiers volumes intérieurs, il est prévu également un système de chicane dans le troisième volume intérieur 43 entre les troisième tranches 23 des cellules et la troisième paroi 33 du boîtier. [082] Similar to what has been presented for the baffles inside the first two interior volumes, a baffle system is also provided in the third interior volume 43 between the third slices 23 of the cells and the third wall 33 of the housing.
[083] Comme nous le verrons plus loin le système de chicanes sur la partie supérieure correspondant au troisième volume intérieur est optionnel. [083] As we will see later, the baffle system on the upper part corresponding to the third interior volume is optional.
[084] Là aussi il est prévu des murs et transversaux 53, et le dispositif est tout à fait similaire à celui qui a été présenté pour le premier volume intérieur. Le fluide fait des zigzags transversaux les murets 53 s'étendant dans un plan YZ. Le parcours en serpentin plat P3 est représenté à plat sur la figure 8A. [084] Here too, walls and crosspieces 53 are provided, and the device is quite similar to that which was presented for the first interior volume. The fluid makes transverse zigzags on the walls 53 extending in a plane YZ. The flat serpentine path P3 is shown flat in FIG. 8A.
[085] De manière similaire à ce qui a été présenté pour les chicanes à l'intérieur des deux autres volumes intérieurs, il est prévu également un système de chicane dans le quatrième volume intérieur 44 entre les quatrième tranches 24 des cellules et la troisième paroi 34 du boîtier. [085] Similar to what has been presented for the baffles inside the other two interior volumes, a system of baffle in the fourth interior volume 44 between the fourth slices 24 of the cells and the third wall 34 of the housing.
[086] Le parcours P4 sur la face dorsale est similaire à ce qui a été présenté pour le deuxième volume intérieur du côté de la face frontale du boîtier. Le parcours en serpentin plat P4 est représenté à plat sur la figure 8C. Le parcours P4 débute au point P4a en provenance du volume intérieur 43 et se poursuit jusqu'à la sortie à l'endroit noté P4b. [086] The path P4 on the dorsal face is similar to what was shown for the second interior volume on the front face side of the housing. The flat serpentine path P4 is shown flat in FIG. 8C. The path P4 begins at point P4a from the interior volume 43 and continues to the outlet at the location marked P4b.
[087] Sur la figure 10, un boîtier de protection et confinement 3 a été représenté en coupe avec tous les murets discutés ci-dessus, les murets étant attachés à la structure du boîtier. Ainsi, il suffit d'insérer l'ensemble des cellules à l'intérieur du boîtier 3 pour obtenir le module de batterie complet. [087] In Figure 10, a protective and containment housing 3 has been shown in section with all the walls discussed above, the walls being attached to the structure of the housing. Thus, it is sufficient to insert all of the cells inside the housing 3 to obtain the complete battery module.
[088] Avantageusement selon la présente invention, il suffit d'une entrée unique IN, et d'une sortie unique OUT pour relier l'intérieur du module avec la partie de circuit de fluide à circulation forcée extérieur au module. [088] Advantageously according to the present invention, a single input IN and a single output OUT are sufficient to connect the interior of the module with the forced circulation fluid circuit part outside the module.
[089] Comme il illustré à la figure 8, le fluide entre par l'entrée IN, il est dirigé sur le parcours supérieur P3 (cf figure 8A) dans le volume intérieur 43 ; à la sortie du parcours P3 il rejoint le quatrième volume intérieur 44 et suit le parcours P4 (cf figure 8C) ; le fluide est ensuite est dirigé sur le parcours inférieur P1 (cf figure 8B) dans le volume intérieur 41 ; pour finir, le fluide rejoint le deuxième volume intérieur 42 et suit le parcours P2 avant de ressortir par la sortie OUT (cf figure 8D). [089] As illustrated in FIG. 8, the fluid enters through the inlet IN, it is directed on the upper path P3 (see FIG. 8A) into the interior volume 43; at the outlet of the path P3 it joins the fourth interior volume 44 and follows the path P4 (see FIG. 8C); the fluid is then directed on the lower path P1 (see FIG. 8B) into the interior volume 41; finally, the fluid joins the second interior volume 42 and follows the path P2 before exiting through the outlet OUT (see FIG. 8D).
[090] On remarque que le connecteur d'entrée 73 et le connecteur de sortie noté 74 pour le fluide diélectrique son côte à côte. [090] Note that the input connector 73 and the output connector marked 74 for the dielectric fluid are side by side.
[091 ] Aux figures, il a été illustré un pont de raccordement électrique entre cellules, noté 40, ainsi qu'un bus-barre B3. Il faut toutefois remarquer que la polarité des première et deuxième bornes B1 ,B2 n'est pas nécessairement homogène. En effet, il peut être prévu d'agencer un certain nombre de cellules en parallèle formant un sous-ensemble et d'agencer plusieurs sous-ensembles en mode série. Certaines cellules peuvent être en configuration tête-bêche du point de vue électrique. [091] The figures illustrate an electrical connection bridge between cells, denoted 40, as well as a bus-bar B3. It should however be noted that the polarity of the first and second terminals B1, B2 is not necessarily homogeneous. Indeed, it may be provided to arrange a certain number of cells in parallel forming a subassembly and to arrange several subassemblies in series mode. Some cells may be in a head-to-tail configuration from an electrical point of view.
[092] Il faut donc considérer que les configurations de raccordement électrique sont simplement indicatives, elles peuvent être en réalité quelconques dans le cadre de la présente invention. [093] Les figures 12, 13 et 14 illustrent une variante dans laquelle des plaques de conduction thermique 6, de préférence en matériau aluminium, sont insérées entre deux cellules adjacentes par exemple toutes les 2 cellules. [092] It must therefore be considered that the electrical connection configurations are simply indicative, they can in reality be any within the framework of the present invention. [093] Figures 12, 13 and 14 illustrate a variant in which thermal conduction plates 6, preferably made of aluminum material, are inserted between two adjacent cells, for example every 2 cells.
[094] Chaque plaque de conduction thermique 6 comprend un corps principal 60 de faible épaisseur et de dimensions sensiblement égale aux dimensions L1 et L2 des cellules électrochimiques. Il est prévu en outre une portion qui fait saillie des cellules vers le haut pour être baignée par le liquide diélectrique qui y circule. [094] Each heat conduction plate 6 comprises a main body 60 of small thickness and of dimensions substantially equal to the dimensions L1 and L2 of the electrochemical cells. A portion is further provided which projects upwards from the cells to be bathed by the dielectric liquid which circulates therein.
[095] Dans l'exemple illustré, la portion en saillie est formée comme une extension à angle droit 61 et d’étendent dans un plan XZ. [095] In the illustrated example, the projecting portion is formed as a right-angled extension 61 and extends in an XZ plane.
[096] Cette extension 61 peut être baignée sur ses deux faces comme illustrée à la figure 13B ou seulement sur une ou de ses faces comme illustré à la figure 13A. [096] This extension 61 can be bathed on both of its faces as illustrated in figure 13B or only on one or more of its faces as illustrated in figure 13A.
[097] Selon cette configuration, dans le troisième volume intérieur 43 c'est-à- dire dans la portion supérieure du module 1 , le flux de circule en parallèle, et non plus en série, entre les portion supérieures des plaques de conduction thermique. [097] According to this configuration, in the third interior volume 43, that is to say in the upper portion of the module 1, the flow circulates in parallel, and no longer in series, between the upper portions of the thermal conduction plates.
[098] Ceci est illustré sur la figure 14 où le parcours P3 est linéaire et parallèle sur toute la portion supérieure des tranches 23 des cellules. [098] This is illustrated in Figure 14 where the path P3 is linear and parallel over the entire upper portion of the slices 23 of the cells.
[099] Chaque cellule électrochimique 2 comprend une enveloppe 20 pour contenir les éléments électrochimiques dont l'électrolyte liquide ou sous forme de gel. Cette enveloppe 20 est généralement faite en papier aluminium multicouche et peut être soudée. [099] Each electrochemical cell 2 comprises an envelope 20 for containing the electrochemical elements including the liquid or gel electrolyte. This envelope 20 is generally made of multilayer aluminum foil and can be welded.
[100] Comme visible à la figure 12, une solution consiste à replier sur elle-même une feuille formant enveloppe et à la souder sur trois côtés, le côté inférieur 21 étant dépourvu de soudure. La fermeture supérieure des cellules est réalisée par une soudure 29, tout comme celles des bordures latérales. [100] As can be seen in Figure 12, one solution is to fold a sheet forming an envelope over itself and weld it on three sides, the lower side 21 being free of welds. The upper closure of the cells is achieved by a weld 29, as are those of the lateral edges.
[101 ] Selon un aspect particulier, il est prévu d'intercaler des feuilles de compression 7 entre les faces principales des cellules, comme illustré à la figure 11 . Par exemple, on intercale une feuille de compression 7 toutes les deux cellules. Les feuilles de compression sont réalisées en mousse. Chaque feuille de compression 7 présente une épaisseur de quelques dixièmes de millimètres. [101] According to a particular aspect, it is provided to interpose compression sheets 7 between the main faces of the cells, as illustrated in FIG. 11. For example, one compression sheet 7 is interposed every two cells. The compression sheets are made of foam. Each compression sheet 7 has a thickness of a few tenths of a millimeter.
[102] De plus, également visible sur la figure 11 , il est prévu une caractéristique de calage des murets 52 qui sont agencés dans la prolongation d'une feuille de compression 7. Ainsi, lorsque l'on insère l'assemblage de cellules du haut vers le bas à l'intérieur du boîtier, l'extrémité libre des murets et 52 vient se caler entre deux cellules de l'assemblage. On supprime ainsi l'effet de porte-à-faux de l'extrémité libre des cellules. Cette disposition peut également être appliquée du côté opposé à savoir sur le quatrième volume intérieur et les murets 54. [102] Furthermore, also visible in Figure 11, there is provided a wedging feature of the walls 52 which are arranged in the extension of a sheet of compression 7. Thus, when the assembly of cells is inserted from top to bottom inside the housing, the free end of the walls and 52 is wedged between two cells of the assembly. This eliminates the cantilever effect of the free end of the cells. This arrangement can also be applied on the opposite side, namely on the fourth interior volume and the walls 54.
[103] S’agissant de la configuration mécanique du boîtier, il peut être prévu un couvercle a charnière d'axe A3 comme illustré à la figure 9. [103] As regards the mechanical configuration of the housing, a hinged cover with axis A3 may be provided as illustrated in Figure 9.
[104] La longueur du boîtier LB1 correspond à la première dimension L1 des cellules selon X; on peut avoir par exemple LB1 = L1 + 2xDelta, Delta étant l'espace disponible entre la tranche de cellule (hors borne électrique) et la surface intérieure de la paroi du boîtier. De manière similaire, la hauteur du boîtier H2 correspond à la deuxième dimension L2 des cellules selon Y ; on peut avoir par exemple H2 = L2 + 2xDelta, Delta étant l'espace disponible entre la tranche de cellule et la surface intérieure de la paroi du boîtier. [104] The length of the housing LB1 corresponds to the first dimension L1 of the cells along X; we can have for example LB1 = L1 + 2xDelta, Delta being the space available between the cell slice (excluding the electrical terminal) and the inner surface of the housing wall. Similarly, the height of the housing H2 corresponds to the second dimension L2 of the cells along Y; we can have for example H2 = L2 + 2xDelta, Delta being the space available between the cell slice and the inner surface of the housing wall.
[105] S'agissant de la largeur LB2, celle-ci dépend du nombre K de cellules présentes dans le module. En négligeant l'épaisseur des feuilles de compression, on aurait donc L3 = K x E1 , E1 étant l'épaisseur susmentionnée de chaque cellule. Et on ajoute à L3 les épaisseurs de parois pour obtenir LB2. Dans cette direction, il n'y a pas d'espace libre laissé du côté de la cinquième paroi 35 et de la sixième paroi 36, la prise en sandwich mentionnée plus haut ne laisse aucun espace disponible. [105] As for the width LB2, this depends on the number K of cells present in the module. Neglecting the thickness of the compression sheets, we would therefore have L3 = K x E1, E1 being the aforementioned thickness of each cell. And we add to L3 the wall thicknesses to obtain LB2. In this direction, there is no free space left on the side of the fifth wall 35 and the sixth wall 36, the sandwiching mentioned above leaves no available space.
[106] Selon une autre configuration industrielle à la figure 15, ce sont les parois latérales 35, 36 qui sont assemblées sur un cadre formé par les quatre autres parois, selon les flèches pointillés. Ceci permet de comprimer l'assemblage des cellules pour générer une précontrainte propice à empêcher un gonflement des cellules sous sollicitation thermique. [106] According to another industrial configuration in Figure 15, it is the side walls 35, 36 which are assembled on a frame formed by the four other walls, according to the dotted arrows. This makes it possible to compress the assembly of cells to generate a prestress suitable for preventing swelling of the cells under thermal stress.
[107] En outre, il est prévu deux bornes électriques générales 72 pour le raccordement extérieur du module à un autre module ou à un réseau électrique du véhicule. [107] In addition, two general electrical terminals 72 are provided for the external connection of the module to another module or to an electrical network of the vehicle.

Claims

REVENDICATIONS
1. Module de batterie (1 ) pour stocker de l’énergie électrique, comprenant un boîtier (3) de forme générale parallélépipédique et une pluralité de cellules électrochimiques (2) enfermées dans le boîtier, dans lequel il est fourni un repère cartésien orthogonal avec une première direction (X), une deuxième direction (Y) et une troisième direction (Z), chacune des cellules présentant une forme générale parallélépipédique avec une première dimension (L1) selon la première direction, une deuxième dimension (L2) selon la deuxième direction et une troisième dimension (E1) nommée épaisseur selon la troisième direction, ladite épaisseur étant au moins dix fois inférieure à la somme des première et deuxième dimensions, les première et deuxième directions définissant ensemble un plan de référence XY des cellules, chaque cellule présentant dans le plan de référence XY une forme générale de rectangle avec un premier côté (11 ) parallèle à la première direction, un deuxième côté (12) parallèle à la deuxième direction, un troisième côté (13) parallèle à la première direction et un quatrième côté (14) parallèle à la deuxième direction, le premier côté coïncidant avec une première tranche (21 ) de la cellule, le deuxième côté coïncidant avec une deuxième tranche (22), le troisième côté coïncidant avec une troisième tranche (23) de la cellule, le quatrième côté coïncidant avec une quatrième tranche (24), le module comprenant un premier volume intérieur (41 ) interposé entre les premières tranches des cellules et une première paroi (31 ) du boîtier située en vis-à-vis, un deuxième volume intérieur (42) interposé entre les deuxièmes tranches des cellules et une deuxième paroi (32) du boîtier située en vis-à-vis, un troisième volume intérieur (43) interposé entre les troisièmes tranches des cellules et une troisième paroi (33) du boîtier située en vis-à-vis, et un quatrième volume intérieur (44) interposé entre les quatrièmes tranches des cellules et une quatrième paroi (34) du boîtier située en vis-à-vis, les cellules étant agencées les unes à la suite des autres dans le sens de la troisième direction Z, en appui facial, indirect ou indirect, entre les cinquième et sixième parois (35,36) du boîtier, caractérisé en ce qu'il est prévu une circulation de fluide diélectrique forcée dans les premier, deuxième, troisième, quatrième volumes intérieurs, et ce qu’au moins le premier volume (41 ) est équipé d’un système de chicanes. 1. Battery module (1) for storing electrical energy, comprising a housing (3) of generally parallelepiped shape and a plurality of electrochemical cells (2) enclosed in the housing, in which an orthogonal Cartesian reference frame is provided with a first direction (X), a second direction (Y) and a third direction (Z), each of the cells having a generally parallelepiped shape with a first dimension (L1) along the first direction, a second dimension (L2) along the second direction and a third dimension (E1) called thickness along the third direction, said thickness being at least ten times less than the sum of the first and second dimensions, the first and second directions together defining a reference plane XY of the cells, each cell having in the reference plane XY a general rectangle shape with a first side (11) parallel to the first direction, a second side (12) parallel to the second direction, a third side (13) parallel to the first direction and a fourth side (14) parallel to the second direction, the first side coinciding with a first slice (21) of the cell, the second side coinciding with a second slice (22), the third side coinciding with a third slice (23) of the cell, the fourth side coinciding with a fourth slice (24), the module comprising a first interior volume (41) interposed between the first slices of the cells and a first wall (31) of the housing located opposite, a second interior volume (42) interposed between the second slices of the cells and a second wall (32) of the housing located opposite, a third interior volume (43) interposed between the third slices of the cells and a third wall (33) of the housing located opposite, and a fourth interior volume (44) interposed between the fourth slices of the cells and a fourth wall (34) of the housing located opposite, the cells being arranged one after the other in the direction of the third direction Z, in facial, indirect or indirect support, between the fifth and sixth walls (35,36) of the housing, characterized in that a forced circulation of dielectric fluid is provided in the first, second, third, fourth interior volumes, and that at least the first volume (41) is equipped with a baffle system.
2. Module de batterie selon la revendication 1 , dans lequel chaque cellule présentant une première borne électrique (B1 ) faisant saillie à partir de la deuxième tranche vers l’extérieur de la cellule une deuxième borne (B2) faisant saillie à partir de la quatrième tranche vers l’extérieur de la cellule. 2. Battery module according to claim 1, in which each cell has a first electrical terminal (B1) projecting from the second edge towards the outside of the cell and a second terminal (B2) projecting from the fourth edge towards the outside of the cell.
3. Module de batterie selon l’une quelconque des revendications 1 à 2, comprenant en outre un système de chicanes au moins dans les deuxième et quatrième volumes (42,44). 3. Battery module according to any one of claims 1 to 2, further comprising a baffle system at least in the second and fourth volumes (42,44).
4. Module de batterie selon la revendication 1 , dans lequel le système de chicanes comprend des murets (51 ,52,53,54) et des passages (56), avec une section de passage homogène et sensiblement constante sur tout le parcours muni de chicanes. 4. Battery module according to claim 1, in which the baffle system comprises walls (51, 52, 53, 54) and passages (56), with a homogeneous and substantially constant passage section over the entire path provided with baffles.
5. Module de batterie selon la revendication 4, dans lequel le fluide circule dans le premier volume intérieur (41 ) entre deux murets voisins, et circule le long de la troisième direction (Z), et le fluide circule dans le deuxième et quatrième volumes intérieurs entre deux murets voisins, le long de la deuxième direction (Y)5. Battery module according to claim 4, in which the fluid circulates in the first interior volume (41) between two neighboring walls, and circulates along the third direction (Z), and the fluid circulates in the second and fourth interior volumes between two neighboring walls, along the second direction (Y)
6. Module de batterie selon l’une quelconque des revendications 4 à 5, dans lequel les murets (51 ) dans le premier volume (41 ) forment entretoises de support. 6. Battery module according to any one of claims 4 to 5, in which the walls (51) in the first volume (41) form support spacers.
7. Module de batterie selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel il est prévu des plaques de conduction thermique (6) interposées entre des cellules et débouchant dans le troisième volume (43). 7. Battery module according to any one of claims 1 to 6, in which thermal conduction plates (6) are provided interposed between cells and opening into the third volume (43).
8. Module de batterie selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel il est prévu une seule entrée de fluide (IN) et une seule sortie de fluide (OUT) pour le module. 8. Battery module according to any one of claims 1 to 7, in which a single fluid inlet (IN) and a single fluid outlet (OUT) are provided for the module.
9. Module de batterie selon les revendications 3 et 4, dans lequel les murets (52,54) sont insérés, en partie, entre deux cellules adjacentes, un muret étant positionné dans le prolongement d'une feuille de compression en mousse (7). 9. Battery module according to claims 3 and 4, in which the walls (52,54) are inserted, in part, between two adjacent cells, a wall being positioned in the extension of a foam compression sheet (7).
10. Boîtier de confinement (3) d’une pluralité de cellules électrochimiques comprenant une paroi de fond (31 ) équipée de projections formant support et chicanes, le boîtier comprenant une entrée de fluide et une sortie de fluide, et deux bornes électrique de raccordement. 10. Containment housing (3) for a plurality of electrochemical cells comprising a bottom wall (31) equipped with projections forming a support and baffles, the housing comprising a fluid inlet and a fluid outlet, and two electrical connection terminals.
PCT/EP2024/060775 2023-04-25 2024-04-19 Electric battery module comprising electrochemical cells in a housing and a flow of dielectric fluid washing over the edges of the cells WO2024223442A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FRFR2304153 2023-04-25
FR2304153A FR3148325A1 (en) 2023-04-25 2023-04-25 Electric battery module comprising electrochemical cells in a housing and a circulation of dielectric fluid licking the cell slices

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024223442A1 true WO2024223442A1 (en) 2024-10-31

Family

ID=88290639

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2024/060775 WO2024223442A1 (en) 2023-04-25 2024-04-19 Electric battery module comprising electrochemical cells in a housing and a flow of dielectric fluid washing over the edges of the cells

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR3148325A1 (en)
WO (1) WO2024223442A1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
FR3148325A1 (en) 2024-11-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3014676B1 (en) Strip of electrochemical cells for the production of a battery module for an electric or hybrid vehicle, and method for the production of such a module
EP3544107B1 (en) Housing for cooling system for storage battery cells
EP0964460A1 (en) Monobloc battery having a heat exchange device by means of a circulating fluid
EP2810335A1 (en) Battery module provided with a peltier cell
FR3019688A1 (en) "MOTOR VEHICLE BATTERY EQUIPPED WITH A DRIVING HEAT PUMP LINE SEPARATED FROM BATTERY ELEMENTS BY FLEXIBLE PARTITION"
FR2782399A1 (en) Device and procedure for thermal regulation of items or products contained in an isolated temperature regulation housing, has heat transfer liquid in contact with the products via a flexible deformable thin wall
FR3120991A1 (en) Electricity storage battery and vehicle fitted with such a battery
FR2988915A3 (en) Module structure for housing lithium-ion battery cells in battery module in e.g. electric vehicle, has case arranged to form spacing between adjacent walls perpendicular to basic wall, where thickness of basic wall is equal to that of cells
EP3925018A1 (en) Battery unit and motor vehicle provided with at least one such unit
FR3078828A1 (en) ELECTRICAL BATTERY FOR VEHICLE
FR2988914A3 (en) Module structure for housing Lithium-ion battery cells in battery module in e.g. electric vehicle, has structure element formed such that spacing is formed between basic walls, where flexible envelope is placed between basic walls
WO2024223442A1 (en) Electric battery module comprising electrochemical cells in a housing and a flow of dielectric fluid washing over the edges of the cells
FR2768558A1 (en) MONOBLOCK BATTERY PROVIDED WITH A THERMAL MANAGEMENT DEVICE
FR3094469A1 (en) Thermal regulation device
FR2976739A3 (en) Thermal regulation device for battery of electric storage cells to provide electrical supply to vehicle i.e. car, has enclosure provided with walls with part that is in contact with circuit, where coolant is circulated in circuit
FR2951029A1 (en) Electric energy storage module e.g. lithium-ion battery module, for electric/hybrid vehicle, has case including upper surface or lower surface supporting face of storage element and forming recess with respect to thickness of case
EP3903363B1 (en) Electric battery module and battery comprising at least one such module
EP4150698A1 (en) Case for an electrochemical cell for a battery, electrochemical cell arrangement for a battery comprising such a case and method for manufacturing such a cell arrangement
FR3097375A1 (en) Battery thermal management box
FR3105384A1 (en) Heat exchange device for electrical and / or electronic components
FR3135570A1 (en) Thermal regulation device for a vehicle battery pack
FR3128318A1 (en) Pocket cell and electricity storage battery
WO2024141293A1 (en) Battery module, in particular for an electric vehicle and battery comprising such a module or a plurality of such modules
WO2024068419A1 (en) Thermal regulation device for a vehicle battery pack
WO2024132857A1 (en) Electric battery module comprising an optimised heating device