FR3160273A1 - Improved assembled battery - Google Patents
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Abstract
Batterie assemblée (1) comprenant un boîtier externe (B) comprenant lui-même : un empilement (EP) selon une direction longitudinale d’empilement () comprenant une alternance d’une pluralité de cellules de batterie (CB) et d’une pluralité d’espaceurs (ES, ES1, ESn) mobiles par rapport au boîtier externe, un ensemble de compression comprenant au moins un élément déformable (R1, R2, R3, R4) disposé en contact mécanique avec ledit empilement, l’ensemble de compression étant adapté, via ledit au moins un élément déformable, pour comprimer l’empilement selon la direction longitudinale tout en permettant un déplacement selon la direction longitudinale des espaceurs par rapport au boîtier externe lors d’une dilatation des cellules de batterie. [Figure 6A] An assembled battery (1) comprising an outer casing (B) itself comprising: a stack (EP) in a longitudinal stacking direction () comprising an alternation of a plurality of battery cells (CB) and a plurality of spacers (ES, ES1, ESn) movable relative to the outer casing, a compression assembly comprising at least one deformable element (R1, R2, R3, R4) arranged in mechanical contact with said stack, the compression assembly being adapted, via said at least one deformable element, to compress the stack in the longitudinal direction while allowing movement in the longitudinal direction of the spacers relative to the outer casing during expansion of the battery cells. [Figure 6A]
Description
La présente invention concerne le domaine des batteries assemblées sous la forme d’un bloc-batterie.The present invention relates to the field of batteries assembled in the form of a battery pack.
Dans une batterie assemblée conventionnelle, plusieurs cellules de batterie sont empilées, connectées et combinées en une seule unité aussi appelée bloc-batterie. Une batterie assemblée est utilisée typiquement comme source d'énergie dans les appareils mobiles comme les véhicules électriques, les véhicules hybrides, les vélos électriques, etc.In a conventional battery pack, multiple battery cells are stacked, connected, and combined into a single unit, also called a battery pack. A battery pack is typically used as a power source in mobile devices such as electric vehicles, hybrid vehicles, electric bicycles, etc.
Dans le cas des véhicules électriques qui sont conduits pendant de longues périodes ou qui consomment une grande quantité d'énergie électrique, l’utilisation d’une pluralité de cellules de batterie assemblées dans un bloc-batterie permet de résoudre les problèmes de puissance et de capacité. Une tension ou un courant de sortie fourni aux véhicules électriques peut être augmenté en augmentant le nombre d'éléments de batterie intégrés.In the case of electric vehicles that are driven for long periods or consume a large amount of electrical energy, using a plurality of battery cells assembled in a battery pack can solve the problems of power and capacity. An output voltage or current supplied to electric vehicles can be increased by increasing the number of integrated battery cells.
De manière connue en soi, les cellules de batterie se dilatent principalement dans le sens de leur épaisseur lors de la phase de charge des cellules. De même, lors de la phase de décharge, les cellules de batterie se rétractent mais ne reviennent pas totalement à leurs dimensions initiales.As is well known, battery cells expand primarily in the direction of their thickness during the charging phase of the cells. Similarly, during the discharging phase, the battery cells shrink but do not completely return to their original dimensions.
Afin de compenser ces deux phénomènes, il est connu d’utiliser des intercalaires en matériau compressible (typiquement en mousse EVA) pour absorber la dilatation des cellules tout en maintenant une pression sur celles-ci. Cette solution est illustrée dans les figures 1A et 1B qui représentent une vue schématique en coupe d’un bloc-batterie 10 avec des cellules 11 entièrement déchargées et entièrement chargées respectivement. Dans le bloc batterie 10, des intercalaires 12 sont agencés entre les cellules 11 afin d’absorber la dilatation de ces dernières lors de leur charge. Ainsi, on réduit la contrainte mécanique appliquée au boîtier externe 14 et on limite une déformation de ce boîtier lors des cycles de charge.In order to compensate for these two phenomena, it is known to use interlayers made of compressible material (typically EVA foam) to absorb the expansion of the cells while maintaining pressure on them. This solution is illustrated in Figures 1A and 1B which represent a schematic sectional view of a battery pack 10 with fully discharged and fully charged cells 11 respectively. In the battery pack 10, interlayers 12 are arranged between the cells 11 in order to absorb the expansion of the latter during their charging. Thus, the mechanical stress applied to the external casing 14 is reduced and deformation of this casing during charging cycles is limited.
Cependant, les intercalaires 12 n’absorbent pas toute la pression issue du gonflement des cellules et répercutent une partie de cette contrainte mécanique sur les parois du boîtier 14. Aussi, ce boîtier 14 doit être formé avec un matériau résistant mécaniquement, généralement en métal, et/ou doit être renforcé.However, the spacers 12 do not absorb all of the pressure resulting from the swelling of the cells and transmit part of this mechanical stress to the walls of the housing 14. Also, this housing 14 must be formed with a mechanically resistant material, generally metal, and/or must be reinforced.
L’utilisation d’un boîtier en métal implique un accroissement du coût et du poids du bloc batterie 10.Using a metal case means an increase in the cost and weight of the battery pack 10.
Il existe d’autres solutions connues de l’homme de l’art pour comprimer les cellules de batterie d’un bloc-batterie et ainsi limiter la contrainte mécanique appliquée aux parois du boîtier externe.There are other solutions known to those skilled in the art for compressing the battery cells of a battery pack and thus limiting the mechanical stress applied to the walls of the external casing.
Par exemple, la
L’invention vise à surmonter une partie des problèmes identifiés dans les solutions de l’art antérieur en proposant une batterie assemblée comprenant un empilement formé par une alternance de cellules de batterie et d’espaceurs et comprenant un ensemble de compression adapté pour comprimer l’empilement selon la direction d’empilement tout en permettant un déplacement des espaceurs par rapport au boîtier externe selon cette même direction lors d’une dilatation des cellules de batterie.The invention aims to overcome some of the problems identified in the solutions of the prior art by proposing an assembled battery comprising a stack formed by an alternation of battery cells and spacers and comprising a compression assembly adapted to compress the stack in the stacking direction while allowing movement of the spacers relative to the external casing in this same direction during expansion of the battery cells.
Par une structure adaptée de l’ensemble de compression, on supprime ou diminue fortement les contraintes mécaniques appliquées par l’empilement sur les parois du boîtier externe. Il est ainsi possible de concevoir la batterie assemblée avec un boîtier externe moins résistant mécanique, donc moins coûteux et plus léger.By adapting the structure of the compression assembly, the mechanical stresses applied by the stacking to the walls of the external casing are eliminated or significantly reduced. It is thus possible to design the assembled battery with an external casing that is less mechanically resistant, and therefore less expensive and lighter.
A cet effet, un objet de l’invention est une batterie assemblée comprenant un boîtier externe comprenant lui-même :
- un empilement selon une direction longitudinale d’empilement comprenant une alternance d’une pluralité de cellules de batterie et d’une pluralité d’espaceurs mobiles par rapport au boîtier externe,
- un ensemble de compression comprenant au moins un élément déformable disposé en contact mécanique avec ledit empilement, l’ensemble de compression étant adapté, via ledit au moins un élément déformable, pour comprimer l’empilement selon la direction longitudinale tout en permettant un déplacement selon la direction longitudinale des espaceurs par rapport au boîtier externe lors d’une dilatation des cellules de batterie.
- a stack in a longitudinal stacking direction comprising an alternation of a plurality of battery cells and a plurality of spacers movable relative to the external housing,
- a compression assembly comprising at least one deformable element arranged in mechanical contact with said stack, the compression assembly being adapted, via said at least one deformable element, to compress the stack in the longitudinal direction while allowing movement in the longitudinal direction of the spacers relative to the external housing during expansion of the battery cells.
Selon un mode de réalisation, un agencement de l’empilement au sein du boîtier externe est tel qu’il existe une première distance non nulle selon la direction longitudinale entre l’empilement et une première paroi du boîtier externe et tel qu’il existe une deuxième distance non nulle selon la direction longitudinale entre l’empilement et une deuxième paroi du boîtier externe.According to one embodiment, an arrangement of the stack within the outer housing is such that there is a first non-zero distance in the longitudinal direction between the stack and a first wall of the outer housing and such that there is a second non-zero distance in the longitudinal direction between the stack and a second wall of the outer housing.
Selon un mode de réalisation, une première et une dernière couche dudit empilement sont formées par un premier espaceur et un dernier espaceur respectivement. De manière préférentielle, selon ce mode de réalisation, le premier espaceur et le dernier espaceur présentent chacun une structure mécanique renforcée par rapport au reste des espaceurs. De manière encore préférentielle, le premier et le dernier espaceur comprennent un corps en forme générale de plaque présentant deux faces principalement opposées, au moins une des faces présentant au moins une nervure de rigidification adaptée pour permettre ladite structure mécanique renforcée du premier et du dernier espaceur.According to one embodiment, a first and a last layer of said stack are formed by a first spacer and a last spacer respectively. Preferably, according to this embodiment, the first spacer and the last spacer each have a mechanical structure reinforced relative to the rest of the spacers. Even more preferably, the first and the last spacer comprise a body in the general shape of a plate having two mainly opposite faces, at least one of the faces having at least one stiffening rib adapted to allow said reinforced mechanical structure of the first and the last spacer.
Selon un mode de réalisation, les espaceurs et les cellules de batterie présentent chacun un corps en forme générale de plaque qui s'étend dans un plan transversal sensiblement orthogonal à la direction d'empilement.According to one embodiment, the spacers and the battery cells each have a generally plate-shaped body which extends in a transverse plane substantially orthogonal to the stacking direction.
Selon un mode de réalisation, l’ensemble de compression comprend au moins une tige traversant lesdits espaceurs pour permettre ledit déplacement selon la direction longitudinale des espaceurs et dans laquelle chaque élément déformable est un ressort hélicoïdal cylindrique agencé autour d’une tige respective parmi ladite au moins une tige, en une extrémité de ladite tige respective. De manière préférentielle, selon ce mode de réalisation, ledit au moins un élément dudit ensemble de compression comprend quatre tiges disposées de manière sensiblement parallèle à la direction longitudinale aux quatre extrémités des espaceurs afin de répartir un effort de compression produit par l’ensemble de compression sur l’empilement.According to one embodiment, the compression assembly comprises at least one rod passing through said spacers to allow said movement in the longitudinal direction of the spacers and in which each deformable element is a cylindrical helical spring arranged around a respective rod among said at least one rod, at one end of said respective rod. Preferably, according to this embodiment, said at least one element of said compression assembly comprises four rods arranged substantially parallel to the longitudinal direction at the four ends of the spacers in order to distribute a compression force produced by the compression assembly over the stack.
Selon un mode de réalisation, ledit empilement comprend un espaceur dit fixe présentant une position fixe selon la direction longitudinale dans le boîtier externe, même lors d’une dilatation des cellules de batterie, par exemple de sorte que ledit espaceur fixe soit situé sensiblement au milieu de l’empilement.According to one embodiment, said stack comprises a so-called fixed spacer having a fixed position in the longitudinal direction in the external housing, even during expansion of the battery cells, for example so that said fixed spacer is located substantially in the middle of the stack.
Selon un mode de réalisation, la batterie assemblée comprend des entretoises fixées de part et d’autre de l’empilement, les entretoises étant adaptées pour être en contact avec une surface interne d’une paroi du boîtier externe.According to one embodiment, the assembled battery comprises spacers fixed on either side of the stack, the spacers being adapted to be in contact with an internal surface of a wall of the external housing.
Selon un mode de réalisation, chaque espaceur comprend au moins un embout femelle et/ou au moins un embout mâle et dans lequel un embout mâle de chaque espaceur est apte à s’emboîter et à coulisser à l’intérieur d’un embout femelle d’un espaceur adjacent pour permettre ledit déplacement selon la direction longitudinale des espaceurs.According to one embodiment, each spacer comprises at least one female end piece and/or at least one male end piece and in which a male end piece of each spacer is capable of fitting and sliding inside a female end piece of an adjacent spacer to allow said movement in the longitudinal direction of the spacers.
Selon un mode de réalisation, chaque espaceur comprend au moins une tranchée formant, en coopérant avec une cellule de batterie adjacente audit espaceur, au moins un canal de circulation, et dans laquelle le boîtier externe comprend une entrée et une sortie reliées aux canaux de circulation pour permettre la circulation d’un liquide caloporteur entre ladite entrée et ladite sortie par les canaux de circulation apte à refroidir les cellules de batteries.According to one embodiment, each spacer comprises at least one trench forming, by cooperating with a battery cell adjacent to said spacer, at least one circulation channel, and in which the external housing comprises an inlet and an outlet connected to the circulation channels to allow the circulation of a heat transfer liquid between said inlet and said outlet through the circulation channels capable of cooling the battery cells.
Selon un mode de réalisation, chaque cellule de batterie comprend une cosse électrique et la batterie assemblée comprend une première plaque de connexion électrique agencée au sein du boîtier externe, les cosses électriques étant en métal déformable par ledit déplacement selon la direction longitudinale des espaceurs par rapport au boîtier externe et dans laquelle la première plaque de connexion électrique comprend des ouvertures chacune traversée par une cosse électrique respective, lesdites ouvertures étant dimensionnées pour permettre un déplacement de ladite cosse électrique suite audit déplacement selon la direction longitudinale des espaceurs par rapport au boîtier externe.According to one embodiment, each battery cell comprises an electrical terminal and the assembled battery comprises a first electrical connection plate arranged within the external housing, the electrical terminals being made of metal deformable by said movement in the longitudinal direction of the spacers relative to the external housing and in which the first electrical connection plate comprises openings each crossed by a respective electrical terminal, said openings being sized to allow movement of said electrical terminal following said movement in the longitudinal direction of the spacers relative to the external housing.
Selon un mode de réalisation, les espaceurs sont réalisés en matériau plastique, par exemple une matière plastique chargée en fibres de verre.According to one embodiment, the spacers are made of plastic material, for example a plastic material loaded with glass fibers.
D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description faite en référence aux dessins annexés donnés à titre d’exemple et qui représentent, respectivement :Other characteristics, details and advantages of the invention will emerge from reading the description given with reference to the appended drawings given by way of example and which represent, respectively:
Dans les figures, sauf contre-indication, les éléments ne sont pas à l’échelle et les références identiques désignent des éléments identiques.In the figures, unless otherwise indicated, the elements are not to scale and identical references designate identical elements.
En outre, sauf contre-indication, les caractéristiques optionnelles décrites dans la description et les figures peuvent être combinées entre elles.Furthermore, unless otherwise indicated, the optional features described in the description and figures may be combined with each other.
Tout d’abord, on décrira brièvement les caractéristiques communes aux batteries assemblées selon l’invention avant de décrire en détail des modes de réalisation particuliers de l’invention.First, the characteristics common to the batteries assembled according to the invention will be briefly described before describing in detail particular embodiments of the invention.
La
La batterie assemblée 1 selon l’invention comprend un boîtier externe B au sein duquel est agencé un empilement EP comprenant une alternance d’une pluralité de cellules de batterie CB et d’une pluralité d’espaceurs ES mobiles par rapport au boîtier externe B. La direction longitudinale de l’empilement est par la suite référencée par
En outre, la batterie assemblée 1 selon l’invention comprend un ensemble de compression EC comprenant au moins un élément déformable R adapté pour comprimer l’empilement EP selon la direction longitudinale
Comme cela sera plus clairement détaillé ci-après, les caractéristiques précitées de la batterie assemblée 1 selon l’invention permettent une réduction des contraintes mécaniques appliquées par l’empilement EP sur les parois du boîtier externe B. Ainsi, l’invention permet de s’affranchir de la nécessité d’utiliser un boîtier externe renforcé, lourd et coûteux.As will be more clearly detailed below, the aforementioned characteristics of the assembled battery 1 according to the invention allow a reduction in the mechanical stresses applied by the EP stack on the walls of the external casing B. Thus, the invention makes it possible to avoid the need to use a reinforced, heavy and expensive external casing.
Dans la suite de la description, nous détaillerons différents modes de réalisation, notamment ceux de l’ensemble de compression EC, permettant d’obtenir ce résultat. Il est entendu que les différentes structures détaillées dans la présente description et les figures sont données à titre d’exemple et ont pour objectif d’illustrer l’invention. Elles ne doivent en aucun cas être considérées comme limitatrices de la portée l’invention. Diverses modifications et variations des structures décrites apparaitrons à l'homme du métier sans s'écarter de la portée et de l'esprit de l'invention. Notamment, tous les moyens équivalents connus de l’homme de l’art à la date de la présente invention permettant de réaliser l’ensemble de compression (et plus particulièrement l’élément déformable R) sont couverts par la portée de l’invention.In the remainder of the description, we will detail different embodiments, in particular those of the compression assembly EC, making it possible to obtain this result. It is understood that the different structures detailed in the present description and the figures are given as examples and are intended to illustrate the invention. They should in no case be considered as limiting the scope of the invention. Various modifications and variations of the structures described will appear to those skilled in the art without departing from the scope and spirit of the invention. In particular, all equivalent means known to those skilled in the art at the date of the present invention making it possible to produce the compression assembly (and more particularly the deformable element R) are covered by the scope of the invention.
La
Comme évoqué plus haut, la batterie assemblée selon le premier mode de réalisation comprend l’empilement EP et l’ensemble de compression EC agencés au sein du boîtier externe B.As mentioned above, the battery assembled according to the first embodiment comprises the stack EP and the compression assembly EC arranged within the external housing B.
Selon le premier mode de réalisation, l’empilement EP comprend une alternance de cellules de batterie CB et d’espaceurs ES qui présentent chacun un corps en forme générale de plaque s’étendant dans un plan transversal sensiblement orthogonal à la direction d'empilement
Il est entendu que des formes différentes que celle de plaque peuvent être mises en œuvre pour les espaceurs ES et/ou pour les cellules de batterie CB sans sortir du cadre de l’invention.It is understood that shapes other than that of the plate can be implemented for the ES spacers and/or for the CB battery cells without departing from the scope of the invention.
Dans le premier mode de réalisation, une première et une dernière couche de l’empilement EP sont formées par un premier espaceur ES1et un dernier espaceur ESnrespectivement. Cela permet une meilleure protection des cellules de batterie situées aux extrémités de l’empilement. En outre, cela permet une mise en œuvre plus aisée de l’ensemble de compression de l’invention, notamment en permettant une bonne coopération du ou des éléments déformables avec le dernier espaceur ESn.In the first embodiment, a first and a last layer of the stack EP are formed by a first spacer ES 1 and a last spacer ES n respectively. This allows better protection of the battery cells located at the ends of the stack. In addition, this allows easier implementation of the compression assembly of the invention, in particular by allowing good cooperation of the deformable element(s) with the last spacer ES n .
Dans le premier mode de réalisation, l’ensemble de compression EC comprend quatre tiges T1, T2, T3, T4traversant les espaceurs ES pour permettre le déplacement selon la direction longitudinale des espaceurs ES. De plus, l’ensemble de compression EC comprend quatre éléments déformables R1-R4 ,chacun des éléments déformables étant un ressort hélicoïdal cylindrique agencé autour d’une tige respective, en une extrémité de cette dernière.In the first embodiment, the compression assembly EC comprises four rods T 1 , T 2 , T 3 , T 4 passing through the spacers ES to allow movement in the longitudinal direction of the spacers ES. In addition, the compression assembly EC comprises four deformable elements R 1 -R 4 , each of the deformable elements being a cylindrical helical spring arranged around a respective rod, at one end of the latter.
Selon un mode de réalisation différent du premier mode de réalisation, l’ensemble de compression EC comprend un nombre différent de tiges et/ou de ressorts hélicoïdaux, ce nombre étant par exemple adapté selon les dimensions transversales de l’empilement EP. En outre, d’autres types d’éléments déformables sont utilisables, par exemple des rondelles Belleville lorsque les efforts de compression sont trop importants pour des ressorts hélicoïdaux.According to an embodiment different from the first embodiment, the EC compression assembly comprises a different number of rods and/or helical springs, this number being for example adapted according to the transverse dimensions of the EP stack. In addition, other types of deformable elements can be used, for example Belleville washers when the compression forces are too great for helical springs.
Selon le premier mode de réalisation, les éléments déformables R1-R4sont disposés uniquement en une extrémité de l’empilement EP de manière à répartir une force de compression sur le dernier espaceur ESn. Cette mise en œuvre présente l’avantage d’être simple tout en permettant une compression satisfaisante de l’empilement EP.According to the first embodiment, the deformable elements R 1 -R 4 are arranged only at one end of the stack EP so as to distribute a compression force on the last spacer ES n . This implementation has the advantage of being simple while allowing satisfactory compression of the stack EP.
Selon un deuxième mode de réalisation, les éléments déformables sont disposés de part et d’autre de l’empilement EP selon la direction longitudinale, de manière à répartir un effort de compression sur le premier et sur le dernier espaceur ES1-ESn. Dans le deuxième mode de réalisation, un nombre différent d’éléments déformables entre les deux extrémités est possible. Ce deuxième mode de réalisation présente l’avantage de permettre une meilleure compression de l’empilement par un potentiel accroissement du nombre d’éléments déformables. Cette meilleure compression est cependant obtenue au détriment d’une mise en œuvre plus complexe de la batterie assemblée 1 de l’invention que dans le premier mode de réalisation.According to a second embodiment, the deformable elements are arranged on either side of the stack EP in the longitudinal direction, so as to distribute a compressive force on the first and on the last spacer ES 1 -ES n . In the second embodiment, a different number of deformable elements between the two ends is possible. This second embodiment has the advantage of allowing better compression of the stack by a potential increase in the number of deformable elements. This better compression is however obtained at the expense of a more complex implementation of the assembled battery 1 of the invention than in the first embodiment.
De manière préférentielle, afin de permettre une mise en compression appropriée des ressorts R1-R4, l’ensemble de compression EC comprend des éléments BC montés fixe sur une tige respective et chacun adapté pour limiter une course d’un ressort respectif en un côté.Preferably, in order to allow appropriate compression of the springs R1-R4, the compression assembly EC comprises elements BC fixedly mounted on a respective rod and each adapted to limit a stroke of a respective spring on one side.
A titre d’exemple illustratif, dans le premier mode de réalisation, les éléments BC sont des écrous et chaque tige présente un filetage en une extrémité afin de permettre son implantation dans un écrou respectif. L’homme de l’art pourra mettre en œuvre d’autres exemples d’éléments BC de manière évidente et sans sortir du cadre de l’invention.As an illustrative example, in the first embodiment, the BC elements are nuts and each rod has a thread at one end to allow its implantation in a respective nut. Those skilled in the art will be able to implement other examples of BC elements in an obvious manner and without departing from the scope of the invention.
Ainsi, selon le premier mode de réalisation, une dilatation des cellules CB selon la direction longitudinale
Dans le premier mode de réalisation, c’est donc la coopération des éléments déformables R1-R4avec le dernier espaceur (et avec le premier espaceur dans le deuxième mode de réalisation) qui permet la compression de l’empilement EP alors que les tiges T1-T4permettent de « guider » le déplacement de chaque espaceur relativement aux autres espaceurs.In the first embodiment, it is therefore the cooperation of the deformable elements R 1 -R 4 with the last spacer (and with the first spacer in the second embodiment) which allows the compression of the stack EP while the rods T 1 -T 4 make it possible to "guide" the movement of each spacer relative to the other spacers.
Comme évoqué plus haut, on obtient ainsi une diminution des contraintes mécaniques sur le boîtier externe B induites par la variation de la dimension longitudinale de l’empilement EP.As mentioned above, this results in a reduction in the mechanical stresses on the external casing B induced by the variation in the longitudinal dimension of the EP stack.
Une description plus précise du déplacement des espaceurs lors d’une dilatation des cellules sera donnée dans la description des figures 6A et 6B.A more precise description of the displacement of spacers during cell expansion will be given in the description of Figures 6A and 6B.
De manière préférentielle, comme illustré dans les figures 4A, 4B et 5, les quatre tiges T1, T2, T3, T4de l’ensemble de compression EC sont disposées de manière sensiblement parallèle à la direction longitudinale, aux quatre extrémités des espaceurs afin de répartir un effort de compression produit par l’ensemble de compression sur l’empilement. Cela permet notamment un agencement plus aisé des tiges au travers des espaceurs relativement aux cellules de batterie. En effet, il est préférable que les tiges traversent les espaceurs mais ne traversent pas les cellules de batterie. Pour cela, dans le plan transversal, les espaceurs sont typiquement surdimensionnés par rapport aux cellules de batterie.Preferably, as illustrated in Figures 4A, 4B and 5, the four rods T 1 , T 2 , T 3 , T 4 of the compression assembly EC are arranged substantially parallel to the longitudinal direction, at the four ends of the spacers in order to distribute a compression force produced by the compression assembly on the stack. This allows in particular an easier arrangement of the rods through the spacers relative to the battery cells. Indeed, it is preferable for the rods to pass through the spacers but not through the battery cells. For this, in the transverse plane, the spacers are typically oversized relative to the battery cells.
Selon un autre mode de réalisation, le nombre et/ou l’agencement des tiges et/ou des ressorts dans le plan (
Les espaceurs de l’invention sont réalisés dans un matériau présentant un module d’Young préférentiellement supérieur à 1000 Mpa et typiquement égal à 10000 Mpa. En effet, contrairement à certaines batteries assemblées de l’art antérieur (voir par exemple figures 1A-1B), il est nécessaire que les espaceurs présentent une rigidité suffisante pour répercuter une dilatation des cellules sur le ou les éléments déformables et ainsi assurer une compression de l’empilement EP. Pour cela, les espaceurs ES de l’invention sont préférentiellement réalisés en matériau plastique, par exemple une matière plastique chargée en fibres de verre.The spacers of the invention are made of a material having a Young's modulus preferably greater than 1000 Mpa and typically equal to 10000 Mpa. Indeed, unlike certain assembled batteries of the prior art (see for example figures 1A-1B), it is necessary for the spacers to have sufficient rigidity to reflect an expansion of the cells on the deformable element(s) and thus ensure compression of the EP stack. For this, the ES spacers of the invention are preferably made of plastic material, for example a plastic material loaded with glass fibers.
De manière similaire, afin d’assurer une compression adaptée de l’empilement EP, les éléments déformables de l’invention présentent un module de cisaillement préférentiellement compris entre 2500 daN/mm² et 15000 daN/mm² et encore préférentiellement compris entre 4000 daN/mm² et 10000 daN/mm².Similarly, in order to ensure suitable compression of the EP stack, the deformable elements of the invention have a shear modulus preferably between 2500 daN/mm² and 15000 daN/mm² and even more preferably between 4000 daN/mm² and 10000 daN/mm².
Ces valeurs de module d’Young et de module de cisaillement sont adaptées à une déformation typique des cellules de batterie lors de leurs cycles de charge.These Young's modulus and shear modulus values are adapted to typical deformation of battery cells during their charging cycles.
De manière préférentielle, lorsque le premier espaceur ES1et le dernier espaceur ESnforment respectivement la première et la dernière couche de l’empilement EP, ils présentent chacun une structure mécanique renforcée par rapport au reste des espaceurs. En effet, ces deux espaceurs ES1et ESnsubissent alors la majorité des contraintes mécaniques générées par l’ensemble de compression EC. Selon le premier mode de réalisation, pour permettre ce renforcement mécanique, les espaceurs ES1et ESnprésentent de nervures de rigidification N.Preferably, when the first spacer ES 1 and the last spacer ES n respectively form the first and last layers of the stack EP, they each have a mechanical structure reinforced compared to the rest of the spacers. Indeed, these two spacers ES 1 and ES n then undergo the majority of the mechanical stresses generated by the compression assembly EC. According to the first embodiment, to allow this mechanical reinforcement, the spacers ES 1 and ES n have stiffening ribs N.
A titre d’exemple non limitatif, dans l’illustration des figures 4A, 4B et 5, les espaceurs ES1et ESnprésentent des nervures selon la première direction transversale (selon la direction
Comme visible sur les figures 4B et 5, la batterie assemblée 1 selon l’invention comprend préférentiellement des entretoises ET permettant de séparer l’empilement de la paroi interne du boîtier. Pour cela, les entretoises ET sont par exemple en plastique et sont fixées de part et d’autre de l’empilement selon la deuxième direction transversale, de manière à être en contact avec une surface interne d’une paroi du boîtier externe. Le nombre d’entretoises ET et leur disposition dans le plan (
Les figures 6A et 6B présentent une vue schématique en coupe de la batterie assemblée selon le premier mode de réalisation, pour une coupe réalisée selon le plan (
Plus précisément, la
Par opposition, dans l’illustration de la
Comme illustré dans les figures 6A et 6B, selon certains modes de réalisation, l’ensemble de compression EC et la disposition de l’empilement EP au sein du boîtier externe sont adaptés pour que le premier et le deuxième espaceur ne répercutent aucune contrainte mécanique sur le boîtier externe selon la direction longitudinale. Cette condition doit être essentiellement vérifiée lorsque les cellules sont chargées et présentent une épaisseur maximale.As illustrated in Figures 6A and 6B, according to certain embodiments, the EC compression assembly and the arrangement of the EP stack within the outer casing are adapted so that the first and second spacers do not transmit any mechanical stress to the outer casing in the longitudinal direction. This condition must essentially be verified when the cells are loaded and have a maximum thickness.
Autrement dit, dans ces modes de réalisation, il existe une première distance non nulle
En comparant les figures 6A et 6B, on observe naturellement que les ressorts R1, R2sont plus comprimés dans la direction longitudinale lorsque les cellules CB sont chargées (figure 6B) que déchargées (figure 6A) compte tenu de la dilatation des cellules. Pour la même raison, les distances
Afin de répartir le déplacement longitudinal des espaceurs des deux côtés de l’empilement, la batterie assemblée de l’invention comprend préférentiellement un espaceur fixe EF présentant une position fixe selon la direction longitudinale dans le boîtier externe, même lors d’une dilatation des cellules de batterie. De manière préférentielle, afin de répartir au mieux le déplacement des espaceurs, l’espaceur fixe est situé sensiblement au milieu de l’empilement ou à la position de n’importe lequel des espaceurs mobiles. En variante, l’espaceur fixe peut être situé à la position de n’importe lequel des espaceurs mobiles selon la direction longitudinale dans le boîtier externe.In order to distribute the longitudinal displacement of the spacers on both sides of the stack, the assembled battery of the invention preferably comprises a fixed spacer EF having a fixed position in the longitudinal direction in the external housing, even during expansion of the battery cells. Preferably, in order to best distribute the displacement of the spacers, the fixed spacer is located substantially in the middle of the stack or at the position of any of the movable spacers. Alternatively, the fixed spacer may be located at the position of any of the movable spacers in the longitudinal direction in the external housing.
A titre d’exemple non limitatif, dans le mode de réalisation des figures 6A et 6B, la position de l’espaceur fixe EF dans le boîtier est fixé longitudinalement par le biais de rainures RL formées sur la paroi interne du boîtier. Ces rainures s’étendent par exemple selon la première direction transversale
On définit une première partie A des espaceurs mobiles situés à gauche de l’espaceurs fixe EF dans les figures 6A et 6B. De même, on définit une deuxième partie B des espaceurs mobiles situés à droite de l’espaceurs fixe EF dans les figures 6A et 6B.A first part A of the mobile spacers located to the left of the fixed spacer EF is defined in Figures 6A and 6B. Similarly, a second part B of the mobile spacers located to the right of the fixed spacer EF is defined in Figures 6A and 6B.
Selon le premier mode de réalisation, comme illustré dans les figures 6A et 6B, chaque tige est préférentiellement implantée dans un insert IT respectif aménagé dans le premier espaceur ES1de sorte que les tiges soient solidaires du premier espaceurs ES1.According to the first embodiment, as illustrated in figures 6A and 6B, each rod is preferably implanted in a respective IT insert arranged in the first spacer ES 1 so that the rods are integral with the first spacer ES 1 .
Ainsi, lorsque le groupe A des espaceurs se déplace longitudinalement sur la gauche (selon la direction de la flèche FA) à cause du gonflement des cellules situées entre les espaceurs du groupe A, les tiges T1-T4suivent ce déplacement et se déplacent elles-aussi vers la gauche. La direction de déplacement est provoquée par la présence de l’espaceur fixe EF à droite du groupe A. Compte tenu de ce déplacement des tiges T1-T4, les éléments BC -montés fixes sur les tiges- viennent comprimer les ressorts R1-R4selon cette même direction FA.Thus, when the group A of spacers moves longitudinally to the left (in the direction of the arrow F A ) due to the swelling of the cells located between the spacers of group A, the rods T 1 -T 4 follow this movement and also move to the left. The direction of movement is caused by the presence of the fixed spacer EF to the right of group A. Given this movement of the rods T 1 -T 4 , the elements BC - mounted fixed on the rods - come to compress the springs R 1 -R 4 in this same direction F A .
De manière simultanée, le groupe B des espaceurs coulisse dans la direction opposée au groupe A (selon la flèche FB) et vient également comprimer les ressorts R1-R4selon la direction FB.Simultaneously, group B of spacers slides in the opposite direction to group A (according to arrow F B ) and also compresses springs R 1 -R 4 in direction F B .
Ainsi, par un agencement adapté de l’espaceur fixe EF, il est possible répartir le déplacement longitudinal des espaceurs de part et d’autre de l’espaceur fixe EF.Thus, by means of a suitable arrangement of the fixed spacer EF, it is possible to distribute the longitudinal displacement of the spacers on either side of the fixed spacer EF.
De manière préférentielle, la structure du ou des espaceurs coopérant avec les ressorts pour comprimer l’empilement est adaptée pour guider une course des ressorts lors de leur compression selon la direction longitudinale. Ainsi, on assure une compression mécanique optimale selon la direction longitudinale de l’empilement via les ressorts. Pour cela, selon le mode de réalisation des figures 6A et 6B, le dernier espaceur ES1, ESNprésente chacun plusieurs renfoncements illustrés par les références RF1, RF2. Chaque renfoncement RF1, RF2 est associé à un ressort respectif et présente des dimensions et un agencement adaptés de manière à guider, dans le renfoncement, la course du ressort respectif lors de sa compression selon la direction longitudinale.Preferably, the structure of the spacer(s) cooperating with the springs to compress the stack is adapted to guide a stroke of the springs during their compression in the longitudinal direction. Thus, optimal mechanical compression is ensured in the longitudinal direction of the stack via the springs. For this, according to the embodiment of FIGS. 6A and 6B, the last spacer ES 1 , ES N each has several recesses illustrated by the references RF1, RF2. Each recess RF1, RF2 is associated with a respective spring and has dimensions and an arrangement adapted so as to guide, in the recess, the stroke of the respective spring during its compression in the longitudinal direction.
La
La batterie assemblée de la
Une deuxième plaque électrique PC2 (non représentée en
Comme illustré dans les figures 5 et 7 notamment, chaque cellule de batterie CB comprend une cosse électrique CE et, de manière préférentielle, les plaques de connexion électrique PC1, PC2 comprennent des ouvertures chacune traversée par une cosse électrique respective. Des bus-barres BB sont alors fixés sur les plaques de connexion électrique pour relier électriquement les cosses électriques de deux cellules CB adjacentes. Ainsi, les deux plaques de connexion permettent un montage en série approprié des cellules de batterie via les bus-barres BB.As illustrated in Figures 5 and 7 in particular, each battery cell CB comprises an electrical terminal CE and, preferably, the electrical connection plates PC1, PC2 comprise openings each crossed by a respective electrical terminal. Bus bars BB are then fixed on the electrical connection plates to electrically connect the electrical terminals of two adjacent CB cells. Thus, the two connection plates allow suitable series mounting of the battery cells via the bus bars BB.
Afin de tolérer le déplacement de cellules selon la direction longitudinale provoqué par le déplacement des espaceurs, il est avantageux que les cosses électriques CE soient déformables. Autrement dit, les cosses électriques CE sont réalisées dans un métal déformable par le déplacement selon la direction longitudinale des espaceurs dans le boîtier externe B. Par exemple, les cosses sont en aluminium.In order to tolerate the displacement of cells in the longitudinal direction caused by the displacement of the spacers, it is advantageous for the CE electrical terminals to be deformable. In other words, the CE electrical terminals are made of a metal that can be deformed by the displacement in the longitudinal direction of the spacers in the external case B. For example, the terminals are made of aluminum.
Il est cependant préférable d’éviter une trop forte déformation des cosses électriques CE lors d’un déplacement des cellules par rapport au boîtier. En effet, dans un cas extrême de déformation, il serait possible qu’une cosse électrique se rompe compromettant ainsi le fonctionnement de la batterie assemblée. Pour prévenir cela, chaque ouverture ménagée dans une plaque de connexion électriques PC1 ou PC2 est dimensionnée pour permettre un déplacement de la cosse électrique dans l’ouverture qu’elle traverse lors du déplacement selon la direction longitudinale des cellules par rapport au boîtier externe. Pour clarifier, par « déplacement de la cosse électrique dans l’ouverture qu’elle traverse » on entend ici un déplacement selon la direction longitudinale de la cosse électrique au sein de l’ouverture qu’elle traverse sans que la cosse soit déformée par les bords de l’ouverture.However, it is preferable to avoid excessive deformation of the CE electrical terminals when moving the cells relative to the casing. Indeed, in an extreme case of deformation, it would be possible for an electrical terminal to break, thus compromising the operation of the assembled battery. To prevent this, each opening made in a PC1 or PC2 electrical connection plate is sized to allow movement of the electrical terminal in the opening it passes through when moving the cells in the longitudinal direction relative to the external casing. To clarify, by "movement of the electrical terminal in the opening it passes through" is meant a movement in the longitudinal direction of the electrical terminal within the opening it passes through without the terminal being deformed by the edges of the opening.
La
Selon l’invention, de nombreuses possibilités sont envisageables quant au(x) moyen(s) permettant un déplacement des espaceurs relativement au boîtier externe selon la direction longitudinale.According to the invention, numerous possibilities are conceivable as to the means(s) allowing movement of the spacers relative to the external housing in the longitudinal direction.
Ainsi, selon le premier mode de réalisation et comme illustré dans les figures 4A à 7, les tiges traversant les espaceurs permettent ce déplacement des espaceurs tout en garantissant une bonne stabilité mécanique.Thus, according to the first embodiment and as illustrated in Figures 4A to 7, the rods passing through the spacers allow this movement of the spacers while guaranteeing good mechanical stability.
Alternativement, selon un troisième mode de réalisation de l’invention compatible avec le premier mode de réalisation de l’invention, le déplacement des espaceurs relativement au boîtier externe est permis par un montage télescopique des espaceurs.Alternatively, according to a third embodiment of the invention compatible with the first embodiment of the invention, the movement of the spacers relative to the external housing is permitted by a telescopic mounting of the spacers.
Les figures 8A à 8C illustrent schématiquement un exemple d’espaceur ES compris dans un empilement EP d’une batterie assemblée selon le troisième mode de réalisation de l’invention. Dans cet exemple, chaque espaceur ES présente un corps en forme générale de plaque et comprend quatre embouts femelles TF et quatre embouts mâles TM répartis préférentiellement aux quatre extrémités de l’espaceur. Chaque embout mâle TM de chaque espaceur ES est apte à s’emboîter et à coulisser à l’intérieur d’un embout femelle TF d’un espaceur adjacent pour permettre le déplacement selon la direction longitudinale des espaceurs lors d’une dilatation des cellules CB.Figures 8A to 8C schematically illustrate an example of an ES spacer included in an EP stack of a battery assembled according to the third embodiment of the invention. In this example, each ES spacer has a body in the general shape of a plate and comprises four female TF ends and four male TM ends distributed preferentially at the four ends of the spacer. Each male TM end of each ES spacer is capable of fitting and sliding inside a female TF end of an adjacent spacer to allow movement in the longitudinal direction of the spacers during expansion of the CB cells.
Dans le troisième mode de réalisation, toute forme des embouts mâles et femelles est envisageable tant qu’un montage télescopique entre les embouts mâles et femelles est possible. De plus, le nombre d’embouts mâles et femelles et leur disposition illustrés dans les figures 8A à 8C sont donnés à titre d’exemple non limitatif. D’autres possibilités apparaitront de manière évidente à l’homme de l’art sans sortir du cadre de l’invention.In the third embodiment, any shape of the male and female ends is conceivable as long as a telescopic assembly between the male and female ends is possible. In addition, the number of male and female ends and their arrangement illustrated in Figures 8A to 8C are given as a non-limiting example. Other possibilities will be obvious to those skilled in the art without departing from the scope of the invention.
Comme évoqué précédemment, le troisième mode de réalisation de l’invention est compatible avec le premier mode de réalisation de l’invention. Autrement dit, selon un quatrième mode de réalisation, le déplacement des espaceurs relativement au boîtier externe est permis aussi bien par le montage télescopique des espaceurs entre eux que par les tiges traversant les espaceurs. Ainsi, on obtient une stabilité mécanique optimale de l’empilement lors d’une variation de sa dimension longitudinale. La batterie assemblée 1 est alors plus robuste mécaniquement et plus résistante aux chocs et aux vibrations.As mentioned above, the third embodiment of the invention is compatible with the first embodiment of the invention. In other words, according to a fourth embodiment, the movement of the spacers relative to the external housing is permitted both by the telescopic mounting of the spacers between them and by the rods passing through the spacers. Thus, optimal mechanical stability of the stack is obtained during a variation in its longitudinal dimension. The assembled battery 1 is then more mechanically robust and more resistant to shocks and vibrations.
Selon le quatrième mode de réalisation, de manière préférentielle chaque embout femelle de chaque espaceur débouche sur un embout mâle respectif dudit espaceur, de manière à former une portion creuse cylindrique qu’une tige est apte à traverser. Ainsi, chaque tige traverse de multiples portions cylindriques creuses formées par les embouts mâles et les embouts femelles des espaceurs qui facilitent le déplacement des espaceurs selon la direction longitudinale grâce à leur montage télescopique.According to the fourth embodiment, preferably each female end of each spacer opens onto a respective male end of said spacer, so as to form a hollow cylindrical portion that a rod is able to pass through. Thus, each rod passes through multiple hollow cylindrical portions formed by the male ends and the female ends of the spacers which facilitate the movement of the spacers in the longitudinal direction thanks to their telescopic mounting.
En outre, comme illustré dans les figures 8B et 8C, des espaceurs ES de la batterie assemblée 1 de l’invention présentent préférentiellement au moins une tranchée T. Chaque tranchée T forme, par coopération avec une cellule de batterie adjacente, au moins un canal de circulation pour un liquide caloporteur apte à refroidir les cellules de batteries. Pour permettre la circulation du liquide caloporteur, le boîtier externe comprend une entrée EL (représentée sur les figures 4A, 4B et 7) et une sortie SL (non représentée) reliées aux canaux de circulation.Furthermore, as illustrated in Figures 8B and 8C, spacers ES of the assembled battery 1 of the invention preferably have at least one trench T. Each trench T forms, by cooperation with an adjacent battery cell, at least one circulation channel for a heat transfer liquid capable of cooling the battery cells. To allow the circulation of the heat transfer liquid, the external housing comprises an inlet EL (shown in Figures 4A, 4B and 7) and an outlet SL (not shown) connected to the circulation channels.
Afin d’empêcher le liquide caloporteur de circuler ailleurs que dans les canaux de circulation, la batterie assemblée comprend préférentiellement un joint d’étanchéité JE. Comme illustré en
A titre d’exemple non limitatif, dans l’exemple des figures 8B et 8C, chaque espaceur ES comprend deux tranchées T qui s’étendent selon la première direction transversale. Il est entendu qu’un nombre différent de tranchées T est possible sans sortir du cadre de l’invention.By way of non-limiting example, in the example of Figures 8B and 8C, each spacer ES comprises two trenches T which extend in the first transverse direction. It is understood that a different number of trenches T is possible without departing from the scope of the invention.
Claims (14)
- un empilement (EP) selon une direction longitudinale d’empilement (
) comprenant une alternance d’une pluralité de cellules de batterie (CB) et d’une pluralité d’espaceurs (ES, ES1, ESn) mobiles par rapport au boîtier externe, - un ensemble de compression (EC) comprenant au moins un élément déformable (R, R1, R2, R3, R4) disposé en contact mécanique avec ledit empilement, l’ensemble de compression étant adapté, via ledit au moins un élément déformable, pour comprimer l’empilement selon la direction longitudinale tout en permettant un déplacement selon la direction longitudinale des espaceurs par rapport au boîtier externe lors d’une dilatation des cellules de batterie.
- a stack (EP) according to a longitudinal stacking direction (
) comprising an alternation of a plurality of battery cells (CB) and a plurality of spacers (ES, ES 1 , ES n ) movable relative to the external housing, - a compression assembly (EC) comprising at least one deformable element (R, R 1 , R 2 , R 3 , R 4 ) arranged in mechanical contact with said stack, the compression assembly being adapted, via said at least one deformable element, to compress the stack in the longitudinal direction while allowing movement in the longitudinal direction of the spacers relative to the external casing during expansion of the battery cells.
et dans laquelle le boîtier externe comprend une entrée (EL) et une sortie (SL) reliées aux canaux de circulation pour permettre la circulation d’un liquide caloporteur entre ladite entrée et ladite sortie par les canaux de circulation apte à refroidir les cellules de batteries.Assembled battery according to any one of the preceding claims, in which each spacer comprises at least one trench (T) forming, by cooperating with a battery cell adjacent to said spacer, at least one circulation channel,
and wherein the external housing comprises an inlet (EL) and an outlet (SL) connected to the circulation channels to allow the circulation of a heat transfer liquid between said inlet and said outlet through the circulation channels capable of cooling the battery cells.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2402620A FR3160273A1 (en) | 2024-03-15 | 2024-03-15 | Improved assembled battery |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| FR2402620A FR3160273A1 (en) | 2024-03-15 | 2024-03-15 | Improved assembled battery |
| FR2402620 | 2024-03-15 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3160273A1 true FR3160273A1 (en) | 2025-09-19 |
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Family Applications (1)
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2024
- 2024-03-15 FR FR2402620A patent/FR3160273A1/en active Pending
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