FR3160273A1

FR3160273A1 - Batterie assemblée améliorée

Info

Publication number: FR3160273A1
Application number: FR2402620A
Authority: FR
Inventors: Lofti BENKRAIEM; Max VAREON
Original assignee: Akwel SA
Current assignee: Akwel SA
Priority date: 2024-03-15
Filing date: 2024-03-15
Publication date: 2025-09-19

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]

Description

Batterie assemblée améliorée

La présente invention concerne le domaine des batteries assemblées sous la forme d’un bloc-batterie.

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.

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.

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.

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.

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.

L’utilisation d’un boîtier en métal implique un accroissement du coût et du poids du bloc batterie 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.

Par exemple, laFIG. 2illustre une vue schématique en perspective d’une batterie assemblée 100 conventionnelle décrite dans la demande EP 1990861A1. Cette batterie assemblée 100 comporte un bloc-batterie 23 formé par l'empilement alterné d'une pluralité de cellules de batteries rectangulaires 21 et d’espaceurs 22. Pour comprimer les cellules de batterie 21, la batterie assemblée 100 comprend des composants de fixation 24 qui fixent une position de la pluralité de cellules de batteries 21 et compriment l’empilement. Les composants de fixation 24 comprennent une paire de plaques d'extrémité 25 disposées sur les deux surfaces d'extrémité de la pluralité de cellules de batterie 21, et une bande métallique 26 fixant les cellules de batterie 21 empilées dans un état comprimé en couplant les parties d'extrémité des plaques d'extrémité 25. Ainsi, les composants de fixation 24 préviennent l’appui des cellules de batterie contre les parois du boîtier.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Selon un mode de réalisation, les espaceurs sont réalisés en matériau plastique, par exemple une matière plastique chargée en fibres de verre.

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 :

FIG. 1etFIG. 1, une vue schématique en coupe d’une batterie assemblée connue de l’art antérieur avec des cellules de batterie respectivement déchargées et chargées ;

FIG. 2, une vue schématique en perspective d’une batterie assemblée décrite dans l’art antérieur ;

FIG. 3, une vue schématique en coupe d’une batterie assemblée selon l’invention ;

FIG. 4,FIG. 4, une vue schématique en perspective et éclatée respectivement d’une batterie assemblée selon un premier mode de réalisation de l’invention ;

FIG. 5, une vue en perspective de l’empilement et de l’ensemble de compression de la batterie assemblée du premier mode de réalisation ;

FIG. 6,FIG. 6, une vue schématique en coupe de la batterie assemblée selon le premier mode de réalisation pour des cellules de batterie déchargées et chargées respectivement ;

FIG. 7, une vue en perspective de la batterie assemblée selon le premier mode de réalisation sans le boîtier externe ;

FIG. 8,FIG. 8,FIG. 8, une vue schématique d’un exemple d’espaceur compris dans un empilement d’une batterie assemblée selon le troisième mode de réalisation de l’invention.

Dans les figures, sauf contre-indication, les éléments ne sont pas à l’échelle et les références identiques désignent des éléments identiques.

En outre, sauf contre-indication, les caractéristiques optionnelles décrites dans la description et les figures peuvent être combinées entre elles.

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.

LaFIG. 3illustre de manière schématique une vue en coupe d’une batterie assemblée 1 selon l’invention.

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 tout en permettant un déplacement des espaceurs ES par rapport au boîtier externe B selon la direction longitudinale lors d’une dilatation des cellules de batterie. Cette dilatation est notamment provoquée par les cycles de charge des cellules de batterie CB.

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.

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.

LaFIG. 4illustre une vue schématique en perspective d’une batterie assemblée 1 selon un mode de réalisation de l’invention. Dans laFIG. 4, les espaceurs ES sont observables par transparence. De plus, laFIG. 4illustre une vue schématique éclatée de la batterie assemblée 1 de laFIG. 4. Par la suite, le mode de réalisation des figures 4A et 4B est appelé « premier mode de réalisation ». Enfin, laFIG. 5illustre une vue en perspective de l’empilement EP et de l’ensemble de compression EC de la batterie assemblée du premier mode de réalisation.

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.

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 . Les plaques de l’empilement EP présentent une longueur selon une première direction transversale et une largeur selon une deuxième direction transversale qui est perpendiculaire à la première direction transversale .

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.

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 ES_nrespectivement. 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 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.

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.

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 ES_n. Cette mise en œuvre présente l’avantage d’être simple tout en permettant une compression satisfaisante de l’empilement 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-ES_n. 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.

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.

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.

Ainsi, selon le premier mode de réalisation, une dilatation des cellules CB selon la direction longitudinale provoque un coulissement des espaceurs via les tiges T₁-T₄de manière à ménager un espace suffisant pour l’accroissement de l’épaisseur des cellules CB. De manière simultanée, le déplacement des espaceurs dans le boîtier externe B provoque une compression des éléments déformables R₁-R₄qui induit une force dans la direction opposée comprimant l’empilement EP. Pour clarifier, par « épaisseur des cellules CB » on entend ici la dimension 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.

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.

Une description plus précise du déplacement des espaceurs lors d’une dilatation des cellules sera donnée dans la description des figures 6A et 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.

Selon un autre mode de réalisation, le nombre et/ou l’agencement des tiges et/ou des ressorts dans le plan ( ) est différent de celui illustré dans les figures 4A, 4B et 5. En effet, selon l’invention, de nombreuses combinaisons différentes dispositions/nombre de ressorts et de tiges sont possibles pour produire l’effet technique recherché de compression de l’empilement et de réduction de contrainte sur le boîtier externe. L’homme de l’art comprendra donc que la portée de l’invention n’est pas limitée indûment à l’exemple illustratif des figures 4A, 4B et 5.

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.

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.

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.

De manière préférentielle, lorsque le premier espaceur ES₁et le dernier espaceur ES_nforment 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 ES_nsubissent 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 ES_nprésentent de nervures de rigidification N.

A titre d’exemple non limitatif, dans l’illustration des figures 4A, 4B et 5, les espaceurs ES₁et ES_nprésentent des nervures selon la première direction transversale (selon la direction ) et des nervures selon la deuxième 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 ( ) illustré dans les figures 4B et 5 n’est pas limitatif et dépend notamment des dimensions de l’empilement dans le plan ( ) et de la masse de l’empilement.

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 ( ) passant par les tiges T₁et T₂.

Plus précisément, laFIG. 6illustre la batterie assemblée 1 dans laquelle les cellules CB sont entièrement déchargées. Autrement dit, dans l’illustration de laFIG. 6, les cellules CB présentent une épaisseur minimale.

Par opposition, dans l’illustration de laFIG. 6, la batterie assemblée 1 comprend des cellules CB qui sont entièrement chargées et qui présentent donc une épaisseur maximale.

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.

Autrement dit, dans ces modes de réalisation, il existe une première distance non nulle selon la direction longitudinale entre l’empilement et une première paroi P₁du boîtier externe et il existe une deuxième distance non nulle selon la direction longitudinale entre l’empilement et une deuxième paroi P₂du boîtier externe. Les deux distances et sont représentées dans les figures 6A et 6B. A titre d’exemple illustratif, dans les figures 6A et 6B, les deux parois P₁et P₂s’étendent selon un plan transversal sensiblement orthogonal à la direction longitudinale.

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 et sont plus petites lorsque les cellules CB sont chargées que déchargées.

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.

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 et présentent des dimensions dans le plan ( ) adaptées pour permettre une coopération avec l’espaceur fixe EF telle que ce dernier ne puisse pas se déplacer longitudinalement dans le boîtier.

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.

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.

Ainsi, lorsque le groupe A des espaceurs se déplace longitudinalement sur la gauche (selon la direction de la flèche F_A) 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 F_A.

De manière simultanée, le groupe B des espaceurs coulisse dans la direction opposée au groupe A (selon la flèche F_B) et vient également comprimer les ressorts R₁-R₄selon la 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.

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, ES_Nprésente 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.

LaFIG. 7présente une vue en perspective de la batterie assemblée 1 selon le premier mode de réalisation sans le boîtier externe.

La batterie assemblée de laFIG. 7comprend une première plaque de connexion électrique PC1 pour réaliser une première partie des connexions électriques entre les cellules de batterie CB. La plaque PC1 permet en outre de réaliser les connexions électriques de sortie BS et d’arrivée BA et l’embout de connecteur électrique CC pour l’électronique de commande de la batterie assemblée 1.

Une deuxième plaque électrique PC2 (non représentée enFIG. 7mais visible enFIG. 4) est disposée du côté opposé de l’empilement par rapport à la première plaque PC1, pour réaliser une deuxième partie des connexions électriques entre les cellules de batterie CB. Les plaques de connexions PC1, PC2 sont montées fixes dans le boîtier externe B.

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.

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.

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.

LaFIG. 7illustre en outre une entrée EL pour permettre la circulation d’un liquide caloporteur apte à refroidir les cellules de batteries (voir plus loin dans la description des figures 8B et 8C).

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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 enFIG. 4, le joint d’étanchéité est disposé entre l’entrée EL et l’empilement EP et permet notamment d’éviter que le liquide caloporteur circule dans l’espace entre l’empilement et la paroi du boîtier ménagé par les entretoises.

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.

Claims

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, ES_n) 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.
Batterie assemblée selon la revendication 1, dans laquelle 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 (P₁) du boîtier externe et tel qu’il existe une deuxième distance non nulle ( ) selon la direction longitudinale entre l’empilement et une deuxième paroi (P₂) du boîtier externe.
Batterie assemblée selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle une première et une dernière couche dudit empilement sont formées par un premier espaceur (ES₁) et un dernier espaceur (ES_n) respectivement.
Batterie assemblée selon la revendication précédente, dans laquelle le premier espaceur (ES₁) et le dernier espaceur (ES_n) présentent chacun une structure mécanique renforcée par rapport au reste des espaceurs.
Batterie assemblée selon la revendication précédente, dans laquelle 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 (N) de rigidification adaptée pour permettre ladite structure mécanique renforcée du premier et du dernier espaceur.
Batterie assemblée selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel 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.
Batterie assemblée selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit ensemble de compression comprend au moins une tige (T₁, T₂, T₃, T₄) 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.
Batterie assemblée selon la revendication précédente, dans laquelle ledit au moins un élément dudit ensemble de compression comprend quatre tiges (T₁, T₂, T₃, T₄) 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.
Batterie assemblée selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle 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.
Batterie assemblée selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant des entretoises (ET) 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.
Batterie assemblée selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle 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.
Batterie assemblée selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle chaque espaceur comprend au moins une tranchée (T) 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 (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.
Batterie assemblée selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle chaque cellule de batterie comprend une cosse électrique (CE) et dans laquelle la batterie assemblée comprend une première plaque de connexion électrique (PC1) agencée au sein du boîtier externe, les cosses électriques (CE) 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 (PC1) 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.
Batterie assemblée selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les espaceurs sont réalisés en matériau plastique, par exemple une matière plastique chargée en fibres de verre.