FR2988915A3 - Module structure for housing lithium-ion battery cells in battery module in e.g. electric vehicle, has case arranged to form spacing between adjacent walls perpendicular to basic wall, where thickness of basic wall is equal to that of cells - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une structure de module de batterie destinée à loger des cellules (1) Li-ion à enveloppe souple, comprenant un boîtier (12) en aluminium extrudé et un couvercle supérieur (14), le boîtier (12) comprenant : - une paroi de fond (121), - deux parois latérales (122, 123) perpendiculaires à la paroi de fond (121) et solidaires de bords parallèles de la paroi de fond (121), - au moins une paroi interne (124) perpendiculaire à la paroi de fond (121) et solidaire de cette dernière, le couvercle supérieur (14) fermant le boîtier du côté des parois latérales (122, 123) opposé à la paroi de fond (121) et le boîtier (12) étant conformé pour que l'espacement (e) entre deux parois adjacentes perpendiculaires à la paroi de fond (121) soit sensiblement égal à l'épaisseur d'un nombre prédéterminé de cellules (1). L'invention concerne également un module de batterie comprenant une telle structure.A battery module structure for accommodating flexible envelope Li-ion cells (1), comprising an extruded aluminum housing (12) and an upper cover (14), the housing (12) comprising: a bottom wall (121), - two side walls (122, 123) perpendicular to the bottom wall (121) and integral with parallel edges of the bottom wall (121), - at least one perpendicular inner wall (124) at the bottom wall (121) and integral with the latter, the upper cover (14) closing the housing on the side of the side walls (122, 123) opposite the bottom wall (121) and the housing (12) being shaped so that the spacing (e) between two adjacent walls perpendicular to the bottom wall (121) is substantially equal to the thickness of a predetermined number of cells (1). The invention also relates to a battery module comprising such a structure.
Description
STRUCTURE DE MODULE DE BATTERIE POUR CELLULES LIION A ENVELOPPE SOUPLE ET MODULE DE BATTERIE CORRESPONDANT L'invention concerne une structure de module de batterie pour cellules Li-ion à enveloppe souple et un module de batterie correspondant. Les batteries Li-ion sont de plus en plus utilisées pour stocker l'énergie dans les véhicules électriques ou les véhicules hybrides. Plusieurs dizaines ou centaines de cellules sont utilisées pour configurer une batterie (ou pack de batterie) conforme aux spécifications exigées par ces applications automobiles (tension, puissance, énergie,...). Pour faciliter l'assemblage des nombreuses cellules nécessaires à la réalisation d'une batterie, un sous-assemblage de plusieurs cellules, appelé « module », est généralement utilisé. Il existe différentes technologies de module selon la structure de la cellule. Une cellule Li-ion doit éviter d'être en contact avec de l'eau ou de l'humidité afin de tenir sa durée vie. A cet effet, une cellule Li-ion est disposée dans un contenant métallique, lequel peut être un boîtier métallique dur, cylindrique, ou une enveloppe souple prismatique en aluminium. Les boîtiers durs sont généralement en aluminium et obtenus suite à plusieurs étapes d'emboutissage, ce qui permet de réaliser des pièces très profondes, mais présentent un coût élevé. En outre, la structure entre les électrodes et les bornes peut être complexe et nécessiter de nombreuses pièces, ce qui représente également un coût. Une cellule à boîtier métallique dur est ainsi avantageuse en termes de solidité et robustesse, mais présente un coût final relativement élevé et est relativement lourde. Les enveloppes souples sont constituées d'un film aluminium laminé avec un film plastique l'isolant électriquement de l'électrolyte interne. La cellule à enveloppe souple a une structure très simple avec peu de pièces. Elle présente également l'avantage de faciliter la dissipation de la chaleur grâce à l'épaisseur fine de son enveloppe et à sa grande surface. Néanmoins, la cellule elle-même n'a pas une structure rigide si bien que l'assemblage de plusieurs cellules en module nécessite l'utilisation de boîtiers rigides, ce qui augmente le volume et le poids de l'ensemble et réduire l'efficacité de la dissipation de chaleur. Ainsi, par exemple, le document US2009/0220853A1 décrit des boîtiers fermés en aluminium embouti renfermant chacun deux cellules Li-ion à enveloppe souple, ces boîtiers étant ensuite regroupés dans un cadre support. L'assemblage est cependant relativement complexe avec en premier lieu l'assemblage des boîtiers avec des risques de jeu entre les cellules dans chaque boîtier, puis l'assemblage des boîtiers entre eux pour former une batterie. Le nombre final de pièces est ainsi relativement élevé, de même que le poids et le coût de réalisation. En outre, la conductivité thermique d'un module à un autre est limitée ce qui rend difficile le chauffage/refroidissement des cellules. Il existe donc un besoin pour un module permettant d'assembler des cellules Li-ion à enveloppe souple sans augmenter de manière considérable le volume et le poids du module et en maintenant une bonne conductivité thermique au niveau des cellules. L'invention vise à pallier ces inconvénients en proposant une structure de module de batterie pour cellules Li-ion à enveloppe souple qui soit simple et facile à fabriquer, en particulier pour différents nombres de cellules, qui soit rigide, légère et qui permette de gérer facilement la température des cellules. A cet effet, l'objet de l'invention concerne une structure de module de batterie destinée à loger des cellules Li-ion à enveloppe souple, caractérisée en ce qu'elle comprend un boîtier en aluminium extrudé et un couvercle supérieur, le boîtier comprenant : une paroi de fond, deux parois latérales perpendiculaires à la paroi de fond et solidaires de bords parallèles de la paroi de fond, au moins une paroi interne perpendiculaire à la paroi de fond et solidaire de cette dernière, le couvercle supérieur fermant le boîtier du côté des parois latérales opposé à la paroi de fond et le boîtier étant conformé pour que l'espacement entre deux parois adjacentes perpendiculaires à la paroi de fond soit sensiblement égal à l'épaisseur d'un nombre prédéterminé de cellules Li-ion à enveloppe souple. The invention relates to a battery module structure for flexible envelope Li-ion cells and a corresponding battery module. BACKGROUND OF THE INVENTION Li-ion batteries are increasingly used to store energy in electric vehicles or hybrid vehicles. Several tens or hundreds of cells are used to configure a battery (or battery pack) that meets the specifications required by these automotive applications (voltage, power, energy, etc.). To facilitate the assembly of the numerous cells necessary for the production of a battery, a subassembly of several cells, called "module", is generally used. There are different module technologies depending on the structure of the cell. A Li-ion cell must avoid contact with water or moisture to maintain its life. For this purpose, a Li-ion cell is disposed in a metal container, which may be a hard, cylindrical metal housing, or a flexible prismatic aluminum shell. The hard cases are usually made of aluminum and obtained after several stamping steps, which allows for very deep parts, but have a high cost. In addition, the structure between the electrodes and the terminals can be complex and require many parts, which is also a cost. A hard metal case cell is thus advantageous in terms of strength and robustness, but has a relatively high final cost and is relatively heavy. The flexible envelopes consist of an aluminum film laminated with a plastic film electrically insulating it from the internal electrolyte. The flexible envelope cell has a very simple structure with few parts. It also has the advantage of facilitating the dissipation of heat through the thin thickness of its envelope and its large surface. Nevertheless, the cell itself does not have a rigid structure so that the assembly of several cells in a module requires the use of rigid housings, which increases the volume and the weight of the whole and reduces the efficiency. of heat dissipation. Thus, for example, the document US2009 / 0220853A1 discloses closed housings stamped aluminum each containing two Li-ion cells flexible envelope, these boxes are then grouped in a support frame. The assembly is, however, relatively complex with the first assembly of the housings with risks of play between the cells in each housing, and the assembly of the housings together to form a battery. The final number of pieces is thus relatively high, as well as the weight and the cost of production. In addition, the thermal conductivity of one module to another is limited which makes it difficult to heat / cool the cells. There is therefore a need for a module for assembling flexible envelope Li-ion cells without substantially increasing the volume and weight of the module and maintaining good thermal conductivity at the cell level. The invention aims to overcome these disadvantages by proposing a battery module structure for Li-ion cells with a flexible envelope which is simple and easy to manufacture, in particular for different numbers of cells, which is rigid, light and which makes it possible to manage easily the temperature of the cells. For this purpose, the subject of the invention relates to a battery module structure intended to accommodate Li-ion cells with a flexible envelope, characterized in that it comprises an extruded aluminum case and an upper cover, the case comprising : a bottom wall, two side walls perpendicular to the bottom wall and integral with parallel edges of the bottom wall, at least one inner wall perpendicular to the bottom wall and integral with the latter, the upper cover closing the housing of the side of the side walls opposite the bottom wall and the housing being shaped so that the spacing between two adjacent walls perpendicular to the bottom wall is substantially equal to the thickness of a predetermined number of Li-ion flexible envelope cells .
La réalisation du boîtier en aluminium extrudé permet de réaliser de manière simple et facile un boîtier de dimensions précises, robuste en tenue mécanique et léger. Il est ainsi possible de dimensionner avec précision l'espacement entre deux parois adjacentes perpendiculaires au fond de manière à obtenir un jeu le plus faible possible entre ces parois adjacentes et les cellules disposées entre elles. En particulier, l'espacement entre deux parois adjacentes est sensiblement égal à l'épaisseur des cellules logeant entre ces parois. The realization of the extruded aluminum housing allows to realize in a simple and easy way a housing of precise dimensions, robust in mechanical strength and light. It is thus possible to accurately size the spacing between two adjacent walls perpendicular to the bottom so as to obtain the lowest possible clearance between these adjacent walls and the cells arranged between them. In particular, the spacing between two adjacent walls is substantially equal to the thickness of the cells housing between these walls.
L'épaisseur d'une cellule correspond à l'épaisseur moyenne d'une cellule fournie par le fabricant. Le terme « sensiblement » englobe les écarts d'épaisseur que l'on peut observer entre des cellules de même fabrication (représentant ±de l'épaisseur de la cellule), ainsi que les tolérances de fabrication du boîtier. Il correspond également à une dimension qui peut être supérieure ou inférieure de 0,1 à 0,9 mm à la somme des épaisseurs des cellules disposées entre des parois adjacentes. De préférence, l'espacement sera légèrement inférieur à la somme des épaisseurs, par exemple de 0,1 à 0,9mm ou de n fois 1 à 2% de l'épaisseur d'une cellule, n étant le nombre de cellules logées entre deux parois adjacentes. Les cellules sont ainsi légèrement comprimées dans le boîtier ce qui favorise la conduction thermique entre les cellules et les parois adjacentes et contribue à augmenter la durée de vie des cellules. Le nombre de cellules Li-ion à enveloppe souple pouvant être logées entre deux parois adjacentes perpendiculaires à la paroi de fond peut être variable, par exemple de 2 à 6, de préférence de 2 à 4. Il est possible de loger davantage de cellules entre deux parois adjacentes. Toutefois, plus le nombre de cellules logées est élevé moins la conduction thermique entre le boîtier et les cellules est bonne. The thickness of a cell is the average cell thickness provided by the manufacturer. The term "substantially" encompasses the differences in thickness that can be observed between cells of the same manufacture (representing ± the thickness of the cell), as well as the manufacturing tolerances of the housing. It also corresponds to a dimension that may be 0.1 to 0.9 mm higher or lower than the sum of the cell thicknesses disposed between adjacent walls. Preferably, the spacing will be slightly less than the sum of the thicknesses, for example from 0.1 to 0.9 mm or n times 1 to 2% of the thickness of a cell, where n is the number of cells housed between two adjacent walls. The cells are thus slightly compressed in the housing which promotes thermal conduction between the cells and the adjacent walls and contributes to increasing the life of the cells. The number of flexible envelope Li-ion cells that can be accommodated between two adjacent walls perpendicular to the bottom wall can be variable, for example from 2 to 6, preferably from 2 to 4. It is possible to house more cells between two adjacent walls. However, the higher the number of cells housed, the less the thermal conduction between the housing and the cells.
Une telle structure en aluminium extrudé présente également l'avantage de présenter une très bonne conduction thermique de sorte qu'il est facile de gérer la température des cellules, en refroidissement et/ou en réchauffement, par exemple en disposant un refroidisseur (et/ou un réchauffeur) le long de l'une des parois de la structure, par exemple sous la paroi de fond ou sur le couvercle. Avantageusement, les parois internes et les parois latérales seront identiques, par exemple de forme rectangulaire. On peut toutefois envisager d'autres formes ou prévoir deux parois latérales identiques et des parois internes identiques entre elles mais de dimensions légèrement inférieures aux parois latérales, par exemple présentant une dimension plus faible perpendiculairement à la paroi de fond. Such an extruded aluminum structure also has the advantage of having a very good thermal conduction so that it is easy to manage the temperature of the cells, in cooling and / or heating, for example by arranging a cooler (and / or a heater) along one of the walls of the structure, for example under the bottom wall or on the lid. Advantageously, the inner walls and the side walls will be identical, for example of rectangular shape. However, it is possible to envisage other shapes or to provide two identical side walls and internal walls that are identical to each other, but with slightly smaller dimensions than the side walls, for example having a smaller dimension perpendicular to the bottom wall.
Avantageusement et de manière non limitative, le boîtier est conformé de sorte à définir un même espacement entre chaque paire de deux parois adjacentes perpendiculaires à la paroi de fond. Le même nombre de cellules peut alors être logé entre chaque paire de parois adjacentes. Advantageously and without limitation, the housing is shaped so as to define the same spacing between each pair of two adjacent walls perpendicular to the bottom wall. The same number of cells can then be housed between each pair of adjacent walls.
Avantageusement et de manière non limitative, les faces internes de la paroi de fond et du couvercle supérieur comportent des formes ajustées à la forme des bords des cellules Li-ion à enveloppe souple destinées à être disposées dans le boîtier entre deux parois adjacentes perpendiculaires à la paroi de fond. Du fait de la structure d'une cellule souple, la distance entre les bords des deux cellules extrêmes disposées entre des parois adjacentes est inférieure à l'épaisseur des cellules juxtaposées. Cette configuration de la paroi de fond et du couvercle supérieur permet ainsi d'améliorer le maintien en position des cellules disposées entre deux parois adjacentes. Ces formes ajustées peuvent être des logements présentant une dimension, perpendiculairement aux parois latérales et internes, sensiblement égale à la distance séparant les bords des deux cellules d'extrémité. Avantageusement et de manière non limitative, la structure de module selon l'invention comprend deux couvercles latéraux en matière plastique fixés au boîtier perpendiculairement aux parois latérales, à la paroi de fond et au couvercle supérieur. Ces couvercles latéraux viennent ainsi fermer les côtés latéraux du boîtier, assurant une protection des extrémités des cellules disposées entre les parois adjacentes. Ces extrémités des cellules sont celles comportant les bornes électriques des cellules. Les couvercles latéraux peuvent être agencés pour s'emboîter sur le boîtier, par exemple par coopération avec une ou plusieurs parois du boîtier. De même que les faces internes du couvercle supérieur et de la paroi de fond, les faces internes des couvercles latéraux peuvent en outre comporter des formes ajustées à la forme des bords des cellules Li-ion à enveloppe souple disposées entre deux parois adjacentes du boîtier et participer ainsi au maintien de ces cellules dans le boîtier. Advantageously and in a nonlimiting manner, the inner faces of the bottom wall and the top cover comprise shapes shaped to the shape of the edges of the Li-ion cells with flexible envelope intended to be arranged in the housing between two adjacent walls perpendicular to the bottom wall. Due to the structure of a flexible cell, the distance between the edges of the two end cells disposed between adjacent walls is less than the thickness of the juxtaposed cells. This configuration of the bottom wall and the top cover thus makes it possible to improve the holding in position of the cells arranged between two adjacent walls. These adjusted shapes may be housings having a dimension, perpendicular to the side and internal walls, substantially equal to the distance separating the edges of the two end cells. Advantageously and in a nonlimiting manner, the module structure according to the invention comprises two plastic side covers fixed to the housing perpendicular to the side walls, the bottom wall and the top cover. These side covers thus close the lateral sides of the housing, providing protection of the ends of the cells disposed between the adjacent walls. These cell ends are those with the electrical terminals of the cells. The side covers may be arranged to fit on the housing, for example by cooperation with one or more walls of the housing. As well as the inner faces of the top cover and the bottom wall, the inner faces of the side covers may further comprise shapes shaped to the edge shape of the flexible envelope Li-ion cells disposed between two adjacent walls of the housing and thus participate in maintaining these cells in the housing.
Les couvercles latéraux peuvent être fixés au boîtier par collage, et/ou vis, rivets ou analogues. Avantageusement et de manière non limitative, la structure selon l'invention comprend des éléments de connexion électrique, tels que des barres de connexion électrique appelées busbars et des bornes terminales, destinées à relier électriquement des cellules Li-ion à enveloppe souple disposées dans le boîtier, ces éléments de connexion étant solidarisés aux couvercles latéraux, soit par des moyens de fixation soit par intégration aux couvercles latéraux. The side covers can be attached to the housing by gluing, and / or screws, rivets or the like. Advantageously and in a nonlimiting manner, the structure according to the invention comprises electrical connection elements, such as electrical connection bars called busbars and terminal terminals, intended to electrically connect flexible-envelope Li-ion cells arranged in the housing. these connecting elements being secured to the side covers, either by fixing means or by integration with the side covers.
Avantageusement et de manière non limitative, selon un mode de réalisation, le couvercle supérieur est distinct du boîtier et est agencé pour s'emboîter sur le boîtier. Le couvercle supérieur peut alors être réalisé en matière plastique ou également en aluminium, notamment en aluminium extrudé, l'aluminium étant préféré pour une conduction thermique plus homogène dans la structure de module. Le couvercle supérieur pourra notamment comporter des parties de fixation conformées pour coopérer avec le bord des parois latérales et/ou internes. Ces parties de fixation peuvent en outre présenter une forme ajustée à la forme du bord des cellules destinées à être logées dans le boîtier et participer ainsi au maintien de ces cellules dans le boîtier. Avantageusement et de manière non limitative, selon un autre mode de réalisation, le couvercle supérieur est réalisé d'une pièce en aluminium extrudé avec le boîtier, ce qui permet de simplifier davantage la réalisation du boîtier et l'assemblage des différentes parties. Advantageously and without limitation, according to one embodiment, the upper cover is separate from the housing and is arranged to fit on the housing. The upper cover can then be made of plastic or also of aluminum, especially extruded aluminum, aluminum being preferred for a more homogeneous thermal conduction in the module structure. The upper cover may in particular comprise fastening portions shaped to cooperate with the edge of the side and / or internal walls. These fixing portions may furthermore have a shape adjusted to the shape of the edge of the cells intended to be housed in the housing and thus participate in maintaining these cells in the housing. Advantageously and in a nonlimiting manner, according to another embodiment, the top cover is made of an extruded aluminum piece with the housing, which further simplifies the embodiment of the housing and the assembly of the different parts.
Avantageusement et de manière non limitative, un dispositif de chauffage et/ou refroidissement peut-être prévu solidaire d'une ou plusieurs parois parmi les parois latérales, la paroi de fond, le couvercle supérieur ou intégré à une ou plusieurs de ces parois. De préférence, ce dispositif de chauffage et/ou refroidissement est prévu solidaire de la paroi de fond et/ou du couvercle supérieur ou intégré à l'un et/ou l'autre. Cet agencement est particulièrement favorable car la conduction thermique se propage à l'intérieur du boîtier par les parois internes ou latérales en direction de la paroi de fond ou du couvercle supérieur. L'invention concerne également un module de batterie comprenant une structure selon l'invention et une pluralité de cellules Li-ion à enveloppe souple logées dans les logements de la structure définis entre deux parois adjacentes perpendiculaires à la paroi de fond, un ensemble d'un nombre prédéterminé de cellules, par exemple 2 à 6 cellules, étant disposé dans chaque logement. Un module robuste et léger est ainsi obtenu, réalisé simplement avec un nombre réduit de pièces et assurant une bonne conduction thermique. Advantageously and without limitation, a heating and / or cooling device may be provided integral with one or more walls of the side walls, the bottom wall, the top cover or integrated with one or more of these walls. Preferably, this heating and / or cooling device is provided integral with the bottom wall and / or the top cover or integrated with one and / or the other. This arrangement is particularly favorable because the thermal conduction propagates inside the housing by the internal or lateral walls in the direction of the bottom wall or the top cover. The invention also relates to a battery module comprising a structure according to the invention and a plurality of Li-ion cells with a flexible envelope housed in the housings of the structure defined between two adjacent walls perpendicular to the bottom wall, a set of a predetermined number of cells, for example 2 to 6 cells, being arranged in each housing. A robust and lightweight module is thus obtained, made simply with a small number of parts and ensuring good thermal conduction.
Les cellules montées dans le boîtier peuvent être du type comportant une borne électrique à chaque extrémité, ces bornes étant ainsi situées en regard des couvercles latéraux du boîtier. Avantageusement et de manière non limitative, une matière souple électriquement isolante est intercalée entre deux cellules adjacentes d'un même logement, cette matière étant apte à combler le jeu existant entre les cellules, suivant une direction perpendiculaire aux parois internes. Le jeu à combler peut être de l'ordre de 0,1 à 0,9 ou représenter 1 à 2 % de l'épaisseur d'une cellule. Cette matière peut être un gel ou pâte de silicone, une mousse synthétique compressible ou une feuille de caoutchouc synthétique ou naturel. La mise en place de cette matière permet de comprimer les cellules, ce qui peut améliorer la conductivité thermique entre les cellules et les parois du boîtier et augmenter la durée de vie des cellules. Il est également possible d'insérer les cellules à un état déchargé, sans matière pour combler le jeu. Le serrage des cellules peut alors être obtenu automatiquement après plusieurs cycles de charge/décharge du fait de la dilatation interne des cellules. Alternativement ou en complément, des éléments de maintien en matière électriquement isolante sont insérés entre les bords de cellules adjacentes ou entre les bords d'une cellule et la paroi adjacente, ces éléments de maintien étant conformés pour combler un espace existant entre les bords de cellules adjacentes ou entre le bord d'une cellule et la paroi adjacente de manière à bloquer et maintenir les bords des cellules. Un tel agencement permet d'améliorer le maintien des cellules à l'intérieur du boîtier. Ces éléments de maintien présenteront de préférence une rigidité suffisante pour assurer ce blocage et maintien. Ils seront de préférence réalisés sous la forme d'un cadre afin d'en faciliter le positionnement entre des cellules adjacentes ou entre une cellule et une paroi adjacente. Eventuellement, ce cadre pourra être solidaire d'une feuille de matière électriquement isolante souple à intercaler entre deux cellules adjacentes pour combler un jeu existant entre les cellules. The cells mounted in the housing may be of the type comprising an electrical terminal at each end, these terminals being thus located opposite the side covers of the housing. Advantageously and in a nonlimiting manner, an electrically insulating flexible material is interposed between two adjacent cells of the same housing, this material being able to fill the gap existing between the cells, in a direction perpendicular to the internal walls. The game to be filled can be of the order of 0.1 to 0.9 or represent 1 to 2% of the thickness of a cell. This material may be a gel or silicone paste, a compressible synthetic foam or a synthetic or natural rubber sheet. Placement of this material compresses the cells, which can improve the thermal conductivity between the cells and the walls of the housing and increase the life of the cells. It is also possible to insert the cells in an unloaded state, without material to fill the gap. The tightening of the cells can then be obtained automatically after several cycles of charging / discharging due to the internal expansion of the cells. Alternatively or in addition, holding elements of electrically insulating material are inserted between the edges of adjacent cells or between the edges of a cell and the adjacent wall, these holding elements being shaped to fill a space existing between the edges of cells. adjacent or between the edge of a cell and the adjacent wall so as to block and maintain the edges of the cells. Such an arrangement makes it possible to improve the maintenance of the cells inside the housing. These holding elements will preferably have sufficient rigidity to ensure this locking and holding. They will preferably be in the form of a frame to facilitate positioning between adjacent cells or between a cell and an adjacent wall. Optionally, this frame may be integral with a sheet of flexible electrically insulating material to be inserted between two adjacent cells to fill an existing gap between the cells.
Le module selon l'invention présente l'avantage de réunir un grand nombre de cellules avec peu de pièces à assembler. Ce module peut ainsi former une batterie (ou pack de batterie), contrairement aux modules de l'art antérieur dont un grand nombre doit être assemblé pour obtenir le nombre de cellules désirées pour un pack de batterie. L'invention est maintenant décrite en référence aux dessins annexés, non limitatifs, dans lesquels : la figure 1 est une représentation en perspective des différents éléments formant une structure selon un mode de réalisation de l'invention ; la figure 2 est une vue de côté de la structure représentée figure 1, sans le couvercle latéral, la figure 3 est une vue de dessus de la structure représentée figure 1, les couvercles latéraux étant représentés en coupe, La figure 4 est une représentation en perspective du boîtier de la figure 1 avant insertion des cellules, la figure 5 est une représentation en perspective du boîtier d'une structure selon un autre mode de réalisation de l'invention. La figure 1 représente une structure d'un module 10 de batterie destinée à loger des cellules Li-ion à enveloppe souple 1. Ce module 10 est montré assemblé sur les figures 2 et 3. Tel que représenté sur la figure 4, une cellule Li-ion à enveloppe souple 1 est formée d'une feuille flexible repliée et soudée le long de ses bords 2, 3, 4, 5 afin de former une poche. Ces bords soudés 2, 3, 4, 5 présentent ainsi une certaine rigidité et sont plats. Deux bornes électriques 6, 7 font saillie de la cellule 1, sur des bords opposés 2, 4 de celle-ci. The module according to the invention has the advantage of assembling a large number of cells with few parts to assemble. This module can thus form a battery (or battery pack), unlike the modules of the prior art, a large number of which must be assembled to obtain the number of cells desired for a battery pack. The invention is now described with reference to the accompanying non-limiting drawings, in which: FIG. 1 is a perspective representation of the various elements forming a structure according to one embodiment of the invention; FIG. 2 is a side view of the structure represented in FIG. 1, without the side cover, FIG. 3 is a view from above of the structure represented in FIG. 1, the side covers being shown in section, FIG. Figure 1 is a perspective view of the casing of a structure according to another embodiment of the invention. FIG. 1 shows a structure of a battery module 10 intended to house Li-ion cells with a flexible envelope 1. This module 10 is shown assembled in FIGS. 2 and 3. As shown in FIG. The flexible envelope member 1 is formed of a flexible sheet folded and welded along its edges 2, 3, 4, 5 to form a pocket. These welded edges 2, 3, 4, 5 thus have a certain rigidity and are flat. Two electrical terminals 6, 7 protrude from the cell 1, on opposite edges 2, 4 thereof.
La structure comprend un boîtier en aluminium extrudé 12 et un couvercle supérieur 14 fermant une ouverture supérieure du boîtier. Le boîtier 12 comprend : une paroi de fond 121, deux parois latérales 122, 123, perpendiculaires à la paroi de fond 121 et solidaires de bords parallèles de la paroi de fond 121, plusieurs parois internes 124 perpendiculaires à la paroi de fond 121 et solidaires de cette dernière. The structure comprises an extruded aluminum housing 12 and an upper cover 14 closing an upper opening of the housing. The housing 12 comprises: a bottom wall 121, two side walls 122, 123, perpendicular to the bottom wall 121 and integral with parallel edges of the bottom wall 121, a plurality of internal walls 124 perpendicular to the bottom wall 121 and integral of the latter.
Le couvercle supérieur 14 ferme le boîtier 12 du côté des parois latérales 122, 123 opposé à la paroi de fond 121. Ainsi, lorsqu'il ferme le boîtier 12, le couvercle supérieur 14 est parallèle à la paroi de fond 121 (figure 2). The upper cover 14 closes the housing 12 on the side of the side walls 122, 123 opposite the bottom wall 121. Thus, when it closes the housing 12, the top cover 14 is parallel to the bottom wall 121 (Figure 2) .
Le boîtier 12 en aluminium extrudé ainsi formé peut recevoir plusieurs cellules 1 entre deux parois adjacentes perpendiculaires à la paroi de fond 121. Les parois internes 124 et les parois latérales 122, 123 sont de préférence identiques, par exemple de forme rectangulaire tel que représenté. Elles définissent ainsi des logements de forme identique. L'espacement (e) entre deux parois adjacentes perpendiculaires à la paroi de fond 121 définit le nombre de cellules 1 qu'un logement peut accueillir (figure 1). Cet espacement (e) est ainsi sensiblement égal à l'épaisseur d'un nombre prédéterminé de cellules 1. Un logement pourra ainsi accueillir de deux à six cellules, par exemple deux cellules 1 tel que représenté sur les figures 1 et 4. Généralement, le même nombre de cellules 1 est disposé dans chaque logement. Le boîtier 12 est alors conformé de sorte à définir un même espacement (e) entre chaque paire de deux parois adjacentes perpendiculaires à la paroi de fond 121, tel que dans les exemples représentés. La paroi de fond 121 et le couvercle supérieur 14 comportent en outre des formes 125 et 126 ajustées respectivement à la forme des bords 3, 5 des cellules 1 destinées à être disposées dans le boîtier entre deux parois adjacentes perpendiculaires à la paroi de fond 121. Ainsi, dans l'exemple, ces formes 125, 126 présentent une dimension (perpendiculairement aux parois internes 124) plus faible que l'espacement (e) entre deux parois adjacentes afin de recevoir les bords 3, 5 respectivement des cellules insérées. Tel que visible sur la figure 2, cette dimension correspond à la distance séparant les bords 3 (ou 5) des deux cellules 1 logées entre des parois adjacentes. Les extrémités des bords 3, 5 de ces cellules 1 peuvent être repliés pour un gain de place, tel que représenté sur la figure 2, l'extrémité pliée de ces bords s'étendant parallèlement à la paroi de fond 121 dans l'exemple. Dans l'exemple représenté, ces formes 125, 126 respectivement de la paroi de fond 121 et du couvercle 14 sont identiques. The housing 12 of extruded aluminum thus formed can receive several cells 1 between two adjacent walls perpendicular to the bottom wall 121. The inner walls 124 and the side walls 122, 123 are preferably identical, for example of rectangular shape as shown. They thus define dwellings of identical shape. The spacing (e) between two adjacent walls perpendicular to the bottom wall 121 defines the number of cells 1 that a housing can accommodate (Figure 1). This spacing (e) is thus substantially equal to the thickness of a predetermined number of cells 1. A housing may thus accommodate from two to six cells, for example two cells 1 as shown in FIGS. 1 and 4. Generally, the same number of cells 1 is disposed in each housing. The housing 12 is then shaped so as to define the same spacing (e) between each pair of two adjacent walls perpendicular to the bottom wall 121, as in the examples shown. The bottom wall 121 and the top cover 14 further comprise shapes 125 and 126 respectively fitted to the shape of the edges 3, 5 of the cells 1 intended to be arranged in the housing between two adjacent walls perpendicular to the bottom wall 121. Thus, in the example, these forms 125, 126 have a dimension (perpendicular to the inner walls 124) smaller than the spacing (e) between two adjacent walls to receive the edges 3, 5 respectively of the inserted cells. As can be seen in FIG. 2, this dimension corresponds to the distance separating the edges 3 (or 5) of the two cells 1 housed between adjacent walls. The ends of the edges 3, 5 of these cells 1 can be folded to save space, as shown in Figure 2, the folded end of these edges extending parallel to the bottom wall 121 in the example. In the example shown, these shapes 125, 126 respectively of the bottom wall 121 and the cover 14 are identical.
Le couvercle supérieur 14 est distinct du boîtier 12 dans le mode de réalisation représenté sur les figures 1 à 4 et est réalisé en aluminium extrudé. Il présente une paroi 145 de mêmes forme et dimension que la paroi de fond 121. The upper cover 14 is distinct from the housing 12 in the embodiment shown in Figures 1 to 4 and is made of extruded aluminum. It has a wall 145 of the same shape and size as the bottom wall 121.
Ce couvercle supérieur 14 est agencé pour s'emboîter sur le boîtier 12. A cet effet, il comporte des parties de fixation 141, 142, 143, 144, coopérant avec le bord des parois latérales 122, 123 et/ou internes 124 respectivement. Dans l'exemple, ces parties de fixation 141, 142, 143, 144 se présentent sous la forme de parois s'étendant perpendiculairement à la paroi 145 sur toute la longueur du couvercle supérieur 14. Les parties de fixation d'extrémité 141 et 142 sont disposées de manière à venir en contact contre le bord supérieur des parois latérales 123 et 122 respectivement, lorsque le couvercle supérieur 14 est emboîté sur le boîtier 12. Les autres parties de fixation 143, 144 sont disposées par paires de manière à former un espace entre elles, espace à l'intérieur duquel peut être inséré le bord d'une paroi interne 124, tel que représenté sur la figure 2. Cet agencement assure une bonne tenue mécanique des parois internes du boîtier 12 du côté de leur bord opposé à la paroi de fond 121. Les formes ajustées 125, 126 du couvercle 14 sont en outre formées sur ces parties de fixation 141, 142, 143, 144 dans l'exemple. En variante, ces parties de fixation pourraient également être des pattes d'encliquetage coopérant avec des parties ou orifices correspondant du boîtier 12. This upper cover 14 is arranged to fit on the housing 12. For this purpose, it comprises fixing portions 141, 142, 143, 144, cooperating with the edge of the side walls 122, 123 and / or internal 124 respectively. In the example, these attachment portions 141, 142, 143, 144 are in the form of walls extending perpendicularly to the wall 145 over the entire length of the top cover 14. The end attachment portions 141 and 142 are arranged to come into contact with the upper edge of the side walls 123 and 122, respectively, when the top cover 14 is nested on the housing 12. The other fixing parts 143, 144 are arranged in pairs so as to form a space between them, space inside which can be inserted the edge of an inner wall 124, as shown in Figure 2. This arrangement ensures a good mechanical strength of the inner walls of the housing 12 on the side of their edge opposite the bottom wall 121. The adjusted shapes 125, 126 of the cover 14 are further formed on these attachment portions 141, 142, 143, 144 in the example. As a variant, these fixing parts could also be locking tabs cooperating with corresponding parts or orifices of the housing 12.
La structure comprend également deux couvercles latéraux 16 en matière plastique fixés au boîtier 12 perpendiculairement aux parois latérales 122, 123, à la paroi de fond 121 et au couvercle supérieur 14. Ces couvercles latéraux 16 viennent ainsi fermer les côtés latéraux du boîtier 12, assurant une protection des bords 2, 4 des cellules disposés entre les parois adjacentes, lesquels portent généralement les bornes électriques 6, 7 des cellules 1. Les couvercles latéraux 16 sont identiques et présentent chacun une paroi 165 fermant l'ouverture latérale du boîtier 12. Les couvercles latéraux 16 peuvent être agencés pour s'emboîter sur le boîtier 12, par exemple coopération de parties de fixation adaptées. Ces parties de fixation peuvent en outre présenter une forme ajustée au bord 2, 4 des cellules 1 logées dans le boîtier 12. The structure also comprises two plastic side covers 16 fixed to the housing 12 perpendicular to the side walls 122, 123, the bottom wall 121 and the top cover 14. These side covers 16 thus close the lateral sides of the housing 12, ensuring a protection of the edges 2, 4 of the cells arranged between the adjacent walls, which generally bear the electrical terminals 6, 7 of the cells 1. The side covers 16 are identical and each have a wall 165 closing the lateral opening of the housing 12. side covers 16 may be arranged to fit on the housing 12, for example cooperation of suitable fixing parts. These attachment portions may furthermore have a shape fitted to the edge 2, 4 of the cells 1 housed in the housing 12.
Dans l'exemple, ces parties de fixation présentent une forme semblable à la forme des parties de fixation 141, 142, 143, 144 du couvercle supérieur 14. A savoir, chaque couvercle latéral 16 comporte des parties de fixation 161, 162, 163, 164, coopérant avec le bord des parois latérales 122, 123 et/ou internes 124 respectivement, tel que représenté uniquement sur la figure 3. Dans l'exemple, ces parties 161, 162, 163, 164 se présentent sous la forme de parois s'étendant perpendiculairement à la paroi 165 sur toute la hauteur de celle-ci. Les parties de fixation d'extrémité 161 et 162 sont disposées de manière à venir en contact contre le bord latéral des parois latérales 123 et 122 respectivement, lorsque le couvercle latéral 16 est emboîté sur le boîtier 12. Les autres parties 163, 164 sont disposées par paires de manière à former un espace entre elles deux à deux, espace à l'intérieur duquel peut être inséré le bord d'une paroi interne 124, tel que représenté sur la figure 3. Les couvercles latéraux 16 peuvent en outre être fixés au boîtier par collage et/ou par des vis, rivets ou analogues. Des barres de connexion électrique 18, également appelées busbars, destinées à relier électriquement des cellules 1 sont disposées dans le boîtier 12. Dans l'exemple, les couvercles latéraux 16 présentent des ouvertures 166 pour le passage des bornes 6, 7 des cellules 1. Les barres de connexion 18 sont alors reliées aux bords 6, 7 par les ouvertures 166 et sont disposées entre les ouvertures 166 des couvercles latéraux 16, sur la face externe des couvercles. In the example, these fastening portions have a shape similar to the shape of the attachment portions 141, 142, 143, 144 of the top cover 14. Namely, each side cover 16 has attachment portions 161, 162, 163, 164, cooperating with the edge of the side walls 122, 123 and / or internal 124 respectively, as shown only in Figure 3. In the example, these parts 161, 162, 163, 164 are in the form of walls s extending perpendicularly to the wall 165 over the entire height thereof. The end fixing portions 161 and 162 are arranged to come into contact with the side edge of the side walls 123 and 122, respectively, when the side cover 16 is nested on the housing 12. The other parts 163, 164 are arranged in pairs so as to form a space between them two by two, space within which can be inserted the edge of an inner wall 124, as shown in Figure 3. The side covers 16 may further be attached to case by gluing and / or by screws, rivets or the like. Electrical connection bars 18, also called busbars, for electrically connecting cells 1 are arranged in the housing 12. In the example, the side covers 16 have openings 166 for the passage of the terminals 6, 7 of the cells 1. The connecting bars 18 are then connected to the edges 6, 7 through the openings 166 and are disposed between the openings 166 of the side covers 16, on the outer face of the covers.
Ces barres de connexion électrique 18 sont éventuellement solidarisées aux couvercles latéraux 16 ou intégrées aux couvercles latéraux 16 (non représenté). La figure 3 représente huit cellules 1, deux cellules étant disposées entre deux parois adjacentes. Les cellules disposées entre deux parois adjacentes sont reliées en parallèle entre elles via leur bornes électriques 6, 7, ces quatre paires de cellules 1 étant reliées en série via les barres de connexion électrique 18, des bornes terminales 19, 20 étant raccordées aux bornes électriques des paires de cellule 1 adjacentes aux parois latérales 122, 123. Bien entendu, d'autres schémas de connexion entre les cellules 1 peuvent être réalisés. Des capots externes 22 placés par-dessus les couvercles latéraux 16 (figure 3) permettent de protéger les différents éléments de connexion 18, 19, 20. En variante, ces éléments de connexion peuvent être disposés entre les couvercles latéraux 16 et le boîtier 12. Il n'est alors pas nécessaire de prévoir de capots de protection. Le mode de réalisation représenté sur la figure 5 ne diffère de celui représenté sur les figures 1 à 4, que par le fait que le couvercle supérieur est réalisé d'une pièce en aluminium extrudé avec le boîtier 12, formant ainsi une paroi 127 parallèle à la paroi de fond 121 et solidaire des parois latérales 122, 123 et des parois internes 124. Les cellules 1 sont mises en place de la manière suivante dans le boîtier représenté sur les figures 1-4. Les cellules 1 sont disposées par deux entre deux parois adjacentes, tel que représenté figure 4, leurs bornes électriques 6, 7 étant situées sur des côtés latéraux du boîtier 12 de manière à être protégées par les couvercles latéraux 16. Ces cellules 1 peuvent être insérées à l'état déchargé de sorte que, même si un jeu subsiste entre les cellules et les parois adjacentes, ce jeu soit comblé après plusieurs cycles de charge/décharge. Dans l'exemple représenté figure 4, ces cellules 1 sont maintenues au niveau de leurs bords 2, 3, 4, 5 par des éléments de maintien 24 en matière électriquement isolante. Ces éléments de maintien 24 sont des cadres conformés pour pouvoir être disposés contre les bords 2, 3, 4, 5 des cellules 1 et combler l'espace entre les bords 2, 3, 4, 5 de cellules 1 adjacentes, tel que visible sur les figures 2 et 3. Ces éléments de maintien 24 sont ainsi positionnés entre les cellules 1 avant leur mise en place entre des parois adjacentes du boîtier 12, tel que représenté sur la figure 4. Ces éléments de maintien 24 sont par exemple en matière plastique suffisamment rigide pour assurer le maintien des bords des cellules. Un gel ou pâte de silicone, une mousse synthétique compressible ou une feuille de caoutchouc synthétique ou naturel peut également être inséré entre les cellules 1 (de préférence avant leur insertion entre les parois adjacentes) afin d'améliorer leur maintien entre les parois adjacentes en comblant le jeu éventuellement présent. Lorsque toutes les cellules 1 sont en place, le couvercle supérieur 14 et les couvercles latéraux 16 sont solidarisés au boîtier 12 et les connexions électriques entre les bornes 6, 7 de chaque cellule 1 et les barres de connexion électrique 18 et les bornes terminales 18, 19 sont réalisées. Ces connexions peuvent être protégées par des capots 22. Le module 10 ainsi obtenu peut ainsi être facilement et rapidement monté et former un pack de batterie. These electrical connection bars 18 are optionally secured to the side covers 16 or integrated in the side covers 16 (not shown). Figure 3 shows eight cells 1, two cells being disposed between two adjacent walls. The cells arranged between two adjacent walls are connected in parallel with each other via their electrical terminals 6, 7, these four pairs of cells 1 being connected in series via the electrical connection bars 18, terminal terminals 19, 20 being connected to the electrical terminals pairs of cells 1 adjacent the side walls 122, 123. Of course, other connection schemes between the cells 1 can be made. External covers 22 placed over the side covers 16 (FIG. 3) make it possible to protect the various connection elements 18, 19, 20. As a variant, these connection elements can be arranged between the lateral covers 16 and the housing 12. It is then not necessary to provide protective covers. The embodiment shown in FIG. 5 differs from that shown in FIGS. 1 to 4 only in that the upper cover is made of an extruded aluminum part with the housing 12, thus forming a wall 127 parallel to the bottom wall 121 and secured to the side walls 122, 123 and internal walls 124. The cells 1 are put in place as follows in the housing shown in Figures 1-4. The cells 1 are arranged in pairs between two adjacent walls, as shown in FIG. 4, their electrical terminals 6, 7 being located on lateral sides of the housing 12 so as to be protected by the side covers 16. These cells 1 can be inserted in the unloaded state so that, even if a clearance remains between the cells and the adjacent walls, this game is filled after several charging / discharging cycles. In the example shown in FIG. 4, these cells 1 are held at their edges 2, 3, 4, 5 by holding elements 24 of electrically insulating material. These holding elements 24 are frames shaped to be able to be placed against the edges 2, 3, 4, 5 of the cells 1 and fill the space between the edges 2, 3, 4, 5 of adjacent cells 1, as visible on FIGS. 2 and 3. These holding elements 24 are thus positioned between the cells 1 before they are placed between adjacent walls of the housing 12, as shown in FIG. 4. These holding elements 24 are for example made of plastic rigid enough to maintain the edges of the cells. A silicone gel or paste, a compressible synthetic foam or a synthetic or natural rubber sheet can also be inserted between the cells 1 (preferably before they are inserted between the adjacent walls) in order to improve their maintenance between the adjacent walls by filling the game possibly present. When all the cells 1 are in place, the upper cover 14 and the lateral covers 16 are secured to the housing 12 and the electrical connections between the terminals 6, 7 of each cell 1 and the electrical connection bars 18 and the terminal terminals 18, 19 are realized. These connections can be protected by covers 22. The module 10 thus obtained can thus be easily and quickly mounted and form a battery pack.
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