FR3147431A1 - Battery module and associated manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Module de batterie et procédé de fabrication associé Le module de batterie (10) comprend : - un boîtier (12) définissant un volume intérieur comprenant une première portion et une deuxième portion ; - un empilement (16) contenu dans le volume intérieur (14) et comportant des éléments électrochimiques (18) comprenant chacun : + une partie inférieure ; et + une connexion électrique s’étendant depuis la première portion jusqu’à la deuxième portion ; - un bloc de dissipation thermique (20) s’étendant dans la deuxième portion, comprenant un matériau à changement de phase et étant configuré pour absorber de l’énergie thermique générée par une connexion électrique par un changement de phase du matériau à changement de phase. Une portion de contact (54) du bloc de dissipation thermique (20) réalisée en le matériau à changement de phase est en contact direct avec une partie de la portion externe de la connexion électrique. Figure pour l'abrégé : Figure 2 Battery module and associated manufacturing method The battery module (10) comprises: - a housing (12) defining an interior volume comprising a first portion and a second portion; - a stack (16) contained in the interior volume (14) and comprising electrochemical elements (18) each comprising: + a lower portion; and + an electrical connection extending from the first portion to the second portion; - a heat dissipation block (20) extending in the second portion, comprising a phase change material and being configured to absorb thermal energy generated by an electrical connection by a phase change of the phase change material. A contact portion (54) of the heat dissipation block (20) made of the phase change material is in direct contact with a part of the external portion of the electrical connection. Figure for abstract: Figure 2
Description
La présente invention concerne un module de batterie comprenant :The present invention relates to a battery module comprising:
- un boîtier définissant un volume intérieur, le volume intérieur comprenant une première portion de volume intérieur et une deuxième portion de volume intérieur ;- a housing defining an interior volume, the interior volume comprising a first interior volume portion and a second interior volume portion;
- un empilement contenu dans le volume intérieur et comportant une pluralité d’éléments électrochimiques de batterie, chaque élément électrochimique de batterie comprenant :- a stack contained in the interior volume and comprising a plurality of electrochemical battery elements, each electrochemical battery element comprising:
+ une partie inférieure s’étendant dans la première portion de volume intérieur ; et+ a lower part extending into the first portion of interior volume; and
+ au moins une connexion électrique s’étendant depuis la première portion de volume intérieur jusqu’à la deuxième portion de volume intérieur, chaque connexion électrique comprenant une portion interne s’étendant dans la partie inférieure correspondante et une portion externe s’étendant en dehors de la partie inférieure correspondante ;+ at least one electrical connection extending from the first portion of interior volume to the second portion of interior volume, each electrical connection comprising an internal portion extending into the corresponding lower part and an external portion extending outside the corresponding lower part;
- au moins un bloc de dissipation thermique s’étendant dans la deuxième portion de volume intérieur, l’au moins un bloc de dissipation thermique comprenant un matériau à changement de phase et étant configuré pour absorber de l’énergie thermique générée par au moins une connexion électrique par un changement de phase du matériau à changement de phase- at least one heat dissipation block extending into the second interior volume portion, the at least one heat dissipation block comprising a phase change material and being configured to absorb thermal energy generated by at least one electrical connection through a phase change of the phase change material
Un tel module est destiné à être utilisé notamment dans des applications de fourniture de puissance électrique dans le domaine automobile, spatial, ou/et pour du stockage d’énergie. Un tel module est particulièrement adapté aux applications de hautes puissances électriques.Such a module is intended to be used in particular in applications for supplying electrical power in the automotive, space, and/or energy storage sectors. Such a module is particularly suitable for high electrical power applications.
La transition écologique impose de disposer de batteries dans lesquelles les puissances électriques impliquées sont de plus en plus élevées, à la fois lors de la fourniture d’un courant et d’une tension à un système consommateur, ou lors de la recharge du module de batterie.The ecological transition requires having batteries in which the electrical powers involved are increasingly high, both when supplying current and voltage to a consumer system, or when recharging the battery module.
Dans ce cadre, un module de batterie du type précité subit généralement des échauffements importants qui nécessitent une évacuation efficace des calories produites par effet Joule.In this context, a battery module of the aforementioned type generally undergoes significant heating which requires efficient evacuation of the calories produced by the Joule effect.
Dans l’exemple spécifique où les éléments électrochimiques de batterie sont des poches (ou pochettes, également dénommées « pouch » en anglais), les connexions électriques présentent une épaisseur faible et sont réalisées en un matériau significativement conducteur. Lorsqu’un courant élevé traverse ces connexions, celles-ci subissent une augmentation forte et rapide de température. Cette augmentation de température, si elle n’est pas traitée, peut entraîner des risques pour la sécurité et une détérioration du module.In the specific example where the electrochemical battery elements are pouches, the electrical connections are thin and made of a significantly conductive material. When a high current flows through these connections, they undergo a strong and rapid increase in temperature. This temperature increase, if not addressed, can lead to safety risks and deterioration of the module.
Pour résoudre ce problème, EP 3 955 366 A1 propose une solution dans laquelle des languettes conductrices de courant sont destinées à transférer leur énergie thermique à un matériau à changement de phase encapsulé dans une enveloppe. L’énergie thermique des languettes est ainsi transmise au matériau à changement de phase par l’intermédiaire de l’enveloppe d’encapsulation.To solve this problem, EP 3 955 366 A1 proposes a solution in which current-conducting tabs are intended to transfer their thermal energy to a phase-change material encapsulated in a shell. The thermal energy of the tabs is thus transmitted to the phase-change material via the encapsulating shell.
Un tel module de batterie ne donne cependant pas entière satisfaction.However, such a battery module does not give complete satisfaction.
En effet, dans les modules de batterie modernes, les languettes conductrices sont de plus en plus fines et subissent des courants d’une puissance de plus en plus élevée. Les solutions telles que proposées dans EP 3 955 366 A1 deviennent insuffisantes pour dissiper l’énergie thermique générée.In modern battery modules, the conductive tabs are increasingly thin and are subjected to currents of increasingly high power. The solutions proposed in EP 3 955 366 A1 are becoming insufficient to dissipate the thermal energy generated.
Un but de l’invention est donc de fournir un module de batterie dans lequel les calories générées par les languettes de connexion lors de la délivrance d’une puissance électrique, ou lors du rechargement du module, sont évacuées d’une manière très efficace, même sur un court laps de temps.An aim of the invention is therefore to provide a battery module in which the calories generated by the connection tabs when delivering electrical power, or when recharging the module, are evacuated in a very efficient manner, even over a short period of time.
À cet effet, l’invention a pour objet un module de batterie du type précité, dans lequel au moins une portion de contact de l’au moins un bloc de dissipation thermique réalisée en le matériau à changement de phase est en contact direct avec au moins une partie de la portion externe d’au moins une connexion électrique.For this purpose, the invention relates to a battery module of the aforementioned type, in which at least one contact portion of the at least one heat dissipation block made of the phase change material is in direct contact with at least part of the external portion of at least one electrical connection.
Le module de batterie selon l’invention peut comprendre l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toute(s) combinaison(s) techniquement possible(s) :The battery module according to the invention may comprise one or more of the following characteristics, taken in isolation or in any technically possible combination(s):
- l’au moins un bloc de dissipation thermique est un unique bloc de dissipation thermique ;- the at least one heat dissipation block is a single heat dissipation block;
- l’au moins une portion de contact de l’au moins un bloc de dissipation thermique est en contact direct avec une pluralité des portions externes de connexions électriques ;- the at least one contact portion of the at least one heat dissipation block is in direct contact with a plurality of the external portions of electrical connections;
- l’au moins une portion de contact de l’au moins un bloc de dissipation thermique est en contact direct avec chacune des portions externes des connexions électriques ;- the at least one contact portion of the at least one heat dissipation block is in direct contact with each of the external portions of the electrical connections;
- l’au moins une portion de contact de l’au moins un bloc de dissipation thermique recouvre entièrement la portion externe de chacune des connexions électriques ;- the at least one contact portion of the at least one heat dissipation block completely covers the external portion of each of the electrical connections;
- l’au moins une portion de contact de l’au moins un bloc de dissipation thermique est moulée sur la portion externe de l’au moins une connexion électrique ;- the at least one contact portion of the at least one heat dissipation block is molded onto the external portion of the at least one electrical connection;
- le matériau à changement de phase présente une température de changement de phase comprise entre 40°C et 80°C, de préférence entre 50°C et 70°C, par exemple sensiblement égale à 58°C ;- the phase change material has a phase change temperature of between 40°C and 80°C, preferably between 50°C and 70°C, for example substantially equal to 58°C;
- le module de batterie comprend en outre une paroi de séparation entre la première portion de volume intérieur et la deuxième portion de volume intérieur, la paroi de séparation étant étanche au matériau à changement de phase de sorte que la paroi de séparation empêche le passage du matériau à changement de phase dans la première portion de volume intérieur ;- the battery module further comprises a partition wall between the first interior volume portion and the second interior volume portion, the partition wall being impermeable to the phase change material such that the partition wall prevents the passage of the phase change material into the first interior volume portion;
- le module de batterie comprend en outre un dispositif de refroidissement configuré pour refroidir l’au moins un bloc de dissipation thermique et comportant un fluide de refroidissement ;- the battery module further comprises a cooling device configured to cool the at least one heat dissipation block and comprising a cooling fluid;
- le fluide de refroidissement remplit la première portion de volume intérieur, les parties inférieures de chaque élément électrochimique de batterie étant immergées dans le fluide de refroidissement ;- the coolant fills the first portion of the interior volume, the lower parts of each electrochemical battery element being immersed in the coolant;
- les connexions électriques s’étendent à travers la paroi de séparation et sont aptes à transférer de la chaleur depuis l’au moins un bloc de dissipation thermique vers le fluide de refroidissement de la première portion de volume intérieur ;- the electrical connections extend through the partition wall and are capable of transferring heat from the at least one heat dissipation block to the cooling fluid of the first portion of interior volume;
- la paroi de séparation est configurée pour transférer de la chaleur depuis l’au moins un bloc de dissipation thermique vers le fluide de refroidissement de la première portion de volume intérieur ;- the partition wall is configured to transfer heat from the at least one heat dissipation block to the cooling fluid of the first portion of interior volume;
- le dispositif de refroidissement comprend un circuit de refroidissement comportant au moins une conduite de circulation du fluide de refroidissement s’étendant dans la deuxième portion de volume intérieur, l’au moins une portion de contact de l’au moins un bloc de dissipation thermique étant en contact direct avec au moins une partie de l’au moins une conduite de circulation du fluide de refroidissement ; et- the cooling device comprises a cooling circuit comprising at least one cooling fluid circulation pipe extending in the second portion of the interior volume, the at least one contact portion of the at least one heat dissipation block being in direct contact with at least part of the at least one cooling fluid circulation pipe; and
- l’au moins une portion de contact de l’au moins un bloc de dissipation thermique recouvre entièrement la conduite de circulation du fluide de refroidissement.- the at least one contact portion of the at least one heat dissipation block completely covers the cooling fluid circulation line.
L’invention a également pour objet un procédé de fabrication d’un module de batterie tel que décrit précédemment, comprenant les étapes suivantes :The invention also relates to a method of manufacturing a battery module as described above, comprising the following steps:
- fourniture du boîtier, de la pluralité d’éléments électrochimiques de batterie et du matériau à changement de phase ;- provision of the housing, the plurality of electrochemical battery elements and the phase change material;
- assemblage de la pluralité d’éléments électrochimiques de batterie dans le volume intérieur du boîtier sous la forme d’un empilement ;- assembling the plurality of electrochemical battery elements in the interior volume of the housing in the form of a stack;
- réalisation, à partir du matériau à changement de phase, de l’au moins un bloc de dissipation thermique dans la deuxième portion de volume intérieur de sorte que l’au moins une portion de contact de l’au moins un bloc de dissipation thermique soit en contact direct avec au moins une partie de la portion externe d’au moins une connexion électrique.- production, from the phase change material, of the at least one heat dissipation block in the second portion of the interior volume so that the at least one contact portion of the at least one heat dissipation block is in direct contact with at least part of the external portion of at least one electrical connection.
Le procédé de fabrication selon l’invention peut comprendre l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toute(s) combinaison(s) techniquement possible(s) :The manufacturing method according to the invention may comprise one or more of the following characteristics, taken in isolation or in any technically possible combination(s):
- l’étape de réalisation de l’au moins un bloc de dissipation thermique comprend une sous-étape de moulage de l’au moins une portion de contact de l’au moins un bloc de dissipation thermique sur l’au moins une portion externe de connexion électrique ;- the step of producing the at least one heat dissipation block comprises a sub-step of molding the at least one contact portion of the at least one heat dissipation block on the at least one external electrical connection portion;
- le procédé comprend en outre une étape de réalisation d’une paroi de séparation entre la première portion de volume intérieur et la deuxième portion de volume intérieur, la paroi de séparation étant étanche au matériau à changement de phase de sorte que la paroi de séparation empêche le passage du matériau à changement de phase dans la première portion de volume intérieur ; et- the method further comprises a step of producing a partition wall between the first portion of interior volume and the second portion of interior volume, the partition wall being impermeable to the phase change material so that the partition wall prevents the passage of the phase change material into the first portion of interior volume; and
- l’étape de réalisation de la paroi de séparation comprend une sous-étape de coulage de la paroi de séparation sur l’au moins un bloc de dissipation thermique.- the step of producing the separation wall comprises a sub-step of casting the separation wall onto the at least one heat dissipation block.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple, et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels :The invention will be better understood from reading the following description, given solely as an example, and made with reference to the attached drawings, in which:
En référence aux figures 1 à 3, on décrit un module de batterie 10 selon l’invention. Le module de batterie 10 est destiné à être intégré dans un système de batterie (non représenté) comportant un ou plusieurs modules de batterie 10 identiques.With reference to Figures 1 to 3, a battery module 10 according to the invention is described. The battery module 10 is intended to be integrated into a battery system (not shown) comprising one or more identical battery modules 10.
Le module de batterie 10 comporte un boîtier 12 définissant un volume intérieur 14. Le module de batterie 10 comporte en outre un empilement 16 contenu dans le volume intérieur 14, l’empilement 16 comprenant une pluralité d’éléments électrochimiques 18 de batterie.The battery module 10 comprises a housing 12 defining an interior volume 14. The battery module 10 further comprises a stack 16 contained in the interior volume 14, the stack 16 comprising a plurality of electrochemical battery elements 18.
Comme illustré sur les figures 2 et 3, le module de batterie 10 comprend en outre au moins un bloc de dissipation thermique 20. Cet au moins un bloc de dissipation thermique 20 est omis sur la
Avantageusement, comme illustré sur les figures 2 et 3, le module de batterie 10 comprend en outre une paroi de séparation 22 s’étendant dans le volume intérieur 14.Advantageously, as illustrated in FIGS. 2 and 3, the battery module 10 further comprises a separation wall 22 extending into the interior volume 14.
Encore avantageusement, toujours en référence aux figures 2 et 3, le module de batterie 10 comprend en outre un dispositif de refroidissement 24 configuré pour refroidir le bloc de dissipation thermique 20.Advantageously again, still with reference to FIGS. 2 and 3, the battery module 10 further comprises a cooling device 24 configured to cool the heat dissipation block 20.
En référence aux figures 1 à 3, le boîtier 12 comporte un fond 30, des parois latérales 32 faisant saillie par rapport au fond 30 et un couvercle 34.Referring to Figures 1 to 3, the housing 12 comprises a bottom 30, side walls 32 projecting relative to the bottom 30 and a cover 34.
Dans l’exemple illustré sur les figures 1 à 3, le boîtier 12 comporte quatre parois latérales 32 perpendiculaires deux à deux, définissant entre elles, le fond 30 et le couvercle, le volume intérieur 14.In the example illustrated in Figures 1 to 3, the housing 12 comprises four side walls 32 perpendicular two by two, defining between them, the bottom 30 and the cover, the interior volume 14.
Avantageusement, le boîtier 12 délimite en outre une entrée (non-illustrée) d’amenée d’un fluide de refroidissement 60 du dispositif de refroidissement 24 dans le volume intérieur 14 et une sortie (non-illustrée) d’évacuation du fluide de refroidissement 60. L’entrée d’amenée et la sortie d’évacuation sont raccordées chacune à une pompe (non-illustré) configurée pour mettre en circulation le fluide de refroidissement 60. Selon un exemple, la pompe est déportée du module de batterie 10. En variante, la pompe appartient au module de batterie 10.Advantageously, the housing 12 further delimits an inlet (not shown) for supplying a cooling fluid 60 from the cooling device 24 into the interior volume 14 and an outlet (not shown) for discharging the cooling fluid 60. The supply inlet and the discharge outlet are each connected to a pump (not shown) configured to circulate the cooling fluid 60. According to one example, the pump is remote from the battery module 10. Alternatively, the pump belongs to the battery module 10.
Le volume intérieur 14 comprend une première portion 14A de volume intérieur et une deuxième portion 14B de volume intérieur.The interior volume 14 comprises a first portion 14A of interior volume and a second portion 14B of interior volume.
Dans l’exemple illustré sur les figures 1 à 3, l’empilement 16 s’étend suivant un axe A-A’ parallèle au fond 30 du boîtier 12 lorsque l’empilement 16 est reçu dans le volume intérieur 14.In the example illustrated in Figures 1 to 3, the stack 16 extends along an axis A-A’ parallel to the bottom 30 of the housing 12 when the stack 16 is received in the interior volume 14.
L’empilement 16 comporte au moins deux éléments électrochimiques 18 (également appelés cellules électrochimiques ou « cell » en anglais), de préférence entre 5 et 20 éléments électrochimiques 18 empilés les uns sur les autres.The stack 16 comprises at least two electrochemical elements 18 (also called electrochemical cells or “cells” in English), preferably between 5 and 20 electrochemical elements 18 stacked on top of each other.
Chaque élément électrochimique 18 comporte une partie dite inférieure 40 s’étendant dans la première portion 14A de volume intérieur.Each electrochemical element 18 comprises a so-called lower part 40 extending into the first portion 14A of interior volume.
Dans l’exemple illustré sur les figures 1 à 3, chaque partie inférieure 40 comprend une enveloppe extérieure ou poche contenant une pluralité d’électrodes (non représentées) de polarités opposées, disposées dans la poche et séparées entre elles par un séparateur interne (non représenté) et un électrolyte.In the example illustrated in Figures 1 to 3, each lower portion 40 comprises an outer envelope or pocket containing a plurality of electrodes (not shown) of opposite polarities, arranged in the pocket and separated from each other by an internal separator (not shown) and an electrolyte.
L’enveloppe ou poche souple est avantageusement constituée après soudure des bords de deux films multi-couches, chaque film multi-couches comprenant une couche métallique, généralement en aluminium, prise en sandwich entre deux couches de matière plastique. L'enveloppe ainsi constituée est remplie des électrodes de polarités opposées séparées par un séparateur interne, d'un électrolyte, puis est fermée de manière étanche.The flexible envelope or pouch is advantageously formed after welding the edges of two multi-layer films, each multi-layer film comprising a metal layer, generally made of aluminum, sandwiched between two layers of plastic material. The envelope thus formed is filled with electrodes of opposite polarities separated by an internal separator, with an electrolyte, and is then sealed.
La poche est avantageusement déformable au toucher.The pocket is advantageously deformable to the touch.
En variante non-illustrée, l’élément électrochimique 18 comporte une enveloppe de format prismatique qui contient les électrodes de polarités opposées. L’élément prismatique est indéformable au toucher.In a non-illustrated variant, the electrochemical element 18 comprises a prismatic envelope which contains the electrodes of opposite polarities. The prismatic element is non-deformable to the touch.
Selon une autre variante non-illustrée, l’élément électrochimique 18 comporte une enveloppe de format cylindrique. L’élément cylindrique est indéformable au toucher.According to another variant not illustrated, the electrochemical element 18 comprises a cylindrical envelope. The cylindrical element is non-deformable to the touch.
Dans un exemple non limitatif, l’élément électrochimique 18 est un élément électrochimique lithium-ion.In a non-limiting example, the electrochemical element 18 is a lithium-ion electrochemical element.
Selon un premier mode de réalisation illustré sur la
Chaque cellule électrochimique 18 comporte en outre au moins une connexion électrique 46 s’étendant depuis la première portion 14A de volume intérieur jusqu’à la deuxième portion 14B de volume intérieur.Each electrochemical cell 18 further comprises at least one electrical connection 46 extending from the first portion 14A of interior volume to the second portion 14B of interior volume.
Selon l’exemple illustré sur les figures 1 à 3, l’au moins une connexion électrique 46 comprend des languettes 48 de connexion électrique aux électrodes de polarité positive et/ou des languettes 50 de connexion électrique aux électrodes de polarité négative.According to the example illustrated in Figures 1 to 3, the at least one electrical connection 46 comprises tabs 48 for electrical connection to the electrodes of positive polarity and/or tabs 50 for electrical connection to the electrodes of negative polarity.
Avantageusement, l’au moins une connexion électrique 46 comprend une portion interne 46A s’étendant dans la partie inférieure 40 correspondante et une portion externe 46B s’étendant en dehors de la partie inférieure 40 correspondante. Chaque élément électrochimique 18 comprend ainsi une partie inférieure 40 et au moins une portion externe 46B de connexion électrique 46.Advantageously, the at least one electrical connection 46 comprises an internal portion 46A extending into the corresponding lower part 40 and an external portion 46B extending outside the corresponding lower part 40. Each electrochemical element 18 thus comprises a lower part 40 and at least one external portion 46B of electrical connection 46.
L’au moins une connexion électrique 46 est réalisée en un matériau conducteur d’électricité, notamment en métal, en particulier en aluminium ou en cuivre.The at least one electrical connection 46 is made of an electrically conductive material, in particular metal, in particular aluminum or copper.
Avantageusement, l’au moins une connexion électrique 46 s’étend à travers la paroi de séparation 22 et est apte à transférer de la chaleur depuis l’au moins un bloc de dissipation thermique vers le fluide de refroidissement 60 de la première portion 14A de volume intérieur. En particulier, la portion interne 46A s’étend à travers la paroi de séparation 22.Advantageously, the at least one electrical connection 46 extends through the separation wall 22 and is capable of transferring heat from the at least one heat dissipation block to the cooling fluid 60 of the first portion 14A of the interior volume. In particular, the internal portion 46A extends through the separation wall 22.
Le bloc de dissipation thermique 20 s’étend dans la deuxième portion 14B de volume intérieur.The heat dissipation block 20 extends into the second portion 14B of interior volume.
Le bloc de dissipation thermique 20 comprend un matériau à changement de phase et est configuré pour absorber de l’énergie thermique générée par au moins une connexion électrique 46 par un changement de phase du matériau à changement de phase. Le matériau à changement de phase présente par exemple une température de changement de phase comprise entre 40°C et 80°C, de préférence entre 50°C et 70°C, par exemple sensiblement égale à 58°C. En particulier, le matériau à changement de phase est un matériau à l’état solide à température ambiante et isolant électrique. Le matériau à changement de phase est choisi dans le groupe constitué par des paraffines, des sels hydratés et un mélange de ceux-ci, de préférence des paraffines. Par exemple, lorsqu’il absorbe l’énergie thermique générée par la connexion électrique 46, le matériau à changement de phase passe d’une phase solide à une phase liquide.The heat dissipation block 20 comprises a phase change material and is configured to absorb thermal energy generated by at least one electrical connection 46 by a phase change of the phase change material. The phase change material has for example a phase change temperature of between 40°C and 80°C, preferably between 50°C and 70°C, for example substantially equal to 58°C. In particular, the phase change material is a material in the solid state at room temperature and electrically insulating. The phase change material is selected from the group consisting of paraffins, hydrated salts and a mixture thereof, preferably paraffins. For example, when it absorbs the thermal energy generated by the electrical connection 46, the phase change material changes from a solid phase to a liquid phase.
Le bloc de dissipation thermique 20 est en contact direct avec au moins une partie d’au moins une connexion électrique 46. En particulier, au moins une portion de contact 54 du bloc de dissipation thermique 20 est en contact direct avec l’au moins une partie d’au moins une connexion électrique 46, notamment avec au moins une partie de la portion externe 46B de l’au moins une connexion électrique 46, l’au moins une portion de contact 54 étant réalisée en le matériau à changement de phase. Selon l’exemple illustré sur les figures 1 à 3, le bloc de dissipation thermique 20 entier est réalisé en le matériau à changement de phase.The heat dissipation block 20 is in direct contact with at least a portion of at least one electrical connection 46. In particular, at least one contact portion 54 of the heat dissipation block 20 is in direct contact with the at least one portion of at least one electrical connection 46, in particular with at least a portion of the external portion 46B of the at least one electrical connection 46, the at least one contact portion 54 being made of the phase change material. According to the example illustrated in FIGS. 1 to 3, the entire heat dissipation block 20 is made of the phase change material.
Par « contact direct », il est entendu que le bloc de dissipation thermique 20, ou le cas échéant l’au moins une portion de contact 54, est en contact avec l’au moins une partie d’au moins une connexion électrique 46, notamment l’au moins une partie de la portion externe 46B, sans qu’il n’y ait d’élément intermédiaire entre le bloc 20, ou le cas échéant l’au moins une portion de contact 54, et ladite partie de connexion électrique 46. En d’autres termes, le matériau à changement de phase est en contact avec ladite connexion électrique 46 sans qu’il n’y ait d’intermédiaire entre le matériau à changement de phase et ladite connexion électrique 46. Ainsi, le matériau conducteur d’électricité formant la connexion électrique 46 est en contact direct avec le matériau à changement de phase. Le contact direct entre le bloc 20 et la connexion électrique 46 permet d’améliorer l’efficacité du transfert d’énergie thermique entre la connexion électrique 46 et le matériau à changement de phase.By “direct contact”, it is understood that the heat dissipation block 20, or where appropriate the at least one contact portion 54, is in contact with the at least one part of at least one electrical connection 46, in particular the at least one part of the external portion 46B, without there being an intermediate element between the block 20, or where appropriate the at least one contact portion 54, and said electrical connection part 46. In other words, the phase change material is in contact with said electrical connection 46 without there being an intermediary between the phase change material and said electrical connection 46. Thus, the electrically conductive material forming the electrical connection 46 is in direct contact with the phase change material. The direct contact between the block 20 and the electrical connection 46 makes it possible to improve the efficiency of the transfer of thermal energy between the electrical connection 46 and the phase change material.
Avantageusement, comme illustré sur les figures 2 et 3, le bloc de dissipation thermique 20, ou le cas échéant l’au moins une portion de contact 54 du bloc de dissipation thermique 20, est en contact direct avec une pluralité de connexion électriques 46, notamment avec une pluralité des portions externes 46B de connexions électriques 46.Advantageously, as illustrated in FIGS. 2 and 3, the heat dissipation block 20, or where appropriate the at least one contact portion 54 of the heat dissipation block 20, is in direct contact with a plurality of electrical connections 46, in particular with a plurality of external portions 46B of electrical connections 46.
Encore avantageusement, en référence aux mêmes figures, le bloc de dissipation thermique 20, ou le cas échéant l’au moins une portion de contact 54 du bloc de dissipation thermique 20, est en contact direct avec chacune des connexions électriques 46, notamment avec chacune des portions externes 46B des connexions électriques 46.Still advantageously, with reference to the same figures, the heat dissipation block 20, or where appropriate the at least one contact portion 54 of the heat dissipation block 20, is in direct contact with each of the electrical connections 46, in particular with each of the external portions 46B of the electrical connections 46.
Encore avantageusement, toujours en référence aux mêmes figures, le bloc de dissipation thermique 20, ou le cas échéant l’au moins une portion de contact 54 du bloc de dissipation thermique 20, recouvre entièrement la portion externe 46B de chacune des connexions électriques 46.Advantageously again, still with reference to the same figures, the heat dissipation block 20, or where appropriate the at least one contact portion 54 of the heat dissipation block 20, completely covers the external portion 46B of each of the electrical connections 46.
Encore avantageusement, le bloc de dissipation thermique 20, ou le cas échéant l’au moins une portion de contact 54 du bloc de dissipation thermique 20, est moulé sur l’au moins une connexion électrique 46, notamment moulé sur au moins une partie d’au moins une connexion électrique 46, moulé sur une pluralité de connexion électriques 46, moulé sur chacune des connexions électriques 46 ou moulé sur l’entièreté des portions externes 46B des connexions électriques 46. Le moulage sur l’au moins une connexion électrique 46 permet d’obtenir un bloc 20, ou le cas échéant une portion de contact 54, dont la forme épouse celle de l’au moins une connexion électrique 46, notamment celle de la portion externe 46B. Le transfert d’énergie thermique entre ladite connexion 46 et le matériau à changement de phase est rendue plus efficace encore.Advantageously, the heat dissipation block 20, or where appropriate the at least one contact portion 54 of the heat dissipation block 20, is molded on the at least one electrical connection 46, in particular molded on at least a portion of at least one electrical connection 46, molded on a plurality of electrical connections 46, molded on each of the electrical connections 46 or molded on the entirety of the external portions 46B of the electrical connections 46. The molding on the at least one electrical connection 46 makes it possible to obtain a block 20, or where appropriate a contact portion 54, the shape of which matches that of the at least one electrical connection 46, in particular that of the external portion 46B. The transfer of thermal energy between said connection 46 and the phase change material is made even more efficient.
Les connexions électriques 46, notamment les portions externes 46B, sont noyées dans le bloc de dissipation thermique 20, ou le cas échéant dans l’au moins une portion de contact 54 du bloc de dissipation thermique 20. De préférence, toutes les surfaces libres de la connexion électrique 46, notamment les surfaces libres de la portion externe 46B, sont ainsi au contact du matériau à changement de phase.The electrical connections 46, in particular the external portions 46B, are embedded in the heat dissipation block 20, or where appropriate in the at least one contact portion 54 of the heat dissipation block 20. Preferably, all the free surfaces of the electrical connection 46, in particular the free surfaces of the external portion 46B, are thus in contact with the phase change material.
La
En particulier, en comparaison à l’état de la technique, le module de batterie 10 présente ici un bloc de dissipation thermique 20 moulé sur l’ensemble des connexions électrique 46 en lieu et place de tout le volume intérieur 14A, le matériau à changement de phase étant de la paraffine. Le courant électrique circulant dans chaque élément électrochimique est supérieur à 500 A. Dans cet exemple, les parties inférieures 40 des éléments électrochimiques ne sont pas immergées dans un fluide de refroidissement. La température initiale des éléments électrochimiques est imposée par un préchauffage permettant de les placer dans une température optimale de fonctionnement.In particular, in comparison with the state of the art, the battery module 10 here has a heat dissipation block 20 molded on all of the electrical connections 46 in place of the entire interior volume 14A, the phase change material being paraffin. The electric current flowing in each electrochemical element is greater than 500 A. In this example, the lower parts 40 of the electrochemical elements are not immersed in a cooling fluid. The initial temperature of the electrochemical elements is imposed by preheating allowing them to be placed at an optimal operating temperature.
Notamment, le graphique de la
- une courbe CT+ représentative de l’évolution de la température T d’une languette de connexion électrique aux électrodes de polarité positive (appelée plus loin « languette positive ») d’un module de batterie de l’état de la technique au cours du temps t lorsque cette languette subit le passage d’un courant prédéterminé ;- a CT+ curve representing the change in temperature T of an electrical connection tab to the positive polarity electrodes (hereinafter referred to as the “positive tab”) of a state-of-the-art battery module over time t when this tab undergoes the passage of a predetermined current;
- une courbe CT- représentative de l’évolution de la température T d’une languette de connexion électrique aux électrodes de polarité négative (appelée plus loin « languette négative ») d’un module de batterie de l’état de la technique au cours du temps t lorsque cette languette subit le passage du courant prédéterminé ;- a CT- curve representing the change in temperature T of an electrical connection tab to the negative polarity electrodes (hereinafter referred to as the “negative tab”) of a battery module of the state of the art over time t when this tab undergoes the passage of the predetermined current;
- une courbe C+ représentative de l’évolution de la température T d’une languette 48 positive du module de batterie 10 selon l’invention au cours du temps t lors cette languette 48 subit le passage du courant prédéterminé ;- a curve C+ representative of the evolution of the temperature T of a positive tab 48 of the battery module 10 according to the invention over the time t when this tab 48 undergoes the passage of the predetermined current;
- une courbe C- représentative de l’évolution de la température T d’une languette 50 négative du module de batterie 10 selon l’invention au cours du temps t lorsque cette languette subit le passage du courant prédéterminé.- a curve C- representative of the evolution of the temperature T of a negative tab 50 of the battery module 10 according to the invention over the time t when this tab undergoes the passage of the predetermined current.
Comme illustré sur la
Egalement, pour un même courant prédéterminé, la température T de la languette 48 négative du module de batterie 10 selon l’invention (courbe C-) est significativement inférieure à la température T de la languette négative du module de batterie de l’état de la technique (courbe CT-).Also, for the same predetermined current, the temperature T of the negative tab 48 of the battery module 10 according to the invention (curve C-) is significantly lower than the temperature T of the negative tab of the battery module of the state of the art (curve CT-).
La paroi de séparation 22 s’étend entre la première portion 14A de volume intérieur et la deuxième portion 14B de volume intérieur. Comme illustré sur les exemples des figures 2 et 3, la paroi de séparation 22 sépare les première 14A et deuxième 14B portions.The partition wall 22 extends between the first portion 14A of interior volume and the second portion 14B of interior volume. As illustrated in the examples of FIGS. 2 and 3, the partition wall 22 separates the first 14A and second 14B portions.
La paroi de séparation 22 est étanche au matériau à changement de phase de sorte que la paroi de séparation 22 empêche le passage du matériau à changement de phase dans la première portion 14A de volume intérieur, notamment lorsque le matériau à changement de phase est dans une phase liquide.The partition wall 22 is sealed against the phase change material such that the partition wall 22 prevents the passage of the phase change material into the first portion 14A of interior volume, in particular when the phase change material is in a liquid phase.
Avantageusement, la paroi de séparation 22 est réalisée en résine époxy ou en un matériau du type joint moulé sur mesure.Advantageously, the separation wall 22 is made of epoxy resin or a custom-molded gasket type material.
Selon un exemple particulier, la paroi de séparation 22 est configurée pour transférer de la chaleur depuis le bloc de dissipation thermique 20 vers le fluide de refroidissement 60 situé dans la première portion 14 de volume intérieur. En particulier, la paroi de séparation 22 est en contact avec le fluide de refroidissement 60. Ceci permet d’améliorer davantage l’évacuation de la chaleur du bloc de dissipation thermique 20 et donc d’améliorer la régénération de la faculté d’absorption d’énergie thermique du matériau à changement de phase.According to a particular example, the partition wall 22 is configured to transfer heat from the heat dissipation block 20 to the cooling fluid 60 located in the first portion 14 of interior volume. In particular, the partition wall 22 is in contact with the cooling fluid 60. This makes it possible to further improve the evacuation of heat from the heat dissipation block 20 and therefore to improve the regeneration of the thermal energy absorption capacity of the phase change material.
L’évacuation de la chaleur du bloc de dissipation thermique 20 permet par exemple le changement de phase du matériau de changement de phase de la phase liquide vers la phase solide, en particulier après que la fourniture de puissance électrique par le module de batterie 10 ou le rechargement du module de batterie 10 ait cessé. Il est ainsi possible de réaliser des cycles successifs de fourniture de puissance électrique/rechargement suivis par des arrêts de fourniture/rechargement, en laissant le matériau à changement de phase se resolidifier lors de chaque arrêt.The heat removal from the heat dissipation block 20 allows for example the phase change of the phase change material from the liquid phase to the solid phase, in particular after the supply of electrical power by the battery module 10 or the recharging of the battery module 10 has ceased. It is thus possible to carry out successive cycles of supply of electrical power/recharging followed by supply/recharging stops, by allowing the phase change material to resolidify during each stop.
Le dispositif de refroidissement 24 comprend un fluide de refroidissement 60. Le fluide de refroidissement 60 est notamment un liquide diélectrique. Le liquide diélectrique présente avantageusement une résistivité supérieure à 50 GΩ et une tension de rupture supérieure à 40 kV pour un entrefer de 2,5 mm, de préférence comprise entre 45 kV et 55 kV pour un entrefer de 2,5 mm. Le liquide diélectrique présente en outre une densité inférieure à 1, par exemple comprise entre 0,7 et 0,9, et une viscosité faible par exemple inférieure à 3,3 mPa.s à 25°C, tel que mesuré par la Norme ASTM D7042.The cooling device 24 comprises a cooling fluid 60. The cooling fluid 60 is in particular a dielectric liquid. The dielectric liquid advantageously has a resistivity greater than 50 GΩ and a breakdown voltage greater than 40 kV for a 2.5 mm air gap, preferably between 45 kV and 55 kV for a 2.5 mm air gap. The dielectric liquid further has a density less than 1, for example between 0.7 and 0.9, and a low viscosity, for example less than 3.3 mPa.s at 25°C, as measured by the ASTM D7042 standard.
Selon un premier mode de réalisation illustré sur la
Avantageusement, le fluide de refroidissement 60 circule dans des canaux 74 délimités par des pièces intercalaires, chaque pièce intercalaire étant interposée entre une paire d’éléments électrochimiques 18 adjacents.Advantageously, the cooling fluid 60 circulates in channels 74 delimited by intermediate pieces, each intermediate piece being interposed between a pair of adjacent electrochemical elements 18.
Avantageusement, la pompe assure la mise en circulation du fluide de refroidissement 60 dans le volume intérieur 14 et l’évacuation des calories qu’il contient, à l’extérieur du module de batterie 10.Advantageously, the pump ensures the circulation of the cooling fluid 60 in the interior volume 14 and the evacuation of the calories it contains, outside the battery module 10.
Dans ce qui suit, en référence à la
Le procédé 100 comprend une première étape 110 de fourniture du boîtier 12, de la pluralité d’éléments électrochimiques 18 et du matériau à changement de phase.The method 100 comprises a first step 110 of providing the housing 12, the plurality of electrochemical elements 18 and the phase change material.
Avantageusement, la première étape 110 comprend en outre la fourniture du dispositif de refroidissement 24.Advantageously, the first step 110 further comprises the provision of the cooling device 24.
Le procédé 100 comprend en outre une deuxième étape 120 d’assemblage de la pluralité d’éléments électrochimiques 18 dans le volume intérieur 14 du boîtier 12 sous forme d’empilement 16.The method 100 further comprises a second step 120 of assembling the plurality of electrochemical elements 18 in the interior volume 14 of the housing 12 in the form of a stack 16.
Le procédé 100 comprend en outre une troisième étape 130 de réalisation, à partir du matériau à changement de phase, du bloc de dissipation thermique 20 dans la deuxième portion 14B de volume intérieur de sorte que l’au moins une portion de contact du bloc de dissipation thermique 20 soit en contact direct avec au moins une partie d’au moins une connexion électrique 46, notamment avec au moins une partie de la portion externe 46B de l’au moins une connexion électrique 46.The method 100 further comprises a third step 130 of producing, from the phase change material, the heat dissipation block 20 in the second portion 14B of the interior volume so that the at least one contact portion of the heat dissipation block 20 is in direct contact with at least one part of at least one electrical connection 46, in particular with at least one part of the external portion 46B of the at least one electrical connection 46.
Avantageusement, la troisième étape 130 comprend une sous-étape de moulage du bloc de dissipation thermique 20 sur l’au moins une connexion électrique 46.Advantageously, the third step 130 comprises a sub-step of molding the heat dissipation block 20 on the at least one electrical connection 46.
Encore avantageusement, le procédé 100 comprend en outre, notamment après la troisième étape 130, une quatrième étape 140 de réalisation de la paroi de séparation 22 entre la première portion 14A de volume intérieur et la deuxième portion 14B de volume intérieur.Advantageously, the method 100 further comprises, in particular after the third step 130, a fourth step 140 of producing the separation wall 22 between the first portion 14A of interior volume and the second portion 14B of interior volume.
Notamment, la quatrième étape 140 comprend une sous-étape de coulage de la paroi de séparation 22 sur le bloc de dissipation thermique 20.In particular, the fourth step 140 comprises a sub-step of casting the separation wall 22 onto the heat dissipation block 20.
Avantageusement, le procédé 100 comprend en outre une étape d’installation du dispositif de refroidissement 24 comprenant le remplissage de la première portion 14A de volume intérieur avec le fluide de refroidissement 60, les parties inférieures 40 de chaque élément électrochimique 18 de batterie étant immergées dans le fluide de refroidissement 60. Notamment, le remplissage de la première portion 14A de volume intérieur avec le fluide de refroidissement 60 a lieu après la quatrième étape 140.Advantageously, the method 100 further comprises a step of installing the cooling device 24 comprising the filling of the first portion 14A of interior volume with the cooling fluid 60, the lower parts 40 of each electrochemical element 18 of the battery being immersed in the cooling fluid 60. In particular, the filling of the first portion 14A of interior volume with the cooling fluid 60 takes place after the fourth step 140.
Selon un deuxième mode de réalisation illustré sur la
La conduite 72 s’étend dans la deuxième portion 14B de volume intérieur.Line 72 extends into the second portion 14B of interior volume.
Dans ce deuxième mode de réalisation, l’au moins une portion de contact 54 du bloc de dissipation thermique 20 est en contact direct avec au moins une partie de l’au moins une conduite 72.In this second embodiment, the at least one contact portion 54 of the heat dissipation block 20 is in direct contact with at least one part of the at least one conduit 72.
Comme illustré sur l’exemple de la
Avantageusement, le bloc de dissipation thermique 20 est moulé sur la conduite 72.Advantageously, the heat dissipation block 20 is molded onto the pipe 72.
Dans ce qui suit, on décrit le procédé 100 de fabrication du module de batterie selon le deuxième mode de réalisation. Seules les étapes qui diffèrent du procédé 100 décrit ci-dessus pour le premier mode de réalisation sont spécifiées.In the following, the method 100 for manufacturing the battery module according to the second embodiment is described. Only the steps that differ from the method 100 described above for the first embodiment are specified.
Avantageusement, la première étape 110 comprend en outre la fourniture du dispositif de refroidissement 24 comportant le fluide de refroidissement 60 et l’au moins une conduite 72 de circulation du fluide de refroidissement 60.Advantageously, the first step 110 further comprises the provision of the cooling device 24 comprising the cooling fluid 60 and the at least one pipe 72 for circulating the cooling fluid 60.
Le procédé comprend alors en outre, avant la troisième étape 130, l’installation de l’au moins une conduite 72 dans la deuxième portion 14B de volume intérieur. La troisième étape 130 est alors telle que l’au moins une portion de contact 54 du bloc de dissipation thermique 20 est en contact direct avec au moins une partie de l’au moins une conduite 72, notamment moulé sur la conduite 72.The method then further comprises, before the third step 130, the installation of the at least one pipe 72 in the second portion 14B of the interior volume. The third step 130 is then such that the at least one contact portion 54 of the heat dissipation block 20 is in direct contact with at least a portion of the at least one pipe 72, in particular molded on the pipe 72.
Selon un troisième mode de réalisation non illustré, le dispositif de refroidissement 24 comprend un fluide de refroidissement remplissant la première portion 14A de volume intérieur et un circuit de refroidissement 70 comportant une conduite 72 s’étendant dans la deuxième portion 14B de volume intérieur.According to a third embodiment not illustrated, the cooling device 24 comprises a cooling fluid filling the first portion 14A of interior volume and a cooling circuit 70 comprising a pipe 72 extending into the second portion 14B of interior volume.
Claims (18)
- un boîtier (12) définissant un volume intérieur (14), le volume intérieur (14) comprenant une première portion (14A) de volume intérieur et une deuxième portion (14B) de volume intérieur ;
- un empilement (16) contenu dans le volume intérieur (14) et comportant une pluralité d’éléments électrochimiques (18) de batterie, chaque élément électrochimique (18) de batterie comprenant :
+ une partie inférieure (40) s’étendant dans la première portion (14A) de volume intérieur ; et
+ au moins une connexion électrique (46) s’étendant depuis la première portion (14A) de volume intérieur jusqu’à la deuxième portion (14B) de volume intérieur, chaque connexion électrique (46) comprenant une portion interne (46A) s’étendant dans la partie inférieure (40) correspondante et une portion externe (46B) s’étendant en dehors de la partie inférieure (40) correspondante ;
- au moins un bloc de dissipation thermique (20) s’étendant dans la deuxième portion (14B) de volume intérieur, l’au moins un bloc de dissipation thermique (20) comprenant un matériau à changement de phase et étant configuré pour absorber de l’énergie thermique générée par au moins une connexion électrique (46) par un changement de phase du matériau à changement de phase,
caractérisé en ce qu’au moins une portion de contact (54) de l’au moins un bloc de dissipation thermique (20) réalisée en le matériau à changement de phase est en contact direct avec au moins une partie de la portion externe (46B) d’au moins une connexion électrique (46).Battery module (10) comprising:
- a housing (12) defining an interior volume (14), the interior volume (14) comprising a first portion (14A) of interior volume and a second portion (14B) of interior volume;
- a stack (16) contained in the interior volume (14) and comprising a plurality of electrochemical battery elements (18), each electrochemical battery element (18) comprising:
+ a lower part (40) extending into the first portion (14A) of interior volume; and
+ at least one electrical connection (46) extending from the first portion (14A) of interior volume to the second portion (14B) of interior volume, each electrical connection (46) comprising an internal portion (46A) extending into the corresponding lower part (40) and an external portion (46B) extending outside the corresponding lower part (40);
- at least one heat dissipation block (20) extending into the second portion (14B) of interior volume, the at least one heat dissipation block (20) comprising a phase change material and being configured to absorb thermal energy generated by at least one electrical connection (46) through a phase change of the phase change material,
characterized in that at least one contact portion (54) of the at least one heat dissipation block (20) made of the phase change material is in direct contact with at least part of the external portion (46B) of at least one electrical connection (46).
- fourniture (110) du boîtier (12), de la pluralité d’éléments électrochimiques (18) de batterie et du matériau à changement de phase ;
- assemblage (120) de la pluralité d’éléments électrochimiques (18) de batterie dans le volume intérieur (14) du boîtier (12) sous la forme d’un empilement (16) ;
- réalisation (130), à partir du matériau à changement de phase, de l’au moins un bloc de dissipation thermique (20) dans la deuxième portion (14B) de volume intérieur de sorte que l’au moins une portion de contact (54) de l’au moins un bloc de dissipation thermique (20) soit en contact direct avec au moins une partie de la portion externe (46B) d’au moins une connexion électrique (46).A method (100) of manufacturing a battery module (10) according to any one of claims 1 to 14, comprising the following steps:
- providing (110) the housing (12), the plurality of electrochemical battery elements (18) and the phase change material;
- assembling (120) the plurality of electrochemical battery elements (18) in the interior volume (14) of the housing (12) in the form of a stack (16);
- production (130), from the phase change material, of the at least one heat dissipation block (20) in the second portion (14B) of interior volume so that the at least one contact portion (54) of the at least one heat dissipation block (20) is in direct contact with at least part of the external portion (46B) of at least one electrical connection (46).
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