Domaine de l'invention

La présente invention concerne un pack de batterie présentant un système de gestion thermique optimisé dans lequel un fluide à température régulée vient au contact direct des cellules de batteries. Elle s'applique notamment, mais pas exclusivement, dans le domaine de l'automobile. Elle s'applique par exemple aux batteries de traction des véhicules électriques (VE) et des véhicules électriques hybrides (VEH) .

Un module de batteries de cellules électrochimiques de type lithium-ion (Li-ion) , subit régulièrement des phases de charge et de décharge, entraînant un échauffement qui peut être important. Cette électrochimie présente également une plage de température de fonctionnement réduite, typiquement entre 0 et 45°C pour la charge et -20°C et 60°C pour la décharge. Le vieillissement des cellules augmente lorsque la température des cellules s'écarte d'une température idéale de fonctionnement, typiquement 25°C.

Il est donc nécessaire de la refroidir efficacement afin, d'une part, de maintenir son niveau de performance, et d'autre part de limiter son vieillissement. La densité de puissance de ces batteries a tendance à augmenter afin de satisfaire aux besoins en termes d'autonomie et de charge rapide. Un refroidissement par liquide, généralement de l'eau glycolée, permet de satisfaire à ces besoins. Mais l'eau étant également un bon conducteur électrique, un inconvénient de ce type de solution est que les contraintes de sécurité notamment pour éviter tout risque de court-circuit, par exemple en cas de choc, les rendent très complexes à mettre en œuvre. Ainsi, l'eau est classiquement contenue dans une plaque, elle-même mise en contact avec les cellules électrochimiques. Le contact entre les cellules et l'eau est donc indirect et local, diminuant d'autant l'efficacité du système. L'eau peut parfois être remplacée par des fluides thermiques diélectriques.

Etat de la technique

La demande de brevet W02014176320A2 divulgue une batterie connue comportant une enceinte remplie partiellement d'un matériau à changement de phase liquide-vapeur (« L-V matériau à changement de phase » pour « Liquid-Vapor Phase Change Material » selon la dénomination anglo-saxonne, comme de l'eau ou de l'alcool par exemple) et fermée hermétiquement sous vide d'air. Des cellules électrochimiques prismatiques sont disposées verticalement au fond de l'enceinte, de sorte qu'un bord de chaque cellule trempe dans le matériau à changement de phase en phase liquide. L'enveloppe de chaque cellule est recouverte d'une fine structure hydrophile permettant au matériau à changement de phase liquide d'imbiber par capillarité l'ensemble de l'enveloppe.

Le matériau à changement de phase passe de la phase liquide à la phase vapeur par échauffement dans la structure hydrophile, lorsque les cellules fonctionnent (durant les charges et les décharges) . Différentes solutions y sont proposées pour recondenser le matériau à changement de phase, de telle sorte que le matériau à changement de phase retombe en gouttes sur les cellules recouvertes par la structure hydrophile. Ainsi, les cellules « baignent » dans le matériau à changement de phase liquide malgré la faible quantité de matériau à changement de phase dans l'enceinte.

On connaît aussi dans l'état de la technique la demande de brevet EP2806481 décrivant une batterie immergée qui comprend un boîtier définissant un espace de réception, un liquide électriquement isolant contenu dans l'espace de réception, une unité de batterie installée dans l'espace de réception, et une unité de commande de puissance électrique installée dans l'espace de réception et couplée électriquement aux batteries. L'unité de batterie comprend une pluralité de cellules de batteries espacées dont au moins une partie de chacune d'elles est immergée dans le liquide électriquement isolant. L'unité de commande de puissance électrique comprend deux bornes de sortie qui sortent du boîtier et qui fournissent de l'électricité aux batteries.

On connaît aussi la demande de brevet EP3166175 décrivant une batterie électrique comportant une pluralité de cellules de stockage d'énergie électrique comportant chacune une borne positive et une borne négative, les cellules étant disposées dans un boîtier contenant un liquide diélectrique ; à l'intérieur du boîtier, un dispositif de brassage commandable pour faire circuler le liquide diélectrique au contact des bornes positives et négatives des cellules ; et un dispositif de gestion adapté à détecter une éventuelle défaillance d'une cellule et à commander en conséquence le dispositif de brassage pour modifier les conditions de circulation du liquide diélectrique dans le boîtier .

La demande de brevet US2012242144 décrit un autre exemple connu de batterie de véhicule comportant des cellules de batterie avec un circuit de commande intégré configuré pour communiquer avec un module de commande d'énergie de batterie.

Inconvénient de l'art antérieur

L'inconvénient majeur des solutions de l'art antérieur tient à la nécessité de garder le vide d'air dans l'enceinte pendant toute la durée de vie de la batterie, ce qui est très difficile à garantir compte-tenu des nombreux câbles. En effet, si l'air entre dans l'enceinte, alors la pression y augmente au détriment des phénomènes d'évaporation/condensation du matériau à changement de phase, diminuant les performances de refroidissement. Il faut donc concevoir le système de telle sorte qu'il soit doublement étanche : il empêche l'air de rentrer à froid et empêche la vapeur de sortir à chaud.

Un autre inconvénient de l'état de l'art tient à la tenue mécanique de l'enceinte : un pack batteries est volumineux, il est généralement de forme plate pour faciliter son intégration et la partie supérieure de ses parois externes est de surface importante. Dès lors un différentiel de pression entre l'intérieur et l'extérieur, engendre des efforts et possiblement des déformations importantes. Par conséquent, les parois de l'enceinte doivent être suffisamment épaisses et rigides pour ne pas se déformer, ce qui augmente le poids du pack.

Enfin, un dernier inconvénient de l'état de l'art concerne le refroidissement des périphériques tels que les bus- barres, les connecteurs et le circuit électronique de gestion de la batterie, notamment les résistances du circuit d'équilibrage des tensions de cellules de batteries. Lors de l'utilisation à de forts ampérages, ces composants chauffent et limitent l'utilisation de la batterie. Par ailleurs, la calibration à diverses températures des circuits électroniques est une étape longue et coûteuse de leur développement. Maintenir les circuits électroniques dans une plage limitée de températures est souhaitable également pour réduire leur vieillissement.

Solution apportée par l'invention

Les solutions mises en œuvre dans l'invention consistent à inclure l'ensemble des composants périphériques aux cellules de batteries à l'intérieur de l'enceinte étanche, en les immergeant dans un fluide diélectrique, tout ou partie de ce fluide étant toujours liquide. Ainsi, les circuits électroniques, les bus-barres et les connecteurs sont refroidis. De plus, le nombre d'interfaces avec l'extérieur de l'enceinte est considérablement réduit ce qui facilite la mise en œuvre de l'étanchéité de l'enceinte. Les connecteurs développés sont particulièrement hermétiques aux liquides ainsi qu'aux gaz.

De plus, le système mis en œuvre dans l'invention dispose d'un vase d'expansion doté d'une membrane déformable. Le côté qui n'est pas en contact avec le fluide diélectrique partiellement ou entièrement liquide définit une chambre dont la pression est contrôlée par une vanne qui soit égalise la pression de la chambre avec la pression atmosphérique, soit connecte la chambre avec une pompe à vide qui, une fois activée, pompe l'air contenu dans la chambre afin de réduire la pression de la chambre sous la pression de saturation du fluide diélectrique à sa température d'utilisation. De ce fait, il est possible de forcer une pression égale à la pression atmosphérique pendant les temps d'arrêt du système par exemple, pour limiter l'entrée d'air dans le système. Il est d'autre part possible de contrôler le sous- refroidissement du fluide diélectrique entre une valeur minimale qui est le sous-refroidissement requis au bon fonctionnement de la pompe de circulation du fluide diélectrique, et une valeur maximale correspondant aux écarts de température que l'on s'autorise entre les différentes cellules de batteries.

Par ailleurs, le fluide diélectrique utilisé peut être choisi de sorte à présenter une température de saturation à la pression atmosphérique en dehors de la plage de température de fonctionnement, notamment au-dessus, afin que la différence entre la pression interne et externe ne change pas de signe, notamment qu'elle reste négative (enceinte en dépression), ce qui simplifie les solutions d'étanchéité à mettre en œuvre au niveau de l'enceinte. Enfin, Une telle enceinte, toujours en dépression, subit un différentiel de pression limité à 1 barG, ce qui allège la structure de l'enceinte. Objet de l'invention

L' invention concerne selon son acception la plus générale un module électrique comprenant une pluralité de cellules de batteries immergées dans un fluide diélectrique caractérisé en ce qu' il comporte en outre un circuit électronique de gestion de batteries, immergé dans ledit fluide diélectrique. Selon des variantes, le module selon l'invention présente en outre une ou plusieurs des caractéristiques additionnelles suivantes, prises isolément ou en combinaison :

le boîtier du module comporte sur sa paroi intérieure un logement immergé dans ledit fluide diélectrique, ledit circuit électronique de gestion de batteries étant disposé dans ledit logement.

- la pluralité de cellules de batteries est assemblé pour former un bloc, ledit circuit électronique de gestion de batteries étant fixé sur ledit bloc.

- le circuit électronique de gestion de batteries est disposé de sorte que la normale au plan défini par ledit circuit électronique soit sensiblement horizontale.

- le circuit électronique de gestion de batteries est relié avec une prise extérieure par l'intermédiaire d'un connecteur étanche traversant la paroi du boîtier dudit module.

- le module comporte au moins deux bornes électriques traversant de manière étanche la paroi du boîtier dudit module, la partie intérieure desdites bornes électriques étant immergée dans ledit fluide diélectrique.

- le module comporte un contacteur de mise hors fonction de ladite batterie, ledit contacteur étant immergé dans ledit fluide diélectrique.

le module comporte au moins un capteur de température immergé dans ledit fluide diélectrique. - Le module comporte un capteur de courant immergé dans ledit fluide diélectrique.

- le module comporte des bus-barres immergés dans ledit fluide diélectrique.

le circuit électronique comporte un circuit d'équilibrage des tensions de cellules de batteries immergé dans ledit fluide diélectrique.

Description détaillée d'un exemple non limitatif de

1 ' invention

La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un exemple non limitatif de l'invention qui suit, se référant aux dessins annexés où :

- La figure 1 représente une vue éclatée d'un exemple de réalisation d'un module de batteries selon l'invention.

- La figure 2 représente une vue en coupe du module.

Les figures 3 et 4 représentent des vues respectivement de dessus et de dessous du couvercle.

La figure 5 représente une vue détaillée du couvercle avec un échangeur rapporté.

- Les figures 6 et 7 représentent une variante de module pour lequel le boitier est constitué par une enveloppe souple .

- La figure 8 représente une variante de réalisation du module contenant des cellules poches.

- Les figures 9, 10, 11 et 12 représentent les schémas de principe des boucles de refroidissement.

- La figure 13 représente l'intégration d'un des systèmes de gestion thermique d'une batterie avec d'autres fonctions de gestion thermique.

- La figure 14 représente une vue en coupe détaillée d'un connecteur électrique hermétique. - La figure 15 représente une variante de réalisation de l'assemblage des cellules avec des cellules prismatiques.

- La figure 16 représente une variante de réalisation du module avec le fluide diélectrique circulant.

Architecture générale et principe de fonctionnement

Le module (1) décrit en figure 1 est constitué d'une enceinte formée de trois parties principales :

- un boîtier (100) rigide

- un couvercle (200)

- un fond (300) .

A l'intérieur de ce boîtier (100) est disposé un bloc de batteries (400) disposées horizontalement, sur deux plans parallèles, décalés d'un demi-pas.

Le module (1) forme une enceinte scellée hermétiquement, définissant un volume intérieur libre (c'est-à- dire le volume intérieur de l'enceinte soustrait du volume du bloc de batteries (400)) divisé en :

une partie inférieure, remplie exclusivement de la phase liquide d'un fluide diélectrique (140), cette partie liquide n'est jamais réduite à zéro : du liquide est toujours présent en fonctionnement normal et représente typiquement entre 10 et 100% du volume intérieur libre.

une partie supérieure (150) exclusivement remplie de gaz, c'est-à-dire la vapeur en équilibre thermodynamique avec la phase liquide du fluide diélectrique (140) et, optionnellement , de gaz incondensables en sus tel de l'azote. Cette partie peut être réduite à zéro.

L'enceinte forme un composant rigide et robuste, qui comprend :

- des connecteurs électriques de puissance (110, 120) pour le raccordement de puissance, - un ou plusieurs connecteurs électriques de données (130) pour le branchement d'une liaison vers un ou plusieurs systèmes de gestion de batteries,

- des raccords aux niveaux des ports d'entrée et de sortie hydrauliques (210, 220) pour le raccordement de conduites d'arrivée et de départ d'un fluide caloporteur (145) . Le fluide caloporteur (145) circule dans un échangeur (236 ou 237) contenu dans le module (1) pour contrôler la température à l'intérieur de celui-ci. Dans la figure 1, cet échangeur (236) est contenu dans le couvercle (200) . Alternativement, dans la figure 5, il s'agit d'une pièce séparée (237). Alternativement, dans la figure 16, l'échangeur de chaleur est déporté hors du module (1) et c'est le fluide diélectrique (140) qui circule hors du module (1) vers un échangeur de chaleur. Dans cette configuration, les ports d'entrée et de sortie hydrauliques (210, 220) sont utilisés pour la circulation du fluide diélectrique (140) . Alternativement, le couvercle (200) peut faire office d'échangeur (236) s'il présente des ailettes à l'intérieur et il peut être refroidi par de l'air, mû par un ventilateur à l'extérieur du module et soufflant sur le couvercle (200) muni d'ailettes à l'extérieur.

Le fluide diélectrique (140) présente les caractéristiques suivantes :

- potentiel de déplétion ozonique nul,

potentiel de réchauffement global faible, préférentiellement inférieur à 150, voire inférieur ou égal à 20.

- inflammabilité faible, inférieur à A2L selon le classement par la directive européenne 2003/632/CE,

- tension de claquage supérieure à 10 kV/mm en phase liquide et gazeuse,

- résistivité électrique supérieure à 10E8 Ohm. cm densité inférieure à 1650 kg/m3 préférentiellement,

chaleur latente supérieure à 80 kJ/kg préférentiellement .

Dans le champ de ce brevet, le fluide diélectrique (140) n'est pas de l'air. Il s'agit d'un fluide qui présente une phase liquide à pression atmosphérique sur la plage de températures d'utilisation définie ci-après.

Par ailleurs, la plage d'utilisation du produit est caractérisée par une température minimale (Tmin) et maximale (Tmax) , typiquement -40°C et 60°C respectivement. Le fluide diélectrique (140) peut présenter une température d'ébullition à pression atmosphérique (Tsat(Patm)) qui varie :

- Tmin Tsat ( Patm) Tmax : il existe une température d'ébullition pour laquelle le fluide est à pression atmosphérique dans la plage d'utilisation du produit. Ainsi la pression de saturation du fluide varie en dessous et au-dessus de la pression atmosphérique en fonction de la température.

Dans le cas où le seul fluide présent dans le module (1) est le fluide diélectrique (140), alors à l'équilibre thermodynamique, l'intérieur du module (1) est soit en dépression soit en surpression en fonction de la température. Il peut être alors avantageux d'avoir un ballon (160) déformable à l'intérieur du module (1), raccordé à une pression de référence, par exemple ouvert sur l'atmosphère, afin que le ballon se gonfle en cas de dépression dans le module (1) pour éviter le fonctionnement en dépression et maintenir une pression sensiblement égale à la pression atmosphérique en faisant en sorte que le volume liquide du fluide diélectrique (140) soit égal au volume intérieur du module (1) moins le volume du ballon (160) gonflé. Alors la pression interne au module (1) est comprise entre la pression atmosphérique et la pression de saturation à la température maximale d'utilisation.

Dans le cas où, en plus du fluide diélectrique (140), un gaz, communément dit « incondensable », est présent dans le module (1), par exemple de l'air ou de l'azote, alors la pression dans le module est la somme de la pression partielle du gaz et de la pression de saturation du fluide diélectrique (140) . Il est possible alors d'ajuster la pression partielle de gaz lors du remplissage du module (1) afin d'être en surpression sur toute la plage de fonctionnement, en particulier à Tmin. Alors la pression interne au module est comprise entre une borne basse, égale à la pression de saturation à la température minimale d'utilisation à laquelle s'ajoute la pression de la masse de gaz à la température minimale d'utilisation et au volume de la partie supérieure gazeuse (150), et une borne haute égale à la pression de saturation à la température maximale d'utilisation à laquelle s'ajoute la pression de la masse de gaz à la température maximale d'utilisation et au volume de la partie supérieure gazeuse (150) .

- Tsat ( Patm) >Tmax : La pression de saturation du fluide lors de l'utilisation du produit est toujours inférieure à la pression atmosphérique.

Dans le cas où le seul fluide présent dans le module (1) est le fluide diélectrique (140), alors la pression à l'intérieur du module (1) est toujours inférieure à la pression atmosphérique et égale à la pression de saturation du fluide diélectrique à la température de fonctionnement

En fonctionnement, les cellules (414) de batteries chauffent par effet Joule. En effet, soumise à un courant, leur résistance interne notamment produit de la chaleur, dont la puissance est égale à la résistance interne multipliée par l'intensité au carré. De ce fait, le fluide diélectrique (140) à l'intérieur du module (1) subit un cycle d' échauffement puis refroidissement isochore. Au contact des cellules (414) de batteries en fonctionnement, il s'échauffe en refroidissant les cellules (414) . Puis il transporte cette chaleur vers l'échangeur (236 ou 237) pour la lui céder.

Dans un premier cas, le fluide diélectrique (140) reste en phase liquide. Il « monte » (déplacement vertical vers le haut) vers l'échangeur (236 ou 237) par convection naturelle, sa densité étant plus faible que celle du fluide diélectrique froid. S'il parvient au contact dudit échangeur, il se refroidit et « descend » vers le bas du module (1) formant ainsi une cellule de convection.

Dans un second cas, il s'évapore au contact des cellules (414) . Les bulles formées se déplacent grâce à la poussée d'Archimède, de la partie inférieure vers la partie supérieure (150) . La phase gazeuse du fluide diélectrique (140) au contact de l'échangeur (236 ou 237) plus froid se condense. Des gouttent se forment sur la surface interne de l'échangeur (236 ou 237) et celles-ci retombent dans la partie inférieure liquide .

En fonction de la température et de la pression, le ratio entre le volume inférieur, le volume supérieur (150) et le volume de l'éventuel ballon (160) varient, le volume cumulé, représentant l'intérieur du module (1), restant inchangé.

Le boîtier ne permet aucune circulation de la phase liquide du fluide diélectrique (140) vers l'extérieur de cette enceinte, en dehors des phases de remplissage, ni aucune circulation de la phase gazeuse du fluide diélectrique (140) .

La phase liquide du fluide diélectrique (140) est généralement statique, sans déplacements de la phase liquide sous l'effet d'une pompe ou d'un moyen de brassage ni de circulation forcée. Les seuls déplacements de la phase liquide sont ceux résultant des phénomènes naturels de convection et de circulation des bulles de la phase gazeuse et des vibrations occasionnées par le support du module (1) . Il peut être intéressant de travailler uniquement en dépression pour réduire la différence de pression maximale vue par le module (1), ce qui permet d'alléger la structure du boîtier .

Des exemples non limitatifs de fluides diélectriques utilisables sont détaillés ci-après :

- HFO-1234yf qui bout à -30°C à lbarA

- HFO-1233zd qui bout à 18°C à lbarA

- HFO-1336mzz ou SF33 de Chemours (noms commerciaux) qui bout à 33°C à lbarA et à 60°C à 2.45barA

- Novec 649 de la société 3M (noms commerciaux) qui bout à 49°C à lbarA

- Novec 7100 de la société 3M (noms commerciaux) qui bout à 61°C à lbarA

- SF70 de Chemours (noms commerciaux) qui bout à

70°C à lbarA

- Novec 7200 de la société 3M (noms commerciaux) qui bout à 76°C à lbarA

- Novec 7300 de la société 3M (noms commerciaux) qui bout à 98°C à lbarA

- SF10 de Chemours (noms commerciaux) qui bout à

110°C à lbarA

- Novec 7500 de la société 3M (noms commerciaux) qui bout à 128°C à lbarA- des huiles diélectriques (température d'ébullition typiquement > 200°C, conduisant à des pressions de saturation négligeables aux températures de fonctionnement envisagées), par exemple de type PAO.

- de fluides dits PFPE, Galden de la société Solvay

(noms commerciaux) , ou Krytox de la société Chemours (noms commerciaux)

- ainsi que les mélanges entre ces fluides.

Description détaillée du boîtier (100) Le boîtier (100) est constitué d'un profilé creux, préférablement en aluminium, présentant optionnellement des nervures de renfort permettant d'optimiser l'épaisseur (et donc le poids) vis à vis de la résistance aux pressions ou aux dépressions se formant à l'intérieur de l'enceinte.

Il présente des oreilles de fixation (170) traversées par des trous taraudés, dans l'exemple décrit, pour le vissage du couvercle (200) et du fond (300) . La tranche supérieure (171) et la tranche inférieure (172) présentent des gorges respectivement (173, 174) pour recevoir un joint (175, 176) assurant l'étanchéité avec respectivement le couvercle (200) et le fond (300) . Ce joint peut être un joint torique ou plat. Le fond (300) est formé par une tôle d'aluminium ou d'acier inoxydable fermant hermétiquement la partie inférieure du boîtier (100) .

Alternativement, le boitier (100) pourra également intégrer directement le fond (300) dans une seule et même pièce, ledit boitier pouvant alors être réalisé par un procédé de fonderie par exemple. Cette solution rend caduque le joint torique (176) et les oreilles de fixation du fond.

Alternativement le boitier (100) pourra être réalisé en matière plastique ou matériau composite.

Le boîtier présenté dans l'exemple décrit quatre pattes de fixation (180) pour la liaison avec le support du module (1), ainsi que deux poignées (190, 191) pour la manutention du module. Ces poignées (190, 191) présentent une hauteur supérieure à la hauteur des connecteurs (110, 120) pour assurer la protection mécanique de ces derniers. Le boîtier présente également dans l'exemple décrit quatre trous taraudés en façade (181) pour la liaison avec le support du module ou pour le montage du module (1) dans une baie, par exemple sur une baie de 19 pouces.

Les connecteurs électriques (110, 120, 130) possèdent une embase hermétique afin d'éviter au fluide diélectrique (140) de pouvoir s'échapper du module (1) en cas de surpression ou à de l'air de pénétrer dans le module (1) en cas de dépression.

Description détaillée du ballon (160)

Il est avantageux que le différentiel de pression entre l'intérieur du module (1) et l'atmosphère ne change pas de signe. Il est en effet plus complexe de concevoir un module qui soit hermétique à la fois en dépression et en surpression. Dans le cas où le fluide diélectrique (140) utilisé possède une Tsat(Patm) dans la plage de fonctionnement alors il peut être avantageux d'utiliser un ballon (160) de volume variable.

Sur la figure 1, le module (1) comprend un ballon (160) souple, immergé dans la partie inférieure du fluide (140) . Le ballon (160) possède une ouverture (161) reliée à l'extérieur. L'ouverture (161) étant toujours ouverte lors du fonctionnement du module (1), l'intérieur du ballon (160) est constamment relié à la pression extérieure. De ce fait, le ballon (160) gonfle lorsque la pression interne du module (1) diminue, ce qui arrive lorsque la température interne passe sous la Tsat(Patm) . En gonflant, la partie supérieure gazeuse (150) est réduite à zéro, il n'y a donc plus d'équilibre liquide-vapeur dans le module (1) et la pression du liquide -alors sous- refroidi- est maintenue sensiblement égale à la pression atmosphérique. A l'inverse, le ballon (160) dégonfle lorsque la pression interne du module (1) augmente, lors d'un réchauffement de l'intérieur du module (1) par exemple ; son volume est alors réduit à zéro. De ce fait, le ballon (160) constitue dans une certaine mesure un moyen de régulation de la pression interne du module (1) vis-à-vis de l'extérieur. Ladite régulation de pression améliore l'herméticité du boîtier, les étanchéités étant moins sollicitées par les variations de pression. Ledit ballon (160) permet également de simplifier la procédure de remplissage du module (1) en fluide (140), en évitant de devoir tirer au vide dans le module (1) avant remplissage. En effet, afin d'éviter toute dégradation du fluide diélectrique (140) avec l'eau et l'oxygène contenu dans l'air, le module (1) ne doit pas contenir d'air. Pour ce faire, lors de la phase de remplissage, le ballon (160) est maintenu gonflé grâce à une source de pression externe. Le module (1) est ensuite entièrement rempli jusqu'à son point haut par le fluide diélectrique (140), le volume supérieur (150) en phase gazeuse de ce fluide n'existant pas. Le module (1) est ensuite scellé hermétiquement, puis la pression à l'intérieur du ballon (160) est libérée. A ce stade-là, c'est-à-dire lorsque les cellules (414) ne chauffent pas et qu'il n'y a donc pas d'évaporation, le ballon (160) reste gonflé et le volume supérieur (150) n'existe pas. Il n'y a donc pas d'air dans le module (1) . Lorsque les cellules (414) se mettent à chauffer et le fluide diélectrique (140) se met à s'évaporer, la pression monte, le ballon (160) se dégonfle et le volume supérieur (150) de gaz voit son volume augmenter. Le couvercle (200) va alors jouer son rôle de condenseur, les ailettes de refroidissement (235) étant au contact du gaz. Le volume du ballon (160) est à minima équivalent au volume de gaz contenu au niveau des ailettes de refroidissement (235) . En conséquence, au moment où le ballon (160) est entièrement dégonflé, le volume supérieur (150) est tel que les ailettes de refroidissement (235) sont entièrement dans le volume de gaz. L'efficacité de ce système de refroidissement est alors maximale.

Description détaillée du couvercle (200)

Les figures 3 et 4 représentent des vues détaillées du couvercle, respectivement en vue éclatée de dessus et en vue de dessous. La figure 5 représente une vue détaillée du couvercle avec un échangeur rapporté.

Le couvercle (200) est constitué par un bloc massif (230) en aluminium obtenu par usinage ou fonderie. Ce bloc (230) présente à sa face inférieure des ailettes de refroidissement (235) disposées longitudinalement, selon le plus grand axe du couvercle (200). Ces ailettes (235) présentent une épaisseur comprise entre 2 et 5 millimètres. Elles sont régulièrement espacées d'au moins 5 millimètres, afin d'éviter la formation de ponts liquides entre deux ailettes lors de la condensation du fluide diélectrique. La hauteur des ailettes (235) est comprise entre 5 et 15 millimètres.

Ces ailettes (235) définissent des surfaces d'échange thermique avec l'échangeur (236) du fluide caloporteur (145) d'une part, et la phase gazeuse présente dans le volume supérieur (150) d'autre part.

L'échangeur (236) du circuit de refroidissement est formé sur la surface opposée du bloc massif (230) . Il est constitué par un usinage formant un serpentin s'ouvrant sur un port d'entrée hydraulique (210) et débouchant dans un port de sortie hydraulique (220).

La surface supérieure de ce serpentin est fermée par une tôle (239) vissée par sa périphérie sur ledit bloc massif (230). Alternativement, cette tôle (239) peut être soudée sur les arêtes du serpentin, ou collée.

Alternativement, sur la figure 5, le circuit de refroidissement (236) précédemment décrit peut être remplacé par un échangeur (237) entre fluide caloporteur (145) et fluide diélectrique (140), le fluide caloporteur (145) circulant alors dans un échangeur (237), qui peut être de type batterie à ailettes ou à plaques brasées. Dans cette variante, la tôle (239) est toujours nécessaire afin de fermer le module (1) et d'assurer son herméticité. Avantageusement, ledit échangeur (237) peut être solidaire de ladite tôle (239) , en particulier dans le cas d'un échangeur à plaques brasées et d'une tôle en aluminium.

Le couvercle (200) présente un perçage traversant dans lequel est logé une soupape de sécurité (240) ou bien un disque de rupture, s'ouvrant en cas de surpression dans l'enceinte, pour laisser échapper une partie de la phase gazeuse (150) du fluide diélectrique (140) ainsi que les gaz produits, par exemple lors de l'emballement thermique des batteries, et éviter le risque d'explosion du module (1) . En cas de surchauffe conduisant à l'ouverture de la soupape de sécurité (240), un capteur de température à proximité de la soupape (240) détecte la surchauffe et transmet l'information au module de gestion de la batterie qui empêchera l'utilisation du module jusqu'à une remise en état.

En cas d'emballement thermique, le fluide diélectrique va premièrement s'évaporer en absorbant la chaleur émise par la cellule défaillante et être évacué par la soupape. L'importante quantité d'énergie contenue dans l'évaporation du fluide va permettre d'éviter la montée en température et la contagion aux autres cellules.

Optionnellement , le couvercle (200) présente en outre des perçages (290) débouchant dans le fond du serpentin (236). Ces perçages (290) sont refermés par des opercules fusibles à une température supérieure à 80°C. En cas de fusion de ces opercules lors d'une surchauffe due à un emballement thermique, le liquide de refroidissement s'échappe du circuit de refroidissement pour remplir l'enceinte et ainsi assurer un refroidissement complémentaire de la cellule (414) en emballement thermique pour éviter toute contagion à d'autres cellules .

Description détaillée des composants électriques Le boîtier enferme le bloc de batteries (400) qui est totalement immergé dans la phase liquide du fluide diélectrique (140). Les cellules (414) de batteries sont reliées entre elles en série, en parallèle ou en série-parallèle par des platines (401), appelées bus-barres, formées par un matériau conducteur qui peut être revêtu localement par une couche isolante. Elles sont maintenues dans une cage formée de deux cadres (411, 412) reliés par des entretoises (413) . Les platines (401) étant immergées dans le fluide diélectrique liquide (140), celles-ci disposent du même type de refroidissement par évaporation que les cellules (414). En conséquence, lesdites platines peuvent être sous-dimensionnées car ne craignant pas d' échauffement excessif, ce qui avantageux pour la compacité, le poids et le prix du module.

Selon les sollicitations appliquées au module (1), le bloc de batteries (400) pourra être fixé dans le boitier à l'aide de plaques (260, 261) ceinturant les cadres (411, 412) par le haut et fixées par des vis. Le bloc de batteries (400) pourra également être fixé à sa base via des plaques (262 à 264) fixées sur le fond (300) du module (1) .

Le boîtier enferme aussi un circuit électronique (420) de gestion des batteries, également totalement immergé dans la phase liquide du fluide diélectrique (140) . L'immersion de cette carte électronique (420) permet son refroidissement et en particulier le refroidissement des résistances d'équilibrage utilisées lors de la charge des cellules (414) . Celles-ci peuvent alors facilement admettre un courant d'équilibrage bien plus élevé pour diminuer la durée de la phase terminale de charge des cellules (414). Ces résistances, comme de nombreux composants d'électronique de puissance, présentent un flux thermique surfacique particulièrement élevé pouvant monter jusque 250 kW/m ² . L'immersion diphasique apporte une réponse pertinente permettant de dépasser de tels flux avec seulement une dizaine de degré d'élévation de température par rapport à la température d'ébullition du fluide diélectrique (140). Alternativement, ledit circuit électronique (420) de gestion des batteries pourra être monté à l'extérieur du module (1), et donc à l'extérieur du fluide diélectrique (140) . Dans ce cas, les informations de températures et de tension des cellules (414) doivent être transmises à travers un connecteur passe-cloison hermétique.

Le boîtier peut enfermer également d' autres composants périphériques : les connecteurs électriques, des capteurs de température et de pression, des contacteurs, des capteurs de courant et divers câbles également immergés dans la phase liquide du fluide diélectrique (140) afin d'assurer leur refroidissement également. L'ensemble formé par le bloc batteries (400), les bus-barres (401), les circuits électroniques (420) et tous les composants périphériques précédemment cités est appelé l'assemblage de cellules (402) . En figure 15, une variante de cet assemblage de cellule (402) utilisant des cellules prismatiques est illustrée. En figure 8, seul le bloc batteries (400) avec des cellules (414) de type « poches » est illustré.

Description détaillée des connecteurs électriques

Les connecteurs électriques (110, 120, 130) possèdent une embase hermétique afin d'éviter au fluide diélectrique (140) de pouvoir s'échapper du module (1) en cas de surpression ou à de l'air de pénétrer dans le module (1) en cas de dépression.

L'herméticité de ces connecteurs (110, 120, 130) peut être assurée par un surmoulage des pièces métalliques. Dans ce cas, la matière utilisée pour ce surmoulage est choisie parmi les matières compatibles avec le fluide diélectrique utilisé. Par exemple, si le fluide choisi est le Novec 7100 de 3M, les matières à privilégier pour le surmoulage sont les résines époxy. L'herméticité de ces connecteurs (110, 120, 130) peut également être assurée par un joint torique situé à l'intérieur du connecteur. Dans ce cas, la matière utilisée pour ce joint est choisie parmi les matières compatibles avec le fluide diélectrique utilisé. Par exemple, si le fluide choisi est le SF33 de Chemours, les matières à privilégier pour le joint sont celles à base d'EPDM (éthylène-propylène-diène monomère).

Ces types de connecteurs électriques sont généralement très onéreux et complexes lorsqu' ils doivent rester hermétiques sous une différence de pression, de par la mise en œuvre de broches noyées dans un manchon de verre isolant par exemple. C'est pourquoi un capuchon d'herméticité (111) peut être monté à l'intérieur des connecteurs de puissance (110, 120) standard, non hermétiques aux gaz en particulier. Ledit capuchon d'herméticité est composé d'une pièce cylindrique faite d'un matériau conducteur (112), ladite pièce étant directement vissée sur la broche mâle (121) du connecteur électrique (110, 120) . Ladite broche mâle (121) est, dans l'exemple de la figure 14, directement surmoulé dans le corps de l'embase (122) en matière isolante. Le passage de courant est assuré par une surface de contact annulaire (117) située entre la pièce cylindrique conductrice (112) et ladite broche mâle (121) . Cette surface annulaire (117) sert également de butée mécanique lors du vissage de la partie conductrice (112) sur la broche (121) . La pression de contact ainsi que la surface de contact sont choisie afin d'obtenir une résistance électrique de contact très faible pour éviter une chute de tension et un échauffement à cet endroit. Une valeur typique à ne pas dépasser est 2 mOhms . La pièce cylindrique conductrice (112) comprend une partie filetée (118) autour de laquelle vient se visser la connectique intérieure. Le capuchon (111) est également composé d'une pièce isolante (113) cylindrique permettant à la pièce cylindrique conductrice (112) de rester à distance de la paroi du boitier (100) et éviter tout risque d'arc électrique. La pièce isolante (113) comprend également deux joints toriques (114, 115) permettant de garantir l'herméticité du capuchon (111) sous une pression interne importante .

Description détaillée des blocs de remplissage isolants

Le boitier enferme plusieurs blocs de matériau isolant (250 à 256), d'épaisseur pouvant varier typiquement entre 3mm et 20mm. Lesdits blocs permettent notamment d'assurer l'isolation électrique entre le bloc de batteries (400) et les parties métalliques du boitier. Lesdits blocs permettent également d'assurer le maintien du bloc de batteries (400) en cas de choc.

Le volume desdits blocs (250 à 256) est maximisé pour réduire le volume libre, notamment partout où la présence du fluide diélectrique (140) n'est pas requise. En effet, une partie du volume libre de fluide diélectrique vient de contraintes de fabrication et d'assemblage du module qui limitent les formes réalisables. Les composants nécessitant un refroidissement présentent un espacement avec les blocs (250 à 256) typique de 1 à 5mm pour laisser passer le fluide diélectrique (140). Les blocs (250 à 256) présentent donc en leurs faces intérieures des formes épousant au mieux les pièces qu'elles entourent, tout en ménageant cet espacement. Cette maximisation du volume des blocs (250 à 256) est motivée par la réduction du volume de fluide diélectrique (140) afin de minimiser le poids, le matériau constituant les blocs (250 à 256) étant avantageusement plus léger que le fluide diélectrique (140) qu'il remplace. Cette maximisation est également motivée par le coût, le fluide diélectrique (140) étant plus onéreux que les blocs (250 à 256) .

Lesdits blocs (250 à 256) sont choisis dans un matériau compatible avec le fluide diélectrique (140) . Dans l'exemple décrit, les blocs en mousse expansée à base de polyuréthane sont privilégiés. Les matériaux sont également à cellules fermées, afin qu'elles évitent d'absorber le fluide diélectrique (140) . Il est important que la mousse soit obtenue en utilisant un agent d'expansion compatible avec le fluide diélectrique (140), voire le fluide diélectrique lui-même. Par exemple, le SF33 est utilisé comme agent d'expansion des mousses polyuréthane, il peut également être utilisé comme fluide diélectrique pour un refroidissement diphasique par immersion de batteries .

Alternativement, une résine pourra être utilisée afin d'assurer l'isolation électrique entre le bloc de batteries (400) et les parties métalliques du boitier.

Alternativement, la mousse pourra être déposée dans le module (1) par un procédé de moussage à l'aide d'une contre- forme :

• une première étape consiste à positionner la contre-forme dans l'enceinte du module électrique,

• une deuxième étape consiste à injecter la mousse encore liquide dans l'espace interne définit entre l'enceinte du module électrique et la contre-forme,

• une troisième étape consiste à retirer la contre- forme une fois que la mousse a durci (250 à 256) ,

• une quatrième étape consiste à positionner l'assemblage des cellules (402), composé d'un bloc de batteries (400), des bus-barres (401), des connecteurs (110, 120, 130), des capteurs et des circuits électroniques (420), dans l'ensemble composé du module (1) et de la mousse durcie (250 à 256) .

Dans ce procédé, la contre-forme est façonnée de sorte à ce que l'assemblage des cellules (402), composé d'un bloc de batteries (400), des bus-barres (401), des connecteurs (110, 120, 130), des capteurs et des circuits électroniques (420) puisse être positionné lors de la quatrième étape tout en ménageant, en dehors de zones de contact mécanique entre l'assemblage de cellules (402) et l'enceinte (100, 200, 300), un espace entre l'assemblage des cellules (402) et la mousse (250 à 256), d'épaisseur typique comprise entre 1 et 5mm. La contre- forme occupe idéalement toute la partie du volume libre du fluide diélectrique inutile au refroidissement. En pratique, des contraintes liées au montage de l'assemblage de cellules dans le boitier limitent la forme de cette contre-forme.

Description détaillée du système de refroidissement

Le fluide caloporteur (145) circulant dans l'échangeur (236) du circuit de refroidissement du couvercle (200), y prélève la chaleur générée dans le module (1) et l'évacue à l'aide d'un système de refroidissement. Le système de refroidissement est constitué d'une source froide, d'une pompe de circulation (704) du fluide caloporteur (145) circulant dans un circuit fermé, alimentant un ou plusieurs modules (1) avec le fluide caloporteur (145) refroidi.

Le fluide caloporteur (145) peut être un mélange d'eau dé-ionisée et d'éthylène glycol à proportion de 50% pour éviter le gel du fluide aux basses températures, tout en conservant de bonnes propriétés thermiques. Alternativement tout fluide caloporteur (145) non inflammable, possédant une chaleur sensible élevée et une viscosité faible peut être utilisé : propylène glycol, huiles spéciales.

Dans un premier mode de réalisation représenté en figure 9, la source froide est un radiateur (701), de préférence ventilé par un ventilateur (702), apte à évacuer la chaleur du fluide caloporteur (145) dans l'air ambiant. Ce mode de réalisation est adapté aux applications où l'air ambiant ne dépasse pas 30°C environ, et de préférence 25°C, afin de limiter la température des cellules (414) dans le module (1), par exemple aux alentours de 40 °C maximum. Par ailleurs avec ce type de solution la température du circuit de refroidissement dépend fortement de la puissance dissipée dans le module (1) et de la température ambiante, avec pour conséquence un emploi privilégié dans les applications ayant des puissances batterie faiblement variables afin d'éviter son cyclage thermique.

L'alimentation de plusieurs modules (1) par la boucle de fluide caloporteur (145) peut être réalisée en série ou en parallèle, ou par une combinaison des deux. Préférentiellement le nombre de modules (1) en série sera choisi, d'une part égal à 2 au minimum afin de limiter le débit requis de la pompe (704), et d'autre part égal à 3 au maximum afin de limiter la pression requise de la pompe (704) et 1 ' échauffement du fluide caloporteur (145) à la traversée des modules (1) . Le nombre de modules en parallèle sera de préférence compris entre 2 et 8.

La pompe (704) de circulation du fluide caloporteur (145) pourra avantageusement être régulée en vitesse de rotation et asservie aux besoins de refroidissement des modules (1) afin d'améliorer l'efficacité énergétique du système complet.

De même le radiateur (701) pourra avantageusement être équipé d'un ventilateur (702) régulé en vitesse de rotation, avec le même objectif d'efficacité énergétique que décrit précédemment .

Dans un deuxième mode de réalisation représenté figure 10, la source froide est constituée par l ' évaporateur (708) d'un système de réfrigération par compression de vapeur (703), du type de ceux utilisés pour la climatisation de l'habitacle de véhicules.

Ce type de système est constitué d'un évaporateur (708), d'un compresseur (705), d'un condenseur (706) et d'un détendeur (707) reliés par des tubulures permettant la circulation d'un fluide réfrigérant (709) en boucle fermée. Ledit fluide (709) peut être par exemple un HFC comme le R134a, ou un HFO comme le R1234yf, R1234ze, R1233zd. La production de froid de l ' évaporateur (708) est utilisée pour abaisser la température du fluide caloporteur (145), au besoin à une valeur inférieure à celle de l'air ambiant, ce qui permet de contrôler la température dans le module (1) à une valeur prédéterminée, et en particulier de la limiter -par exemple à 40 °C maximum- quelques soient les fluctuations de puissance dissipée dans le module et la température ambiante de 1 ' application .

Le système de réfrigération (703) peut également être réversible. Il peut ainsi, en mode chauffage, fournir de la chaleur pour réchauffer les modules (1) dont les performances en charge notamment sont affectées pour des températures typiquement inférieures à 0°C.

Pour des applications embarquées où la masse doit être minimisée, le compresseur (705) du système de réfrigération sera avantageusement choisi parmi les compresseurs de climatisation utilisés dans les véhicules électriques, qui sont réalisés principalement en alliages d'aluminium, et sont conçus pour être directement alimentés en courant continu provenant d'une batterie. Ces compresseurs étant équipés d'un variateur de vitesse, ils permettent d'une part une meilleure efficacité énergétique en ajustant la puissance frigorifique du système de réfrigération (703) au juste besoin des modules (1), et d'autre part d'atteindre des puissances maximales élevées en fonctionnant à vitesse maximale.

Par ailleurs la plage de température visée pour la régulation thermique des batteries permet d'élever le niveau de température d'évaporation au-delà de 15°C, voire jusqu'à 30°C, et ainsi augmenter la capacité frigorifique développée par le compresseur (705) par rapport à une utilisation conventionnelle en climatisation: des puissances spécifiques de l'ordre de 1,5 kW frigorifique par kilogramme de compresseur peuvent ainsi être atteintes . De même pour minimiser la masse du système, un évaporateur (708) réalisé en alliage d'aluminium peut être utilisé, de préférence du type à plaques brasées afin de diminuer le volume interne coté fluide caloporteur (145) .

La boucle de fluide caloporteur (145) est adaptée pour distribuer aux modules (1) la puissance frigorifique générée au niveau de 1 ' évaporateur (708), en particulier lorsque plusieurs modules d'un pack batteries doivent être alimentés et sont situés à une certaine distance de celui-ci.

Alternativement, sur la figure 11, pour des systèmes plus compacts, la boucle de fluide caloporteur (145) peut être supprimée, le circuit de refroidissement du module (236) servant alors directement d' évaporateur (708) pour le système de réfrigération (703) . Ce type de disposition est particulièrement adapté au refroidissement d'un module (1) unique, ou d'un nombre limité de modules (1) à refroidir afin de limiter la charge de réfrigérant (709) requise et la complexité liée à la gestion de plusieurs évaporateurs en parallèle dans un système de réfrigération (703).

Alternativement, pour des systèmes plus économes en énergie, il est possible de limiter la consommation du système de réfrigération (703) en montant celui-ci en parallèle du radiateur (701) de la boucle de fluide caloporteur (145) . Il est également possible de supprimer la boucle de fluide caloporteur (145) tel que présenté sur la figure 12 en faisant circuler le fluide diélectrique (140) depuis le ou les modules (1) vers le radiateur (701) . Le système de réfrigération (703) en parallèle permet alors de réchauffer le fluide diélectrique (140) avant son entrée dans le radiateur (701) pour refroidir celui-ci plus facilement en augmentant la différence de température avec l'air et permet aussi de refroidir le fluide diélectrique (140) à la température souhaitée juste après le radiateur (701) . Un tel montage permet de n'actionner le système de réfrigération (703) que lorsque qu'une température seuil sur le retour du fluide diélectrique (140) est dépassée, réduisant ainsi la consommation du système de réfrigération (703) lorsque la puissance d'utilisation de la batterie est faible, ou bien lorsqu'elle a le temps de refroidir entre deux utilisations, ou bien lorsque la température ambiante est basse. La suppression de la boucle de fluide caloporteur (145) permet également de supprimer l'empilement de différentiels de température entre la source froide et les cellules qui nuisent à l'efficacité énergétique du refroidissement. Cette solution est à préférer pour les applications embarquées exigeantes qui doivent être autonomes en refroidissement pour son poids embarqué et son efficacité énergétique. Afin de pouvoir faire circuler le fluide diélectrique (140), une variante de module est présentée en figure 16. Dans celle-ci, l'échangeur (236) est supprimé et les ports d'entrée et de sorties hydrauliques (210 et 220) sont empruntés par le fluide diélectrique (140) .

Enfin, la figure 13 montre l'intégration d'un des systèmes de gestion thermique d'une batterie avec d'autres fonctions de gestion thermique, par exemple celles de l'électronique (712), des moteurs électriques (711) et le système de chauffage, ventilation et climatisation (710) de la cabine d'un véhicule.

L'électronique (712) peut être constituée par le système de gestion de la sécurité de la batterie (BMS) mais également l'électronique de puissance d'alimentation d'un moteur électrique .

Le système de chauffage, ventilation et climatisation (710) est branché sur un deuxième évaporateur (7080) en parallèle de 1 ' évaporateur (708) qui est branché sur la boucle de fluide diélectrique (140) . Le débit dans ce deuxième évaporateur (7080) est piloté par un deuxième détendeur (7070) .

Dans cette figure 13 sont aussi illustrés deux systèmes de contrôle des actionneurs de ce système. Le système de réfrigération (703) est asservi pour réguler un sous- refroidissement à l'entrée de la pompe (704) afin d'éviter toute cavitation et de n'utiliser le système de réfrigération (703) qu'au minimum afin de limiter sa consommation. Pour ce faire un capteur de pression (P) et un capteur température (T) positionnés en amont de la pompe sont nécessaires. Un sous-refroidissement cible typique est inférieur à 5°C en dessous de la température de saturation à la pression mesurée. Le second algorithme de contrôle asservit la vitesse de rotation du ventilateur (702) de telle sorte que la différence entre la température (T2) du fluide diélectrique (140) en sortie du radiateur (702) et la température (T3) ambiante soit inférieure à une valeur variant entre 1 et 8°C selon les cas d'utilisation de l'application, par exemple charge ou décharge, véhicule roulant ou à l'arrêt, etc.

Il est également illustré un système destiné à réduire la dépression dans la boucle de fluide diélectrique (140), notamment lorsque le système n'est pas en fonction. Ce système est utilisé en particulier lorsqu'un fluide présentant une Tsat(Patm) inférieure à la température maximale vue par le système est utilisé. Un vase d'expansion (713) à membrane interne est branché sur le circuit de fluide diélectrique (140) . Ce vase d'expansion (713) est commandé par une pression d'air régulée par une vanne (714) . Lorsque la pression d'air est inférieure à la pression dans le circuit de fluide diélectrique (140), la membrane est plaquée au fond du vase (713) et le fluide diélectrique est aspiré dans le vase (713) . Inversement, lorsque la pression d'air est supérieure à la pression du circuit de fluide diélectrique (140), la membrane se gonfle et chasse le fluide (140) hors du vase (713) . Afin de pouvoir réguler une pression d'air inférieure à la pression atmosphérique, une pompe à vide (715) est branchée sur l'une des 2 entrées de la vanne (714) . La vanne (714) permet donc de réguler une pression comprise entre 0 bar absolu et la pression atmosphérique. Ainsi pour éviter la dépression à l'arrêt, la vanne envoie une pression d'air égale à la pression atmosphérique, ce qui permet de remplir le circuit de fluide de liquide et de le maintenir en liquide sous-refroidi sensiblement à la pression atmosphérique. En fonctionnement, le fluide diélectrique (140) est ré-aspiré dans le vase (713) en ramenant la pression de contrôle du vase (713) à une pression proche de la pression de saturation du fluide diélectrique à sa température mesurée (T) , ce qui permet de laisser la place à une phase vapeur. Le système est dimensionné pour avoir une phase vapeur de volume réduit, par exemple un tiers du volume de la canalisation entre le module (1) et le radiateur (702), ce qui permet d'avoir un vase (713) relativement petit .

Dans le cas où un fluide diélectrique présentant une Tsat(Patm) supérieure à la température maximale vue par le système, est utilisé, alors la vanne (714) et la pompe à vide (715) pourraient être supprimées. Le vase (713) est alors simplement mis à la pression atmosphérique. Il est même possible de se passer d'une membrane dans le cas où le fluide diélectrique (140) n'est pas sensible à l'oxydation ni à l'hydrolyse par l'oxygène et l'humidité ambiante. La suppression du contrôle de la pression en amont de la pompe de circulation (704) simplifie le système mais induit un sous-refroidissement non contrôlé et très élevé ce qui nuit à l'évaporation sur les cellules. De ce fait, les coefficients d'échanges au contact des cellules sont moindres et les différences de température entre cellules sont plus élevées. L'utilisation d'un tel fluide perd alors de son intérêt .

Variantes de réalisation

Dans les figures présentées, le module est montré avec des cellules (414) cylindriques d'un diamètre de 66mm et de longueur 160mm, avec une électrochimie de type lithium titanate (LTO) , similaires aux cellules 40Ah LTO de marque Yinlong. Toutefois, le même type de refroidissement par fluide diélectrique (140) ne se limite pas à ces cellules (414) et pourra être réalisé pour d'autres types de cellules, comme par exemple des cellules au format 18650 par exemple en électrochimie HG2 de marque LG, ou des cellules au format « poche rectangulaire de faible épaisseur » par exemple de marque Xalt ou Kokam, ou des cellules prismatiques par exemple de dimensions 139x22x56mm de Toshiba.

Dans le cas de la variante avec cellules au format « poche » précédemment cité, il est à noter que les plaques intercalaires (601) entre les cellules ont une conception spécifique au système de refroidissement par évaporation. En effet, comme montré en figure 8, lesdites plaques possèdent des passages sensiblement verticaux (602) destinés à laisser monter le flux de fluide évaporé vers l'échangeur (237) .

Dans le cas où le fluide diélectrique (140) utilisé possède une Tsat(Patm) hors de la plage de fonctionnement, par exemple le Novec 7100 de la société 3M (noms commerciaux) qui bout à 61°C à lbarA, il peut être intéressant d'effectuer le remplissage après avoir préalablement tiré au vide le module avec un volume liquide de fluide diélectrique inférieur au volume libre, afin de conserver un ciel gazeux à une pression inférieure à la pression atmosphérique. Dans ce cas, l'utilisation d'un ballon (160) n'est pas requise. Egalement, étant donné que la pression interne n'excède pas lbarA, le boitier peut être constitué d'une enveloppe souple (502), comme présenté dans les figures 8 et 9. Cette enveloppe souple (502), de préférence de matière plastique, est scellée hermétiquement à l'aide d'une jointure (503), qui peut être une soudure entre les deux parties de l'enveloppe (502) . Comme présenté en figure 7, la pression interne inférieure à la pression extérieure combinée à la souplesse de l'enveloppe (502) implique que ladite enveloppe va se coller au plus près des cellules (414), réduisant ainsi le volume de fluide diélectrique (140) présent dans le module (1) . Ce type de module à enveloppe souple possède un fonctionnement similaire à celui décrit pour un boitier rigide ; comme montré en figure 6 il possède également des blocs de remplissage isolants (250), un volume de fluide diélectrique (140) en phase liquide et en phase gazeuse (150), un échangeur (237) possédant des ports d'entrée et de sorties hydrauliques (210 et 220) . Les sorties hydrauliques (210 et 220) sont liées hermétiquement à l'enveloppe (502) grâce à des jointures soudées (604) afin de garantir l'herméticité du module (1) .