TITRE : MODULE DE STOCKAGE À CELLULES MULTIPLES

PRÉ-CHARGÉES PAR DES RESSORTS

La présente invention revendique la priorité de la demande française 5 1907305 déposée le 02.07.2019 dont le contenu (texte, dessins et

revendications) est ici incorporé par référence.

Domaine technique de l’invention

L’invention concerne les modules de stockage d’énergie électrique qui comprennent plusieurs cellules de stockage d’énergie électrique et sont0 destinés à équiper des systèmes, comme par exemple et non

limitativement des véhicules, éventuellement de type automobile.

Etat de la technique

Certaines batteries rechargeables comprennent au moins un module de5 stockage comportant au moins deux cellules de stockage qui sont

destinées à stocker de l’énergie électrique et sont installées les unes contre les autres dans des plans transversaux perpendiculaires à une direction axiale en étant encadrées par des première et seconde plaques d’extrémité également placées dans des plans transversaux. Habituellement, la o première plaque d’extrémité est placée contre la première cellule de

stockage et la seconde plaque d’extrémité est placée contre la dernière cellule de stockage. Afin de constituer un assemblage solidaire, les première et seconde plaques d’extrémité sont traversées par au moins deux tirants (et généralement quatre) qui sont parallèles à la direction 5 axiale et permettent de définir un premier écartement entre elles par un vissage d’écrous.

Ce premier écartement permet également d’exercer une pression choisie sur les cellules de stockage tant que leur module de stockage n’est pas installé dans un système, comme par exemple un véhicule. En effet, comme le sait l’homme de l’art, maintenir sous pression (ou sous une « précharge ») les cellules de stockage permet de réduire leur

vieillissement et donc d’augmenter leur durée de vie lorsqu’elles sont

5 effectivement utilisées. On notera que la pression initialement exercée peut varier en fonction des nombre et type des cellules de stockage. Cette pression (ou précharge) permet de ralentir la variation de volume des cellules lors de leurs charges et décharges, et donc leur grossissement. Sans cette précharge les cellules grossiraient beaucoup plus. 0 La pression initiale ne doit cependant plus être aussi forte en

fonctionnement, notamment du fait que les cellules de stockage

grossissent. En d’autres termes, la pression initiale doit pouvoir être relâchée une fois le module de stockage installé dans un système. A cet effet, il a été proposé dans le document brevet US-A1 2013/0108902 de5 placer des ressorts hélicoïdaux sur les extrémités des tirants qui traversent la seconde plaque d’extrémité, entre les écrous et cette dernière. Ainsi, en effectuant un premier vissage important des écrous sur les tirants, on définit la pression initiale (ou précharge), puis en dévissant partiellement ces écrous on définit une pression de fonctionnement. 0 Cette solution présente plusieurs inconvénients. En effet, l’opération de mise sous pression des cellules de stockage s’avère dangereuse compte tenu de l’importance de la pression initiale et de la difficulté que représente le vissage simultané de tous les écrous des tirants, et donc peut provoquer un endommagement et/ou un mauvais positionnement d’au moins une5 cellule de stockage. En outre, une fois l’assemblage d’un module de

stockage terminé, il n’est plus possible de repositionner l’une de ses cellules de stockage (initialement mal positionnée et/ou ayant bougé lors de ses déplacements), et donc un démontage complet suivi d’un remontage complet du module de stockage doivent être réalisés. Enfin, la pression0 initiale, comme finale (après relâchement), est exercée sur l’assemblage au niveau des quatre angles où passent les quatre tirants, mais pas dans la partie centrale de l’assemblage, et donc une courbure des cellules de stockage peut apparaître et induire une diminution des performances et/ou une accélération du vieillissement.

L’invention a donc notamment pour but d’améliorer la situation.

5 Présentation de l’invention

Elle propose notamment à cet effet un module de stockage comportant au moins deux cellules de stockage destinées à stocker de l’énergie électrique et installées les unes contre les autres dans des plans transversaux perpendiculaires à une direction axiale en étant encadrées par des

0 première et seconde plaques d’extrémité placées dans des plans

transversaux et traversées par au moins deux tirants parallèles à la direction axiale et permettant de définir un premier écartement entre elles par un vissage d’écrous.

Ce module de stockage se caractérise par le fait : 5 - que sa seconde plaque d’extrémité comprend N trous traversants, avec N

> 1 , et

- qu’il comprend, d’une part, une plaque intermédiaire de dimensions similaires à celles des première et seconde plaques d’extrémité, traversée par les tirants en étant intercalée entre la seconde plaque d’extrémité et o une dernière cellule de stockage et comprenant une face avant à laquelle sont solidarisés fixement N goujons traversant les N trous traversants, et, d’autre part, au moins un ressort intercalé entre les seconde plaque d’extrémité et plaque intermédiaire en étant comprimé pour exercer sur la plaque intermédiaire une pression fixée par un deuxième écartement entre5 les seconde plaque d’extrémité et plaque intermédiaire.

Le ressort intercalé entre les seconde plaque d’extrémité et plaque intermédiaire est par exemple initialement comprimé pour exercer sur la plaque intermédiaire la pression fixée par le deuxième écartement entre les seconde plaque d’extrémité et plaque intermédiaire. Ce deuxième

0 écartement est défini par un vissage d’écrous sur les N goujons, cette pression devant être initialement transmise aux cellules de stockage, ces derniers écrous étant ensuite retirés pour laisser la plaque intermédiaire libre de se translater par rapport aux tirants lorsque le module est utilisé.

Ainsi, on peut désormais pré-assembler sans risque les cellules avec la

5 première plaque d’extrémité, puis placer les cellules sous une précharge en adjoignant et vissant un sous-ensemble comprenant la seconde plaque d’extrémité, la plaque intermédiaire et chaque ressort compressé.

Le module de stockage selon l’invention peut comporter d’autres

caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et0 notamment :

- il peut comprendre un nombre M de ressorts qui est fonction de la pression exercée sur la plaque intermédiaire ;

- le nombre N peut être au moins égal à trois ;

- au moins un ressort peut être couplé à un goujon afin d’être maintenu par5 ce dernier dans une position prédéfinie par l’emplacement de ce goujon ;

- chaque goujon peut avoir un ressort couplé à lui ;

- la face avant de sa plaque intermédiaire peut comprendre en une position prédéfinie au moins une protubérance qui maintient une extrémité d’un ressort dans cette position prédéfinie ; 0 - chaque goujon peut traverser une protubérance ;

- ses cellules de stockage peuvent, par exemple, être d’un type qui est choisi parmi Lithium-ion (ou Li-ion), Nickel-Hydrure Métallique (ou Ni-MH), Lithium-Métal-Polymère (ou LMP) et Sodium-ion.

L’invention propose également une batterie rechargeable comprenant au5 moins un module de stockage du type de celui présenté ci-avant.

L’invention propose également un véhicule, éventuellement de type automobile, et comprenant au moins une batterie rechargeable du type de celle présentée ci-avant. Brève description des figures

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à l’examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur

5 lesquels :

[Fig. 1 ] illustre schématiquement, dans une vue en perspective, une partie d’un exemple de réalisation d’un module de stockage selon l’invention, assemblé mais avant qu’il n’équipe un système,

[Fig. 2] illustre schématiquement, dans une vue en coupe dans un plan XY,0 le module de stockage de la figure 1 , et

[Fig. 3] illustre schématiquement, dans une vue en perspective éclatée, une partie des constituants du module de stockage de la figure 1 avant qu’ils ne soient assemblés. 5 Description détaillée de l’invention

L’invention a notamment pour but de proposer un module de stockage d’énergie électrique MS pouvant être mis sous une pression initiale (ou pré chargé) avant d’équiper un système.

Dans ce qui suit, on considère, à titre d’exemple non limitatif, que le module0 de stockage MS est destiné à faire partie d’une batterie rechargeable

comportant un ou plusieurs modules de stockage montés en série et/ou en parallèle. Mais un module de stockage MS peut aussi constituer une batterie rechargeable.

Par ailleurs, on considère dans ce qui suit, à titre d’exemple non limitatif,5 que le module de stockage MS, ou la batterie rechargeable comportant ce dernier (MS), est destiné(e) à équiper un véhicule automobile, comme par exemple une voiture. Mais l’invention n’est pas limitée à cette application. En effet, un module de stockage MS, ou la batterie rechargeable

comportant ce dernier (MS), peut équiper n’importe quel système, et notamment un véhicule (terrestre, maritime (ou fluvial), ou aérien), une installation (éventuellement industrielle), ou un bâtiment, par exemple.

Enfin, on considère dans ce qui suit, à titre d’exemple non limitatif, que le véhicule comprend un groupe motopropulseur (ou GMP) tout électrique

5 alimenté par le module de stockage MS, ou la batterie rechargeable

comportant ce dernier (MS). Mais le véhicule pourrait comprendre un GMP hybride (thermique/électrique) alimenté par le module de stockage MS, ou la batterie rechargeable comportant ce dernier (MS).

Sur les figures 1 à 3, la direction X est une direction dite axiale (ou

0 longitudinale), la direction Y est une direction dite transversale, laquelle est perpendiculaire à la direction axiale X, et la direction Z est une direction dite verticale, laquelle est perpendiculaire aux directions axiale X et

transversale Y.

On a schématiquement représenté sur les figures 1 et 2 un exemple de5 réalisation d’un module de stockage MS selon l’invention, ici destiné à

équiper un véhicule automobile, et tout assemblé.

Comme illustré, un module de stockage MS, selon l’invention, comprend au moins deux cellules de stockage CS, des première PE1 et seconde PE2 plaques d’extrémité, une plaque intermédiaire PI, au moins un ressort R, au0 moins deux tirants TM et les premiers écrous E1 associés, et N goujons G (avec N > 1 ) et les seconds écrous E2 associés.

Comme illustré sur les figures 1 à 3, les cellules de stockage CS sont installées les unes contre les autres dans des plans transversaux YZ qui sont perpendiculaires à la direction axiale X. En d’autres termes, ces

5 cellules de stockage CS sont parallèles entre elles et en contact.

Ces cellules de stockage CS sont destinées à stocker de l’énergie électrique. Il s’agit de préférence de cellules électrochimiques. Dans ce cas, leur type peut, par exemple, être choisi parmi Lithium-ion (ou Li-ion), Nickel-Hydrure Métallique (ou Ni-MH), Lithium-Métal-Polymère (ou LMP) et0 Sodium-ion. Les première PE1 et seconde PE2 plaques d’extrémité sont aussi placées dans des plans transversaux YZ et comprennent des premiers trous traversants T1 traversés respectivement par les tirants TM (en nombre au moins égal à deux) qui sont parallèles à la direction axiale X et permettent

5 de définir un premier écartement ec1 entre elles (PE1 et PE2) par un

vissage de leurs premiers écrous E1 associés.

Ces première PE1 et seconde PE2 plaques d’extrémité encadrent l’ensemble de cellules (de stockage) CS. Plus précisément, la première plaque d’extrémité PE1 est située contre la première cellule CS (la plus à0 droite sur les figures 1 et 2), et la seconde plaque d’extrémité PE2 est

située à proximité de la dernière cellule CS (la plus à gauche sur les figures 1 à 3).

De plus, la seconde plaque d’extrémité PE2 comprend N deuxièmes trous traversants T2, avec N > 1. 5 Par exemple, les première PE1 et seconde PE2 plaques d’extrémité

peuvent être réalisées en métal (notamment en acier ou en aluminium). Mais elles pourraient aussi être réalisées en matière plastique rigide. D’une manière générale la matière utilisée pour les première PE1 et seconde PE2 plaques d’extrémité est choisie en fonction de l’effort qu’elles doivent0 exercer pour induire la précharge.

On notera que dans l’exemple illustré non limitativement sur les figures 1 à 3 chacune des première PE1 et seconde PE2 plaques d’extrémité comprend quatre premiers trous traversants T1 définis dans ses quatre angles et traversés respectivement par quatre tirants TM. Mais elles

5 peuvent comporter moins de quatre premiers trous traversants T1 , et par exemple deux. Ce qui est important c’est en effet que l’ensemble de cellules CS soit bien maintenu, et pour ce faire au moins un tirant

« supérieur » (droit ou gauche) et au moins un tirant « inférieur » (gauche ou droit) sont indispensables. 0 La plaque intermédiaire PI a des dimensions qui sont similaires à celles des première PE1 et seconde PE2 plaques d’extrémité et est intercalée entre la seconde plaque d’extrémité PE2 et la dernière cellule CS. Elle comprend des troisièmes trous traversants T3 dont le nombre est égal à celui des premiers trous traversants T1 , afin qu’ils soient traversés respectivement par les tirants TM.

5 De plus, la plaque intermédiaire PI comprend une face arrière FR orientée vers la dernière cellule CS et une face avant F V opposée à la face arrière FR et orientée vers la seconde plaque d’extrémité PE2. Les N goujons G (N > 1 ) sont solidarisés fixement à cette face avant F V et traversent respectivement les N deuxièmes trous traversants T2 de la seconde plaque0 d’extrémité PE2.

Par exemple, la plaque intermédiaire PI peut être réalisée en métal (notamment en acier ou en aluminium). Mais elle pourrait aussi être réalisée en matière plastique rigide. D’une manière générale la matière utilisée pour la plaque intermédiaire PI est choisie en fonction de l’effort5 qu’elle doit exercer pour induire la précharge.

Chaque ressort R est intercalé entre la seconde plaque d’extrémité PE2 et la plaque intermédiaire PI en étant initialement comprimé pour exercer sur la plaque intermédiaire PI une pression initiale qui est fixée par un deuxième écartement ec2 entre la seconde plaque d’extrémité PE2 et la0 plaque intermédiaire PI. Ce deuxième écartement ec2 est défini par le

vissage des seconds écrous E2 sur les N goujons G. Il est défini au moyen d’une presse appliquée sur la seconde plaque d’extrémité PE2 et maintenu par les goujons G et les écrous seconds E2.

Cette pression initiale est initialement transmise aux cellules CS du fait5 qu’elle est exercée sur la plaque intermédiaire PI qui est plaquée contre la dernière cellule CS.

On comprendra que l’on peut très avantageusement et préalablement constituer un premier sous-ensemble comprenant la première plaque d’extrémité PE1 avec les tirants TM traversant ses premiers trous

0 traversants T1 et suivie des cellules CS, et un second sous-ensemble

comprenant la plaque intermédiaire PI avec son (ses) goujon(s) G, la seconde plaque d’extrémité PE2, et chaque ressort R intercalé entre ces plaque intermédiaire PI et seconde plaque d’extrémité PE2. Une fois que les goujons G ont traversé les deuxièmes trous traversants T2 de la seconde plaque d’extrémité PE2, on visse les seconds écrous E2 sur les

5 extrémités filetées de ces goujons G jusqu’à obtenir une compression de(s) ressort(s) R induisant la pression initiale (de précharge) recherchée pour les cellules CS. On dispose alors d’un second sous-ensemble qui peut être facilement manipulé et déplacé, et donc qui peut être assemblé au premier sous-ensemble. Plus précisément, on fait passer les extrémités des tirants0 TM au travers des troisièmes trous traversants T3 de la plaque

intermédiaire PI puis des premiers trous traversants T1 de la seconde plaque d’extrémité PE2, puis on visse les premiers écrous E1 sur les extrémités filetées des tirants TM jusqu’à obtenir le premier écartement ec1 entre les première PE1 et seconde PE2 plaques d’extrémité, qui est choisi5 de manière à correspondre à la pression initiale (de précharge) recherchée pour les cellules CS. On dispose alors d’un module de stockage MS assemblé (illustré sur les figures 1 et 2) et prêt à équiper un système (ici un véhicule automobile) ou une batterie rechargeable.

Un peu avant d’installer un tel module de stockage MS dans un système0 (ou dans une batterie rechargeable), on retire ses seconds écrous E2 des goujons G pour laisser la plaque intermédiaire PI libre de se translater par rapport aux tirants TM (qui leur servent de guide) lorsque le module MS est utilisé, en permettant ainsi aux cellules CS d’avoir des variations de volume en fonctionnement. 5 Grâce à l’invention, on peut désormais pré-assembler sans risque les

cellules CS avec la première plaque d’extrémité PE1 , puis placer les cellules CS sous une précharge en adjoignant et vissant le second sous- ensemble. En outre, on peut désormais, éventuellement, repositionner une ou plusieurs cellules avant de les pré-charger, et ainsi éviter qu’elles ne0 soient endommagées. Enfin, en répartissant les ressorts R sur la face

avant F V de la plaque intermédiaire PI on peut répartir la pression initiale et la pression finale (après relâchement) exercées sur les cellules CS, évitant ainsi de les déformer (courber) et donc de diminuer leurs performances et/ou accélérer leur vieillissement.

Par exemple, le nombre M de ressorts R peut être fonction de la pression que l’on veut initialement exercer sur la plaque intermédiaire PI et donc sur

5 les cellules CS. Cette pression à exercer peut être fonction du nombre de cellules CS. On notera que dans l’exemple illustré non limitativement sur les figures 1 et 3 le nombre M de ressorts est égal à dix (deux fois cinq alignés suivant deux lignes parallèles à la direction transversale Y). Un nombre M égal à dix est notamment adapté au cas illustré où le nombre de0 cellules CS est égal à douze (voir figures 1 et 2). Mais ce nombre M peut prendre n’importe quelle valeur supérieure ou égale à un.

On notera également que dans l’exemple illustré non limitativement sur les figures 2 et 3 le nombre N de goujon G est égal à quatre. Mais ce nombre N peut prendre n’importe quelle valeur supérieure ou égale un, et est de5 préférence au moins égal à trois.

On notera également, comme illustré non limitativement sur les figures 1 à 3, qu’au moins un ressort R peut être couplé à un goujon G afin d’être maintenu par ce dernier (G) dans une position qui est prédéfinie par l’emplacement de ce goujon G. Le mot « couplé » signifie ici lié à un goujon0 G.

Comme illustré non limitativement sur les figures 1 à 3, chaque ressort R peut être hélicoïdal. Mais cela n’est pas obligatoire. Ainsi, chaque ressort R pourrait être un ressort conique à spires, ou un ressort rondelle de

Belleville, ou encore, un ressort à lame, par exemple. 5 Lorsque le type du ressort R le permet, il est avantageux que ce dernier (R) soit traversé par un goujon G. C’est notamment le cas de quatre des dix ressorts R de l’exemple illustré.

On notera également, comme illustré non limitativement sur la figure 3, que la face avant F V de la plaque intermédiaire PI peut comprendre en une0 position prédéfinie au moins une protubérance PP chargée de maintenir une extrémité d’un ressort R dans cette position prédéfinie. On comprendra que lorsque le type du ressort R le permet (notamment lorsqu’il est hélicoïdal), l’une de ses deux extrémités peut être emmanchée sur une protubérance PP, permettant ainsi de le maintenir en position

prédéterminée pendant la phase d’assemblage du second sous-module.

5 En présence de la dernière option, chaque goujon G peut, par exemple, traverser une protubérance PP. Mais cela n’est pas obligatoire, notamment lorsqu’un goujon G traverse un ressort R et donc permet de le positionner par rapport à la plaque intermédiaire PI.

Dans l’exemple illustré non limitativement sur la figure 3, la face avant F V0 de la plaque intermédiaire PI comprend en dix positions prédéfinies dix protubérances PP chargées de maintenir respectivement l’une des extrémités de dix ressorts R. Mais le nombre de protubérances PP peut être inférieur au nombre de ressorts R.

On notera également que dans l’exemple illustré non limitativement sur les5 figures 1 à 3 le module de stockage MS comporte deux parois latérales PL installées dans des plans XZ et comprenant chacune un logement axial (suivant X) supérieur et un logement axial inférieur. Chaque logement axial supérieur est traversé par un tirant supérieur TM, et chaque logement axial inférieur est traversé par un tirant inférieur TM. Ces parois latérales PL 0 permettent de caler les cellules CS suivant la direction transversale Y.

L’invention permet d’obtenir une précharge et un déplacement/déformation correctement défini(e) et linéaire grâce aux ressorts dont les propriétés sont linéaires. En outre, elle permet de garantir la valeur de la

pression/précharge désirée sur l’ensemble des cellules. De plus, elle 5 permet un réglage de la charge tout au long de la vie du module de

stockage, grâce aux seconds écrous et goujons associés.