FR3125635A1 - ELECTRICAL STORAGE DEVICE WITH PARTIALLY SUBMERGED CELLS - Google Patents
ELECTRICAL STORAGE DEVICE WITH PARTIALLY SUBMERGED CELLS Download PDFInfo
- Publication number
- FR3125635A1 FR3125635A1 FR2107802A FR2107802A FR3125635A1 FR 3125635 A1 FR3125635 A1 FR 3125635A1 FR 2107802 A FR2107802 A FR 2107802A FR 2107802 A FR2107802 A FR 2107802A FR 3125635 A1 FR3125635 A1 FR 3125635A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- electrochemical cells
- dielectric liquid
- electrical storage
- cells
- storage device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 32
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 22
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 11
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims description 11
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 6
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 5
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 3
- 239000012783 reinforcing fiber Substances 0.000 claims description 2
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 50
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 3
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 2
- 229910003307 Ni-Cd Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 230000032677 cell aging Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 description 1
- 239000012809 cooling fluid Substances 0.000 description 1
- 239000000110 cooling liquid Substances 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000002557 mineral fiber Substances 0.000 description 1
- 239000000615 nonconductor Substances 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 210000000352 storage cell Anatomy 0.000 description 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 1
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
- H01M50/446—Composite material consisting of a mixture of organic and inorganic materials
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
- B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
- B60L50/60—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
- B60L50/64—Constructional details of batteries specially adapted for electric vehicles
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/61—Types of temperature control
- H01M10/613—Cooling or keeping cold
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/61—Types of temperature control
- H01M10/617—Types of temperature control for achieving uniformity or desired distribution of temperature
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
- H01M10/625—Vehicles
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/64—Heating or cooling; Temperature control characterised by the shape of the cells
- H01M10/647—Prismatic or flat cells, e.g. pouch cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
- H01M10/653—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by electrically insulating or thermally conductive materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
- H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
- H01M10/6551—Surfaces specially adapted for heat dissipation or radiation, e.g. fins or coatings
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
- H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
- H01M10/6554—Rods or plates
- H01M10/6555—Rods or plates arranged between the cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
- H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
- H01M10/6556—Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange
- H01M10/6557—Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange arranged between the cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
- H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
- H01M10/6567—Liquids
- H01M10/6568—Liquids characterised by flow circuits, e.g. loops, located externally to the cells or cell casings
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
- H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
- H01M50/103—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure prismatic or rectangular
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
- H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
- H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
- H01M50/209—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for prismatic or rectangular cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
- H01M50/411—Organic material
- H01M50/414—Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
- H01M50/44—Fibrous material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
- H01M50/443—Particulate material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/463—Separators, membranes or diaphragms characterised by their shape
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2220/00—Batteries for particular applications
- H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Transportation (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
- Primary Cells (AREA)
Abstract
L’invention concerne un dispositif de stockage électrique comprenant deux cellules électrochimiques (2a, 2b) de stockage électriques adjacentes, une tranche (3) de séparation de ces deux cellules électrochimiques (2a, 2b) constituée d’un matériau isolant thermiquement, cette tranche (3) étant prise en sandwich entre les deux cellules électrochimiques (2a, 2b), un circuit de refroidissement (4) des cellules électrochimiques (2a, 2b) par un liquide diélectrique (5), caractérisé en ce que les cellules électrochimiques (2a, 2b) sont partiellement immergées par le liquide diélectrique (5) et en ce la tranche (3) de séparation comprend une conduite (3a) d’amenée du liquide diélectrique (5) débouchant au niveau de la partie émergée des cellules électrochimiques (2a, 2b). Figure 1The invention relates to an electrical storage device comprising two adjacent electrical storage electrochemical cells (2a, 2b), a slice (3) separating these two electrochemical cells (2a, 2b) made of a thermally insulating material, this slice (3) being sandwiched between the two electrochemical cells (2a, 2b), a cooling circuit (4) of the electrochemical cells (2a, 2b) by a dielectric liquid (5), characterized in that the electrochemical cells (2a , 2b) are partially immersed by the dielectric liquid (5) and in that the separation section (3) comprises a pipe (3a) for supplying the dielectric liquid (5) opening out at the emerged part of the electrochemical cells (2a , 2b). Figure 1
Description
La présente invention concerne le refroidissement des batteries. Plus particulièrement, l’invention a pour objet un dispositif de stockage électrique avec des cellules électrochimiques partiellement immergées dans du liquide diélectrique et une conduite d’amenée de ce liquide dans la partie émergée des cellules électrochimiques.The present invention relates to the cooling of batteries. More particularly, the subject of the invention is an electrical storage device with electrochemical cells partially immersed in dielectric liquid and a pipe for supplying this liquid to the emerged part of the electrochemical cells.
Les véhicules, qu'ils soient totalement électriques ou combinant l'utilisation d'un moteur thermique et d'un moteur électrique, sont équipés de dispositifs de stockage électrique, comportant généralement plusieurs modules électriques. Ces modules électriques comprennent une pluralité de cellules électriques connectées entre elles.Vehicles, whether totally electric or combining the use of a heat engine and an electric motor, are equipped with electric storage devices, generally comprising several electric modules. These electrical modules comprise a plurality of electrical cells connected together.
Ces modules électriques supportent mal de fonctionner en dehors d'une plage de température déterminée, il convient de les maintenir dans une plage de température donnée. Par exemple, le fonctionnement des batteries lithium-ion est optimal entre 15°C et 40°C et une gestion thermique efficace est nécessaire afin de garantir le maintien des cellules dans cette plage de température quelles que soient les conditions atmosphériques et d’utilisation.These electrical modules do not support well to operate outside a determined temperature range, it is advisable to maintain them in a given temperature range. For example, lithium-ion batteries operate optimally between 15°C and 40°C and effective thermal management is necessary in order to guarantee that the cells are maintained in this temperature range whatever the atmospheric and usage conditions.
La cas d’usage le plus critique, celui qui dimensionne la capacité de refroidissement, est rencontré lors des évènements d’emballement thermique ou de recharge ultra rapide. Cette charge rapide implique un échauffement du dispositif de stockage électrique et besoin de refroidissement plus important.The most critical use case, that which scales the cooling capacity, is encountered during thermal runaway or ultra-fast charging events. This rapid charge involves heating of the electrical storage device and a greater need for cooling.
Parmi les solutions proposés pour ralentir et protéger contre l’emballement thermique, des matériaux isolants d’interface pour isoler les cellules contre la propagation de ce phénomène peuvent être prévus.Among the solutions proposed to slow down and protect against thermal runaway, interface insulating materials to isolate the cells against the propagation of this phenomenon can be provided.
Il est également connu par exemple du document FR3083008A1 de refroidir les cellules de la batterie par des plaques de refroidissement. Cependant ces plaques de refroidissement pénalisent le poids du système de stockage électrique.It is also known for example from document FR3083008A1 to cool the cells of the battery by cooling plates. However, these cooling plates penalize the weight of the electrical storage system.
On connait encore du document JP5994345B2 un dispositif de contrôle de la température d’une batterie avec une plaque creuse de séparation disposée entre deux cellules électriques, cette plaque comprenant dans le volume creux un circuit de refroidissement. Cependant cette solution est complexe et couteuse à mettre en œuvre.We also know from document JP5994345B2 a device for controlling the temperature of a battery with a hollow separation plate arranged between two electric cells, this plate comprising in the hollow volume a cooling circuit. However, this solution is complex and expensive to implement.
Pour le refroidissement des batteries il est connu par exemple du document FR3085547 d’immerger totalement les cellules électriques dans un fluide non conducteur autrement désigné fluide diélectrique. Cependant l’immersion totale des cellules électriques requiert une quantité importante de fluide diélectrique, ce qui pénalise le poids du système et son coût.For the cooling of the batteries, it is known, for example from document FR3085547, to completely immerse the electrical cells in a non-conductive fluid, otherwise known as a dielectric fluid. However, the total immersion of the electrical cells requires a large quantity of dielectric fluid, which penalizes the weight of the system and its cost.
L’invention vise à améliorer le refroidissement des cellules de batteries en proposant selon l’invention un dispositif de stockage électrique comprenant :
-deux cellules électrochimiques de stockage électriques adjacentes,
-une tranche de séparation de ces deux cellules électrochimiques constituée d’un matériau isolant thermiquement, cette tranche étant prise en sandwich entre les deux cellules électrochimiques,
- un circuit de refroidissement des cellules électrochimiques par un liquide diélectrique,
caractérisé en ce que les cellules électrochimiques sont partiellement immergées par le liquide diélectrique et en ce la tranche de séparation comprend une conduite d’amenée du liquide diélectrique débouchant au niveau de la partie émergée des cellules électrochimiques.The invention aims to improve the cooling of battery cells by proposing according to the invention an electrical storage device comprising:
- two adjacent electrical storage electrochemical cells,
-a slice separating these two electrochemical cells made of a thermally insulating material, this slice being sandwiched between the two electrochemical cells,
- a circuit for cooling the electrochemical cells using a dielectric liquid,
characterized in that the electrochemical cells are partially submerged by the dielectric liquid and in that the separation section comprises a conduit for supplying the dielectric liquid opening out at the surface part of the electrochemical cells.
L’effet technique est de permettre un refroidissement de la partie émergée des cellules électrochimiques tout en limitant la quantité de liquide diélectrique utilisée pour ce refroidissement.The technical effect is to allow cooling of the emerged part of the electrochemical cells while limiting the quantity of dielectric liquid used for this cooling.
Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaisons :Various additional features may be provided, alone or in combination:
Selon une réalisation, le matériau de la tranche d’isolation thermique est un aérogel.According to one embodiment, the material of the thermal insulation slice is an airgel.
Selon une réalisation, l’aérogel comprend des fibres de renforcement.According to one embodiment, the airgel comprises reinforcing fibers.
Selon une réalisation, la conduite débouche de la tranche par un trou de pulvérisation du liquide diélectrique.
According to one embodiment, the pipe emerges from the wafer through a dielectric liquid spray hole.
Selon une réalisation, la conduite et le trou de pulvérisation sont obtenus par moulage de la tranche de séparation.According to one embodiment, the pipe and the spray hole are obtained by molding the separation slice.
Selon une réalisation, le diamètre du trou de pulvérisation du liquide diélectrique est compris entre 0,5 mm et 1 mm.According to one embodiment, the diameter of the dielectric liquid spray hole is between 0.5 mm and 1 mm.
Selon une réalisation, le dispositif comprend un support sur lequel sont posés les cellules électrochimiques et faisant office de rampe d’alimentation en fluide de la conduite.According to one embodiment, the device comprises a support on which the electrochemical cells are placed and acting as a pipe fluid supply ramp.
Selon une réalisation, le dispositif comprend :
-une pompe dont le débit ou la pression est variable,
-des moyens de commande configurés pour piloter le débit ou la pression de la pompe,
-un clapet d’entrée du fluide dans le support configuré pour s’ouvrir si le débit ou la pression fournit par la pompe dépasse un seuil donné.According to one embodiment, the device comprises:
-a pump whose flow rate or pressure is variable,
-control means configured to control the flow rate or the pressure of the pump,
a fluid inlet valve in the support configured to open if the flow rate or the pressure supplied by the pump exceeds a given threshold.
Selon une réalisation, la partie immergée des cellules électrochimiques est comprise entre 10% et 40% de leur hauteur.According to one embodiment, the submerged part of the electrochemical cells is between 10% and 40% of their height.
L’invention a aussi pour objet un véhicule automobile comprenant un dispositif de stockage électrique selon l’une quelconque des variantes précédemment décrites.The invention also relates to a motor vehicle comprising an electrical storage device according to any one of the variants previously described.
D’autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après d’un mode particulier de réalisation, non limitatif de l’invention, faite en référence aux figures dans lesquelles :Other features and advantages will appear on reading the description below of a particular, non-limiting embodiment of the invention, made with reference to the figures in which:
On comprendra par batterie, dans la suite de cette description, un ensemble comprenant au moins un module de batterie, le module de batterie contenant au moins deux cellules électrochimiques.The term battery will be understood in the remainder of this description to mean an assembly comprising at least one battery module, the battery module containing at least two electrochemical cells.
Lorsqu’il y a plusieurs modules, ils sont regroupés dans un bac ou carter et forment alors un bloc batteries, ce bloc batteries étant souvent désigné par l’expression anglaise « pack batteries », ce carter contenant généralement une interface de montage, et des bornes de raccordement.When there are several modules, they are grouped together in a tray or casing and then form a battery pack, this battery pack being often designated by the English expression "battery pack", this casing generally containing a mounting interface, and connection terminals.
Par ailleurs, on comprendra par cellule de stockage d’énergie électrique, ou cellule électrochimique, dans tout le texte de ce document, une cellule générant du courant par réaction chimique, par exemple de type lithium-ion (ou Li-ion), de type Ni-Mh, ou Ni-Cd ou encore plomb.Furthermore, the term electrical energy storage cell, or electrochemical cell, will be understood throughout the text of this document to mean a cell generating current by chemical reaction, for example of the lithium-ion (or Li-ion) type, of type Ni-Mh, or Ni-Cd or even lead.
La
Ces cellules électrochimiques 2a, 2b comprennent chacune une face, respectivement 2a’, 2b’ en regard l’une de l’autre.These electrochemical cells 2a, 2b each comprise a face, respectively 2a', 2b' facing one another.
Une tranche 3 d’isolant thermique sépare les deux cellules électrochimiques 2a, 2b. Cette tranche 3 d’isolant thermique sert à la prévention de l’emballement thermique du module 1 de batterie. Cette tranche 3 est prise en sandwich entre les deux cellules électrochimiques 2a, 2b, autrement dit les cellules électrochimiques 2a, 2b sont en contact entre elles via cette tranche 3 d’isolant thermique. La tranche 3 d’isolant thermique est de préférence constituée d’un matériau isolant thermiquement.A slice 3 of thermal insulation separates the two electrochemical cells 2a, 2b. This slice 3 of thermal insulation is used to prevent thermal runaway of battery module 1. This slice 3 is sandwiched between the two electrochemical cells 2a, 2b, in other words the electrochemical cells 2a, 2b are in contact with each other via this slice 3 of thermal insulation. The slice 3 of thermal insulation is preferably made of a thermally insulating material.
Dans le cas de cellules électrochimiques 2a, 2b dites prismatiques, c’est-à-dire avec une forme parallélépipédique, la tranche 3 est prise en sandwich entre les grandes faces de ces cellules.In the case of so-called prismatic electrochemical cells 2a, 2b, that is to say with a parallelepiped shape, the wafer 3 is sandwiched between the large faces of these cells.
Comme le montre la
Les cellules électrochimiques sont reliées électriquement entre elles au moyen de connecteurs électriques 2a’’, 2b’’.The electrochemical cells are electrically interconnected by means of electrical connectors 2a'', 2b''.
Le dispositif de stockage électrique 1 comprend encore un circuit de refroidissement 4 des cellules électrochimiques du module 2 de batterie par un liquide de refroidissement diélectrique 5, c’est-à-dire un liquide qui n’est pas conducteur d’électricité. Un tel liquide est déjà utilisé comme isolant électrique dans les applications haute tension, par exemple, transformateurs, condensateurs.The electrical storage device 1 further comprises a circuit 4 for cooling the electrochemical cells of the battery module 2 by a dielectric cooling liquid 5, that is to say a liquid which does not conduct electricity. Such a liquid is already used as an electrical insulator in high voltage applications, for example, transformers, capacitors.
Le circuit de refroidissement 4 comprend une pompe 4a de circulation du liquide diélectrique 5 reliée par exemple au moyen d’une conduite à une entrée 2e de liquide diélectrique d’un carter 2c du module 2 de batterie. Le carter 2c comprend également une sortie 2s de liquide diélectrique 5 reliée au moyen par exemple d’une conduite à une entrée de liquide diélectrique 5 d’un échangeur de chaleur 4b. L’échangeur de chaleur 4b comprend une sortie de liquide diélectrique 5 reliée par exemple au moyen d’une conduite à la pompe 4a de circulation.The cooling circuit 4 comprises a pump 4a for circulation of the dielectric liquid 5 connected for example by means of a pipe to a second inlet of dielectric liquid of a casing 2c of the battery module 2. The housing 2c also comprises an outlet 2s of dielectric liquid 5 connected by means for example of a pipe to an inlet of dielectric liquid 5 of a heat exchanger 4b. The heat exchanger 4b comprises a dielectric liquid outlet 5 connected for example by means of a pipe to the circulation pump 4a.
La pompe 4a est avantageusement à débit ou à pression variable pilotable en fonction des besoins en refroidissement. A cet effet, le dispositif comprend des moyens 6 de commande de la pompe 4a.The pump 4a is advantageously with variable flow rate or pressure that can be controlled according to the cooling needs. To this end, the device comprises means 6 for controlling the pump 4a.
Afin de limiter la quantité de liquide embarqué par le dispositif, les cellules électrochimiques 2a, 2b sont partiellement immergées par le liquide diélectrique 5. Cependant dans ce cas les cellules électrochimiques ont une partie émergée qui peut avoir besoin d’être refroidie. De plus, les connecteurs électriques 2a’’, 2b’’, qui sont dans la partie émergée, sont une source non négligeable de chaleur dans le module 2 de batterie. Aussi, il est prévu de pouvoir amener le liquide diélectrique 5 sur la partie émergée des cellules électrochimiques en aménageant dans la tranche 3 d’isolant thermique au moins une conduite 3a interne d’amenée du liquide diélectrique 5 débouchant au niveau de la partie émergée des cellules électrochimiques 2a, 2b.In order to limit the quantity of liquid carried by the device, the electrochemical cells 2a, 2b are partially immersed by the dielectric liquid 5. However, in this case the electrochemical cells have an emerged part which may need to be cooled. In addition, the electrical connectors 2a'', 2b'', which are in the emerged part, are a non-negligible source of heat in the battery module 2. Also, provision is made to be able to supply the dielectric liquid 5 to the emerged part of the electrochemical cells by arranging in the slice 3 of thermal insulation at least one internal conduit 3a for supplying the dielectric liquid 5 opening out at the level of the emerged part of the electrochemical cells 2a, 2b.
Afin de d’améliorer l’arrosage de la partie émergée des cellules électrochimiques, il est prévu que la conduite 3a débouche sur au moins une trou calibré 3b formant une buse de pulvérisation. Le diamètre du trou 3b de pulvérisation peut être compris entre 0,5 mm et 1 mm. Un trou 3b de pulvérisation peut être prévu notamment pour l’arrosage des connecteurs électrique 2a’’, 2b’’.In order to improve the spraying of the emerged part of the electrochemical cells, provision is made for the pipe 3a to lead to at least one calibrated hole 3b forming a spray nozzle. The diameter of the spray hole 3b can be between 0.5 mm and 1 mm. A spray hole 3b can be provided in particular for spraying the electrical connectors 2a'', 2b''.
La conduite 3a interne et le trou 3b de pulvérisation peuvent être obtenu par moulage de la tranche 3 d’isolant thermique.
The internal pipe 3a and the spray hole 3b can be obtained by molding the slice 3 of thermal insulation.
Les cellules électrochimiques 2a, 2b sont posées sur un support 2f qui fait aussi office de rampe d’alimentation en fluide de la conduite 3a interne. La conduite 3a interne à la tranche 3 d’isolation thermique est donc connectée à une sortie de liquide aménagée dans le support 2f.The electrochemical cells 2a, 2b are placed on a support 2f which also acts as a fluid supply ramp for the internal pipe 3a. The pipe 3a internal to the slice 3 of thermal insulation is therefore connected to a liquid outlet arranged in the support 2f.
Le dispositif de stockage électrique 1 peut encore comprendre un clapet 2g configuré pour rester fermé en deçà d’un seuil déterminé de débit ou de pression de liquide diélectrique 5 fournit par la pompe 4a et s’ouvrir si ce seuil est dépassé.The electrical storage device 1 may also include a valve 2g configured to remain closed below a determined flow or pressure threshold of dielectric liquid 5 supplied by the pump 4a and open if this threshold is exceeded.
Ainsi pendant des situations de vie d’utilisation normale de la batterie, telle que par exemple du roulage en ville, le débit ou pression de la pompe 4a est commandé de sorte à être inférieur au seuil déterminé. Le clapet 2g reste fermé et les cellules électrochimiques sont refroidies avec seulement un bain pour refroidir la partie immergée des cellules. Une immersion des cellules électrochimiques comprise entre 10% et 40% de leur hauteur suffit pour un bon refroidissement lors de ces des situations de vie jugée normale de la batterie.Thus during life situations of normal use of the battery, such as for example driving in town, the flow rate or pressure of the pump 4a is controlled so as to be below the determined threshold. The valve 2g remains closed and the electrochemical cells are cooled with only a bath to cool the submerged part of the cells. Immersion of the electrochemical cells between 10% and 40% of their height is sufficient for good cooling during these situations of life considered normal for the battery.
Lors des situations de vie extrêmes de sollicitation des cellules électrochimiques telles qu’une demande de recharge rapide ou des conditions climatique extrêmes ou un roulage sur autoroute, le débit ou la pression de la pompe 4a est commandé de sorte à être Supérieur au seuil déterminé. Le clapet 2g s’ouvre et la pulvérisation est activé via le liquide diélectrique 5 passant dans la rampe d’alimentation 2f, la conduite 3a interne et les trous de pulvérisation pour asperger les faces adjacentes des cellules électrochimiques 2a, 2b et le haut des cellules électrochimiques et leurs connecteurs électriques 2a’’, 2b’’. Le liquide diélectrique s’écoule ensuite vers le bas du module 2 où il s’accumule pour former le bain de refroidissement directe des parties inferieures des cellules électrochimiques 2a, 2b. Ce mode de fonctionnement permet de protéger le module 2 de batterie contre un risque d’emballement thermique et d’optimiser le volume et le poids du fluide de refroidissement dans le module 2 batterie afin de refroidir efficacement les cellules par contact direct et ainsi extraire la chaleur localement à la source.During extreme life situations of solicitation of the electrochemical cells such as a request for rapid recharging or extreme climatic conditions or driving on the motorway, the flow rate or the pressure of the pump 4a is controlled so as to be greater than the determined threshold. The valve 2g opens and the spray is activated via the dielectric liquid 5 passing through the supply ramp 2f, the internal pipe 3a and the spray holes to spray the adjacent faces of the electrochemical cells 2a, 2b and the top of the cells electrochemical and their electrical connectors 2a'', 2b''. The dielectric liquid then flows to the bottom of module 2 where it accumulates to form the direct cooling bath for the lower parts of the electrochemical cells 2a, 2b. This mode of operation makes it possible to protect the battery module 2 against a risk of thermal runaway and to optimize the volume and the weight of the cooling fluid in the battery module 2 in order to effectively cool the cells by direct contact and thus extract the heat locally at the source.
Le matériau constituant la tranche 3 d’isolation thermique peut être souple, malléable et flexible avec une élasticité pour encaisser les contraintes des cellules électrochimiques générées par un phénomène de gonflement lors de la charge et décharge de celles-ci. Avantageusement, le matériau constituant la tranche d’isolation thermique peut être un aérogel, tel qu’un aérogel de silice. Ce matériau à l’avantage d’être de plus très peu dense et donc de favoriser la réduction de poids du module 2 de batterie. Afin d’améliorer la tenue mécanique de cet aérogel on peut prévoir de le renforcer avec des fibres, par exemple une fibre minérale à base de silicone.The material constituting the slice 3 of thermal insulation can be soft, malleable and flexible with an elasticity to withstand the stresses of the electrochemical cells generated by a phenomenon of swelling during the charging and discharging thereof. Advantageously, the material constituting the thermal insulation slice can be an airgel, such as a silica airgel. This material has the advantage of being very sparse and therefore of favoring the reduction in weight of the battery module 2. In order to improve the mechanical strength of this airgel, provision may be made to reinforce it with fibers, for example a silicone-based mineral fiber.
Un avantage de l’invention dans le cadre du refroidissement direct des batteries via un liquide diélectrique assuré par des matériaux d’interface isolant est de protéger les modules batteries contre les évènements d’emballement thermique et d’assurer un refroidissement efficace avec une homogénéité de température et améliorer la durée de vie de la batterie.An advantage of the invention in the context of the direct cooling of the batteries via a dielectric liquid ensured by insulating interface materials is to protect the battery modules against thermal runaway events and to ensure effective cooling with a homogeneity of temperature and improve battery life.
Un autre avantage est de réduire le cout de la fonction de refroidissement et le poids des composants de refroidissement en utilisant un bain de fluide diélectrique qui refroidi les cellules électrochimiques en permanence et au besoin en activant la fonction pulvérisation via des buses calibrées quand la batterie est sollicitée en recharge rapide ou dans les conditions climatiques extrêmes (chaud ou froid) ainsi que pour préparer la batterie en la pré-conditionnement avant de la soumettre à des recharges ultra rapide.Another advantage is to reduce the cost of the cooling function and the weight of the cooling components by using a bath of dielectric fluid which cools the electrochemical cells permanently and if necessary by activating the spraying function via calibrated nozzles when the battery is low. used for fast charging or in extreme weather conditions (hot or cold) as well as to prepare the battery for pre-conditioning before subjecting it to ultra-fast charging.
Un autre avantage est de permettre une température uniforme au sein des cellules et du module batterie dans toute les situations de vie (recharge ultra rapide, roulage sur autoroute, climat chaud ou froid …) et améliorer le vieillissement des cellules.Another advantage is to allow a uniform temperature within the cells and the battery module in all life situations (ultra-fast charging, driving on the motorway, hot or cold climate, etc.) and improve cell aging.
Claims (10)
-deux cellules électrochimiques (2a, 2b) de stockage électriques adjacentes,
-une tranche (3) de séparation de ces deux cellules électrochimiques (2a, 2b) constituée d’un matériau isolant thermiquement, cette tranche (3) étant prise en sandwich entre les deux cellules électrochimiques (2a, 2b),
- un circuit de refroidissement (4) des cellules électrochimiques (2a, 2b) par un liquide diélectrique (5),
caractérisé en ce que les cellules électrochimiques (2a, 2b) sont partiellement immergées par le liquide diélectrique (5) et en ce la tranche (3) de séparation comprend une conduite (3a) d’amenée du liquide diélectrique (5) débouchant au niveau de la partie émergée des cellules électrochimiques (2a, 2b).Electrical storage device (1) comprising:
- two adjacent electrical storage electrochemical cells (2a, 2b),
-a section (3) separating these two electrochemical cells (2a, 2b) made of a thermally insulating material, this section (3) being sandwiched between the two electrochemical cells (2a, 2b),
- a cooling circuit (4) of the electrochemical cells (2a, 2b) by a dielectric liquid (5),
characterized in that the electrochemical cells (2a, 2b) are partially immersed in the dielectric liquid (5) and in that the separation section (3) comprises a conduit (3a) for supplying the dielectric liquid (5) opening at the level of the emerged part of the electrochemical cells (2a, 2b).
-une pompe (4a) dont le débit ou la pression est variable,
-des moyens commande (6) configurés pour piloter le débit ou la pression de la pompe (4a),
-un clapet (2g) d’entrée du fluide dans le support (2f) configuré pour s’ouvrir si le débit ou la pression fournit par la pompe (4a) dépasse un seuil donné.Device according to the preceding claim, characterized in that it comprises:
-a pump (4a) whose flow rate or pressure is variable,
- control means (6) configured to control the flow rate or the pressure of the pump (4a),
-a valve (2g) for inlet of the fluid in the support (2f) configured to open if the flow rate or the pressure supplied by the pump (4a) exceeds a given threshold.
Motor vehicle, characterized in that it comprises an electrical storage device (1) according to any one of the preceding claims.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2107802A FR3125635B1 (en) | 2021-07-20 | 2021-07-20 | ELECTRIC STORAGE DEVICE WITH PARTIALLY IMMERSED CELLS |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2107802A FR3125635B1 (en) | 2021-07-20 | 2021-07-20 | ELECTRIC STORAGE DEVICE WITH PARTIALLY IMMERSED CELLS |
| FR2107802 | 2021-07-20 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3125635A1 true FR3125635A1 (en) | 2023-01-27 |
| FR3125635B1 FR3125635B1 (en) | 2024-02-09 |
Family
ID=77711104
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR2107802A Active FR3125635B1 (en) | 2021-07-20 | 2021-07-20 | ELECTRIC STORAGE DEVICE WITH PARTIALLY IMMERSED CELLS |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR3125635B1 (en) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013012463A (en) * | 2011-05-30 | 2013-01-17 | Yokohama Rubber Co Ltd:The | Temperature control device for storage battery |
| CN107346806A (en) * | 2016-05-08 | 2017-11-14 | 谢彦君 | Efficient soft-package battery heat control device and cooling means |
| US20190393570A1 (en) * | 2018-06-22 | 2019-12-26 | Kitty Hawk Corporation | Capacitance reducing battery submodule with thermal runaway propagation prevention and containment features |
| FR3083008A1 (en) | 2018-06-22 | 2019-12-27 | Psa Automobiles Sa | BATTERY WITH CELLS COOLED BY COOLING PLATES IN RADIATOR CONFIGURATION |
| FR3085547A1 (en) | 2018-09-04 | 2020-03-06 | Exoes | ELECTRIC MODULE COMPRISING A PLURALITY OF BATTERY CELLS UNDERWATER IN A DIELECTRIC FLUID |
| US20200083575A1 (en) * | 2017-10-27 | 2020-03-12 | Lg Chem, Ltd. | Battery Module In Which Cooling And Assembly Structure Is Simplified, And Manufacturing Method Therefor |
| US20200358058A1 (en) * | 2018-01-31 | 2020-11-12 | Panasonic Intellectual Property Management Co, Ltd. | Battery pack |
| GB2584288A (en) * | 2019-05-28 | 2020-12-02 | Gupta Sanjay | A method of protecting a large battery pack from thermal stresses |
-
2021
- 2021-07-20 FR FR2107802A patent/FR3125635B1/en active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013012463A (en) * | 2011-05-30 | 2013-01-17 | Yokohama Rubber Co Ltd:The | Temperature control device for storage battery |
| JP5994345B2 (en) | 2011-05-30 | 2016-09-21 | 横浜ゴム株式会社 | Storage battery temperature control device |
| CN107346806A (en) * | 2016-05-08 | 2017-11-14 | 谢彦君 | Efficient soft-package battery heat control device and cooling means |
| US20200083575A1 (en) * | 2017-10-27 | 2020-03-12 | Lg Chem, Ltd. | Battery Module In Which Cooling And Assembly Structure Is Simplified, And Manufacturing Method Therefor |
| US20200358058A1 (en) * | 2018-01-31 | 2020-11-12 | Panasonic Intellectual Property Management Co, Ltd. | Battery pack |
| US20190393570A1 (en) * | 2018-06-22 | 2019-12-26 | Kitty Hawk Corporation | Capacitance reducing battery submodule with thermal runaway propagation prevention and containment features |
| FR3083008A1 (en) | 2018-06-22 | 2019-12-27 | Psa Automobiles Sa | BATTERY WITH CELLS COOLED BY COOLING PLATES IN RADIATOR CONFIGURATION |
| FR3085547A1 (en) | 2018-09-04 | 2020-03-06 | Exoes | ELECTRIC MODULE COMPRISING A PLURALITY OF BATTERY CELLS UNDERWATER IN A DIELECTRIC FLUID |
| GB2584288A (en) * | 2019-05-28 | 2020-12-02 | Gupta Sanjay | A method of protecting a large battery pack from thermal stresses |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR3125635B1 (en) | 2024-02-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| FR2908557A1 (en) | ELECTRICAL BATTERY COMPRISING A MECHANICAL AND THERMAL CONDITIONING SYSTEM | |
| EP2630688B1 (en) | Battery for an electric motor of a motor vehicle | |
| EP2394325B1 (en) | Method for managing the heat in an electric battery | |
| EP2394326B1 (en) | Method for managing the heat in an electric battery | |
| EP2149173A1 (en) | Electric battery comprising thermal packaging modules encapsulated in a structural matrix | |
| EP3925018A1 (en) | Battery unit and motor vehicle provided with at least one such unit | |
| FR3125635A1 (en) | ELECTRICAL STORAGE DEVICE WITH PARTIALLY SUBMERGED CELLS | |
| EP3235026A1 (en) | Module of primary cells and device for storing electrical energy | |
| FR3086103A1 (en) | AIR CONDITIONING SYSTEM FOR A BATTERY, VEHICLE COMPRISING AN AIR CONDITIONING SYSTEM FOR A BATTERY | |
| EP3262362B1 (en) | Thermal management device of an energy storage unit | |
| FR3122775A1 (en) | BATTERY PACK COMPRISING COOLING MEANS | |
| FR3098647A1 (en) | BATTERY PACK | |
| EP3861587B1 (en) | System for cooling motor vehicle battery cells | |
| FR3101731A1 (en) | "Device for cooling an electrical element liable to release heat in operation" | |
| WO2023222439A1 (en) | Device for thermally controlling a vehicle battery pack | |
| FR2895838A1 (en) | Electric battery e.g. lithium-ion electrochemical type rechargeable battery, for e.g. electric motor vehicle, has device with phase changing material having eutectic mixture including specific solid liquid transformation temperature | |
| FR3131709A1 (en) | Thermal regulation device | |
| FR3134920A1 (en) | Battery module for automobile vehicle | |
| FR3101201A1 (en) | BATTERY PACK | |
| FR3121785A1 (en) | BATTERY MODULE EQUIPPED WITH A TEMPERATURE SENSOR | |
| WO2023089029A1 (en) | Device for cooling an electrical and/or electronic component liable to release heat during operation | |
| FR3122774A1 (en) | MODULAR BATTERY SYSTEM EXCHANGES CALORIES WITH ITS STRUCTURE | |
| EP4260669A1 (en) | System for thermal treatment of an electrical and/or electronic component | |
| FR2984016A1 (en) | DEVICE FOR THERMALLY REGULATING A BATTERY MODULE | |
| FR3140477A1 (en) | Device for spacing battery cells of a vehicle battery pack |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 2 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 3 |