FR3040210B1 - Ensemble modulaire pour stockeur ou batterie - Google Patents

Abstract

Est concerné un ensemble modulaire comprenant plusieurs modules adjacents réunis entre eux par des moyens (6) de circulation d'un flux et qui contiennent chacun au moins un volume où sont présents un fluide (9) frigorigène ou caloporteur pouvant circuler dans lesdits volumes sous l'action de moyens de circulation et des éléments (13) de stockage et de restitution d'une énergie thermique. Au moins une première couche (15) comprenant au moins un matériau MCP est disposée en périphérie de certains au moins des modules, y compris sur un côté où deux modules adjacents se font face et où au moins une partie d'au moins une seconde couche (23) comprenant un matériau thermiquement isolant est également intercalée.

Description

ENSEMBLE MODULAIRE POUR STOCKEUR OU BATTERIE

La présente invention concerne un ensemble modulaire comprenant plusieurs modules réunis fonctionnellement entre eux par des moyens de 5 circulation d’un flux (électrique, de fluide...etc). Un module individuel est également concerné.

Un tel ensemble peut notamment définir ou renfermer une batterie d’accumulateurs ou une unité de stockage et de restitution d’une énergie thermique apportée par un fluide, tel de l’huile d’un moteur, notamment. 10 Un problème de gestion des flux thermiques se pose tant module par module que sur de tels ensembles, lorsqu’on prévoit qu’ils contiennent chacun au moins un volume où est présent l’un au moins parmi : - un fluide frigorigène ou caloporteur pouvant circuler dans lesdits volumes sous l’action de moyens de circulation, 15 - des éléments de stockage et de restitution d’une énergie thermique, - au moins un élément à maintenir à une certaine température, et/ou - au moins un élément dégageant de la chaleur.

On peut imaginer qu’un élément à maintenir à une certaine température et/ou un élément dégageant de la chaleur puisse être 20 constitué par un électrolyte, une anode et/ou une cathode d’un accumulateur électrique d’un bloc batterie de véhicule.

Quant au fluide frigorigène ou caloporteur et aux éléments de stockage et de restitution d’une énergie thermique, ils peuvent en particulier se trouver dans une unité de stockage et de restitution telle que précitée, 25 les seconds en tant qu’éléments de régulation thermique du premier.

Or, par exemple dans le domaine automobile ou aéronautique, la tendance actuelle à intégrer dans les véhicules (voitures, avions...) des systèmes devant assurer une augmentation de la performance (turbo, super-capacités, ...) alourdit et tend à augmenter le besoin en capacité des 30 systèmes de gestion des flux. Ceci est vrai, pour les flux électriques dans les véhicules électriques ou hybrides et pour les flux de fluide, par exemple dans les unités de conditionnement de température d’air de ces mêmes véhicules, ou dans certains échangeurs.

Par ailleurs, l'industrie est invitée à accélérer la mise sur le marché de nouvelles technologies pouvant réduire les émissions de polluants, 5 lisser d’éventuelles augmentations ponctuelles de charges ou de gradients thermiques par rapport à un fonctionnement nominal dimensionnant, ou encore proposer des solutions pour décaler dans le temps la restitution d’une énergie disponible à un autre moment, ou favoriser le fonctionnement opérationnel d’un élément dans sa gamme optimale de températures de 10 fonctionnement (cas par exemple d’une batterie d’accumulateurs). C’est dans ce contexte qu’est ici notamment proposé un ensemble comme précité, comprenant plusieurs modules : - réunis fonctionnellement entre eux par des moyens de circulation d’un flux, 15 - et où au moins un(e première couche de) matériau à changement de phase thermique, dit MCP, sera disposé en périphérie de certains au moins desdits volumes, y compris sur un côté où deux modules adjacents se font face et où au moins une partie d’au moins (une seconde couche comprenant) un 20 matériau thermiquement isolant sera également intercalée.

Une telle solution modulaire va permettre de limiter le volume, voire le poids global, de l’ensemble. En outre la performance thermique des matériaux MCP est reconnue. Par ailleurs le complexe local MCP/isolant thermique permettra d’associer une isolation thermique entre modules et 25 une capacité : - d’effet retardateur quant à une variation de température non souhaité (effet des matériaux MCP), - et/ou de lissage des variations de température du fluide et/ou des éléments présents dans le volume interne du module considéré (via le 10 matériau MCP). A toute fin, il est précisé qu’un matériau à changement de phase - ou MCP- désigne tout matériau capable de changer d'état physique dans une plage de température restreinte. Le stockage thermique peut s’opérer par utilisation de sa Chaleur Sensible (CS) : le matériau peut céder ou stoker 5 de l'énergie en voyant varier sa propre température, sans pour autant changer d'état, et/ou de sa Chaleur Latente (CL) : le matériau peut alors stocker ou céder de l'énergie par simple changement d'état, tout en conservant une température et une pression sensiblement constante, celle du changement d'état. On peut citer les paraffines, alcools gras, sels 10 hydratés...

Le matériau thermiquement isolant de la seconde couche présentera une conductivité thermique plus faible que le matériau MCP.

Le matériau thermiquement isolant de la seconde couche, qui ne sera donc pas un matériau MCP, sera un isolant tel qu’une laine de verre, 15 un isolant poreux, une mousse de polyuréthane ou de polyisocyanurate, ou encore plus favorablement un matériau thermiquement isolant poreux disposé dans une enceinte sous vide, pour définir au moins un panneau isolant sous vide, PIV.

En effet, avec un PIV, la performance de la gestion thermique à 20 assurer sera encore améliorée, voire le volume d’ensemble diminué par rapport à un autre isolant.

Aussi est-il conseillé que le matériau thermiquement isolant de la seconde couche comprenne un matériau thermiquement isolant poreux disposé dans une enceinte sous vide, pour définir au moins un panneau 25 isolant sous vide, PIV. « Poreux » désignera un matériau possédant des interstices permettant le passage de l’air. Les matériaux poreux, à cellules ouvertes, incluent donc les mousses mais également les matériaux fibreux (tels que la laine de verre ou de roche). Les interstices de passage que l’on peut 50 qualifier de pores ont des tailles inférieures à 1 ou 2mm de façon à pouvoir garantir une bonne isolation thermique, et de préférence à 1 micron, et préférentiellement encore à 10'9m (structure nanoporeuse), pour des questions en particulier de tenue au vieillissement et donc de possible dépression moins forte dans l’enveloppe PIV.

Par « PIV », on entend une structure sous vide d’air partiel (pression 5 interne comprise entre 10 et 104 Pa) contenant au moins un matériau isolant thermique a priori poreux (tailles de pores inférieures à lOmicrons)

Typiquement, les panneaux PIV (panneau isolant sous vide ; VIP en anglais) sont des isolants thermiques où des noyaux en matériau poreux, par exemple en gel de silice ou poudre d’acide silicique (SiO2), sont 10 pressés en plaque et entourés chacun, sous vide d’air partiel, d’une feuille enveloppante étanche aux gaz, par exemple en matière plastique et/ou ou aluminium laminé. Le vide obtenu, d’une pression résiduelle typiquement inférieure à 1 mbar (102Pa), permet typiquement d’abaisser la conductivité thermique à moins de 0,01/0,020 W/mK environ dans les conditions 15 d’utilisation. On obtient ainsi une efficacité d’isolation 3 à 10 fois supérieure à celle de matériaux isolants plus classiques.

Or, dans au moins certaines applications ou situations de fonctionnement à anticiper, il pourra être nécessaire d’atteindre une efficacité d’isolation thermique via ladite « seconde couche » en particulier 20 notablement supérieure à celle des matériaux isolants plus classiques, tels certains polymères techniques comme la résine polyester PET RYNITE® ou l’élastomère polyester thermoplastique HYTREL® de chez Dupont de Nemours ®.

Typiquement, une conductivité thermique λ inférieure à 0.008/0,01 25 W/m.K est ici attendue, de préférence.

Concernant ces panneaux PIV et matériaux MCP, il a en outre été noté qu’ils ne semblent pas répondre jusqu’à présent aux attentes du marché. Notamment, leurs mises en œuvre sur le terrain est un problème, en particulier leur conditionnement. 30 Aussi ce choix de barrière active MCP/PIV est-il ici jugé pertinent.

Dans certaines applications ou situations de fonctionnement à anticiper, il pourra par ailleurs être nécessaire d’évacuer ou d’amener de l’énergie thermique contenue dans les volumes précités des modules concernés, ou encore de limiter un transfert thermique vers les objets à réguler 5 thermiquement (éléments de batterie).

Il est alors conseillé qu’une partie de la périphérie de certains au moins des modules soit dépourvue au moins de la seconde couche: - là où un module est en contact physique avec un moyen de transfert d’énergie thermique par convection et/ou conduction, 10 - et/ou là où le volume d’un module présente une ouverture, pour y laisser accès.

Il en résultera qu’à l’endroit d’une zone localisée d’un module donné, un transfert thermique pourra transiter par la(les) couche(s) MCP ou par la seule paroi extérieure non isolante (typiquement en polymère ou métal) du 15 module limitant périphériquement ledit volume à cet endroit.

Ceci pourra s’appliquer en particulier si un module donné définit un accumulateur électrique d’un bloc batterie de véhicule, où au moins un électrolyte, une anode et une cathode disposés dans ledit volume définissent tout ou partie dudit élément à maintenir à une certaine 20 température et/ou dudit élément dégageant de la chaleur, l’enveloppe laissant passer des moyens de branchement électrique reliés aux anode et cathode.

En effet, il faut être alors particulièrement vigilant au contrôle thermique pour éviter que la cellule surchauffe. 25 En liaison avec ce point, et pour favoriser une fabrication en grande série, il est d’ailleurs proposé: - que les première et seconde couches soient regroupées dans au moins une poche qui entourera ledit volume, - et que le matériau thermiquement isolant de la seconde couche 10 comprenne un matériau poreux disposé dans une enceinte sous vide, pour définir au moins un panneau isolant sous vide, PIV.

La feuille ou le film plastique, voire métallique ou à complexe métal/plastique de la poche et/ou de l’enceinte favorisera le transfert thermique précité recherché, tout en assurant un procédé de fabrication performant. En effet, étant donné qu’un panneau PIV peut typiquement être 5 réalisé avec un film thermosoudable à couche métallique (par exemple en aluminium) donc thermiquement bonne conductrice, il sera alors aisé d’utiliser cette couche pour ledit de transfert thermique ; idem dans le cas d’une paroi métallique un peu plus épaisse (1/1 Omm par exemple) donc plus rigide. 10 Précisément, il pourra même être favorable que les première et seconde couches soient réparties dans deux poches qui pourront être conformables ou déformables et scellées ensemble autour dudit volume, créant ainsi une enveloppe fermant le volume.

Une partie de la périphérie de soudage pourra alors servir de zone 15 de transfert thermique.

En termes de mise en œuvre des première et seconde couches précitées, et outre le cas où le conditionnement en poche PIV fera que la réalisation de la barrière active MCP/PIV ainsi conditionnée constituera d’elle-même la paroi du volume interne du module considéré, deux autres 20 réalisations sont privilégiées, par soucis de performance énergétique, de capacité de fabrication en grande série (domaine automobile typiquement), de fiabilité et de coûts réduits, à savoir : a) - chaque module présentera au moins une paroi périphérique qui fermera le volume, sauf possiblement à l’endroit d’une ouverture laissant 25 accès audit volume, - et les première et/ou seconde couches, qui sera/seront structurellement distincte(s) de ladite paroi périphérique, sera/seront disposée(s) autour de cette paroi périphérique, avec la seconde couche à l’extérieur de la première, là où existera une présence des première et seconde couches, 50 b) ou bien chaque module présentera au moins une paroi périphérique : - qui fermera le volume, sauf possiblement à l’endroit d’une ouverture laissant accès audit volume, - et qui incorporera le support en matériau moulable et les première et seconde couches. 5 En liaison avec ce qui a déjà été indiqué, deux applications (parmi d’autres non exclues) ont été en particulier prises en compte, du fait des besoins exprimés par le marché, comme développé ci-avant.

Il s’agit : - du cas où les modules seront ou renfermeront des accumulateurs 10 électriques d’un bloc batterie pour un véhicule, où au moins un électrolyte, une anode et une cathode disposés dans ledit volume définiront tout ou partie de l’élément précité à maintenir à une certaine température et/ou dudit élément dégageant de la chaleur ; - et du cas où : 15 -- les modules adjacents sont ceux d’une unité de stockage et de restitution d’une énergie thermique, -- les volumes contiennent lesdits éléments de stockage et de restitution de cette énergie thermique, -- au moins un premier passage traversant une paroi d’au moins un des 20 modules laisse entrer et sortir ledit fluide frigorigène ou caloporteur, -- et des seconds passages établis entre certains au moins un desdits modules laissent passer le fluide frigorigène ou caloporteur entre les volumes.

Ces deux cas sont intéressants en ce qu’ils sont fondés sur une 25 solution commune, bien que concernant des contextes profondément différents : - dans un bloc batterie ou un accumulateur électrique de véhicule, la performance électrique dans le temps dépend en effet notablement des conditions intérieures de température, dans le bloc, qui doit être contenue 10 dans une gamme optimale de 25 à 35°C environ ; sinon le rendement chute, - dans une unité de stockage et de restitution d’énergie thermique, il faut emmagasiner cette énergie (typiquement au bout d’environ 6-10 minutes) dans l’unité à un moment, la conserver un certain temps (typiquement plusieurs heures, par exemple 12 à 15 heures), puis la restituer 5 (typiquement moins de 2/3 minutes, par exemple à un moteur lors d’une phase de démarrage à froid), tout ceci via un fluide frigorigène ou caloporteur entrant et/ou sortant.

Si nécessaire, l’invention sera encore mieux comprise et d’autres caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront encore à la 10 lecture de la description qui suit, faite à titre d’exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est un schéma d’unité de type stockeur-échangeur d’énergie thermique, en vue éclaté ; - la figure 2 montre deux modules de l’unité de la figure 1 superposés, avec 15 une barrière active 15/23 intégrée ; - les figures 3 à 7 montrent des réalisations de cellules de batterie disposées en ligne latérale ; - la figure 8 schématisent deux poches prêtes à être interassemblées (voir flèches) pour constituer une cellule ou module de batterie de type poche 20 (pouch); - les figures 9,10 schématisent deux résultats de l’assemblage de la figure 8; - la figure 11 schématise une alternative de la figure 10, avec du MCP uniquement côté intérieur (INT) état fermé d’un panneau articulable à 25 isolation continue ; - les figures 12,15 schématisent, refermées sur elle-mêmes, deux bandes à structure MCP/PIV (la couche MCP n’a pas été figurée ; elle double intérieurement la couche poreuse 23), et - les figures 13,14 schématisent, en vue locale (à prolonger de part et 30 d’autre dans le cas d’un panneau articulable) deux structures possibles de poches isolantes (19 ci-après), - la figure 16 est un schéma de solution alternative de la figure 2,. - et les figures 17, 18 sont des schémas de dessus et avec arrachements des modes de réalisation qui peuvent être ceux des figures 3 à 6.

Comme mentionné ci-avant, l’invention propose une réalisation 5 modulaire dont on va pouvoir ajuster le volume, voire la masse, et dont la performance thermique assurée par l’association locale MCP/isolant thermique permettra d’obtenir tant une isolation thermique entre modules que (via le matériau MCP) une capacité de lissage des variations de température d’éléments présents dans le volume interne du module 10 considéré (cas d’une application batterie) et/ou une capacité à retarder une variation de température d’un fluide présent dans le volume (cas d’une application stockeur/échangeur) ou de l’objet à réguler thermiquement (cas batterie).

Ainsi, voit-on sur les figures annexées et à titre non limitatif, trois 15 ensembles modulaires 1, 10, 100 respectivement: stockeur/échangeur figures 1,2 et deux solutions de batteries d’accumulateurs, respectivement figures 3-10 et 11,12, respectivement.

Chacun comprend plusieurs modules 3 comportant chacun un volume intérieur 7 limité extérieurement par une paroi périphérique 5. 20 A noter toutefois que, si un assemblage modulaire est conseillé, c’est ici la structuration thermique individuelle de chaque « module » qui prime. Chaque module est donc à considérer en tant que tel, comme un tout thermiquement indépendant.

Les modules 3 sont réunis fonctionnellement entre eux par des 25 moyens 6 de circulation d’un flux 9: - flux d’un fluide frigorigène ou caloporteur pouvant circuler, dans un circuit extérieur 110 et dans lesdits volumes, sous l’action de moyens 11 de circulation, - et/ou flux d’énergie électrique dès lors que les moyens 6 (tels que des 50 câbles) assurent alors une connexion électrique, typiquement en série ou en parallèle, entre les éléments modulaires 3 (formant ou renfermant chacun un accumulateur électrique) du bloc batterie, afin d'obtenir une tension électrique destinée à un véhicule. Seules les figures 3-4 schématisent ces connexions électriques, pour éviter de surcharger les autres figures 5-11 concernées, 5 - et/ou encore fluide, par un moyen 44 d’échange ; voir ci-après dans l’application « batterie » (figures 3-12) ; Ce moyen d’échange 44 assurera alors la fonction de moyens de circulation d’un flux entre les modules.

Figures 3,4,10 (les autres figures 5-9,11 ne le figurant pas par souci d’allègement de détails), on voit schématisé au moins un électrolyte 16, 10 ainsi qu’une anode 14 et une cathode 17 disposés dans le volume 7 de chacun des accumulateur électriques 3, ceci définissant un ou plusieurs éléments à maintenir à une certaine température et/ou dégageant de la chaleur, dès lors qu’en fonctionnement tout ou partie des anode, cathode et l’électrolyte 16 vont chauffés au sein de ces accumulateurs. Sur ces 15 figures, on distingue aussi en 140,170 les bornes polarisées de ces anode et cathode qui assurent la connexion avec les moyens 6, localement à travers la paroi 5.

Dans l’exemple figure 1, les modules 3 deux à deux adjacents de l’ensemble 1 sont ceux d’une unité de stockage et de restitution (ultérieure) 20 d’une énergie thermique. Les volumes 7 contiennent chacun des éléments 13 de stockage et de restitution (ultérieure) de cette énergie thermique transportée par le flux 9 du fluide en circulation, lequel, frigorigène ou caloporteur, est a priori liquide (eau, huile en particulier), mais pourrait être gazeux, tel de l’air à conditionner. 25 Des premiers passages 33,35 traversent, à des extrémités opposées de l’unité 1, des couvercles 32 recouvrant, en les fermant si nécessaire, les deux modules d’extrémité de ce qui est ici formé en une pile, afin de laisser entrer et sortir le fluide qui va donc circuler entre les modules. Cette circulation peut être en série ou en parallèle. 10 Extérieurement, le couvercle 32 côté ouverture 31 (voir ci-après) peut être doublé par une poche unique 34 à constitution PIV. Et une plaque 36 de protection mécanique peut fermer le tout, suivant l’axe 27, comme illustré. Un manchon ou fourreau 38 de protection mécanique ouvert aux deux extrémités, par exemple en plastique dur, enveloppe en outre les modules 3 et les pièces 32,34,36. 5 Pour laisser passer le flux de fluide 9, entre les volumes, des seconds passages 30 sont établis entre ici tous les modules deux à deux, dans des parois 29 transversales à l’empilement. Chaque paroi 29 définit ici le fond du module considéré, en complément de la paroi périphérique 5. A l’opposé de leur fond 29, les modules sont ouverts, en 31, pour 10 permettre de placer dans chaque volume 7 ainsi défini des éléments 13 de stockage et de restitution de l’énergie thermique qui aura donc été apportée par le fluide 9. Les éléments 13 seront favorablement des billes en matériau partiellement (par exemple en complément d’un polymère) ou totalement MCP, pour le rendement thermique et une bonne capacité à être 15 aisément disposées en nombre dans leur volume d’accueil.

En tant que constitution des éléments 13 (ou matériau 15 ci-après) on pourra par exemple prévoir une composition de caoutchouc telle que décrite dans EP2690137 ou dans EP2690141, à savoir dans le second cas une composition réticulée à base d'au moins un élastomère silicone « RTV 20 » vulcanisé à température ambiante et comprenant au moins un matériau à changement de phase (MCP), ledit au moins un élastomère silicone présentant une viscosité mesurée à 23°C selon la norme ISO 3219 qui est inférieure ou égale à 5000 mPa.s.

Dans cette composition, la matrice élastomère pourra être 25 majoritairement constituée (i.e. selon une quantité supérieure à 50 pce, de préférence supérieure à 75 pce) d'un ou de plusieurs élastomères silicones « RTV ». Ainsi, cette composition pourra avoir sa matrice élastomère comprenant un ou plusieurs élastomères silicones selon une quantité totale supérieure à 50 pce et optionnellement un ou plusieurs autres élastomères 30 (i.e. autres que des silicones « RTV ») selon une quantité totale inférieure à 50 pce. Le matériau à changement de phase (MCP) thermique est constitué de n-hexadécane, d'eicosane ou d'un sel de lithium. En alternative, le matériau MCP pourrait être à base d’acide gras, de paraffine, ou de sel eutectique ou hydraté.

De fait, le choix de ce matériau et son conditionnement, en 5 particulier sa dispersion au sein d’une matrice polymère, dépendra de l’application prévue et des résultats attendus.

Des moyens 40 de fixation, qui peuvent être des tirants, fixent mécaniquement ensemble les modules, suivant ici un axe d’empilement 27. 10 Pour protéger de la chaleur ou du froid extérieur (EXT) au moins une première couche 15 comprenant au moins un matériau MCP est disposée autour de chaque volume 7, y compris sur un côté où deux modules adjacents se font face et où au moins une partie d’au moins une seconde couche 23 comprenant un matériau thermiquement isolant est également 15 intercalée, comme schématisé dans les figures « en situation » 2-6 et 9.

Pour favoriser au mieux cette isolation « active » dès lors qu’un matériau MCP y est inclus, le matériau thermiquement isolant de la seconde couche 23 comprend dans les versions préférées illustrées un matériau thermiquement isolant poreux disposé dans une enceinte 37 sous 20 vide, pour définir au moins un panneau isolant sous vide, PIV. A priori la seconde couche 23 sera, là où les deux couches MCP/PIV existent, disposée autour de la première couche 15, donc entre elle et l’extérieur (EXT) ; étant toutefois précisé que l’on pourrait interposer la seconde couche 23 entre deux couches MCP 15a, 15b. Dans ce cas : 25 - a) si l’extérieur (EXT) est la cellule 52 voisine, les deux couches MCP 15a, 15b pourront être les mêmes, - b) si l’extérieur (EXT) est l’environnement autour d’un bloc batterie complet, au-delà de la périphérie latérale et de sa paroi 55, comme par exemple en zones 111 figure 4, alors les températures de changement de 50 phase seront de différentes, la température de changement d’état augmentant à mesure qu’on va vers l’intérieur (INT). A noter que chaque «couche» 15a, 15b pourra être formée de plusieurs sous-couches accolées de moindre épaisseur ayant chacune sa température de changement d’état dans le cas b), pour une évolution progressive de ces températures. 5 Ainsi, on pourra s’arranger pour qu’une température extérieure excessivement froide ou chaude n’interfère que peu avec celle dans le(s) volume(s) 7, la première couche 15 (ou celle interne 15a) étant, dans l’application batterie, définie pour lisser en périphérie les variations internes de température dans ce(s) volume(s) et au sein du fluide et pour retarder la 10 propagation vers les modules de chaleur ou de froid excessif (typiquement moins de 25°C ou plus de 35°C).

Afin d’optimiser cette démarche, il est conseillé que la barrière thermique active formée par les couches MCP/isolant thermique comprennent donc au moins un panneau PIV formé par une poche 19 où 15 sera a priori intégrée la seconde couche 23. On trouvera alors, pour constituer le/chaque panneau PIV 19 un matériau isolant thermique poreux, qui pourra donc constituer la seconde couche 23, ce matériau étant contenu dans l’enveloppe 37 formant une enceinte étanche audit matériau et à l’air. Une fois un vide d’air établi dans l’enveloppe, la poche malgré tout 20 légèrement conformable ou déformable formant le panneau PIV sera constituée.

Concernant le matériau isolant thermique poreux contenu donc dans l’enveloppe 37, on notera qu’il se composera favorablement d’un matériau poreux (par exemple à nanostructure, tel poudre de silice ou aérogel, tel un 25 aérogel de silice) confiné dans une feuille ou un film flexible 49 ou 51 qui ne laissera passer ni les vapeurs d’eau ni les gaz. Le PIV obtenu sera vidé de son air pour obtenir par exemple une pression de quelques millibars, puis pourra être scellé. Typiquement, la conductivité thermique λ d’un tel PIV sera de 0.004/0,008 W/m.K. L'utilisation de panneaux isolants sous vide 10 devrait permettre d'atteindre une résistance thermique R = 5 rrTK/W avec seulement 35 mm d'isolant. Des exemples, pouvant ici s’appliquer, de panneau PIV et de matériau super-isolant sont fournis dans PCT/FR2014/050267 et dans WO2014060906 (matériau poreux), respectivement. Une possible composition du matériau 23 est la suivante : 80-85 % de dioxyde de silice (SiO2), 15-20 % de carbure de silicium (SiC) 5 et possiblement 5 % d’autres produits (liant/charges). Une épaisseur de 0.4 à 3 cm est possible. A cette étape de la présentation de l’invention, il a été compris qu’un élément important de celle-ci concerne la conception modulaire d’une structure de gestion thermique (thermal management en Anglais) ayant 10 comme finalité la maîtrise de la température dans un volume interne que cette structure entoure, soit de façon structurellement dissociée, comme un sac isotherme entoure un contenu, soit de façon structurellement intégrée : les matériaux de la barrière thermique 15,23 font alors partie intégrante de la structure. Ce qui doit être aussi bien saisi est la volonté de rendre 15 autonome la gestion thermique de chaque module ou chaque volume interne. En effet, il s’est avéré que ceci : - doit permettre de répondre plus finement aux besoins des clients, en permettant notamment de réduire le nombre de modules pour un même objectif, avec des gains de poids et d’encombrement à la clé ; 20 - autorise des montages où les modules « adjacents » ne seront pas nécessairement strictement accolés bien que très proches (moins de 3/4cms d’écart au maximum), comme par exemple figures 4 ou 6 où un espace 42 existe entre deux modules à barrière thermique 15,23 intégrée (figure 4) ou à barrière thermique 15,23 extérieure, rapportée (figure 6). En 25 effet, le fait d’avoir prévu une structure modulaire, avec cette barrière ici MCP/PIV entre deux tels modules 3 ou volumes 7 adjacents, dans l’alignement latéral retenu, permet dans au moins une direction (ici le long d’une face latérale) de réserver cet espace 42 pour y faire circuler de manière naturelle ou forcée un fluide qui pourrait par exemple faciliter un 30 transfert thermique si, comme conseillé dans le cas d’une « application batterie » comme figures 4 et 6, une face autre que les faces latérales de la paroi 5, ici le fond 29, est non seulement dépourvue desdites couches 15/23 de la barrière thermique mais doublée (ici par-dessous) par un moyen 44 d’échange par convection (flèches H sur différentes figures), naturelle ou forcée, telle une plaque thermiquement conductrice, par 5 exemple métallique, ou au moins un conduit dans lequel circulerait un fluide d’échange, tel de l’eau, pour évacuer la chaleur apportée par la ou les couches 15 en MCP venant à son contact, comme illustré ; - permet de rationnaliser, à coût réduit, une fabrication en grande série, dans plusieurs applications, dès lors qu’en prévoyant la barrière thermique 10 15,23 entre deux modules, on pourra : -- utiliser une unique bande 50 de poches PIV dans le cadre du mode de réalisation à barrière thermique intégré détaillé ci-après qui peut permettre de fabriquer des modules à paroi latérale 5 et fond 29 ainsi pourvus, comme figures 2,3, 15 -- se dispenser d’au moins une poche 34 à constitution PIV en extrémité de pile figure 1 ; - permet aisément l’utilisation des bandes 50 évoquées ci-dessus, ces bandes, comme celles des figures 12,15, pouvant être placées latéralement (axe 51) autour du corps d’une cellule de batterie 52, comme on peut les 20 imaginer, chacune refermées sur elles-mêmes, en voyant les figures 4,6,7, pour doubler chacune leur paroi latérale 5 avec la barrière thermique 15,23 que chaque bande intégrera alors ; - et permet de concevoir des modules indépendants multi-fonctions, comme les cellules 100 de type poche (battery pouch Cell en anglais) des 25 figures 10,11.

De ce qui précède, il ressort que la partie d’isolation thermique formée par la barrière 15/23 de préférence à constitution PIV pourra être structurellement dissociée tant des volumes 7 que de la paroi périphérique 5 de chaque module (cas des cellules 52 précitées). Dans ce dernier cas 50 cette partie 15/23 entourera la paroi. Figures 4,6,7, on a schématisé une barrière MCP/PIV indépendante, issue d’une bande 50 articulée en plusieurs endroits du fait que les feuilles ou films 49 flexibles (ou parties d’une même feuille ou film unique) qui forme(nt) l’enveloppe 37 sont : - soit en contact direct en zones 21 intermédiaires entre deux poches 19 thermiquement isolantes successives chacune à couches MCP 15 / 5 matériau poreux 23 intégrées au sein de l’espace global sous vide créé, comme en figure 12 ou 15 ; - soit remplies sur quelques mm d’épaisseur d’une structure déformable 79 pouvant être formée par un support conformable ou déformable en maillage polymère de quelques mm d’épaisseur imprégné d’un aérogel 81, par 10 exemple de silice, ou son pyrolat (aérogel pyrolysé, étant précisé que cette alternative de pyrolat s’applique à chaque cas de la présente description où un matériau poreux thermiquement isolant est concerné), comme en figure 12.

Figures 8,13,14 on voit, parmi d’autres, différentes manières de 15 réaliser une bande 50, voir individuellement une poche 19 à matériaux 15/23 et constitution PIV qui la compose favorablement.

Dans les deux réalisations privilégiées proposées, chaque poche 19 comprend au moins une enveloppe extérieure 37 fermée qui contient les 20 premier et second éléments 15/23 et est constituée d’au moins une feuille 49 conformable ou déformable étanche au matériau MCP, avec : -- a) soit ladite feuille 49 qui est scellable (thermiquement/chimiquement, tels en 49a,49b, autour de la poche) et étanche au matériau poreux 23 et à l’air (voire aussi à l’eau), de sorte qu’un vide d’air régnant dans 25 l’enveloppe 37, un dit panneau isolant sous vide (PIV) est ainsi défini, comme montré figures 7,13 ; -- b) soit le second élément isolant thermique 23 contenu à l’intérieur d’une seconde enveloppe fermée 51 à feuille flexible 53 scellable (comme ci-avant) et étanche au matériau poreux et à l’air, de sorte qu’un 10 vide d’air régnant dans la seconde enveloppe, un dit panneau isolant sous vide (PIV) est ainsi défini, comme montré figures 8,14. A noter que deux couches 15 (15a, 15b) contenant un ou plusieurs matériaux MCP pourraient (comme figure 7) être disposées de part et d’autre de la couche de matériau poreux 23.

La ou les feuilles ou film(s) 49 et 53 pourront typiquement être 5 réalisés sous la forme d’un film multicouche comportant des films polymère (PE et PET) et de l’aluminium sous forme par exemple laminée (feuille d’épaisseur de l’ordre d’une dizaine de micromètre) ou métallisée (dépôt sous vide d’un film de quelques dizaines de nanomètre). La métallisation peut être effectuée sur une face ou sur les deux faces d’un film PE et 10 plusieurs films PE métallisés peuvent être complexés pour former un film unique. Exemple de conception du film: - Scellement intérieur PE, environ 40 pm - Métallisation sous vide Al, env. 0.04 pm - Couche extérieure PET, environ 60 pm.

Comme déjà noté, en comparant les figures 2 et 3-7, on aura 15 remarqué que les modules 3, s’ils sont formés à chaque fois, sur un ensemble modulaire complet, en pile ou ligne, sont superposés par leurs ouverture 31 et fond 29, figure 2, tandis qu’ils sont latéralement en ligne, côte à côte par une partie de leur paroi périphérique 5 figures 3-7.

Dans l’application « modules superposés» pour le stockeur-20 échangeur 1 (voir figure 2), c’est donc non seulement la paroi périphérique 5 mais aussi le fond 29 qui sont pourvus de la double barrière 15/23, avec par exemple au moins une bande 50, pliée dans les angles, utilisée pour trois côtés (voir coupe figure 2 où le schéma, grossier, ne montre pas la bande), deux poches 19 simples pour les 4° et 5° côtés, le dernier côté 25 étant ouvert (ouverture 31). Par contre, figures 3-4, la bande 50 pourra disposée à l’horizontale au niveau de la seule paroi latérale 5. Et toutes ces structures, ici à constitution PIV, seront favorablement noyées avec un support 55. Ce support sera favorablement monobloc. Il pourra être en matière plastique, métallique (inox, aluminium) ou composite, en particulier. 30 Une fabrication moulée sera préférée.

La référence à une paroi latérale périphérique 5 en matériau moulable couvre tant les résines thermoplastiques chargées de fibres et injectées que les résines thermodurcissables imprégnant un mat, tel un tissé ou un non tissé. 5 Figure 3, le fond 29 intègre aussi une barrière MCP/PIV 15/23. Il peut s’agir d’au moins une poche 19 ou de deux poches à plat, côte à côte entre lesquels passeraient le ou les canaux de passage des raccordements électriques des bornes 140,170. Sur cette figure, on a supposé qu’une cellule électrique 52 (entièrement close et contenant donc les éléments 10 15,16,17) a été placée, dans chaque espace central 56 délimité par la face intérieure des parois 5 et 29, par l’ouverture 31 opposée au fond transversal 29. Figure 4, on a au contraire schématisé le cas où l’intérieur creux délimité par la face intérieure des parois 5 et 29 est directement le volume 7. Dans ce cas, les éléments 15,16,17 placés là y sont maintenus 15 par un couvercle 57 qui ferme l’ouverture 31. Les situations peuvent être interverties entre les deux figures.

Figure 5, et avec plus de détails figure 7, une particularité réside dans la paroi PIV 23 qui est commune aux deux cellules 52 adjacentes.

Ainsi, entre deux cellules 52 adjacentes, on trouve au moins une poche 20 sous vide à trois couches : une couche isolante poreuse 23 entre deux couches MCP, a priori identiques. L’épaisseur de la couche 23 peut être double des versions à couches dédiées des autres variantes. Comme figures 5,6, un manchon 38 mécaniquement protecteur peut entourer le lot des cellules et leurs barrières thermiques individuelles 15/23. 25 Les figures 8-11 schématisent une autre manière de réaliser une cellule de batterie d’accumulateurs, en l’espèce une cellule « pouch » (poche) figures 10-11, alors qu’il peut s’agir de cellules prismatiques figure 9 et sur les figures précédentes.

Figure 8, deux poches allongées 19 formées chacune d’une 50 enveloppe 37 sont schématisées, face à face. Chacune présente deux extrémités 49a,49b de films extérieurs 49 soudées ensemble. Ce sont ces deux couples d’extrémités 49a,49b que l’on va pouvoir réunir et souder par couple, comme montré figures 9-11 pour constituer un espace central fermé correspondant soit (figure 9) à l’espace 56 déjà présent dans la solution de la figure 3 soit directement au volume interne 7 (figures 10-11), 5 dès lors que la paroi 49 sera alors choisie pour résister à l’électrolyte et aux échanges liées à la production électrique dans le volume, en étant si nécessaire pour cela doubler par une paroi ad-hoc. Figures 10,11, on notera l’aspect cintré vers l’extérieur (EXT) des enveloppe scellées 37/51 à feuilles flexibles, étant précisé qu’une telle forme peut résulter d’un 10 raccourcissement, sur chaque enveloppe, de la longueur L1 de la feuille interne par rapport à la longueur L2 de la feuille externe, ceci créant une tension mécanique à l’endroit des scellements d’extrémités qui cintre l’enveloppe.

Figure 12 ou 15, on pourra encore remarquer en 89a,89b, des 15 moyens de maintien sur elle-même de la bande 50, une fois pliée sur elle-même. On peut imaginer une solution par clip, par bande auto-agrippante, type Velcro (TM), ou autre. C’est dans chaque cas, comme on l’aura compris, dans l’espace central INT que sera disposé le module 3, qu’il s’agisse de l’un de ceux du stockeur-échangeur ou d’une cellule 52. 20 Dans le mode de réalisation de la figure 15, les pliures pourront donc s’opérer à l’endroit des zones 21 d’articulation, où deux feuilles 49 sont en contact direct l’une avec l’autre et qui sont intercalées chacune entre une poche 19 et une zone intermédiaire 59 thermiquement isolante extérieurement convexe contenant au moins un matériau poreux 23.

25 II est à noter que l’on pourra intercaler au moins une couche MCP entre le fond 29 et le moyen 44 d’échange par convection, le fond 29 pouvant intégrer cette ou ces couches.

La figure 16 permet de montrer une alternative à la solution de la figure 2 : les fonds 29 peuvent donc ne pas comprendre de couches 15 ni 10 23. Le même matériau que celui de la paroi 5 peut être utilisé, pour une constitution monobloc.

Quant à la figure 17, elle montre en vue de dessus un cas où le moyen 44 de transfert d’énergie thermique agit en particulier par conduction, via des conduits 48 de circulation d’un fluide qui, via la plaque 50 de transfert d’énergie thermique (métal typiquement) qui double une 5 face 58 des blocs 3 réunis (ici plusieurs cellules 52 adjacentes), assure l’évacuation de l’énergie thermique apportée à cette plaque par les couches MCP 15.

On notera qu’une telle couche MCP 15 entoure latéralement (sur les quatre faces latérales autres que la face 58 et son opposé ; voir figure) 10 l’ensemble des blocs 3/52 réunis et est elle-même doublée extérieurement par un isolant thermique poreux 23.

La figure 18 schématise une alternative où le moyen 44 de transfert d’énergie thermique, ici par convection, s’étend tout autour d’une couche MCP 15 qui entoure latéralement (sur les quatre faces latérales autres que 15 les faces ici inférieure et supérieure; voir figure) l’ensemble des blocs 3/52 réunis.

Le moyen 44 de transfert par convection peut être une plaque porteuse extérieurement d’ailettes 46.

On a encore figuré en 38 figure 17 le manchon, ou plus 20 généralement l’enveloppe en une ou plusieurs pièces, qui sert de paroi mécaniquement protectrice, voire de moyen latéral de maintien (voir solution figure 1) aux éléments qu’elles entourent; blocs 3, couches 15/23... Dans la solution de la figure 18, la plaque périphérique porteuse extérieurement des ailettes 46 pourra jouer ce rôle, notamment si l’on réunit 25 les plaques entre elles pour former une paroi continue. 50

Claims (11)

1. 21 REVENDICATIONS

   1. Ensemble modulaire comprenant plusieurs modules adjacents réunis entre eux par des moyens (6) de circulation d’un flux et qui contiennent 5 chacun au moins un volume (7) où est présent l’un au moins parmi : - un fluide (9) frigorigène ou caloporteur pouvant circuler dans lesdits volumes sous l’action de moyens de circulation, - des éléments (13) de stockage et de restitution d’une énergie thermique, 0 - au moins un élément (16,52) à maintenir à une certaine température, - au moins un élément (52,16,14,17) dégageant de la chaleur, au moins une première couche (15) comprenant au moins un matériau à changement de phase thermique (MCP) étant disposée en périphérie de certains au moins desdits volumes (7), y compris sur un côté : 5 - où deux modules sont en contact par leurs parois périphériques respectives, ou bien - où ladite première couche (15) est intercalée entre deux modules se faisant face, ou bien - où un espace (42) est réservé entre deux modules pour y faire circuler 0 de manière naturelle ou forcée un fluide, et où au moins une partie d’au moins une seconde couche (23) comprenant un matériau thermiquement isolant est également intercalée.
2. 2. Ensemble modulaire selon la revendication 1, où le matériau thermiquement isolant (23) de la seconde couche comprend un matériau 5 thermiquement isolant poreux disposé dans une enceinte (37) sous vide, pour définir au moins un panneau isolant sous vide, PIV (19,50).
3. 3. Ensemble modulaire selon l’une des revendications 1,2, où une partie de la périphérie de certains au moins des modules est dépourvue desdites première et/ou seconde couches: 0 - là où un module (3) est en contact physique avec un moyen (44) de transfert d’énergie thermique par convection et/ou conduction, 22 - et/ ou là où le volume d’un module présente une ouverture (31), pour y laisser accès.
4. 4. Ensemble modulaire selon l’une des revendications 1 à 3, où : - chaque module présente au moins une paroi périphérique (5) qui ferme le 5 volume (7), sauf possiblement à l’endroit d’une ouverture (31) laissant accès audit volume, - et les première et/ou seconde couches (15,23), qui est/sont structurellement distincte(s) de ladite paroi périphérique, est/sont disposée(s) autour de cette paroi périphérique, avec la seconde couche 0 (23) à l’extérieur de la première (15), là où existe une présence des première et seconde couches.
5. 5. Ensemble modulaire selon l’une des revendications 1 à 3, chaque module présente au moins une paroi périphérique (5) : - qui ferme le volume (7), sauf possiblement à l’endroit d’une ouverture (31) 5 laissant accès audit volume, - et qui incorpore un support (55) en matériau moulable et les première et seconde couches (15,23).
6. 6. Ensemble modulaire selon l’une des revendications précédentes, où les modules (3) définissent ou renferment des accumulateurs électriques Ό (10,100,52) d’un bloc batterie pour un véhicule, où au moins un électrolyte (16), ainsi qu’une anode et une cathode disposés dans chaque dit volume (7), définissent tout ou partie dudit élément à maintenir à une certaine température et/ou dudit élément dégageant de la chaleur.
7. 7. Ensemble modulaire selon l’une des revendications 1 à 5, où : ’5 - les modules (3) sont ceux d’une unité de stockage et de restitution d’une énergie thermique, - les volumes (7) contiennent lesdits éléments (13) de stockage et de restitution de ladite énergie thermique, - au moins un premier passage traversant une paroi d’au moins un des >0 modules laisse entrer et sortir ledit fluide frigorigène ou caloporteur (9), 23 - et des seconds passages (30) établis entre certains au moins un desdits modules laissent passer le fluide frigorigène ou caloporteur entre les volumes.
8. 8. Module pour un ensemble modulaire selon l’une des revendications 5 précédentes, le module comprenant plusieurs tels modules à réunir fonctionnellement entre eux par des moyens de circulation d’un flux (9,6), le module contenant au moins un volume (7) où est présent l’un au moins parmi : - un fluide frigorigène ou caloporteur (9) pouvant circuler dans lesdits 0 volumes sous l’action de moyens de circulation, - des éléments (13) de stockage et de restitution d’une énergie thermique, - au moins un élément (16,14,17) à maintenir à une certaine température, - au moins un élément (52) dégageant de la chaleur, au moins une première couche (15) comprenant au moins un matériau 5 MCP étant disposée en périphérie du module, à l’endroit, ou y compris à l’endroit, d’une partie du module : - destinée à être disposée face à un module adjacent, - et où au moins une partie d’au moins une seconde couche (23) comprenant un matériau thermiquement isolant est également disposée, O - les première et seconde couches (15,23) étant regroupées dans au moins une poche (19) qui entoure ledit volume (7), - et le matériau thermiquement isolant de la seconde couche (23) comprenant un matériau poreux disposé dans une enceinte sous vide, pour définir au moins un panneau isolant sous vide, PIV. :5
9. 9. Module selon la revendication 8, où les première et seconde couches (15,23) sont réparties dans deux poches (19) scellées ensemble autour dudit volume, créant ainsi une enveloppe (49) fermant le volume (7).
10. 10. Module selon la revendication 9 qui définit un accumulateur électrique (52,100) d’un bloc batterie de véhicule, où au moins un électrolyte (16), une 0 anode (14) et une cathode (17) disposés dans ledit volume définissent tout ou partie dudit élément à maintenir à une certaine température et/ou dudit 24 élément dégageant de la chaleur, l’enveloppe laissant passer des moyens (140,170) de branchement électrique reliés aux anode et cathode.
11. 11. Module selon la revendication 10, où l’accumulateur électrique est une cellule (100) de type poche (battery pouch Cell en anglais). 5