CA3140540A1 - Unite de stockage d'energie avec systeme de ventilation active et methode associee - Google Patents

Unite de stockage d'energie avec systeme de ventilation active et methode associee

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thermal runaway
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Eric Latulipe
Martin Burns
Philippe Mongeau
Jean-Francois Paul
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Stockage D'energie Evlo Inc
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Abstract

Une unité de stockage d'énergie apte à contrôler un phénomène d'emballement thermique, comprenant une enceinte pour loger des modules de batteries permettant le stockage d'énergie, un panneau mobile configurable entre une position fermée et une position ouverte, un actionneur contrôlable, connecté au panneau mobile, pour bouger le panneau mobile de la position fermée à la position ouverte, au moins un capteur apte à mesurer des paramètres environnementaux de l'intérieur de l'enceinte; et une unité de contrôle connectée au capteur et à l'actionneur contrôlable, pour activer automatiquement l'actionneur et bouger le panneau de la position fermée à la position ouverte lorsqu'au moins un des paramètres environnementaux mesurés est indicatif d'emballement thermique, de sorte que la chaleur et les gaz explosifs générés par l'emballement thermique puissent s'échapper à l'extérieur de l'enceinte. Une méthode pour contrôler un phénomène d'emballement thermique d'une unité de stockage d'énergie comprenant des modules de batteries est également décrite.

Description

UNITÉ DE STOCKAGE D'ÉNERGIE AVEC SYSTEME DE VENTILATION ACTIVE ET
MÉTHODE ASSOCIÉE
DOMAINE TECHNIQUE
[0001] Le domaine technique de l'invention est relatif aux unités de stockage d'énergie avec modules de batteries, et en particulier, aux moyens pour contrôler l'emballement thermique dans des unités de stockage d'énergie avec batteries.
L'invention porte sur un système et une méthode pour activer la ventilation active.
ÉTAT DE L'ART
[0002] Bien que la technologie utilisant des éléments d'accumulateur au phosphate de fer lithié (LFP) soit considérée parmi les plus sécuritaires dans la famille des batteries à lithium-ion, certaines normes de prévention d'incendie imposent des exigences minimales pour atténuer les risques associés au phénomène d'emballement thermique. En effet, il arrive exceptionnellement que les dispositifs de stockage d'énergie électrique par batteries deviennent dysfonctionnels, ce qui peut entraîner un phénomène d'emballement thermique, créant des zones localisées de très haute température.
[0003] De telles températures élevées font en sorte que certains matériaux commencent à se décomposer et à générer des gaz. Les gaz générés lors de tels évènements peuvent être inflammables.
[0004] Lorsque les unités de stockage comprennent une pluralité de cellules, cela peut entraîner une réaction en chaîne dans laquelle les dispositifs de stockage entrent dans une série d'emballements thermiques en cascade, car la chaleur émise par une cellule se propage à la cellule suivante qui à son tour peut s'emballer thermiquement.
[0005] Il existe un besoin pour contrôler les phénomènes d'emballement thermique dans les unités de stockages d'énergie.
Date reçue / Date received 2021-11-26 SOMMAIRE
[0006] Selon un premier aspect, une unité de stockage d'énergie apte à
contrôler un phénomène d'emballement thermique est décrite. L'unité de stockage d'énergie comprend: une enceinte pour loger des modules de batteries permettant le stockage d'énergie; un panneau mobile configurable entre une position fermée permettant de fermer l'enceinte en mode normal d'opération de l'unité de stockage, et une position ouverte permettant à une chaleur et à des gaz explosifs situés dans l'enceinte de s'échapper vers l'extérieur de l'enceinte, en mode de contrôle d'emballement thermique;
un actionneur contrôlable, connecté au panneau mobile, pour bouger le panneau mobile de la position fermée à la position ouverte, au moins un capteur apte à
mesurer des paramètres environnementaux de l'intérieur de l'enceinte; et une unité de contrôle connectée audit au moins un capteur et à l'actionneur contrôlable, l'unité de contrôle activant automatiquement l'actionneur contrôlable pour bouger le panneau de la position fermée à la position ouverte lorsqu'au moins un des paramètres environnementaux mesurés est indicatif d'emballement thermique, de sorte que la chaleur et les gaz explosifs générés par l'emballement thermique puissent s'échapper à l'extérieur de l'enceinte.
[0007] Selon une réalisation possible, ledit au moins un capteur est apte à
mesurer les paramètres environnementaux comprenant au moins un parmi : une température à l'intérieur de l'enceinte, une température des modules de batteries, un taux d'hydrogène, un taux de monoxyde de carbone, un taux de dioxyde de carbone, un taux de gaz, un taux de fumée et un taux de vapeur d'électrolyte.
[0008] Selon une réalisation possible, l'actionneur comprend un verrou et un moyen d'extension.
[0009] Selon une réalisation possible, le verrou comprend un verrou magnétique ou un verrou solénoïdal.
[0010] Selon une réalisation possible, le moyen d'extension est choisi du groupe comprenant : un ressort, un vérin électrique, un vérin pneumatique et un vérin mécanique.
[0011] Selon une réalisation possible, l'unité de stockage d'énergie comprend en outre un module de chauffage, ventilation et air conditionné (CVAC), l'unité
de contrôle Date reçue / Date received 2021-11-26 activant le module CVAC pour aspirer l'air extérieur vers l'intérieur de l'enceinte lorsqu'au moins un des paramètres mesurés est indicatif d'emballement thermique.
[0012] Selon une réalisation possible, l'enceinte comprend quatre faces latérales, le panneau mobile étant situé sur l'une des quatre faces latérales de l'enceinte.
[0013] Selon une réalisation possible, le panneau mobile est situé sur une face supérieure de l'enceinte.
[0014] Selon une réalisation possible, l'enceinte comprend un couvercle de protection muni de moyens d'aération, le couvercle étant situé au-dessus du panneau mobile, permettant de protéger l'unité de stockage des intempéries tout en permettant l'ouverture du panneau mobile et l'échappement des gaz en cas d'emballement thermique.
[0015] Selon une réalisation possible, le panneau mobile comprend au moins deux parties mobiles.
[0016] Selon un second aspect, une méthode pour contrôler un phénomène d'emballement thermique d'une unité de stockage d'énergie comprenant des modules de batteries est décrite. La méthode comprend les étapes suivantes: mesurer, à
l'aide d'au moins un capteur, des paramètres environnementaux situés à l'intérieur de l'unité de stockage; déterminer un emballement thermique lorsqu'au moins un des paramètres mesurés ou lorsque le taux de variation d'au moins un des paramètres mesurés est à
l'extérieur d'une plage de valeurs prédéterminées, associée audit au moins un paramètre;
et automatiquement activer un actionneur pour bouger un panneau mobile d'une position fermée, correspondant à un mode normal d'opération de l'unité de stockage, à
une position ouverte, correspondant à un mode de contrôle d'emballement thermique, de sorte qu'une chaleur et des gaz explosifs générés par l'emballement thermique puissent s'échapper vers l'extérieur l'unité de stockage.
[0017] Selon une réalisation possible, l'étape de mesurer des paramètres environnementaux comprend mesurer, à l'aide dudit au moins un capteur, les paramètres environnementaux comprenant au moins un parmi : une température à l'intérieur de l'unité
de stockage, une température des modules de batteries, un taux d'hydrogène, un taux de Date reçue / Date received 2021-11-26 monoxyde de carbone, un taux de dioxyde de carbone, un taux de gaz, un taux de fumée et un taux de vapeur d'électrolyte.
[0018] Selon une réalisation possible, l'étape de déterminer un emballement thermique comprend : comparer des valeurs respectives des paramètres mesurés à
des plages de valeurs prédéterminées associées auxdits paramètres, et détecter, par une unité de contrôle, le phénomène d'emballement thermique.
[0019] Selon une réalisation possible, une des plages de valeurs prédéterminées comprend un taux d'hydrogène inférieur à 100 ppm.
[0020] Selon une réalisation possible, une des plages de valeurs prédéterminées comprend une température des modules de batteries inférieure à 80 Celsius.
[0021] Selon une réalisation possible, l'étape d'activer l'actionneur comprend une étape de déverrouiller un verrou, permettant une extension d'un moyen d'extension relié
au panneau mobile et ainsi une ouverture du panneau mobile.
[0022] Selon une réalisation possible, déverrouiller un verrou comprend dé-énergiser un verrou magnétique ou énergiser un verrou solénoïdal.
[0023] Selon une réalisation possible, la méthode comprend une étape d'activer un module CVAC dans un mode où l'air extérieur est aspiré à l'intérieur de l'unité de stockage, permettant d'évacuer les gaz explosifs de l'unité de stockage.
[0024] Selon une réalisation possible, le panneau mobile s'ouvre sur une face supérieure de l'unité de stockage.
[0025] Selon une réalisation possible, le panneau mobile s'ouvre sur au moins une des quatre faces latérales de l'unité de stockage.
[0026] Selon une réalisation possible, l'étape d'automatiquement activer un actionneur comprend une étape d'actionner au moins deux parties du panneau mobile via un premier et un second actionneur contrôlable par l'unité de contrôle.
[0027] Selon une réalisation possible, la méthode comprend une étape d'arrêter un fonctionnement des modules de batterie lorsqu'un emballement thermique est détecté.
Date reçue / Date received 2021-11-26
[0028] Selon une réalisation possible, la méthode comprend une étape d'envoyer une alerte à une centrale de premiers répondants lorsqu'un emballement thermique est détecté.
[0029] Selon une réalisation possible, la méthode comprend une étape d'émettre un indicateur sonore et/ou visuel lorsqu'un emballement thermique est détecté.
[0030] Selon une réalisation possible, la méthode comprend une étape d'attendre une période prédéterminée après l'émission de l'indicateur, avant d'activer automatiquement l'actionneur.
[0031] Selon une réalisation possible, la méthode comprend une étape d'activer des ventilateurs associés aux modules de batteries lorsqu'un emballement thermique est détecté.
[0032] D'autres objets, avantages, aspects et caractéristiques de l'invention deviendront plus clairs et seront mieux compris au vu de la description non limitative de l'invention, et grâce aux figures présentes dans la demande.
Date reçue / Date received 2021-11-26 DESCRIPTION BREVE DES DESSINS
[0033] Une description détaillée de l'invention sera donnée ci-après en référence avec les dessins suivants:
La FIG. 1 est une vue en perspective d'un système de stockage d'énergie, comprenant deux enceintes et une unité de contrôle, selon un mode de réalisation.
La FIG. 2 est une vue en perspective semi-éclatée de la Figure 1.
La FIG. 3 est une vue en perspective d'un module de batterie contenu dans une enceinte, selon un mode de réalisation.
La FIG. 4 est une vue en perspective semi-éclatée d'une enceinte contenant deux modules de batterie, selon un mode de réalisation.
La FIG. 5 est une vue en perspective semi-éclatée d'une unité de contrôle, selon un mode de réalisation.
La FIG. 6 est une vue en perspective semi-éclatée d'une enceinte en mode de fonctionnement normal, selon un mode de réalisation.
La FIG. 7 est une coupe transversale d'une enceinte en mode de fonctionnement normal, selon un mode de réalisation.
La FIG. 8 est une vue en perspective semi-éclatée d'une enceinte en mode de contrôle de l'emballement thermique, selon un mode de réalisation.
La FIG. 9 est une coupe transversale d'une enceinte en mode de contrôle de l'emballement thermique, selon un mode de réalisation.
La FIG. 10 est une vue en perspective d'un système de stockage d'énergie, comprenant une enceinte et un panneau mobile latéral, selon un mode de réalisation.
La FIG. 11 montre un diagramme fonctionnel haut niveau d'une méthode de contrôle de l'emballement thermique, selon un mode de réalisation.
La FIG. 12 montre un diagramme détaillé de la figure 11.
Date reçue / Date received 2021-11-26 DESCRIPTION DÉTAILLÉE
[0034] Dans la description et les figures qui suivent, les mêmes numéros de références réfèrent à des éléments similaires de l'invention. De plus, pour ne pas encombrer indûment les figures, il est possible qu'une figure ne contienne pas tous les numéros de références des éléments qui s'y trouvent. Ainsi, il est aussi possible que certains éléments ou composantes ne soient référencés que dans une seule figure. Les éléments ainsi référencés peuvent être facilement inférés dans les autres figures présentées. Les réalisations, configurations géométriques, matériaux et/ou dimensions présentés dans les figures ou décrits dans la présente divulgation ne sont qu'indicatifs, et montrent des réalisations possibles, présentées à titre d'exemples, et ne devraient pas être interprétés comme des limitations de l'invention.
[0035] De manière générale, la présente demande décrit une unité de stockage d'énergie apte à détecter et contrôler un phénomène d'emballement thermique.
Dans le mode de réalisation montré aux figures 1 à 9, l'unité de stockage d'énergie comprend deux enceintes pour loger des modules de batteries et deux panneaux mobiles situés sur une face supérieure de l'enceinte, et configurables entre une position fermée et une position ouverte. La figure 10 montre un autre mode de réalisation comprenant une enceinte pour loger des modules de batteries et un panneau mobile situé sur l'une des quatre faces latérales de l'enceinte, et configurable entre une position fermée et une position ouverte.
[0036] En se référant aux figures 1 et 2, une unité de stockage d'énergie 10 est montrée, comprenant deux enceintes 100 pour loger des modules de batteries 122 (identifiés à la figure 3) permettant le stockage d'énergie, connectées de part et d'autre d'une unité de contrôle 130. En mode de fonctionnement normal, chaque enceinte est fermée afin de protéger les modules de batteries. Chaque enceinte 100 est équipée d'un module de chauffage, ventilation et air conditionné (CVAC) 140, connecté sur le côté de l'enceinte, opposé à l'unité de contrôle 130, et en communication fluide avec l'intérieur de l'enceinte 100, c'est-à-dire que l'air peut entrer ou sortir de l'enceinte, selon le mode de fonctionnement du CVAC. Le CVAC 140 est doté d'un compresseur et de ventilateurs, et permet de contrôler adéquatement le volume et la température de l'air qui circule à
l'intérieur de l'enceinte. En mode de fonctionnement normal, le CVAC 140 permet de maintenir la température intérieure de l'enceinte 100 à une valeur préétablie en Date reçue / Date received 2021-11-26 refroidissant l'air qui circule en circuit clos entre les modules de batteries et qui a tendance à se réchauffer au contact des modules de batteries. Dans ce mode de fonctionnement, aucun échange d'air ne se fait entre l'intérieur de l'enceinte et l'extérieur de l'enceinte. Le CVAC 140 comprend également un mode économie d'énergie dans lequel le CVAC

aspire l'air froid de l'extérieur vers l'intérieur de l'enceinte, sans avoir à
le refroidir. Ce mode de fonctionnement, qui permet entre autres de diminuer la consommation énergétique, est globalement utilisé lorsque les températures extérieures sont relativement basses. Ce mode de fonctionnement est géré automatiquement par le CVAC, en fonction des paramètres extérieurs. Cependant, dans le cas d'un phénomène d'emballement thermique de l'unité de stockage d'énergie 10, le CVAC 140 peut être forcé, par l'unité de contrôle 130, à opérer en mode d'économie d'énergie.
L'unité de contrôle peut comprendre un ou plusieurs processeurs, des moyens d'enregistrement (mémoires), des ports de communications et de contrôles, etc. L'unité de contrôle peut inclure, par exemple, un automate programmable (PLC), un système embarqué ou un serveur dédié.
[0037] Aux figures 3 et 4 sont illustrés des cabinets 120 qui contiennent plusieurs modules de batteries 122. Chaque enceinte 100 peut accueillir un ou plusieurs cabinets 120. Un cabinet 120 peut comprendre un support ou une structure métallique 124 dans laquelle sont disposées une pluralité de modules de batteries 122. Chaque module de batteries 122 est constitué d'une pluralité de cellules. Ces cellules peuvent être de différents types, telles des cellules lithium-ion, permettant le stockage de l'énergie électrique. A l'intérieur de la structure métallique 124, les modules 122 sont espacés de manière à créer des couloirs de circulation d'air. Un ventilateur 150 peut être situé sur la structure métallique 124, sensiblement au niveau de chaque module. En mode de fonctionnement normal, les modules de batteries sont contenus dans une enceinte 100 relativement close. Un ou plusieurs capteurs 250 situés à l'intérieur de l'enceinte 100 permettent de mesurer en continu les paramètres environnementaux de l'intérieur de l'enceinte 100.
[0038] Les modules de batteries 122 à l'intérieur de chaque cabinet 120 sont munis de capteurs qui sont opérationnellement reliés à l'unité de contrôle 130, de sorte qu'un système de gestion des batteries (SGB) situé à l'intérieur du cabinet 120 puisse contrôler et surveiller en permanence l'état des modules de batterie, en mesurant entre autres :
Date reçue / Date received 2021-11-26 - une tension : tension totale ou tensions des cellules individuelles, - une température : température moyenne, température d'entrée ou de sortie d'un liquide de refroidissement le cas échéant, ou températures des cellules individuelles, - un courant, courant entrant ou sortant du module de batterie, ou - tout autre paramètre pertinent.
Le SGB est opérationnellement relié à l'unité de contrôle 130 qui reçoit les paramètres mesurés par le SGB.
[0039] Au moins un capteur 250 situé sur une surface intérieure de l'enceinte 100 permet de mesurer des paramètres environnementaux de l'intérieur de l'enceinte. Dans certains modes de réalisation, plusieurs capteurs peuvent être placés à
l'intérieur de l'enceinte. Ces différents capteurs 250 sont capables de mesurer plusieurs paramètres environnementaux, incluant par exemple :
- une température à l'intérieur de l'enceinte, - un taux d'hydrogène, - un taux de monoxyde de carbone, - un taux de dioxyde de carbone, - un taux de gaz, - un taux de fumée, - un taux de vapeur d'électrolyte.
Ces capteurs 250 sont également opérationnellement reliés à l'unité de contrôle 130. La mesure ou détection d'autres paramètres indicatifs d'emballement thermique peut être envisagée.
[0040] La figure 5 représente l'unité de contrôle 130, selon un mode de réalisation possible. Dans le présent cas, l'unité de contrôle 130 est un système de contrôle, de puissance et de communication. Dotée d'au moins un processeur, l'unité de contrôle 130 permet de gérer le fonctionnement de l'unité de stockage d'énergie 10. Outre le système de gestion des batteries (SGB), qui permet de contrôler l'état des batteries, l'unité de contrôle héberge également, dans certains modes de réalisation, un module de communication, permettant de superviser, visualiser et contrôler de manière distante les différentes opérations de l'unité de stockage d'énergie 10. L'unité de contrôle 130 peut également être dotée d'un indicateur sonore et/ou visuel 132, permettant une communication rapide et efficace aux opérateurs qui se trouveraient à
proximité physique Date reçue / Date received 2021-11-26 de l'unité de stockage d'énergie 10, dans le cas d'un problème technique tel qu'un emballement thermique.
[0041] L'unité de contrôle 130 reçoit ainsi des signaux ou des valeurs mesurées par le capteur 250 ainsi que par les capteurs de batteries, et analyse, soit périodiquement ou en continu, les valeurs mesurées des différents paramètres. Lorsque la valeur mesurée d'au moins un des paramètres est identifiée comme étant à l'extérieur d'une plage de valeurs déterminées, ou lorsque le taux de variation d'au moins une des valeurs mesurées est supérieur à une valeur déterminée, alors un phénomène d'emballement thermique est présumé actif. Différents critères peuvent être envisagés pour déterminer une situation ou phénomène d'emballement thermique, basés sur les signaux et/ou valeurs mesurées à
partir des capteurs.
[0042] Par exemple, l'unité de contrôle peut être configurée pour déterminer qu'un phénomène d'emballement thermique est en cours si la température des modules de batterie excède 80 Celsius, si le taux d'hydrogène dans l'enceinte est supérieur à 50ppm, ou encore si la présence de fumée est détectée. Les exemples donnés ne sont qu'indicatifs : les valeurs déterminées pour détecter un phénomène d'emballement thermique peuvent être différentes, et les paramètres également.
[0043] Les figures 6 et 7 représentent une enceinte 100 de l'unité de stockage d'énergie 10, dans son mode de fonctionnement dit normal. L'enceinte 100 comprend quatre faces latérales 111, 112, 113 et 114, une face supérieure 110 et une face inférieure (non montrée). Dans certains modes de réalisation, les faces latérales 111 et 113 sont équipées de portes permettant d'accéder aux cabinets qui hébergent les modules de batteries. Un CVAC 140 est connecté à l'enceinte sur une autre des faces latérales 112.
La face latérale 114 est connectée à l'unité de contrôle 130. Dans le mode de réalisation présenté, la face supérieure 110 comprend deux panneaux mobiles 211 et 212.
Ces deux panneaux mobiles 211 et 212 sont articulés autour de leurs charnières respectives 218, en ce cas fixées sur un montant transversal, et sont configurables entre une position fermée et une position ouverte à l'aide d'un actionneur 220 contrôlable. Les figures 6 et 7 représentent les deux panneaux mobiles 211 et 212 en position fermée.
[0044] Selon un mode de réalisation présenté, l'actionneur 220 contrôlable comprend un verrou 230 et un moyen d'extension 240. Le verrou 230 permet de maintenir Date reçue / Date received 2021-11-26 les panneaux mobiles 211 et 212 en position fermée. Le verrou 230 peut être un verrou magnétique ou un verrou solénoïdal, ou tout autre type de verrou contrôlable électriquement ou électroniquement. Un verrou magnétique est composé de deux pièces métalliques en contact l'une sur l'autre. Ces pièces métalliques deviennent magnétisées lorsqu'un courant électrique les traverse, sécurisant ainsi le verrou en position fermée (verrouillé). Pour déverrouiller le verrou magnétique, il suffit simplement de couper l'alimentation de ce verrou. Le verrou magnétique a donc l'avantage de passer en mode déverrouillé automatiquement lorsqu'une coupure de courant prolongée se produit.
Cependant, un verrou solénoïdal peut aussi être utilisé dans certains modes de réalisation. Un verrou solénoïdal utilise un courant électrique pour contracter le solénoïde contenu à l'intérieur du verrou et ainsi déverrouiller le verrou. Ce verrou solénoïdal requiert donc une source de courant pour être désactivé. Dans certains modes de réalisation, d'autres types de verrous, contrôlables par un signal électrique ou électronique provenant de l'unité de contrôle 130, peuvent être utilisés.
[0045] Le moyen d'extension 240 permet bouger les panneaux mobiles 211 et 212 de la position fermée à la position ouverte. Le moyen d'extension 240 peut être un ressort (métallique ou à air), un vérin électrique, un vérin pneumatique, un vérin mécanique, ou tout autre moyen passif ou contrôlable électriquement/électroniquement et permettant de placer les panneaux mobiles 211 et 212 en position ouverte. Par exemple, dans un mode de réalisation, les panneaux mobiles 211 et 212 pourraient être déployés en position ouverte par l'action d'un torque situé au niveau de la charnière 218, ou bien par un système de poulie et de contrepoids engagés lors de l'ouverture du verrou 230.
[0046] L'unité de stockage d'énergie 10 étant destinée à être utilisée en extérieur, un couvercle de protection 300 peut aussi être utilisé. Ce couvercle de protection 300 permet de protéger l'unité de stockage des intempéries telles que la pluie, la neige, le verglas ou les grêlons, et vient se positionner sur la face supérieure 110 de l'enceinte 100.
Légèrement surélevé par rapport à la face supérieure 110, il doit avoir un dégagement suffisant pour permettre l'ouverture des panneaux mobiles 211 et 212. Les quatre faces latérales du couvercle de protection 300 sont dotées de moyens d'aération 310.
Dans l'exemple illustré, ces moyens d'aération 310 comprennent de petites ouvertures qui permettent une circulation des fluides de l'intérieur de l'enceinte 100 vers l'extérieur, et permettent ainsi l'échappement des gaz en cas d'emballement thermique.
Date reçue / Date received 2021-11-26
[0047] Les figures 8 et 9 représentent une enceinte 100 de l'unité de stockage d'énergie 10, en mode de contrôle d'emballement thermique. Dans le cas où
l'unité de contrôle 130 détecte un phénomène d'emballement thermique, l'unité de contrôle transmet la commande de désactivation du verrou 230, ce qui active le moyen d'extension 240, de sorte que les deux panneaux mobiles 211 et 212 bougent de la position fermée à
la position ouverte. Dans l'exemple illustré, les panneaux s'ouvrent à environ 25 par rapport à l'horizontale, selon une rotation autour de l'axe de la charnière 218. Dans cette configuration, les gaz contenus à l'intérieur de l'enceinte peuvent facilement s'évacuer à
l'extérieur, par l'ouverture créée par les panneaux mobiles 211 et 212, puis au travers des moyens d'aération 310 du couvercle de protection 300. Les panneaux peuvent s'ouvrir avec une ouverture différente, pour autant que les gaz dégagés par le phénomène thermique puissent s'échapper de l'enceinte.
[0048] La figure 10 représente un autre mode de réalisation, dans lequel l'unité
de stockage d'énergie 10 comprend une seule enceinte 100 pour loger un ou plusieurs cabinets de modules de batteries, et un seul panneau mobile 210, situé sur l'une des quatre faces latérales de l'enceinte 100, et articulé autour d'une charnière 218 pour passer d'une position fermée (verticale) à une position ouverte (formant un angle d'environ 45 par rapport à la verticale). L'enceinte est aussi connectée à une unité de contrôle (non montrée) qui permet de désactiver un verrou 230 et d'activer le moyen d'extension 240 dans le cas d'un phénomène d'emballement thermique.
[0049] Il est entendu que les modes de réalisation décrits en lien avec les figures 1 à 11 ne sont que deux modes de réalisations possibles, parmi d'autres.
Ainsi, une unité
de stockage d'énergie pourrait comprendre un nombre différent d'enceintes de modules de batteries. L'unité de contrôle pourrait être disposée autrement, et comprendre différents sous-modules. Selon la localisation géographique où l'unité de stockage de batterie est située, le module CVAC peut être optionnel. Selon un mode de réalisation, le module CVAC peut être remplacé ou complété par un système doté de ventilateurs. Un nombre différent de panneaux mobiles peut être considérés, et ainsi que d'autres types d'actionneurs contrôlables, pour ouvrir les panneaux en cas de détection d'emballement thermique.
[0050] Les figures 11 et 12 présentent des diagrammes fonctionnels comprenant les étapes permettant de réaliser le contrôle d'un phénomène d'emballement thermique Date reçue / Date received 2021-11-26 détecté au sein d'une unité de stockage d'énergie, selon un mode de réalisation possible.
La première étape 400 consiste à mesurer, préférablement en continu, à l'aide d'au moins un capteur, un ou des paramètres environnementaux de l'unité de stockage 10.
Ce capteur, ainsi que le système de gestion des batteries (SGB), transmettent différents paramètres environnementaux et d'opération de l'unité de stockage 10, incluant par exemple un ou plusieurs des paramètres énumérés ci-haut, telle la température;
la concentration ou variation de gaz; la présence de fumée.
[0051] Ces paramètres sont transmis à l'unité de contrôle 130 qui analyse ces paramètres et les compare à une plage de valeur. Lorsque la valeur mesurée d'au moins un des paramètres est identifiée comme étant à l'extérieur d'une plage de valeurs déterminées, ou lorsque le taux de variation d'au moins une des valeurs mesurées est supérieur à une valeur déterminée, alors un phénomène d'emballement thermique est détecté 500. Il est également possible que la comparaison des valeurs mesurées soit réalisée à même les capteurs, et que l'information transmise du ou des capteurs vers l'unité de contrôle inclue une indication de la présence d'emballement thermique.
[0052] En référence à la figure 12, des exemples de paramètres mesurés incluent la température des modules de batteries 410, la température à l'intérieur de l'enceinte 420, la présence de fumée 430, ou le taux d'hydrogène dans l'enceinte 440. Les valeurs mesurées sont transmises à l'unité de contrôle 130 qui reçoit les paramètres, analyse les paramètres et compare ces paramètres aux plages de valeurs prédéterminées. Les plages de valeurs permettant d'identifier un phénomène d'emballement thermique peuvent également être ajustées en fonction de la configuration de l'unité et du type de batteries. Par exemple, le taux d'hydrogène acceptable dans l'enceinte peut être déterminé en fonction de la limite inférieure d'inflammabilité (LII) de l'hydrogène. Si la concentration d'hydrogène dépasse la LII, ce dernier peut s'enflammer avec l'air à
température et pression normales. En dessous de la LII, le mélange hydrogène/air ne s'enflamme pas. La LLI est normalement exprimée en pourcentage en volume dans l'air.
Dans un mode de réalisation possible, la concentration en hydrogène dans l'enceinte ne doit pas dépasser 25% de la LII. La LII de l'hydrogène étant communément de 4%
(% par volume), le seuil de détection d'un phénomène d'emballement thermique pourrait être fixé
à 1% par volume d'hydrogène (25% de 4 %). Le seuil de détection peut aussi être exprimé
en partie par million (ppm). Dans ce cas, le seuil d'hydrogène pour la détection d'un phénomène d'emballement thermique pourra être fixé à 50ppm, ou 100ppm 440, qui sont Date reçue / Date received 2021-11-26 des valeurs nettement inférieures au seuil de 25% de la LII. Dans un mode de réalisation, d'autres taux de gaz pourraient être mesurés et utilisés pour détecter un phénomène d'emballement thermique. Les taux de gaz qui pourraient également être mesurés comprennent, sans s'y limiter, des gaz tels que LiF (fluorure de lithium), POF3 (fluorure de phosphoryle), PF5 (pentafluorure de phosphoryle) HF (fluorure d'hydrogène), H20 (vapeur d'eau), ou d'autres gaz d'électrolyte qui peuvent être libérés dans l'enceinte 100 dans le cas d'un emballement thermique. Ces exemples sont donnés à titre indicatif seulement, et d'autres limites peuvent être fixées.
[0053] La température des modules de batteries, transmise par le SGB, peut également être utilisée pour la détection d'un phénomène d'emballement thermique. En effet, si une cellule est en phénomène d'emballement thermique, il y a un risque que cette cellule entraîne les cellules adjacentes, créant ainsi une série d'emballements thermiques en cascade. Dans un certain mode de réalisation, les mesures pour limiter le phénomène d'emballement thermique pourraient être déclenchées si la température d'au moins un des modules de batterie excède 80 Celsius 412. D'autres seuils de température peuvent être fixés selon la configuration des modules de batteries dans l'enceinte de l'unité de stockage.
[0054] Dans un mode de réalisation, la tension totale du module ou la tension individuelle des cellules de batteries pourrait également être utilisée pour la détection d'un phénomène d'emballement thermique. En effet, une tension trop élevée ou trop basse pourrait être indicative d'un phénomène d'emballement thermique.
[0055] Lorsqu'un phénomène d'emballement thermique 500 est détecté par l'unité
de contrôle 130, une série d'étapes peut alors se produire, de manière plus ou moins parallèle. Les étapes 550, 560, 600, 700, 750 et 800 telles que représentées sur la figure 12 sont décrites ci-dessous dans un certain ordre. Il est important de noter que cet ordre est modulable et que les étapes 550, 560, 600, 700, 750 et 800 peuvent être exécutées dans un ordre différent ou bien simultanément.
[0056] L'étape 550 consiste en générer une alarme visuelle et/ou sonore.
L'information de phénomène d'emballement thermique est transmise par l'unité
de contrôle 130 à l'un indicateur sonore et/ou visuel 132 situé sur une face visible de l'unité
de contrôle. Cette alarme visuelle (lumière clignotante) et/ou sonore (sirène) permet Date reçue / Date received 2021-11-26 d'informer les personnes qui se trouveraient physiquement proches de l'unité
de stockage d'énergie 10 qu'une situation exceptionnelle s'est produite et que la zone avoisinant l'unité
de stockage d'énergie 10 est potentiellement dangereuse.
[0057] L'étape 560 consiste à arrêter l'activité de l'unité de stockage d'énergie 10.
Dans certains modes de réalisation, les cabinets de batteries peuvent inclure un interrupteur interne (tel qu'un relais ou autre dispositif de coupure contrôlable). Cet interrupteur interne est contrôlé par le SGB contenu dans l'unité de contrôle 130. En cas de phénomène d'emballement thermique, les modules de batteries sont déconnectés grâce à cet interrupteur interne, en empêchant ainsi leur fonctionnement.
[0058] L'étape 600 consiste à forcer le CVAC 140 en mode d'économie d'énergie.
Quelles que soient les conditions de températures extérieures, l'unité de contrôle 130 peut être configurée de façon à forcer le CVAC 140 à opérer en mode économie, dans le cas d'un phénomène d'emballement thermique. Ainsi, le CVAC opère comme une soufflerie qui aspire l'air extérieur pour le propulser à l'intérieur de l'enceinte 100, permettant de diluer la concentration de gaz explosifs à l'intérieur de l'enceinte et/ou d'évacuer les gaz explosifs de l'unité de stockage. Cette étape est optionnelle et n'est pas requise dans les modes de réalisation qui ne possèdent pas de CVAC.
[0059] L'étape 700 consiste à démarrer tous les ventilateurs 150 de l'enceinte 100. La structure métallique 124 située à l'intérieur de l'enceinte 100 est équipée d'une pluralité de ventilateurs 150, chaque ventilateur pouvant être associé à au moins un module et situé en face de ce dernier. Dans le cas d'un phénomène d'emballement thermique, au moins certain, et préférablement tous les ventilateurs 150 sont activés à
puissance maximale, pour favoriser la circulation de l'air froid et des gaz au travers de l'enceinte. Cette étape est optionnelle et n'est pas requise dans les modes de réalisation qui ne possèdent pas de ventilateurs.
[0060] L'étape 750 consiste à envoyer une alerte à une centrale de premiers répondants. Dans un mode de réalisation où l'unité de contrôle 130 héberge également un module de communication, un message d'alerte peut être transmis automatiquement via le module de communication aux premiers répondants. Les premiers répondants sont dans la plupart des cas les pompiers, mais peuvent être aussi par exemple un service de police, de gendarmerie, un service de sécurité public ou privé, ou toute autre personne Date reçue / Date received 2021-11-26 agissant à titre de premier répondant. Cette étape 750 peut également contenir des sous-étapes subséquentes telles que connecter une source d'eau aux tuyaux qui circulent dans l'unité de stockage 10. L'interrupteur thermique de l'arroseur serait automatiquement activé avec la chaleur ambiante, et l'eau pulvérisée par les arroseurs pourrait permettre d'extraire la chaleur.
[0061]
L'étape 800 consiste à activer automatiquement un actionneur pour bouger un panneau mobile d'une position fermée, correspondant à un mode normal d'opération de l'unité de stockage, à une position ouverte, correspondant à un mode de contrôle d'emballement thermique, de sorte que la chaleur et les gaz explosifs générés par l'emballement thermique puissent s'échapper vers l'extérieur l'unité de stockage. Dans certains modes de réalisation, le panneau mobile 210 pourra être situé sur l'une des quatre faces latérales de l'unité de stockage d'énergie 10, ou bien sur la face supérieure de l'unité de stockage d'énergie 10. Dans certains modes de réalisation, le panneau mobile 210 pourra être d'une seule pièce, ou pourra être composé d'au moins deux parties mobiles. Dans le cas d'une pluralité de parties mobiles, chacune des parties mobiles peut être équipée de son propre verrou et de son propre moyen d'extension. Le cas échéant, la pluralité de verrous et de moyens d'extension seront activés simultanément.
A des fins de clarté, le texte suivant désigne un panneau mobile, un verrou et un moyen d'extension, mais il est sous-entendu que ledit un panneau peut être en deux ou plusieurs parties, avec un nombre équivalent de verrous et de moyens d'extension. Cette étape 800 peut également contenir deux sous-étapes qui consistent en déverrouiller le verrou 230, et provoquer une extension du moyen d'extension 240 relié au panneau mobile et ainsi une ouverture du panneau mobile. En fonction du type de verrou 230 utilisé, l'étape de déverrouiller le verrou peut comprendre dé-énergiser un verrou magnétique ou énergiser un verrou solénoïdal. D'autres types de verrous contrôlables peuvent être utilisés, et recevront la commande de déverrouillage de l'unité de contrôle 130 suite à la détection d'un phénomène d'emballement thermique. Dans le mode de réalisation où le panneau mobile 210 est situé sur l'une des quatre faces latérales de l'unité de stockage d'énergie 10, l'étape 800 comprend une sous-étape initiale d'attendre au moins 15 secondes entre l'étape 500 de détecter un emballement thermique et l'étape 800 d'automatiquement activer un actionneur pour ouvrir le panneau mobile. En effet, cette période d'attente permet d'assurer que toutes les personnes à proximité du site aient assimilé
l'alarme visuelle et/ou sonore et aient quitté le site, afin d'éviter une blessure lorsque le panneau Date reçue / Date received 2021-11-26 mobile 210 passe d'une position fermée (verticale) à une position ouverte (formant un angle d'environ 45 par rapport à la verticale).
[0062] Lorsque la situation est à nouveau sous contrôle, on estime que le phénomène d'emballement thermique est terminé. Dans ce cas, un opérateur pourra manuellement repositionner le panneau mobile 210 dans une position fermée, réactiver le verrou 230 pour le maintenir fermé, et relancer l'activité de l'unité de stockage d'énergie 10. Dans un mode de réalisation, la fermeture du panneau mobile 210 peut être automatisée.
[0063] Bien que certains avantages aient été décrits, la personne versée dans l'art peut découvrir d'autres avantages et/ou caractéristiques inhérents à
l'invention qui n'ont pas explicitement été décrits. En outre, bien que certaines configurations et certains modes de réalisations aient été décrits ici, il est apprécié qu'ils soient à
titre d'exemple uniquement et ne doivent pas être pris de manière à limiter la portée de l'invention.
Date reçue / Date received 2021-11-26

Claims (26)

REVENDICATIONS
1. Une unité de stockage d'énergie apte à contrôler un phénomène d'emballement thermique, l'unité de stockage d'énergie comprenant :
- une enceinte pour loger des modules de batteries permettant le stockage d'énergie;
- un panneau mobile configurable entre :
une position fermée permettant de fermer l'enceinte en mode normal d'opération de l'unité de stockage; et une position ouverte permettant à une chaleur et à des gaz explosifs situés dans l'enceinte de s'échapper vers l'extérieur de l'enceinte, en mode de contrôle d'emballement thermique;
- un actionneur contrôlable, connecté au panneau mobile, pour bouger le panneau mobile de la position fermée à la position ouverte, - au moins un capteur apte à mesurer des paramètres environnementaux de l'intérieur de l'enceinte; et - une unité de contrôle connectée audit au moins un capteur et à
l'actionneur contrôlable, l'unité de contrôle activant automatiquement l'actionneur contrôlable pour bouger le panneau de la position fermée à la position ouverte lorsqu'au moins un des paramètres environnementaux mesurés est indicatif d'emballement thermique, de sorte que la chaleur et les gaz explosifs générés par l'emballement thermique puissent s'échapper à
l'extérieur de l'enceinte.
2. L'unité de stockage d'énergie selon la revendication 1, dans laquelle ledit au moins un capteur est apte à mesurer les paramètres environnementaux comprenant au moins un parmi : une température à l'intérieur de l'enceinte, une température des modules de batteries, un taux d'hydrogène, un taux de monoxyde de carbone, un taux de dioxyde de carbone, un taux de gaz, un taux de fumée et un taux de vapeur d'électrolyte.
Date reçue / Date received 2021-11-26
3. L'unité de stockage d'énergie selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle l'actionneur comprend un verrou et un moyen d'extension.
4. L'unité de stockage d'énergie la revendication 3, dans laquelle le verrou comprend un verrou magnétique ou un verrou solénoïdal.
5. L'unité de stockage d'énergie selon la revendication 3 ou 4, dans laquelle le moyen d'extension est choisi du groupe comprenant : un ressort, un vérin électrique, un vérin pneumatique et un vérin mécanique.
6. L'unité de stockage d'énergie selon l'une quelconque des revendications 1 à
5, comprenant en outre un module de chauffage, ventilation et air conditionné
(CVAC), l'unité de contrôle activant le module CVAC pour aspirer l'air extérieur vers l'intérieur de l'enceinte lorsqu'au moins un des paramètres mesurés est indicatif d'emballement thermique.
7. L'unité de stockage d'énergie selon l'une quelconque des revendications 1 à
6, dans laquelle l'enceinte comprend quatre faces latérales, le panneau mobile étant situé sur l'une des quatre faces latérales de l'enceinte.
8. L'unité de stockage d'énergie selon l'une quelconque des revendications 1 à
6, dans laquelle le panneau mobile est situé sur une face supérieure de l'enceinte.
9. L'unité de stockage d'énergie selon la revendication 8, dans laquelle l'enceinte comprend un couvercle de protection muni de moyens d'aération, le couvercle étant situé au-dessus du panneau mobile, permettant de protéger l'unité de stockage des intempéries tout en permettant l'ouverture du panneau mobile et l'échappement des gaz en cas d'emballement thermique.
10. L'unité de stockage d'énergie selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans laquelle le panneau mobile comprend au moins deux parties mobiles.
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11. Une méthode pour contrôler un phénomène d'emballement thermique d'une unité de stockage d'énergie comprenant des modules de batteries, la méthode comprenant les étapes suivantes :
a) mesurer, à l'aide d'au moins un capteur, des paramètres environnementaux situés à l'intérieur de l'unité de stockage;
b) déterminer un emballement thermique lorsqu'au moins un des paramètres mesurés ou lorsque le taux de variation d'au moins un des paramètres mesurés est à l'extérieur d'une plage de valeurs prédéterminées, associée audit au moins un paramètre; et c) automatiquement activer un actionneur pour bouger un panneau mobile d'une position fermée, correspondant à un mode normal d'opération de l'unité
de stockage, à une position ouverte, correspondant à un mode de contrôle d'emballement thermique, de sorte qu'une chaleur et des gaz explosifs générés par l'emballement thermique puissent s'échapper vers l'extérieur l'unité de stockage.
12. La méthode selon la revendication 11, dans laquelle l'étape a) comprend mesurer, à l'aide dudit au moins un capteur, les paramètres environnementaux comprenant au moins un parmi : une température à l'intérieur de l'unité de stockage, une température des modules de batteries, un taux d'hydrogène, un taux de monoxyde de carbone, un taux de dioxyde de carbone, un taux de gaz, un taux de fumée et un taux de vapeur d'électrolyte.
13. La méthode selon la revendication 11 ou 12, dans laquelle l'étape b) comprend :
- comparer des valeurs respectives des paramètres mesurés à des plages de valeurs prédéterminées associées auxdits paramètres, et - détecter, par une unité de contrôle, le phénomène d'emballement thermique.
14. La méthode selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, dans laquelle une des plages de valeurs prédéterminées comprend un taux d'hydrogène inférieur à 50 ppm.
Date reçue / Date received 2021-11-26
15. La méthode selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, dans laquelle une des plages de valeurs prédéterminées comprend une température des modules de batteries inférieure à 80 Celsius.
16. La méthode selon l'une quelconque des revendications 11 à 15, dans laquelle l'étape c) d'activer l'actionneur comprend une étape de déverrouiller un verrou, permettant une extension d'un moyen d'extension relié au panneau mobile et ainsi une ouverture du panneau mobile.
17. La méthode selon la revendication 16, dans laquelle déverrouiller un verrou comprend dé-énergiser un verrou magnétique ou énergiser un verrou solénoïdal.
18. La méthode selon l'une quelconque des revendications 11 à 17, comprenant une étape d'activer un module CVAC dans un mode où l'air extérieur est aspiré à
l'intérieur de l'unité de stockage, permettant d'évacuer les gaz explosifs de l'unité
de stockage.
19. La méthode selon l'une quelconque des revendications 11 à 18, dans laquelle le panneau mobile s'ouvre sur une face supérieure de l'unité de stockage.
20. La méthode selon l'une quelconque des revendications 11 à 18, dans laquelle le panneau mobile s'ouvre sur au moins une des quatre faces latérales de l'unité
de stockage.
21. La méthode selon l'une quelconque des revendications 11 à 20, dans laquelle l'étape c) comprend une étape d'actionner au moins deux parties du panneau mobile via un premier et un second actionneur contrôlable par l'unité de contrôle.
22. La méthode selon l'une quelconque des revendications 11 à 21, comprenant une étape d'arrêter un fonctionnement des modules de batterie lorsqu'un emballement thermique est détecté.
23. La méthode selon l'une quelconque des revendications 11 à 22, comprenant une étape d'envoyer une alerte à une centrale de premiers répondants lorsqu'un emballement thermique est détecté.
Date reçue / Date received 2021-11-26
24. La méthode selon l'une quelconque des revendications 11 à 23, comprenant une étape d'émettre un indicateur sonore et/ou visuel lorsqu'un emballement thermique est détecté.
25. La méthode selon la revendication 23, comprenant une étape d'attendre une période prédéterminée après l'émission de l'indicateur, avant d'activer automatiquement l'actionneur.
26. La méthode selon l'une quelconque des revendications 11 à 24, comprenant une étape d'activer des ventilateurs associés aux modules de batteries lorsqu'un emballement thermique est détecté.
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