EP4073876A1 - Pack de batterie avec circuit de refroidissement - Google Patents

Pack de batterie avec circuit de refroidissement

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EP4073876A1
EP4073876A1 EP20820435.4A EP20820435A EP4073876A1 EP 4073876 A1 EP4073876 A1 EP 4073876A1 EP 20820435 A EP20820435 A EP 20820435A EP 4073876 A1 EP4073876 A1 EP 4073876A1
Authority
EP
European Patent Office
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cells
cooling fluid
module
battery pack
lower casing
Prior art date
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Pending
Application number
EP20820435.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Thierry Tourret
David Leray
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Ampere SAS
Original Assignee
Renault SAS
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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Definitions

  • the present invention relates to a battery pack for receiving at least one battery module comprising a plurality of interconnected cells and equipped with a cooling circuit for circulating in the pack a cooling fluid.
  • Li-ion batteries intended to supply the traction chain of electric or hybrid vehicles.
  • Li-ion batteries are particularly suitable for powering the powertrain of an electric or hybrid vehicle.
  • a Li-ion cell is an elementary component, which contains a certain amount of electrolyte, through which lithium ions can migrate between a cathode and an anode, in order to store or deliver energy. electric.
  • a Li-ion battery a plurality of Li-ion cells are first assembled and connected in series and / or in parallel to form a module, then a plurality of modules are assembled and connected in series and / or in parallel to form a "pack" according to Anglo-Saxon terminology.
  • a battery pack generally comprises several modules connected to one another, themselves made up of several cells connected to one another and a support structure for its various elements.
  • Patent document CN106110537 discloses a device for protecting against the risk of fire in the event of thermal runaway of a Li-ion battery.
  • the battery is equipped with a temperature sensor as well as a water supply circuit and a liquid nitrogen supply circuit, allowing water to circulate in the battery pack, respectively water. 'liquid nitrogen.
  • a temperature sensor as well as a water supply circuit and a liquid nitrogen supply circuit, allowing water to circulate in the battery pack, respectively water. 'liquid nitrogen.
  • the temperature detected exceeds a certain threshold, one or the other of the two water and liquid nitrogen supply circuits is activated so as to cool the battery during an initial phase of thermal runaway d '' a battery cell and, where appropriate, fire extinguishing when the battery is on fire.
  • the liquid nitrogen supply circuit is activated causing the spraying of liquid nitrogen from above on the cells of the battery and when the temperature becomes above the upper threshold, the spraying of liquid nitrogen is stopped, while the water supply circuit is activated causing the spraying of a water mist from above onto the battery cells.
  • This device is relatively complex to implement since it requires equipping the battery with two different cooling circuits, respectively the liquid nitrogen supply circuit and the water supply circuit, further to the detriment size and cost.
  • the simple action of spraying liquid nitrogen or water from above on the cells of the battery modules may prove insufficient to prevent a fire in the event of an excessive rise in temperature, or to ensure its extinction. complete.
  • an aim of the invention is to provide a battery pack free from at least one of the previously mentioned limitations.
  • the invention relates to a battery pack of an electric or hybrid motor vehicle consisting of an upper casing and a lower casing defining an internal enclosure in which is housed at least one module of battery comprising a plurality of interconnected electrochemical cells, the pack being equipped with a cooling circuit making it possible to circulate in the pack a cooling fluid intended to be projected onto said at least one module by means of projection nozzles, characterized in that the cooling circuit is adapted to ensure circulation of the cooling fluid in a closed circuit inside the pack, with a pump arranged in the internal enclosure capable of recirculating, to the projection nozzles, the cooling fluid sprayed onto said at least one module and collected in a double bottom formed under a bottom wall of the lower casing via discharge openings made in the bottom wall of the lower casing.
  • a hot-melt sealing element is placed inside each discharge orifice, capable of melting so as to allow said at least discharge orifice to be closed when a determined temperature threshold is reached, preventing the discharge to the double bottom of the lower casing of the cooling fluid sprayed onto said at least one module, so as to allow the cells of said at least one module to be submerged.
  • each outlet opening to the double bottom can be closed in the event of an excessive rise in temperature.
  • the temperature threshold is adapted to cause the melting of the hot-melt sealing elements when a thermal runaway phenomenon is triggered inside the cells, which can then ignite inside the pack. This makes it possible to raise the level of cooling fluid which continues to be projected onto the cells in said at least one module, until the cells are flooded. This effectively stops the spread of the fire from the cells.
  • a passage hole opening into the double bottom of the lower casing is formed in the bottom wall of the lower casing for the passage of the cooling fluid, the pump comprising a suction nozzle engaged through said passage hole and plunging into the double bottom.
  • the plurality of cells is juxtaposed in a receiving volume of each module with at least one intermediate space between two elementary cells of said at least module, so as to allow the passage of the cooling fluid between two cells of said at least a module.
  • the intermediate space consists of an intermediate plate extending between two cells, the opposite faces of which are grooved to create channels for the passage of fluid along the cells.
  • the invention also relates to a motor vehicle comprising an electric traction chain, characterized in that it comprises a battery pack as described above.
  • FIG. 1 is a vertical sectional view of a battery pack according to an exemplary embodiment according to the invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of a module of the battery pack shown in figure;
  • FIG. 3 is a detailed perspective sectional view in exploded view of a lower part of the battery pack shown in figure;
  • FIG. 4 is a detailed perspective sectional view in unexploded view of the lower part of the battery pack illustrated in FIG.
  • FIG. 5 is a detailed perspective sectional view of the lower part of the battery pack with two discharge openings formed at the bottom of the lower casing, shown respectively in plugged and unclogged configuration.
  • Figure 1 is a side sectional view of a traction battery pack 1 of a motor vehicle of the electric or hybrid type, equipped with at least one electric traction chain.
  • the pack 1 is essentially constituted by a lower casing 2, for example of aluminum, closed by an upper casing 3, also of aluminum.
  • the lower 2 and upper 3 casing delimit an internal enclosure in which is arranged at least one and preferably several modules 4 of interconnected electrochemical cells 5, of Li-ion type.
  • the pack 1 encloses two modules 4 of ten interconnected electrochemical cells 5, preferably of parallelepiped shape.
  • the cells 5 are kept parallel to each other and at a distance respectively from each other by intermediate plates 6, the role of which is to allow the passage of a cooling fluid projected from the top of the modules. between cells.
  • Figure 2 shows a detail perspective view of a module 4, and inside the intermediate plates 6, regularly spaced and parallel to each other, between which will be inserted the cells as shown in Figure 1.
  • the module 4 consists of an envelope of substantially square cross section, with an upper opening 41, opposite a lower opening 42. Inside the envelope 4, each of the intermediate plates 6 extends substantially over the entire length. height of the casing 4 and has two opposing surfaces 61, 62. The two opposing surfaces 61, 62 of the plates 6 are grooved. They thus have grooves 63 which extend which extend over the entire height of the plates 6 between the upper and lower openings of the casing of the module 4.
  • the upper housing 3 has an internal cavity 33 formed of two opposite walls, respectively an external wall 31 and an internal wall 32, spaced from each other, extending directly above the two modules 4 of cells 5 housed in battery pack 1.
  • the internal wall 32 is provided with a plurality of projection nozzles 30 coming opposite the upper opening 41 of the modules and of the cells which are arranged therein.
  • the projection nozzles 30 are provided to make it possible to project a cooling fluid injected into the internal cavity 33 of the upper casing 3, as will be described in more detail below, onto the battery modules 4 arranged in the internal enclosure of the battery. pack under the upper casing 3 thereof.
  • the coolant is a dielectric fluid, in other words, it does not carry a charge, so as not to short-circuit the cells.
  • the heat transfer fluid is, for example, a polyethylene glycol or else a mineral oil.
  • the cooling fluid thus projected by the projection nozzles 30 on the upper part of the battery modules 4 flows between the cells 5 and the spacer plates 6 of the battery modules, along the grooves, up to bottom 20 of the lower casing 2. In doing so, a heat exchange takes place between the cells and the cooling fluid, so as to be able to remove the thermal energy released by the cells.
  • the heated cooling fluid flows then by gravity through discharge orifices 21 formed in a bottom wall 20 of the lower casing 2, preferably comprising at least one discharge orifice formed opposite the lower opening 42 of each of the modules 4 arranged in the pack.
  • the heated cooling fluid, collected by the discharge orifices 21, flows through these orifices 21 into a double bottom 23 of the lower casing 2 formed by a lower wall 22 of the lower casing 2 opposite to the bottom wall 20 of the casing. lower 2, the two lower walls 22 and bottom 20 of the lower casing being spaced apart from one another.
  • the double bottom 23 of the lower casing thus extends under the bottom wall 20 of the lower casing 2, facing the lower opening of the modules.
  • the double bottom 23 of the lower casing 2 and the internal cavity 33 of the upper casing 3 are interconnected by means of a pump 7, located in the enclosure of the battery pack 1, next to the modules 4 To do this, the internal wall 32 of the upper casing 3 has, substantially in line with the pump 7, an orifice 34, opening into the internal cavity 33 of the upper casing 3. This orifice 34 is surmounted by a nozzle fitted into a supply duct 8, extending to the pump 7.
  • the bottom wall 20 of the lower casing 2 has at the level of the pump 7, a passage hole 26 opening into the double bottom 23 of the lower casing 2.
  • the pump 7 has a suction nozzle 71 engaged through the passage hole 26 and plunging into the double bottom 23 of the lower casing 2.
  • the start-up of the pump 7 therefore causes the circulation of the cooling fluid in a closed circuit inside the pack 1 as follows.
  • the fluid of cooling is first drawn inside the double bottom 23 of the lower casing through the passage hole 26.
  • the cooling fluid is then considered to be cold at the level of the passage hole 26. It is therefore sucked in by the spout.
  • suction 71 of the pump 7 to be delivered under pressure through the supply duct 8 according to the arrow F.
  • the cooling fluid then flows under pressure into the internal cavity 33 of the upper casing 3. Then, it is injected under pressure through the projection nozzles 30 so as to form a spray mist P above the modules 4.
  • the cooling fluid then flows by gravity along the cells 5 in the passage channels formed by the grooves 63 of the intermediate plates 6, arranged between the cells 5, according to the arrows T.
  • the cooling fluid stores thermal energy produced by them, then it always travels by gravity on the par oi bottom 20 of the lower casing 2, to then flow through the discharge openings 21 inside the double bottom 23 of the lower casing 2.
  • the cooling fluid thus heated tends to lose the thermal energy qu 'it has accumulated in contact with the cells, at the bottom wall 22 which is for example in ambient air.
  • the distance between the lower wall 22 and the bottom wall 20 being small with regard to their surface, the cooling fluid is in the form of a thin layer through the double bottom 23 of the lower casing and therefore its cooling is rapid. . Therefore, when the coolant is sucked again through the through hole 26, it is considered to be cold to begin another cycle of cooling cells 5.
  • the battery cells may ignite inside the pack, when they cross a temperature threshold.
  • the battery cell cooling cycle just described may be insufficient to prevent or contain the spread of this fire.
  • the discharge orifices 21 are each equipped with a hot-melt sealing element 24, incorporated inside the orifice and intended to enable said discharge orifices to be closed in the event of excessive elevation of temperature and thus allow the modules to be flooded.
  • the hot-melt shutter elements 24 are in the form of a pellet of hot-melt material, placed inside each discharge port 21 and comprising a central bore 25 to allow the passage of the cooling fluid to the double bottom 23 of the lower casing 2, each pellet having an ability to melt to plug the discharge orifice 21 when a predetermined temperature is reached.
  • each discharge orifice 21 formed in the bottom wall 20 of the lower casing 2 is delimited by an inner peripheral face 210 which is substantially frustoconical, converging from the top at the bottom, between an upper opening 211 on the side of the internal enclosure and a lower opening 212 on the side of the double bottom 23 of the lower casing 2.
  • the hot-melt pellets 24 are incorporated inside the discharge orifices 21 in such a way to come to match their inner peripheral face 210, while the central bore 25 of the pellets makes it possible to provide a passage for the cooling fluid between the upper 211 and lower 212 openings of the discharge orifices 21.
  • the hot-melt material of the pellet 24 flows into the double bottom 23 and comes to agglomerate in contact with the internal wall 22 in line with the lower opening 212 of the orifice d. 'evacuation 21, until a plug is formed which clogs said opening.
  • the discharge port 21 located on the left in Figure 5 is shown in this plugged configuration.
  • the hot-melt pellet 24 associated with each discharge orifice 21 thus makes it possible to close the passage of fluid provided under a module towards the double bottom 23 of the lower casing 2, when a predetermined temperature is reached, preventing the discharge of the fluid from cooling in the double bottom 23 of the lower casing 2.
  • the melting of a hot-melt pellet 24 associated with a discharge orifice 21 arranged under a module 4 of the battery causes the module to be filled with the cooling fluid, that - here continuing to sprinkle the cells from above, which makes it possible to flood, at least partially, the cells within the module.
  • This arrangement is particularly effective in stopping the spread of a fire in the event of a thermal runaway phenomenon occurring inside the cells.

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Abstract

L'invention concerne un pack de batterie d'un véhicule automobile électrique ou hybride constitué d'un carter supérieur (3) et d'un carter inférieur (2), le pack étant équipé d'un circuit de refroidissement permettant de faire circuler dans le pack un fluide de refroidissement destiné à être projeté sur des modules de batterie par l'intermédiaire de buses de projection (30), caractérisé en ce que le circuit de refroidissement est adapté pour assurer une circulation du fluide de refroidissement en circuit fermé à l'intérieur du pack, avec une pompe (7) agencée dans l'enceinte interne du pack apte à faire recirculer, à destination des buses de projection, le fluide de refroidissement projeté sur les modules et collecté dans un double fond (23) ménagé sous une paroi de fond (20) du carter inférieur (2) par l'intermédiaire d'orifices d'évacuation (21) pratiqués dans la paroi de fond du carter inférieur.

Description

Description
Titre de l'invention : Pack de batterie avec circuit de refroidissement
[0001] La présente invention concerne un pack de batterie destiné à recevoir au moins un module de batterie comprenant une pluralité de cellules interconnectées et équipé d’un circuit de refroidissement permettant de faire circuler dans le pack un fluide de refroidissement.
[0002] Elle s'applique notamment, mais pas exclusivement, aux batteries Lithium- ion (Li-ion) destinées à alimenter la chaîne de traction des véhicules électriques ou hybrides.
[0003] De par leur tension élevée et leur forte densité d’énergie, les batteries Li-ion sont particulièrement adaptées pour alimenter la chaîne de traction d’un véhicule électrique ou hybride. Dans une telle batterie, une cellule Li-ion est un composant élémentaire, qui renferme une certaine quantité d’électrolyte, à travers lequel peuvent migrer des ions de lithium entre une cathode et une anode, afin de stocker ou de délivrer de l'énergie électrique. Dans une batterie Li-ion, une pluralité de cellules Li-ion sont d’abord assemblées et connectées en série et/ou en parallèle pour former un module, puis une pluralité de modules sont assemblés et connectés en série et/ou en parallèle pour former un « pack » selon la terminologie anglo-saxonne. Ainsi, un pack de batterie comporte en général plusieurs modules connectés entre eux, eux-mêmes constitués de plusieurs cellules connectées entre elles et une structure de support de ses différents éléments.
[0004] Dans le cas d’une défaillance d’une ou plusieurs cellules dans un pack de la batterie, un phénomène d’emballement thermique peut se déclencher à l’intérieur des cellules. En l’absence de dispositifs de sécurité comme ceux mis en oeuvre par la demanderesse, ce phénomène d’emballement thermique peut s’étendre à tout le pack et entraîner un incendie dès lors que les cellules franchissent un seuil de température. S’agissant d’un feu d’origine chimique, il est très difficile à éteindre, surtout si l’on considère qu’il est confiné dans l’enceinte quasiment close hermétiquement formé par le pack. [0005] Le document de brevet CN106110537 fait connaître un dispositif de protection contre les risques d’incendie en cas d’emballement thermique d’une batterie Li-ion. La batterie est équipée d’un capteur de température ainsi que d’un circuit d’alimentation en eau et d’un circuit d’alimentation en azote liquide, permettant de faire circuler dans le pack de batterie de l’eau, respectivement de l’azote liquide. Lorsque la température détectée dépasse un certain seuil, on active l’un ou l’autre des deux circuits d’alimentation en eau et en azote liquide de façon à effectuer un refroidissement de la batterie lors d’une phase initiale d’emballement thermique d’une cellule de la batterie et le cas échéant, l’extinction d’incendie lorsque la batterie est en feu. En particulier, lorsque la température est comprise entre un seuil bas et un seuil haut de température, le circuit d’alimentation en azote liquide est activé entraînant la pulvérisation d’azote liquide par le haut sur les éléments de la batterie et lorsque la température devient supérieure au seuil haut, la pulvérisation d’azote liquide est stoppée, tandis que le circuit d’alimentation en eau est activé entraînant la pulvérisation d’un brouillard d’eau par le haut sur les éléments de la batterie.
[0006] Ce dispositif est relativement complexe à mettre en oeuvre puisqu’il nécessite d’équiper la batterie avec deux circuits de refroidissement différents, respectivement le circuit d’alimentation en azote liquide et le circuit d’alimentation en eau, au détriment en outre de l’encombrement et du coût. De surcroit, la simple action de la pulvérisation par le haut d’azote liquide ou d’eau sur les cellules des modules de la batterie peut s’avérer insuffisante pour prévenir un incendie en cas d’élévation excessive de température, ou assurer son extinction complète.
[0007] Aussi, un but de l’invention est de proposer un pack de batterie exempt de l’une au moins des limitations précédemment évoquées.
[0008] A cet effet, l’invention a pour objet un pack de batterie d’un véhicule automobile électrique ou hybride constitué d’un carter supérieur et d’un carter inférieur délimitant une enceinte interne dans laquelle est logé au moins un module de batterie comprenant une pluralité de cellules électrochimiques interconnectées, le pack étant équipé d’un circuit de refroidissement permettant de faire circuler dans le pack un fluide de refroidissement destiné à être projeté sur ledit au moins un module par l’intermédiaire de buses de projection, caractérisé en ce que le circuit de refroidissement est adapté pour assurer une circulation du fluide de refroidissement en circuit fermé à l’intérieur du pack, avec une pompe agencée dans l’enceinte interne apte à faire recirculer, à destination des buses de projection, le fluide de refroidissement projeté sur ledit au moins un module et collecté dans un double fond ménagé sous une paroi de fond du carter inférieur par l’intermédiaire d’orifices d’évacuation pratiqués dans la paroi de fond du carter inférieur.
[0009] Grâce à cet agencement avec d’une part, des orifices d’évacuation pratiqués dans la paroi de fond du carter inférieur, permettant de collecter dans un double fond du carter inférieur le fluide de refroidissement descendant le long des cellules dudit au moins un module et, d’autre part, la pompe permettant de mettre ce fluide collecté en recirculation vers les buses de projection, le fluide de refroidissement est en circulation en circuit fermé à l’intérieur du pack. Le pack est ainsi particulièrement compact et moins encombrant.
[0010] Avantageusement, un élément obturateur thermofusible est placé à l’intérieur de chaque orifice d’évacuation, apte à fondre de sorte à permettre d’obturer ledit au moins orifice d’évacuation lorsqu’un seuil de température déterminé est atteint, empêchant l’évacuation vers le double fond du carter inférieur du fluide de refroidissement projeté sur ledit au moins un module, de manière à permettre d’immerger les cellules dudit au moins un module.
[0011] Grâce à cet agencement, chaque orifice d’évacuation vers le double fond peut être obturé en cas d’élévation excessive de température. Le seuil de température est adapté pour entraîner la fusion des éléments obturateurs thermofusibles lors du déclenchement d’un phénomène d’emballement thermique à l’intérieur des cellules, celles-ci pouvant alors s’enflammer à l’intérieur du pack. Cela permet de faire monter le niveau de fluide de refroidissement qui continu d’être projeté sur les cellules dans ledit au moins un module, jusqu’à noyer les cellules. Cela permet de stopper efficacement la diffusion de l’incendie des cellules.
[0012] Avantageusement, les buses de projection sont agencées sur une paroi interne du carter supérieur, ledit carter supérieur comprenant une paroi externe écartée de ladite paroi interne de façon à former une cavité interne dans ledit carter supérieur, la pompe étant reliée aux buses de projection par l’intermédiaire d’un conduit débouchant dans ladite cavité interne pour y injecter ledit fluide de refroidissement..
[0013] Avantageusement, un trou de passage débouchant dans le double fond du carter inférieur est formé dans la paroi de fond du carter inférieur pour le passage du fluide de refroidissement, la pompe comportant un bec d’aspiration engagé à travers ledit trou de passage et plongeant dans le double fond.
[0014] Avantageusement, la pluralité de cellules est juxtaposée dans un volume de réception de chaque module avec au moins un espace intercalaire entre deux cellules élémentaires dudit au moins module, de manière à permettre le passage du fluide de refroidissement entre deux cellules dudit au moins un module.
[0015] Avantageusement, l’espace intercalaire est constitué d’une plaque intercalaire s’étendant entre deux cellules, dont les faces opposées sont rainurées pour créer des canaux de passage du fluide le long des cellules
[0016] L’invention concerne également un véhicule automobile comprenant une chaîne de traction électrique, caractérisé en ce qu’il comprend un pack de batterie tel que décrit ci-dessus.
[0017] D'autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels :
[0018] [Fig. 1] est une vue en coupe verticale d’un pack de batterie selon un exemple de réalisation conforme à l’invention ;
[0019] [Fig. 2] est une vue en perspective d’un module du pack de batterie illustré à la figurel ;
[0020] [Fig. 3] est une vue de détail en coupe en perspective en vue éclatée d’une partie inférieure du pack de batterie illustré à la figurel ;
[0021] [Fig. 4] est une vue de détail en coupe en perspective en vue non éclatée de la partie inférieure du pack de batterie illustré à la figurel ;
[0022] [Fig. 5] est une vue de détail en coupe en perspective de la partie inférieure du pack de batterie avec deux orifices d’évacuation ménagés au fond du carter inférieur, représentés respectivement en configuration bouchée et non bouchée. [0023] La figure 1 est une vue en coupe de côté d’un pack 1 de batterie de traction d’un véhicule automobile de type électrique ou hybride, équipé d’au moins une chaîne de traction électrique. Le pack 1 est essentiellement constitué par un carter inférieur 2, par exemple en aluminium, fermé par un carter supérieur 3, en aluminium également. Les carter inférieur 2 et supérieur 3 délimitent une enceinte interne dans laquelle est disposé au moins un et préférentiellement plusieurs modules 4 de cellules électrochimiques 5 interconnectées, de type Li-ion. Selon l’exemple, le pack 1 enferme deux modules 4 de dix cellules électrochimiques 5 interconnectées, préférentiellement de forme parallélépipédique. Pour chacun des modules 4, les cellules 5 sont maintenus parallèlement les unes aux autres et à distance respectivement des unes des autres par des plaques intercalaires 6, dont le rôle est de permettre le passage d’un fluide de refroidissement projeté par le haut des modules entre les cellules. La figure 2 montre une vue de détail en perspective d’un module 4, et à l’intérieur les plaques intercalaires 6, régulièrement espacées et parallèles entre elles, entre lesquelles vont venir s’insérer les cellules telles que représentés sur la figure 1. Le module 4 est constitué d’une enveloppe de section droite sensiblement carrée, avec une ouverture supérieure 41 , opposée à une ouverture inférieure 42. A l’intérieur de l’enveloppe 4, chacune des plaques intercalaires 6 s’étend sensiblement sur toute la hauteur de l’enveloppe 4 et présente deux surfaces opposées 61 , 62. Les deux surfaces opposées 61 , 62 des plaques 6 sont rainurées. Elles présentent ainsi des rainures 63 qui s’étendent qui s’étendent sur toute la hauteur des plaques 6 entre les ouvertures supérieure et inférieure de l’enveloppe du module 4.
[0024] En référence à nouveau à la figure 1 , le carter supérieur 3 présente une cavité interne 33 formé de deux parois opposées, respectivement une paroi externe 31 et une paroi interne 32, écartées l’une de l’autre, s’étendant à l’aplomb des deux modules 4 de cellules 5 logés dans le pack de batterie 1 . La paroi interne 32 est pourvue d’une pluralité de buses de projection 30 venant en regard de l’ouverture supérieure 41 des modules et des cellules qui y sont disposées. Les buses de projection 30 sont prévues pour permettre de projeter un fluide de refroidissement injecté dans la cavité interne 33 du carter supérieur 3, comme il sera décrit plus en détail par la suite, sur les modules 4 de batterie agencés dans l’enceinte interne du pack sous le carter supérieur 3 de celui-ci. Le fluide de refroidissement est un fluide diélectrique, autrement dit, il n’est pas porteur de charge, de manière à ne pas court-circuiter les cellules. Le fluide caloporteur est par exemple un polyéthylène glycol ou bien une huile minérale.
[0025] Le fluide de refroidissement ainsi projeté par les buses de projection 30 sur la partie supérieure des modules 4 de batterie s’écoule entre les cellules 5 et les plaques intercalaires 6 des modules de la batterie, le long des rainures, jusqu’au fond 20 du carter inférieur 2. Ce faisant, un échange thermique intervient entre les cellules et le fluide de refroidissement, de manière à pouvoir évacuer l’énergie thermique dégagée par les cellules.
[0026] Comme on le voit mieux sur les figures 3 et 4, illustrant une vue de détail en perspective de la partie inférieure du pack 1 , respectivement en vue éclatée et non éclatée, il est prévu que le fluide de refroidissement réchauffé s’écoule ensuite par gravité à travers d’orifices d’évacuation 21 ménagés dans une paroi de fond 20 du carter inférieur 2, comprenant préférentiellement au moins un orifice d’évacuation ménagé en regard de l’ouverture inférieure 42 de chacun des modules 4 disposés dans le pack. Le fluide de refroidissement réchauffé, collecté par les orifices d’évacuation 21 s’achemine par ces orifices 21 dans un double fond 23 du carter inférieur 2 formé d’une paroi inférieure 22 du carter inférieur 2 opposée à la paroi de fond 20 du carter inférieur 2, les deux parois inférieure 22 et de fond 20 du carter inférieure étant écartées l’une de l’autre. Le double fond 23 du carter inférieur s’étend ainsi sous la paroi de fond 20 du carter inférieur 2, en regard de l’ouverture inférieure des modules.
[0027] Le double fond 23 du carter inférieur 2 et la cavité interne 33 du carter supérieur 3 sont reliées entre elles par l’intermédiaire d’une pompe 7, située dans l’enceinte du pack de batterie 1 , à côté des modules 4. Pour ce faire, la paroi interne 32 du carter supérieur 3 présente, sensiblement au droit de la pompe 7, un orifice 34, débouchant dans la cavité interne 33 du carter supérieur 3. Cet orifice 34 est surmonté d’un embout emmanché dans un conduit d’amenée 8, s’étendant jusqu’à la pompe 7.
[0028] Par ailleurs, la paroi de fond 20 du carter inférieur 2 présente au niveau de la pompe 7, un trou de passage 26 débouchant dans le double fond 23 du carter inférieur 2. La pompe 7 présente un bec d’aspiration 71 engagé à travers le trou de passage 26 et plongeant dans le double fond 23 du carter inférieur 2.
[0029] la mise en route de la pompe 7 provoque donc la circulation du fluide de refroidissement en circuit fermé à l’intérieur du pack 1 comme suit. Le fluide de refroidissement est tout d’abord puisé à l’intérieur du double fond 23 du carter inférieur à travers le trou de passage 26. On considère alors le fluide de refroidissement comme étant froid au niveau trou de passage 26. Il est donc aspiré par le bec d’aspiration 71 de la pompe 7 pour être refoulé sous pression à travers le conduit d’amenée 8 selon la flèche F. Le fluide de refroidissement s’écoule alors sous pression dans la cavité interne 33 du carter supérieur 3. Ensuite, il est injecté sous pression à travers les buses de projection 30 de façon à former un brouillard de pulvérisation P au-dessus des modules 4. Le fluide de refroidissement s’écoule alors par gravité le long des cellules 5 dans les canaux de passage formés par les rainures 63 des plaques intercalaires 6, disposées entre les cellules 5, selon les flèches T. Au contact des cellules 5, le fluide de refroidissement emmagasine de l’énergie thermique produite par celles-ci, puis il s’achemine toujours par gravité sur la paroi de fond 20 du carter inférieur 2, pour s’écouler ensuite à travers les orifices d’évacuation 21 à l’intérieur du double fond 23 du carter inférieur 2. Le fluide de refroidissement ainsi réchauffé tend alors à perdre l’énergie thermique qu’il a accumulée au contact des cellules, à la paroi inférieure 22 laquelle est par exemple à l’air ambiant. L’écartement entre la paroi inférieure 22 et la paroi de fond 20 étant faible au regard de leur surface, le fluide de refroidissement est sous forme d’une couche mince à travers le double fond 23 du carter inférieur et partant, son refroidissement est rapide. Par conséquent, lorsque le fluide de refroidissement est à nouveau aspiré à travers le trou de passage 26, il est considéré comme étant froid pour entamer un autre cycle de refroidissement des cellules 5.
[0030] Cependant en cas d’emballement thermique d’une cellule dans un ou plusieurs modules de la batterie, les cellules de la batterie peuvent s’enflammer à l’intérieur du pack, dès lors qu’elles franchissent un seuil de température. Le cycle de refroidissement des cellules de la batterie qui vient d’être décrit peut s’avérer être insuffisant à prévenir ou à contenir la diffusion de cet incendie.
[0031 ] Aussi, les orifices d’évacuation 21 sont équipés chacun d’un élément obturateur thermofusible 24, incorporé à l’intérieur de l’orifice et destiné à permettre d’obturer lesdits orifices d’évacuation en cas d’élévation excessive de température et ainsi permettre de noyer les modules. Les éléments obturateur thermofusible 24 se présentent sous la forme d’une pastille en matériau thermofusible, placée à l’intérieur de chaque orifice d’évacuation 21 et comportant un alésage central 25 pour permettre le passage du fluide de refroidissement vers le double fond 23 du carter inférieur 2, chaque pastille présentant une aptitude à fondre pour boucher l’orifice d’évacuation 21 lorsqu’une température prédéterminée est atteinte.
[0032] A titre d’exemple et comme on le voit mieux sur la figure 5, chaque orifice d’évacuation 21 ménagé dans la paroi de fond 20 du carter inférieur 2 est délimité par une face périphérique intérieure 210 sensiblement tronconique, convergente de haut en bas, entre une ouverture supérieure 211 du côté de l’enceinte interne et une ouverture inférieure 212 du côté du double fond 23 du carter inférieur 2. Les pastilles thermofusibles 24 sont incorporées à l’intérieur des orifices d’évacuation 21 de telle sorte à venir épouser leur face périphérique intérieure 210, tandis que l’alésage central 25 des pastilles permet de ménager un passage pour le fluide de refroidissement entre les ouvertures supérieure 211 et inférieure 212 des orifices d’évacuation 21 . Ainsi, en fondant lorsqu’une température prédéterminée est atteinte, le matériau thermofusible de la pastille 24 coule dans le double fond 23 et vient s’agglomérer au contact de la paroi interne 22 au droit de l’ouverture inférieure 212 de l’orifice d’évacuation 21 , jusqu’à former un bouchon venant boucher ladite ouverture. L’orifice d’évacuation 21 située à gauche sur la figure 5 est illustré dans cette configuration bouchée. La pastille thermofusible 24 associée à chaque orifice d’évacuation 21 permet ainsi de venir obturer le passage de fluide ménagé sous un module vers le double fond 23 du carter inférieur 2, lorsqu’une température prédéterminée est atteinte, empêchant l’évacuation du fluide de refroidissement dans le double fond 23 du carter inférieur 2. [0033] La fusion d’une pastille thermofusible 24 associée à un orifice d’évacuation 21 disposé sous un module 4 de la batterie entraîne le remplissage du module par le fluide de refroidissement, celui-ci continuant d’asperger les cellules par le haut, ce qui permet de noyer, au moins partiellement, les cellules au sein du module. Cette disposition est particulièrement efficace pour stopper la diffusion d’un incendie en cas de déclenchement d’un phénomène d’emballement thermique à l’intérieur des cellules.

Claims

Revendications
[Revendication 1 ] Pack (1 ) de batterie d’un véhicule automobile électrique ou hybride constitué d’un carter supérieur (3) et d’un carter inférieur (2) délimitant une enceinte interne dans laquelle est logé au moins un module (4) de batterie comprenant une pluralité de cellules électrochimiques (5) interconnectées, le pack étant équipé d’un circuit de refroidissement permettant de faire circuler dans le pack un fluide de refroidissement destiné à être projeté sur ledit au moins un module (4) par l’intermédiaire de buses de projection (30), caractérisé en ce que le circuit de refroidissement est adapté pour assurer une circulation du fluide de refroidissement en circuit fermé à l’intérieur du pack, avec une pompe (7) agencée dans l’enceinte interne apte à faire recirculer, à destination des buses de projection, le fluide de refroidissement projeté sur ledit au moins un module et collecté dans un double fond (23) ménagé sous une paroi de fond (20) du carter inférieur (2) par l’intermédiaire d’orifices d’évacuation (21) pratiqués dans la paroi de fond du carter inférieur.
[Revendication 2] Pack de batterie selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu’il comporte un élément obturateur thermofusible (24) placé à l’intérieur de chaque orifice d’évacuation (21), apte à fondre de sorte à permettre d’obturer ledit orifice d’évacuation lorsqu’un seuil de température déterminé est atteint, empêchant l’évacuation vers le double fond du carter inférieur du fluide de refroidissement projeté sur ledit au moins un module, de manière à permettre d’immerger les cellules dudit au moins un module.
[Revendication 3] Pack de batterie selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les buses de projection (30) sont agencées sur une paroi interne (30) du carter supérieur (3), ledit carter supérieur comprenant une paroi externe (31) écartée de ladite paroi interne de façon à former une cavité interne (33) dans ledit carter supérieur, la pompe (7) étant reliée aux buses de projection par l’intermédiaire d’un conduit (8) débouchant dans ladite cavité interne pour y injecter ledit fluide de refroidissement.
[Revendication 4] Pack de batterie selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’un trou de passage (26) débouchant dans le double fond (23) du carter inférieur est formé dans la paroi de fond (20) du carter inférieur pour le passage du fluide de refroidissement, la pompe (7) comportant un bec d’aspiration (71 ) engagé à travers ledit trou de passage et plongeant dans le double fond.
[Revendication 5] Pack de batterie selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce la pluralité de cellules est juxtaposée dans un volume de réception dudit au moins un module avec au moins un espace intercalaire entre deux cellules élémentaires de chaque module, de manière à permettre le passage du fluide de refroidissement entre les cellules dudit au moins un module.
[Revendication 6] Pack de batterie selon la revendication 5 caractérisé en ce que l’espace intercalaire est constitué d’une plaque intercalaire (6) s’étendant entre deux cellules, dont les faces opposés sont rainurées pour créer des canaux de passage (63) du fluide le long des cellules.
[Revendication 7] Pack de batterie selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les cellules sont de type Li-ion.
[Revendication 8] Véhicule automobile comprenant une chaîne de traction électrique, caractérisé en ce qu’il comprend un pack de batterie selon l’une quelconque des revendications précédentes.
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