EP4562707A1 - Procédé de management thermique et de sécurité de batteries et dispositif pour sa mise en oeuvre - Google Patents

Procédé de management thermique et de sécurité de batteries et dispositif pour sa mise en oeuvre

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Publication number
EP4562707A1
EP4562707A1 EP23745176.0A EP23745176A EP4562707A1 EP 4562707 A1 EP4562707 A1 EP 4562707A1 EP 23745176 A EP23745176 A EP 23745176A EP 4562707 A1 EP4562707 A1 EP 4562707A1
Authority
EP
European Patent Office
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module
cell
temperature
flow
fluid
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP23745176.0A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Nicolas CHAMPAGNE
Jonathan RAISIN
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TotalEnergies Onetech SAS
Original Assignee
TotalEnergies Onetech SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by TotalEnergies Onetech SAS filed Critical TotalEnergies Onetech SAS
Publication of EP4562707A1 publication Critical patent/EP4562707A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01M10/482—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for several batteries or cells simultaneously or sequentially
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    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to the thermal management and safety of batteries comprising several cells, in particular for mobile or stationary applications.
  • a battery is an electricity generating device in which chemical energy is converted into electrical energy.
  • the chemical energy consists of electrochemically active compounds deposited on at least one face of electrodes arranged in the electrochemical generator. Electrical energy is produced by electrochemical reactions during the discharge of an electrochemical cell.
  • a battery consists of several electrochemical cells.
  • a lithium-ion type electrochemical cell is based on the principle of reversible insertion of lithium into a host structure in an electrochemically active manner.
  • the temperature of the cells In the field of electrochemical cells such as lithium-ion cells, the temperature of the cells must be managed in order to maintain the temperature within an adequate range of the cell.
  • Lithium-ion batteries are generally used at temperatures ranging from 0 to 40°C. In the event of a runaway, certain cells can reach temperatures of around 400 to 800°C.
  • Stationary applications include energy storage batteries, for example solar storage batteries, but also energy storage systems.
  • automotive applications such as electric vehicles, or aviation.
  • the battery is likely to generate a large amount of heat, especially during rapid charging. Thus, it is necessary to be able to extract this heat. Air and water possibly associated with glycol are known to cool batteries. Nevertheless, With the appearance of increasingly complex battery systems that generate heat, these cooling methods are not always sufficient.
  • one of the proven risks in battery pack systems comprising several cells is the propagation of a fault which may appear on one or more electrochemical cells constituting the battery, said battery generally comprising between 100 and 10,000 cells.
  • These faults can have various causes (short circuit, high temperature (for example >150°C), loss of integrity of the cell during an accident, etc.) and result in a very sharp increase in the temperature of the cell. the cell (which can go up to 800°C or even beyond) associated with an ejection of hot gases.
  • Safety systems are obviously put in place to avoid these potential defects. In this context, it is appropriate to consider the case of the appearance of a defect. The safety system will then aim to prevent the propagation of this thermal runaway. In fact, the high heat generated by the faulty cell can become the source of thermal runaway in neighboring cells.
  • Document EP 2 873 541 proposes a cooling system for batteries of hybrid or electric vehicles comprising circulation of a heat transfer fluid in a main loop and bypasses controlled as a function of the temperature of the heat transfer fluid.
  • This document describes a relatively complex system involving branch circuits. This document does not address the same problem as that of the present invention.
  • Document WO 2021/062305 proposes thermal management technology for the passenger compartment of a vehicle. This document does not aim at a thermal management and battery safety system and this document proposes circulating a fluid when the system exceeds a certain threshold.
  • Document EP 4 027435 proposes preventing a flame from propagating in a battery by circulating a fluid when the system exceeds a certain threshold.
  • the present invention relates to a method of thermal management and safety of a battery in a device, said device comprising a battery and a cooling circuit, the battery comprising a plurality of modules, each module comprising a plurality of cells and the cooling circuit comprising a circulation loop for a cooling fluid and control valves making it possible to regulate the flow rate of said fluid upstream of each module, the method comprising the steps: a) A step of detecting a fault in at least one cell of a module, b) When a fault is detected, a flow modulation step comprising an increase in the flow rate of the cooling fluid in the module(s) comprising at least one faulty cell.
  • At least 50% of the flow of the cooling fluid is redirected towards the module(s) comprising at least one faulty cell, preferably at least 70% of the flow, more preferably at least 90% of the flow, or even 100% of the cooling fluid flow is directed towards the module(s) comprising at least one faulty cell.
  • step a) comprises the following successive steps: al Establishment of a threshold value for at least one parameter chosen from temperature, voltage and current, a2 Measurement of said at least one chosen parameter among the temperature, the voltage and the current during operation of the battery, a3 Detection of a fault when the measured parameter is above or below the threshold value set up in step al.
  • the parameter is the temperature of the cooling fluid
  • said method comprising: al Setting up a temperature threshold value not to be exceeded, a2 Measuring the temperature of the cooling fluid at the outlet of each module or at the output of each cell, a3 Detection of a fault in at least one given module or at least one given cell, when the temperature measured at the output of said module or said cell exceeds the temperature threshold value, b) redirection of at least part of the flow of the cooling fluid towards said faulty module or said module comprising said faulty cell.
  • the parameter is the temperature of each module or each cell, said method comprising: al Establishment of a temperature threshold value of each module or each cell not to be exceeded, a2 Measurement of the temperature of each module of each cell, a3 Detection of a fault in at least one given module or at least one given cell, when the measured temperature of said module or said cell exceeds the temperature threshold value, b) redirection of at least a part of the flow of the cooling fluid towards said faulty module or said module comprising said faulty cell.
  • step a) comprises the following successive steps: al Establishment of a threshold value for the evolution of at least one parameter during a given time, said at least one parameter being chosen from the temperature, voltage and current, a2 Measurement of said parameter during operation of the battery, a3 Detection of a fault in at least one given module or at least one given cell, when said threshold value is exceeded.
  • step b) further comprises a reduction in the flow rate of the fluid in the module(s) not comprising faulty cells.
  • modulation step b) is implemented until the faulty cell(s) return to nominal operation.
  • the invention also relates to a device for implementing the method according to the invention, said device comprising:
  • a battery comprising a plurality of modules, each module comprising a plurality of electrochemical cells,
  • a cooling circuit comprising: o a cooling fluid circulation loop, o at least one valve upstream of each module allowing the flow of the cooling fluid to be regulated.
  • said at least one valve is a stop valve making it possible to stop the circulation of flow in the module not comprising faulty cell(s).
  • the device further comprises a control unit making it possible to detect at least one faulty cell.
  • the device further comprises at least one sensor at the output of each module or each cell, making it possible to measure at least one parameter chosen from the temperature of the cooling fluid and the current.
  • the device further comprises an air conditioning circuit in which a refrigerant fluid circulates.
  • the device comprises the cooling circuit further comprises at least one heat exchanger intended to exchange heat with the air or with a refrigerant fluid of the air conditioning circuit.
  • the device comprises the cooling circuit further comprises at least one heat exchanger intended to exchange heat with the air.
  • the management method of the invention makes it possible to avoid the risks of thermal runaway and to very quickly reduce the propagation of thermal runaway.
  • the management method of the invention is simple to implement. It can be implemented on stationary or mobile systems.
  • the management method of the invention does not require an external supply of fluid but on the contrary uses the fluid already present in the circuit for cooling the battery to avoid the propagation of thermal runaway.
  • the method of the invention can be implemented in energy storage batteries, for example solar storage batteries, but also energy storage systems.
  • the method of the invention can be implemented in electric or hybrid vehicles or in aviation.
  • quantities in a product are expressed by weight, relative to the total weight of the product.
  • FIG. 1 represents the evolution of the flow rate of the oil pump in the reference case.
  • FIG. 2 represents the fluid flow in the runaway module and in the parallel modules.
  • FIG. 3 represents the evolution of the fluid temperature at different positions of the battery in the reference case.
  • FIG. 4 represents the evolution of the temperature of the cells in the runaway module in the reference case.
  • FIG. 5 shows the evolution of the flow distribution between the runaway module and the parallel modules for different levels of flow modulation in the modules.
  • FIG. 6 shows the evolution of the flow rate of the oil pump in the runaway module for different levels of modulation of the flow rate in the modules.
  • FIG. 7 shows the evolution of the oil temperature at the inlet of the battery pack for different levels of flow modulation in the modules.
  • FIG. 8 shows the evolution of the oil temperature at the outlet of the runaway module for different levels of flow modulation in the modules.
  • FIG. 9 shows the evolution of the oil temperature at the battery pack outlet for different levels of flow modulation in the modules.
  • FIG. 10 shows the evolution of the temperature of the cells adjacent to the runaway cell for different levels of flow modulation in the modules.
  • FIG. 11 shows the evolution of the temperature of the runaway cell for different levels of flow modulation in the modules.
  • the present invention relates to a method for thermal and safety management of a battery in a device, said device comprising a battery and a cooling circuit.
  • the battery comprises a plurality of modules, each module comprising a plurality of electrochemical cells.
  • the battery modules are located in parallel to each other.
  • the thermal management and safety method according to the invention is typically implemented using a cooling circuit comprising a circulation loop of a cooling fluid, said cooling fluid being in direct contact with the cells .
  • the cooling fluid is in direct contact with the cells.
  • the non-aqueous nature of the fluid allows this direct contact to be made so that cooling and heat transfer are more efficient.
  • an aqueous type fluid could not be placed in direct contact, and would therefore have lower efficiency with regard to cooling and heat transfer.
  • the cooling fluid circulates with a given flow rate, preferably with an identical flow rate in each of the battery modules.
  • the cooling fluid used according to the invention is preferably a non-aqueous fluid.
  • the cooling fluid used according to the invention advantageously has insulating properties, for example a resistivity at 30°C, measured according to the ASTM DI 169 standard, greater than or equal to 1 Mohm.m, preferably greater than or equal to 100 Mohm.m.
  • the cooling fluid used according to the invention has a conductivity less than or equal to 10' 5 ohm ⁇ .m' 1 , preferably less than or equal to 10' 8 ohm ⁇ .m 1 .
  • the cooling fluid used according to the invention typically comprises one or more base oils, preferably in a total content of 70% to 100% by weight, preferably ranging from 70 to 99% by weight, more preferably from 80 to 98% by weight, preferably from 85 to 95% by weight, relative to the total weight of the cooling composition.
  • the cooling fluid comprises 100% by weight of base oil(s), relative to the total weight of the cooling fluid.
  • base oils can be chosen from base oils conventionally used in the field of lubricating oils, such as mineral, synthetic or natural, animal or vegetable oils or mixtures thereof.
  • It can be a mixture of several base oils, for example a mixture of two, three, or four base oils.
  • the base oils of the cooling fluids used in the invention may in particular be oils of mineral or synthetic origin belonging to groups I to V according to the classes defined in the API classification (or their equivalents according to the ATIEL classification). and presented in Table 1 below or their mixtures.
  • Mineral base oils include all types of base oils obtained by atmospheric and vacuum distillation of crude oil, followed by refining operations such as solvent extraction, desalphating, solvent dewaxing, hydrotreating, hydrocracking, hydroisomerization and hydrofinishing . Blends of synthetic and mineral oils, which can be biosourced or recycled, can also be used.
  • the base oils of the cooling fluids according to the invention can also be chosen from synthetic oils, such as certain esters of carboxylic acids and alcohols, polyalphaolefins (PAO), and polyalkylene glycol (PAG) obtained by polymerization or copolymerization of alkylene oxides comprising from 2 to 8 carbon atoms, in particular from 2 to 4 carbon atoms.
  • synthetic oils such as certain esters of carboxylic acids and alcohols, polyalphaolefins (PAO), and polyalkylene glycol (PAG) obtained by polymerization or copolymerization of alkylene oxides comprising from 2 to 8 carbon atoms, in particular from 2 to 4 carbon atoms.
  • the PAOs used as base oils are for example obtained from monomers comprising 4 to 32 carbon atoms, for example from octene or decene.
  • the weight average molecular weight of PAO can vary quite widely. Preferably, the weight average molecular mass of the PAO is less than 600 Da.
  • the weight average molecular mass of the PAO can also range from 100 to 600 Da, from 150 to 600 Da, or even from 200 to 600 Da.
  • Additional additives can be used in the cooling fluid used in the invention.
  • these additives we can cite antioxidants, anti-corrosion additives, anti-foam additives and pour point depressants.
  • the cooling composition used according to the invention comprises at least one antioxidant additive.
  • the antioxidant additive generally makes it possible to delay the degradation of the composition in service. This degradation can notably result in the formation of deposits, the presence of sludge or an increase in the viscosity of the composition.
  • Antioxidant additives act in particular as free radical inhibitors or hydroperoxide destroyers.
  • antioxidant additives mention may be made of phenolic-type antioxidant additives, amine-type antioxidant additives and phosphosulfur-containing antioxidant additives.
  • the cooling fluid used according to the invention may comprise from 0.1 to 2% by weight of at least one antioxidant additive, relative to the total weight of the fluid.
  • the cooling fluid used according to the invention may comprise at least one anti-corrosion additive.
  • the anti-corrosion additive advantageously makes it possible to delay or prevent corrosion of the metal parts of the battery.
  • the cooling fluid used according to the invention may comprise from 0.01 to 5% by weight, preferably from 0.1 to 2% by weight of anti-corrosion agent, relative to the total weight of the fluid.
  • the cooling fluid used according to the invention may also comprise at least one anti-foaming agent.
  • the antifoam agent can be chosen from polyacrylates, silicones, fluorinated compounds or even waxes.
  • the cooling fluid used according to the invention may comprise from 0.001 to 5% by weight, preferably from 0.1 to 2% by weight of anti-foaming agent, relative to the total weight of the fluid.
  • the cooling fluid used according to the invention may also comprise at least one pour point depressant additive (also known as “PPD” agents for “Pour Point Depressant” in English).
  • pour point depressant additives By slowing the formation of paraffin crystals, pour point depressant additives generally improve the cold behavior of the composition.
  • pour point depressant additives mention may be made of polyalkyl methacrylates, polyacrylates, polyarylamides, polyalkylphenols, polyalkylnaphthalenes, alkylated polystyrenes
  • the cooling fluid used according to the invention may also contain one or more fluorocarbon compounds.
  • fluorocarbon compounds we can cite perfluorooctyl bromide.
  • the cooling fluid used according to the invention may comprise from 0.01 to 10% by weight, preferably from 0.1 to 5% by weight, advantageously from 0.5 to 2% by weight of fluorocarbon compounds, relative to to the total weight of the fluid.
  • the cooling fluid used according to the invention may also comprise at least one anti-wear agent.
  • the anti-wear agent is chosen from phosphorus anti-wear, phospho-sulfur anti-wear, phospho-amine anti-wear, and mixtures thereof, preferably from phosphorus anti-wear.
  • each of RI, R2, R3 and R4 can be chosen independently of each other from the groups C1-C20 alkyl, C3-C22 alkenyl, C6-C40 cycloalkyl, C7-C40 cycloalkenyl, Cl -20 methoxy alkyl glycol ethers and Y-OH;
  • Y is chosen from the groups C2-C40 alkylene, C2-C40 alkyl lactone, -R7-N(R8)-R9-, in which R7, R8 and R9 are independently of each other chosen from hydrogen, C1-C20 alkyl, C3-C22 alkenyl, C6-C40 cycloalkyl, C7-C40 cycloalkenyl, Cl-20 methoxy alkyl glycol ethers, m is an integer from 2 to 100, n is an integer from 1 to 1000.
  • the phosphite polymer preferably corresponding to formula (I) has a weight average molecular mass of less than 30,000 g/mol, preferably ranging from 3000 to 20,000 g/mol. Weight average molecular mass can be measured by size exclusion chromatography.
  • the phosphite polymer preferably corresponding to formula (I) has a number average molecular mass of less than 10000 g/mol, preferably ranging from 1000 to 5000 g/mol.
  • the number average molecular mass can be measured by size exclusion chromatography.
  • the phosphite polymer preferably corresponding to formula (I)
  • the phosphite polymer that can be used in the invention can be obtained according to the process described in document WO2011102861.
  • the polymer can be obtained according to the process described in paragraphs 27 to 32 of this document.
  • the anti-wear additives are chosen from phospho-sulfur additives such as metal alkylthiophosphates, in particular zinc alkylthiophosphates, and more specifically zinc dialkyldithiophosphates or ZnDTP.
  • phospho-sulfur additives such as metal alkylthiophosphates, in particular zinc alkylthiophosphates, and more specifically zinc dialkyldithiophosphates or ZnDTP.
  • the preferred compounds are of formula Zn((SP(S)(OQ 2 )(OQ 3 ))2, in which Q 2 and Q 3 , identical or different, independently represent an alkyl group, preferably an alkyl group comprising from 1 to 18 carbon atoms.
  • Amine phosphates are also anti-wear additives which can be used in a cooling fluid according to the invention.
  • the phosphorus provided by these additives can act as a poison for catalytic systems because these additives generate ash.
  • additives which do not provide phosphorus such as, for example, polysulphides, in particular sulfur-containing olefins.
  • the cooling fluid used according to the invention may comprise from 0.01 to 1% by weight, preferably from 0.1 to 10% by weight, preferably from 1 to 5% by weight of anti-inflammatory agent(s). -wear, relative to the total weight of the composition.
  • additives can be introduced in isolation and/or in the form of a mixture of additives, according to processes well known to those skilled in the art.
  • the cooling fluid used according to the invention has a kinematic viscosity, measured at 40°C according to the ASTM D445 standard, ranging from 1.5 to 35 mm 2 /s, in particular from 2 to 25 mm 2 /s or even from 2.5 to 10 mm 2 /s.
  • the cooling fluid used according to the invention has a kinematic viscosity, measured at 100°C according to the ASTM D445 standard, ranging from 0.5 to 7 mm 2 /s, in particular from 1 to 4 mm 2 /s or even from 1.1 to 2.5 mm 2 /s.
  • the cooling fluid used according to the invention can consist exclusively of at least one base oil, mineral or synthetic, possibly biosourced or recycled.
  • the thermal management and safety method according to the invention comprises the successive steps: a) a step of detecting at least one fault in at least one electrochemical cell of at least one module of the battery, b) when a fault is detected, a step of increasing the flow rate of the cooling fluid in the module(s) comprising at least one faulty cell.
  • a cell will be said to be faulty if at least one parameter chosen from temperature and current is above or below a given threshold value.
  • a module will be said to be faulty if it has at least one faulty cell.
  • step a) comprises the following steps: al) Setting up a threshold value for at least one parameter chosen from temperature, voltage and current, a2) Measuring said at least one parameter chosen from temperature, voltage and current during operation of the battery, the measurement can be implemented continuously or sequentially, a3) Comparison between said at least one measured parameter and said threshold value, a4) Detection of 'a fault when the measured parameter is above or below the threshold value set up in step al.
  • the parameter is the temperature of each module
  • step a) of the method according to the invention then preferably comprising the following steps: al) Setting up a temperature threshold value not to be exceeded Tl, a2) Measurement of the temperature T2 of each module, a3) Comparison between the measured temperature and the temperature threshold value, a4) Detection of a fault in a given module when the measured temperature of said module exceeds the temperature threshold value determined in step al (when T2>T1).
  • the parameter is the temperature of each cell
  • step a) of the method according to the invention then preferably comprising the following steps: al) Setting up a temperature threshold value not to be exceeded Tl, a2) Measurement of the temperature T2 of each cell, a3) Comparison between the measured temperature and the temperature threshold value, a4) Detection of a fault in a given cell when the measured temperature of said cell exceeds the threshold value of temperature determined in step al (when T2>T1).
  • the parameter is the temperature of the cooling fluid at the outlet of each module
  • step a) of the method according to the invention then preferably comprising the following steps: al) Setting up a value temperature threshold not to be exceeded Tl, a2) Measurement of the temperature T2 of the cooling fluid at the outlet of each module, a3) Comparison between the measured temperature and the temperature threshold value, a4) Detection of a fault in a given module when the temperature measured at the output of said module exceeds the temperature threshold value determined in step al (when T2>T1).
  • the parameter is the temperature of the cooling fluid at the outlet of each cell
  • step a) of the method according to the invention then preferably comprising the following steps: al) Setting up a value temperature threshold not to exceed Tl, a2) Measurement of the temperature T2 of the cooling fluid at the outlet of each cell, a3) Comparison between the measured temperature and the temperature threshold value, a4) Detection of a fault in a given cell when the temperature measured at the outlet of said cell exceeds the temperature threshold value determined in step al (when T2>T1).
  • step a) comprises the following steps: al) Establishment of a threshold value for the evolution of at least one parameter over a predefined time, said at least one parameter being chosen from temperature, voltage and current, a2) Measurement of said at least one parameter chosen from the temperature, the voltage and the current during operation of the battery, the measurement can be implemented continuously or sequentially, a3) Detection of a fault when the threshold value set up in step al is reached.
  • the fault is detected when the parameter changes too quickly.
  • a threshold value for said parameter such that it will be considered to have been reached if the parameter changes too quickly for a given, predefined time.
  • the threshold value can be the variation of said temperature over a predefined period of time. Thus, if the temperature varies very quickly (in other words with a certain amplitude over a given time), this can be considered as a sign that a cell is faulty.
  • the temperature of the fluid at the outlet of a module or a cell varies by at least 20°C or even by at least 10°C, or even by at least 5° C over a given time, for example 10 seconds, then it can be considered that said cell is faulty or that said module is faulty (or has at least one faulty cell).
  • the temperature of a module or a cell varies by at least 20°C or even by at least 10°C, or even by at least 5°C over a given time for example 10 seconds, then it could be considered that said module is faulty (or has at least one faulty cell).
  • the parameter is the voltage and the fault in a cell is detected when the voltage of said cell reaches 0V.
  • the threshold value for this parameter is 0V.
  • the fault is detected when the voltage decreases too quickly.
  • the voltage of at least one cell varies by at least 3 V, or even by at least 2 V, or even by at least IV, over a predefined time, for example 10 seconds, then it could be considered that said cell is faulty.
  • Voltage is a clear, easy to determine indicator of a battery, cell or module failure/failure.
  • each module includes an inlet for introducing the cooling fluid into said module and an outlet for extracting the cooling fluid from said module.
  • each module comprises veins, called fluid veins, allowing the circulation of the cooling fluid in the module over all or part of the length of each cell within the module.
  • the measurement of the given parameter can be carried out continuously or sequentially, at regular intervals.
  • step b) of modulating at least part of the flow rate comprises an increase in the flow rate of the cooling fluid in the module(s) comprising at least one faulty cell and a reduction in the flow rate of the cooling fluid. cooling in the module(s) not containing faulty cells.
  • Flow modulation step b) can also be called flow redirection step.
  • modulation step b) is a flow redirection step.
  • valves with variable opening can be used to allow modulation of the flow rate during step b), said valves then preferably being located on the cooling circuit upstream of each module.
  • the valves are solenoid valves.
  • step b) of modulating the flow rate comprises a step of closing at least one valve upstream of at least one module not comprising a faulty cell(s), preferably a step of closing each valve upstream of each module not including faulty cell(s).
  • the valves are stop valves which make it possible to stop the circulation of the cooling fluid in each module not having faulty cell(s).
  • the flow of the cooling fluid is distributed uniformly in each of the battery modules, when a defect is detected in at least one cell of one of the modules, then said module comprising at least one faulty cell receives a flow which will be greater than D/X%, in other words, the flow is no longer distributed uniformly but the flow is modulated so that the share of overall flow received by the faulty module is greater than the share of overall flow received by each of the other modules which are not in default.
  • the battery comprises at least 3 modules in parallel, and at least 50% of the flow of the cooling fluid is redirected towards the module(s) comprising at least one faulty cell, preferably at least 70% of the flow rate, more preferably at least 90% of the flow rate, or even 100% of the flow rate of the cooling fluid is directed towards the module(s) comprising at least one faulty cell.
  • from 50% to 90% of the flow of the cooling fluid is redirected towards the module(s) comprising at least one cell in fault, so that the module(s) not containing faulty cell(s) continue to be in contact with the cooling fluid.
  • step b) of rate modulation is implemented until the faulty cell(s) return to nominal operation.
  • a cell has nominal operation as long as it is not considered to be faulty.
  • step b) of modulating the flow rate is implemented until the faulty cell(s) finds a temperature lower than 100°C, of preferably 50°C.
  • the thermal management and security method is implemented via a device.
  • the device for implementing the thermal management and safety method comprises a temperature sensor for the cooling fluid at the inlet of the battery and a temperature sensor for the cooling fluid at the inlet of the battery. battery output.
  • the device for implementing the thermal management and security method comprises a temperature sensor for the cooling fluid making it possible to determine the temperature of the cooling fluid at the outlet of each module and/or of each cell.
  • This embodiment is particularly relevant when the parameter determined is the temperature of the cooling fluid at the outlet of each module and/or each cell.
  • the device for implementing the thermal management and security method comprises a temperature sensor making it possible to determine the temperature of each module and/or each cell.
  • the device comprises a battery and a cooling circuit
  • the battery comprises a plurality of modules
  • each module comprises a plurality of cells
  • the cooling circuit comprises a fluid circulation loop cooling fluid and control valves making it possible to regulate the flow rate of said fluid upstream of each module, the cooling fluid circulating with a given flow rate in nominal operation and being in direct contact with the cells
  • the thermal management and safety process of the invention advantageously comprises the steps: al) Setting up a threshold value for at least one parameter chosen from temperature, voltage and current, a2) Measuring said at least one parameter chosen from temperature, voltage and the current during battery operation, a3) Detection of a fault when the measured parameter is above or below the threshold value set up in step al, b) When a fault is detected ,
  • the device comprises a battery and a cooling circuit
  • the battery comprises a plurality of modules
  • each module comprises a plurality of cells
  • the cooling circuit comprises a fluid circulation loop cooling fluid and control valves making it possible to regulate the flow rate of said fluid upstream of each module, the cooling fluid circulating with a given flow rate in nominal operation and being in direct contact with the cells
  • the thermal management and safety process of the invention advantageously comprises the steps: al) Setting up a temperature threshold value for each module or each cell not to be exceeded, a2) Measuring the temperature of each module of each cell, a3) Detection of a fault in at least one given module or at least one given cell, when the measured temperature of said module or said cell exceeds the temperature threshold value b) When a fault is detected, a step of redirecting the flow comprising (i) an increase in the flow rate of the cooling fluid in the module(s) comprising at least one faulty cell and (ii-1) a reduction in the flow rate of the cooling fluid in the
  • the invention also relates to a device comprising:
  • a battery comprising a plurality of modules, each module comprising a plurality of electrochemical cells,
  • a cooling circuit comprising: o a cooling fluid circulation loop, o at least one valve upstream of each module making it possible to regulate the flow of the cooling fluid.
  • the device further comprises a control unit making it possible to detect at least one faulty cell.
  • the device further comprises at least one sensor at the output of each module, making it possible to measure at least one parameter chosen from temperature, voltage and current.
  • the device further comprises at least one heat exchanger intended to be connected to an air conditioning circuit in which a refrigerant fluid circulates.
  • the device comprises:
  • a battery comprising a plurality of modules, each module comprising a plurality of electrochemical cells,
  • an exchanger also called a radiator, allowing part of the calories stored by the fluid to be evacuated to the outside air
  • a chiller for example of the plate exchanger type
  • heat to be exchanged with air or with another fluid circuit reserved for air conditioning of the vehicle possibly a heating system allowing to increase the temperature of the fluid in order to heat the battery during a cold start or when the vehicle is operating in a cold atmosphere
  • at least one pump
  • the device according to the invention further comprises a temperature sensor for the cooling fluid at the inlet of the battery and a temperature sensor for the cooling fluid at the outlet of the battery.
  • the device according to the invention further comprises a temperature sensor for the cooling fluid making it possible to determine the temperature of the cooling fluid at the outlet of each module and/or each cell.
  • a temperature sensor for the cooling fluid making it possible to determine the temperature of the cooling fluid at the outlet of each module and/or each cell. This embodiment is particularly relevant when the parameter determined is the temperature of the cooling fluid at the outlet of each module and/or each cell.
  • the device according to the invention further comprises a temperature sensor making it possible to determine the temperature of each module and/or each cell. This embodiment is particularly relevant when the determined parameter is the temperature of each module and/or each cell.
  • the device comprises, in addition to the cooling circuit, an air conditioning circuit.
  • an air conditioning circuit can exchange heat via the chiller of the cooling circuit and can further include a compressor, an expansion valve and a condenser.
  • the air conditioning circuit can circulate a refrigerant fluid, for example of the hydrofluoroolefin type, such as HFO-1234yf.
  • a heat exchange can take place via the chiller between the cooling fluid and the refrigerating fluid.
  • a compressor may be present in the air conditioning circuit.
  • the function of the compressor is to raise the pressure level of the refrigerant, in the gas phase at the outlet of the exchanger, before its passage and liquefaction in the condenser.
  • An expansion valve such as an electronic expansion valve, may be present in the air conditioning circuit.
  • Such a valve makes it possible to lower the pressure and control the flow of the refrigerant fluid as it leaves the condenser, in order to maximize the efficiency of the plate exchanger.
  • the valve can drop the pressure of the fluid so that it is in temperature and pressure conditions very close to its liquid-vapor equilibrium and allow the optimal quantity of fluid to pass so that the phase change (rendered possible by a contribution of calories provided by the cooling fluid) is complete.
  • a condenser may be present in the air conditioning circuit. Such a condenser makes it possible to transform the pressurized gas at the compressor outlet into a pressurized liquid.
  • the invention can be used in an electric vehicle, in order to avoid thermal runaway of the battery.
  • the device according to the invention can be used in an electric and hybrid vehicle, in particular rechargeable hybrid.
  • electric vehicle within the meaning of the present invention, we mean a vehicle comprising an electric motor as the sole means of propulsion while a hybrid vehicle comprises a combustion engine and an electric motor as combined means of propulsion.
  • propulsion means within the meaning of the present invention, we mean a system comprising the mechanical parts necessary for the propulsion of an electric vehicle.
  • the propulsion system thus includes more particularly an electric motor comprising the rotor-stator assembly of the power electronics (dedicated to speed regulation), a transmission and a battery.
  • the device according to the invention can also be used in an energy storage assembly or in an airplane.
  • the model consists of a battery pack comprising 16 modules of 6 cells in an 8p2s configuration (2 rows of 8 modules in parallel).
  • the modeled cells are “Pouch” type cells with a height of 276 mm, a length of 176 mm and a thickness of 8 mm and a capacity of 40 Ah with NMC technology.
  • the heat transfer fluid therefore circulates in fluid veins of rectangular section (height of 276 mm and width of 2 mm) over the entire length of the cells (176 mm).
  • Two buffer zones at the module inlet and outlet ensure uniform distribution of flow rates between each of the fluid streams. They have a thickness of 5 mm, a height of 276 mm and a width equivalent to 6 cells and 6 fluid veins, i.e. 60 mm.
  • this 3D configuration is approximated using fluid volumes (2 volumes corresponding to the buffer zones and 6 volumes corresponding to the fluid veins) and rectangular section pipes making it possible to calculate the pressure loss generated by the circulation of the fluid.
  • the cells are represented by solid thermal capacities parameterized by their dimensions (mentioned above), their density (2700 kg.m -3 ) as well as their specific heat capacity (900 J.kg ⁇ .K' 1 ) .
  • each cell is connected to a controllable heat source, allowing the possibility of studying nominal operating or thermal runaway configurations as desired.
  • thermofluidic coupling namely the heat transfer between the cells (solid thermal capacities) and the fluid (fluid volumes) was carried out using a function, representing the heat transfer coefficient as a function of the average speed of the flow in the fluid veins, calculated from 3D simulations (see Fig. 5 ).
  • the pump chosen in this study is a positive displacement pump which has the advantage of operating with a high level of efficiency. It is speed controlled and provides a variable flow rate depending on the pressure level (and therefore pressure losses) present in the fluid circuit.
  • the advantage of operating with iso-speed control is to be able to quantify the effectiveness of the modulation of the flow distribution by taking into account possible increases in pressure losses.
  • valves are the elements which allow the modulation of the flow between the different modules and in particular between the module undergoing runaway and the other modules.
  • variable opening valves were used in order to precisely control the flow distribution.
  • the modulation is temporally synchronized with the triggering of the runaway.
  • the developed model contains three temperature probes and one pressure probe.
  • the temperature probes are used to measure the fluid temperatures upstream of the battery pack, at the outlet of the runaway module and at the outlet of the battery pack.
  • the pressure probe is placed upstream of the pump in order to calculate the exact pressure losses of the system and to adapt the flow rate.
  • the model also includes an air conditioning circuit comprising a plate exchanger (chiller), a compressor, an electronic expansion valve and a condenser.
  • the plate exchanger allows the cooling of the battery circuit fluid. Heat exchange is generated by the phase change (liquid-vapor) of a refrigerating fluid (R1234yf).
  • the exchanger has a height of 170 mm, a width of 80 mm and a thickness of 68 mm. Each plate has a thickness of 0.35 mm and the exchanger has 0.78 plates per mm.
  • the function of the compressor is to raise the pressure level of the refrigerant, in the gas phase at the outlet of the exchanger, before its passage and liquefaction in the condenser.
  • the pressurization level can be controlled directly by adjusting the power consumed or the rotation speed.
  • this second parameter which is adapted by the control strategy in order to satisfy the temperature setpoint for the cooling fluid entering the battery pack.
  • This set temperature is 25°C in the stabilized operating phase and 20°C from the triggering of the thermal runaway until the end of the simulation.
  • the electronic expansion valve allows the pressure to be lowered and the flow of the refrigerant fluid to be controlled as it leaves the condenser, in order to maximize the efficiency of the plate exchanger. Indeed, the valve must drop the pressure of the fluid so that it is in temperature and pressure conditions very close to its liquid-vapor equilibrium and allow the optimal quantity of fluid to pass so that the phase change (rendered possible by a contribution of calories provided by the refrigerant fluid) is complete.
  • the intensity of the depressurization is controlled by a control strategy which changes the opening level of the valve in order to satisfy a setpoint of 5°C on the overheating of the refrigerating fluid at the outlet. exchanger.
  • Such a setpoint ensures that all of the refrigerating fluid has changed phase when the setpoint is reached.
  • threshold values were imposed for regulation on the opening level of the valve, in particular in order to avoid complete closure of the valve which could in turn pose model convergence problems.
  • the function of the condenser is to transform the pressurized gas leaving the compressor into a pressurized liquid.
  • all of the parameters controlling the operation of the condenser have been frozen.
  • the outside air temperature was set at 20°C and the pump flow rate at 100 1/s.
  • the condenser has a height of 590 mm, a width of 326 mm and a thickness of 29 mm.
  • the internal diameter of the tubes is 10 mm and the wall thickness of the tubes is 1 mm. There are 48 tubes per row.
  • the control strategy implemented at the level of the pilot air conditioning circuit increases the rotation speed of the compressor in order to increase the quantity of heat absorbed by the plate exchanger and satisfy the constraint temperature of 25°C imposed for the cooling fluid entering the battery pack.
  • the thermal runaway event is generated by imposing, on one of the cells (cell n °2) of a module of the first row, a power thermal dissipation of 722.67 kW for 10 s.
  • Flow modulation is immediately activated (in cases where it is tested) and the temperature setpoint for the fluid entering the battery pack is lowered from 25°C to 20°C.
  • a reference configuration was simulated in order to compare with the process of the invention.
  • the oil pump operates at a speed of 3000 rpm and the compressor has a rotation speed limit of 5000 rpm.
  • Fig. 2 shows that the flow rate of the fluid in the packed module increases slightly when the thermal runaway is triggered.
  • Fig. 3 shows that the temperature of the fluid at the outlet of the module containing the faulty cell increases significantly, while the temperature of the fluid at the inlet and outlet of the battery remains relatively stable.
  • the fluid temperature decreases slightly in all of the other modules due to the power cut to the cells (which until then dissipated 20 W of heat continuously). This results in a slight increase in pressure losses and a reduction in flow.
  • the flow rate temporarily increases again before decreasing again as the fluid cools.
  • Fig. 4 shows that the temperature of the cell adjacent to the faulty cell (packed cell) reaches 67°C. This temperature may seem relatively low and sufficient to prevent any risk of propagation but it should be noted that the model does not take into account certain phenomena, such as for example the release of gas at very high temperature and the shrinkage of fluid veins due to the swelling of the packed cell, which negatively affects the situation.
  • This Fig. 4 shows that the faulty cell reaches a temperature above 750°C.
  • the model presented is therefore a good model for evaluating the technical advantage of the invention.
  • the modulation intensity is presented as the flow distribution between the packaged module and the parallel modules in Fig. 5.
  • Fig. 5 shows, for each modulation configuration, the flow in the module with the cell in runaway, in the upper part of the graph and the flow in the parallel modules, in the lower part of the graph.
  • FIG. 6 shows the evolution of the fluid temperature at the battery inlet for each of the 4 modulation configurations.
  • Fig. 8 shows the evolution of the fluid temperature at the outlet of the runaway module for each of the 4 modulation configurations.
  • Fig. 9 shows the evolution of the fluid temperature at the battery outlet for each of the 4 modulation configurations.
  • Fig. 10 shows the evolution of the temperature of the cells adjacent to the runaway cell for each of the 4 modulation configurations.
  • Fig. 11 shows the evolution of the cell temperature during runaway for each of the 4 modulation configurations.
  • flow modulation allows a significant reduction in temperatures, both for the runaway cell and for adjacent cells.
  • the maximum temperatures of the runaway cell and adjacent cells increase respectively from 752°C and 68.3°C in the reference case to 489°C and 58.2°C in the case where all the fluid flow cooling is redirected to the runaway module.
  • the cooling dynamics are greatly improved by modulating the flow rate.
  • the adjacent cells return to their pre-runaway temperature in less than 103s.
  • Modulating the flow rates, in favor of the runaway module(s), therefore makes it possible to significantly limit the rise in temperature of the runaway cells and to their neighbors, thus reducing the risk of the runaway spreading. Such a result therefore constitutes a major gain in terms of security.
  • Flow modulation will also have a positive effect on the lifespan of cells that have not directly experienced runaway by reducing thermal stress (combination of factors such as the maximum temperature reached, the duration of overheating and the homogeneity temperatures within the cell) undergone.

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Abstract

La présente invention concerne un procédé de gestion thermique et de sécurité d'une batterie dans un dispositif, ledit dispositif comprenant une batterie et un circuit de refroidissement, la batterie comportant une pluralité de modules, chaque module comportant une pluralité de cellules et le circuit de refroidissement comprenant une boucle de circulation d'un fluide de refroidissement et des vannes de régulation permettant de réguler le débit dudit fluide en amont de chaque module, le procédé comprenant les étapes : a) Une étape de détection d'un défaut dans au moins une cellule d'un module, b) Lorsqu'un défaut est détecté, une étape de modulation du débit comprenant une augmentation du débit du fluide de refroidissement dans le ou les modules comprenant au moins une cellule en défaut.

Description

Description
Titre : Procédé de management thermique et de sécurité de batteries et dispositif pour sa mise en œuvre.
Domaine technique
La présente invention concerne la gestion thermique et la sécurité des batteries comprenant plusieurs cellules, en particulier pour des applications mobiles ou stationnaires.
Etat de la technique
Une batterie est un dispositif de production d’électricité dans lequel de l’énergie chimique est convertie en énergie électrique. L’énergie chimique est constituée par des composés électrochimiquement actifs déposés sur au moins une face d’électrodes disposées dans le générateur électrochimique. L’énergie électrique est produite par des réactions électrochimiques au cours d’une décharge d’une cellule électrochimique.
Une batterie comprend plusieurs cellules électrochimiques. Une cellule électrochimique de type lithium-ion est fondée sur le principe de l’insertion réversible de lithium dans une structure hôte d’une manière électrochimiquement active
Dans le domaine des cellules électrochimiques tel que les cellules lithium-ion, la température des cellules doit être gérée afin de maintenir la température à l’intérieur d’une plage adéquate de la cellule.
Les batteries lithium-ion sont généralement mises en œuvre à des températures allant de 0 à 40°C. En cas d’emballement, certaines cellules peuvent atteindre des températures de l’ordre de 400 à 800°C.
Les batteries sont couramment utilisées dans des applications mobiles ou stationnaires.
Parmi les applications stationnaires, on peut citer les batteries de stockage d’énergie, par exemple les batteries de stockage solaire, mais aussi les systèmes de stockage de l’énergie.
Parmi les applications mobiles, on peut citer les applications automobiles, tels que les véhicules électriques, ou l’aviation.
La batterie est susceptible de générer une grande quantité de chaleur, notamment lors d’une charge rapide. Ainsi, il est nécessaire de pouvoir extraire cette chaleur. L’air et l’eau éventuellement associée à du glycol sont connu pour refroidir les batteries. Néanmoins, avec l’apparition de systèmes batterie de plus en plus complexe et générateurs de chaleur, ces méthodes de refroidissement ne sont pas toujours suffisantes.
Par ailleurs, un des risques avérés dans les systèmes de pack batterie comprenant plusieurs cellules est la propagation d’un défaut pouvant apparaître sur une ou plusieurs cellules électrochimiques constitutives de la batterie, ladite batterie comprenant généralement entre 100 et 10 000 cellules. Ces défauts peuvent avoir diverses causes (court- circuit, forte température (par exemple >150°C), perte d’intégrité de la cellule lors d’un accident...) et ont pour résultat une augmentation très forte de la température de la cellule (pouvant aller jusqu’à 800°C voire au-delà) associée à une éjection de gaz chauds. Des systèmes de sécurité sont bien évidemment mis en place pour éviter ces potentiels défauts. Il convient dans ce cadre de considérer le cas de l’apparition d’un défaut. Le système de sécurité aura alors comme objectif d’éviter la propagation de cet emballement thermique. En effet la forte chaleur générée par la cellule en défaut peut devenir la source de l’emballement thermique des cellules voisines.
Le document EP 2 873 541 propose un système de refroidissement des batteries de véhicules hybrides ou électriques comprenant une circulation d’un fluide caloporteur dans une boucle principale et des dérivations commandées en fonction de la température du fluide caloporteur. Ce document décrit un système relativement complexe impliquant des circuits de dérivation. Ce document ne vise pas la même problématique que celle de la présente invention.
Le document WO 2021/062305 propose une technologie de gestion thermique de l'habitacle d'un véhicule. Ce document ne vise pas un système de gestion thermique et de sécurité des batteries et ce document propose de faire circuler un fluide lorsque le système dépasse un certain seuil.
Le document EP 4 027435 propose d’empêcher une flamme de se propager dans une batterie en faisant circuler un fluide lorsque le système dépasse un certain seuil.
C’est donc un objet de la présente invention que de proposer un nouveau système simple à mettre en œuvre, de management thermique et de sécurité de batteries visant à empêcher la propagation de l’emballement thermique d’une cellule en défaut.
Résumé de l’invention Plus précisément, la présente invention concerne un procédé de gestion thermique et de sécurité d’une batterie dans un dispositif, ledit dispositif comprenant une batterie et un circuit de refroidissement, la batterie comportant une pluralité de modules, chaque module comportant une pluralité de cellules et le circuit de refroidissement comprenant une boucle de circulation d’un fluide de refroidissement et des vannes de régulation permettant de réguler le débit dudit fluide en amont de chaque module, le procédé comprenant les étapes : a) Une étape de détection d’un défaut dans au moins une cellule d’un module, b) Lorsqu’un défaut est détecté, une étape de modulation du débit comprenant une augmentation du débit du fluide de refroidissement dans le ou les modules comprenant au moins une cellule en défaut.
Selon un mode de réalisation, au moins 50% du débit du fluide de refroidissement est redirigé vers le ou les modules comportant au moins une cellule en défaut, de préférence au moins 70% du débit, de préférence encore au moins 90% du débit, voire 100% du débit du fluide de refroidissement est dirigé vers le ou les modules comportant au moins une cellule en défaut.
Selon un mode de réalisation, l’étape a) comprend les étapes suivantes successives : al Mise en place d’une valeur seuil pour au moins un paramètre choisi parmi la température, la tension et le courant , a2 Mesure dudit au moins un paramètre choisi parmi la température, la tension et le courant lors du fonctionnement de la batterie, a3 Détection d’un défaut lorsque le paramètre mesuré est au-delà ou en-deçà de la valeur seuil mise en place à l’étape al .
Selon un mode de réalisation, le paramètre est la température du fluide de refroidissement, ledit procédé comprenant : al Mise en place d’une valeur seuil de température à ne pas dépasser, a2 Mesure de la température du fluide de refroidissement à la sortie de chaque module ou à la sortie de chaque cellule, a3 Détection d’un défaut dans au moins un module donné ou au moins une cellule donnée, lorsque la température mesurée à la sortie dudit module ou de ladite cellule dépasse la valeur seuil de température, b) redirection d’au moins une partie du débit du fluide de refroidissement vers ledit module en défaut ou ledit module comportant ladite cellule en défaut.
Selon un mode de réalisation, le paramètre est la température de chaque module ou de chaque cellule, ledit procédé comprenant : al Mise en place d’une valeur seuil de température de chaque module ou de chaque cellule à ne pas dépasser, a2 Mesure de la température de chaque module de chaque cellule, a3 Détection d’un défaut dans au moins un module donné ou au moins une cellule donnée, lorsque la température mesurée duditmodule ou de ladite cellule dépasse la valeur seuil de température, b) redirection d’au moins une partie du débit du fluide de refroidissement vers ledit module en défaut ou ledit module comportant ladite cellule en défaut.
Selon un mode de réalisation, l’étape a) comprend les étapes suivantes successives : al Mise en place d’une valeur seuil pour l’évolution d’au moins un paramètre pendant un temps donné, ledit au moins un paramètre étant choisi parmi la température, la tension et le courant, a2 Mesure dudit paramètre lors du fonctionnement de la batterie, a3 Détection d’un défaut dans au moins un module donné ou au moins une cellule donnée, lorsque ladite valeur seuil est dépassée.
Selon un mode de réalisation, l’étape b) comprend en outre une diminution du débit du fluide dans le ou les modules ne comportant pas de cellules en défaut.
Selon un mode de réalisation, l’étape b) de modulation est mise en œuvre jusqu’à ce que la ou les cellules en défaut retrouvent un fonctionnement nominal.
L’invention a également pour objet un dispositif pour la mise en œuvre du procédé selon l’invention, ledit dispositif comprenant :
- Une batterie comportant une pluralité de modules, chaque module comportant une pluralité de cellules électrochimiques,
- Un circuit de refroidissement comportant : o une boucle de circulation d’un fluide de refroidissement, o au moins une vanne en amont de chaque module permettant de réguler le débit du fluide de refroidissement.
Selon un mode de réalisation, ladite au moins une vanne est une vanne d’arrêt permettant d’arrêter la circulation du débit dans le module ne comprenant pas de cellule(s) en défaut.
Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend en outre une unité de contrôle permettant de détecter au moins une cellule en défaut.
Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend en outre au moins un capteur en sortie de chaque module ou de chaque cellule, permettant de mesurer au moins un paramètre choisi parmi la température du fluide de refroidissement et le courant.
Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend en outre un circuit de climatisation dans lequel circule un fluide réfrigérant.
De préférence, le dispositif comprend le circuit de refroidissement comprend en outre au moins un échangeur de chaleur destiné à échanger de la chaleur avec l’air ou avec un fluide réfrigérant du circuit de climatisation.
Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend le circuit de refroidissement comprend en outre au moins un échangeur de chaleur destinée à échanger de la chaleur avec l’air.
Le procédé de gestion de l’invention permet d’éviter les risques d’emballement thermiques et de diminuer très rapidement la propagation de l’emballement thermique.
Le procédé de gestion de l’invention est simple à mettre en œuvre. Il peut être mis en œuvre sur des systèmes stationnaires ou mobiles.
Le procédé de gestion de l’invention ne nécessite pas d’apport extérieur de fluide mais au contraire utilise le fluide déjà présent dans le circuit pour le refroidissement de la batterie pour éviter la propagation de l’emballement thermique.
Ainsi, le procédé de l’invention peut être mis en œuvre dans des batteries de stockage d’énergie, par exemple les batteries de stockage solaire, mais aussi les systèmes de stockage de l’énergie.
Ainsi, le procédé de l’invention peut être mis en œuvre dans les véhicules électriques ou hybrides ou dans l’aviation. Sauf indication contraire, les quantités dans un produit sont exprimées en poids, par rapport au poids total du produit.
Brève description des figures
[Fig. 1] représente l’évolution du débit de la pompe à huile dans le cas de référence.
[Fig. 2] représente le débit du fluide dans le module en emballement et dans les modules parallèles.
[Fig. 3] représente l’évolution de la température du fluide à différentes positions de la batterie dans le cas de référence.
[Fig. 4] représente l’évolution de la température des cellules dans le module en emballement dans le cas de référence.
[Fig. 5] montre l’évolution de la distribution de débit entre le module en emballement et les modules parallèles pour différents niveaux de modulation du débit dans les modules.
[Fig. 6] montre l’évolution du débit de la pompe à huile dans le module en emballement pour différents niveaux de modulation du débit dans les modules.
[Fig. 7] montre l’évolution de la température de l’huile à l’entrée du pack batterie pour différents niveaux de modulation du débit dans les modules.
[Fig. 8] montre l’évolution de la température de l’huile à la sortie du module en emballement pour différents niveaux de modulation du débit dans les modules.
[Fig. 9] montre l’évolution de la température de l’huile à la sortie du pack batterie pour différents niveaux de modulation du débit dans les modules.
[Fig. 10] montre l’évolution de la température des cellules adjacentes à la cellule en emballement pour différents niveaux de modulation du débit dans les modules.
[Fig. 11] montre l’évolution de la température de la cellule en emballement pour différents niveaux de modulation du débit dans les modules.
Description détaillée La présente invention concerne un procédé de gestion thermique et de sécurité d’une batterie dans un dispositif, ledit dispositif comprenant une batterie et un circuit de refroidissement.
Dans le cadre de la présente invention, la batterie comporte une pluralité de modules, chaque module comportant une pluralité de cellules électrochimiques.
De préférence, les modules de la batterie sont situés en parallèle les uns des autres.
Le procédé de gestion thermique et de sécurité selon l’invention est typiquement mis en œuvre à l’aide d’un circuit de refroidissement comprenant une boucle de circulation d’un fluide de refroidissement, ledit fluide de refroidissement étant en contact direct avec les cellules.
Ainsi selon un mode de réalisation, le fluide de refroidissement est en contact direct avec les cellules. En effet, la nature non-aqueuse du fluide permet d’opérer ce contact direct afin que le refroidissement et le transfert thermique soient de meilleures efficacités. A contrario, un fluide de type aqueux ne pourrait être mis en contact direct, et aurait donc une efficacité moindre au regard du refroidissement et du transfert thermique.
Par contact direct, il est entendu selon l’invention que le fluide et les cellules se touchent sans qu’il n’y ait d’obstacles entre eux. Ceci permet d’optimiser la surface d’échange entre le fluide et les cellules et d’obtenir une meilleure efficacité du transfert thermique pour éviter ou ralentir le phénomène d’emballement thermique.
En fonctionnement nominal, le fluide de refroidissement circule avec un débit donné, de préférence avec un débit identique dans chacun des modules de la batterie.
Le fluide de refroidissement mis en œuvre selon l’invention est de préférence un fluide non aqueux. Le fluide de refroidissement mis en œuvre selon l’invention présente avantageusement des propriétés isolantes, par exemple une résistivité à 30°C, mesurée selon la norme ASTM DI 169, supérieure ou égale à 1 Mohm.m, de préférence supérieure ou égale à 100 Mohm.m. Ainsi, typiquement, le fluide de refroidissement mis en œuvre selon l’invention présente une conductivité inférieure ou égale à 10'5 ohm^.m’1, de préférence inférieure ou égale à 10'8 ohm^.m 1. Ces propriétés sont particulièrement avantageuses lors de la mise en œuvre du fluide via un contact direct avec les cellules.
Le fluide de refroidissement mis en œuvre selon l’invention comprend typiquement une ou plusieurs huiles de base, de préférence en une teneur totale de 70% à 100% en poids, de préférence allant de 70 à 99% en poids, de préférence encore de 80 à 98% en poids, préférentiellement de 85 à 95% en poids, par rapport au poids total de la composition de refroidissement.
Selon un mode de réalisation particulier, le fluide de refroidissement comprend 100% en poids d’huile(s) de base, par rapport au poids total du fluide de refroidissement.
Ces huiles de base peuvent être choisies parmi les huiles de base conventionnellement utilisées dans le domaine des huiles lubrifiantes, telles que les huiles minérales, synthétiques ou naturelles, animales ou végétales ou leurs mélanges.
Il peut s’agir d’un mélange de plusieurs huiles de base, par exemple un mélange de deux, trois, ou quatre huiles de base.
Les huiles de base des fluides de refroidissement mis en œuvre dans l’invention peuvent être en particulier des huiles d’origines minérales ou synthétiques appartenant aux groupes I à V selon les classes définies dans la classification API (ou leurs équivalents selon la classification ATIEL) et présentées dans le tableau 1 ci-dessous ou leurs mélanges.
[Tableau 1]
Les huiles de base minérales incluent tous types d’huiles de base obtenues par distillation atmosphérique et sous vide du pétrole brut, suivies d’opérations de raffinage telles qu’ extraction au solvant, désalphatage, déparaffinage au solvant, hydrotraitement, hydrocraquage, hydroisomérisation et hydrofinition. Des mélanges d’huiles synthétiques et minérales, pouvant être biosourcées ou recyclées, peuvent également être employés.
Les huiles de bases des fluides de refroidissement selon l’invention peuvent également être choisies parmi les huiles synthétiques, telles certains esters d’acides carboxyliques et d’alcools, les polyalphaoléfines (PAO), et les polyalkylène glycol (PAG) obtenus par polymérisation ou copolymérisation d’oxydes d’alkylène comprenant de 2 à 8 atomes de carbone, en particulier de 2 à 4 atomes de carbone.
Les PAO utilisées comme huiles de base sont par exemple obtenues à partir de monomères comprenant de 4 à 32 atomes de carbone, par exemple à partir d’octène ou de décène. La masse moléculaire moyenne en poids de la PAO peut varier assez largement. De manière préférée, la masse moléculaire moyenne en poids de la PAO est inférieure à 600 Da. La masse moléculaire moyenne en poids de la PAO peut également aller de 100 à 600 Da, de 150 à 600 Da, ou encore de 200 à 600 Da.
Des additifs complémentaires peuvent être mis en œuvre dans le fluide de refroidissement mis en œuvre dans l’invention. Parmi ces additifs, on peut citer les antioxydants, les additifs anti -corrosion, les additifs anti-mousse et les abaisseurs de point d’écoulement.
Selon un mode de réalisation particulièrement préféré, la composition de refroidissement mise en œuvre selon l’invention comprend au moins un additif antioxydant. L’additif antioxydant permet généralement de retarder la dégradation de la composition en service. Cette dégradation peut notamment se traduire par la formation de dépôts, par la présence de boues ou par une augmentation de la viscosité de la composition.
Les additifs antioxydants agissent notamment comme inhibiteurs radicalaires ou destructeurs d’hydropéroxydes. Parmi les additifs antioxydants couramment employés, on peut citer les additifs antioxydants de type phénolique, les additifs antioxydants de type aminé, les additifs antioxydants phosphosoufrés.
Le fluide de refroidissement mise en œuvre selon l’invention peut comprendre de 0,1 à 2 % en poids d’au moins un additif antioxydant, par rapport au poids total du fluide.
Le fluide de refroidissement mise en œuvre selon l’invention peut comprendre au moins un additif anticorrosion. L’additif anti-corrosion permet avantageusement de retarder ou empêcher la corrosion des pièces métalliques de la batterie. Le fluide de refroidissement mise en œuvre selon l’invention peut comprendre de 0,01 à 5 % en poids, préférentiellement de 0,1 à 2 % en poids d’agent anticorrosion, par rapport au poids total du fluide.
Le fluide de refroidissement mise en œuvre selon l’invention peut comprendre en outre au moins un agent antimousse. L’agent antimousse peut être choisi parmi les polyacrylates, les silicones, les composés fluorés ou encore les cires.
Le fluide de refroidissement mise en œuvre selon l’invention peut comprendre de 0,001 à 5 % en poids, préférentiellement de 0,1 à 2 % en poids d’agent antimousse, par rapport au poids total du fluide.
Le fluide de refroidissement mise en œuvre selon l’invention peut également comprendre au moins un additif abaisseur du point d’écoulement, (dits encore agents « PPD » pour « Pour Point Depressant » en langue anglaise). En ralentissant la formation de cristaux de paraffine, les additifs abaisseurs de point d’écoulement améliorent généralement le comportement à froid de la composition. Comme exemple d’additifs abaisseurs de point d’écoulement, on peut citer les polyméthacrylates d’alkyle, les polyacrylates, les polyarylamides, les polyalkylphénols, les polyalkylnaphtalènes, les polystyrènes alkylés
Le fluide de refroidissement mise en œuvre selon l’invention peut également un ou plusieurs composés fluorocarbonés. Parmi les composés fluorocarbonés, on peut citer le Bromure de perfluorooctyle.
Le fluide de refroidissement mise en œuvre selon l’invention peut comprendre de 0,01 à 10 % en poids, préférentiellement de 0,1 à 5 % en poids, avantageusement de 0,5 à 2% en poids de composés fluorocarbonés, par rapport au poids total du fluide.
Le fluide de refroidissement mise en œuvre selon l’invention peut comprendre en outre au moins un agent anti-usure. Selon un mode de réalisation, l’agent anti-usure est choisi parmi les anti-usure phosphorés, les anti-usure phospho-soufrés, les anti-usure phospho-aminés, et leurs mélanges, de préférence parmi les anti -usure phosphorés.
Selon un mode de réalisation, l’agent anti-usure est un polymère phosphite, de préférence répondant à la formule (I) :
[Chem 1] dans laquelle, chacun des RI, R2, R3 et R4 peuvent être choisis indépendamment les uns des autres parmi les groupements C1-C20 alkyle, C3-C22 alkényle, C6-C40 cycloalkyle, C7-C40 cycloalkényle, Cl -20 méthoxy alkyl glycol éthers et Y- OH;
Y est choisi parmi les groupements C2-C40 alkylène, C2-C40 alkyl lactone, -R7-N(R8)-R9-, dans lequel R7, R8 et R9 sont indépendamment les uns des autres choisis parmi hydrogène, C1-C20 alkyle, C3-C22 alkényle, C6-C40 cycloalkyle, C7-C40 cycloalkényle, Cl-20 méthoxy alkyl glycol éthers, m est un entier allant de 2 à 100, n est un entier allant de 1 à 1000.
Selon un mode de réalisation, le polymère phosphite, de préférence répondant à la formule (I), présente une masse moléculaire moyenne en poids inférieure à 30000 g/mol, de préférence allant de 3000 à 20000 g/mol. La masse moléculaire moyenne en poids peut être mesurée par chromatographie d’exclusion stérique.
Selon un mode de réalisation, le polymère phosphite, de préférence répondant à la formule (I), présente une masse moléculaire moyenne en nombre inférieure à 10000 g/mol, de préférence allant de 1000 à 5000 g/mol. La masse moléculaire moyenne en nombre peut être mesurée par chromatographie d’exclusion stérique.
Selon un mode de réalisation, le polymère phosphite, de préférence répondant à la formule (I), présente un indice de polydispersité allant de 1 à 5, de préférence allant de 2 à 4.
Le polymère phosphite pouvant être mis en œuvre dans l’invention peut être obtenu selon le procédé décrit dans le document WO2011102861. En particulier, le polymère peut être obtenu selon le procédé décrit dans les paragraphes 27 à 32 de ce document.
Selon un mode de réalisation, les additifs anti-usure sont choisis parmi des additifs phospho-soufrés comme les alkylthiophosphates métalliques, en particulier les alkylthiophosphates de zinc, et plus spécifiquement les dialkyldithiophosphates de zinc ou ZnDTP. Les composés préférés sont de formule Zn((SP(S)(OQ2)(OQ3))2, dans laquelle Q2 et Q3, identiques ou différents, représentent indépendamment un groupement alkyle, préférentiellement un groupement alkyle comportant de 1 à 18 atomes de carbone.
On peut citer, à titre d'exemples d'additifs anti-usure phospho-soufrés, les monobutylthiophosphate, monooctylthiophosphate, monolaurylthiophosphate, dibutylthiophosphate, dilaurylthiophosphate, tributylthiophosphate, trioctylthiophosphate, triphenylthiophosphate, monooctylthiophosphite, trilaurylthiophosphate, monolaurylthiophosphite, monobutylthiophosphite, dibutylthiophosphite, dilaurylthiophosphite, tributylthiophosphite, trioctylthiophosphite, triphenylthiophosphite, trilaurylthiophosphite et leurs sels.
Les phosphates d'amines sont également des additifs anti-usure qui peuvent être employés dans un fluide de refroidissement selon l'invention. Toutefois, le phosphore apporté par ces additifs peut agir comme poison des systèmes catalytiques car ces additifs sont générateurs de cendres. On peut minimiser ces effets en substituant partiellement les phosphates d'amines par des additifs n'apportant pas de phosphore, tels que, par exemple, les polysulfures, notamment les oléfines soufrées.
Le fluide de refroidissement mis en œuvre selon l’invention peut comprendre de 0,01 à 1 % en poids, de préférence de 0,1 à 10% en poids, préférentiellement de 1 à 5% en poids d’agent(s) anti -usure, par rapport au poids total de la composition.
Ces additifs peuvent être introduits isolément et/ou sous la forme d’un mélange d’additifs, selon des procédés bien connus de l’homme du métier
Avantageusement, le fluide de refroidissement mis en œuvre selon l’invention présente une viscosité cinématique, mesurée à 40°C selon la norme ASTM D445 allant de 1,5 à 35 mm2/s, en particulier de 2 à 25 mm2/s voire de 2,5 à 10 mm2/s.
Avantageusement, le fluide de refroidissement mis en œuvre selon l’invention présente une viscosité cinématique, mesurée à 100°C selon la norme ASTM D445 allant de 0,5 à 7 mm2/s, en particulier de 1 à 4 mm2/s voire de 1, 1 à 2,5 mm2/s.
De façon alternative, le fluide de refroidissement mis en œuvre selon l’invention peut être exclusivement constitué par au moins une huile de base, minérale ou synthétiques, éventuellement biosourcée ou recyclée. Le procédé de gestion thermique et de sécurité selon l’invention comprend les étapes successives : a) une étape de détection d’au moins un défaut dans une moins une cellule électrochimique d’au moins un module de la batterie, b) lorsqu’un défaut est détecté, une étape d’augmentation du débit du fluide de refroidissement dans le ou les modules comprenant au moins une cellule en défaut.
Selon un mode de réalisation, une cellule sera dite en défaut si au moins un paramètre choisi parmi la température et le courant, est au-delà ou en-deçà d’une valeur seuil donnée.
Dans le cadre de l’invention, un module sera dit en défaut s’il comporte au moins une cellule en défaut
Ainsi, typiquement, si aucun défaut n’est détecté, le débit du fluide de refroidissement dans les modules de la batterie n’est pas modifié.
Selon un mode de réalisation, l’étape a) comprend les étapes suivantes : al) Mise en place d’une valeur seuil pour au moins un paramètre choisi parmi la température, la tension et le courant, a2) Mesure dudit au moins un paramètre choisi parmi la température, la tension et le courant lors du fonctionnement de la batterie, la mesure peut être mise en œuvre en continu ou de manière séquentielle, a3) Comparaison entre ledit au moins un paramètre mesuré et ladite valeur seuil, a4) Détection d’un défaut lorsque le paramètre mesuré est au-delà ou en-deçà de la valeur seuil mise en place à l’étape al.
Selon un mode de réalisation, le paramètre est la température de chaque module, l’étape a) du procédé selon l’invention comprenant alors de préférence les étapes suivantes: al) Mise en place d’une valeur seuil de température à ne pas dépasser Tl, a2) Mesure de la température T2 de chaque module, a3) Comparaison entre la température mesurée et la valeur seuil de température, a4) Détection d’un défaut dans un module donné lorsque la température mesurée dudit module dépasse la valeur seuil de température déterminée à l’étape al (lorsque T2>T1).
Selon un mode de réalisation, le paramètre est la température de chaque cellule, l’étape a) du procédé selon l’invention comprenant alors de préférence les étapes suivantes: al) Mise en place d’une valeur seuil de température à ne pas dépasser Tl, a2) Mesure de la température T2 de chaque cellule, a3) Comparaison entre la température mesurée et la valeur seuil de température, a4) Détection d’un défaut dans une cellule donnée lorsque la température mesurée de ladite cellule dépasse la valeur seuil de température déterminée à l’étape al (lorsque T2>T1).
Selon un mode de réalisation, le paramètre est la température du fluide de refroidissement à la sortie de chaque module, l’étape a) du procédé selon l’invention comprenant alors de préférence les étapes suivantes : al) Mise en place d’une valeur seuil de température à ne pas dépasser Tl, a2) Mesure de la température T2 du fluide de refroidissement à la sortie de chaque module, a3) Comparaison entre la température mesurée et la valeur seuil de température, a4) Détection d’un défaut dans un module donné lorsque la température mesurée à la sortie dudit module dépasse la valeur seuil de température déterminée à l’étape al (lorsque T2>T1).
Selon un mode de réalisation, le paramètre est la température du fluide de refroidissement à la sortie de chaque cellule, l’étape a) du procédé selon l’invention comprenant alors de préférence les étapes suivantes : al) Mise en place d’une valeur seuil de température à ne pas dépasser Tl, a2) Mesure de la température T2 du fluide de refroidissement à la sortie de chaque cellule, a3) Comparaison entre la température mesurée et la valeur seuil de température, a4) Détection d’un défaut dans une cellule donnée lorsque la température mesurée à la sortie de ladite cellule dépasse la valeur seuil de température déterminée à l’étape al (lorsque T2>T1).
Selon un mode de réalisation, l’étape a) comprend les étapes suivantes : al) Mise en place d’une valeur seuil pour l’évolution d’au moins un paramètre pendant un temps prédéfini, ledit au moins un paramètre étant choisi parmi la température, la tension et le courant, a2) Mesure dudit au moins un paramètre choisi parmi la température, la tension et le courant lors du fonctionnement de la batterie, la mesure peut être mise en œuvre en continu ou de manière séquentielle, a3) Détection d’un défaut lorsque la valeur seuil mise en place à l’étape al est atteinte.
Selon ce mode de réalisation, le défaut est détecté lorsque le paramètre évolue trop rapidement. Ainsi, il est possible de mettre en place une valeur seuil pour ledit paramètre, telle qu’elle sera considérée comme atteinte si le paramètre évolue trop rapidement pendant un temps donné, prédéfini.
Si le paramètre est la température, alors la valeur seuil peut être la variation de ladite température sur un laps de temps prédéfini. Ainsi, si la température varie très rapidement (autrement dit avec une certaine amplitude pendant un temps donné), cela peut être considéré comme le signe qu’une cellule est en défaut
A titre d’exemple non limitatif, si la température du fluide à la sortie d’un module ou d’une cellule varie d’au moins 20°C voire d’au moins 10°C, voire encore d’au moins 5°C sur un temps donné par exemple de 10 secondes, alors il pourra être considéré que ladite cellule est en défaut ou que ledit module est en défaut (ou comporte au moins une cellule en défaut).
A titre d’exemple non limitatif, si la température d’un module ou d’une cellule varie d’au moins 20°C voire d’au moins 10°C, voire encore d’au moins 5°C sur un temps donné par exemple de 10 secondes, alors il pourra être considéré que ledit module est en défaut (ou comporte au moins une cellule en défaut).
Selon un mode de réalisation, le paramètre est la tension et le défaut dans une cellule est détecté lorsque la tension de ladite cellule atteint 0V. Selon ce mode de réalisation, la valeur seuil pour ce paramètre est 0V.
Selon un mode de réalisation, le défaut est détecté lorsque la tension diminue trop rapidement. A titre d’exemple non limitatif, si la tension d’au moins une cellule varie d’au moins 3 V, voire d’au moins 2V, voire d’au moins IV, sur un temps prédéfini par exemple de 10 secondes, alors il pourra être considéré que ladite cellule est en défaut.
La tension est un indicateur clair, facile à déterminer, d’une défaillance/mise défaut d’une batterie, cellule ou module.
Typiquement, chaque module comprend une entrée pour introduire le fluide de refroidissement dans ledit module et une sortie pour extraire le fluide de refroidissement dudit module.
Selon un mode de réalisation, chaque module comporte des veines, dites veines fluides, permettant la circulation du fluide de refroidissement dans le module sur l’ensemble ou une partie de la longueur de chaque cellule au sein du module.
La mesure du paramètre donné peut être effectuée en continue ou de façon séquentielle, à intervalle régulier.
Selon un mode de réalisation, l’étape b) de modulation d’au moins une partie du débit comprend une augmentation du débit du fluide de refroidissement dans le ou les modules comportant au moins une cellule en défaut et une diminution du débit du fluide de refroidissement dans le ou les modules ne comportant pas de cellules en défaut.
L’étape b) de modulation de débit peut être également appelée étape de redirection de débit.
Ainsi, selon l’invention, l’étape b) de modulation est une étape de redirection de débit.
Par redirection du débit, il est entendu selon la présente invention qu’au moins une partie du fluide circulant dans le ou les modules à un débit donné lors d’un fonctionnement nominal est redirigé vers le ou les modules comportant au moins une cellule en défaut depuis le ou les modules ne comportant pas de cellules en défaut.
Selon un mode de réalisation, des vannes à ouverture variable peuvent être utilisées pour permettre la modulation du débit lors de l’étape b), lesdites vannes étant alors de préférence localisées sur le circuit de refroidissement en amont de chaque module. Selon un mode de réalisation, les vannes sont des électrovannes.
Selon un mode de réalisation du procédé de gestion thermique et de sécurité de l’invention, l’étape b) de modulation du débit comprend une étape de fermeture d’au moins une vanne en amont d’au moins un module ne comportant pas de cellule(s) en défaut, de préférence une étape de fermeture de chaque vanne en amont de chaque module ne comportant pas de cellule(s) en défaut.
Selon un mode de réalisation, les vannes sont des vannes d’arrêt qui permettent d’arrêter la circulation du fluide de refroidissement dans chaque module ne comportant pas de cellule(s) en défaut.
Ainsi, typiquement dans le cadre de l’invention, pour une batterie comportant X modules (les modules étant en parallèle, au sens fluidique) et fonctionnant avec un débit global D de fluide de refroidissement : en fonctionnement nominal, chaque module m reçoit D/X% du débit global D, autrement dit, le débit du fluide de refroidissement est réparti de manière uniforme dans chacun des modules de la batterie, lorsqu’un défaut est détecté dans au moins une cellule d’un des modules, alors ledit module comportant au moins une cellule en défaut reçoit un débit qui sera supérieur à D/X%, autrement dit, le débit n’est plus réparti de manière uniforme mais le débit est modulé de sorte que la part de débit global reçue par le module en défaut est supérieure à la part de débit global reçu par chacun des autres modules qui ne sont pas en défaut.
Selon un mode de réalisation du procédé de gestion selon l’invention, la batterie comprend au moins 3 modules en parallèle, et au moins 50% du débit du fluide de refroidissement est redirigé vers le ou les modules comportant au moins une cellule en défaut, de préférence au moins 70% du débit, de préférence encore au moins 90% du débit, voire 100% du débit du fluide de refroidissement est dirigé vers le ou les modules comportant au moins une cellule en défaut.
Selon un mode de réalisation, de 50% à 90% du débit du fluide de refroidissement est redirigé vers le ou les modules comportant au moins une cellule en défaut, de sorte que le ou les modules ne comportant pas de cellule(s) en défaut continuent à être en contact avec du fluide de refroidissement.
Selon un mode de réalisation du procédé de gestion selon l’invention, l’étape b) de modulation du débit est mise en œuvre jusqu’à ce que la ou les cellules en défaut retrouvent un fonctionnement nominal.
Au sens de la présente invention, une cellule présente un fonctionnement nominal dès lors qu’elle n’est pas considérée comme étant en défaut.
De préférence, lorsque la cellule en défaut présente une température inférieure à 100°C, de préférence 50°C, alors elle est considérée comme ayant un fonctionnement nominal. Ainsi, selon un mode de réalisation du procédé de gestion selon l’invention, l’étape b) de modulation du débit est mise en œuvre jusqu’à ce que la ou les cellules en défaut retrouvent une température inférieure à 100°C, de préférence 50°C.
Selon un mode de réalisation, le procédé de gestion thermique et de sécurité est mis en œuvre via un dispositif.
Selon un mode de réalisation, le dispositif pour la mise en œuvre du procédé de gestion thermique et de sécurité comprend un capteur de température pour le fluide de refroidissement à l’entrée de la batterie et un capteur de température pour le fluide de refroidissement à la sortie de la batterie.
Selon un mode de réalisation, le dispositif pour la mise en œuvre du procédé de gestion thermique et de sécurité comprend un capteur de température pour le fluide de refroidissement permettant de déterminer la température du fluide de refroidissement à la sortie de chaque module et/ou de chaque cellule. Ce mode de réalisation est particulièrement pertinent lorsque le paramètre déterminé est la température du fluide de refroidissement à la sortie de chaque module et/ou de chaque cellule.
Selon un mode de réalisation, le dispositif pour la mise en œuvre du procédé de gestion thermique et de sécurité comprend un capteur de température permettant de déterminer la température de chaque module et/ou de chaque cellule. Ce mode de réalisation est particulièrement pertinent lorsque le paramètre déterminé est la température de chaque module et/ou de chaque cellule. Ainsi, selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, le dispositif comprend une batterie et un circuit de refroidissement, la batterie comporte une pluralité de modules, chaque module comporte une pluralité de cellules et le circuit de refroidissement comprend une boucle de circulation d’un fluide de refroidissement et des vannes de régulation permettant de réguler le débit dudit fluide en amont de chaque module, le fluide de refroidissement circulant avec un débit donné en fonctionnement nominal et étant en contact direct avec les cellules, et le procédé de gestion thermique et de sécurité de l’invention comprend avantageusement les étapes : al) Mise en place d’une valeur seuil pour au moins un paramètre choisi parmi la température, la tension et le courant, a2) Mesure dudit au moins un paramètre choisi parmi la température, la tension et le courant lors du fonctionnement de la batterie, a3) Détection d’un défaut lorsque le paramètre mesuré est au-delà ou en-deçà de la valeur seuil mise en place à l’étape al, b) Lorsqu’un défaut est détecté, une étape de redirection du débit comprenant (i) une augmentation du débit du fluide de refroidissement dans le ou les modules comprenant au moins une cellule en défaut et (ii-1) une diminution du débit du fluide de refroidissement dans le ou les modules ne comprenant pas au moins une cellule en défaut ou (ii-2) un arrêt de la circulation du fluide de refroidissement dans le ou les modules ne comprenant pas au moins une cellule en défaut.
Ainsi, selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, le dispositif comprend une batterie et un circuit de refroidissement, la batterie comporte une pluralité de modules, chaque module comporte une pluralité de cellules et le circuit de refroidissement comprend une boucle de circulation d’un fluide de refroidissement et des vannes de régulation permettant de réguler le débit dudit fluide en amont de chaque module, le fluide de refroidissement circulant avec un débit donné en fonctionnement nominal et étant en contact direct avec les cellules, et le procédé de gestion thermique et de sécurité de l’invention comprend avantageusement les étapes : al) Mise en place d’une valeur seuil de température de chaque module ou de chaque cellule à ne pas dépasser, a2) Mesure de la température de chaque module de chaque cellule, a3) Détection d’un défaut dans au moins un module donné ou au moins une cellule donnée, lorsque la température mesurée dudit module ou de ladite cellule dépasse la valeur seuil de température b) Lorsqu’un défaut est détecté, une étape de redirection du débit comprenant (i) une augmentation du débit du fluide de refroidissement dans le ou les modules comprenant au moins une cellule en défaut et (ii-1) une diminution du débit du fluide de refroidissement dans le ou les modules ne comprenant pas au moins une cellule en défaut ou (ii-2) un arrêt de la circulation du fluide de refroidissement dans le ou les modules ne comprenant pas au moins une cellule en défaut.
L’invention a également pour objet un dispositif comprenant :
- Une batterie comportant une pluralité de modules, chaque module comportant une pluralité de cellules électrochimiques,
Un circuit de refroidissement comportant : o une boucle de circulation d’un fluide de refroidissement, o au moins une vanne en amont de chaque module permettant de réguler le débit du fluide de refroidissement.
Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend en outre une unité de contrôle permettant de détecter au moins une cellule en défaut.
Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend en outre au moins un capteur en sortie de chaque module, permettant de mesurer au moins un paramètre choisi parmi la température, la tension et le courant.
Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend en outre au moins un échangeur de chaleur destiné à être relié à un circuit de climatisation dans lequel circule un fluide réfrigérant.
Ainsi, selon un mode de réalisation particulier, le dispositif comprend :
- Une batterie comportant une pluralité de modules, chaque module comportant une pluralité de cellules électrochimiques,
- un échangeur, aussi appelé radiateur, permettant d’évacuer une partie des calories emmagasinées par le fluide vers l’air extérieur, - un chiller (par exemple de type échangeur à plaque) permettant d’échanger de la chaleur avec de l’air ou avec un autre circuit fluide réservé à la climatisation du véhicule (fluide dit « réfrigérant »), éventuellement un système de chauffage permettant d’augmenter la température du fluide afin de réchauffer la batterie lors de démarrage à froid ou lorsque le véhicule évolue dans une atmosphère froide, au moins une pompe,
- une boucle de circulation d’un fluide de refroidissement et des vannes afin de mettre en mouvement et gérer les débits dans l’ensemble du circuit.
Les caractéristiques et avantages définis pour le procédé de gestion selon l’invention s’applique également au dispositif selon l’invention
Selon un mode de réalisation, le dispositif selon l’invention comprend en outre un capteur de température pour le fluide de refroidissement à l’entrée de la batterie et un capteur de température pour le fluide de refroidissement à la sortie de la batterie.
Selon un mode de réalisation, le dispositif selon l’invention comprend en outre un capteur de température pour le fluide de refroidissement permettant de déterminer la température du fluide de refroidissement à la sortie de chaque module et/ou de chaque cellule. Ce mode de réalisation est particulièrement pertinent lorsque le paramètre déterminé est la température du fluide de refroidissement à la sortie de chaque module et/ou de chaque cellule.
Selon un mode de réalisation, le dispositif selon l’invention comprend en outre un capteur de température permettant de déterminer la température de chaque module et/ou de chaque cellule. Ce mode de réalisation est particulièrement pertinent lorsque le paramètre déterminé est la température de chaque module et/ou de chaque cellule.
Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend, outre le circuit de refroidissement, un circuit de climatisation. Un tel circuit de climatisation peut échanger de la chaleur via le chiller du circuit de refroidissement et peut comprendre en outre un compresseur, une vanne de détente et un condenseur. Le circuit de climatisation peut faire circuler un fluide réfrigérant, par exemple de type hydrofluorooléfines, tel que le HFO- 1234yf.
Selon ce mode de réalisation, un échange de chaleur peut avoir lieu via le chiller entre le fluide de refroidissement et le fluide frigorifique.
Un compresseur peut être présent dans le circuit de climatisation. Le compresseur a pour fonction de faire remonter le niveau de pression du fluide frigorifique, en phase gazeuse à la sortie de l’échangeur, avant son passage et sa liquéfaction dans le condenseur.
Une vanne de détente, telle qu’une vanne de détente électronique, peut être présente dans le circuit de climatisation. Une telle vanne permet d’abaisser la pression et de contrôler le débit du fluide frigorifique à sa sortie du condenseur, afin de maximiser l’efficacité de l’échangeur à plaques. En effet, la vanne peut faire chuter la pression du fluide afin que celui-ci soit dans des conditions de température et de pression très proches de son équilibre liquide-vapeur et laisser passer la quantité de fluide optimale pour que le changement de phase (rendu possible par un apport des calories fournies par le fluide de refroidissement) soit complet.
Un condenseur peut être présent dans le circuit de climatisation. Un tel condenseur permet de transformer le gaz pressurisé à la sortie du compresseur en un liquide pressurisé.
L’invention peut être utilisée dans un véhicule électrique, afin d’éviter l’emballement thermique de la batterie. Ainsi, le dispositif selon l’invention peut être utilisé dans un véhicule électrique et hybride, en particulier hybride rechargeable.
Par « véhicule électrique » au sens de la présente invention, on entend désigner un véhicule comprenant un moteur électrique comme unique moyen de propulsion alors qu’un véhicule hybride comprend un moteur à combustion et un moteur électrique comme moyens de propulsion combinés.
Par « moyen de propulsion » au sens de la présente invention, on entend désigner un système comprenant les pièces mécaniques nécessaires à la propulsion d’un véhicule électrique. Le système de propulsion englobe ainsi plus particulièrement un moteur électrique comprenant l’ensemble rotor-stator de l’électronique de puissance (dédié à la régulation de la vitesse), une transmission et une batterie. Le dispositif selon l’invention peut également être utilisé dans un ensemble de stockage d’énergie ou dans un avion.
L’invention va maintenant être décrite au moyen des exemples suivants, donnés bien entendu à titre illustratif et non limitatif de l’invention.
Exemples
Afin de démontrer les avantages du procédé de gestion de l’invention, un modèle a été mis en œuvre à l’aide du logiciel Simulation X.
Le modèle consiste en un pack batterie comportant 16 modules de 6 cellules suivant une configuration 8p2s (2 rangées de 8 modules en parallèle). Les cellules modélisées sont des cellules de type « Pouch » de hauteur 276 mm, de longueur 176 mm et d’épaisseur 8 mm et d’une capacité de 40 Ah avec une technologie NMC.
D’un point de vue hydrodynamique, le fluide caloporteur (fluide de refroidissement) circule donc dans des veines fluides de section rectangulaire (hauteur de 276 mm et largeur de 2 mm) sur toute la longueur des cellules (176 mm). Deux zones tampons en entrée et sortie de module permettent quant à elle d’assurer une répartition uniforme des débits entre chacune des veines fluides. Elles ont une épaisseur de 5 mm, une hauteur de 276 mm et une largeur équivalente à 6 cellules et 6 veines fluides soit 60 mm.
D’un point de vue modélisation système, cette configuration 3D est approximé à l’aide de volumes fluides (2 volumes correspondant aux zones tampons et 6 volumes correspondant aux veines fluides) et de tuyaux de section rectangulaire permettant de calculer la perte de charge engendrée par la circulation du fluide.
Les cellules sont quant à elle représentées par des capacités thermiques solides paramétrés par leurs dimensions (mentionnées ci-dessus), leur densité (2700 kg.m-3) ainsi que leur capacité calorifique massique (900 J.kg^.K'1).
En outre, comme on peut le voir sur la Fig. 4, chaque cellule est connectée à une source de chaleur pilotable, laissant la possibilité d’étudier à souhait des configurations de fonctionnement nominal ou d’emballement thermique.
Pour finaliser le modèle système du module, le couplage thermofluidique, à savoir le transfert de chaleur entre les cellules (capacités thermiques solides) et le fluide (volumes fluide), a été réalisé à l’aide d’une fonction, représentant le coefficient de transfert thermique en fonction de la vitesse moyenne de l’écoulement dans les veines fluides, calculée à partir de simulations 3D (cf. Fig. 5).
Dans la configuration retenue (8p2s), le choix a été fait de générer l’emballement dans l’une des cellules d’un des modules de la première rangée. Cette configuration présente une criticité supérieure dans la mesure où le fluide sortant du module en emballement devra traverser les modules de la seconde rangée.
En faisant l’hypothèse que le fluide distribuant l’ensemble des modules est homogénéisé en amont et en aval des modules (par des collecteurs par exemple), il devient de fait possible de simplifier numériquement la configuration en considérant que tous les modules d’une même rangée qui ne subissent pas directement un emballement auront un comportement strictement identique.
La pompe choisie dans cette étude est une pompe volumétrique qui présente l’avantage de fonctionner avec un haut niveau de rendement. Elle est pilotée en vitesse et fournie un débit variable en fonction du niveau de pression (et donc des pertes de charges) présent dans le circuit fluide. L’intérêt de fonctionner avec un pilotage à iso vitesse est de pouvoir quantifier l’efficacité de la modulation de la répartition des débits en prenant en compte d’éventuelles augmentations des pertes de charges.
Les vannes sont les éléments qui permettent la modulation du débit entre les différents modules et notamment entre le module subissant l’emballement et les autres modules. Dans le modèle, des vannes à ouverture variable ont été utilisées afin de piloter précisément la répartition des débits.
Différents niveaux d’ouverture ont été testées pour les modules parallèles au module subissant l’emballement :
100% correspondant au cas où chaque module reçoit une part « égale » du débit (en réalité, le débit augmente très légèrement dans le module en emballement du fait de la baisse de la baisse des pertes de charges causées par l’échauffement du fluide) ;
30% correspondant au cas où légèrement plus de la moitié du fluide de refroidissement (57,3%) passe dans le module subissant l’emballement ; 10% correspondant au cas où l’essentiel du fluide de refroidissement (93,3 %) passe dans le module subissant l’emballement et seule une légère circulation est maintenue dans les modules parallèles.
0% correspondant au cas où tout le débit fourni par la pompe est redirigé vers le module en emballement.
A noter que dans tous les cas où le débit est modulé en faveur du module subissant l’emballement, la modulation est synchronisée temporellement avec le déclenchement de l’emballement.
Le modèle développé contient trois sondes de température et une sonde de pression. Les sondes de température permettent de mesurer les températures du fluide en amont du pack batterie, à la sortie du module en emballement et à la sortie du pack batterie. La sonde de pression est disposée en amont de la pompe afin de calculer les pertes de charge exactes du système et d’adapter le débit de celle-ci.
Le fluide utilisé pour l’étude est une huile présentant les caractéristiques suivantes :
- Densité à 25°C de 0,7740 g/cm3
Densité à 50°C de 0,7650 g/cm3
Densité à 100°C de 0,7225 g/cm3
Viscosité cinématique à -25°C de 27 mm2/s
Viscosité cinématique à 0°C de l’ordre de 9 mm2/s
Viscosité cinématique à 40°C de l’ordre de 3 mm2/s
Viscosité cinématique à 100°C de l’ordre de 1 mm2/s
Conductivité thermique à 40°C de l’ordre de 0,1275 W/(m.K) Conductivité thermique à 80°C de l’ordre de 0,1175 W/(m.K) Capacité calorifique de 2100 J.kg'hK'1.
Le modèle comprend également un circuit de climatisation comportant un échangeur à plaques (chiller), un compresseur, une vanne de détente électronique et un condenseur. L’échangeur à plaques permet le refroidissement du fluide du circuit batterie. L’échange de chaleur est généré par le changement de phase (liquide-vapeur) d’un fluide frigorifique (le R1234yf). L’échangeur présente une hauteur de 170 mm, une largeur de 80 mm et une épaisseur de 68 mm. Chaque plaque présente une épaisseur de 0,35 mm et l’échangeur comporte 0,78 plaques par mm.
Le compresseur a pour fonction de faire remonter le niveau de pression du fluide frigorifique, en phase gazeuse à la sortie de l’échangeur, avant son passage et sa liquéfaction dans le condenseur.
Pour une géométrie de compresseur donnée, le niveau de pressurisation peut être piloté directement en ajustant la puissance consommée ou la vitesse de rotation. Dans le présent modèle, c’est ce second paramètre qui est adapté par la stratégie de contrôle afin de satisfaire la consigne de température pour le fluide de refroidissement en entrée du pack batterie.
Cette température de consigne est de 25°C en phase de fonctionnement stabilisée et de 20°C à partir du déclenchement de l’emballement thermique jusqu’à la fin de la simulation.
A noter que pour conserver une cohérence dans la dynamique de réponse du compresseur, et en particulier pour éviter une augmentation démesurée de la vitesse de rotation consécutive à l’augmentation de la température du fluide de refroidissement lors de l’emballement thermique, des valeurs seuils de temps de réaction et de vitesses de rotation ont été imposées pour la régulation.
L’influence de la vitesse maximale de rotation autorisée sur les performances de l’échangeur et sur l’intérêt de la modulation du débit a d’ailleurs été étudiée dans les simulations à l’aide de deux valeurs : 1250 rpm et 5000 rpm.
La vanne de détente électronique permet d’abaisser la pression et de contrôler le débit du fluide frigorifique à sa sortie du condenseur, afin de maximiser l’efficacité de l’échangeur à plaques. En effet, la vanne doit faire chuter la pression du fluide afin que celui- ci soit dans des conditions de température et de pression très proches de son équilibre liquide- vapeur et laisser passer la quantité de fluide optimale pour que le changement de phase (rendu possible par un apport des calories fournies par le fluide réfrigérant) soit complet. Dans le modèle, comme dans la réalité, l’intensité de la dépressurisation est pilotée par une stratégie de contrôle qui fait évoluer le niveau d’ouverture de la vanne afin de satisfaire une consigne de 5°C sur la surchauffe du fluide frigorifique en sortie d’échangeur. Une telle consigne permet de s’assurer que l’intégralité du fluide frigorifique a changé de phase lorsque la consigne est atteinte. Comme pour le compresseur, des valeurs seuils ont été imposées pour la régulation sur le niveau d’ouverture de la valve, notamment afin d’ éviter une fermeture complète de la valve susceptible de poser en retour des problèmes de convergence du modèle.
Comme son nom l’indique, le condenseur a pour fonction de transformer le gaz pressurisé à la sortie du compresseur en un liquide pressurisé. Afin de limiter le nombre de variables dans le modèle, l’ensemble des paramètres pilotant le fonctionnement du condenseur ont été figés. La température extérieure de l’air a été fixée à 20°C et le débit de la pompe à 100 1/s. Le condenseur présente une hauteur de 590 mm, une largeur de 326 mm et une épaisseur de 29 mm. Le diamètre interne des tubes est de 10 mm et l’épaisseur de la paroi des tubes est de 1 mm. Il y a 48 tubes par rangées.
Génération de 1 ’emballement :
Chaque calcul effectué consiste en une simulation temporelle du fonctionnement du système pendant une durée d’une heure (3600 s) suivant le protocole numérique suivant : A t = 0 s, une source de chaleur de 20W est appliquée à l’ensemble des cellules du pack batterie afin de représenter des conditions de fonctionnement stabilisée.
- De t = 0 s à t = 1500 s, la stratégie de contrôle implémentée au niveau du circuit de climatisation pilote augmente la vitesse de rotation du compresseur afin d’augmenter la quantité de chaleur absorbée par l’échangeur à plaques et satisfaire la contrainte de température de 25°C imposée pour le fluide de refroidissement en entrée du pack batterie.
A t = 1500 s, lorsque le système est parfaitement stabilisé (i.e. absence d’évolution des principales variables résolues dans les deux circuits), l’évènement d’emballement thermique est généré en imposant, à l’une des cellules (la cellule n°2) d’un module de la première rangée, une puissance thermique dissipée de 722.67 kW pendant 10 s. La modulation du débit est immédiatement activée (dans les cas où celle-ci est testée) et la consigne de température pour le fluide entrant dans le pack batterie est abaissée de 25°C à 20°C.
- De t = 1510 s à t = 3600 s, plus aucune source de chaleur n’est appliquée à la batterie et on laisse la stratégie de contrôle piloter le refroidissement du fluide.
Exemple 1 : Cas de référence
Une configuration de référence a été simulée afin de comparer avec le procédé de l’invention.
Dans cette configuration de référence, le débit est uniformément partagé entre chacun des modules, sans redirection.
La pompe à huile fonctionne avec une vitesse de 3000 tr/min et le compresseur a une limite de vitesse de rotation à 5000 tr/min.
Les résultats obtenus pour ce cas de référence sont présentés dans les Fig. 1 à Fig. 4.
La Fig. 1 montre que le débit de la pompe à huile reste relativement stable (autour de 22 1/min) tout au long de la simulation. Quelques fluctuations sont visibles lors du déclenchement de l’emballement (à t = 1500 s). En l’absence de modulation, ces variations sont essentiellement engendrées par les variations de pertes de charge liées aux variations de température du fluide.
La Fig. 2 montre que le débit du fluide dans le module emballé augmente légèrement au moment du déclenchement de l’emballement thermique.
La Fig. 3 montre que la température du fluide en sortie du module comportant la cellule en défaut augmente fortement, alors que la température du fluide à l’entrée et à la sortie de la batterie reste relativement stable.
Lors du déclenchement de l’emballement dans un des modules de la première rangée, la température du fluide diminue légèrement dans l’ensemble des autres modules du fait de la coupure de l’alimentation des cellules (qui dissipaient jusque-là 20 W de chaleur en continu). Il en résulte une légère augmentation des pertes de charges et une réduction du débit. A mesure que le fluide récupère la chaleur générée par l’emballement thermique d’une cellule, le débit réaugmente temporairement avant de baisser à nouveau avec le refroidissement du fluide.
La Fig. 4 montre que la température de la cellule adjacente à la cellule en défaut (cellule emballée) atteint 67°C. Cette température peut sembler relativement faible et suffisante pour empêcher tout risque de propagation mais il faut noter que le modèle ne tient pas compte de certains phénomènes, comme par exemple la libération de gaz à très haute température et le rétrécissement des veines fluides dû au gonflement de la cellule emballée, qui influent négativement sur la situation. Cette Fig. 4 montre que la cellule en défaut atteint une température supérieure à 750°C.
Le modèle présenté est donc un bon modèle pour évaluer l’avantage technique de l’invention.
Exemple 2 : Redirection (modulation) du débit
Dans cet exemple, les résultats pour 3 niveaux de modulation (ou redirection) sont comparés à la configuration de référence (exemple 1).
L’intensité de la modulation est présentée sous la forme de la répartition de débit entre le module emballé et les modules parallèles sur la Fig. 5.
Ainsi, quatre configurations de modulation ont été testées, correspondant respectivement à des ratios de débit de fluide de refroidissement dans le module en emballement par rapport aux débit global de :
12,5% (cas de référence),
57,3% (ouverture partielle ou modulation partielle),
93,3% (ouverture minimale ou modulation quasi -complète) et
100% (fermeture ou modulation complète).
La Fig. 5 montre, pour chaque configuration de modulation, le débit dans le module avec la cellule en emballement, dans la partie supérieure du graphe et le débit dans les modules parallèles, dans la partie inférieure du graphe.
Comme on peut le voir sur la Fig. 6, la modulation en débit conduit à de légères variations sur le débit de la pompe. Ce dernier diminue à mesure que le débit augmente dans le module en emballement. Cette baisse s’explique par une augmentation des pertes de charges dans le système. La Fig. 7 montre l’évolution de la température du fluide à l’entrée de la batterie pour chacune des 4 configurations de modulation.
La Fig. 8 montre l’évolution de la température du fluide à la sortie du module en emballement pour chacune des 4 configurations de modulation.
La Fig. 9 montre l’évolution de la température du fluide à la sortie de la batterie pour chacune des 4 configurations de modulation.
Comme le montrent la comparaison des Fig. 5 à Fig. 9, les pertes de charges sont pilotées à l’ordre un par l’augmentation de la vitesse dans le module en emballement (dépendance non linéaire).
Cette diminution subie du débit global dans le circuit lorsque la modulation a lieu est un résultat important car on pourrait s’attendre à ce qu’il engendre une détérioration du management thermique de la batterie lors de l’emballement. Or, ce n’est pas ce qui est observé au niveau des températures de cellules du module en emballement.
La Fig. 10 montre l’évolution de la température des cellules adjacentes à la cellule en emballement pour chacune des 4 configurations de modulation.
La Fig. 11 montre l’évolution de la température de la cellule en emballement pour chacune des 4 configurations de modulation.
Comme le montre les courbes des Fig. 10 et Fig. 11, la modulation de débit permet une réduction significative des températures, tant pour la cellule en emballement que pour les cellules adjacentes. Précisément, les températures maximales de la cellule en emballement et des cellules adjacentes passent respectivement de 752°C et 68,3°C dans le cas de référence à 489°C et 58,2°C dans le cas où tout le débit de fluide de refroidissement est redirigé vers le module en emballement.
En outre, la dynamique de refroidissement est très fortement améliorée par la modulation du débit. Dans les deux cas les plus favorables, i.e. où le fluide de refroidissement est pour l’essentiel redirigé vers le module en emballement, les cellules adjacentes retrouvent leur température pré-emballement en moins de 103s.
En l’absence de modulation, ce temps de refroidissement est multiplié par un facteur 3,5 (Fig. 10).
La modulation des débits, en faveur du ou des modules en emballement, permet donc de limiter significativement l’élévation de température des cellules en emballement et de leurs voisines, réduisant ainsi les risques de propagation de l’emballement. Un tel résultat constitue donc un gain majeur en termes de sécurité.
La modulation de débit aura également un effet positif sur la durée de vie des cellules n’ayant pas directement subie d’emballement en réduisant le stress thermique (combinaison de facteurs tels que la température maximale atteinte, la durée de la surchauffe et l’homogénéité des température au sein de la cellule) subi.

Claims

Revendications
1. Procédé de gestion thermique et de sécurité d’une batterie dans un dispositif, ledit dispositif comprenant une batterie et un circuit de refroidissement, la batterie comportant une pluralité de modules, chaque module comportant une pluralité de cellules et le circuit de refroidissement comprenant une boucle de circulation d’un fluide de refroidissement et des vannes de régulation permettant de réguler le débit dudit fluide en amont de chaque module, le procédé comprenant les étapes : a) Une étape de détection d’un défaut dans au moins une cellule d’un module, b) Lorsqu’un défaut est détecté, une étape de redirection du débit comprenant une augmentation du débit du fluide de refroidissement dans le ou les modules comprenant au moins une cellule en défaut.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel au moins 50% du débit du fluide de refroidissement est redirigé vers le ou les modules comportant au moins une cellule en défaut, de préférence au moins 70% du débit, de préférence encore au moins 90% du débit, voire 100% du débit du fluide de refroidissement est dirigé vers le ou les modules comportant au moins une cellule en défaut.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’étape a) comprend les étapes suivantes successives : al) Mise en place d’une valeur seuil pour au moins un paramètre choisi parmi la température, la tension et le courant, a2) Mesure dudit au moins un paramètre choisi parmi la température, la tension et le courant lors du fonctionnement de la batterie, a3) Détection d’un défaut lorsque le paramètre mesuré est au-delà ou en-deçà de la valeur seuil mise en place à l’étape al.
4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel le paramètre est la température du fluide de refroidissement, ledit procédé comprenant : al) Mise en place d’une valeur seuil de température à ne pas dépasser, a2) Mesure de la température du fluide de refroidissement à la sortie de chaque module ou à la sortie de chaque cellule, a3) Détection d’un défaut dans au moins un module donné ou au moins une cellule donnée, lorsque la température mesurée à la sortie dudit module ou de ladite cellule dépasse la valeur seuil de température, b) redirection d’au moins une partie du débit du fluide de refroidissement vers ledit module en défaut ou ledit module comportant ladite cellule en défaut.
5. Procédé selon la revendication 3, dans lequel le paramètre est la température de chaque module ou de chaque cellule, ledit procédé comprenant : al) Mise en place d’une valeur seuil de température de chaque module ou de chaque cellule à ne pas dépasser, a2) Mesure de la température de chaque module de chaque cellule, a3) Détection d’un défaut dans au moins un module donné ou au moins une cellule donnée, lorsque la température mesurée dudit module ou de ladite cellule dépasse la valeur seuil de température, b) redirection d’au moins une partie du débit du fluide de refroidissement vers ledit module en défaut ou ledit module comportant ladite cellule en défaut.
6. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’étape a) comprend les étapes suivantes successives : al) Mise en place d’une valeur seuil pour l’évolution d’au moins un paramètre pendant un temps donné, ledit au moins un paramètre étant choisi parmi la température, la tension et le courant, a2) Mesure dudit paramètre lors du fonctionnement de la batterie, a3) Détection d’un défaut dans au moins un module donné ou au moins une cellule donnée, lorsque ladite valeur seuil est dépassée.
7. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l’étape b) comprend en outre une diminution du débit du fluide dans le ou les modules ne comportant pas de cellules en défaut.
8. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel l’étape b) de modulation est mise en œuvre jusqu’à ce que la ou les cellules en défaut retrouvent un fonctionnement nominal.
9. Dispositif pour la mise en œuvre du procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, ledit dispositif comprenant :
Une batterie comportant une pluralité de modules, chaque module comportant une pluralité de cellules électrochimiques,
- Un circuit de refroidissement comportant : o une boucle de circulation d’un fluide de refroidissement, o au moins une vanne en amont de chaque module permettant de réguler le débit du fluide de refroidissement.
10. Dispositif selon la revendication 9, dans lequel ladite au moins une vanne est une vanne d’arrêt permettant d’arrêter la circulation du débit dans le module ne comprenant pas de cellule(s) en défaut
11. Dispositif selon la revendication 9 ou 10, comprenant en outre une unité de contrôle permettant de détecter au moins une cellule en défaut.
12. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 9 à 11, comprenant en outre au moins un capteur en sortie de chaque module ou de chaque cellule, permettant de mesurer au moins un paramètre choisi parmi la température du fluide de refroidissement et le courant.
13. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 9 à 12, comprenant en outre un circuit de climatisation dans lequel circule un fluide réfrigérant.
14. Dispositif selon la revendication 13, dans lequel le circuit de refroidissement comprend en outre au moins un échangeur de chaleur destiné à échanger de la chaleur avec l’air ou avec un fluide réfrigérant du circuit de climatisation.
15. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 9 à 12, dans lequel le circuit de refroidissement comprend en outre au moins un échangeur de chaleur destinée à échanger de la chaleur avec l’air.
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