FR2997231A1 - Systeme de refroidissement d'urgence d'un systeme de stockage electrochimique, en particulier pour vehicules automobiles - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un système de refroidissement d'urgence (22) d'un système de stockage électrochimique, en particulier pour un véhicule automobile, comprenant une multiplicité de cellules (16) logées dans un caisson (12) pour former un pack de batteries (10), ledit système comprenant une cartouche (24) d'un fluide sous pression reliée par une canalisation (30) à un dispositif de diffusion du fluide (32) à l'intérieur du pack. Selon l'invention, le système de refroidissement comprend des moyens de vérification de son état de fonctionnement (44).
Description
La présente invention se rapporte à un système de refroidissement d'urgence de système de stockage électrochimique, en particulier de véhicules automobiles.
Elle concerne plus particulièrement mais non exclusivement un système de refroidissement de batteries électriques de véhicules automobiles de type hybride ou électrique. Dans le contexte de ce type de véhicules, la source d'énergie électrique 10 est bien souvent une ou plusieurs batteries comportant des cellules avec des couples chimiques de différents types. Cette batterie est généralement composée d'un ensemble de cellules que l'on appelle modules. Ces modules sont ensuite assemblés électriquement et thermiquement pour former un ensemble de modules plus connu sous le 15 vocable de pack de batteries. Ce pack est généralement géré par un système de contrôle de batterie ou BMS (Battery Management System) qui a pour but de répondre aux sollicitations de la chaîne de traction et veiller sur le bon fonctionnement de la batterie. 20 A ce jour, le meilleur compromis densité d'énergie/densité de puissance pour ces batteries est réalisé par la technologie Lithium-ion. Comme cela est déjà connu, différents types de batteries avec la technologie Lithium-ion existent suivant les alliages utilisés pour les électrodes et la nature de l'électrolyte, liquide ou à base polymère. 25 Parmi les différents matériaux d'insertion du Lithium constituant les électrodes, on peut citer, pour les électrodes positives, des matériaux courants comme le phosphate de fer, les oxydes de manganèse, ou des oxydes métalliques mixtes faisant intervenir du nickel, de l'aluminium, du cobalt. Parmi les matériaux d'électrodes négatives, les matériaux carbonés restent les 30 matériaux d'insertion du Lithium les plus couramment utilisés, mais les oxydes de titanate offrent également d'intéressantes perspectives.
En combinaison, chacune de ces technologies d'électrodes peut donc être utilisée comme système de stockage électrochimique pour des véhicules hybrides ou électriques grâce à leur forte densité énergétique, notamment.
Cependant, le risque majeur aujourd'hui est lié à l'instabilité des électrodes au lithium de la batterie face à des températures élevées, des surcharges électriques ou autres défauts menant à un court-circuit, comme la formation de dentrites. De nombreux tests sur ce type de batterie ont en effet démontré une sensibilité plus ou moins importante des cellules à réagir de façon violente à une sollicitation thermique aussi bien liée à une surcharge électrique qu'à une ambiance thermique trop forte, ce que l'on dénomme plus communément emballement thermique.
Comme cela connu, différents phénomènes peuvent conduire à l'emballement thermique d'une cellule, comme par exemple la surcharge électrique, une température extérieure ou intérieure excessive, ou un court-circuit interne de la cellule qui peut être provoqué par un dommage mécanique ou un simple défaut de la batterie.
Il est cependant très difficile de diagnostiquer cet emballement thermique pour tenter de l'anticiper et éviter ainsi la destruction totale ou partielle de la batterie. Mais il existe un certain nombre de protections sur les batteries qui sont de deux sortes : logiciel (software) ou matériel (hardware). Dans le premier cas, le BMS est en mesure de limiter les sollicitations de la batterie pour éviter, soit la surcharge électrique, soit les zones thermiques défavorables. Les protections d'ordre matériel concernent par exemple la formulation des matériaux avec des additifs anti-feu, l'utilisation de séparateur tri-couches, des évents de sécurité, des circuits électroniques locaux, des contacteurs relais par branche,...
A ce jour, l'électrification des véhicules prend de plus en plus d'importance dans le domaine du transport. De ce fait, il est d'un souci constant pour les chercheurs et/ou les développeurs de cette technologie de minimiser les risques d'incendie d'un véhicule hybride ou électrique suite à l'emballement thermique de sa batterie. Ceci pourrait être préjudiciable au conducteur du véhicule en premier lieu, et de manière générale au déploiement massif de ces technologies en ternissant l'image de marque des véhicules hybrides ou électriques.
Pour pouvoir pallier ces inconvénients, il est connu de réaliser un refroidissement rapide et immédiat des cellules en libérant un gaz froid sous pression, lors de la détection d'une température trop élevée.
Comme mieux décrit dans le document WO 2011/054582, il est déjà connu de disposer d'un système de refroidissement rapide d'urgence de batteries à partir de gaz comprimé contenu dans une cartouche placée sur une des parois du pack de batterie. A titre d'exemple non limitatif, cette cartouche peut être connectée au circuit de refroidissement par air de la batterie.
Lors de la détection d'une température critique de la batterie, le gaz contenu dans la cartouche est libéré à l'intérieur du pack. Sous l'effet de la détente de ce gaz, la température à l'intérieur du pack de batteries est abaissée et l'emballement thermique est empêché.
Ce système de refroidissement, bien que donnant satisfaction, présente des inconvénients non négligeables. En effet, lors de la commande de la libération du gaz comprimé de la cartouche, ce dernier peut ne pas être présent à l'intérieur de la cartouche. Ceci peut se passer notamment lorsque l'étanchéité de cette cartouche n'est pas parfaite avec une fuite de gaz de refroidissement vers l'extérieur. Dans une autre situation, il a pu se produire un déclenchement intempestif de la libération du gaz sans avoir une détection d'une température critique de la batterie avec pour conséquence que la cartouche soit vide. La présente invention se propose de remédier aux inconvénients ci-5 dessus en proposant un système de refroidissement pour lequel il peut être facilement vérifier qu'il est en état de fonctionner de manière à pouvoir garantir son efficacité en cas de besoin. A cet effet, l'invention concerne un système de refroidissement d'urgence 10 d'un système de stockage électrochimique, en particulier pour un véhicule automobile, comprenant une multiplicité de cellules logées dans un caisson pour former un pack de batteries, ledit système comprenant une cartouche d'un fluide sous pression reliée par une canalisation à un dispositif de diffusion du fluide à l'intérieur du pack, caractérisé en ce que le système de refroidissement 15 comprend des moyens de vérification de son état de fonctionnement. Le système de refroidissement peut comprendre des moyens de vérification de l'état de la pression de fonctionnement de la cartouche. 20 Le système de refroidissement peut comprendre des moyens de vérification visuels de l'état de la pression de fonctionnement. Les moyens de vérification peuvent comprendre un indicateur lumineux. 25 L'indicateur lumineux peut être à un moyen de mesure de la pression du fluide. Le moyen de mesure de la pression peut comprendre un capteur de pression. 30 Les moyens de vérification visuels peuvent être placés sur une des faces du pack de batteries.
Les moyens de vérification visuels peuvent être placés sur le tableau de bord du véhicule automobile.
Les autres caractéristiques et avantages de l'invention vont apparaître maintenant à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre uniquement illustratif et non limitatif, et à laquelle sont annexées : - la figure 1 qui est un schéma montrant un système de refroidissement selon l'invention destiné à équiper un pack de batterie et - la figure 2 qui montre une variante du système de refroidissement de la figure 1. Sur cette figure, le pack de batteries 10 comporte un caisson fermé 12, ici de forme parallélépipédique rectangle, qui comporte une pluralité de logements 14 placés à distance l'un de l'autre pour la réception de cellules génératrices d'énergie 16. De manière préférée, les cellules sont reparties en deux arrangements longitudinaux en laissant subsister entre elles un passage 18. Avantageusement, ces cellules sont du type Lithium-ion mais tout autre type de cellules peut être utilisé.
Comme cela est bien connu, ces cellules sont maintenues dans leur logement par tous moyens tout en étant reliées électriquement les unes aux autres et aux bornes de sortie (non représentées) du pack. L'une des faces du caisson, ici la face supérieure 20, porte un système de refroidissement d'urgence 22 pour éviter le phénomène d'emballement thermique d'une ou plusieurs cellules et prévenir la propagation au pack. Ce système permet ainsi de limiter les dommages de l'emballement thermique en confinant ou en évitant tout départ de feu au sein du pack par la réduction du taux d'oxygène dans les passages 18 autour des cellules16. Ce système comprend une cartouche 24 contenant un fluide interne sous pression, comme un gaz, qui sous l'effet de la détente se refroidit considérablement. A titre d'exemple non limitatif, ce gaz peut être de l'azote ou du gaz carbonique. Cette cartouche repose sur un socle de réception 26 relié par tous moyens connus à la face 20, comme par vissage. La cartouche est fixée sur ce socle par un dispositif de démontage/remontage rapide 28, comme un clip, qui permet de pouvoir changer la cartouche d'une manière simple et sans outillage spécifique.
La sortie de gaz de cette cartouche est reliée par une canalisation 30 à un dispositif de diffusion du gaz 32 à l'intérieur du pack. A titre d'exemple, ce dispositif comprend un ou plusieurs gicleurs de gaz 34 à plusieurs jets 36 qui permet d'envoyer le gaz sur les cellules et dans les passages 18. La circulation du gaz dans la canalisation 30 est contrôlée par un dispositif de libération rapide du gaz 38, comme une électrovanne, qui est commandé par un dispositif de pilotage 40 qui comprend notamment un circuit électrique (non représenté) relié à l'électrovanne 38 par des fils conducteurs 42. Comme mieux illustré sur la figure 1, le système de refroidissement comprend également des moyens de vérification de son état de fonctionnement 15 44 et plus particulièrement de l'état de la pression du gaz contenue dans la cartouche 24. Sur la figure 1, ces moyens sont des moyens visuels facilement accessibles à l'utilisateur tel qu'un indicateur lumineux 46, comme un voyant, placé sur une 20 des faces visibles du pack de batteries. Ce voyant est relié par 20 un conducteur électrique 48 à un moyen de mesure de la pression régnant à l'intérieur de la cartouche, tel qu'un capteur de pression (non représenté). Ce capteur de pression peut être placé à l'intérieur de la cartouche 24 ou à l'intérieur de la portion de la canalisation 30 comprise entre cette cartouche et l'électrovanne 38. 25 Ainsi, en cas de perte de pression totale ou de pression insuffisante dans la cartouche 24 ou dans la canalisation 30, le capteur envoie, via le conducteur 48, un signal électrique vers le voyant pour qu'il s'allume et reste allumer tant que la pression est insuffisante. L'utilisateur est ainsi informé par un simple contrôle visuel que le système 30 de refroidissement ne peut pas être opérationnel en cas d'emballement thermique du pack et procédera au changement de la cartouche 24 via le dispositif de démontage/remontage 28.
Sans sortir du cadre de l'invention, les moyens visuels peuvent comprendre un voyant lumineux placé sur le tableau de bord du véhicule. Ce voyant est allumé par une information filaire ou sans fil (Bluetooth par exemple) lorsque l'état du système de refroidissement n'est pas satisfaisant, notamment au niveau de la pression de la cartouche 24. Bien entendu tous autres moyens visuels peuvent être utilisés, comme un manomètre à pression analogique ou digitale, des opercules mobiles sensibles à la pression, ...
La variante de la figure 2 se distingue de la figure 1 par le fait que la cartouche 24 du système de refroidissement 22 est logée dans un des logements 14 en lieu et place d'une cellule. Le débouché de ce logement sur la face 20 est fermé par un couvercle 50 fixé par tous moyens sur cette face, tel que par vissage.
Dans l'exemple de la figure 2, le couvercle 50 est traversé à étanchéité par la canalisation 30 qui est reliée au dispositif de diffusion du gaz 32 à l'intérieur du pack. De manière avantageuse, la circulation du gaz dans la canalisation 30 est contrôlée par l'électrovanne 38 qui est placée de manière fixe sur le couvercle.
Comme pour l'exemple de la figure 1, le système de refroidissement ainsi configuré comprend des moyens de vérification de son état de fonctionnement 44 et plus particulièrement de l'état de fonctionnement de la cartouche 24. Ces moyens sont également des moyens visuels facilement accessibles à 25 l'utilisateur, comme un voyant lumineux 46 relié par un conducteur électrique 48 à un capteur de pression (non représenté) placé à l'entrée de l'électrovanne 38 ou dans la cartouche 24.
Claims (8)
- REVENDICATIONS1) Système de refroidissement d'urgence (22) d'un système de stockage électrochimique, en particulier pour un véhicule automobile, comprenant une multiplicité de cellules (16) logées dans un caisson (12) pour former un pack de batteries (10), ledit système comprenant une cartouche (24) d'un fluide sous pression reliée par une canalisation (30) à un dispositif de diffusion du fluide (32) à l'intérieur du pack, caractérisé en ce que le système de refroidissement comprend des moyens de vérification de son état de fonctionnement (44).
- 2) Système de refroidissement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de vérification de l'état de la pression de fonctionnement de la cartouche (24).
- 3) Système de refroidissement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de vérification visuels (46) de l'état de la pression de fonctionnement.
- 4) Système de refroidissement selon l'une des revendications 20 précédentes, caractérisé en ce que les moyens de vérification comprennent un indicateur lumineux (46).
- 5) Système de refroidissement selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'indicateur lumineux (46) est relié à un moyen de mesure de la pression du 25 fluide.
- 6) Système de refroidissement selon la revendication 4, caractérisé en ce que le moyen de mesure de la pression comprend un capteur de pression. 30
- 7) Système de refroidissement selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que les moyens de vérification visuels (46) sont placés sur une (20) des faces du pack de batteries.
- 8) Système de refroidissement selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que les moyens de vérification visuels (46) sont placés sur le tableau de bord du véhicule automobile.5
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