FR3007209A1 - Dispositif anti-incendie autonome pour une batterie a cellule(s) de stockage - Google Patents
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Abstract
Un dispositif anti-incendie (D) équipe une batterie (BR) comprenant un boîtier (BO) logeant au moins une cellule (C1-CN) de stockage d'énergie électrique. Ce dispositif (D) comprend i) une source d'alimentation électrique (SA) autonome et couplée au boîtier (BO), ii) une enveloppe (EI) logée dans le boîtier (BO) et logeant de façon étanche chaque cellule (C1-CN), iii) un réservoir (RL) stockant un fluide anti-incendie et comprenant au moins une sortie (S1-S2) communiquant avec l'enveloppe (EI), iv) au moins un moyen de contrôle d'accès (V1-V2) propre à être placé dans un état fermé ou ouvert dans lequel il interdit ou autorise l'accès à une sortie (S1-S2) en fonction d'un signal, et v) des moyens de commande (MC) alimentés par la source (SA) et propres à générer un signal destiné à placer chaque moyen de contrôle d'accès (V1-V2) dans l'état ouvert lorsqu'une température dans l'enveloppe (EI) est supérieure à un seuil choisi.
Description
DISPOSITIF ANTI-INCENDIE AUTONOME POUR UNE BATTERIE À CELLULE(S) DE STOCKAGE L'invention concerne les batteries rechargeables comprenant au moins une cellule de stockage d'énergie électrique. Certains systèmes, comme par exemple des véhicules de type tout électrique ou hybride et éventuellement de type automobile, sont équipés d'une ou plusieurs batteries rechargeables qui comprennent chacune un boîtier logeant au moins une cellule chargée de stocker de l'énergie électrique. Les cellules peuvent, par exemple, être de type lithium-ion (ou Li-ion) ou nickel métal hydrure (ou Ni-Mh) ou plomb ou encore Lithium-MétalPolymère (ou LMP). Comme le sait l'homme de l'art, ce type de batterie peut, dans certaines circonstances, s'échauffer fortement, ce qui peut entraîner un gonflement et un dégazage d'un gaz inflammable qui peut aboutir à un incendie qui va alors échauffer les cellules voisines et ainsi provoquer une réaction en chaîne aboutissant à un incendie de toute la batterie. Cela peut par exemple survenir consécutivement à un court-circuit au sein du système qu'elle équipe, ou consécutivement à un accident subi par le système qu'elle équipe (par exemple du fait de la pénétration d'un objet dans la structure de la batterie). Mais cela peut également survenir de façon inopinée dans un entrepôt alors même que la batterie n'équipe pas de système et donc n'est qu'entreposée (par exemple en vue d'un recyclage), ou bien du fait d'un problème de conception d'une cellule. L'incendie peut alors se propager au système qui comprend la batterie ou dans l'entrepôt où se trouve stockée la batterie, ce qui peut le détruire partiellement ou totalement. Pour interrompre un incendie survenu à l'intérieur du boîtier d'une batterie équipant un système, les pompiers doivent faire en urgence dans la paroi de ce boîtier un trou suffisamment gros pour permettre l'introduction d'eau au moyen d'une lance afin de rendre la batterie inerte, ce qui n'est pas toujours possible, notamment lorsque la batterie est difficilement accessible.
En outre, le trou ainsi formé peut permettre à l'eau de ressortir au moins partiellement du boîtier, si bien que les cellules peuvent se retrouver au moins partiellement émergées après l'intervention des pompiers. Afin d'améliorer la situation, il a été proposé, notamment dans les documents brevet US 2011/250477 et WO 2011/123808, d'adjoindre à la batterie un circuit d'extinction chargé de diffuser un agent anti-incendie dans l'espace du boîtier lorsque sa température interne dépasse un seuil prédéfini. Hélas, cette solution est essentiellement destinée à avoir une action immédiate, en particulier lorsque l'agent anti-incendie est un gaz. Or, certains incendies de batterie peuvent se déclencher plusieurs jours, voire plusieurs semaines, après qu'un véhicule ait cessé de fonctionner, notamment consécutivement à un accident. De plus, cette solution complexifie notablement la batterie. En outre, lorsque les moyens de contrôle qui gèrent le circuit d'extinction ne sont plus alimentés électriquement, consécutivement à un échauffement de la batterie, ils ne peuvent pas déclencher la diffusion de l'agent anti-incendie, et donc le circuit d'extinction ne sert à rien. Si la batterie est entreposée, les moyens de contrôle qui gèrent son éventuel circuit d'extinction ne sont pas alimentés électriquement. Par conséquent, si elle fait l'objet d'un échauffement ou d'un feu, il n'est pas possible de déclencher la diffusion de l'agent anti-incendie. Il est alors préconisé de l'immerger aussi vite que possible dans une piscine d'eau salée ou non salée afin de décharger chimiquement chacune de ses cellules ayant une faible tension. Une telle solution nécessite l'existence d'une piscine au voisinage immédiat du lieu où la batterie est entreposée, ce qui n'est pas toujours le cas. En outre, cette solution ne peut être mise en oeuvre qu'une fois que l'incendie a été observé et non de façon préventive dès qu'un échauffement interne anormal est constaté. L'invention a donc pour but d'améliorer la situation, en particulier sans que cela n'augmente significativement la complexité de la batterie.
Elle propose notamment à cet effet un dispositif anti-incendie, destiné à équiper une batterie comprenant un boîtier logeant au moins une cellule de stockage d'énergie électrique, et comprenant - une source d'alimentation électrique autonome et couplée au boîtier, - une enveloppe logée dans le boîtier et logeant de façon étanche chaque cellule, - un réservoir stockant un fluide anti-incendie et comprenant au moins une sortie communiquant avec l'enveloppe, - au moins un moyen de contrôle d'accès propre à être placé dans un état fermé ou ouvert dans lequel il interdit ou autorise l'accès à une sortie en fonction d'un signal, et - des moyens de commande alimentés par la source d'alimentation électrique et propres à générer un signal destiné à placer chaque moyen de contrôle d'accès dans l'état ouvert lorsqu'une température dans l'enveloppe est supérieure à un seuil choisi. L'invention permet donc avantageusement que le mécanisme d'inondation fonctionne de façon permanente, y compris en cas d'interruption de l'alimentation interne du système comprenant la batterie ou de découplage de la batterie de son système, et sans que cela n'augmente significativement la complexité de la batterie. Le dispositif selon l'invention peut comporter d'autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et notamment : - son réservoir peut être logé dans l'enveloppe ; - son réservoir peut être logé au-dessus d'au moins une cellule ; - chaque moyen de contrôle d'accès peut être logé dans le réservoir. - chaque sortie peut être agencée sous la forme d'un conduit ; - chaque moyen de contrôle d'accès peut être choisi parmi (au moins) une électrovanne alimentée par la source d'alimentation électrique, et un volet piloté par un actionneur électrique alimenté par la source d'alimentation électrique ; - ses moyens de commande peuvent être propres à générer un signal qui est destiné à placer chaque moyen de contrôle d'accès dans l'état ouvert lorsqu'ils reçoivent une instruction dédiée issue d'un équipement d'un système comportant la batterie ; - son réservoir peut comprendre une quantité de fluide anti-incendie qui est au moins égale à la quantité nécessaire pour immerger chaque cellule.
L'invention propose également une batterie comprenant un boîtier, logeant au moins une cellule de stockage d'énergie électrique, et un dispositif anti-incendie du type de celui présenté ci-avant et partiellement installé dans ce boîtier.
L'invention propose également un système comprenant une batterie du type de celle présentée ci-avant. Un tel système peut, par exemple, constituer un véhicule de type tout électrique ou hybride, et éventuellement de type automobile. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 illustre schématiquement et fonctionnellement une batterie multicellulaire couplée à un exemple de réalisation d'un dispositif antiincendie selon l'invention, placé dans un état de fonctionnement dit normal, et la figure 2 illustre schématiquement et fonctionnellement la batterie multicellulaire de la figure 1 avec son dispositif anti-incendie placé dans un état dit d'alerte. L'invention a notamment pour but de proposer un dispositif anti- incendie D destiné à équiper une batterie rechargeable BR comportant au moins une cellule de stockage Cn propre à stocker de l'énergie électrique pour un système. Dans ce qui suit, on considère à titre d'exemple non limitatif que la batterie rechargeable BR est de type multicellulaire, et donc qu'elle comprend au moins deux cellules de stockage Cn. Mais l'invention n'est pas limitée à ce nombre de cellules de stockage. En effet, elle concerne toute batterie rechargeable comportant au moins une cellule de stockage capable de stocker (et de restituer) de l'énergie électrique. On notera que dans l'exemple non limitatif illustré sur les figures 1 et 2, la batterie (rechargeable) BR comprend N cellules de stockage d'énergie électrique Cn (n = 1 à N, avec N 4). Par ailleurs, on considère dans ce qui suit, à titre d'exemple non limitatif, que les cellules (de stockage) Cn de la batterie BR sont de type Li- ion. Mais l'invention n'est pas limitée à ce type de cellule. Elle concerne en effet tout type de cellule capable de stocker de l'énergie électrique en vue de la restituer. Ainsi, les cellules pourront être également de type lithium-ion (ou Li-ion) ou nickel métal hydrure (ou Ni-Mh) ou plomb ou encore Lithium-Métal- Polymère (ou LMP), ou plus généralement toutes les chimies utilisées dans les batteries rechargeables et connues de l'homme de l'art. De plus, on considère dans ce qui suit, à titre d'exemple non limitatif que la batterie BR fait partie d'un système constituant un véhicule de type hybride ou tout électrique, et éventuellement de type automobile. Par exemple, le véhicule est une voiture. Mais l'invention n'est pas limitée à ce type de système. Elle concerne en effet tout type de système comportant au moins une batterie rechargeable (comportant au moins une cellule), quel que soit son domaine technique d'utilisation, et notamment les cars (ou bus), les camions, les engins de chantier, les engins de voirie, les véhicules utilitaires, les aéronefs, les trains, les traways, les bateaux, les installations, éventuellement de type industriel, les machines-outils et les bâtiments. Comme illustré non limitativement sur les figures 1 et 2, une batterie BR comprend un boîtier BO qui définit un espace EB, au moins une cellule (de stockage) Cn (n = 1 à N), et un dispositif anti-incendie D selon l'invention.
On notera qu'une partie au moins du boîtier BO peut être réalisée dans un matériau résistant à des débuts d'incendie d'une ou plusieurs cellules Cn. Par exemple, ce matériau est de l'acier. Mais tout matériau ignifuge peut être utilisé. Comme illustré, un dispositif anti-incendie D selon l'invention comprend au moins une source d'alimentation électrique SA, une enveloppe El, un réservoir RL, au moins un moyen de contrôle d'accès Vi, et des moyens de commande MC. La source d'alimentation électrique SA est autonome et couplée au boîtier BO, de préférence à l'extérieur de ce dernier (BO). Par exemple, elle peut être logée dans un petit boîtier de protection qui est solidarisé à la face externe du boîtier BO. Cette source SA peut être constituée, par exemple, d'au moins une pile (par exemple en technologie plomb, et par exemple offrant une tension de 12 V).
L'enveloppe El est intégralement logée dans le boîtier BO et loge de façon étanche chaque cellule Cn. De préférence, elle est réalisée dans un matériau résistant au moins à des débuts d'incendie de cellule(s) Cn, comme par exemple un acier ou une céramique.
Le réservoir RL stocke un fuide anti-incendie, c'est-à-dire non inflammable. Par exemple, il pourra s'agir d'un fluide anti-incendie non conducteur (liquide ou gazeux). Ce réservoir RL comprend au moins une sortie Si qui communique avec l'enveloppe El. On notera, comme illustré non limitativement sur les figures 1 et 2, que le réservoir RL peut être logé dans l'enveloppe El. Mais cela n'est pas obligatoire. En effet, il pourrait, par exemple, être logé dans l'enceinte EB mais à l'extérieur de l'enveloppe El, ou bien à l'extérieur du boîtier BO. De préférence, et comme illustré non limitativement sur les figures 1 et 2, le réservoir RL est placé au-dessus des cellules Cn, afin que l'écoulement de fluide anti-incendie se fasse par gravité. Mais cela n'est pas une obligation. On pourrait en effet adjoindre au réservoir RL une pompe électrique alimentée par la source SA. Il est également préférable que la quantité de fluide anti-incendie contenue dans le réservoir RL soit au moins égale à la quantité nécessaire à l'immersion totale de chaque cellule Cn dans l'enveloppe El, afin de garantir que les cellules Cn seront totalement immergées en cas d'alerte. On notera également que pour accélérer l'immersion des cellules Cn en cas d'alerte, il est avantageux que le réservoir RL comprenne plusieurs (au moins deux) sorties Si, comme illustré non limitativement. Plus le nombre de cellules Cn est important, plus il est préférable que le nombre de sorties Si soit élevé. Dans l'exemple non limitatif illustré sur les figures 1 et 2, le nombre de sorties Si est égal à deux (i = 1 ou 2). Mais il pourrait être supérieur ou inférieur à deux. Par ailleurs, dans l'exemple non limitatif illustré sur les figures 1 et 2, chaque sortie Si est agencée sous la forme d'un petit conduit débouchant entre deux cellules Cn voisines. Mais cela n'est pas obligatoire. En effet, il pourrait s'agir d'une simple ouverture. Chaque moyen de contrôle d'accès Vi est propre à être placé dans un état fermé ou ouvert dans lequel il interdit ou autorise l'accès à une sortie Si en fonction d'un signal reçu. On comprendra que le nombre de moyens de contrôle d'accès Vi est égal au nombre de sorties Si du dispositif anti-incendie D. Par exemple, chaque moyen de contrôle d'accès Vi peut être agencé sous la forme d'une électrovanne dont l'état (ouvert ou fermé) dépend de la valeur du signal reçu (tension ou courant). Dans ce cas, chaque électrovanne Vi est alimentée par la source (d'alimentation électrique) SA afin de pouvoir assurer sa fonction de façon permanente (y compris en cas d'incendie ou d'accident subi par le système dont il fait partie). En variante, chaque moyen de contrôle d'accès Vi peut être agencé sous la forme d'un volet piloté par un actionneur électrique alimenté par la source SA et placé à l'extérieur du réservoir RL. Comme illustré non limitativement sur les figures 1 et 2, chaque moyen de contrôle d'accès Vi peut être logé dans le réservoir RL au niveau d'une sortie Si. Mais cela n'est pas obligatoire. En effet, chaque moyen de contrôle d'accès Vi pourrait être logé immédiatement après l'extrémité « aval » de la sortie Si associée, afin d'éviter que des fils d'alimentation traversent le réservoir RL. Les moyens de commande MC sont alimentés par la source (d'alimentation électrique) SA, afin de pouvoir fonctionner en toute circonstance, même lorsque leur batterie BR est entreposée et donc qu'elle n'est pas couplée à un système, et sont propres à générer un signal qui est destiné à placer chaque moyen de contrôle d'accès Vi dans son état ouvert lorsqu'une température dans l'enveloppe El est supérieure à un seuil choisi.
On notera que le signal généré peut être de type analogique ou numérique. La valeur du seuil est choisie de sorte qu'elle corresponde à un fort échauffement. Typiquement cette valeur peut être choisie égale à environ 60°C.
La température à l'intérieur de l'enveloppe El peut être déterminée par un capteur CT qui est éventuellement couplé aux moyens de commande MC. Ce capteur CT peut faire partie du dispositif anti-incendie D. Mais cela n'est pas obligatoire étant donné que la batterie BR comprend habituellement un capteur CT dont les mesures de température sont utilisées par le calculateur qui est chargé de contrôler son fonctionnement. En fonctionnement normal chaque électrovanne Vi est dans son état fermé (ou non passant), et donc le fluide anti-incendie demeure à l'intérieur du réservoir RL. En revanche, lorsque les moyens de commande MC détectent que la température dans l'enveloppe El est anormalement élevée (ce qui est généralement le signe d'un prochain début d'incendie au niveau d'une ou plusieurs cellules Cn), ils génèrent un signal (d'alerte) qu'ils transmettent à chaque moyen de contrôle d'accès Vi et qui est destiné à le placer dans son la état ouvert (ou passant) en vue de l'inondation de l'intérieur de l'enveloppe El via chaque sortie Si. Ce noyage des celules Cn permet de refroidir rapidement chaque cellule Cn qui s'est échauffée, et donc permet d'éviter, d'une part, une réaction en chaîne (par propagation de la chaleur de proche en proche), et, 15 d'autre part, un déclenchement d'incendie. En outre, le fait que les cellules Cn demeurent immergées dans le fluide anti-incendie retenu dans l'enveloppe étanche El, diminue très notablement la probabilité qu'un incendie se déclenche en différé, par exemple consécutivement à un court-circuit. Cela permet également d'éviter d'avoir à immerger la batterie BR dans une piscine 20 lorsqu'elle est entreposée et donc lorsqu'elle n'est pas couplée à un système. On notera que les moyens de commande MC peuvent être également agencés pour générer un signal destiné à placer chaque moyen de contrôle d'accès Vi dans son état ouvert lorsqu'ils reçoivent une instruction dédiée issue d'un équipement du système qui comporte leur batterie BR. Par 25 exemple, cette instruction dédiée peut être transmise lorsque le système (ici un véhicule) a fait l'objet d'un accident. A titre d'exemples non limitatifs, l'instruction dédiée peut être transmise consécutivement à la détection de la vitesse ou du signal de déclenchement de « l'airbag », ou bien la détection d'un accident en présence d'une vitesse de roulage supérieure à un seuil 30 choisi. Ces moyens de commande MC devant fonctionner en toute circonstance (et notamment lorsque la batterie BR n'est pas couplée à un système), ils sont couplés au boîtier BO, de préférence à l'extérieur de ce dernier (BO). Par exemple, ils peuvent être logés dans un petit boîtier de protection solidarisé à la face externe du boîtier BO et qui peut loger la source SA. Mais cela n'est pas obligatoire. Ils pourraient en effet être installés dans l'espace EB, à l'extérieur de l'enveloppe El.
De tels moyens de commande MC sont préférentiellement réalisés sous la forme d'une combinaison de circuits électroniques (ou « hardware ») et de modules logiciels (ou informatiques ou encore « software »). Mais ils pourraient également être réalisés uniquement sous la forme de circuits électroniques.
L'invention offre plusieurs avantages, parmi lesquels : - elle permet un fonctionnement permanent du mécanisme d'inondation, y compris en cas d'interruption de l'alimentation interne d'un système ou de découplage de la batterie rechargeable de son système, - elle n'augmente pas significativement la complexité de la batterie rechargeable, - elle garantit que les cellules vont demeurer immergées dans le fluide antiincendie après l'arrêt du fonctionnement du système qui comporte la batterie rechargeable, et donc qu'il n'y aura pas de court-circuit (bien) après un accident.20
Claims (10)
- REVENDICATIONS1. Dispositif anti-incendie (D) pour une batterie (BR) comprenant un boîtier (BO) logeant au moins une cellule (Cn) de stockage d'énergie électrique, caractérisé en ce qu'il comprend i) une source d'alimentation électrique (SA) autonome et couplée audit boîtier (BO), ii) une enveloppe (El) logée dans ledit boîtier (BO) et logeant de façon étanche chaque cellule (Cn), iii) un réservoir (RL) stockant un fluide anti-incendie et comprenant au moins une sortie (Si) communiquant avec ladite enveloppe (El), iv) au moins un moyen de contrôle d'accès (Vi) propre à être placé dans un état fermé ou ouvert dans lequel il interdit ou autorise l'accès à une sortie (Si) en fonction d'un signal, et v) des moyens de commande (MC) alimentés par ladite source d'alimentation électrique (SA) et propres à générer un signal destiné à placer chaque moyen de contrôle d'accès (Vi) dans ledit état ouvert lorsqu'une température dans ladite enveloppe (El) est supérieure à un seuil choisi.
- 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit réservoir (RL) est logé dans ladite enveloppe (El).
- 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit réservoir (RL) est logé au-dessus d'au moins une cellule (Cn).
- 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque moyen de contrôle d'accès (Vi) est logé dans ledit réservoir (RL).
- 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chaque sortie (Si) est agencée sous la forme d'un conduit.
- 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que chaque moyen de contrôle d'accès (Vi) est choisi dans un groupe comprenant au moins une électrovanne alimentée par ladite source d'alimentation électrique (SA), et un volet piloté par un actionneur électrique alimenté par ladite source d'alimentation électrique (SA).
- 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande (MC) sont propres à générer un signal destiné à placer chaque moyen de contrôle d'accès (Vi) dans ledit état ouvert en cas de réception d'une instruction dédiée issue d'un équipement d'un systèmecomportant ladite batterie (BR).
- 8. Batterie (BR) comprenant un boîtier (BO) logeant au moins une cellule (Cn) de stockage d'énergie électrique, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un dispositif anti-incendie (D) selon l'une des revendications précédentes, partiellement installé dans ledit boîtier (BO).
- 9. Système, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une batterie (BR) selon la revendication 8.
- 10. Système selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il constitue un véhicule de type tout électrique ou hybride.
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