FR3009441A1 - Systeme de decharge d'un module de batterie electrique. - Google Patents

Abstract

Un module (1) de batterie électrique comporte une borne positive (13) et une borne négative (14) pour alimenter un circuit électrique. Un système de décharge comporte un dispositif de dissipation (3) d'énergie par électrolyse agencé pour être connecté entre la borne positive (13) et la borne négative (14), le système ayant des moyens de remplissage (20) pour emplir le dispositif de dissipation (3) avec un électrolyte. Batterie comportant un tel module et procédé de décharge d'une batterie utilisant un tel système.

Description

Système de décharge d'un module de batterie électrique Domaine technique La présente invention se rapporte à un système de décharge d'une batterie électrique, à une batterie comportant un tel système de décharge et à un procédé pour décharger une telle batterie. Etat de la technique Les batteries électriques prévues pour la motorisation de véhicules électriques sont de très grande capacité. Il arrive malheureusement que de telles batteries soient accidentées ou détériorées et qu'il faille envisager leur destruction complète en vue d'un recyclage. Si une telle batterie est encore chargée, elle peut poser des problèmes de sécurité. Tout d'abord, la tension qu'elle délivre dépasse 60 V, ce qui comporte des risques de choc électrique. Par ailleurs, la mise en court-circuit de certaines parties de la batterie générerait des courants très importants, avec des échauffements conséquents, ce qui est susceptible de causer un incendie, voire une explosion, et des dégagements de fumées très toxiques.

Il est donc nécessaire de prévoir la décharge préalable de la batterie en toute sécurité avant toute autre opération. On peut craindre par ailleurs que les bornes principales de connexion de la batterie ne soient pas accessibles, de telle sorte que la décharge directe ne soit pas possible. On a proposé dans le document JP 2005-347162 d'immerger la batterie dans une solution aqueuse contenant du carbonate de sodium afin d'établir des courants de décharge entre les parties conductrices à travers la solution aqueuse. Il se produit alors un phénomène d'électrolyse, la solution aqueuse jouant le rôle d'un électrolyte entre les parties conductrices.

Une batterie est constituée par exemple de modules couplés en série, chaque module étant formé par l'assemblage de cellules. Les cellules sont connectées entre elles par des parties conductrices, par exemple par des barres métalliques en cuivre ou en aluminium.

L'ensemble des modules est assemblé à l'intérieur d'une enveloppe afin de maintenir le tout en un ensemble et d'assurer une protection contre les chocs électriques autour des parties conductrices. Si l'on met en oeuvre la méthode selon JP2005-347162, les parties conductrices soumises aux potentiels supérieurs se corrodent et disparaissent progressivement sous l'effet de l'électrolyse. Lorsqu'elles sont trop réduites, la surface d'échange avec l'électrolyte devient trop faible et ne permet plus la circulation du courant de décharge dans des proportions satisfaisantes. La batterie peut donc rester trop chargée. L'invention vise donc à fournir un système de décharge d'une batterie électrique qui permette de garantir le niveau de décharge. Elle vise également à fournir une batterie comportant un tel système de décharge et un procédé pour décharger une telle batterie. Description de l'invention Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet un système de décharge d'un module de batterie électrique dans lequel le module comporte une borne positive et une borne négative pour alimenter un circuit électrique, le système étant caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de dissipation d'énergie par électrolyse agencé pour être connecté entre la borne positive et la borne négative, le système ayant des moyens de remplissage pour emplir le dispositif de dissipation avec un électrolyte. En prévoyant un système de dissipation avec chaque module, on s'assure que chaque module pourra être déchargé si le besoin se fait sentir, et de manière suffisamment complète. Même si les parties conductrices du module sont corrodées par le phénomène d'électrolyse, l'essentiel de l'énergie du module est dissipée dans le dispositif de dissipation, de telle sorte que la durée de la décharge est suffisamment courte pour que la corrosion des parties conductrices ne soit pas totale. La dissipation de l'énergie n'a lieu que si l'électrolyte est présent dans le dispositif. On peut ainsi choisir le moment de la décharge en alimentant le dispositif avec l'électrolyte uniquement si nécessaire. La décharge de la batterie est possible, même si les bornes de connexion de la batterie ne sont plus opérationnelles. Selon une disposition constructive, le dispositif de dissipation comporte une anode et une cathode ayant la forme de plaques et disposées parallèlement entre elles en étant séparées par un entrefer, l'anode étant reliée à la borne positive et la cathode étant reliée à la borne négative. On réalise un dispositif compact dont on peut contrôler facilement les caractéristiques, par exemple la dimension de l'entrefer. En condition normale d'utilisation de la batterie, l'entrefer est sec de telle sorte que le dispositif de dissipation n'a pas d'influence sur le fonctionnement de la batterie. Par contre, lorsqu'il est nécessaire de décharger la batterie, il suffit d'amener de l'électrolyte dans l'entrefer pour provoquer la décharge progressive. Aucun dispositif de commande ou de commutation n'est nécessaire. De manière particulière, l'anode est dans un matériau déterminé et a une masse suffisante pour décharger au moins un pourcentage prédéterminé de la charge du module, par exemple 80%. L'anode est dissoute progressivement en fonction de la quantité de courant qui la traverse. La quantité maximale de courant étant déterminée par la capacité du module, on peut prédéterminer la quantité de matériau de l'anode qui sera dissoute par la décharge, en fonction du matériau utilisé. L'anode est par exemple métallique. Selon une caractéristique constructive, le rapport entre une surface S de la plus petite des plaques en regard de l'autre plaque et l'entrefer est supérieur à un seuil prédéterminé. Pour une conductivité déterminée de l'électrolyte, le rapport est équivalent à une conductance qui conditionne le courant qui passe en fonction de la tension délivrée par le module. En déterminant ce rapport, on détermine la durée de la décharge de la batterie.

L'invention a aussi pour objet une batterie comportant au moins un module de batterie, caractérisée en ce que chaque module comporte un système de décharge tel que décrit précédemment. Dans cette configuration, les bornes positives et négatives du module sont par exemple accessibles depuis une face principale du module, les plaques du système de décharge étant placées parallèlement à la face principale. On assure ainsi une réalisation compacte du dispositif de décharge et de son intégration dans la batterie. Selon une caractéristique complémentaire, la batterie comporte une enveloppe entourant les modules, l'enveloppe comportant au moins une ouverture pour laisser entrer l'électrolyte. L'ouverture forme les moyens de remplissage permettant à l'électrolyte de pénétrer près du dispositif de dissipation. L'invention a aussi pour objet un procédé de décharge d'une batterie tel que décrite précédemment, caractérisé en ce qu'on plonge la batterie dans un bain d'électrolyte de manière à remplir d'électrolyte le dispositif de dissipation et à établir ainsi un courant de décharge dans le dispositif de dissipation. Brève description des figures L'invention sera mieux comprise et d'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels : la figure 1 est une vue d'une batterie conforme à un mode de réalisation de l'invention, une coque supérieure d'une enveloppe n'étant pas représentée ; - la figure 2 est une vue en perspective d'un module de la batterie de la figure 1, avec un dispositif de dissipation. DESCRIPTION DETAILLEE Une batterie comportant un système de décharge conforme à un mode de réalisation de l'invention est montré sur la figure 1. La batterie comporte une pluralité de modules 1 juxtaposés dans une enveloppe. Sur la figure, seule une coque inférieure 2 de l'enveloppe est représentée, une coque supérieure étant prévue pour fermer la batterie. Les modules 1 sont connectés entre eux en série en reliant une borne positive 13 d'un module à une borne négative 14 d'un module adjacent. Un module 1, tel que montré sur la figure 2, comporte un empilement de cellules 10 de forme générale parallélépipédique rectangle. Une face principale 11 du module 1 comporte la borne positive 13 et la borne négative 14 du module 1. Le long de la face principale 11 et d'une face arrière, opposée à la face principale 11, les cellules 10 sont connectées entre elles en série, d'une manière connue en soi. Conformément à l'invention, le module 1 comporte un dispositif de dissipation 3 comportant une anode 31 et une cathode 32 ayant la forme de plaques sensiblement de la même dimension et disposées parallèlement entre elles en étant séparées par un entrefer 33. Les plaques 31, 32 sont disposées parallèlement à la face principale 11 et ont sensiblement le même encombrement qu'elle. L'anode 31 est reliée à la borne positive 13 et la cathode 32 est reliée à la borne négative 14. L'anode 31 est dans un matériau choisi dans un groupe comportant le graphite, le manganèse, l'aluminium, le titane, le magnésium, le fer, le cuivre, le nickel et le zinc. Le choix du matériau de la cathode 32 n'est pas déterminant et tout matériau conducteur est adapté. L'enveloppe 2 comporte des passages 20 faisant fonction de moyens de remplissage pour que la batterie puisse être immergée dans un bain d'électrolyte, de manière à ce que l'électrolyte emplisse l'intérieur de l'enveloppe, et en particulier l'entrefer 33. On peut considérer également que la coque supérieure est amovible et laisse accès au dispositif de dissipation 3 pour l'électrolyte, formant ainsi une autre version des moyens de remplisage. Lorsque l'électrolyte est présent dans l'entrefer 33, un courant passe entre les plaques 31, 32 de manière à décharger le module 1 qui est connecté au dispositif de dissipation 3. Avec un électrolyte aqueux, le dispositif de dissipation 3 provoque une réaction d'électrolyse de l'eau, qui nécessite un potentiel de 1,23 V. Le module 1 a par exemple une tension nominale de 33,2 V et est donc à même de provoquer la réaction d'électrolyse. En prenant comme exemple un module 1 dont la capacité est de 72 Ah, et dont on considère que la décharge à 80% permet la mise en sécurité, on se donne pour objectif de décharger chaque module 1 en 5 h. Le courant de décharge I s'exprime par la formule : (U- UO). C avec o C=o-.S// o UO est la tension minimale d'activation des réactions d'électrolyse ; o S est la surface d'échange des plaques 31, 32, ce qui correspond à la surface de la plus petite des faces en regard l'une de l'autre et délimitant l'entrefer 33 ; o / est la distance en mètres entre les plaques 31, 32, c'est-à-dire l'épaisseur de l'entrefer 33 ; o 6 est la conductivité de l'électrolyte ; est vaut par exemple 7 mS/cm. Si la surface d'échange des plaques 31, 32 est de 30 cm2 et la tension moyenne du module 1 de 29V, on cherche à obtenir un courant de l'ordre de 12A pour la décharge en 5h, on obtient une distance entre plaques 1=5 mm. La dimension de l'entrefer 33 est choisie pour déterminer l'intensité du courant de décharge.

Le rapport S// entre la surface des plaques et l'entrefer 33 détermine l'intensité de la décharge, et pour limiter le temps de décharge, il faut imposer que le rapport soit supérieur à un seuil prédéterminé. Par ailleurs, le matériau constituant l'anode 31 est corrodé par l'effet de l'électrolyse. Le tableau 1 ci-après montre la masse de matériau qui est dissoute, selon le matériau, pour une charge de 57,6 Ah à décharger. En prenant comme hypothèse une surface d'échange des électrodes 31, 32 de 30 cm2, la dernière ligne du tableau indique l'épaisseur que devrait avoir au minimum l'anode 31 pour ne pas être consommée entièrement avant la fin de la décharge. Matériau C Mg Al Ti Mn Fe Cu Ni Zn (graphite) Masse volumique (g/cm3) 2,1 1,74 2,7 5 7,2 7,9 8,9 8,9 7,1 M (g/mol) 12 24 27 47,9 54,9 56 63,5 58,7 65,4 Ne- (e-/mol) 4 2 3 4 4 3 2 2 2 Masse (g) 6,45 25,8 19,3 25,7 29,5 40,1 68,2 63,1 70,3 Epaisseur (mm) 1,0 4,9 2,4 1,7 1,4 1,7 2,6 2,4 3,3 Tableau 1

Claims (9)

1. REVENDICATIONS1. Système de décharge d'un module (1) de batterie électrique dans lequel le module (1) comporte une borne positive (13) et une borne négative (14) pour alimenter un circuit électrique, le système étant caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de dissipation (3) d'énergie par électrolyse agencé pour être connecté entre la borne positive (13) et la borne négative (14), le système ayant des moyens de remplissage (20) pour emplir le dispositif de dissipation (3) avec un électrolyte.
2. 2. Système selon la revendication 1, dans laquelle le dispositif de dissipation (3) comporte une anode (31) et une cathode (32) ayant la forme de plaques et disposées parallèlement entre elles en étant séparées par un entrefer (33), l'anode (31) étant reliée à la borne positive (13) et la cathode (32) étant reliée à la borne négative (14).
3. 3. Système selon la revendication 2, dans laquelle l'anode (31) est dans un matériau déterminé et a une masse suffisante pour décharger au moins un pourcentage prédéterminé de la charge du module (1).
4. 4. Système selon la revendication 3, dans laquelle l'anode (31) est métallique.
5. 5. Système selon l'une des revendications 2 à 4, dans lequel le rapport entre une surface (S) de la plus petite des plaques en regard de l'autre plaque et l'entrefer (33) est supérieur à un seuil prédéterminé.
6. 6. Batterie comportant au moins un module (1) de batterie, caractérisée en ce que chaque module (1) comporte un système de décharge selon l'une des revendications 1 à 4.
7. 7. Batterie selon la revendication 6, avec un système de décharge selon la revendication 2, dans laquelle les bornes positive et négative (13, 14) du module (1) sont accessibles depuis une face principale (11), lesplaques (31, 32) du système de décharge étant placées parallèlement à la face principale (11).
8. 8. Batterie selon l'une des revendications 6 à 7, caractérisée en ce qu'elle comporte une enveloppe (2) entourant les modules (1), l'enveloppe (2) comportant au moins une ouverture (20) pour laisser entrer l'électrolyte.
9. 9. Procédé de décharge d'une batterie selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'on plonge la batterie dans un bain d'électrolyte de manière à remplir d'électrolyte le dispositif de dissipation (3) et à établir ainsi un courant de décharge dans le dispositif de dissipation (3).