FR3041178A1 - Systeme de batterie avec une protection de surcharge et de sous-charge - Google Patents

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Abstract

Système de batterie (10) avec une protection de surcharge et/ou de sous-charge comportant au moins un accumulateur électrique ayant un premier pôle (12) relié électriquement à une première électrode , un second pôle (14) relié électriquement à la seconde électrode, une unité de décharge rapide (16) pour décharger électriquement l'accumulateur et ayant un premier branchement relié au premier pôle (12), un second branchement (262, 362) relié au second pôle (14). Le système de batterie comporte une unité de déclenchement (17) ayant un composant mécanique électro-conducteur pour déclencher l'unité de décharge rapide (16).

Description

Domaine de l’invention
La présente invention se rapporte à un système de batterie avec une protection de surcharge et/ou de sous-charge comportant un accumulateur électrique ayant un premier pôle relié électriquement à une première électrode de l’accumulateur, un second pôle relié électriquement à la seconde électrode de l’accumulateur, une unité de décharge rapide pour décharger électriquement l’accumulateur électrique et ayant un premier branchement relié électriquement au premier pôle, un second branchement relié électriquement au second pôle.
Etat de la technique
Le document DE 10 2011 015 829 Al décrit une cellule électrochimique comportant une installation de coupure de courant pour couper le branchement électrique de la cellule servant au fonctionnement de la cellule. La cellule est en outre équipée d’une installation de décharge qui permet la décharge totale ou partielle de la cellule si l’un des branchements électriques de la cellule prévu pour le fonctionnement de la cellule est interrompu par l’installation de coupure de courant. Cela permet de décharger la cellule et de sécuriser le transport et le stockage prolongé de la cellule d’accumulateur et en même temps elle évite la poursuite du fonctionnement de la cellule éventuellement endommagée par sa surcharge.
Le document DE 2012 219 082 Al décrit un dispositif de sécurité pour une cellule de batterie lithium-ion ayant au moins un conducteur métallique réalisé sous la forme d’une surface plane en particulier une plaque de circuit métallique ou un film métallique muni d’une couche d’isolation et ayant un contact polaire pour être relié électriquement à un pôle de la cellule, le conducteur ayant une résistance chauffante installée sur la couche d’isolation avec un premier et un second contacts qui permettent le passage du courant électrique à travers la résistance chauffante.
Exposé et avantages de l’invention
La présente invention a pour objet un système de batterie du type défini ci-dessus, caractérisé en ce qu’il comporte une unité de déclenchement ayant un composant mécanique électro-conducteur pour déclencher l’unité de décharge rapide.
Le système de batterie selon l’invention a l’avantage vis-à-vis de l’état de la technique, d’être équipé d’une unité de déclenchement avec un composant mécanique électro-conducteur pour déclencher l’unité de décharge rapide, ce qui permet de décharger avantageusement, très rapidement, l’accumulateur électrique du système de batterie et faire passer le système de batterie dans un état sécurisé.
De façon avantageuse, l’unité de décharge rapide comporte un conducteur en un matériau électro-conducteur relié au premier branchement de l’unité de décharge rapide et qui a au moins partiellement un ruban en bimétal électro-conducteur, ce qui permet de réaliser avantageusement et sans composants électriques et/ou électroniques supplémentaires, la liaison électrique entre le conducteur et l’unité de déclenchement. L’unité de décharge rapide a un contact électroconducteur relié électriquement au second branchement de l’unité de décharge rapide. Le contact électro-conducteur permet avantageusement une liaison électrique entre le conducteur et le contact électroconducteur, permettant le passage des courants électriques intenses à travers la liaison électrique.
Le matériau du contact, celui du ruban en bimétal et/ou le revêtement du ruban en bimétal est choisi pour permettre le passage du courant par la liaison électro-conductrice entre le conducteur et le contact entre les premier et second pôles d’une liaison électrique irréversible entre le contact et le conducteur. Il en résulte avantageusement un accumulateur électrique du système de batterie qui est alors séparé du circuit électrique du système de batterie et est mis dans un état sécurisé.
Le composant mécanique de l’unité de déclenchement est déformé de manière réversible ou irréversible par une force agissant sur le composant mécanique, par exemple la montée en pression dans le système de batterie. La déformation réversible après le retour de l’accumulateur électrique dans un état de fonctionnement normal coupe la liaison électro-conductrice entre le conducteur et le contact de l’unité de décharge rapide si bien que l’accumulateur électrique est de nouveau disponible dans le système de batterie. Si le composant mécanique est déformé de manière irréversible, l’accumulateur électrique reste définitivement coupé du système de batterie, ce qui évite avantageusement la remise en fonctionnement de cet accumulateur électrique.
Le composant mécanique de l’unité de déclenchement peut être un composant distinct et/ou une soupape de surpression, par exemple réalisée par le composant existant.
Le composant mécanique est relié par le boîtier électroconducteur de l’accumulateur et/ou une liaison électrique directement au second pôle. La liaison électrique par le boîtier électro-conducteur permet d’économiser avantageusement des conducteurs. Si le composant mécanique est relié directement par une liaison électrique au second pôle, les conditions de protection contre le contact avec le boîtier électro-conducteur sont plus réduites et sont plus simples pour la géométrie du boîtier électro-conducteur car celui-ci n’a pas à être adapté au passage d’un courant maximum.
Le premier branchement de l’unité de décharge rapide est relié électriquement, directement au premier pôle et le second branchement est relié à l’unité de décharge rapide par le boîtier électroconducteur avec le second pôle de l’accumulateur électrique et/ou par une liaison électrique, directement avec le second pôle. La liaison électrique directe du premier branchement de l’unité de décharge rapide et du premier pôle permet une isolation par rapport au potentiel du second pôle. Si le second branchement de l’unité de décharge rapide est relié par le boîtier électro-conducteur du second pôle de l’accumulateur d’énergie électrique, on a l’avantage de ne pas nécessiter d’autre conducteur. Si le second branchement de l’unité de décharge rapide est relié directement par une liaison électrique au second pôle on a l’avantage d’éviter l’adaptation de la géométrie du boîtier électro-conducteur.
Le composant mécanique et/ou la liaison directe avec le second pôle a une plus grande résistance que le conducteur, le contact et/ou la liaison directe entre le second branchement et l’unité de décharge rapide et le second pôle. Il en résulte l’avantage que le courant de court-circuit passe entre le premier et le second pôle de l’accumulateur électrique à travers le conducteur et le contact électroconducteur.
De façon avantageuse, le système de batterie est appliqué à un véhicule ayant au moins un accumulateur électrique de sorte que les normes de sécurité applicables seront respectées avec la mise en œuvre de moyens relativement réduits.
De façon avantageuse, l'accumulateur électrique d’énergie est une batterie lithium-ion ou lithium-soufre et/ou lithium-air. En particulier de tels accumulateurs électriques peuvent être mis rapidement dans un état sécurisé, avantageux pour éviter les conséquences de réactions chimiques.
Dessins
La présente invention sera décrite ci-après, de manière plus détaillée à l’aide de différents modes de réalisation de systèmes de batterie représentés dans les dessins dans lesquels : la figure 1 montre un premier mode de réalisation d’un système de batterie selon l’invention, la figure 2a montre un second mode de réalisation du système de batterie selon l’invention, la figure 2b montre le second mode de réalisation du système de batterie selon l’invention dans le cas d’un état de fonctionnement anormal de l’accumulateur électrique, la figure 2c montre le second mode de réalisation du système de batterie selon l’invention dans le cas d’un état de fonctionnement anormal de l’accumulateur électrique avec déclenchement de l’unité de décharge rapide, la figure 3 montre un troisième mode de réalisation du système de batterie de l’invention pour le fonctionnement normal de l’accumulateur électrique, la figure 4a montre un premier mode de réalisation d’un composant mécanique de l’unité de déclenchement du système de batterie selon l’invention, la figure 4b montre un second mode de réalisation du composant mécanique de l’unité de déclenchement du système de batterie selon l’invention, et la figure 4c montre un troisième mode de réalisation d’un composant mécanique d’une unité de déclenchement du système de batterie selon l’invention.
Description détaillée de modes de réalisation
Dans la description ci-après, les références s’appliquent au même composant du dispositif dans toutes les figures.
La figure 1 montre un premier mode de réalisation du système de batterie 10 selon l’invention comportant au moins un accumulateur électrique ayant un premier pôle 12 relié à la première électrode de l’accumulateur électrique, un second pôle 14 relié électriquement à la seconde électrode de l’accumulateur électrique, une unité de décharge rapide 16 pour décharger rapidement (décharge électrique) l’accumulateur avec un premier branchement relié électriquement au premier pôle, par exemple par une liaison électrique 13, un second branchement relié électriquement au second pôle, par exemple par une liaison électrique 15, une unité de déclenchement 17 pour déclencher l’unité de décharge rapide 16 ainsi que le boîtier 11 de l’accumulateur électrique. L’unité de déclenchement 17 est réalisée à la fois comme composant complémentaire ou comme composant existant, par exemple une soupape de surpression dans le cas des cellules à boîtier rigide, ce qui permet d’économiser des composants.
La figure 2a montre un second mode de réalisation du système de batterie 20 selon l’invention pendant le fonctionnement normal de l’accumulateur électrique. L’accumulateur électrique comporte un premier pôle 22, par exemple le pôle négatif relié par la liaison électrique 23, au premier branchement 261 d’une unité de décharge rapide 26 ainsi qu’un second pôle 24, par exemple le pôle positif de l’accumulateur électrique relié au boîtier électro-conducteur 21 de l’accumulateur électrique en étant relié par l’intermédiaire du second branchement 262 à l’unité de décharge rapide 26. Il est également prévu une unité de déclenchement 27 comportant un composant mécanique 29 électro-conducteur, relié par le boîtier électro-conducteur 21 de l’accumulateur électrique au second pôle 24. Le composant mécanique 29 de l’unité de déclenchement 27 est déformable de manière réversible ou irréversible, par exemple sous l’effet d’une force appliquée au composant mécanique 29. L’unité de décharge rapide 26 comporte un conducteur 25 relié électriquement par la première interface 261 à la liaison électrique 23. L’unité de décharge rapide 26 comporte en outre un contact électro-conducteur relié par le second branchement 262, électriquement au second pôle 24 de l’accumulateur.
Selon un premier mode de réalisation, le conducteur 25 comporte au moins un ruban en bimétal 25b. Selon un second mode de réalisation, le conducteur 25 comporte un relais 25a.
Pendant le fonctionnement normal de l’accumulateur électrique, il n’y a pas de liaison entre le composant mécanique 29 de l’unité de déclenchement 27 et le conducteur 25 de l’unité de décharge rapide 26.
La figure 2b montre le second mode de réalisation du système de batterie 20 selon l’invention dans le cas de l’état de fonctionnement normal de l’accumulateur électrique. L’état de fonctionnement de l’accumulateur est anormal, par exemple si la charge se fait avec un courant de charge trop important, ce qui peut produire par exemple une augmentation de la pression à l’intérieur du boîtier 21 de l’accumulateur. La montée en pression lorsqu’elle dépasse une pression prédéfinie déforme de manière réversible ou irréversible le composant mécanique 29 de l’unité de déclenchement 27. Il en résulte une liaison électrique entre le composant mécanique 29, l’unité de déclenchement 27 et le conducteur 25 de l’unité de décharge rapide 26. Cette liaison électrique fait passer du courant entre le second pôle 24 et le premier pôle 22 par le boîtier conducteur 21, le composant mécanique 29, le conducteur 25 et la ligne 23.
La figure 2c montre le second mode de réalisation du système de batterie 20 selon l’invention en cas d’état de fonctionnement anormal de l’accumulateur électrique par l’unité de décharge rapide 26.
Dans le premier mode de réalisation du conducteur 25, le ruban en bimétal 25b est chauffé par le courant traversant le composant mécanique 29 de l’unité de déclenchement 27 et le conducteur 25 ; le composant se déforme ainsi et relie électriquement le contact électroconducteur 28 et le conducteur 25. Le matériau choisi pour le contact électro-conducteur et/ou le ruban en bimétal 25b crée une liaison électrique irréversible.
Dans le second mode de réalisation du conducteur 25, le passage du courant déclenche un relais 25a qui relie électriquement le contact électro-conducteur 28 et le conducteur 25.
Le court-circuit ainsi réalisé entre le premier pôle 22 et le second pôle 24 décharge l'accumulateur électrique et le coupe du courant de charge. L’accumulateur électrique est ainsi mis en sécurité.
La figure 3 montre un troisième mode de réalisation du système de batterie 30 selon l’invention pendant le fonctionnement normal de l’accumulateur électrique. Le premier branchement 361 de l’unité de décharge rapide 36 est relié électriquement au premier pôle de l’accumulateur ; le second branchement 362 de l’unité de décharge rapide 36 est relié par la liaison électrique 310 directement au second pôle de l’accumulateur électrique. Dans la forme de réalisation représentée, le boîtier 31 de l’accumulateur électrique n’est pas électroconducteur. Un composant mécanique 39 de l’unité de déclenchement 37 est relié directement par la liaison électrique 390 au second pôle de l’accumulateur électrique. En cas d’état de fonctionnement anormal de l’accumulateur, par exemple du fait de la montée en pression à l’intérieur du boîtier 31 de l’accumulateur, le composant mécanique 39 de l’unité de déclenchement 37 se déforme mécaniquement si bien que le courant passe par la liaison électrique entre le premier et le second pôle à travers la liaison électrique 390, le composant mécanique 39, le conducteur 35 et la liaison électrique 33. La liaison électrique déclenche l’unité de décharge 36 avec un court-circuit entre le premier pôle et le second pôle en passant par la liaison électrique 310, le conducteur 35 et la liaison électrique 33 jusqu’au premier pôle. Dans le mode de réalisation représenté, la résistance de la liaison électrique 390 est plus grande que la résistance de la liaison électrique 310.
La figure 4a montre un premier mode de réalisation d’un composant mécanique 49a d’une unité de déclenchement du système de batterie selon l’invention. Le composant mécanique 49a est relié électriquement au boîtier 41 de l’accumulateur électrique. Le composant mécanique 49a de l’unité de déclenchement présentée est déformable de manière réversible ou irréversible. Le composant mécanique 49a du mode de réalisation présenté est sous la forme d’une membrane. Comme matériau, on utilise un métal électro-conducteur ou une métallisation, un matériau de support avec un revêtement électro-conducteur et/ou une matière plastique électro-conductrice. La forme choisie pour le composant mécanique 49a produit une montée en pression à l’intérieur de l’accumulateur électrique qui se répercute régulièrement sur celui-ci. Le matériau choisi pour le composant mécanique 49a est associé à une force prédéfinie au-delà de laquelle le composant mécanique 49a se déforme.
La figure 4b montre un second mode de réalisation d’un composant mécanique 49b d’une unité de déclenchement du système de batterie selon l’invention. Le composant mécanique 49b et relié électriquement au boîtier 41 de l’accumulateur électrique. La forme choisie du composant mécanique 49b se traduit lors d’une déformation par une résistance plus faible entre le composant mécanique 49b et le conducteur.
La figure 4c montre un troisième mode de réalisation d’un composant mécanique 49c d’une unité de déclenchement du système de batterie selon l’invention. La forme choisie du composant mécanique 49c se traduit par une liaison avec une grande surface entre le composant mécanique 49c et un conducteur. De plus, on compense les mouvements du boîtier 41 de l’accumulateur électrique, ce qui évite que le composant mécanique 49c soit endommagé.
NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 10, 20, 30 Systèmes de batterie 11 Boîtier de l’accumulateur électrique 12 Premier pôle 13 Liaison électrique 14 Second pôle 15 Liaison électrique 16 Unité de décharge rapide 17 Unité de déclenchement 21 Boîtier électro-conducteur 22 Premier pôle 23 Liaison électrique 24 Second pôle 25 Conducteur 25a Relais 25b Ruban en bimétal 26 Unité de décharge rapide 261 Premier branchement de l’unité de décharge rapide 262 Second branchement 27 Unité de déclenchement 28 Contact électro-conducteur 29 Composant mécanique électro-conducteur 31 Boîtier non électro-conducteur 310 Liaison électrique 33 Liaison électrique 35 Conducteur 36 Unité de décharge rapide 361 Premier branchement 362 Second branchement 37 Unité de déclenchement 39 Composant mécanique 390 Liaison électrique 49a Composant mécanique 49b Composant mécanique 49c Composant mécanique

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS 1°) Système de batterie (10, 20, 30) avec une protection de surcharge et/ou de sous-charge comportant au moins un accumulateur électrique ayant un premier pôle (12, 22) relié électriquement à la première électrode de l'accumulateur, un second pôle (14, 24) relié électriquement à la seconde électrode de l'accumulateur, une unité de décharge rapide (16, 26, 36) pour décharger électriquement l’accumulateur électrique et ayant un premier branchement (261, 361) relié électriquement au premier pôle (12, 22), un second branchement (262, 362) relié électriquement au second pôle (14, 24), système de batterie caractérisé en ce qu’ il comporte une unité de déclenchement (17, 27, 37) ayant un composant mécanique électro-conducteur (29, 39, 49a, 49b, 49c) pour déclencher l’unité de décharge rapide (16, 26, 36).
  2. 2°) Système de batterie (10, 20, 30) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’unité de décharge rapide (16, 26, 36) a un conducteur (25, 35) relié électriquement au premier branchement (261, 361) de l’unité de décharge rapide (16, 26, 36) et ayant au moins partiellement un ruban en bimétal (25b) électro-conducteur et/ou un relais (25a).
  3. 3°) Système de batterie (10, 20, 30) selon l’une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que l’unité de décharge rapide (16, 26, 36) a un contact électro-conducteur (28) relié électriquement au second branchement (262, 362) de l’unité de décharge rapide (16, 26, 36).
  4. 4°) Système de batterie (10, 20, 30) selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le matériau du contact (28), du ruban à bimétal (25b), du relais (25a) et/ou du revêtement du ruban en bimétal (25b) est choisi pour que le courant passant par la liaison électrique entre le conducteur (25, 35) et le contact (28), réalise entre le premier pôle (12, 22) et le second pôle (14, 24) une liaison électrique réversible ou irréversible entre le contact (28) et le conducteur (25, 35).
  5. 5°) Système de batterie (10, 20, 30) selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le composant mécanique (29, 39, 49a, 49b, 49c) et l’unité de déclenchement (17, 27, 37) sont déformables de manière réversible ou irréversible par une force appliquée au composant mécanique (29, 39, 49a, 49b, 49c).
  6. 6°) Système de batterie (10, 20, 30) selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le composant mécanique (29, 39, 49a, 49b, 49c) est relié électriquement au second pôle (14, 24) par le boîtier électro-conducteur (21, 41) de l’accumulateur électrique et/ou par une liaison électrique directe (390).
  7. 7°) Système de batterie (10, 20, 30) selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le premier branchement (261, 361) de l’unité de décharge rapide (16, 26, 36) est relié directement au premier pôle (12, 22) par une liaison électrique (13, 23, 33) et directement au second pôle (14, 24) de l’accumulateur électrique par le second branchement (262, 362) de l’unité de décharge rapide (16, 26, 36) par le boîtier électro-conducteur (21, 41) et/ou par une liaison électrique (310).
  8. 8°) Système de batterie (10, 20, 30) selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les composants mécaniques (29, 39, 49a, 49b, 49c) et/ou la liaison directe (390) avec le second pôle (14, 24) a une résistance électrique plus grande que le conducteur (25, 35), le contact (28) et/ou la liaison directe (310) entre le second branchement (262, 362) de l’unité de décharge rapide (16, 26, 36) et le second pôle (14, 24).
  9. 9°) Application d’un système de batterie (10, 20, 30) selon les revendications 1 à 8 à un véhicule équipé d’au moins un accumulateur électrique.
  10. 10°) Application d’un système de batterie (10, 20, 30) selon la revendication 9, l’accumulateur électrique étant une batterie lithium-ion, lithium-soufre et/ou lithium-air.
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