FR3095895A1 - Coffre pour batterie - Google Patents

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Abstract

Coffre pour batterie, comprenant un boîtier externe (3) de protection mécanique et une enveloppe interne (4) de confinement thermique, ladite enveloppe interne (4) comportant au moins un composant isolant thermique et au moins un composant de protection contre les flammes. Figure pour l’abrégé : Fig 2

Description

Coffre pour batterie
La présente invention concerne, de manière générale, la protection des batteries.
En particulier, l’invention se rapporte à un coffre pour batterie et, plus précisément, à un coffre de protection thermique et mécanique d’une batterie.
Certains types de batteries comme les batteries Lithium-ion sont particulièrement sujettes à l’emballement thermique. En effet, l’électrolyte qu’elles contiennent, se présentant sous la forme de sels de lithium, est hautement inflammable. Par conséquent, une surchauffe de la batterie peut entraîner son embrasement, accompagné du dégagement de gaz toxiques, pouvant conduire jusqu’à son explosion.
Dans le cas de batteries embarquées, par exemple disposées dans un avion, leur proximité avec la zone de carburant rend considérablement risquée tout échauffement de la batterie. L’augmentation de la température des parois de la batterie est donc inacceptable et il est nécessaire de prévoir des moyens pour son isolement thermique.
Des solutions visant à contenir les débris en fusion projetés lors de l’explosion sont connues. Ces solutions consistent à disposer une bâche couvrante ou un sac anti-déflagration autour de la batterie.
Cependant, la bâche et le sac n’étanchéifie pas la batterie et ils ne permettent pas non plus d’assurer un confinement thermiquement.
De plus, ils ne fournissent aucune protection mécanique. Or, les batteries requièrent en outre une protection contre les contraintes mécaniques de sorte à pourvoir préserver leur intégrité.
Il est également connu d’utiliser un boîtier en acier inoxydable ou en titane, disposé autour de la batterie, et la protégeant à la fois mécaniquement et thermiquement.
Cependant, bien que fortement résistant, la masse d’un tel boîtier est trop importante pour que son application puisse être envisagée dans le domaine de l’aviation dont les innovations qui s’y affèrent visent au contraire un allégement des dispositifs embarqués.
Pour les raisons évoquées ci-dessus, l’invention concerne un coffre de batterie léger, permettant à la fois une protection contre les contraintes mécaniques extérieures et la formation d’une barrière thermique capable de contenir la réaction exothermique, les projections et les flammes en cas d’emballement thermique de la batterie.
Il est donc proposé un coffre pour batterie, comprenant un boîtier externe de protection mécanique et une enveloppe interne de confinement thermique, ladite enveloppe interne comportant au moins un composant isolant thermique et au moins un composant de protection contre les flammes.
Selon un mode de réalisation, ladite enveloppe interne est une structure multicouche.
Selon une caractéristique, l’enveloppe interne peut comprendre au moins une couche comportant un composant isolant thermique et un composant de protection contre les flammes.
Avantageusement, l’enveloppe interne peut comprendre une couche externe disposée en regard du boîtier externe et comportant un composant imperméable à l’eau.
De manière encore plus avantageuse, l’enveloppe interne peut comprendre une couche interne disposée en regard de la batterie et comportant un composant imperméable à l’eau.
De préférence, un composant isolant thermique sous forme de mousse est disposé entre lesdites couches externe et interne de l’enveloppe interne de confinement thermique.
Selon une caractéristique, l’ensemble des couches de l’enveloppe interne de confinement thermique peut comprendre un composant isolant thermique.
Avantageusement, le composant isolant thermique peut comporter un matériau choisi parmi les fibres de verre, les fibres de silice ou un mélange de ceux-ci.
Selon un mode de réalisation, le composant de protection contre les flammes comprend de la vermiculite.
De plus, l’enveloppe interne peut être une structure au moins en partie tissée.
Le boîtier externe peut comprendre de l’aluminium.
De préférence, le boîtier externe et/ou l’enveloppe interne de confinement thermique comprend un évent.
Selon un mode de réalisation des moyens de refroidissement de la batterie peuvent être aménagés dans le coffre.
Selon une caractéristique, l’enveloppe interne de confinement peut inclure un réseau de refroidissement de la batterie comprenant un ou plusieurs canaux de guidage de l’air et une pluralité d’orifices de sortie d’air des canaux vers la batterie.
D’autres buts, avantages et caractéristiques ressortiront de la description qui va suivre, donnée à titre purement illustratif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
est une vue en perspective d’un coffre pour batterie selon l’invention, comportant un boîtier externe et une enveloppe interne.
est une vue en coupe transversale illustrant un premier mode de réalisation d’une enveloppe interne d’un coffre de batterie selon l’invention.
est une vue en coupe transversale d’une enveloppe interne d’un coffre selon l’invention, selon un deuxième mode de réalisation.
Les figures 1 à 3 illustrent un coffre 1 pour une batterie 2, par exemple une batterie Lithium-ion.
Comme on peut le voir sur la vue en coupe de la figure 2, le coffre 1 comprend un boîtier externe 3 ainsi qu’une enveloppe interne 4, disposés autour de la batterie 2. L’enveloppe interne 4 est avantageusement configurée pour être disposée entre le boîtier externe 3 et la batterie 2.
D’une part, le boîtier externe 3 confère une protection mécanique à la batterie 2 et, d’autre part, l’enveloppe interne 4 confère une isolation et une protection thermique en confinement thermiquement la batterie 2.
Dans l’exemple illustré, le boîtier externe 3 forme une structure étanche et il est indépendant de l’enveloppe interne 4.
Pour une application du coffre 1 dans le domaine de l’aviation, le matériau choisi pour le boîtier externe 3 sera, de préférence, un matériau plus léger que l’acier et l’acier inoxydable, par exemple l’aluminium, ou un matériau composite.
Le boîtier externe 3 peut être formé par une pluralité de plaques qui peuvent être assemblées, par exemple, par soudage ou vissage. Dans l’exemple illustré, le boîtier externe 3 comporte un couvercle fixé au reste du boîtier par des vis 5, facilitant l’accès à la batterie 2.
L’enveloppe interne 4 comporte au moins un composant isolant thermique. Selon un exemple, on pourra choisir des fibres de verre ou des fibres de silice qui possèdent une grande résistance aux hautes températures, allant jusqu’à 1200°C, ou encore un mélange de celles-ci.
Elle comporte en outre au moins un composant de protection contre les flammes, par exemple de la vermiculite, afin de confiner la batterie 2 et de contenir les éventuelles projections et flammes en cas de surchauffe et d’explosion.
De plus, l’enveloppe interne 4 peut être une structure multicouche, de préférence souple, dans laquelle chaque couche peut ainsi comporter des propriétés spécifiques.
Les différentes couches de l’enveloppe interne 4 peuvent être formées par des plaques ou bien un ou des matériaux tissés.
Dans le mode de réalisation illustré sur les figures, l’enveloppe interne 4 comprend une couche anti-flammes 6 comportant des fibres de verre et de la vermiculite, ainsi qu’une couche d’isolation thermique 7 de la batterie 2, sous forme de mousse, comportant également des fibres de verre. Cette mousse est un isolant thermique efficace, permettant d’emprisonner de l’air, et ainsi de réduire le transfert de chaleur à travers le tissu pour limiter la montée en température de la structure.
Avantageusement, l’enveloppe interne 4 peut également comprendre une couche externe 8 disposée en regard du boîtier externe 3 et/ou une couche interne 9 disposée en regard de la batterie, comportant un composant imperméable à l’eau, par exemple du silicone. Les couches externe 8 et interne 9 permettent ainsi d’étanchéifier l’enveloppe interne 4 et empêcher le passage d’eau vers la batterie 2.
La couche anti-flammes 6 et la couche d’isolation thermique à long terme 7 sont disposées entre les couches externe 8 et interne 9.
De manière avantageuse, chaque couche de la structure multicouche de l’exemple illustré comprend un composant isolant thermique, ici des fibres de verre qui ont également pour avantage d’être isolant électrique.
En outre, comme cela est représenté sur les figures, le coffre 1 peut comprendre un évent 10 laissant échapper les gaz dégagés lors de l’emballement thermique de la batterie 2.
Préférentiellement, le boîtier externe 3 et l’enveloppe interne 4 comprennent tous les deux un évent 10, sur la face supérieure du coffre 1.
De préférence, le coffre 1 comprend également des moyens de refroidissement de la batterie 2 afin de limiter la surchauffe et prévenir l’emballement thermique.
Selon un deuxième mode de réalisation illustré à la figure 3, l’enveloppe interne 4 peut inclure des moyens de refroidissement. Pour une meilleure compréhension de la configuration de l’enveloppe interne 4, le boîtier externe 3 n’est pas représenté.
L’enveloppe interne 4 peut inclure un réseau de refroidissement de la batterie 2 comprenant plusieurs canaux 11 de guidage de l’air et une pluralité d’orifices 12 de sortie d’air desdits canaux 11 vers la batterie 2.
Dans l’exemple illustré, les canaux 11 du réseau de refroidissement sont ménagés entre la couche externe 9 et la couche d’isolation thermique à long terme 7, par surplus de matière dans la couche interne 9.
Avantageusement, le coffre 1 est configuré de sorte qu’un espace 13 subsiste entre la batterie 2 et l’enveloppe interne 4 permettant notamment la circulation d’air pour le refroidissement de la batterie 2.
De l’air peut ainsi être soufflé, par exemple depuis l’évent 10, dans les canaux 11 de guidage d’air de sorte que l’air soit délivré dans l’espace 13 via les orifices 12 de sortie d’air afin de refroidir la batterie 2.
On pourra bien entendu prévoir dans le coffre 1 des interfaces de connexion électrique de la batterie 2.
Par ailleurs, la batterie 2 illustrée est une batterie Lithium-ion pour laquelle le coffre 1 selon l’invention est particulièrement avantageux compte tenu du risque d’emballement thermique de ce type de batterie.
Toutefois, on pourra bien sûr prévoir que le coffre tel que décrit précédemment soit utilisé pour un équipement électrique d’un autre type qu’une batterie.
Le coffre 1 tel que décrit précédemment permet de dissocier les moyens de protection mécanique et les moyens de protection thermique de la batterie 2. Le coffre 1 peut ainsi être allégé.

Claims (14)

  1. Coffre pour batterie, comprenant un boîtier externe (3) de protection mécanique et une enveloppe interne (4) de confinement thermique, ladite enveloppe interne (4) comportant au moins un composant isolant thermique et au moins un composant de protection contre les flammes.
  2. Coffre selon la revendication 1, dans lequel ladite enveloppe interne (4) est une structure multicouche.
  3. Coffre selon la revendication 2, dans lequel ladite enveloppe interne (4) comprend au moins une couche (6) comportant un composant isolant thermique et un composant de protection contre les flammes.
  4. Coffre selon la revendication 2 ou 3, dans lequel ladite enveloppe interne (4) comprend une couche externe (8) disposée en regard du boîtier externe (3) et comportant un composant imperméable à l’eau.
  5. Coffre selon l’une des revendications 2 à 4, dans lequel ladite enveloppe interne (4) comprend une couche interne (9) disposée en regard de la batterie (2) et comportant un composant imperméable à l’eau.
  6. Coffre selon les revendications 4 et 5, dans lequel un composant isolant thermique sous forme de mousse est disposé entre lesdites couches externe et interne (8, 9) de l’enveloppe interne (4) de confinement thermique.
  7. Coffre selon l’une quelconque des revendications 2 à 6, dans lequel l’ensemble des couches (6, 7, 8, 9) de ladite enveloppe interne (4) comprend un composant isolant thermique.
  8. Coffre selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le composant isolant thermique comporte un matériau choisi parmi les fibres de verre, les fibres de silice ou un mélange de ceux-ci.
  9. Coffre selon l’une quelconque des revendications, dans lequel le composant de protection contre les flammes comprend de la vermiculite.
  10. Coffre selon l’une quelconque des revendications, dans lequel ladite enveloppe interne (4) est une structure au moins en partie tissée.
  11. Coffre selon l’une quelconque des revendications, dans lequel le boîtier externe (3) comprend de l’aluminium.
  12. Coffre selon l’une quelconque des revendications, dans lequel le boîtier externe (3) et/ou l’enveloppe interne (4) comprend un évent (10).
  13. Coffre selon l’une quelconque des revendications, dans lequel sont aménagés des moyens de refroidissement de la batterie (2).
  14. Coffre selon la revendication 13, dans lequel l’enveloppe interne (4) inclut un réseau de refroidissement de la batterie comprenant un ou plusieurs canaux de guidage de l’air et une pluralité d’orifices de sortie d’air des canaux vers la batterie (2).
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