FR3095897A1 - système de batterie comportant un déflecteur de gaz nocifs en cas d’emballement thermique - Google Patents
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Abstract
La présente invention a pour objet une protection d’un système de batterie agissant comme une barrière pare-vapeur en cas d’un emballement thermique des cellules de batteries. Plus précisément, le système de batterie comporte un module de batterie (8), un logement (2) comprenant une paroi hermétique à l’air dans lequel est monté le module de batterie et un moyen de dépressurisation (6) du logement permettant l’échange d’un flux d’air entre la zone intérieure (ZIN) et la zone extérieure (ZEX) du logement (2) à travers la paroi. Selon l’invention, le système comporte en outre un déflecteur (1) d’un fluide gazeux susceptible de s’échapper de l’intérieur du logement (2) à travers le moyen de dépressurisation (6) en cas d’emballement thermique du module de batterie, le déflecteur (1) étant monté sur la surface extérieure de la paroi du logement (2) en bordure du moyen de dépressurisation (6). Figure 2
Description
Le domaine de l’invention concerne un système de batterie comportant un logement du module de batterie muni d’une protection contre les gaz nocifs en cas d’emballement thermique des cellules électriques.
Les véhicules hybrides et électriques équipés de batterie de puissances de type lithium-ion pour la motorisation électrique comprennent des cellules électriques montées dans un logement hermétique. Conventionnellement, ces dernières sont protégées contre les défaillances électriques et les défaillances thermiques. Il est primordial en effet de maintenir les cellules électriques dans une plage de fonctionnement de sécurité afin d’empêcher un incendie à bord du véhicule.
Des moyens de protection, couramment appelés par le terme anglais « venting », assurent préventivement la ventilation et la dépressurisation du système de batterie en cas de montée en température pour empêcher l’emballement thermique. Certains de ces moyens de protection se présentent sous la forme de pastilles agissant comme une barrière respirante et assurant un échange d’un flux d’air entre la zone extérieure et la zone intérieure du logement de batterie.
On connait d’autres systèmes de protection, tels ceux décrits dans le document EP2806494A1 illustrant un système de protection thermique d’un système de batterie comportant un limiteur de pression intercalé entre un liquide de refroidissement et un orifice d’évacuation. On connait également le document brevet JP2004148850A1 décrivant un système de protection comportant un tuyau pour diriger des gaz d’hydrogène émis par une pile à combustible lors de la recharge afin d’éviter une augmentation de la pression à l’intérieur du module de batterie. L’installation de tels tuyaux est particulièrement problématique car ils sont montés dans des zones de passages de câbles où l’accès et l’espace sont restreints. Ces tuyaux peuvent même écraser les câbles électriques. Le document DE102012211827A1 décrit également un moyen de dépressurisation du logement d’un module de batterie comportant un tuyau d’évacuation vers une zone latérale.
Malgré les protections mentionnées ci-avant, il existe néanmoins une faible probabilité qu’une défaillance critique se produise exceptionnellement, par exemple en cas de choc ou d’accident. Lorsque le système de batterie est affecté, il est possible que les modules de batterie entrent dans une première phase dite d’emballement thermique durant laquelle ceux-ci commencent à émettre des gaz susceptibles d’endommager les autres composants électroniques dans un environnement proche. Les pastilles de dépressurisation sont alors prévues pour se déchirer et évacuer les gaz nocifs afin d’éviter un échauffement pouvant provoquer une explosion des cellules électriques. Ces gaz peuvent atteindre une température de 450°C. Or, lorsque ces gaz s’échappent du logement du module de batterie, il est possible que ceux-ci atteignent un obturateur d’accès à la connectique du système de batterie et pénètrent à l’intérieur de l’habitacle. Cette situation provoquerait un endommagement des systèmes électriques, voire un départ d’incendie.
Il existe donc un besoin de résoudre les problèmes précités. Un objectif de l’invention est d’améliorer la protection des systèmes électroniques montés à proximité des cellules électriques et de garantir la sécurité des passagers du véhicule lors d’un emballement thermique d’un système de batterie jusqu’à leur sortie du véhicule.
Plus précisément, l’invention concerne un système de batterie comportant un module de batterie, un logement constitué d’une paroi hermétique à l’air dans lequel est monté le module de batterie et un moyen de dépressurisation du logement permettant l’échange d’un flux d’air entre la zone intérieure et la zone extérieure du logement à travers la paroi. Selon l’invention, le système de batterie comporte en outre un déflecteur d’un fluide gazeux susceptible de s’échapper de l’intérieur du logement à travers le moyen de dépressurisation en cas d’emballement thermique du module de batterie, le déflecteur étant monté sur la surface extérieure de la paroi du logement en bordure du moyen de dépressurisation de manière à empêcher la circulation du fluide gazeux vers un secteur de la zone extérieure du logement prédéterminée.
Selon un premier mode de réalisation préférentiel, le déflecteur recouvre un secteur supérieur de la zone extérieure en regard du moyen de dépressurisation et un secteur latéral au moins semi-circulaire en bordure du moyen de dépressurisation.
Selon une variante, le déflecteur est constitué d’une plaque ayant un évidement entouré d’un col fixé à la paroi du logement en bordure du moyen de dépressurisation de manière que l’évidement recouvre le moyen de dépressurisation.
Selon une variante, la plaque est de la forme d’une demi-assiette, semi-circulaire ou oblongue.
Selon une variante, la plaque est une plaque de tôle emboutie.
Selon un deuxième mode de réalisation, le déflecteur comporte au moins une plaque formant un plan de déviation de surface rectiligne.
Selon une variante du deuxième mode de réalisation, le plan de déviation est orienté verticalement selon un angle α compris entre 10° et 90° par rapport à la paroi du logement, de préférence entre 45° et 90°.
Selon une variante de ce deuxième mode de réalisation, la plaque est une plaque de tôle.
Il est envisagé selon l’invention un véhicule automobile comportant un système de batterie monté sous le plancher de l’habitacle, une interface de connecteurs électriques du système de batterie accessible par l’intérieur de l’habitacle à travers un obturateur du plancher. Selon l’invention, le système de batterie est selon l’un quelconque des modes de réalisation précédents, et le déflecteur empêche l’échappement de gaz vers l’interface de connecteurs électriques lors d’un emballement thermique.
L’invention est une protection de structure simplifiée et à bas coût, préférentiellement en tôle, empêchant la circulation des gaz vers un passage entre la zone sous plancher et l’habitacle. Son montage est simple, par vissage, soudure ou collage, et s’intercale entre le plancher et la zone à protéger, ici l’obturateur d’accès à la connectique depuis l’habitacle. L’usage d’un déflecteur permet également la respiration des pastilles de dépressurisation lors du fonctionnement normal du système de batterie.
D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit comprenant des modes de réalisation de l’invention donnés à titre d’exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, dans lesquels :
La figure 1 représente schématiquement un système de batterie 3 pour un véhicule automobile dans lequel le système est positionné sous la structure de plancher 7 de l’habitacle en zone arrière du véhicule. Toutefois, rien n’empêche d’appliquer l’invention pour d’autres positions de montage du système de batterie, en zone avant du véhicule, sous-coffre, ou bien encore en compartiment moteur par exemple.
On représente ici de façon simplifiée le système de batterie 3 en vue de dessus depuis l’intérieur de l’habitacle. Le système de batterie 3 comporte un module de batterie 8 constitué d’une ou plusieurs cellules de batterie, par exemple de type lithium-ion ou Nickel, un logement 2 hermétique dans lequel est logé le module de batterie 8, une interface de connectique électrique 4 du système de batterie 3, des moyens de dépressurisation 6 du module de batterie 8 et un déflecteur 1 de gaz nocifs susceptibles de s’échapper du module de batterie en cas d’emballement thermique des cellules.
Plus précisément, le logement hermétique 2 est en tôle et est destiné à protéger les cellules électriques du module de batterie. Le logement 2 constitue donc une zone de rangement des cellules dont les parois empêchent le passage de l’air, de liquide ou tout autre type de fluide. Ce logement assure notamment la protection contre les chocs, l’isolement thermique et la protection électrique.
Par ailleurs, on rappelle ici que les moyens de dépressurisation 6 peuvent être une ou plusieurs pastilles (« Venting ») à barrière respirante pour permettre l’échange d’air entre l’intérieur du logement 2 et l’air extérieur atmosphérique en fonctionnement normal du module de batterie. Les pastilles 6 assurent notamment la ventilation et la dépressurisation du module du logement 2 en cas de montée en température. De plus, les pastilles de dépressurisation 6 sont aptes à se déchirer en cas d’emballement thermique des cellules électriques pour l’évacuation de gaz nocifs afin d’éviter une réaction chimique explosive, par exemple en matériau de type tissu synthétique. Ces pastilles sont disposées sur un flanc supérieur du logement 2 dans un espace sous la structure de plancher 7. On notera que d’autres moyens de dépressurisation, par exemple soupape ou clapet, peuvent remplacer les pastilles 6 sans affecter la portée de l’invention.
Dans ce mode de montage, l’interface 4 est disposée dans une zone latérale à proximité du module 8 et est accessible depuis l’habitacle du véhicule via un obturateur amovible 5 à travers la structure de plancher 7. Typiquement, la structure de plancher 7 est en tôle et l’obturateur 5 est en matière plastique susceptible de laisser passer partiellement des gaz à haute température en cas de ramollissement ou de fonte.
Pour éviter cette situation, le déflecteur 1 a pour fonction de protéger des zones prédéterminées du véhicule en empêchant la circulation de tels gaz tout en favorisant à la fois la ventilation et dépressurisation lors du fonctionnement normal du module de batterie 8. Cette dernière fonction de respiration du logement ne serait pas possible par l’usage d’un tuyau ou conduit où la circulation de l’air est restreinte. Il est donc essentiel que la section ouverte autour des pastilles soit suffisante pour la circulation d’air depuis une zone d’entrée en sous plancher, par exemple près des roues du véhicule, tout en bloquant la circulation des gaz à une zone prédéterminée. L’usage de déflecteur sous la forme d’un ou plusieurs plans de déviation permet de remplir ces deux fonctions.
On représente maintenant en figure 2 une vue latérale du système de batterie pour décrire plus précisément l’agencement du module de batterie 8 dans l’espace sous plancher 7 et un mode de réalisation préférentiel du déflecteur des gaz 1. Le module de batterie 8 est protégé dans le logement 2 hermétique. Deux pastilles de dépressurisation 6 sont positionnées sur un flanc supérieur du logement 2 permettant un échange gazeux entre une zone intérieure ZIN du logement 2 et la zone extérieure ZEX qui est ici l’espace sous plancher 7.
Dans ce mode de réalisation préférentielle, le déflecteur 1 recouvre un secteur supérieur de la zone extérieure ZEX qui est en regard des pastilles 6, ainsi qu’un secteur latéral au moins semi-circulaire de sorte à opérer une barrière mécanique, de type pare-vapeur, entre les pastilles 6 et l’obturateur d’accès 5 à la connectique positionnée en partie gauche de la figure en trait en pointillé. Ainsi, en cas d’emballement thermique, lorsque les pastilles 6 se déchirent les gaz évacués sont confinés à l’intérieur du déflecteur 1 et déviés vers une zone latérale opposée à l’obturateur d’accès à la connectique. L’espace sous plancher est prévu pour faire circuler les gaz vers une zone extérieure du véhicule à l’air libre éloignée des passagers ou des portes du véhicules, par exemple en arrière du véhicule. Le déflecteur 1 est en tôle ou tout type de matériau résistant aux gaz chaud évacués pouvant atteindre 450°C.
Plus précisément, le déflecteur 1 est constitué d’une plaque ayant un évidement 13 entouré d’un col 10 au moins semi-circulaire de manière à empêcher la circulation des gaz dans la zone latérale de l’obturateur 5. Le col 10 est fixé à la paroi du logement 2 en bordure des pastilles 6 de manière que l’évidement 13 recouvre les pastilles 6. Le col 10 peut être fixé mécaniquement par des vis, par collage ou bien encore par des points de soudure. Les moyens de fixation ne limitent en aucun cas la portée de l’invention.
La section transversale du déflecteur présente un premier flanc 10 formant le col, un deuxième flanc 12 formant une paroi latérale selon une orientation présentant un angle compris entre 10° et 90° par rapport à la direction horizontale du premier flanc 10, et un troisième flanc 11 supérieur recouvrant les pastilles 6 ayant une surface plane parallèle au plan du col 10. Le flanc supérieur est de forme sensiblement semi-circulaire ou en demi-lune. Lorsque des gaz sont évacués du logement 2, ceux-ci sont alors déviés vers la zone latérale prévue à cet effet comme cela est représenté par les flèches en pointillée.
En figure 3, on a représenté une vue tridimensionnelle du mode de réalisation préférentiel du déflecteur 1 monté en regard d’une pastille de dépressurisation 6 faisant interface entre la zone intérieure ZIN du logement 2 et la zone extérieure ZEX en sous plancher. Le déflecteur est de la forme d’un dôme, cloche ou demi-assiette semi-circulaire ou oblongue, où l’évidement 13 recouvre les pastilles 6 par le flanc supérieur 11. Le col 10 est fixé dans ce cas-ci à un premier et un deuxième plan de surface du logement 2 et la paroi latérale 12 liant le col 10 et le flanc supérieur 11 entoure au moins la position des pastilles selon la zone à protéger, voire s’étend au-delà de la position des pastilles pour cheminer les gaz dans une direction voulue. On comprend donc que le déflecteur 1 peut être de forme allongée jusqu’à un accès d’échappement à l’air libre. Le déflecteur 1 peut être obtenue à partir d’une plaque de tôle emboutie selon la forme désirée, d’un acier forgé ou d’une matière plastique moulée résistante à une température élevée pouvant atteindre 450°C.
En figure 4, on a représenté un deuxième mode de réalisation du déflecteur 20 comportant trois plans rectilignes de déviation montés en surface du logement 2 du module de batterie selon une direction perpendiculaire au plan du flanc supérieur du logement 2, ici orientée verticalement en référence au véhicule. Les plans rectilignes ont une orientation selon un angle α pouvant être compris entre 10° et 90° par rapport à la paroi du logement 2. Ici, l’angle α a une valeur d’environ 90°.
Des pastilles 6 de dépressurisation font interface entre la zone intérieure ZIN du logement 6 et la zone extérieure ZEX en sous plancher. Les plans rectilignes exercent la fonction de barrière et comportent des languettes en base des plans pour la fixation des plans, par vissage, soudure, collage par exemple. Le déflecteur peut comprendre dans une version simplifiée un unique plan empêchant la circulation des gaz vers la zone à protéger, deux plans, trois plans comme représenté en figure 3 et 4 ou bien encore quatre plans ou plus selon les besoins de déviation. Dans cette variante, les plans sont en contact avec le plancher 7 de manière à obstruer l’accès vers l’obturateur sans recourir à un plan horizontal supérieur de déviation.
En figure 5, on a représenté une vue de dessus du deuxième mode de réalisation 20 comportant les trois plans de déviation 21, 22, 23 entourant les pastilles 6. Ces plans 21, 22, 23 forment des angles de 90° entre chacun desdits plans assemblés l’un à l’autre. Bien évidemment, d’autres valeurs d’angles de liaison sont possibles dans une plage de valeur comprise entre 10° et 180°. Les plans sont en tôle ou tout type de matériau susceptible de résister à la température élevée des gaz (450°C).
Claims (9)
- Système de batterie comportant un module de batterie (8), un logement (2) comprenant une paroi hermétique à l’air dans lequel est monté le module de batterie et un moyen de dépressurisation (6) du logement permettant l’échange d’un flux d’air entre la zone intérieure (ZIN) et la zone extérieure (ZEX) du logement (2) à travers la paroi, caractérisé en ce qu’il comporte en outre un déflecteur (1) d’un fluide gazeux susceptible de s’échapper de l’intérieur du logement (2) à travers le moyen de dépressurisation (6) en cas d’emballement thermique du module de batterie, le déflecteur (1) étant monté sur la surface extérieure de la paroi du logement (2) en bordure du moyen de dépressurisation (6) de manière à empêcher la circulation du fluide gazeux vers un secteur de la zone extérieure du logement (2) prédéterminée.
- Système de batterie selon la revendication 1, caractérisé en ce que le déflecteur (1) recouvre un secteur supérieur de la zone extérieure (ZEX) en regard du moyen de dépressurisation (6) et un secteur latéral au moins semi-circulaire en bordure du moyen de dépressurisation (6).
- Système de batterie selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le déflecteur (1) est constitué d’une plaque ayant un évidement (13) entouré d’un col (10) fixé à la paroi du logement en bordure du moyen de dépressurisation de manière que l’évidement (13) recouvre le moyen de dépressurisation (6).
- Système de batterie selon la revendication 3, caractérisé en ce que la plaque est de la forme d’une demi-assiette, semi-circulaire ou oblongue.
- Système de batterie selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que la plaque est une plaque de tôle emboutie.
- Système de batterie selon la revendication 1, caractérisé en ce que le déflecteur (20) comporte au moins une plaque (21) formant un plan de déviation de surface rectiligne.
- Système de batterie selon la revendication 6, caractérisé en ce que le plan de déviation est orienté verticalement selon un angle α compris entre 10° et 90° par rapport à la paroi du logement (2), de préférence entre 45° et 90°.
- Système selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que la plaque (21) est une plaque de tôle.
- Véhicule automobile comportant un système de batterie (3) monté sous le plancher (7) de l’habitacle, une interface de connecteurs électriques (4) du système de batterie (3) accessible par l’intérieur de l’habitacle à travers un obturateur (5) du plancher (7), caractérisé en ce que le système de batterie (3) est selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, et dans lequel le déflecteur (1 ;20) empêche l’échappement de gaz vers l’interface de connecteurs électriques (4) lors d’un emballement thermique du système de batterie.
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- 2019-05-10 FR FR1904848A patent/FR3095897B1/fr active Active
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR3095897B1 (fr) | 2023-04-14 |
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