FR3101200A1 - Batterie de stockage d’éléctricité et véhicule équipé d’une telle batterie - Google Patents

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Abstract

Batterie de stockage d’éléctricité et véhicule équipé d’une telle batterie La structure de batterie de stockage comprend : - une enveloppe (5) délimitant intérieurement un volume (7) de réception conformé pour recevoir des cellules de stockage d’électricité (3), l’enveloppe (5) comportant un fond inférieur (9) tourné vers une surface de roulement du véhicule ; - un châssis creux (15) solidaire de l’enveloppe (5), placé sous le fond inférieur (9) de l’enveloppe (5) et délimitant intérieurement un volume interne (29) ; - au moins un évent (67) mettant en communication le volume (7) de réception des cellules de stockage d’électricité (3) avec le volume interne (29) du châssis creux (15) pour évacuer des gaz produits en cas d’emballement thermique d’une des cellules de stockage d’électricité (3).  Figure pour l'abrégé : Figure 1

Description

Batterie de stockage d’éléctricité et véhicule équipé d’une telle batterie
La présente invention concerne en général les batteries de stockage d’électricité pour véhicules, et plus particulièrement la protection de ces batteries contre l’incendie.
Les batteries de stockage d’électricité de véhicules comportent une pluralité de cellules de stockage d’électricité agencées à l’intérieur d’une enveloppe.
En cas d’emballement thermique d’une cellule de stockage d’électricité, sa température augmente rapidement et du gaz est produit à l’intérieur de la cellule de stockage d’électricité. La pression interne s’accroît, jusqu’à faire sauter une capsule de sécurité prévue à cet effet dans le cas d’une cellule prismatique ou déchirer l’emballage dans le cas d’une cellule de type poche.
Une fois la cellule de stockage d’électricité crevée, les gaz à une température de 300 à 500 °C s’échappent dans le volume interne de l’enveloppe. Quelques secondes après cet évènement, on observe un second dégazage à une température plus importante, typiquement de 500 à 800 °C. Ce gaz, qui contient notamment de l’hydrogène, de l’oxygène et du CO, peut éventuellement s’enflammer. Il faut environ 15 à 20 secondes pour arriver à ce stade.
La quantité d’énergie thermique libérée lors d’un tel évènement est de plus de 1100 kJ pour une cellule de stockage d’électricité de 60 Ah. S’il y a combustion, cette énergie est encore plus élevée, et la température peut atteindre 1400 °C.
La quantité de gaz produite lors de cet emballement thermique est comprise entre 110 litres et 180 litres pour une cellule de stockage d’électricité de 60 Ah, en l’absence de combustion.
Il est possible, pour gérer la surpression à l’intérieur de l’enveloppe, de prévoir des évents situés dans le couvercle de l’enveloppe, ou sur un des côtés latéraux de cette enveloppe. Les gaz à haute température sont alors libérés au contact direct d’une partie de la voiture. Avec un tel agencement, il n’est pas possible de garantir que les passagers du véhicule puissent sortir de l’habitacle de manière sûre.
Dans ce contexte, l’invention vise à proposer une batterie de stockage d’électricité pour véhicule dont la sûreté est améliorée en cas d’incendie.
A cette fin, l’invention porte sur une structure de batterie de stockage d’électricité pour véhicule, la structure comprenant :
- une enveloppe délimitant intérieurement un volume de réception conformé pour recevoir des cellules de stockage d’électricité, l’enveloppe comportant un fond inférieur tourné vers une surface de roulement du véhicule ;
- un châssis creux solidaire de l’enveloppe, placé sous le fond inférieur de l’enveloppe et délimitant intérieurement un volume interne ;
- au moins un évent mettant en communication le volume de réception des cellules de stockage d’électricité avec le volume interne du châssis creux pour évacuer des gaz produits en cas d’emballement thermique d’une des cellules de stockage d’électricité. 
Ainsi, en cas d’emballement thermique d’une cellule de stockage d’électricité, les gaz produits sont dirigés dans le châssis creux. Ils cèdent une partie de leur énergie thermique à ce châssis creux, ce qui retarde la montée en température. Par ailleurs, les gaz suivent un chemin complexe à partir du volume de réception des cellules de stockage d’électricité avant de s’échapper. Ceci retarde le moment où ces gaz chauds seront relargués à l’extérieur de la batterie et seront susceptibles de brûler les passagers.
La batterie peut en outre présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- Le ou chaque évent comporte un passage mettant en communication fluidique le volume de réception des cellules de stockage d’électricité avec le volume interne du châssis creux et un clapet adoptant, au repos, une position d’obturation du passage et, en cas de différence de pression supérieure à une valeur prédéterminée entre le volume de réception des cellules de stockage d’électricité et le volume interne du châssis creux, une position active dans laquelle le clapet libère le passage.
- Le châssis creux comporte une plaque supérieure tournée vers le fond inférieur, une plaque inférieure tournée à l’opposé du fond inférieur, et une plaque intermédiaire divisant le volume interne en un volume supérieur délimité entre la plaque supérieure et la plaque intermédiaire et un volume inférieur délimité entre la plaque intermédiaire et la plaque inférieure, la plaque intermédiaire étant percée par des orifices intermédiaires mettant en communication fluidique le volume supérieur avec le volume inférieur.
- Le châssis creux comprend une pluralité d’ailettes de rigidification supérieures agencées dans le volume supérieur et percées d’orifices supérieurs, et/ou une pluralité d’ailettes de rigidification inférieures agencées dans le volume inférieur et percées d’orifices inférieurs.
- Un échangeur de chaleur est agencé entre le fond inférieur et le châssis creux.
- La structure batterie comporte un canal canalisant les gaz depuis le volume interne jusqu’à un orifice de rejet des gaz à l’extérieur de la structure de batterie.
- Le canal est agencé dans un absorbeur de choc disposé autour du châssis creux.
- La structure de batterie comporte au moins une poutre creuse agencée dans le volume de réception des cellules de stockage d’électricité et divisant ledit volume de réception des cellules en compartiments de réception de cellules de stockage d’électricité, le ou chaque passage débouchant à l’intérieur de l’au moins une poutre creuse.
- L’au moins une poutre creuse (53) présente au moins une ouverture (109) mettant en communication fluidiquement un espace interne de ladite poutre creuse (53) avec le volume (7) de réception des cellules de stockage d’électricité (3).
L’invention concerne également une batterie de stockage d’électricité pour un véhicule, comprenant :
- une structure de batterie telle que définie précédemment, et
- une pluralité de cellules de stockage d’électricité.
L’invention concerne enfin un véhicule automobile comprenant :
- une carrosserie présentant des ouvrants latéraux ;
- un châssis de véhicule:
- une structure de batterie comprenant un orifice de rejet des gaz décalé longitudinalement vers l’avant ou vers l’arrière par rapport aux ouvrants latéraux, et étant de préférence situé sous le châssis de véhicule.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées parmi lesquelles :
  • La figure 1 est une vue en perspective d’une partie de la batterie de stockage d’électricité de l’invention, seule une cellule de stockage d’électricité étant représentée, le couvercle et les amortisseurs de choc n’étant pas représentés ;
  • La figure 2 est une vue en perspective, agrandie d’un détail de la figure 1, montrant un évent dont le clapet est au repos ;
  • La figure 3 est une vue en perspective de l’évent de la figure 2, le clapet étant représenté en position active ;
  • La figure 4 est une vue en perspective d’un angle du châssis creux et des absorbeurs de choc de la batterie de la figure 1 ; et
  • La figure 5 est une représentation schématique simplifiée en vue de dessus, d’un véhicule automobile équipé de la batterie de la figure 1.
La batterie électrique représentée dans les figures 1 à 4 est destinée à équiper un véhicule, typiquement un véhicule automobile tel qu’une voiture, un bus ou un camion.
Le véhicule est par exemple un véhicule propulsé par un moteur électrique, le moteur étant alimenté électriquement par la batterie électrique. En variante, le véhicule est de type hybride, et comporte ainsi un moteur thermique et un moteur électrique alimenté électriquement par la batterie électrique. Selon encore une autre variante, le véhicule est propulsé par un moteur thermique, la batterie électrique étant prévue pour alimenter électriquement d’autres équipements du véhicule, par exemple le démarreur, les feux, etc.
La batterie comporte une structure de batterie 1 et une pluralité de cellules 3 de stockage d’électricité. Sur la figure 1, seule une cellule 3 a été représentée, mais la batterie comporte un grand nombre de cellules de stockage d’électricité 3, typiquement plusieurs dizaines de cellules de stockage d’électricité 3.
Les cellules de stockage d’électricité 3 sont de tout type adapté. Par exemple, ce sont des cellules au lithium de type lithium-ion polymère (Li-Po), lithium-fer-phosphate (LFP), lithium cobalt (LCO), lithium-manganèse (LMO), nickel-manganèse-cobalt (NMC), ou des cellules type NiMH (« nickel metal hydride » en anglais).
Les cellules de stockage d’électricité 3 sont de type parallélépipédique, comme illustré sur la figure 1. En variante, les cellules de stockage d’électricité 3 sont de type poche.
La structure de batterie 1 comporte encore une enveloppe 5 délimitant intérieurement un volume 7 de réception des cellules de stockage d’électricité 3.
L’enveloppe 5 présente un fond inférieur 9 tourné vers la surface de roulement du véhicule.
Plus précisément, l’enveloppe 5 comporte typiquement un bac inférieur 11 comportant, outre le fond inférieur 9, un bord latéral 13. Le bord latéral 13 fait saillie à partir du fond inférieur 9 dans une direction opposée à la surface du roulement de véhicule. Il entoure entièrement le fond inférieur 9. Sur la figure 1, seule une partie du bord latéral 13 est représentée.
Les cellules de stockage d’électricité 3 sont distribuées dans un ou plusieurs modules, typiquement dans plusieurs modules. Le nombre de modules est fonction de la capacité souhaitée pour la batterie.
L’enveloppe 5 comporte également un couvercle, non représenté. Le couvercle et le bac inférieur 11 sont assemblés l’un à l’autre de manière étanche aux gaz et aux liquides, et définissent ensemble le volume 7 de réception des cellules de stockage d’électricité 3.
La structure de batterie 1 comporte encore un châssis creux 15, solidaire de l’enveloppe 5.
Le châssis creux 15 est placé sous le fond inférieur 9 de l’enveloppe 5.
Le châssis creux 15 présente la forme générale d’une plaque plane, présentant une face supérieure 17 et une face inférieure 19 opposées l’une à l’autre. La face supérieure 17 est tournée vers le fond inférieur 9, et la face inférieure 19 vers la surface de roulement.
Le châssis creux 15 s’étend en face du fond inférieur 9. Il est sensiblement parallèle au fond inférieur 9.
Le châssis creux 15 présente des dimensions supérieures à celles du fond inférieur 9, de telle sorte qu’il s’étend en face de toute la surface du fond inférieur 9, et dépasse au-delà des bords de la surface du fond inférieur 9.
Dans l’exemple représenté, le fond inférieur 9 est rectangulaire, et le châssis creux 15 est lui aussi rectangulaire.
Les fonctions du châssis creux 15 sont les suivantes :
  • Reprendre le poids des cellules de stockage d’électricité 3, ainsi que les efforts subis par celles-ci ;
  • Assurer la liaison rigide avec le châssis du véhicule ;
  • Assurer la protection vis-à-vis des agressions par le dessous de la batterie, notamment par des objets situés sur la surface de roulement ou projetés vers le haut à partir de la surface de roulement ;
  • Assurer la protection de la batterie vis-à-vis des chocs latéraux.
De ce fait, le châssis creux 15 présente une structure particulièrement rigide, qui sera décrite plus bas.
Comme visible plus particulièrement sur la figure 2, un échangeur de chaleur 21 est agencé entre le fond inférieur 9 et le châssis creux 15.
Le fond inférieur 9 et le châssis creux 15 délimitent entre eux un espace 23 de circulation d’un fluide caloporteur. La batterie comporte en outre une alimentation configurée pour alimenter l’espace 23 en fluide caloporteur, et une évacuation configurée pour évacuer le fluide caloporteur hors de l’espace 23. L’alimentation et l’évacuation ne sont pas représentées. L’alimentation et l’évacuation sont raccordées à un circuit non représenté, permettant de recirculer le fluide caloporteur jusqu’à une source froide.
Typiquement, une ou plusieurs tôles 25 sont disposées dans l’espace 23.
Les tôles 25 sont pliées de manière à délimiter des canaux de circulation pour le fluide caloporteur à l’intérieur de l’espace 23. Les tôles 25 comportent également des chants pleins 27 alternativement en appui contre le fond inférieur 9 et le châssis creux 15, de manière à transmettre des efforts entre le fond inférieur et le châssis creux 15.
Le fond inférieur 9 est en acier ou en aluminium.
Comme visible sur les figures 1 et 2, le châssis creux 15 délimite intérieurement un volume interne 29. Plus précisément, le châssis creux 15 comporte une plaque supérieure 31 tournée vers le fond inférieur 9, une plaque inférieure 33 tournée à l’opposé du fond inférieur 9, et une plaque intermédiaire 35, divisant le volume interne 29 en un volume supérieur 37 et un volume inférieur 39. Le volume supérieur 37 est délimité entre la plaque supérieure 31 et la plaque intermédiaire 35. Le volume inférieur 39 est délimité entre la plaque intermédiaire 35 et la plaque inférieure 33. Les plaques 31, 33 et 35 sont sensiblement parallèles les unes aux autres. Le volume supérieur 37 et le volume inférieur 39 s’étendent sensiblement sur toute la surface du châssis creux 15.
Le châssis creux 15 comprend encore une pluralité d’ailettes supérieures de rigidification 41, agencées dans le volume supérieur 37.
Les ailettes supérieures 41 sont formées par une plaque pliée en S.
Plus précisément, les ailettes supérieures 41 sont toutes parallèles les unes aux autres. Elles sont raccordées les unes aux autres par des plats 43, les plats 43 étant alternativement en appui contre la plaque supérieure 31 et contre la plaque intermédiaire 35. Ainsi, la plaque pliée en S définit une pluralité de canaux 45 parallèles les uns aux autres, ouverts alternativement soit vers la plaque supérieure 31, soit vers la plaque intermédiaire 35.
De même, le châssis creux 15 comporte une pluralité d’ailettes inférieures de rigidification 47 agencées dans le volume inférieur 39. Les ailettes inférieures 47 sont formées par une plaque pliée en S.
Les ailettes inférieures 47 sont toutes parallèles les unes aux autres, et sont raccordées les unes aux autres par des plats 49 en appui alternativement contre la plaque intermédiaire 35 et contre la plaque inférieure 33. Ainsi, la plaque formant les ailettes inférieures 47 délimite des canaux 51 parallèles les uns aux autres, ouverts alternativement soit vers la plaque intermédiaire 35, soit vers la plaque inférieure 33.
La plaque supérieure 31, la plaque inférieure 33, la plaque intermédiaire 35, les plaques pliées en S formant les ailettes inférieures et supérieures 47 et 41 sont typiquement en un métal, par exemple en acier, typiquement un acier à haute limite élastique.
La structure de batterie 1 comporte encore au moins une poutre creuse 53 agencée dans le volume 7 de réception de cellule de stockage d’électricité 3. Typiquement la structure de batterie 1 comporte plusieurs poutres creuses 53.
Les poutres creuses 53 sont parallèles les unes aux autres. Elles sont rigidement fixées à l’enveloppe 5, et plus précisément au bac inférieur 11. La ou les poutres creuses 53 divisent le volume 7 de réception des cellules de stockage d’électricité 3 en une pluralité de compartiments 55 de réception de cellules de stockage d’électricité.
Par exemple, le compartiment 55 présente longitudinalement une largeur correspondant à celle d’un module de cellules de stockage d’électricité.
Des entretoises 57 longitudinales sont interposées entre les poutres creuses 53.
Le bac inférieur 11, les poutres creuses 53 et les entretoises 57 forment ensemble un châssis conférant une grande rigidité à la structure de batterie 1.
La structure de batterie 1 comporte encore avantageusement au moins un absorbeur de choc latéral 59, visible sur la figure 4. L’absorbeur de choc 59 est disposé autour du châssis creux 15.
L’absorbeur de choc 59 comporte des profilés 61, chacun fixé à un bord extérieur du châssis creux 15. Chaque profilé 61 a une section U, avec une âme centrale 63 raccordant l’une à l’autre deux ailes 65. Les ailes 65 pincent entre elles le châssis creux 15, l’une des ailes 65 étant fixée à la plaque supérieure 31, et l’autre aile 65 étant fixée à la plaque inférieure 33.
Selon l’invention, la structure de batterie 1 comporte au moins un évent 67 mettant en communication le volume 7 de réception de cellules de stockage d’électricité 3 avec le volume interne 29 du châssis creux 15.
Ainsi, il est possible d’évacuer les gaz produits en cas d’emballement thermique d’une ou plusieurs des cellules de stockage d’électricité 3, du volume 7 de réception de cellules de stockage d’électricité vers le volume interne 29 du châssis creux.
Typiquement, la structure de batterie 1 comporte plusieurs évents 67, par exemple deux évents ou plus de deux évents. Le nombre d’évents est fonction de la taille de la batterie, et du nombre de cellules de stockage d’électricité qu’elle contient.
Le ou chaque évent 67 comporte un passage 69 mettant en communication fluidique le volume 7 de réception des cellules de stockage d’électricité avec le volume interne 29 du châssis creux 15 et un clapet 71 adoptant au repos une position d’obturation du passage 69 et, en cas de différence de pression supérieure à une valeur prédéterminée (entre 10 et 100 mbar, et de préférence entre 15 et 50 mbar) entre le volume 7 de réception des cellules de stockage d’électricité et le volume interne 29 du châssis creux 15, une position active dans laquelle le clapet 71 libère le passage 69.
Le clapet 71 est représenté dans sa position d’obturation sur la figure 2, et dans sa position active sur la figure 3.
Un tel évent 67 est de type connu dans le domaine des batteries de stockage d’électricité. Il est typiquement utilisé pour équilibrer la pression interne de la batterie avec la pression externe.
Le passage 69 est typiquement défini par une ouverture 73 ménagée dans le fond inférieur 9 et une autre ouverture 75 ménagée dans la plaque supérieure 31, les deux ouvertures 73, 75 étant en coïncidence l’une avec l’autre, comme illustrée sur la figure 3.
L’évent 67 comporte une couronne 77 rigidement fixée au fond inférieur 9 autour de l’ouverture 73, et une membrane 79 perméable au gaz et étanche à l’eau. La membrane 79 est placée au-dessus de l’ouverture 73 et est rigidement fixée à la couronne 77 par une pluralité d’entretoises 81 régulièrement espacées autour de l’ouverture 73. La perméabilité de la membrane 79 permet d’équilibrer les pressions régnant dans le volume 7 de réception des cellules de stockage d’électricité 3 et le volume interne 29 du châssis creux 15. Des ouvertures de passage pour les gaz sont délimitées entre les entretoises 81.
L’évent 67 comporte encore une pièce 83 en forme d’entonnoir, comportant un tube terminal 85 ouvert et une partie tronconique 87 s’évasant à partir du tube terminal 85. La membrane 79 est rapportée contre le bord de la partie tronconique 87 et obture celle-ci. Le tube terminal 85 traverse les ouvertures 73 et 75 et débouche dans le volume interne 29 du châssis creux 15.
Le clapet 71 est rigidement fixé autour du tube terminal 85.
Quand la différence de pression entre le volume 7 de réception des cellules de stockage d’électricité 3 et le volume interne 29 du châssis creux 15 est inférieure à une valeur prédéterminée, le clapet 71 présente une courbure telle que le bord périphérique 89 du clapet 71 est en contact avec le bord de l’ouverture 75 (figure 2). Le clapet 71 est alors concave vers le volume 7 de réception des cellules de stockage d’électricité 3 et convexe vers le volume interne 29 du châssis creux 15.
Quand la pression à l’intérieur du volume 7 de réception des cellules de stockage d’électricité 3 dépasse la pression à l’intérieur du volume interne 29 d’une valeur prédéterminée, la courbure du clapet 71 s’inverse. Le bord 89 du clapet 71 se décolle du bord de l’ouverture 75. Le clapet 71 est alors concave vers le volume interne 29, et convexe vers le volume 7 de réception des cellules de stockage d’électricité 3 (figure 3).
Il est à noter que l’évent 67 comporte encore une seconde couronne 91 rigidement fixée à la plaque supérieure 31 et une coupelle 93 solidaire de la seconde couronne 91. La couronne 91 est fixée autour de l’ouverture 75. La coupelle 93 est placée sous le clapet 71. Des entretoises 95 réparties autour de l’ouverture 75 solidarisent la coupelle 93 à la couronne 91. Des ouvertures de passage pour les gaz sont délimitées entre les entretoises 95.
Avantageusement, le passage 69 débouche à l’intérieur de la ou d’une des poutres creuses 53. Comme visible sur les figures 1 et 2, la ou chaque poutre creuse 53 comprend un profilé en U 97 avec un fond 99 et deux ailes latérales 101. Le fond inférieur 9 présente une rainure en creux 103, dans laquelle est reçue la poutre creuse 53. Le fond 99 de la poutre creuse 53 est en appui contre le fond de la rainure 103.
Dans ce cas, l’ouverture 73 est ménagée au fond de la rainure 103, et le fond 99 comporte une ouverture 105 placée en coïncidence avec l’ouverture 73. La couronne 77 est rigidement fixée au fond 99.
Il est à noter qu’un second profilé 107 est engagé entre les deux ailes 101 et ferme l’espace interne de la poutre creuse 53 à l’opposé du fond 99.
La ou chaque poutre creuse 53 présente une ouverture de communication 109, mettant en communication l’espace interne de la poutre creuse 53 avec le volume 7 de réception des cellules de stockage d’électricité 3. Dans l’exemple représenté, la ou chaque poutre creuse 53 présente deux ouvertures de communication 109, ménagées en vis-à-vis dans les deux ailes 101.
Pour permettre la dispersion des gaz à l’intérieur du volume interne 29 du châssis creux 15, la plaque intermédiaire 35 est percée par des orifices intermédiaires 111, mettant en communication fluidique le volume supérieur 37 avec le volume inférieur 39.
Typiquement, la plaque intermédiaire 35 est percée d’un grand nombre d’orifices intermédiaires 111, ce nombre étant fonction de la taille de la plaque intermédiaire 35 et du volume de gaz prévu pour s’écouler à l’intérieur du châssis creux 15. Typiquement, les orifices intermédiaires 111 sont rassemblés dans une zone centrale de la plaque intermédiaire 35, une zone périphérique de la plaque intermédiaire 35 entourant la zone centrale étant dépourvue d’orifices intermédiaires.
De même, pour permettre la dispersion des gaz dans tout le volume supérieur 37, les ailettes de rigidification supérieures 41 sont percées d’une pluralité d’orifices supérieurs 113. Comme indiqué plus haut, les ailettes supérieures 41 sont formées par une plaque pliée en S, délimitant des canaux 45 parallèles les uns aux autres. Les orifices supérieurs 113 permettent au gaz de s’écouler d’un canal 45 à l’autre.
Avantageusement, seules les portions des ailettes supérieures 41 se trouvant dans une zone centrale du volume supérieur 37 sont pourvues d’orifices supérieurs 113, les portions des ailettes supérieures 41 se trouvant à la périphérie de la zone centrale du volume supérieur 37 étant dépourvues d’orifices supérieurs 113.
De la même façon, pour permettre aux gaz de se disperser à l’intérieur du volume inférieur 39, les ailettes inférieures 47 sont percées d’orifices inférieurs 115.
Comme expliqué plus haut, les ailettes inférieures 47 sont formées par une plaque pliée en S, définissant une pluralité de canaux 51 mutuellement parallèles. Les orifices inférieurs 115 permettent aux gaz de s’écouler d’un canal 51 à l’autre.
Comme précédemment, avantageusement, seules les portions des ailettes inférieures 47 situées dans une zone centrale du volume inférieur 39 sont percées par des orifices inférieurs 115. Les portions des ailettes inférieures 47 situées à la périphérie de la zone centrale du volume inférieur 39 sont dépourvues d’orifices inférieurs 115.
Avantageusement, la structure de batterie 1 comporte encore un canal 117 canalisant les gaz depuis le volume interne 29 du châssis creux 15 jusqu’à un orifice 119 de rejet des gaz à l’extérieur de la batterie. Le canal 117 est avantageusement agencé dans l’absorbeur de choc 59. Par exemple, le canal 117 est formé par les profilés 61.
L’orifice 119 est positionné pour protéger les passagers du véhicule, comme illustré sur la figure 5.
Cette figure illustre un véhicule 121 en vue de dessus. Le véhicule comporte une carrosserie 123 comportant des ouvrants latéraux 125. La batterie est disposée de telle sorte que l’orifice de rejet de 119 des gaz est décalé longitudinalement vers l’avant ou vers l’arrière par rapport aux ouvrants latéraux 125.
Cet orifice de rejet 119 est de préférence placé sous le châssis 127 du véhicule. Par exemple, il est situé sous le coffre du véhicule.
Le fonctionnement de la batterie va maintenant être détaillé.
Comme indiqué plus haut, en cas d’emballement thermique d’une cellule de stockage d’électricité 3, sa température augmente rapidement et du gaz est produit à l’intérieur de la cellule de stockage d’électricité 3. La pression interne augmente jusqu’à faire sauter une capsule prévue à cet effet dans le cas d’une cellule prismatique, ou à déchirer l’emballage dans le cas d’une cellule de type poche.
Une fois la cellule crevée, les gaz à une température de 300 à 500 °C s’échappent à l’intérieur du volume 7 de réception des cellules de stockage d’électricité 3.
Peu de temps après, typiquement quelques secondes, un second dégazage à haute température se produit (500 à 800 °C). Ce gaz contient notamment de l’hydrogène, de l’oxygène et du CO, de telle sorte que ce gaz est susceptible de s’enflammer. En cas de combustion, la température peut atteindre une température de 1400 °C environ. La quantité de gaz produite lors d’un emballement est comprise entre 110 litres et 180 litres pour une cellule de stockage d’électricité 3 de 60 Ah, avant combustion.
Les gaz émis ne peuvent sortir que par les évents 67. La production de gaz est telle que le clapet 71 adopte sa position active et dégage le passage 69.
Dans certains cas, la température est telle que le clapet 71 fond, le passage 69 étant ensuite complètement dégagé pour l’écoulement des gaz.
Les gaz libérés à l’intérieur du volume 7 de réception des cellules de stockage d’électricité 3 s’écoulent à travers les orifices de communication 109 jusque dans l’espace interne des poutres creuses 53. Ils passent ensuite à travers le passage 69 jusque dans le volume interne 29 du châssis creux 15.
A partir du passage 69, les gaz se répandent dans le volume supérieur 37, à travers les orifices supérieurs 113. Ils s’écoulent également du volume supérieur 37 vers le volume inférieur 39, à travers les orifices intermédiaires 111. Une fois parvenus dans le volume inférieur 39, ils se dispersent dans tout ce volume inférieur 39, à travers les orifices inférieurs 115.
Les gaz chauds qui se dispersent à l’intérieur du châssis creux 15 vont céder une partie de leur énergie thermique au contact du matériau constituant ce châssis creux.
Plus précisément, les gaz vont céder une partie de leur énergie thermique à la plaque supérieure, à la plaque intermédiaire, à la plaque inférieure, ainsi qu’aux ailettes supérieures et inférieures. Au fur et à mesure que les gaz se dispersent, leur température va donc baisser.
Du fait que la plaque supérieure 31 est au contact de l’échangeur de chaleur 21, les gaz vont céder une fraction importante de leur énergie thermique au fluide caloporteur circulant dans cet échangeur de chaleur 21. Notamment, le fluide caloporteur sera vaporisé, cette transformation étant fortement endothermique et contribuant donc à refroidir les gaz de manière significative.
De même, la plaque inférieure 33 est en contact avec l’atmosphère extérieure au véhicule. Ceci est favorable pour le refroidissement des gaz à travers la paroi inférieure 33.
Les gaz sont ensuite collectés par le canal 117 et conduits jusqu’à l’orifice de rejet 119. Cet orifice de rejet est situé en un endroit éloigné des ouvrants latéraux 125 du véhicule, par lesquels les passagers vont sortir de celui-ci.
Ainsi, les gaz, au début de l’emballement thermique, sortiront suffisamment froid pour ne pas constituer un réel danger pour les occupants du véhicule. Ceux-ci auront le temps de quitter le véhicule avant que la température des gaz devienne critique et qu’ils constituent un réel danger.
L’invention permet également de retarder le moment où le risque que les gaz s’enflamment devient significatif.

Claims (11)

  1. Structure de batterie de stockage d’électricité pour véhicule, la structure (1) comprenant :
    - une enveloppe (5) délimitant intérieurement un volume (7) de réception conformé pour recevoir des cellules de stockage d’électricité (3), l’enveloppe (5) comportant un fond inférieur (9) tourné vers une surface de roulement du véhicule ;
    - un châssis creux (15) solidaire de l’enveloppe (5), placé sous le fond inférieur (9) de l’enveloppe (5) et délimitant intérieurement un volume interne (29) ;
    - au moins un évent (67) mettant en communication le volume (7) de réception des cellules de stockage d’électricité (3) avec le volume interne (29) du châssis creux (15) pour évacuer des gaz produits en cas d’emballement thermique d’une des cellules de stockage d’électricité (3). 
  2. Structure de batterie selon la revendication 1, dans laquelle le ou chaque évent (67) comporte un passage (69) mettant en communication fluidique le volume (7) de réception des cellules de stockage d’électricité (3) avec le volume interne (29) du châssis creux (15) et un clapet (71) adoptant, au repos, une position d’obturation du passage (69) et, en cas de différence de pression supérieure à une valeur prédéterminée entre le volume (7) de réception des cellules de stockage d’électricité (3) et le volume interne (29) du châssis creux (15), une position active dans laquelle le clapet (71) libère le passage (69).
  3. Structure de batterie selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le châssis creux (15) comporte une plaque supérieure (31) tournée vers le fond inférieur (9), une plaque inférieure (33) tournée à l’opposé du fond inférieur (9), et une plaque intermédiaire (35) divisant le volume interne (29) en un volume supérieur (37) délimité entre la plaque supérieure (31) et la plaque intermédiaire (35) et un volume inférieur (39) délimité entre la plaque intermédiaire (35) et la plaque inférieure (33), la plaque intermédiaire (35) étant percée par des orifices intermédiaires (111) mettant en communication fluidique le volume supérieur (37) avec le volume inférieur (39).
  4. Structure de batterie selon la revendication 3, dans laquelle le châssis creux (15) comprend une pluralité d’ailettes de rigidification supérieures (41) agencées dans le volume supérieur (37) et percées d’orifices supérieurs (113), et/ou une pluralité d’ailettes de rigidification inférieures (47) agencées dans le volume inférieur (39) et percées d’orifices inférieurs (115).
  5. Structure de batterie selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle un échangeur de chaleur (21) est agencé entre le fond inférieur (9) et le châssis creux (15).
  6. Structure de batterie selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant un canal (117) canalisant les gaz depuis le volume interne (29) jusqu’à un orifice (119) de rejet des gaz à l’extérieur de la structure de batterie (1).
  7. Structure de batterie selon la revendication 6, dans laquelle le canal (117) est agencé dans un absorbeur de choc (59) disposé autour du châssis creux (15).
  8. Structure de batterie selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant au moins une poutre creuse (53) agencée dans le volume (7) de réception des cellules de stockage d’électricité (3) et divisant ledit volume (7) de réception des cellules en compartiments (55) de réception de cellules de stockage d’électricité (3), le ou chaque passage (69) débouchant à l’intérieur de l’au moins une poutre creuse (53).
  9. Structure de batterie selon la revendication 8, dans laquelle l’au moins une poutre creuse (53) présente au moins une ouverture (109) mettant en communication fluidiquement un espace interne de ladite poutre creuse (53) avec le volume (7) de réception des cellules de stockage d’électricité (3).
  10. Batterie de stockage d’électricité pour un véhicule, comprenant :
    - une structure de batterie (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, et
    - une pluralité de cellules (3) de stockage d’électricité.
  11. Véhicule automobile (121) comprenant :
    - une carrosserie (123) présentant des ouvrants latéraux (125) ;
    - un châssis (127) de véhicule:
    - une structure de batterie (1) selon la revendication 6 ou 7, l’orifice de rejet des gaz (119) étant décalé longitudinalement vers l’avant ou vers l’arrière par rapport aux ouvrants latéraux (125), et étant de préférence situé sous le châssis de véhicule (127).
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