FR3104821A1 - Electric battery with limited risk of thermal runaway propagation - Google Patents
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Abstract
Batterie électrique à risque de propagation d’emballement thermique limité L’invention concerne une batterie électrique de type métal-ion (100) comportant : une pluralité de modules (120) formés chacun d’une pluralité de cellules électrochimiques, et un corps principal (110) au moins partiellement creux, les modules (120) et le corps principal (110) étant connectés les uns aux autres par l’intermédiaire de liaisons électriques logées dans des conduites, dans laquelle les modules (120), le corps principal (110) et les conduites (130) reliant les modules et le corps principal sont étanches aux fluides de sorte que des fluides générés par l’emballement thermique d’une cellule électrochimique défectueuse d’un module soient évacués vers le corps principal et/ou les autres modules de la batterie. Figure à publier avec l’abrégé : Figure 2 Electrical battery at risk of propagation of limited thermal runaway The invention relates to an electric battery of the metal-ion type (100) comprising: a plurality of modules (120) each formed of a plurality of electrochemical cells, and a main body (110) at least partially hollow, the modules (120) and the main body (110) being connected to each other via electrical connections housed in pipes, wherein the modules (120), the main body (110) and the conduits (130) connecting the modules and the main body are fluid tight so that fluids generated by the thermal runaway of a faulty electrochemical cell of a module are evacuated towards the main body and/or the other modules of the battery. Figure to be published with abstract: Figure 2
Description
La présente invention concerne une batterie électrique de type métal-ion dans laquelle le risque de propagation d’emballement thermique est limité.The present invention relates to an electric battery of the metal-ion type in which the risk of propagation of thermal runaway is limited.
L’invention trouve des applications dans le domaine des batteries ou accumulateurs d’énergie électrique. Elle trouve, en particulier, des applications dans le domaine des batteries de type métal-ion, et notamment Lithium-ion, utilisés par exemple dans les véhicules électriques ou les systèmes de stockage stationnaires.The invention finds applications in the field of batteries or electrical energy accumulators. It finds, in particular, applications in the field of batteries of the metal-ion type, and in particular lithium-ion, used for example in electric vehicles or stationary storage systems.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTIONTECHNOLOGICAL BACKGROUND OF THE INVENTION
Une batterie est un appareil qui stocke et accumule de l’énergie électrique afin de la restituer ultérieurement. Une batterie comporte généralement plusieurs accumulateurs d’énergie électrique, appelés aussi modules, couplés pour offrir une plus grande réserve d’énergie. Chaque accumulateur, ou module, comporte plusieurs cellules électrochimiques comportant chacune une électrode à pôle positif (appelée cathode) et une électrode à pôle négatif (appelée anode), toutes deux plongées dans une solution, appelée électrolyte, faisant office de conducteur.A battery is a device that stores and accumulates electrical energy in order to release it later. A battery generally comprises several electrical energy accumulators, also called modules, coupled to provide a greater reserve of energy. Each accumulator, or module, comprises several electrochemical cells each comprising a positive pole electrode (called the cathode) and a negative pole electrode (called the anode), both immersed in a solution, called the electrolyte, acting as a conductor.
Il existe différents types de cellules électrochimiques métal-ion qui dépendent généralement des métaux choisis pour les électrodes et de la solution choisie comme électrolyte, comme par exemple, les batteries Lithium-ion. Ces cellules électrochimiques métal-ion ont l’avantage de présenter de faibles risques chimiques pour l’environnement. Toutefois, elles comportent un électrolyte liquide à base de solvant volatile, inflammable, qui pose des problèmes de sécurité. En effet, en cas de dysfonctionnement, comme par exemple un court-circuit ou une surcharge, la cellule électrochimique libère une grande quantité d’énergie, généralement sous forme de gaz et de fumées, ayant pour conséquence un emballement thermique, à savoir un échauffement, une inflammation voire une explosion de ladite cellule électrochimique. L’énergie libérée lors de l’emballement thermique d’une cellule électrochimique peut atteindre plusieurs milliers de fois son volume externe.There are different types of metal-ion electrochemical cells which generally depend on the metals chosen for the electrodes and the solution chosen as the electrolyte, such as, for example, Lithium-ion batteries. These metal-ion electrochemical cells have the advantage of presenting low chemical risks for the environment. However, they contain a liquid electrolyte based on a volatile, flammable solvent, which poses safety problems. In fact, in the event of a malfunction, such as a short-circuit or an overload, for example, the electrochemical cell releases a large quantity of energy, generally in the form of gas and fumes, resulting in thermal runaway, namely overheating. , an ignition or even an explosion of said electrochemical cell. The energy released during the thermal runaway of an electrochemical cell can reach several thousand times its external volume.
En outre, lors d’un emballement thermique, la cellule électrochimique défectueuse peut engendrer une énergie d’activation qui va se propager aux cellules électrochimiques voisines dans le module. Ce phénomène de réaction en chaîne, appelé propagation thermique, est extrêmement dangereux car, dans l’espace confiné que constitue le module, la montée en température est rapide et entraine une montée en pression qui, par exemple, pour une batterie 18650 peut dépasser rapidement les 5 voire 7 bars. Cette montée en pression a pour effet de générer une explosion du module et de libérer le gaz dans l’environnement du module.In addition, during a thermal runaway, the defective electrochemical cell can generate an activation energy which will propagate to neighboring electrochemical cells in the module. This chain reaction phenomenon, called thermal propagation, is extremely dangerous because, in the confined space constituted by the module, the rise in temperature is rapid and leads to a rise in pressure which, for example, for an 18650 battery can quickly exceed the 5 or even 7 bars. This rise in pressure has the effect of generating an explosion of the module and releasing the gas into the environment of the module.
Actuellement, pour éviter l’explosion du module en cas de dysfonctionnement d’une cellule électrochimique, le module est généralement surdimensionné de façon à pouvoir contenir une pression d’un niveau prédéfini, par exemple proche de 1 bar. De plus, le module est généralement équipé d’un dispositif de surpression (par exemple un disque de rupture, une membrane, etc.) conçu pour se rompre lorsque la pression atteint une valeur seuil prédéterminée, par exemple de 1 bar.Currently, to prevent the module from exploding in the event of a malfunction of an electrochemical cell, the module is generally oversized so as to be able to contain a pressure of a predefined level, for example close to 1 bar. In addition, the module is usually equipped with a pressure relief device (e.g. bursting disc, membrane, etc.) designed to rupture when the pressure reaches a predetermined threshold value, e.g. 1 bar.
Un exemple de montées en température et en pression d’une cellule électrochimique défectueuse est représenté, au moyen de courbes, sur la figure 1. La courbe C1 et la courbe C2 montrent l’évolution, respectivement, de la température et de la pression au sein d’un module de batterie lors de l’emballement thermique de l’une de ses cellules électrochimiques. Dans le cas de cet emballement thermique, qui débute à l’instant t1, la température au sein du module monte rapidement jusqu’à 350°C, entrainant une pression atteignant les 7 bars à l’instant t3, bien que l’évent se soit ouvert à l’instant t2 lorsque le gaz dépasse la valeur de 1 bar.An example of temperature and pressure rises of a defective electrochemical cell is represented, by means of curves, in figure 1. Curve C1 and curve C2 show the evolution, respectively, of the temperature and of the pressure at the within a battery module during thermal runaway of one of its electrochemical cells. In the case of this thermal runaway, which begins at time t1, the temperature within the module rises rapidly to 350°C, resulting in a pressure reaching 7 bars at time t3, although the vent is opened at time t2 when the gas exceeds the value of 1 bar.
En effet, en cas de propagation thermique, la valeur seuil de 1 bar est très vite atteinte, de sorte que, dans la plupart des cas, le dispositif de surpression est rompu et les gaz générés pour l’emballement thermique sont libérés dans l’environnement du module. Ces gaz étant généralement nocifs pour l’être humain, il est préoccupant voire dangereux qu’ils soient libérés dans l’atmosphère, en particulier lorsque l’atmosphère est confinée comme, par exemple, l’intérieur d’un véhicule ou d’un aéronef.In fact, in the event of thermal propagation, the threshold value of 1 bar is very quickly reached, so that in most cases the pressure relief device is broken and the gases generated for the thermal runaway are released into the module environment. Since these gases are generally harmful to humans, it is worrying and even dangerous that they are released into the atmosphere, in particular when the atmosphere is confined such as, for example, the interior of a vehicle or a aircraft.
Des dispositifs ont été proposés pour limiter la propagation thermique, comme par exemple la demande de brevet CN107069140 qui propose un réservoir de liquide pour refroidir le module défectueux, via des vannes 3 voies, une pompe et une détection active, afin d’éviter que la chaleur ne parte vers les autres modules. Cependant, ce dispositif nécessite une carte électronique, ce qui entraîne un coût non négligeable, et un stockage de liquide, ce qui entraîne des risques de corrosion et de fuites. En outre, si la température du liquide de ce dispositif augmente, le liquide peut se vaporiser, ce qui entrainera une augmentation de la pression.Devices have been proposed to limit thermal propagation, such as patent application CN107069140, for example, which proposes a liquid reservoir to cool the defective module, via 3-way valves, a pump and active detection, in order to prevent the heat does not go to the other modules. However, this device requires an electronic card, which entails a non-negligible cost, and a storage of liquid, which entails risks of corrosion and leaks. In addition, if the temperature of the liquid in this device increases, the liquid may vaporize, which will cause the pressure to increase.
Les documents CN207779987U et CN108152756A proposent également des dispositifs pour gérer l’emballement thermique, mais ces dispositifs sont complexes et donc difficiles et couteux à mettre en œuvre.Documents CN207779987U and CN108152756A also propose devices for managing thermal runaway, but these devices are complex and therefore difficult and expensive to implement.
Il existe donc un réel besoin d’une technologie, peu couteuse et facile à mettre en œuvre sur les batteries, permettant de limiter la propagation thermique au sein d’un module de batterie et, ainsi, d’éviter les risques d’explosion.There is therefore a real need for a technology that is inexpensive and easy to implement on batteries, making it possible to limit thermal propagation within a battery module and, thus, to avoid the risk of explosion.
Pour répondre aux problèmes évoqués ci-dessus des conséquences d’une propagation thermique au sein d’un module de batterie électrique de type métal-ion, le demandeur propose une architecture de batterie dans laquelle les gaz et fumées générés par une cellule électrochimique au sein d’un module sont évacués vers un corps principal et/ou les autres modules de la batterie afin de répartir ces gaz et fumées et ainsi diminuer la pression au sein du module défectueux.To respond to the problems mentioned above of the consequences of thermal propagation within an electric battery module of the metal-ion type, the applicant proposes a battery architecture in which the gases and fumes generated by an electrochemical cell within of a module are evacuated towards a main body and/or the other modules of the battery in order to distribute these gases and fumes and thus reduce the pressure within the defective module.
Selon un premier aspect, l’invention concerne une batterie électrique de type métal-ion comportant :
- une pluralité de modules formés chacun d’une pluralité de cellules électrochimiques, et
- un corps principal au moins partiellement creux,
- a plurality of modules each formed of a plurality of electrochemical cells, and
- an at least partially hollow main body,
L’architecture de cette batterie permet de répartir les fluides dans le corps principal et/ou certains au moins des modules de la batterie de sorte à diminuer la pression au sein du module défectueux, ce qui a pour conséquence de limiter les risques de propagation thermique au sein du module.The architecture of this battery makes it possible to distribute the fluids in the main body and/or at least some of the battery modules so as to reduce the pressure within the defective module, which has the consequence of limiting the risks of thermal propagation. within the module.
On appelle «fluides», les gaz et les fumées générés par une cellule électrochimique lors d’un emballement thermique de cette dernière. Dans la description, on utilisera indifféremment les termes de fluides et de gaz et fumées.The term “fluids” refers to the gases and fumes generated by an electrochemical cell during thermal runaway of the latter. In the description, the terms fluids and gases and fumes will be used interchangeably.
Avantageusement, le corps principal et les conduites de cette batterie comportent chacun un volume libre, défini en fonction du volume libre de chacun des modules, les volumes libres étant aptes à recevoir une partie au moins des fluides générés par l’emballement thermique de la cellule électrochimique défectueuse.Advantageously, the main body and the pipes of this battery each comprise a free volume, defined according to the free volume of each of the modules, the free volumes being capable of receiving at least part of the fluids generated by the thermal runaway of the cell. faulty electrochemical.
De façon avantageuse, le corps principal et les conduites sont dimensionnés en fonction d’une pression de fluide (Z) que peut supporter le corps principal et de la formule :Advantageously, the main body and the pipes are sized according to a fluid pressure (Z) that the main body can withstand and the formula:
[Math. 1] Z = VgazBatt / (Vlibremodule * Y + Vtotalconduites + Vcp), où VgazBatt est le volume de fluide à évacuer dans la batterie, Vlibremodule est le volume libre de chaque module, Y est le nombre de modules, Vtotalconduites est le volume total de l’ensemble des conduites et Vcp est le volume libre du corps principal.[Math. 1] Z = VgasBatt / (Vfreemodule * Y + Vtotalpipes + Vcp), where VgasBatt is the volume of fluid to be evacuated in the coil, Vfreemodule is the free volume of each module, Y is the number of modules, Vtotalpipes is the total volume of all pipes and Vcp is the free volume of the main body.
Outre les caractéristiques qui viennent d’être évoquées dans le paragraphe précédent, la batterie selon l’invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles:
- chaque module comporte un dispositif de surpression positionné à une intersection entre le module et la conduite à laquelle le module est connecté et apte à s’ouvrir sous l’effet d’une pression de fluide supérieure à une valeur de pression seuil.
- le dispositif de surpression comporte une membrane conçue pour se rompre lorsque la pression en intérieur de module atteint la valeur de pression seuil.
- le dispositif de surpression comporte une valve dont l’ouverture est contrôlée électroniquement.
- les conduites sont en métal de sorte à dissiper les calories générées par l’emballement thermique de la cellule électrochimique défectueuse.
- les conduites comportent, dans leur volume libre, un matériau pare-flamme.
- la batterie comporte une unité de contrôle de la batterie apte à déterminer le module contenant la cellule électrochimique défectueuse et à déconnecter électriquement ledit module des autres modules.
- le corps principal comporte un évent d’échappement apte à évacuer, de façon contrôlée, les fluides générés par l’emballement thermique de la cellule électrochimique défectueuse vers l’extérieur de ladite batterie.
- les modules et le corps principal forment une architecture en étoile dans laquelle chacun des modules est connecté directement au corps principal.
- les modules et le corps principal forment une architecture en série dans laquelle chaque module est connecté à au moins un autre module pour former une chaîne de modules connectée au corps principal.
- each module comprises an overpressure device positioned at an intersection between the module and the pipe to which the module is connected and able to open under the effect of a fluid pressure greater than a threshold pressure value.
- the overpressure device comprises a membrane designed to rupture when the pressure inside the module reaches the threshold pressure value.
- the overpressure device comprises a valve whose opening is electronically controlled.
- the pipes are made of metal so as to dissipate the calories generated by the thermal runaway of the defective electrochemical cell.
- the pipes comprise, in their free volume, a flame-retardant material.
- the battery comprises a battery control unit able to determine the module containing the defective electrochemical cell and to electrically disconnect said module from the other modules.
- the main body includes an exhaust vent capable of evacuating, in a controlled manner, the fluids generated by the thermal runaway of the defective electrochemical cell to the outside of said battery.
- the modules and the main body form a star architecture in which each of the modules is connected directly to the main body.
- the modules and the main body form a series architecture in which each module is connected to at least one other module to form a chain of modules connected to the main body.
D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit, illustrée par les figures dans lesquelles:Other advantages and characteristics of the invention will appear on reading the following description, illustrated by the figures in which:
Un exemple de réalisation d’une architecture de batterie permettant de limiter les risques de propagation thermique au sein d’un module de batterie est décrit en détail ci-après, en référence aux dessins annexés. Cet exemple illustre les caractéristiques et avantages de l'invention. Il est toutefois rappelé que l'invention ne se limite pas à cet exemple.An example embodiment of a battery architecture making it possible to limit the risks of thermal propagation within a battery module is described in detail below, with reference to the appended drawings. This example illustrates the characteristics and advantages of the invention. It is however recalled that the invention is not limited to this example.
Sur les figures, les éléments identiques sont repérés par des références identiques. Pour des questions de lisibilité des figures, les échelles de taille entre éléments représentés ne sont pas respectées.In the figures, identical elements are identified by identical references. For reasons of legibility of the figures, the size scales between the elements represented are not respected.
L’invention propose une architecture de batterie dans laquelle les différents modules de la batterie sont connectés de façon étanche les uns aux autres, soit directement, soit par l’intermédiaire d’un corps principal. Cette architecture a pour but d’évacuer les gaz et fumées générés lors de l’emballement thermique d’une cellule électrochimique dans tout ou partie de la batterie afin que ces gaz et fumées soient répartis dans plusieurs modules et/ou corps principal de la batterie, diminuant ainsi la pression dans le module contenant ladite cellule électrochimique de sorte à limiter les risques d’explosion dudit module.The invention proposes a battery architecture in which the various modules of the battery are connected in a sealed manner to each other, either directly or via a main body. The purpose of this architecture is to evacuate the gases and fumes generated during the thermal runaway of an electrochemical cell in all or part of the battery so that these gases and fumes are distributed in several modules and/or main body of the battery. , thus reducing the pressure in the module containing said electrochemical cell so as to limit the risks of explosion of said module.
Une batterie de type métal-ion selon l’invention comporte un corps principal et plusieurs modules, chaque module comportant lui-même plusieurs cellules électrochimiques. Les modules sont connectés les uns aux autres par des conduites formant des liaisons étanches. Les modules sont également connectés à un corps principal par des conduites formant également des liaisons étanches. Dans une première variante, chaque module est connecté directement au corps principal; dans cette variante, l’architecture est dite «en étoile». Dans une seconde variante, les modules sont connectés au corps principal par l’intermédiaire d’un ou plusieurs autres modules; dans cette seconde variante, l’architecture est dite «en série».A battery of the metal-ion type according to the invention comprises a main body and several modules, each module itself comprising several electrochemical cells. The modules are connected to each other by pipes forming leaktight connections. The modules are also connected to a main body by pipes which also form sealed connections. In a first variant, each module is connected directly to the main body; in this variant, the architecture is said to be “star-shaped”. In a second variant, the modules are connected to the main body via one or more other modules; in this second variant, the architecture is said to be “in series”.
Un exemple d’architecture en étoile d’une batterie 100 conforme à l’invention est représenté sur la figure 2. Dans cet exemple, plusieurs modules 120 - dont seuls quatre modules 121, 122, 123 et 124 sont représentés - sont connectés directement au corps principal 110. Le nombre de modules connectés dépend du type de batterie, de la puissance de la batterie et/ou de l’application à laquelle est destinée cette batterie. Dans l’exemple de la figure 2, chacun des modules 121-124 est relié de façon étanche au corps principal 110 par une conduite, respectivement 131 à 134. Les conduites 130, et notamment les conduites 131-134 de la figure 2, sont des tuyaux, des gaines ou tout autre type de fourreaux dans lesquels sont logées des liaisons électriques assurant la connexion électrique entre les modules de la batterie 100. Selon l’invention, et comme expliqué par la suite, ces conduites 131-134 sont également adaptées pour permettre la circulation de fluides tels que les gaz et les fumées engendrés par l’emballement thermique d’une cellule électrochimique au sein d’un module. Les gaines techniques usuellement utilisées pour protéger les liaisons électriques sont, dans l’invention, remplacées par des conduites étanches aux gaz. Pour cela, les conduites 131-134 sont étanches et sont connectées de façon étanche au corps principal 110 et aux modules 121-124. En outre, les conduites sont dimensionnées pour permettre, en plus du passage des liaisons électriques, le passage des fluides provenant d’un emballement thermique. Les fluides peuvent ainsi être transmis d’un module vers le corps principal et/ou vers un ou plusieurs autres modules, sans fuite vers l’extérieur de la batterie et donc sans impact sur l’environnement de la batterie.An example of star architecture of a battery 100 in accordance with the invention is represented in FIG. 2. In this example, several modules 120 - of which only four modules 121, 122, 123 and 124 are represented - are connected directly to the main body 110. The number of connected modules depends on the type of battery, the power of the battery and/or the application for which this battery is intended. In the example of Figure 2, each of the modules 121-124 is connected in a sealed manner to the main body 110 by a pipe, respectively 131 to 134. The pipes 130, and in particular the pipes 131-134 of Figure 2, are pipes, sheaths or any other type of sleeves in which electrical connections are housed ensuring the electrical connection between the modules of the battery 100. According to the invention, and as explained subsequently, these pipes 131-134 are also suitable to allow the circulation of fluids such as gases and fumes generated by the thermal runaway of an electrochemical cell within a module. The technical sheaths usually used to protect the electrical connections are, in the invention, replaced by gas-tight pipes. For this, the pipes 131-134 are sealed and are connected in a sealed manner to the main body 110 and to the modules 121-124. In addition, the pipes are sized to allow, in addition to the passage of electrical connections, the passage of fluids from thermal runaway. The fluids can thus be transmitted from one module to the main body and/or to one or more other modules, without leaking outside the battery and therefore without impact on the environment of the battery.
Le corps principal 110 est un composant creux, de forme allongée, qui traverse de part en part la batterie. Il peut être, par exemple, cylindrique, ovoïde, oblong, polygonal, etc. Le corps principal peut être constitué d’un tuyau, d’une gaine, d’un fourreau, ou de tout autre élément creux et relativement allongé, dans lequel sont logées les liaisons électriques reliant entre eux les modules 120 de la batterie. Le corps principal 110 peut alternativement être un vase d’expansion traversé par les liaisons électriques reliant entre eux les modules 120 de la batterie. Quelle que soit sa forme, le corps principal 110 est étanche et relié de façon étanche aux modules 120, via les conduites 130. Le corps principal 110 est dimensionné pour permettre, en plus du passage des liaisons électriques, le passage des fluides provenant d’un emballement thermique. Le corps principal 110 est ainsi adapté pour assurer la circulation et le stockage des fluides engendrés par l’emballement thermique d’une cellule électrochimique d’un module.The main body 110 is a hollow component, of elongated shape, which crosses right through the battery. It can be, for example, cylindrical, ovoid, oblong, polygonal, etc. The main body may consist of a pipe, a sheath, a sheath, or any other hollow and relatively elongated element, in which are housed the electrical connections connecting the modules 120 of the battery to each other. The main body 110 can alternatively be an expansion tank crossed by the electrical connections connecting the modules 120 of the battery to each other. Whatever its shape, the main body 110 is sealed and connected in a sealed manner to the modules 120, via the pipes 130. The main body 110 is sized to allow, in addition to the passage of electrical connections, the passage of fluids from thermal runaway. The main body 110 is thus adapted to ensure the circulation and storage of the fluids generated by the thermal runaway of an electrochemical cell of a module.
Le fait que le corps principal 110 soit étanche et que les conduites 130 assurent une liaison étanche entre les modules 120 et ledit corps principal permet aux gaz et fumées produites par un emballement thermique d’être au moins partiellement évacuées du module dans lequel s’est produit l’emballement thermique et d’être dilués dans le corps principal et/ou certains au moins des autres modules de la batterie. Cette dilution des gaz et fumées permet une répartition de la pression due à ces gaz et fumées dans tout ou partie de la batterie et, par conséquent, une diminution de la pression dans le module où a eu lieu l’emballement thermique. Le choix d’évacuer ces gaz et fumées uniquement vers le corps principal ou également vers d’autres modules dépend de la pression générée lors de l’emballement thermique.The fact that the main body 110 is sealed and that the pipes 130 ensure a sealed connection between the modules 120 and said main body allows the gases and smoke produced by thermal runaway to be at least partially evacuated from the module in which produces thermal runaway and being diluted in the main body and/or at least some of the other battery modules. This dilution of the gases and fumes allows a distribution of the pressure due to these gases and fumes in all or part of the battery and, consequently, a reduction in the pressure in the module where the thermal runaway took place. The choice to evacuate these gases and fumes only to the main body or also to other modules depends on the pressure generated during thermal runaway.
Bien que la batterie ait été représentée sur la figure 2 pour une architecture en étoile, l’homme du métier comprendra que, pour une architecture en série, les conduites 130 et le corps principal 110 sont identiques à ceux décrits ci-dessus. Seule la disposition des conduites est différente puisque certaines conduites relient deux modules entre eux et d’autres conduites relient un module au corps principal. Dans une telle architecture en série, les gaz et fumées produits par un emballement thermique peuvent être évacués soit vers le corps principal 110, comme dans l’exemple de la figure 2, soit vers un ou plusieurs autres modules puis vers le corps principal. La répartition des gaz et fumées peut donc se faire, dans un premier temps, à travers les modules voisins du module défectueux puis, dans un second temps, à travers le corps principal. Lorsque la pression engendrée par l’emballement thermique n’est pas très élevée, les gaz et fumées évacués peuvent donc ne pas atteindre le corps principal.Although the battery has been represented in FIG. 2 for a star architecture, those skilled in the art will understand that, for a series architecture, the lines 130 and the main body 110 are identical to those described above. Only the layout of the pipes is different since some pipes connect two modules to each other and other pipes connect a module to the main body. In such a series architecture, the gases and smoke produced by thermal runaway can be evacuated either to the main body 110, as in the example of FIG. 2, or to one or more other modules then to the main body. The distribution of gases and fumes can therefore take place, initially, through the modules neighboring the defective module and then, secondly, through the main body. When the pressure generated by the thermal runaway is not very high, the evacuated gases and smoke may therefore not reach the main body.
Quelle que soit l’architecture (en étoile ou en série), chaque module 120, pris indépendamment des autres composants (conduites, corps principal) de la batterie, n’est pas étanche aux fluides dans la mesure où il doit autoriser une évacuation desdits fluides vers les conduites 130 auxquelles il est connecté. Par contre, le système constitué de l’ensemble des composants, c'est-à-dire du corps principal, des modules et des conduites, forme un ensemble étanche dans lequel les fluides peuvent circuler sans impacter l’environnement. Cet ensemble de composants est rendu étanche par construction mécanique. Il est rendu étanche, en particulier, par le choix des matériaux, les dimensions des composants (conduites, corps principal et modules), l’épaisseur des parois de ces composants et/ou le volume libre à l’intérieur desdits composants.Whatever the architecture (star or series), each module 120, taken independently of the other components (pipes, main body) of the battery, is not fluid-tight insofar as it must allow evacuation of said fluids to the pipes 130 to which it is connected. On the other hand, the system made up of all the components, i.e. the main body, the modules and the pipes, forms a sealed assembly in which the fluids can circulate without impacting the environment. This set of components is sealed by mechanical construction. It is sealed, in particular, by the choice of materials, the dimensions of the components (pipes, main body and modules), the thickness of the walls of these components and/or the free volume inside the said components.
Les matériaux sont choisis de façon à résister à une température élevée. En effet, lors d’un emballement thermique, l’énergie générée par l’emballement thermique a pour effet d’augmenter rapidement la température au sein du module. Les fluides évacués vers les conduites et le corps principal sont donc à une température élevée. Les métaux, comme par exemple l’aluminium, peuvent avantageusement être choisis car, non seulement ils résistent à des températures élevées, mais en plus ils sont conducteurs de chaleur et participent à la dissipation des calories générées par l’emballement thermique.The materials are chosen in such a way as to withstand a high temperature. Indeed, during a thermal runaway, the energy generated by the thermal runaway has the effect of rapidly increasing the temperature within the module. The fluids evacuated to the pipes and the main body are therefore at a high temperature. Metals, such as aluminum for example, can advantageously be chosen because not only do they resist high temperatures, but they are also heat conductors and contribute to the dissipation of calories generated by thermal runaway.
Les conduites, modules et corps principal peuvent être assemblées les uns avec les autres au moyen d’éléments de fixation tels que des joints, des colliers ou tout autre élément de fixation utilisé classiquement pour la circulation des fluides.The pipes, modules and main body can be assembled with each other by means of fixing elements such as gaskets, collars or any other fixing element conventionally used for the circulation of fluids.
Le dimensionnement des conduites et du corps principal peut être réalisé de différentes façons, en tenant compte de la tenue en surpression des modules. Il peut être réalisé, par exemple, au moyen de la formule suivante:
A partir de la pression maximum des fluides (Z), il est possible de définir les contraintes sur les matériaux des modules. Par mesure de sécurité, un coefficient de sureté, par exemple de 20%, peut être appliqué. La pression de rupture du corps principal Px peut alors être déterminée par la formule:
La pression de rupture des modules Pm peut être déterminée en fonction de plusieurs critères comme, par exemple, les contraintes de place, le choix du matériau, l’application à laquelle est destinée la batterie, etc. La pression de rupture des modules Pm est choisie supérieure à la pression de rupture du corps principal Px. Selon l’invention, puisque les fluides engendrés par la cellule électrochimique défectueuse sont évacués vers le corps principal et/ou d’autres modules, la pression due à ces fluides est diluée dans plusieurs composants de la batterie. La pression de rupture des modules Pm peut donc être réduite par rapport à celle des batteries de l’art antérieur. Elle peut, par exemple, être de 1 bar, au lieu de 7 bars dans les batteries de l’art antérieur.The rupture pressure of the Pm modules can be determined according to several criteria such as, for example, space constraints, the choice of material, the application for which the battery is intended, etc. The rupture pressure of the modules Pm is chosen to be higher than the rupture pressure of the main body Px. According to the invention, since the fluids generated by the defective electrochemical cell are evacuated towards the main body and/or other modules, the pressure due to these fluids is diluted in several components of the battery. The rupture pressure of the Pm modules can therefore be reduced compared to that of the batteries of the prior art. It can, for example, be 1 bar, instead of 7 bars in batteries of the prior art.
Les dimensions du corps principal peuvent être définies en fonction du nombre de modules, de leur volume libre interne et de celui des conduites de connexion. Le corps principal traversant de part en part la batterie, sa longueur est définie par l’architecture même de la batterie. Le diamètre du corps principal est défini en fonction de la pression à tenir. Lorsque les modules comportent un volume libre relativement important, le volume libre du corps principal peut être réduit; au contraire, lorsque le volume libre des modules est faible, le volume libre du corps principal est augmenté.The dimensions of the main body can be defined according to the number of modules, their internal free volume and that of the connecting pipes. As the main body crosses the battery right through, its length is defined by the architecture of the battery itself. The diameter of the main body is defined according to the pressure to be held. When the modules have a relatively large free volume, the free volume of the main body can be reduced; on the contrary, when the free volume of the modules is small, the free volume of the main body is increased.
Un exemple de valeurs numériques pour une architecture en étoile selon l’invention est représenté, sous la forme d’un tableau, sur la figure 3. Dans cet exemple, les conduites ont un diamètre de 0,5 dm, une longueur de 2 dm, un volume libre de 0.3925 litre et un volume total de conduites de 1,57 litres. Le corps principal a un diamètre de 1 dm, une longueur de 7 dm et un volume de 5,495 litres. Les modules sont au nombre de 4 et ont un volume libre de 1 litre chacun, soit 4 litres au total. Le volume libre disponible dans le système est donc de 11,065 litres. La pression dans un module, suite à l’emballement thermique d’une cellule électrochimique défectueuse est de 7 bars. En effet, si une cellule électrochimique de 2,2Ah de technologie NMC – dont les courbes représentatives sont représentées sur la figure 1 - explose dans un module, la pression dans le module augmente jusqu’à environ 7 bars et la température monte jusqu’à 300°C, lorsque la cellule est totalement chargée. La variation de pression finale dans le système est alors de 0,63 bar.An example of numerical values for a star architecture according to the invention is represented, in the form of a table, in FIG. 3. In this example, the pipes have a diameter of 0.5 dm, a length of 2 dm , a free volume of 0.3925 liters and a total pipe volume of 1.57 liters. The main body has a diameter of 1 dm, a length of 7 dm and a volume of 5.495 liters. The modules are 4 in number and have a free volume of 1 liter each, i.e. 4 liters in total. The free volume available in the system is therefore 11.065 litres. The pressure in a module, following the thermal runaway of a defective electrochemical cell, is 7 bars. Indeed, if a 2.2Ah electrochemical cell using NMC technology – the representative curves of which are shown in Figure 1 – explodes in a module, the pressure in the module increases to approximately 7 bars and the temperature rises to 300°C, when the cell is fully charged. The final pressure change in the system is then 0.63 bar.
Il ressort que le fait de disperser les gaz et fumées et de les répartir dans le corps principal et les autres modules favorise une baisse de la température, et donc une baisse de la pression. En effet, à une température donnée et pour un volume total étanche, la pression multipliée par le volume est égale à une constante. En conséquence, le fait de répartir le gaz et les fumées dans un volume plus grand (à savoir le volume du corps principal et/ou des autres modules) permet de diminuer de façon significative l’augmentation de pression due à l’emballement thermique d’une cellule électrochimique. Dans l’exemple précédent, le système ne doit supporter qu’une augmentation de 0,63 bars, au lieu d’une augmentation de 7 bars dans un module seul. Les contraintes d’étanchéité des composants du système sont donc largement réduites par rapport aux contraintes d’étanchéité d’un module seul, dans les batteries de l’art antérieur. Cette réduction des contraintes se traduit mécaniquement par un dimensionnement plus petit des modules (le volume libre peut être moindre), un plus grand choix de matériaux, une épaisseur des parois réduite, etc. Il est, en effet, plus facile de réaliser un composant étanche à une variation de pression inférieure ou égale à 1 bar qu’à une variation de pression égale ou supérieure à 7 bars. Par exemple, un ensemble formé d’un module en aluminium et de conduites en aluminium flexibles, fixées sur le module au moyen de joints et de colliers ou de vis de serrage, est adapté pour supporter une variation de pression de 1 bar.It appears that the fact of dispersing the gases and fumes and distributing them in the main body and the other modules promotes a drop in temperature, and therefore a drop in pressure. Indeed, at a given temperature and for a total sealed volume, the pressure multiplied by the volume is equal to a constant. Consequently, the fact of distributing the gas and the fumes in a larger volume (namely the volume of the main body and/or the other modules) makes it possible to significantly reduce the increase in pressure due to the thermal runaway of an electrochemical cell. In the previous example, the system only has to withstand an increase of 0.63 bar, instead of an increase of 7 bar in a single module. The tightness constraints of the components of the system are therefore greatly reduced compared to the tightness constraints of a single module, in the batteries of the prior art. This reduction in constraints translates mechanically into a smaller dimensioning of the modules (the free volume may be less), a greater choice of materials, a reduced thickness of the walls, etc. It is, in fact, easier to make a component that is watertight to a pressure variation of less than or equal to 1 bar than to a pressure variation of 7 bars or more. For example, an assembly made up of an aluminum module and flexible aluminum pipes, fixed to the module by means of gaskets and clamps or clamping screws, is suitable for withstanding a pressure variation of 1 bar.
Selon certains modes de réalisation, les modules 120 comportent des dispositifs de surpression 140, appelés évents. Ces évents 140 peuvent être identiques aux évents de surpression utilisés classiquement dans les batteries. Un évent peut être, par exemple, une vanne, un disque de rupture, une membrane, ou tout autre moyen conçu pour s’ouvrir lorsque la pression atteint une valeur de pression seuil prédéterminée, par exemple de 1 bar. Selon sa conception, l’évent peut soit comporter une faiblesse assurant sa rupture lorsque la valeur de pression seuil est atteinte, soit être commandé pour s’ouvrir lorsque la valeur de pression seuil est atteinte. Dans la suite de la description, on parlera indifféremment de rupture ou d’ouverture d’un évent, étant entendu qu’il s’agit du déblocage du passage entre le module et la conduite. Selon ces modes de réalisation, chaque module 120 comporte un évent 140 positionné en regard de la conduite reliant ledit module à un autre module ou au corps principal, c'est-à-dire à l’intersection entre le module et la conduite. Cet évent 140 est conçu pour, selon sa conception, se rompre ou s’ouvrir lorsque la pression dans le module atteint la valeur de pression seuil. Dès l’ouverture ou la rupture de l’évent, les gaz et fumées peuvent s’évacuer dans la conduite, ce qui a pour effet de diminuer en temps réel la pression au sein du module. L’évent offre, en outre, un effet d’amortisseur, notamment en cas d’explosion de la cellule électrochimique défectueuse. En effet, en l’absence d’évent, le module est ouvert sur la conduite; ainsi, en cas d’explosion, le pic de pression généré par l’explosion est ressenti dans l’ensemble du volume étanche, c'est-à-dire dans l’ensemble des composants connectés de façon étanche les uns aux autres. En présence d’un évent à la jonction entre le module et la conduite, l’évent amortit le pic de pression avant de s’ouvrir ou de se rompre.According to some embodiments, the modules 120 include pressure relief devices 140, called vents. These vents 140 can be identical to the overpressure vents conventionally used in batteries. A vent can be, for example, a valve, a bursting disc, a membrane, or any other means designed to open when the pressure reaches a predetermined threshold pressure value, for example 1 bar. Depending on its design, the vent can either have a weakness ensuring that it ruptures when the threshold pressure value is reached, or it can be commanded to open when the threshold pressure value is reached. In the remainder of the description, reference will be made indiscriminately to rupture or opening of a vent, it being understood that it concerns the unblocking of the passage between the module and the pipe. According to these embodiments, each module 120 includes a vent 140 positioned opposite the pipe connecting said module to another module or to the main body, that is to say at the intersection between the module and the pipe. This vent 140 is designed to, depending on its design, rupture or open when the pressure in the module reaches the threshold pressure value. As soon as the vent opens or breaks, the gases and fumes can be evacuated into the pipe, which has the effect of reducing the pressure within the module in real time. The vent also provides a damping effect, particularly in the event of an explosion of the faulty electrochemical cell. Indeed, in the absence of a vent, the module is open to the pipe; thus, in the event of an explosion, the pressure peak generated by the explosion is felt throughout the sealed volume, i.e. in all the components connected in a sealed manner to each other. If there is a vent at the junction between the module and the pipe, the vent dampens the pressure peak before opening or rupturing.
Dans certains modes de réalisation, le corps principal 110 est équipé également d’un évent d’échappement ultime 150 qui offre une sécurité supplémentaire à la batterie. Cet évent 150 peut être de conception identique aux évents 140 mais conçu pour s’ouvrir à une valeur de pression seuil pouvant être différente de celle d’un évent de module. Contrairement à l’évent 140, l’évent 150 du corps principal s’ouvre sur l’extérieur du système, libérant les gaz et fumées en extérieur de batterie. Cependant, dans ces modes de réalisation, l’évent 150 est positionné à un emplacement stratégique où l’évacuation des gaz et fumées n’a pas de conséquence néfaste pour l’environnement. Par exemple, dans le cas d’une batterie de véhicule automobile, l’évent d’échappement 150 est positionné de sorte que les gaz et fumées soient évacués en extérieur du véhicule afin qu’il n’y ait pas de risque d’introduction desdits gaz et fumées dans l’habitacle dudit véhicule. Le corps principal, dans ces modes de réalisation, permet non seulement de diluer lesdits gaz et fumées, mais aussi de les canaliser afin de les conduire vers un emplacement propice à leur évacuation.In some embodiments, the main body 110 is also equipped with an ultimate exhaust vent 150 which provides additional battery security. This vent 150 may be of identical design to the vents 140 but designed to open at a threshold pressure value which may be different from that of a module vent. Unlike vent 140, vent 150 of the main body opens to the outside of the system, releasing gases and fumes outside the battery. However, in these embodiments, the vent 150 is positioned at a strategic location where the evacuation of gases and fumes has no harmful consequences for the environment. For example, in the case of a motor vehicle battery, the exhaust vent 150 is positioned so that the gases and fumes are evacuated outside the vehicle so that there is no risk of introduction of said gases and fumes in the passenger compartment of said vehicle. The main body, in these embodiments, not only makes it possible to dilute said gases and fumes, but also to channel them in order to lead them to a location conducive to their evacuation.
Dans certains modes de réalisation, le déclenchement des évents 140, 150 peut être contrôlé mécaniquement ou électroniquement en fonction, par exemple de la température mesurée ou du positionnement du module dans la batterie. Le déclenchement contrôlé peut être mis en œuvre, par exemple, pour choisir l’ordre des composants dans lequel les gaz et fumées vont être évacués. Il peut être choisi, par exemple, d’évacuer les gaz et fumées d’abord dans les modules les moins chauds, car ce sont les modules les moins enclins à s’emballer. Alternativement, il peut être choisi d’évacuer les gaz et fumées d’abord dans les modules situés les plus en extérieur du système, par exemple, dans les modules les plus éloignés du corps principal dans le cas d’une architecture en série. Le déclenchement contrôlé peut être mis en œuvre de façon passive, en dimensionnant différemment les évents des différents modules (par exemple les évents des modules les plus extérieurs se rompent à une valeur de pression seuil inférieure à celle des évents les plus intérieurs). Il peut également être mis en œuvre de façon active, en contrôlant électroniquement l’ordre d’ouverture des évents en fonction de critères ou de paramètres électriques prédéfinis des modules.In certain embodiments, the triggering of the vents 140, 150 can be controlled mechanically or electronically depending, for example, on the measured temperature or on the positioning of the module in the battery. Controlled triggering can be implemented, for example, to choose the order of the components in which the gases and fumes will be evacuated. It can be chosen, for example, to evacuate the gases and fumes first in the cooler modules, because these are the modules the least likely to get carried away. Alternatively, it may be chosen to evacuate the gases and fumes first in the modules located furthest outside the system, for example, in the modules farthest from the main body in the case of a series architecture. Controlled tripping can be implemented passively, by sizing the vents of the different modules differently (for example the vents of the outermost modules rupture at a lower threshold pressure value than that of the innermost vents). It can also be implemented actively, by electronically controlling the opening order of the vents according to criteria or predefined electrical parameters of the modules.
Selon certains modes de réalisation, la batterie peut comporter une unité de contrôle de la batterie (appelé aussi BMS ou Battery Management System, en termes anglo-saxons) qui assure l’identification et le positionnement du module contenant la cellule électrochimique défectueuse, par exemple en mesurant directement ou indirectement la température au sein de chacun des modules et en établissant une cartographie des modules. Cette cartographie permet d’identifier le module en défaut et le type de défaut, dans la mesure où, lors d’un emballement thermique, les connexions électriques du module auront été endommagées et ne seront plus en état de fonctionnement. Le BMS peut, en outre, déconnecter électriquement le module en défaut (si architecture en étoile) ou la branche de modules contenant le module en défaut (si architecture en série) et reconnecter les modules dont les évents n’ont pas été ouverts, afin de maintenir la continuité électrique et favoriser le fonctionnement dans le reste du système. Grâce au BMS et à la cartographie, un opérateur peut localiser les gaz et fumées potentiellement dangereux.According to certain embodiments, the battery may comprise a battery control unit (also called BMS or Battery Management System, in English terms) which ensures the identification and positioning of the module containing the defective electrochemical cell, for example by directly or indirectly measuring the temperature within each of the modules and by establishing a map of the modules. This map makes it possible to identify the faulty module and the type of fault, insofar as, during a thermal runaway, the electrical connections of the module will have been damaged and will no longer be in working order. The BMS can also electrically disconnect the faulty module (if star architecture) or the branch of modules containing the faulty module (if series architecture) and reconnect the modules whose vents have not been opened, in order to maintain electrical continuity and promote operation in the rest of the system. Thanks to the BMS and mapping, an operator can locate potentially dangerous gases and fumes.
Dans la variante où le déclenchement des évents est contrôlé électroniquement, le BMS peut assurer l’envoi des commandes de déclenchement (c'est-à-dire d’ouverture) des évents et ainsi contrôler l’ordre dans lequel les gaz et fumées sont évacués.In the variant where the triggering of the vents is electronically controlled, the BMS can send commands to trigger (i.e. open) the vents and thus control the order in which the gases and fumes are released. evacuated.
Selon une variante, les évents commandés électroniquement peuvent comporter un capteur à induction apte à détecter l’ouverture de la membrane (métallique) et à transmettre, par induction, l’information sous forme de signal électrique au BMS.Alternatively, the electronically controlled vents may include an induction sensor able to detect the opening of the (metallic) membrane and to transmit, by induction, the information in the form of an electrical signal to the BMS.
Les figures 4 et 5 représentent des exemples de courbes montrant l’évolution de la pression dans un module d’une batterie selon l’art antérieur et dans un module d’une batterie selon l’invention, lors de l’emballement thermique d’une cellule électrochimique défectueuse dans ledit module. En particulier, la figure 4 représente la courbe C4 correspondant à l’évolution de la pression dans un module standard (c'est-à-dire le module d’une batterie selon l’art antérieur) et les courbes C5 et C6 correspondant à l’évolution de la pression, respectivement, dans le corps principal et dans un module 120 d’une batterie selon l’invention, lorsque l’architecture est en étoile. On voit sur la figure 4 que la pression dans le module standard (courbe C4) monte jusqu’à 5 bars au moment de l’emballement thermique et qu’elle redescend jusqu’à environ 0,6 bar après ouverture de l’évent. Au contraire, le pic de pression dans un module 120 (courbe C6) dépasse à peine les 0,6 bars puis redescend rapidement jusqu’à une très faible valeur de pression. De même, le pic de pression dans le corps principal (courbe C5) atteint à peine les 0,6 bars puis redescend en suivant la courbe C6. En conséquence, l’augmentation de la pression dans le module 120 de la batterie selon l’invention étant faible (inférieure à 1 bar), on peut estimer que la propagation thermique a été évitée par le fait que la pression a rapidement été diluée dans le corps principal 110 de ladite batterie.FIGS. 4 and 5 represent examples of curves showing the evolution of the pressure in a module of a battery according to the prior art and in a module of a battery according to the invention, during the thermal runaway of a faulty electrochemical cell in said module. In particular, FIG. 4 represents the curve C4 corresponding to the evolution of the pressure in a standard module (that is to say the module of a battery according to the prior art) and the curves C5 and C6 corresponding to the evolution of the pressure, respectively, in the main body and in a module 120 of a battery according to the invention, when the architecture is star-shaped. We see in Figure 4 that the pressure in the standard module (curve C4) rises to 5 bars at the time of thermal runaway and that it drops to around 0.6 bar after opening the vent. On the contrary, the pressure peak in a 120 module (curve C6) barely exceeds 0.6 bars then drops rapidly to a very low pressure value. Similarly, the pressure peak in the main body (curve C5) barely reaches 0.6 bars then drops again following curve C6. Consequently, the increase in pressure in the module 120 of the battery according to the invention being low (less than 1 bar), it can be estimated that the thermal propagation was avoided by the fact that the pressure was quickly diluted in the main body 110 of said battery.
La figure 5 représente la courbe C7 correspondant à l’évolution de la pression dans un module standard (c'est-à-dire le module d’une batterie selon l’art antérieur) et la courbe C8 correspondant à l’évolution de la pression dans un module 120 d’une batterie selon l’invention, lorsque l’architecture est en série. On voit sur la figure 5 que la pression dans le module standard (courbe C7) est sensiblement identique à celle de la courbe C4 de la figure 4. La courbe C8 montre un premier pic de pression à environ 1 bar qui correspond à l’augmentation de pression dans un premier module (par exemple le module 125 ou 127), puis une baisse de pression correspondant à l’ouverture de l’évent du premier module 125 ou 127, puis un second pic à environ 1 bar correspondant à l’augmentation de pression dans l’ensemble des premier et deuxième modules 125 et 126 ou 127 et 128 et enfin une baisse de la pression après rupture de l’évent du deuxième module 126 ou 128 et dilution des gaz et fumées dans le corps principal 110. Comme dans le cas de la figure 4, l’augmentation de la pression dans le premier module 125 ou 127 puis dans l’ensemble des premier et deuxième modules 125, 126 ou 127, 128 de la batterie selon l’invention est faible (inférieure à 1 bar), ce qui revient à considérer que la propagation thermique a été évitée par le fait que la pression a rapidement été diluée dans le deuxième module 126 ou 128 puis dans corps principal 110.FIG. 5 represents the curve C7 corresponding to the evolution of the pressure in a standard module (that is to say the module of a battery according to the prior art) and the curve C8 corresponding to the evolution of the pressure in a module 120 of a battery according to the invention, when the architecture is in series. It can be seen in Figure 5 that the pressure in the standard module (curve C7) is substantially identical to that of curve C4 in Figure 4. Curve C8 shows a first pressure peak at approximately 1 bar which corresponds to the increase pressure in a first module (for example module 125 or 127), then a drop in pressure corresponding to the opening of the vent of the first module 125 or 127, then a second peak at approximately 1 bar corresponding to the increase pressure in all of the first and second modules 125 and 126 or 127 and 128 and finally a drop in pressure after the vent of the second module 126 or 128 has ruptured and the gases and fumes have been diluted in the main body 110. As in the case of FIG. 4, the increase in pressure in the first module 125 or 127 then in all of the first and second modules 125, 126 or 127, 128 of the battery according to the invention is low (less than 1 bar), which amounts to considering that the thermal propagation was avoided by the fact that the pressure was quickly diluted in the second module 126 or 128 then in the main body 110.
Selon certains modes de réalisation de l’invention, les conduites reliant modules et corps principal peuvent comporter, dans leur volume libre, un dispositif pare-flamme tel que celui représenté sur la figure 6. Ce dispositif pare-flamme comporte une pluralité de pièces métalliques creuses, en forme par exemple d’angles ou de prismes triangulaires creux, agencés circonférentiellement les uns à côté des autres de manière à former une matrice gaufrée. De par sa conception, un tel dispositif pare-flamme assure une forte dissipation thermique dans les conduites, dont l’effet est de couper les flammes lorsque les gaz sortant du module se sont enflammés.According to certain embodiments of the invention, the pipes connecting the modules and the main body may comprise, in their free volume, a flame arrester device such as that represented in FIG. 6. This flame arrester device comprises a plurality of metal parts hollow, in the form for example of angles or hollow triangular prisms, arranged circumferentially next to each other so as to form an embossed matrix. By design, such a flame arrester device ensures high heat dissipation in the pipes, the effect of which is to cut off the flames when the gases leaving the module have ignited.
Ainsi, comme expliqué précédemment, la batterie selon l’invention permet, quelle que soit son architecture (en étoile ou en série), de répartir les gaz et fumées dans un plus grand volume que celui d’un seul module et, ainsi, de diminuer la pression et la température, localement, dans le module en défectueux. Le fait de diminuer la pression et la température dans le module défectueux permet de limiter les risques de propagation thermique au sein dudit module et donc de limiter les risques d’évacuation non-contrôlée des gaz nocifs dans l’environnement.Thus, as explained previously, the battery according to the invention makes it possible, whatever its architecture (star or series), to distribute the gases and smoke in a larger volume than that of a single module and, thus, to reduce the pressure and the temperature, locally, in the faulty module. The fact of reducing the pressure and the temperature in the defective module makes it possible to limit the risks of thermal propagation within said module and therefore to limit the risks of uncontrolled evacuation of harmful gases into the environment.
Bien que décrite à travers un certain nombre d'exemples, variantes et modes de réalisation, la batterie selon l’invention comprend divers variantes, modifications et perfectionnements qui apparaîtront de façon évidente à l'homme du métier, étant entendu que ces variantes, modifications et perfectionnements font partie de la portée de l'invention.Although described through a certain number of examples, variants and embodiments, the battery according to the invention comprises various variants, modifications and improvements which will appear obvious to those skilled in the art, it being understood that these variants, modifications and improvements are within the scope of the invention.
Claims (12)
- une pluralité de modules (120) formés chacun d’une pluralité de cellules électrochimiques, et
- un corps principal (110) au moins partiellement creux,
caractérisée en ce que les modules (120), le corps principal (110) et les conduites (130) reliant les modules et le corps principal sont étanches aux fluides de sorte que des fluides générés par l’emballement thermique d’une cellule électrochimique défectueuse d’un module soient évacués vers le corps principal et/ou les autres modules de la batterie.Electric battery of the metal-ion type (100) comprising:
- a plurality of modules (120) each formed of a plurality of electrochemical cells, and
- a main body (110) at least partially hollow,
characterized in that the modules (120), the main body (110) and the conduits (130) connecting the modules and the main body are fluid tight so that fluids generated by the thermal runaway of a defective electrochemical cell of a module are evacuated towards the main body and/or the other modules of the battery.
où VgazBatt est le volume de fluide à évacuer dans la batterie, Vlibremodule est le volume libre de chaque module, Y est le nombre de modules, Vtotalconduites est le volume total de l’ensemble des conduites et Vcp est le volume libre du corps principal.Battery according to Claim 2, characterized in that the main body (110) and the pipes (130) are dimensioned according to a fluid pressure (Z) which the main body can withstand and the formula:
where VgasBatt is the volume of fluid to be evacuated in the coil, Vfreemodule is the free volume of each module, Y is the number of modules, Vtotalpipes is the total volume of all the pipes and Vcp is the free volume of the main body.
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