FR3115933A1 - Power supply system - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un système d'alimentation électrique (4) comprenant un module électrochimique (M) et un dispositif de sécurité adapté pour surveiller ledit module électrochimique (M), ledit dispositif de sécurité comportant : Une composition thermosensible (5) comprenant une ou plusieurs charges sensibles à la température et configurés pour se dégrader à une température inférieure à une température seuil, ladite composition étant disposée sur au moins une partie du module électrochimique, Des moyens de détection configurés pour détecter une dégradation de ladite composition thermosensible suite à une augmentation de température au-delà de ladite température seuil. Figure à publier avec l'abrégé : figure 3The invention relates to an electrical power supply system (4) comprising an electrochemical module (M) and a safety device suitable for monitoring said electrochemical module (M), said safety device comprising: A heat-sensitive composition (5) comprising one or several temperature-sensitive fillers configured to degrade at a temperature below a threshold temperature, said composition being placed on at least part of the electrochemical module, detection means configured to detect degradation of said thermosensitive composition following an increase temperature above said threshold temperature. Figure to be published with abstract: Figure 3
Description
Domaine technique de l'inventionTechnical field of the invention
La présente invention se rapporte à un système d'alimentation électrique comprenant un module électrochimique et un dispositif de sécurité destiné à surveiller ledit module électrochimique.The present invention relates to an electrical power supply system comprising an electrochemical module and a safety device intended to monitor said electrochemical module.
Etat de la techniqueState of the art
Dans un module électrochimique, une cellule électrochimique est capable de produire de l'électricité en mettant en œuvre des réactions chimiques. L'énergie chimique de la réaction est convertie en énergie électrique.In an electrochemical module, an electrochemical cell is capable of producing electricity by implementing chemical reactions. The chemical energy of the reaction is converted into electrical energy.
Un module électrochimique peut comporter une ou plusieurs cellules électrochimiques agencées dans un même boîtier et connectées en série/parallèle en utilisant des clinquants métalliques.An electrochemical module can comprise one or more electrochemical cells arranged in the same casing and connected in series/parallel using metal foils.
Actuellement, les cellules électrochimiques les plus couramment utilisée sont de type lithium-ion. L'une d'entre elles est notamment connue sous la référence 18650, désignant sa forme (cylindrique) et sa taille (18mm de diamètre et 65mm de long). Une telle cellule est par exemple décrite dans le brevetUS8323825B2. Récemment, des cellules à la norme 21700 ont également été proposées.Currently, the most commonly used electrochemical cells are of the lithium-ion type. One of them is known in particular under the reference 18650, designating its shape (cylindrical) and its size (18mm in diameter and 65mm in length). Such a cell is for example described in patent US8323825B2 . Recently, 21700 standard cells have also been proposed.
Ces cellules de type 18650, 21700 ou autres formats cylindriques comportent un conteneur, appelé godet, de forme cylindrique, dans lequel est placé un rouleau, également appelé bobinot, rassemblant les deux électrodes. Un électrolyte est ensuite injecté dans ledit godet. Le godet est fermé à son extrémité inférieure et ouvert à son extrémité supérieure, un capuchon étant apposé à cette extrémité supérieure pour fermer le conteneur de manière hermétique.These cells of the 18650, 21700 type or other cylindrical formats comprise a container, called a cup, of cylindrical shape, in which is placed a roller, also called a bobbin, bringing together the two electrodes. An electrolyte is then injected into said well. The cup is closed at its lower end and open at its upper end, a cap being affixed to this upper end to close the container hermetically.
Une telle cellule au lithium est étanche et dispose généralement de dispositifs de protection portés par son capuchon afin d’empêcher son explosion dans des cas d’utilisations abusives (en température ou en charge). Ces dispositifs de protection sont notamment les suivants :Such a lithium cell is waterproof and generally has protective devices on its cap to prevent it from exploding in cases of abusive use (in temperature or in charge). These protective devices include the following:
- Un dispositif d'interruption de courant (CiD – pour"Current Interrupt Device") qui interrompt le courant en cas de surpression dans le godet, sans effet sur cette pression ;A current interrupt device (CiD – for "Current Interrupt Device" ) which interrupts the current in the event of overpressure in the bucket, without affecting this pressure;
- Un évent de surpression réalisé généralement sous la forme d’un disque de rupture qui permet de relâcher les gaz, afin d’empêcher une explosion ;An overpressure vent generally made in the form of a bursting disc which allows gases to be released, in order to prevent an explosion;
- Enfin le godet lui-même peut aussi être fragilisé afin de s’ouvrir dans des conditions optimales pour prévenir une explosion trop violente ;Finally, the bucket itself can also be weakened in order to open in optimal conditions to prevent an excessively violent explosion;
Lorsque plusieurs cellules sont regroupées dans un même boîtier pour former un module, il a été mis en évidence que la présence d’un point chaud au niveau d'une cellule, au niveau des clinquants ou des barres de bus, pouvait présenter un risque non négligeable pour l'intégrité du module. Ce point chaud peut par exemple provenir d’une impédance locale trop importante, suite à une soudure défaillante ou dégradée. Ainsi lors d’un appel de courant important, il est possible d’atteindre une température suffisamment haute pour générer un emballement thermique de la cellule voisine à celle qui porte le point chaud. La publication intitulée"Electrochemical, Post-Mortem, and ARC Analysis of Li-Ion Cell Safety in Second-Life Applications"montre que, dans une batterie lithium-ion, à partir de 85°C, une chaine de réactions exothermiques est initiée, pouvant conduire à un emballement thermique du module.When several cells are grouped together in the same casing to form a module, it has been shown that the presence of a hot spot at the level of a cell, at the level of the foils or the bus bars, could present a risk not negligible for the integrity of the module. This hot spot may for example come from too high a local impedance, following a faulty or degraded weld. Thus during a high current inrush, it is possible to reach a temperature high enough to generate a thermal runaway of the cell adjacent to that which carries the hot spot. The publication entitled "Electrochemical, Post-Mortem, and ARC Analysis of Li-Ion Cell Safety in Second-Life Applications" shows that, in a lithium-ion battery, from 85°C, a chain of exothermic reactions is initiated, which could lead to thermal runaway of the module.
En présence d'une impédance locale trop élevée, il est donc possible d’atteindre dans une zone proche de la cellule défaillante une température suffisante (>130°C) pour initier une chaine de réaction exothermique.In the presence of too high a local impedance, it is therefore possible to reach a sufficient temperature (>130°C) in a zone close to the faulty cell to initiate an exothermic reaction chain.
De plus, bien que l'augmentation de température induite par le défaut puisse être très importante, il est relativement difficile de la détecter car elle est souvent très locale. Ainsi, il faudrait un réseau de thermocouple particulièrement fin pour identifier le défaut.Moreover, although the temperature increase induced by the defect can be very significant, it is relatively difficult to detect it because it is often very local. Thus, a particularly fine thermocouple network would be required to identify the fault.
Le but de l'invention est de proposer un système d'alimentation électrique doté d'un dispositif de sécurité qui permet, au niveau de son module, de détecter une augmentation de température locale, ledit dispositif de sécurité étant notamment fiable et facile à installer.The object of the invention is to provide an electrical power supply system provided with a safety device which makes it possible, at the level of its module, to detect a local temperature increase, said safety device being in particular reliable and easy to install. .
Ce but est atteint par un système d'alimentation électrique comprenant un module électrochimique et un dispositif de sécurité adapté pour surveiller ledit module électrochimique, ledit dispositif de sécurité comportant :This object is achieved by an electrical power supply system comprising an electrochemical module and a safety device suitable for monitoring said electrochemical module, said safety device comprising:
- Une composition thermosensible comprenant une ou plusieurs charges sensibles à la température et configurés pour se dégrader à une température inférieure à une température seuil, ladite composition étant disposée sur au moins une partie du module électrochimique,A heat-sensitive composition comprising one or more temperature-sensitive fillers configured to degrade at a temperature below a threshold temperature, said composition being placed on at least part of the electrochemical module,
- Des moyens de détection configurés pour détecter une dégradation de ladite composition thermosensible suite à une augmentation de température au-delà de ladite température seuil.Detection means configured to detect degradation of said heat-sensitive composition following a temperature increase beyond said threshold temperature.
Selon une particularité, la composition thermosensible comporte une ou plusieurs charges sensibles à la température choisies parmi :According to one feature, the heat-sensitive composition comprises one or more temperature-sensitive fillers chosen from:
- Bicarbonate de soude,Baking soda,
- Aazodicarbonamide,Azodicarbonamide,
- Hydrazine,Hydrazine,
- Soufre,Sulfur,
- Titanium hydride,titanium hydride,
- Zirconium(II) hydride,Zirconium(II) hydride,
- Polyvinylpyrrolidone.Polyvinylpyrrolidone.
Selon une autre particularité, la composition thermosensible est réalisée à partir d'un solvant choisi parmi le xylène, le méthoxy-propanol ou le ethylbenzène ou un solvant de type aqueux.According to another feature, the heat-sensitive composition is made from a solvent chosen from xylene, methoxy-propanol or ethylbenzene or a solvent of the aqueous type.
Selon une autre particularité, la composition thermosensible comporte une charge à base de bicarbonate de soude et en ce que les moyens de détection comportent un capteur de CO2.According to another feature, the heat-sensitive composition comprises a filler based on baking soda and in that the detection means comprise a CO2 sensor.
Selon une autre particularité, les lesdits moyens de détection comprennent au moins un capteur choisi parmi un capteur de gaz, un capteur de température et un capteur de pression.According to another feature, said detection means comprise at least one sensor chosen from among a gas sensor, a temperature sensor and a pressure sensor.
Selon une autre particularité, les moyens de détection comportent des moyens de traitement des données recueillies.According to another feature, the detection means comprise means for processing the data collected.
Selon une réalisation particulière, les moyens de détection comportent un capteur de gaz et les moyens de traitement sont configurés pour comparer les données recueillies par le capteur de gaz avec un seuil de concentration en gaz et/ou avec un seuil de variation de la concentration dudit gaz.According to a particular embodiment, the detection means comprise a gas sensor and the processing means are configured to compare the data collected by the gas sensor with a gas concentration threshold and/or with a concentration variation threshold of said gas.
Selon un aspect particulier de l'invention, la composition thermosensible est disposée sur une paroi d'au moins une cellule électrochimique du module électrochimique, sur une paroi interne du module électrochimique, et/ou sur un ou plusieurs moyens de connexion électrique du module électrochimique.According to a particular aspect of the invention, the heat-sensitive composition is placed on a wall of at least one electrochemical cell of the electrochemical module, on an internal wall of the electrochemical module, and/or on one or more electrical connection means of the electrochemical module .
Préférentiellement, la composition thermosensible est déposée sur une paroi d'une cellule électrochimique du module électrochimique et ladite composition thermosensible est configurée pour se dégrader à une température inférieure à la température d'emballement thermique de ladite cellule électrochimique.Preferably, the heat-sensitive composition is deposited on a wall of an electrochemical cell of the electrochemical module and said heat-sensitive composition is configured to degrade at a temperature below the thermal runaway temperature of said electrochemical cell.
Préférentiellement, la composition thermosensible se présente sous la forme d'un vernis déposé directement sur ladite au moins une partie du module ou sous la forme d’une étiquette appliquée sur ladite au moins une partie du module.Preferably, the heat-sensitive composition is in the form of a varnish deposited directly on said at least part of the module or in the form of a label applied to said at least part of the module.
Selon une variante de réalisation, la composition thermosensible peut comporter des capsules thermo-dégradables enfermant un solvant volatil.According to a variant embodiment, the heat-sensitive composition may comprise heat-degradable capsules enclosing a volatile solvent.
L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un système d'alimentation électrique tel que défini ci-dessus, ce procédé comportant une étape de disposition de la composition thermosensible sur ladite au moins une partie du module électrochimique.The invention also relates to a method for manufacturing an electrical power supply system as defined above, this method comprising a step of placing the heat-sensitive composition on said at least part of the electrochemical module.
Selon une particularité, l'étape de disposition consiste en une étape d'enduction ou de vaporisation de ladite composition thermosensible directement sur ladite au moins une partie du module électrochimique, ou en une étape d'application d'un film ou d'une étiquette porteuse de la composition thermosensible.According to one feature, the arrangement step consists of a step of coating or vaporizing said heat-sensitive composition directly on said at least one part of the electrochemical module, or in a step of applying a film or a label carrier of the heat-sensitive composition.
L'invention concerne enfin un procédé de surveillance d'un module électrochimique d'un système d'alimentation électrique tel que défini ci-dessus, ce procédé comportant des étapes de :The invention finally relates to a method for monitoring an electrochemical module of an electrical power supply system as defined above, this method comprising steps of:
- Mesure d'un paramètre à l'aide des moyens de détection au cours du temps,Measurement of a parameter using detection means over time,
- Comparaison des données mesurées par lesdits moyens de détection avec une première valeur seuil et/ou de la variation des données mesurées avec une deuxième valeur seuil,Comparison of the data measured by said detection means with a first threshold value and/or of the variation of the data measured with a second threshold value,
- Génération d'un signal d'alerte par les moyens de détection en cas de dépassement de la première valeur seuil et/ou de dépassement de la deuxième valeur seuil.Generation of an alert signal by the detection means in the event of the first threshold value being exceeded and/or the second threshold value being exceeded.
Brève description des figuresBrief description of figures
D'autres caractéristiques et avantages vont apparaître dans la description détaillée qui suit faite en regard des dessins annexés dans lesquels :Other characteristics and advantages will appear in the detailed description which follows given with regard to the appended drawings in which:
- La figure 1 représente de manière schématique une cellule électrochimique de format cylindrique et de type lithium-ion.FIG. 1 schematically represents an electrochemical cell of cylindrical format and of the lithium-ion type.
- Les figures 2A et 2B représentent un module électrochimique formé de l'assemblage de plusieurs cellules électrochimiques, respectivement en vue de côté et en vue de dessus.FIGS. 2A and 2B represent an electrochemical module formed from the assembly of several electrochemical cells, respectively in side view and in top view.
- La figure 3 représente de manière schématique le système d'alimentation électrique conforme à l'invention.FIG. 3 schematically represents the power supply system according to the invention.
- La figure 4 montre un diagramme illustrant l'évolution de la concentration de CO2en fonction de la température.Figure 4 shows a diagram illustrating the evolution of the CO 2 concentration as a function of temperature.
Description détaillée d'au moins un mode de réalisationDetailed description of at least one embodiment
Dans la suite de la description, les termes "haut", "bas", "inférieur", "supérieur", "au-dessus", "au-dessous" sont à comprendre en se référant à l'axe (X) vertical représenté sur la
Le dispositif de sécurité de l'invention est notamment parfait pour surveiller le comportement d'un module électrochimique, notamment d'une ou plusieurs cellules électrochimiques au sein du module électrochimique d'un système d'alimentation électrique 4, mais aussi des connexions électriques tels que clinquants, barres de bus employés dans le module.The safety device of the invention is in particular perfect for monitoring the behavior of an electrochemical module, in particular of one or more electrochemical cells within the electrochemical module of an electrical power supply system 4, but also electrical connections such as foils, busbars employed in the module.
Un module électrochimique comporte généralement un boîtier (appelé "casing" en anglais) logeant une ou plusieurs cellules électrochimiques. Les cellules peuvent être juxtaposées dans le boîtier et rangées en plusieurs lignes et colonnes, par exemple en quinconce comme illustré par la
Dans un module M, les cellules 1 peuvent être connectées entre elles en série/parallèle en utilisant des clinquants métalliques 3 (
De manière non limitative, chaque cellule électrochimique peut être de type lithium-ion.In a non-limiting manner, each electrochemical cell can be of the lithium-ion type.
De manière non limitative et sur les dessins annexés, chaque cellule électrochimique est représentée avec un format cylindrique de révolution.In a non-limiting manner and in the appended drawings, each electrochemical cell is represented with a cylindrical format of revolution.
Chaque cellule électrochimique est par exemple de type 18650 ou 21700.Each electrochemical cell is for example of the 18650 or 21700 type.
Il faut comprendre que le dispositif de sécurité du système d'alimentation de l'invention peut s'adapter sur toute partie du module, de manière locale ou globale, par exemple sur une ou plusieurs de ses cellules, sur des connexions électriques du module, sur la paroi interne de son boîtier.It should be understood that the safety device of the power supply system of the invention can be adapted to any part of the module, locally or globally, for example on one or more of its cells, on electrical connections of the module, on the inside wall of its case.
En référence à la
De manière non limitative, une telle cellule 1 au lithium comporte principalement un conteneur comportant une tête supérieure comprenant une paroi supérieure 100 portant le pôle positif, une tête inférieure comprenant une paroi inférieure 101 portant le pôle négatif et une paroi latérale 102. Le conteneur est composé généralement d'un godet 10, de forme cylindrique, et d'un capuchon 15 fixé sur le godet et venant refermer celui-ci sur sa partie supérieure. Ce godet 10 définit un volume interne 11 dans lequel sont placées les deux électrodes 12 (représentées par un unique ensemble sur la
Le dispositif interrupteur de courant 151 est actionné par l'évent 150 lorsque la pression des gaz présents à l'intérieur du godet 10 devient trop importante. Dans cette situation de pression excessive, l'évent 150 se déforme jusqu'à venir rompre le dispositif interrupteur de courant 151 situé au-dessus, entraînant alors l'interruption du courant électrique fourni. Si la pression des gaz présents à l'intérieur du godet continue d'augmenter, l'évent 150 peut se déformer jusqu'à sa rupture, de manière à permettre une libération des gaz vers l'extérieur.The current switch device 151 is actuated by the vent 150 when the pressure of the gases present inside the bucket 10 becomes too high. In this situation of excessive pressure, the vent 150 deforms until it breaks the current switch device 151 located above, then causing the interruption of the electric current supplied. If the pressure of the gases present inside the cup continues to increase, the vent 150 may deform until it ruptures, so as to allow the gases to be released to the outside.
L'évent de surpression principal est généralement placé du côté du pôle positif de la cellule, sur sa partie supérieure. De manière optionnelle, il peut être remplacé ou complété par un évent placé du côté du pôle négatif.The main overpressure vent is generally placed on the side of the positive pole of the cell, on its upper part. Optionally, it can be replaced or supplemented by a vent placed on the side of the negative pole.
Comme indiqué ci-dessus et illustré par la
Le principe de l'invention consiste à utiliser un dispositif de sécurité chargé de détecter une augmentation de température au niveau du module M en employant une composition chimique thermosensible 5 qui comporte une ou plusieurs charges sensibles à la température et configurées pour se dégrader à une température donnée, définie comme une température seuil à partir de laquelle une première alerte doit être émise. Il peut par exemple s'agir d'une température qui est inférieure à la température d'emballement thermique (par exemple de 110°C) d'une cellule électrochimique dans le cas où la composition est déposée sur la cellule ou dans son environnement de conductivité thermique immédiate. Mais cette température seuil d'alerte peut également être une température différente si la composition thermosensible est déposée sur une autre partie du module, par exemple sur les clinquants ou barres de bus électriques, en vue d'aider à l'identification d’éventuels points chauds liés à la conduction électrique (ex. défaut de soudure).The principle of the invention consists in using a safety device responsible for detecting a temperature increase at the level of the module M by employing a thermosensitive chemical composition 5 which comprises one or more fillers sensitive to temperature and configured to degrade at a temperature given, defined as a threshold temperature from which a first alert must be issued. It may for example be a temperature which is lower than the thermal runaway temperature (for example 110° C.) of an electrochemical cell in the case where the composition is deposited on the cell or in its environment of immediate thermal conductivity. But this alert threshold temperature can also be a different temperature if the heat-sensitive composition is deposited on another part of the module, for example on the foils or electric bus bars, in order to help identify possible points hot due to electrical conduction (e.g. welding fault).
La composition thermosensible 5 est disposée sur une ou plusieurs parois dans l'espace interne du module M. A titre d'exemple et de manière non limitative, cela peut être une paroi d'au moins une cellule 1 du module, de toutes les cellules du module ou de certaines cellules du module uniquement, une paroi interne du boîtier du module, celle d'un ou plusieurs clinquants ou d'une barre de bus.The heat-sensitive composition 5 is placed on one or more walls in the internal space of the module M. By way of example and in a non-limiting way, this can be a wall of at least one cell 1 of the module, of all the cells of the module or of certain cells of the module only, an internal wall of the module casing, that of one or more foils or of a bus bar.
La composition peut notamment être disposée sur tout ou partie de la paroi du conteneur de la cellule 1. Sur la
La composition thermosensible peut également être disposée sur la totalité du module électrochimique par exemple en plongeant celui-ci dans un bain contenant ladite composition. Cela permettra notamment de détecter les défauts de liaison électrique entre ses cellules.The heat-sensitive composition can also be placed over the entire electrochemical module, for example by immersing the latter in a bath containing said composition. This will in particular make it possible to detect faults in the electrical connection between its cells.
Le dispositif de sécurité comporte en outre des moyens de détection. Ces moyens de détection sont chargés de détecter l'augmentation de température.The security device further comprises detection means. These detection means are responsible for detecting the increase in temperature.
Les moyens de détection peuvent comporter un ou plusieurs capteurs C de gaz, de température et/ou de pression logés dans le boîtier du module. La solution qui consiste à employer au moins un capteur de gaz logé dans le boîtier 2 du module M pour détecter la présence d'un gaz généré par la dégradation de la composition thermosensible est particulièrement avantageuse, car fiable.The detection means may comprise one or more gas, temperature and/or pressure sensors C housed in the module casing. The solution which consists in using at least one gas sensor housed in the housing 2 of the module M to detect the presence of a gas generated by the degradation of the heat-sensitive composition is particularly advantageous, because it is reliable.
Les moyens de détection comportent des moyens de traitement UC configurés pour traiter les données recueillies par le ou les capteurs C.The detection means comprise processing means UC configured to process the data collected by the sensor(s) C.
Ces moyens de traitement peuvent être ceux déjà présents pour la gestion du module. Il peut s'agit des moyens de traitement du BMS (pour "Battery Management System"). Ils peuvent être localisés à l'extérieur du boîtier du module M.These processing means can be those already present for the management of the module. These may be the processing means of the BMS (for "Battery Management System"). They can be located outside the M module box.
Le capteur C peut être placé dans l'espace interne du boîtier du module, à proximité des cellules 1. Un même capteur C peut être dédié à plusieurs cellules. Les moyens de détection peuvent également comporter plusieurs capteurs répartis à l'intérieur du boîtier du module pour fiabiliser la détection. Dans ce cas, les capteurs peuvent être tous identiques. Il est également possible d'utiliser des capteurs de types différents (capteur de gaz et capteur de température par exemple). Les moyens de traitement peuvent alors être amenés à corréler les données recueillies par chacun des capteurs pour mieux surveiller le module. En variante, le ou les capteurs peuvent également être déportés dans un circuit emprunté par l’atmosphère circulant dans le module (ex. circuit de refroidissement en boucle fermé).The C sensor can be placed in the internal space of the module casing, close to cells 1. The same C sensor can be dedicated to several cells. The detection means can also comprise several sensors distributed inside the housing of the module to make the detection more reliable. In this case, the sensors may all be identical. It is also possible to use sensors of different types (gas sensor and temperature sensor for example). The processing means can then be required to correlate the data collected by each of the sensors to better monitor the module. As a variant, the sensor(s) can also be deported in a circuit used by the atmosphere circulating in the module (e.g. closed loop cooling circuit).
Les moyens de traitement UC peuvent être configurés pour envoyer un signal d'alerte S1 vers des moyens d'alerte 6 en cas de détection d'un défaut.The processing means UC can be configured to send an alert signal S1 to alert means 6 in the event of detection of a fault.
Les moyens de détection peuvent être paramétrés pour détecter un dépassement de seuil de la concentration et/ou de la variation de la concentration (mesure de la pente de la courbe de variation de la concentration du gaz par exemple).The detection means can be configured to detect a threshold overrun of the concentration and/or of the variation of the concentration (measurement of the slope of the curve of variation of the concentration of the gas for example).
La composition thermosensible 5 peut se présenter sous la forme d'un vernis, d'un film ou d'une étiquette.The heat-sensitive composition 5 can be in the form of a varnish, a film or a label.
La composition thermosensible 5 peut également se présenter sous la forme de capsules enfermant un solvant volatil, ladite capsule se dégradant à une température donnée pour libérer ledit solvant. A titre d'exemple, le solvant peut être un alcool ou de l'eau et l'encapsulation pourrait être réalisée à l'aide d'un polymère de type polyéthylène ou une gélatine. Le capteur C sera alors adapté à la détection du solvant volatil employé (capteur d'humidité par exemple).The heat-sensitive composition 5 can also be in the form of capsules enclosing a volatile solvent, said capsule degrading at a given temperature to release said solvent. By way of example, the solvent can be an alcohol or water and the encapsulation could be carried out using a polymer of the polyethylene type or a gelatin. The sensor C will then be suitable for detecting the volatile solvent used (humidity sensor for example).
La composition thermosensible 5 est applicable directement sur la paroi choisie du module par tout procédé connu.The heat-sensitive composition 5 can be applied directly to the chosen wall of the module by any known method.
De manière non limitative, il peut s'agir d'une application par trempage, par vaporisation d'un spray ou par dépôt localisé. Toute autre solution peut être envisagée.In a non-limiting manner, it may be an application by dipping, by vaporizing a spray or by localized deposition. Any other solution can be considered.
Sous la formée d'un film ou d'une étiquette, elle peut être fixée sur la paroi choisie, par exemple par collage (type patch).In the form of a film or a label, it can be fixed to the chosen wall, for example by gluing (patch type).
La composition thermosensible 5 peut être appliquée avant ou après assemblage des cellules dans le module.The heat-sensitive composition 5 can be applied before or after assembly of the cells in the module.
De manière non limitative, la composition thermosensible 5 peut par exemple comporter du bicarbonate de soude (NaHCO3). Le bicarbonate de soude commence à se dégrader à partir de 120°C en hydroxyde de sodium (NaOH) et en dioxyde de carbone (CO2). Ainsi, grâce à un capteur C de CO2logé dans le boîtier du module, il est possible de détecter la présence du gaz et d'alerter sur la présence d'un point chaud.In a non-limiting manner, the heat-sensitive composition 5 may for example comprise baking soda (NaHCO 3 ). Baking soda begins to degrade from 120°C into sodium hydroxide (NaOH) and carbon dioxide (CO 2 ). Thus, thanks to a CO 2 sensor C housed in the module casing, it is possible to detect the presence of gas and to alert on the presence of a hot spot.
Bien entendu, il est possible d'employer d'autres composés que le bicarbonate de soude. De manière non limitative, la composition thermosensible 5 employée peut être réalisée à base de l'une des charges suivantes :Of course, it is possible to use compounds other than sodium bicarbonate. In a non-limiting manner, the heat-sensitive composition 5 used can be produced based on one of the following fillers:
- AazodicarbonamideAzodicarbonamide
- HydrazineHydrazine
- SoufreSulfur
- Titanium hydridetitanium hydride
- Zirconium(II) hydrideZirconium(II) hydride
- PolyvinylpyrrolidonePolyvinylpyrrolidone
Selon la charge employée dans la composition thermosensible 5, le gaz dégagé lors de la dégradation pourra être différent et le capteur de gaz employé devra être adapté pour détecter la présence de ce gaz.Depending on the filler used in the heat-sensitive composition 5, the gas released during degradation may be different and the gas sensor used must be adapted to detect the presence of this gas.
A titre d'exemple, avec un dépôt homogène de 1mg/cm² de bicarbonate de soude, un point chaud de 1cm² produirait 2.4E-5 mol de CO2 ce qui représente dans un volume de 1 litre environ, une quantité de 600ppm de CO2, soit une quantité supérieure à celle du CO2dans l’air (400ppm). On comprend qu'il est donc relativement facile de détecter cette variation et ainsi de proposer une action visant à sécuriser le module, par exemple en coupant la demande de courant ou le chargeur du module en cas de détection d'une quantité anormale de CO2.For example, with a homogeneous deposit of 1mg/cm² of sodium bicarbonate, a hot spot of 1cm² would produce 2.4E-5 mol of CO2 which represents in a volume of approximately 1 liter, a quantity of 600ppm of CO 2 , a quantity greater than that of CO 2 in the air (400ppm). It is understood that it is therefore relatively easy to detect this variation and thus to propose an action aimed at securing the module, for example by cutting off the current demand or the charger of the module in the event of detection of an abnormal quantity of CO 2 .
Des essais sur un vernis formulé à partir de carbonate de sodium sont présentés dans le graphique de la
Comme indiqué ci-dessus, les moyens de détection peuvent être paramétrés pour détecter un dépassement de seuil de la concentration et/ou de la variation de la concentration (mesure de la pente de la courbe de variation de la concentration du gaz). Pour le CO2, le seuil de concentration peut être fixé par exemple à environ 450ppm et le seuil de variation peut être fixé à 10ppm.As indicated above, the detection means can be configured to detect a threshold overrun of the concentration and/or of the variation of the concentration (measurement of the slope of the curve of variation of the concentration of the gas). For CO2, the concentration threshold can be set for example at around 450ppm and the variation threshold can be set at 10ppm.
De manière avantageuse, afin d’éviter les risques lors de l’application du vernis, des solvants stables au potentiel du module peuvent être employés. A titre d'exemple, on peut citer le xylène, le méthoxy-propanol ou le ethylbenzène.Advantageously, in order to avoid risks during the application of the varnish, solvents stable at the potential of the module can be used. By way of example, mention may be made of xylene, methoxy-propanol or ethylbenzene.
Comme indiqué précédemment, la composition thermosensible 5 peut également se présenter sous la forme de capsules enfermant par exemple un solvant volatil et se dégradant à une température donnée.As indicated above, the heat-sensitive composition 5 can also be in the form of capsules enclosing, for example, a volatile solvent and degrading at a given temperature.
Exemple :Example :
Un exemple de formulation en masse d'un vernis applicable sous forme de spray est le suivant :An example of mass formulation of a varnish applicable in the form of a spray is as follows:
- Oxyde de diméthyle : 20%Dimethyl ether: 20%
- Carbonate de sodium : 20%Sodium carbonate: 20%
- Xylène : 30%Xylene: 30%
- Cyclohexane : 30%Cyclohexane: 30%
Le protocole de fabrication est par exemple le suivant :The manufacturing protocol is for example the following:
- Dissoudre l’oxyde de diméthyle dans les solvants (Xylène et Cyclohexane) à l'aide d'un "disperseur" (par exemple 20 min à 1000tr/min).Dissolve the dimethyl ether in the solvents (Xylene and Cyclohexane) using a "disperser" (for example 20 min at 1000 rpm).
- Ajouter le carbonate de sodium et disperser 15 min à 2000 tr/min.Add the sodium carbonate and disperse for 15 min at 2000 rpm.
Le vernis ainsi formulé pourra aussi être utilisé comme isolant électrique.The varnish thus formulated can also be used as an electrical insulator.
Si l'on souhaite traiter des moyens de connexion électrique (par exemple de type barres de bus) ou les cellules avant l’assemblage du module, il est possible d’utiliser de l’eau comme solvant avec des liants plus standards, de type polyuréthane, acrylique ou styrène butadiène. Dans ces compositions, les formulations les ratios secs seront alors de :If it is desired to treat the means of electrical connection (for example of the bus bar type) or the cells before assembly of the module, it is possible to use water as a solvent with more standard binders, of the type polyurethane, acrylic or styrene butadiene. In these compositions, the formulations the dry ratios will then be:
- 60% de carbonate de sodium60% sodium carbonate
- 40% de liant40% binder
L’extrait sec de ces formulations sera ajusté en fonction du dispositif d’application et pourra varier entre 15 et 35%.The dry extract of these formulations will be adjusted according to the application device and may vary between 15 and 35%.
Lorsque la composition thermosensible 5 se présente sous la forme d'un film, on peut utiliser un solvant aqueux.When the heat-sensitive composition 5 is in the form of a film, an aqueous solvent can be used.
Bien entendu, selon la forme de la composition thermosensible envisagée, l'application visée, l'environnement du module, différentes formulations pourront être envisagées.Of course, depending on the form of the heat-sensitive composition envisaged, the intended application, the environment of the module, different formulations could be envisaged.
L'invention présente ainsi de nombreux avantages, parmi lesquels :The invention thus has many advantages, including:
- Une solution facile à mettre en œuvre pour détecter la présence d'un point chaud au sein d'un module ;An easy-to-implement solution for detecting the presence of a hot spot within a module;
- Une solution particulièrement fiable. La détection de présence de gaz présente notamment un niveau de fiabilité intéressant.A particularly reliable solution. The detection of the presence of gas in particular has an interesting level of reliability.
- Une solution à coût réduit grâce à l'emploi de composés et d'un capteur standards.A low cost solution thanks to the use of standard compounds and a sensor.
Claims (14)
- Une composition thermosensible (5) comprenant une ou plusieurs charges sensibles à la température et configurés pour se dégrader à une température inférieure à une température seuil, ladite composition étant disposée sur au moins une partie du module électrochimique,
- Des moyens de détection configurés pour détecter une dégradation de ladite composition thermosensible suite à une augmentation de température au-delà de ladite température seuil.
- A heat-sensitive composition (5) comprising one or more temperature-sensitive fillers configured to degrade at a temperature below a threshold temperature, said composition being placed on at least part of the electrochemical module,
- Detection means configured to detect degradation of said heat-sensitive composition following a temperature increase beyond said threshold temperature.
- Bicarbonate de soude,
- Aazodicarbonamide,
- Hydrazine,
- Soufre,
- Titanium hydride,
- Zirconium(II) hydride,
- Polyvinylpyrrolidone.
- Baking soda,
- Azodicarbonamide,
- Hydrazine,
- Sulfur,
- titanium hydride,
- Zirconium(II) hydride,
- Polyvinylpyrrolidone.
- Mesure d'un paramètre à l'aide des moyens de détection au cours du temps,
- Comparaison des données mesurées par lesdits moyens de détection avec une première valeur seuil et/ou de la variation des données mesurées avec une deuxième valeur seuil,
- Génération d'un signal d'alerte (S1) par les moyens de détection en cas de dépassement de la première valeur seuil et/ou de dépassement de la deuxième valeur seuil.
- Measurement of a parameter using detection means over time,
- Comparison of the data measured by said detection means with a first threshold value and/or of the variation of the data measured with a second threshold value,
- Generation of an alert signal (S1) by the detection means in the event of the first threshold value being exceeded and/or the second threshold value being exceeded.
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Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8323825B2 (en) | 2007-11-01 | 2012-12-04 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Cap assembly and secondary battery using the same |
JP2014053308A (en) * | 2012-09-07 | 2014-03-20 | Robert Bosch Gmbh | Energy storge unit, method of manufacturing the same and method of using detection means |
US20190020077A1 (en) * | 2017-07-17 | 2019-01-17 | International Business Machines Corporation | Battery thermal run-away and combustion prevention system |
EP3621142A1 (en) * | 2017-12-18 | 2020-03-11 | Tsinghua University | Power battery pack safety prevention and control system for electric vehicle and control method |
EP3633754A1 (en) * | 2018-10-05 | 2020-04-08 | Samsung SDI Co., Ltd. | Battery system for a vehicle and method for detecting an overheat situation of the battery system |
-
2020
- 2020-10-29 FR FR2011112A patent/FR3115933A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8323825B2 (en) | 2007-11-01 | 2012-12-04 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Cap assembly and secondary battery using the same |
JP2014053308A (en) * | 2012-09-07 | 2014-03-20 | Robert Bosch Gmbh | Energy storge unit, method of manufacturing the same and method of using detection means |
US20190020077A1 (en) * | 2017-07-17 | 2019-01-17 | International Business Machines Corporation | Battery thermal run-away and combustion prevention system |
EP3621142A1 (en) * | 2017-12-18 | 2020-03-11 | Tsinghua University | Power battery pack safety prevention and control system for electric vehicle and control method |
EP3633754A1 (en) * | 2018-10-05 | 2020-04-08 | Samsung SDI Co., Ltd. | Battery system for a vehicle and method for detecting an overheat situation of the battery system |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ELECTROCHEMICAL, POST-MORTEM, AND ARC ANALYSIS OF LI-ION CELL SAFETY IN SECOND-LIFE APPLICATIONS |
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