FR3116669A1 - Dispositif d’alimentation électrique sécurisé et appareil associé - Google Patents

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Abstract

Dispositif d’alimentation électrique sécurisé et appareil associé L’invention concerne un dispositif (1) d'alimentation électrique comprenant un support (11) coopérant avec une unité de stockage (10) au moins dans une première position, dans laquelle l’unité de stockage (10) est solidaire et raccordée électriquement au support (11). Le support (11) délimite un logement (1120) de l'unité de stockage (10) et un espace d'évacuation (113). Le dispositif (1) comprend un système d'aération (13) présentant une position ouverte de circulation d'air entre un évent (100) de l’unité de stockage (10) et l'espace d'évacuation (113) et une position fermée de moindre circulation d'air. Le dispositif (1) comprend en outre un actionneur (120) configuré pour passer le système d'aération (13) de la position fermée à la position ouverte lorsqu’une température dans le logement (1120) dépasse une température seuil prédéterminée. Ainsi, le dispositif (1) permet une évacuation des gaz susceptibles d’être émis par l’unité de stockage (10). Figure pour l’abrégé : Fig. 2

Description

Dispositif d’alimentation électrique sécurisé et appareil associé
La présente invention concerne le domaine des dispositifs d’alimentation électrique destiné à comprendre au moins une unité de stockage d’énergie électrique, telle qu’une batterie. Elle trouve pour application particulièrement avantageuse le domaine de la fourniture d’énergie électrique pour des appareils alimentés par des batteries lithium-ion.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Une multitude d’appareils est alimentée électriquement par des dispositifs d’alimentation électrique comprenant des unités de stockage d’énergie électrique, telles que des batteries, et notamment des batteries lithium-ion. Lors de la vie d’un appareil, des défauts de fonctionnement des unités de stockage peuvent survenir. Une unité de stockage peut plus particulièrement subir une surchauffe, voire un emballement thermique, durant lesquels la température de l’unité s’élève anormalement. Un risque est alors de propager le défaut de fonctionnement dans le dispositif d’alimentation électrique, par exemple de l’unité de stockage à d’autres unités, voire au reste de l’appareil.
Afin de limiter cela, il existe des dispositifs d’alimentation électrique visant à isoler l’unité de stockage lors d’un défaut de fonctionnement. Il est notamment connu de l’état de la technique, des dispositifs fusibles dans lequel chaque unité de stockage est reliée à un jeu de barres par un fil fusible. Lorsqu’un fil fusible dépasse une température seuil prédéterminée, le fil fusible fond et déconnecte électriquement l’unité de stockage correspondante du jeu de barres.
Par ailleurs, différents systèmes de commutation électrique permettent d’isoler électriquement une unité de stockage défectueuse, par le biais d’actionneurs électroniques ou électromagnétiques. Il est notamment connu de l’état de la technique des dispositifs d’alimentation électrique dans lesquels un actionneur électromagnétique présente une configuration de connexion électrique de l’unité de stockage et une configuration de déconnexion électrique de l’unité de stockage. Le passage de la configuration de connexion à la configuration de déconnexion de l’actionneur peut être activé par la température, par exemple lors d’une surchauffe de l’unité de stockage.
Ces dispositifs restent en pratique limités pour limiter la propagation d’un défaut de fonctionnement.
Un objet de la présente invention est donc de proposer un dispositif d’alimentation électrique permettant de mieux limiter, par rapport aux solutions existantes, la propagation d’un défaut de fonctionnement d’une unité de stockage, et notamment lors d’un emballement thermique.
Les autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à l'examen de la description suivante et des dessins d'accompagnement. Il est entendu que d'autres avantages peuvent être incorporés.
RESUME
Pour atteindre cet objectif, selon un premier aspect on prévoit un dispositif d'alimentation en électricité comprenant un support apte à coopérer avec au moins une unité de stockage au moins dans une première position, dans laquelle l’au moins une unité de stockage est solidaire et raccordée électriquement au support, l’unité de stockage comprenant un évent.
Avantageusement, le support délimite un logement de l'au moins une unité de stockage, configuré de façon à loger l’au moins une unité de stockage au moins dans la première position, et un espace d'évacuation distinct du logement.
Le dispositif comprend en outre un système d'aération comprenant au moins au moins une position ouverte de circulation d'air entre l’évent de l’unité de stockage et l'espace d'évacuation et une position fermée de moindre circulation d'air entre l’évent de l’unité de stockage et l'espace d'évacuation.
Le dispositif comprend en outre un actionneur configuré pour opérer un passage du système d'aération de la position fermée à l’au moins une position ouverte lorsqu’une température dans le logement dépasse une température seuil prédéterminée.
Un vecteur important de la propagation d’un défaut de fonctionnement d’une unité de stockage est la diffusion des gaz susceptibles d’être émis par l’unité de stockage en défaut. Ces gaz forment un flux de haute température et sont généralement de nature corrosive, et donc peuvent dégrader encore l’unité de stockage en défaut. En outre, ces gaz peuvent dégrader d’autres composants du dispositif d’alimentation, par exemple d’autres unités de stockage, et/ou se propager au reste d’un appareil équipé du dispositif.
Lors d’un échauffement d’une unité de stockage, le système d’aération permet une évacuation des gaz susceptibles d’être émis par l’unité de stockage, depuis l’évent de dégazage de l’unité de stockage vers un espace d’évacuation. Ce vecteur de propagation du défaut est ainsi limité.
Le dispositif permet donc de limiter la propagation du défaut dans le dispositif. Le dispositif permet en outre de limiter une possible aggravation du défaut de fonctionnement, susceptible de se propager encore plus facilement dans le dispositif, voire au reste de l’appareil.
Un autre aspect concerne un appareil comprenant au moins un dispositif d’alimentation électrique selon le premier aspect.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
Les buts, objets, ainsi que les caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront mieux de la description détaillée d’un mode de réalisation de cette dernière qui est illustré par les dessins d’accompagnement suivants dans lesquels :
La représente une vue en perspective du dispositif d’alimentation selon un exemple de réalisation de l’invention.
La représente une vue en coupe longitudinale du dispositif d’alimentation illustré en , dans la position fermée du système d’aération.
La représente une vue en coupe longitudinale du dispositif d’alimentation illustré en , dans une position ouverte du système d’aération.
La représente une vue en coupe longitudinale du dispositif d’alimentation illustré en , dans une position ouverte distincte de celle illustrée en .
La représente une vue en coupe longitudinale du dispositif d’alimentation selon l’exemple illustré en , une fois l’actionneur revenu à une température inférieure à la valeur seuil.
La représente une vue de côté du dispositif d’alimentation selon un autre exemple de réalisation de l’invention.
La représente une vue en perspective du dispositif d’alimentation selon un exemple dans lequel le support comprend un circuit imprimé.
La représente une vue en coupe longitudinale du dispositif d’alimentation selon un autre exemple de réalisation de l’invention.
La représente une vue en perspective de l’unité de stockage et du système de connexion selon un exemple de réalisation de l’invention, l’actionneur étant dans une configuration rétractée.
La représente une vue en coupe longitudinale de l’unité de stockage et du système de connexion illustré en .
La représente une vue en coupe longitudinale de l’unité de stockage et du système de connexion selon un exemple de réalisation de l’invention, l’actionneur étant dans une configuration déployée.
La représente une vue en coupe longitudinale de l’unité de stockage et du système de connexion selon un exemple de réalisation de l’invention, l’actionneur étant dans une configuration plus déployée qu’en .
Les dessins sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l’invention. Ils constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l’invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. En particulier, les dimensions relatives de l’appareil et du dispositif d’alimentation ne sont pas représentatives de la réalité.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE
Avant d’entamer une revue détaillée de modes de réalisation de l’invention, sont énoncées ci-après des caractéristiques optionnelles qui peuvent éventuellement être utilisées en association ou alternativement :
  • dans la position fermée du système d’aération, le système d’aération est configuré pour limiter, et de préférence empêcher, une circulation d’air entre le logement et l’espace d’évacuation. Ainsi, si l’espace d’évacuation a été pollué par les gaz émis par une unité défectueuse associée à un autre système d’aération, le dispositif évite la propagation des gaz dans le logement. Les unités de stockage non en défaut sont ainsi protégées par leur système d’aération. Selon un exemple, la position fermée du système d’aération est une position d’absence de circulation d’air entre le logement et l’espace d’évacuation,
  • dans l’au moins une position ouverte du système d’aération, le système d’aération est configuré pour limiter, et de préférence empêcher, une circulation d’air entre le logement et l’espace d’évacuation. Ainsi, lorsqu’une unité de stockage est en défaut, le dispositif limite la propagation dans le logement, des gaz émis. Lorsque le logement est configuré pour comprendre une pluralité d’unités de stockage, le risque de propagation du défaut aux unités de stockage non en défaut dans le logement est ainsi encore minimisé. Selon un exemple, la position ouverte du système d’aération est une position d’absence de circulation d’air entre le logement et l’espace d’évacuation,
  • dans au moins l’une de ses positions ouvertes et fermée, le système d’aération peut être configuré de sorte qu’une circulation d’air est moindre entre le logement et l’espace d’évacuation par rapport à la circulation d’air entre l’évent de l’unité de stockage et l’espace d’évacuation dans la position ouverte du système d’aération,
  • l’actionneur est configuré pour induire un passage du système d’aération de la position fermée à l’au moins une position ouverte, en induisant un déplacement relatif du système d’aération et du support,
  • le déplacement relatif du système d’aération et du support est un mouvement de translation,
  • le support est configuré pour guider le passage du système d’aération entre la position fermée et l’au moins une position ouverte, par exemple en translation,
  • le système d’aération comprend au moins un évent,
  • le support est configuré de façon à recouvrir au moins partiellement l’au moins un évent du système d’aération lorsque le système d’aération est dans la position fermée, et de façon à augmenter la surface libre de l’au moins un évent, et de préférence à laisser libre l’au moins un évent lorsque le système d’aération est dans l’au moins une position ouverte,
  • la température dans le logement est choisie parmi la température d’au moins une partie de l’actionneur, la température de l’au moins une unité de stockage, ou la température de l’atmosphère dans le logement,
  • l’actionneur est thermosensible et est configuré de sorte que, lorsque la température d’au moins une partie de l’actionneur est supérieure à la température seuil prédéterminée, l’actionneur est configuré pour induire le passage du système d’aération de la position fermée à l’au moins une position ouverte,
  • l’actionneur présente une configuration rétractée et une configuration déployée, de sorte que, lorsque la température dans le logement dépasse la température seuil prédéterminée, l’actionneur passe de l’une parmi la configuration rétractée ou la configuration déployée, à l’autre parmi la configuration rétractée ou la configuration déployée, induisant le passage du système d’aération de la position fermée à l’au moins une position ouverte,
  • le dispositif comprend en outre au moins une unité de stockage,
  • la température seuil prédéterminée est comprise entre une température de surchauffe et une température d’emballement thermique de l’au moins une unité de stockage,
  • l’actionneur est configuré pour induire un déplacement relatif de l’au moins une unité de stockage par rapport au support, d’une première position à une deuxième position, ledit déplacement relatif induisant un entraînement du système d'aération de la position fermée à l’au moins une position ouverte,
  • dans la première position, l’au moins une unité de stockage est solidaire et raccordée électriquement au support,
  • dans la deuxième position, l’au moins une unité de stockage est dans un état de moindre connexion thermique avec le support, et/ou dans un état dans lequel l’au moins une unité de stockage n’est pas raccordée électriquement au support,
  • le système d’aération est monté sur l’au moins une unité de stockage,
  • le système d’aération comprend un module anti-retour configuré pour empêcher le passage du système d’aération de l’au moins une position ouverte à la position fermée,
  • le support comprend un circuit imprimé.
Dans la suite de la description, le terme « sur » ne signifie pas nécessairement « directement sur ». Ainsi, lorsque l’on indique qu’une pièce ou qu’un organe A est en appui « sur » une pièce ou un organe B, cela ne signifie pas que les pièces ou organes A et B soient nécessairement en contact direct avec l’autre. Ces pièces ou organes A et B peuvent être soit en contact direct soit être en appui l’une sur l’autre par l’intermédiaire d’une ou plusieurs autres pièces. Il en est de même pour d’autres expressions telle que par exemple l’expression « A agit sur B » qui peut signifier « A agit directement sur B » ou « A agit sur B par l’intermédiaire d’une ou plusieurs autres pièces». L’expression « A est raccordée électriquement avec B » peut signifier que A est directement raccordée sur B ou bien indirectement par le biais d’un autre élément, par exemple via un fusible ou un interrupteur.
Le terme mobile correspond à un mouvement de rotation ou à un mouvement de translation ou encore à une combinaison de mouvements, par exemple la combinaison d’une rotation et d’une translation.
Le terme « solidaire » utilisé pour qualifier la liaison entre deux pièces signifie que les deux pièces sont liées/fixées l’une par rapport à l’autre, selon au moins un degré de liberté. Par exemple, s’il est indiqué que deux pièces sont solidaires en translation selon une direction Y, cela signifie que les pièces peuvent être mobiles l’une par rapport à l’autre, possiblement selon plusieurs degrés de liberté, à l’exclusion de la liberté en translation selon la direction Y. Autrement dit, si on déplace une pièce selon la direction Y, l’autre pièce effectue le même déplacement.
On entend par un actionneur ou un élément « thermosensible », un actionneur ou un élément dont les propriétés peuvent être modifiées sensiblement autour d’une température seuil. Plus particulièrement, la forme de l’actionneur ou de l’élément peut être modifiée autour de la température seuil.
On entend par un élément « à base » d’un matériau A, un élément comprenant ce matériau A uniquement ou ce matériau A et éventuellement d’autres matériaux. Par exemple, l’élément comprend un matériau A et une enveloppe configurée pour contenir l’élément A, l’enveloppe pouvant être formée d’au moins un matériau distinct du matériau A.
On entend par un paramètre « sensiblement égal/supérieur/inférieur à » une valeur donnée, que ce paramètre est égal/supérieur/inférieur à la valeur donnée, à plus ou moins 10 % près, voire à plus ou moins 5 % près, de cette valeur.
Dans la description détaillée qui suit, il pourra être fait usage de termes tels que « longitudinal », « transversal », « avant », « arrière », « intérieur », « extérieur ». Ces termes doivent être interprétés de façon relative en relation avec la position relative des composants du dispositif d’alimentation. La direction « longitudinale » peut notamment correspondre à la direction principale du déplacement relatif de l’unité de stockage par rapport au support. La direction « longitudinale » peut en outre correspondre à la direction d’extension principale de l’unité de stockage.
«Interne » désigne les éléments ou les faces tournées vers l’intérieur du dispositif, et «externe » désigne les éléments ou les faces tournées vers l’extérieur du dispositif. Selon un exemple, l’unité de stockage présentant un axe central A, « interne » désigne les éléments ou les faces tournées vers cet axe, et «externe » désigne les éléments ou les faces tournées à l’opposé de cet axe central.
On utilisera également un repère dont la direction longitudinale ou avant/arrière correspond à l’axe x, la direction transversale correspond à l’axe y.
Le dispositif 1 d’alimentation électrique, et l’appareil 2 le comprenant, sont maintenant décrits en référence à un exemple illustré par les figures 1A à 2B. L’appareil 2, illustré schématiquement en , peut être issu de tout domaine d’application, tel que des appareils mobiles ou stationnaires, des appareils pour des applications de transport. Plus particulièrement, l’appareil 2 peut être configuré pour être alimenté électriquement par batterie lithium-ion.
Le dispositif 1 d’alimentation électrique est configuré pour coopérer avec au moins une unité de stockage pour permettre l’alimentation en électricité de l’appareil 2. Les unités de stockage 10 d’énergie électrique forment des briques élémentaires de stockage électrique, aussi appelées accumulateurs ou cellules. Ces unités peuvent être connectées en parallèle et ou en série pour constituer un ensemble d’alimentation, communément appelé module de batterie. Un ensemble de modules raccordés en série ou en parallèle constitue généralement un pack-batterie, de tension et capacité plus importante.
La cinématique de fonctionnement du dispositif 1 est tout d’abord décrite en référence aux figures 1A à 3. Le dispositif 1 comprend un support 11 configuré pour recevoir une, voire plusieurs unité(s) de stockage 10. Le dispositif 1 peut comprendre cette ou ces unité(s) 10. Le support 11 est apte coopérer avec l’unité de stockage 10 au moins dans une première position relativement l’un à l’autre. Dans cette première position, illustrée par exemple en figures 1A et 1B, l’unité de stockage 10 est solidaire et raccordée électriquement au support 11. L’unité de stockage 10 peut notamment être solidaire du support 11 selon tous ses degrés de liberté.
Le support 11 délimite un logement 1120 d’une, voire plusieurs unité(s) de stockage 10. Plus particulièrement, le support 11 est configuré de façon à loger la ou les unité(s) de stockage 10 au moins dans la première position. Dans la suite de la description, sauf mention du contraire, on considère à titre non-imitatif que le logement est configuré pour accueillir deux unités de stockage 10, 10’. Le support délimite en outre un espace d’évacuation 113 distinct du logement 1120. Pour former cette délimitation, le support 11 forme une paroi physique délimitant le logement 1120 et le support 113, et crée un obstacle au passage d’air.
Les unités de stockage 10 comprennent généralement au moins un évent 100 de dégazage, configuré pour évacuer de l’unité de stockage 10 les gaz générés lors d’un défaut de fonctionnement. Comme illustré en , l’évent 100 peut être disposé à une extrémité de l’unité de stockage 10, par exemple au voisinage d’un pôle de l’unité de stockage 10, et plus particulièrement au niveau du pôle positif. Un évent 100 de dégazage est généralement formé d’un système à membrane et/ou à valve, et d’ouvertures disposées sur l’enveloppe externe de l’unité de stockage 10, la membrane et/ou la valve étant configurée pour maintenir une étanchéité entre l’intérieur de l’unité de stockage 10 et le milieu environnant. En cas de défaut de fonctionnement, les gaz générés par l’unité de stockage 10 induisent une augmentation de la pression interne de l’unité de stockage 10, et la rupture de la membrane et/ou l’ouverture de la valve. Les gaz sont alors évacués par les ouvertures.
Le dispositif 1 est configuré pour coopérer avec l’unité de stockage 10 de façon à évacuer du logement 1120 les gaz évacués par l’évent 100 de l’unité de stockage 10. La cinématique de fonctionnement du dispositif 1 est maintenant décrite. Le dispositif 1 comprend un système d’aération 13. Comme illustré dans les figures 1A et 1B, le système d’aération 13 présente une position fermée, dans laquelle il y a peu et de préférence pas de circulation d'air entre l’évent 100 de l’unité de stockage et l'espace d'évacuation 113, et de préférence entre le logement 1120 et l’espace d’évacuation 113. Ceci permet de limiter les contacts d’une unité de stockage saine avec de gaz nocifs éventuellement présents dans l’espace d’évacuation 113. De préférence, lorsque le système est dans la position fermée, l’unité de stockage 10 est dans la première position relativement au support 11.
Cette faible circulation, le terme faible s’entendant par rapport à la circulation d’air dans la position ouverte du système d’aération 13, et de préférence cette absence de circulation d’air entre l’évent 100 de l’unité de stockage 10 et l’espace d’évacuation 113, s’entend à l’endroit où se situe le système d’évacuation 13. Ceci n’exclut pas un passage d’air entre l’évent 100 et l’espace d’évacuation 113 à un autre endroit, par exemple par le biais du logement 1120. Par exemple, le support 11 peut former un obstacle au passage d’air entre l’évent 100 de l’unité de stockage 10 et d’espace d’évacuation 113, à l’endroit où se situe le système d’évacuation 13, et comprendre, à un endroit distinct, un passage d’air par le logement 1120 entre l’évent 100 de l’unité de stockage et l’espace d’évacuation 113. Notons que la délimitation entre l’évent 100 de l’unité de stockage 10 et l’espace d’évacuation 113, formée par le support 11, n’est pas forcément étanche ni même fermée. Selon un exemple, la délimitation formée par le support 11 entre l’évent 100 de l’unité de stockage 10 et d’espace d’évacuation 113 est étanche à l’air et/ou aux gaz susceptibles d’être émis, au moins à l’endroit où se situe le système d’évacuation 13.
De préférence, lorsque le système d’aération 13 est dans au moins l’une parmi sa position fermée et sa position ouverte, il y a peu et de préférence pas de circulation d'air entre le logement 1120 et l'espace d'évacuation 113. Cette faible circulation, le terme faible s’entendant par rapport à la circulation d’air dans la position ouverte du système d’aération 13, voire cette absence de circulation d’air entre le logement 1120 et l’espace d’évacuation 113 s’entend à l’endroit où se situe le système d’évacuation 13. Ceci n’exclut pas un passage d’air entre le logement 1120 et d’espace d’évacuation 113 à un autre endroit. Par exemple, le support 11 peut former un obstacle au passage d’air entre le logement 1120 et d’espace d’évacuation 113, à l’endroit où se situe le système d’évacuation 13, et comprendre, à un endroit distinct, un passage d’air entre le logement 1120 et d’espace d’évacuation 113. Notons que la délimitation entre le logement 1120 et l’espace d’évacuation 113, formée par le support 11, n’est pas forcément étanche ni même fermée. Selon un exemple, la délimitation formée par le support 11 entre le logement 1120 et d’espace d’évacuation 113 est étanche à l’air et/ou aux gaz susceptibles d’être émis, au moins à l’endroit où se situe le système d’évacuation 13.
Lors d’un défaut de fonctionnement, une unité de stockage 10 peut surchauffer au-delà de sa température normale de fonctionnement, voire s’emballer thermiquement. Des gaz sont alors susceptibles d’être émis par l’unité de stockage 10, et plus particulièrement via son évent 100 de dégazage de l’unité. Ces gaz forment alors un flux gazeux très chaud, éventuellement accompagné de flammes et de débris, susceptible d’entrainer un échauffement des unités de stockage 10 environnantes. Typiquement, on estime que 70% de l’énergie thermique d’un emballement est dégagée sont forme de gaz. Ces gaz étant typiquement de nature corrosive, ils peuvent en outre s’attaquer à l’unité de stockage 10 et aux autres composants du dispositif 1. Notamment, ces gaz peuvent détériorer les parties électriquement conductrices du dispositif 1 et de l’unité de stockage 10. Ces gaz peuvent par conséquent aggraver le défaut et/ou le propager dans le dispositif 1, voire au reste de l’appareil 2.
Dans les figures et dans la suite de la description, on considère à titre non limitatif que l’unité de stockage 10 est en défaut, et que l’unité 10’ ne l’est pas. Le dispositif 1 est configuré pour passer le système d’aération 13 de la position fermée à au moins une position ouverte lors d’un défaut de fonctionnement, et notamment lorsqu’une température dans le logement 1120 dépasse une température seuil prédéterminée.
Pour cela, le dispositif 1 comprend un actionneur 120 configuré pour opérer un passage du système d'aération 13 de la position fermée à au moins une position ouverte, lorsque la température dans le logement 1120 dépasse la température seuil. La température dans le logement peut plus particulièrement être choisie parmi la température d’au moins une partie de l’actionneur 120, la température de l’unité de stockage 10, ou la température de l’atmosphère dans le logement 1120. Comme décrit plus en détail dans la suite, le système d’aération 13 peut présenter une pluralité de positions ouvertes, par exemples illustrées dans les figures 2 et 3. Dans la suite, on désigne cette pluralité de positions ouvertes comme « la position ouverte ».
Comme illustré dans les figures 2 et 3, dans la position ouverte du système d’aération 13, il y a une circulation d’air entre l’évent 100 de l’unité de stockage 10 et l'espace d'évacuation 113. Cette circulation est supérieure à la circulation d’air entre l’évent 100 de l’unité de stockage 10 et l’espace d’évacuation 113 dans la position fermée. Ainsi, les gaz susceptibles d’être émis par l’unité de stockage 10 peuvent se diffuser en dehors du logement 1120, dans l’espace d’évacuation 113, ce qui limite le risque d’aggraver le défaut de fonctionnements et/ou de le propager dans le dispositif 1, voire au reste de l’appareil 2. Par exemple, la propagation des gaz à l’unité de stockage 10’ est limitée.
Dans la position ouverte, l’évent 100 de dégazage d’une unité de stockage 10 et le logement 1120 peuvent présenter un passage de gaz réduit par rapport au passage de gaz entre l’évent 100 de l’unité de stockage et l’espace d’évacuation 113. De préférence, l’évent 100 de l’unité de stockage 10 et le logement 1120 ne sont pas en communication fluidique, au moins lorsque le système d’aération 13 est dans sa position ouverte. Les gaz générés par l’unité de stockage 10 sont ainsi préférentiellement évacués dans l’espace d’évacuation 113, et ils ne peuvent pas pénétrer dans le logement 1120. Le risque de propagation du défaut de fonctionnement à d’autres unités de stockage 10 est ainsi encore diminué.
Selon un exemple, le dispositif peut comprendre un capteur de la température dans le logement 1120. Le capteur peut être configuré pour mesurer une température parmi la température d’au moins une partie de l’actionneur 120, la température de l’une unité de stockage 10, ou la température de l’atmosphère dans le logement 1120. Lorsque la température mesurée par le capteur est supérieur à la température seuil, l’actionneur 120 peut être configuré pour opérer le passage de la position fermé à la position ouverte du système d’aération 13.
Selon un exemple alternatif, l’actionneur 120 peut être thermosensible, et être configuré de sorte que ses propriétés sont modifiables autour de la température seuil prédéterminée. Lors du défaut de fonctionnement, la température de l’unité de stockage 10 peut s’élever au-dessus de la température seuil. L’actionneur 120 peut être relié thermiquement à l’unité de stockage 10, par contact direct ou via l’environnement entre l’actionneur 120 et l’unité de stockage 10. Par conduction thermique, la température de l’actionneur 120 peut à son tour s’élever au-dessus de la température seuil, et actionner le passage de la position fermée à la position ouverte. Plus particulièrement, les propriétés de l’actionneur 120 peuvent être modifiées de façon passive, sans intervention d’un utilisateur ou d’un élément extérieur. La fiabilité de l’actionnement est ainsi améliorée, par rapport à une solution mettant en œuvre un capteur.
Le passage du système d’aération 13 de la position fermée à la position ouverte peut être fait par le déplacement du système d’aération 13 et/ou du support 11. Ce déplacement peut notamment être un déplacement relatif du système d’aération 13 par rapport au support 13, par exemple actionné par l’actionneur 120. La position ouverte et la position fermée peuvent être désignées relativement à la position relative du système d’aération 13 par rapport au support 11. Selon un exemple, c’est le système d’aération 13 qui est mobile entre la position fermée et la position ouverte.
Par ailleurs, le dispositif 1 peut en outre comprendre un système de connexion 12 de l’unité de stockage 10 au support 11. Le système de connexion 12 peut être configuré pour déconnecter électriquement et/ou au moins partiellement thermiquement l’unité de stockage 10 du support 11 lors du défaut de fonctionnement.
Lorsque la température dans le logement 1120, et plus particulièrement la température de l’unité de stockage 10, est inférieure à la température seuil, l’unité de stockage 10 et le support 11 sont dans la première position. Dans la première position, le défaut de fonctionnements peut se propager par des vecteurs de propagation additionnels aux gaz susceptibles d’être émis. Par exemple, ces vecteurs sont :
  • la conduction thermique par les conducteurs électriques du dispositif 1,
  • la conduction thermique par les pièces structurelles du dispositif 1, par exemple son support 11,
  • une propagation électrique, par exemple un défaut de court-circuit interne d’une unité de stockage peut se transformer en défaut de court-circuit externe pour les unités du même étage
  • les projections de composés chimiques; le rayonnement et les départs de feu issus de l’unité de stockage en défaut.
Le système de connexion 12 peut donc être configuré pour induire un déplacement relatif de l’unité de stockage 10 par rapport au support 11, de la première position à une deuxième position.
À titre d’exemple, la deuxième position est illustrée en figures 2 et 3. Dans la deuxième position, l’unité de stockage 10 peut être dans un état de moindre connexion thermique avec le support 11. Ainsi, la propagation de l’échauffement de l’unité de stockage 10 au support 11 est réduite par rapport à la première position. La conduction thermique de cet échauffement par le support 11 au reste du dispositif 1, par exemple à d’autres unités de stockage 10, ou à l’appareil 2 est ainsi réduite. Dans l’état de moindre connexion thermique, la surface de contact entre l’unité de stockage 10 et le support 11 peut être réduite, voire nulle. Cette surface de contact peut être un contact direct entre l’unité de stockage 10 et le support 11, ou par l’intermédiaire d’autres pièces.
En alternative ou en complément, l’unité de stockage 10 n’est pas raccordée électriquement au support 11 dans la deuxième position. Ainsi, le fonctionnement de l’unité de stockage 10 peut être interrompu en cas de surchauffe. Le risque de propagation du défaut de fonctionnement par court-circuit est ainsi évité.
En addition à l’évacuation des gaz, la propagation d’un défaut est ainsi encore limitée. De préférence, dans la deuxième position, l’unité de stockage 10 est déconnectée électriquement du support 11 et est dans un état de moindre connexion thermique avec le support 11. De façon synergique entre ces deux caractéristiques et le système d’aération 13, les principaux vecteurs de propagation du défaut de fonctionnement sont alors coupés. La sécurisation du dispositif 1 d’alimentation est ainsi maximisée.
Afin d’induire déplacement relatif de l’unité de stockage 10 par rapport au support 11, de la première position à une deuxième position, le système de connexion peut comprendre un actionneur 120 tel que décrit précédemment. De préférence, le même actionneur 120 induit le déplacement de l’unité de stockage 10 et celui du système d’aération 13. Ainsi, les principaux vecteurs de propagation du défaut de fonctionnement sont coupés tout en simplifiant le dispositif 1.
Selon un exemple, le système d’aération 13 est monté sur l’unité de stockage 10, et plus particulièrement au niveau de l’évent 100 de dégazage. Le système d’aération peut plus particulièrement être solidaire de l’unité de stockage 10 selon tous les degrés de liberté. L’actionneur 120 peut être configuré pour exercer une force F sur l’unité de stockage 10 et/ou le support 11. Par l’application de cette force F, un déplacement relatif de l’unité de stockage 10 par rapport au support 11 est induit, de la première position à une deuxième position. Cela entraine un passage du système d’aération 13 de la position fermée à la position ouverte.
La force F exercée par l’actionneur 120 peut être une force d’appui ou de traction. Selon un exemple, lorsque la température de l’actionneur 120 est inférieure à la température seuil, l’actionneur 120 est configuré pour exercer une force F inférieure à la valeur de force limite induisant un déplacement relatif de l’unité de stockage 10 par rapport au support 11. Ainsi en dessous de la température seuil, l’unité de stockage 10 et le support restent dans leur première position relative. La force F peut alors être environ nulle. Lorsque la température de l’actionneur 120 dépasse la température seuil, l’actionneur 120 est configuré pour exercer une force F supérieure à la valeur de force limite induisant un déplacement relatif de l’unité de stockage 10 par rapport au support 11. Lors d’un échauffement de l’unité de stockage 10, la force F est alors suffisante pour induire ce déplacement relatif.
Pour déplacer l’unité de stockage 10 de la première position à la deuxième position, l’actionneur 120 peut être mobile entre une configuration rétractée et une configuration déployée. Lorsque la température d’au moins une partie de l’actionneur 120 dépasse la température seuil prédéterminée, l’actionneur 120 peut passer de la configuration rétractée à la configuration déployée, et appliquer une force F d’appui. En alternative, l’actionneur 120 peut passer de la configuration déployée à la configuration rétractée, et appliquer une force F de traction. Le passage de la première position à la deuxième position est ainsi actionné de façon simple, ce qui réduit le coût du dispositif 1.
Selon un exemple, l’actionneur 120 passe de l’une parmi sa configuration rétractée ou sa configuration déployée à l’autre parmi sa configuration rétractée ou sa configuration déployée, selon un mouvement principal de translation. Ce mouvement de translation peut être sensiblement parallèle à la direction longitudinale x, comme illustré dans les figures 2 et 3. Le système d’aération 13 peut être déplacé par translation selon une direction sensiblement parallèle, et de préférence confondue. Ainsi, le passage du système d’aération de la position fermée à la position ouverte est facilité. On peut prévoir que l’actionneur 120 passe de l’une parmi sa configuration rétractée ou sa configuration déployée à l’autre parmi sa configuration rétractée ou sa configuration déployée par un mouvement de rotation ou encore à une combinaison de mouvements, par exemple la combinaison d’une rotation et d’une translation.
Dans la suite de la description, on se réfère à l’exemple non-limitatif selon lequel l’actionneur 120 exerce une force F d’appui sur l’unité de stockage 10, lors de son passage de sa configuration rétractée à sa configuration déployée. Ceci induit alors un déplacement absolu de l’unité de stockage 10 par rapport au support 11. Ce déplacement entraine un déplacement absolu du système d’aération 13 par rapport au support 11, pour passer le système d’aération de la position fermée à la position ouverte. À titre d’exemple, la force F est illustrée par la flèche dans les figures 2 et 3.
Comme illustré en , dans une première configuration déployée, l’actionneur 120 peut être configuré de sorte que l’unité de stockage 10 est éloignée du support 11, par exemple tout en restant connectée électriquement au support 11. Le système d’aération 13 peut ainsi être dans une première position ouverte. Comme illustré en , dans une deuxième configuration déployée, l’actionneur 120 peut être configuré de sorte que l’unité de stockage 10 est plus éloignée du support 11 que dans la première position, et est par exemple déconnectée électriquement du support 11. Le système d’aération 13 peut ainsi être dans une deuxième position ouverte. Selon un exemple, le système d’aération 13 est dans une position ouverte quelle que soit la deuxième position de l’unité de stockage 10.
On peut prévoir que ces configurations déployées soient successives. Notamment, le passage de la configuration rétractée à la première configuration déployée peut avoir lieu à une première température seuil. Le passage de la première configuration déployée à la deuxième configuration déployée peut avoir lieu à une deuxième température seuil, par exemple supérieure à la première température seuil.
De préférence, la température seuil est supérieure à la température normale de fonctionnement de l’unité de stockage 10. La température seuil peut être supérieure ou égale à la température de surchauffe, voire la température d’emballement thermique de l’unité de stockage 10. Plus préférentiellement encore, la température seuil est comprise entre la température de surchauffe et la température d’emballement thermique de l’unité de stockage 10. Ainsi, la déconnexion de l’unité de stockage est effectuée avant son emballement thermique. La température seuil peut par exemple être sensiblement comprise entre 60 °C et 120 °C, cette gamme de température étant particulièrement adaptée à l’exemple selon lequel l’unité de stockage 10 est une batterie lithium-ion. La température seuil peut par exemple être sensiblement égale à 90 °C.
Le système d’aération 13 est maintenant décrit en détail en référence aux figures 1A à 3. Le système d’aération 13 peut comprendre un socle 130 monté sur l’unité de stockage 10. Le socle 130 est ainsi mobile, solidairement avec l’unité de stockage 10, entre la position ouverte et la position fermée. Le socle 130 peut recouvrir une extrémité de l’unité de stockage 10. Le socle 130 peut être disposé à l’interface entre le logement 1120 et l’espace d’évacuation 113.
Le socle 130 peut comprendre au moins un évent 131, et de préférence une pluralité d’évents 131. Les évents 131 sont de préférence formés par des ouvertures dans le socle 130. Ces ouvertures peuvent être disposées de façon à établir une circulation d’air entre l’espace d’évacuation 113 et l’évent 100 de dégazage, dans la position ouverte du système d’aération. Selon un exemple, les évents 131 sont disposés en regard de l’évent 100 de dégazage de l’unité de stockage 10. Lorsque le système d’aération 13 est dans sa position fermée, les évents 131 peuvent être isolés de l’espace 113. Selon l’exemple illustré dans la , le support 11 peut être configuré de façon à recouvrir partiellement ou totalement chaque évent 131, lorsque le système d’aération 13 est dans la position fermée.
Dans l’éventualité d’une non-ouverture du système d’aération 13 malgré un disfonctionnement de l’unité de stockage 10 entrainant une génération de gaz, le système d’aération 13 peut être configuré de façon à éviter une accumulation des gaz dans le dispositif 1. Pour cela, le système d’aération 13 peut comprendre un module d’évacuation de secours, non représenté sur les figures. Le système d’aération 13 peut par exemple comprendre des ouvertures secondaires, configurée pour permettre un passage de gaz entre l’évent 100 de dégazage et le logement 1120, dans la position fermée du système d’aération 13.
Au moins une de ces ouvertures, et de préférence chaque ouverture peut être bouchée par un matériau fusible, configuré pour libérer l’ouverture lorsque la température du matériau dépasse une température seuil. Cette température seuil est de préférence supérieure à la température ou aux températures d’actionnement de l’actionneur 120, de façon à libérer ces ouvertures en cas d’échauffement du dispositif 1 au-delà de la température d’actionnement de l’actionneur 120.
En alternative ou en complément au matériau fusible, les ouvertures secondaires sont de préférence disposées de façon à être recouvertes par le support 11 dans la position ouverte du système d’aération 13. Ainsi, dans la position ouverte, le passage des gaz entre l’évent 100 de dégazage et le logement 1120 est évité dans la position ouverte, même après libération des ouvertures secondaires.
Selon un exemple alternatif ou complémentaire au module d’évacuation de secours, le support 11 peut être configuré de façon à recouvrir uniquement partiellement chaque évent 131 du système d’aération, par exemple au moins 80 %, et de préférence au moins 90 %, et plus préférentiellement encore au moins 95 % de chaque évent 131, lorsque le système d’aération 13 est dans la position fermée. Ainsi, une moindre circulation d’air est permise entre l’espace 113 et l’évent 100 de dégazage, dans la position fermée.
Le socle 130 peut être configuré de façon à limiter, voire bloquer, le passage des gaz entre l’évent 100 de dégazage d’une unité de stockage 10 et le logement 1120. Pour cela, le socle peut comprendre un moyen d’étanchéité disposé à l’interface entre le socle 130 et l’unité de stockage 10, par exemple sur le pourtour interne du socle 130.
Lorsque le système d’aération 13 est dans sa position ouverte, chaque évent 131 peut être en regard de l’espace 113. Comme illustré en figures 2 et 3, le support 11 peut être configuré de façon à laisser libre chaque évent 131 lorsque le système d’aération 13 est en position ouverte. La libération des évents 131 lors du passage de la position fermée à la position ouverte est de préférence induite par le déplacement relatif du système d’aération 13 par rapport au support 11. Ceci exclut une ouverture des évents sans déplacement relatif du système d’aération 13 par rapport au support 11, par exemple par l’actionnement d’une trappe dans le système d’aération 13.
La coopération entre le système d’aération 13 et le support 11 est maintenant détaillé en référence aux figures 1A à 3. Le support peut comprendre un cadre 112 configuré pour loger au moins une, voire plusieurs unités de stockage 10, au moins dans la première position. Le cadre 112 peut être formé d’au moins un voire plusieurs profilés. Le cadre 112 peut comprendre des faces latérales 1122, s’étendant par exemple selon la direction x, jointes par une face avant 1121, s’étendant par exemple selon la direction y. Les faces latérales 112 peuvent être jointes par une base 111 du support, s’étendant par exemple selon la direction y.
Les faces 1121, 1122 du cadre 112 peuvent entourer l’unité de stockage 10 dans la première position, comme illustré par les figures 1A et 1B. La face avant 1121 peut présenter des ouvertures 1121a autorisant le passage du système d’aération 13 de la position fermée à la position ouverte. Pour cela, les ouvertures 1121a peuvent par exemple être disposées dans l’alignement du socle 130, selon son déplacement de la position ouverte à la position fermée.
Le support 11 peut en outre être configuré pour guider le passage du système d’aération de la position fermée à la position ouverte. Par, exemple, le support 11 peut comprend un guide de coulissement 1123, configuré pour accueillir un socle 130 et le guider en translation. Chaque socle 130 peut être disposé dans une ouverture 1121a du cadre 112. Chaque socle 130 peut être de forme complémentaire à une ouverture 1121a, par exemple annulaire, afin de coulisser dans l’ouverture 1121a. Le guide de coulissement peut être formé par le pourtour 1123 de chaque ouverture 1121a. Ce pourtour 1123 peut s’étendre selon la direction du déplacement du socle 130, par exemple la direction longitudinale x. Selon cette direction, le pourtour 1123 peut présenter une longueur au moins supérieure à un tiers de la longueur du socle 130, afin de faciliter son guidage.
L’au moins un évent 131 peut être disposé sur le pourtour externe du socle 130. Plus particulièrement, ce pourtour peut s’étendre de façon sensiblement perpendiculaire à la direction du mouvement du système d’aération 130. Ce pourtour correspond à sa circonférence lorsque le socle 130 est de forme annulaire. Plusieurs évents 131 peuvent être répartis le long de ce pourtour. L’évacuation des gaz est ainsi facilitée. Le socle 130 peut comprendre quatre évents 131. L’au moins un évent 131 peut être disposé à proximité du support 11, et notamment de la face avant 1121 du cadre 112. Ainsi, le système d’aération 13 peut passer de la position fermée à la position ouverte en minimisant le déplacement du système d’aération 13. La réactivité du système d’aération 13 est ainsi améliorée.
Dans la position fermée, par exemple illustrée par les figures 1A et 1B, chaque évent 131 peut être recouvert par le pourtour 1123 d’une ouverture 1121a. Le pourtour 1123 de l’ouverture 1121a permet ainsi à la fois de guider le déplacement du socle 130 et de fermer le système d’aération 13, dans la position fermée.
Le dispositif 1 peut en outre être configuré pour autoriser un déplacement relatif de la position fermée à la position ouverte du système d’aération 13, et pour empêcher un déplacement inverse. Pour cela, le dispositif 1 peut être configuré pour empêcher le déplacement passif de l’unité de stockage 10 de la deuxième position à la première position. Ainsi, le maintien du système d’aération 13 dans sa position ouverte est assuré, même si une température dans le logement redevient inférieure à la température seuil. D’autre part, une reconnexion thermique et/ou électrique de l’unité de stockage 10 en défaut est empêchée. La réapparition d’un défaut de fonctionnement est alors évitée. Notamment le dispositif 1 peut être configuré de sorte que, lorsque la température de l’actionneur thermosensible 120 redevient inférieure à la température seuil, un déplacement relatif de la deuxième position à la première position est empêché, comme l’illustre la .
Pour cela, le système d’aération 13, peut comprendre module anti-retour 123. Par exemple, le module anti-retour 123 comprend une butée, non représentée dans les figures, disposée sur le socle 130 et pouvant être bloquée au niveau de l’ouverture 1121a du cadre 112. Selon un exemple alternatif ou complémentaire, le socle 130 présente une surface externe configurée pour empêcher un mouvement retour du socle 130 de la deuxième à la première position. Par exemple, la surface externe du socle 130 présente des stries 123, comme illustrée dans les figures 1A à 4 . Selon un exemple alternatif ou complémentaire, le module anti-retour 123 peut comprendre un guide configuré pour orienter l’unité de stockage 10 dans une position empêchant sa reconnexion électrique. Le guide peut être configuré pour guider en rotation l’unité de stockage 10, et plus particulièrement en rotation sur elle-même, sur un intervalle angulaire. L’intervalle angulaire est de préférence inférieur à 360°, plus préférentiellement encore inférieur à 180°. Ainsi, les connecteurs 110, 121 peuvent être désalignés et ne plus être en regard les uns des autres, empêchant la reconnexion électrique de l’unité de stockage 10.
La coopération entre l’unité de stockage 10, le support 11 et le système de connexion 12 est maintenant décrite en référence aux figures 1 à 3. Afin de raccorder électriquement l’unité de stockage 10 au support 11, chaque pôle de l’unité de stockage 10 peut être au système de connexion 12. Pour cela, les pôles de l’unité de stockage 10 peuvent être reliés à des connecteurs 121, par exemple un raccord 1211 illustré en . Le système de connexion 12 peut comprendre un socle 122 monté sur l’unité de stockage. Le socle 122 peut entourer au moins partiellement l’unité de stockage 10. Le socle 122 peut être disposé, sur l’unité de stockage 10, à l’opposé du socle 130 du système d’aération 13.
Le socle 122 peut être disposé entre le support 11 et l’unité de stockage 10 de façon à les isoler électriquement. Par exemple, le socle 122 est à base ou fait d’un polymère thermoplastique. Les connecteurs électriques 121 peuvent être monté sur le socle, par exemple sur sa face arrière 122a, et permettre le raccord électrique entre le support 11 et l’unité de stockage 10.
Le support 11 peut comprendre des connecteurs électrique 110 complémentaires des connecteurs 121. Les connecteurs 110 du support 11 peuvent être reliés en série et/ou en parallèle par un bus de puissance (désigné en anglais par «busbar») du support 11. Un bus de puissance consiste généralement en un jeu de barres ou en des pistes conductrices sur un circuit imprimé, par exemple en cuivre. Notons que les connecteurs 110 du support 11 peuvent être reliés en série et/ou en parallèle par tout type de réseau de puissance.
Selon l’exemple illustré dans les figures 1A à 3, le support 11 peut comprendre une base 111 présentant une face avant 1110 sur laquelle les connecteurs électriques 110 sont disposés. La base 111 peut en outre présenter des faces latérales 1112 reliant une face arrière 1111 à la face avant 1110. Entre ses faces, la base 111 peut ainsi définir un espace dans lequel les connecteurs 110 s’étendent.
Selon un exemple, les connecteurs électriques 121, 110 sont configurés pour connecter électriquement l’unité de stockage 10 au support 11, au moins dans la première position. Les connecteurs électriques 121, 110 peuvent en complément être configurés pour solidariser l’unité de stockage 10 au support 11, dans la première position. La connexion, voire la déconnexion, électrique et mécanique de l’unité de stockage 1 au support est ainsi simplifiée.
Pour cela, les connecteurs électriques 121, 110 peuvent s’étendre sensiblement selon la même direction que celle du déplacement de l’unité de stockage 10 de la première à la deuxième position. Par exemple, les connecteurs électriques 121, 110 peuvent s’étendre une direction x sensiblement parallèle au mouvement de translation de l’actionneur 120 entre sa configuration rétractée et sa configuration déployée.
Le déplacement de la première position à la deuxième position peut entraîner un éloignement relatif des connecteurs électriques 121 du système de connexion 12 par rapport aux connecteurs électriques 110 du support 11, comme l’illustrent les figures 1B, 2A, 2B. Afin que, dans la deuxième position, l’unité de stockage 10 soit éloignée du support 11 tout en étant raccordée électriquement au support 11, le déplacement de la première position à la deuxième position peut présenter une longueur de course, par exemple selon la direction longitudinale x. Les connecteurs électriques 121, 110, et notamment les connecteurs électriques 122 du système de connexion 12, peuvent alors présenter une longueur sensiblement supérieure à la longueur de course du déplacement. Comme illustrée en , dans sa configuration déployée, l’actionneur 120 peut présenter une longueur L1200 inférieure à la longueur L121 des connecteurs 121, selon la direction x.
Pour que, dans la deuxième position, l’unité de stockage 10 soit éloignée et déconnectée électriquement du support 11, les connecteurs électriques 121, 110, et notamment les connecteurs électriques 122 du système de connexion 12, peuvent présenter une longueur sensiblement inférieure à la longueur de course du déplacement. Comme illustrée en , dans sa configuration déployée, l’actionneur peut présenter une longueur L1200 supérieure à la longueur L121 des connecteurs 121, selon la direction x.
Selon un exemple, les connecteurs 121 du système de connexion 12 sont des fiches bananes (désignées en anglais par «Banana conne c tors»). Selon cet exemple, le connecteur du support est un connecteur receveur d’une fiche banane. Ce type de connecteurs permet un raccord électrique et une solidarisation de l’unité de stockage 10 au support 11. En outre, ce type de connecteurs est robuste et facilement commercialement disponible, ce qui limite le coût du dispositif 1.
Selon un autre exemple, les connecteurs 121 du système de connexion 12 sont des connecteurs électriques élastiques, tels que des connecteurs à ressort, par exemple à lame ou comprenant un ressort à spire. Selon cet exemple, le connecteur 110 du support 11 est un connecteur complémentaire au connecteur élastique 121.
Les connecteurs 121, 110 peuvent être des connecteurs attirés l’un par l’autre par une force d’attraction. Lors de son passage de sa configuration rétractée à sa configuration déployée, l’élément thermosensible 1200 peut exercer une force F d’appui sur l’unité de stockage 10 suffisante pour contrer cette force d’attraction et ainsi induire la déconnection de l’unité de stockage 10. Par exemple, les connecteurs 121, 110 peuvent être des connecteurs magnétiques. Les connecteurs électriques 121, 110 peuvent ne pas s’étendre significativement selon la direction x sensiblement parallèle au mouvement de translation de l’élément thermosensible 1200 entre sa configuration rétractée et sa configuration déployée.
Notons que la nature et les dimensions des connecteurs et des conducteurs électriques du dispositif 1 peuvent être adaptés pour correspondre aux courants nominaux et maximums pouvant être délivrés par la ou les unité(s) de stockage 10.
Comme illustrée en , le système d’aération 13 et peut être adapté pour connecter ensemble plusieurs cellules 10, 10’. Un même socle 130 peut ainsi être monté sur plusieurs cellules de stockage 10,10’. Le passage de la position fermée à la position ouverte du système d’aération peut être fait par un seul actionneur 120 pour les cellules10, 10’. En effet, un même système de connexion 12 peut être adapté à une unité de stockage comprenant plusieurs cellules 10, 10, connectées au support 11 via une même paire de connecteurs 110 du support 11, et un seul actionneur thermosensible 120. En alternative, comme illustré en , un système d’aération peut comprendre plusieurs modules d’aération 13, 13’ 13’’, configurés pour connecter indépendamment plusieurs cellules de stockage 10,10’, 10’’. Chaque module 13, 13’, 13’’ peut être associé à un module 12, 12’, 12’’ du système de connexion 12 comprenant son propre actionneur thermosensible 120. Selon un exemple, on peut prévoir qu’un système de connexion 12 comprenne plusieurs actionneurs 120, par exemple plusieurs actionneurs 120 par module. Ces actionneurs peuvent être répartis le long du système de connexion 12 pour améliorer encore sa réactivité lors d’un défaut d’une unité de stockage 10.
Selon un exemple, le support 11 comprend un jeu de barres. Selon l’exemple illustré en , le support 11 comprend un circuit imprimé 111’, par exemple un système de contrôle de batterie (communément abrégé BMS, de l’anglais par « Battery Management System »). Le dispositif d’alimentation 1 permet ainsi d’augmenter les fonctionnalités d’un BMS, et notamment de permettre une sécurisation passive d’un BMS.
Le cadre 112 peut en outre être configuré de sorte que des unités de stockages 10 sont logées dans des logements 1120 distincts. Un logement 1120 peut accueillir une seule cellule 10, comme illustré en . Ces logements 1120 peuvent ne pas être en communication fluidique entre eux. Ainsi, le risque que des gaz émis par une unité en défaut se propagent à d’autres unités de stockage 10 est encore réduit.
Les socles 122 et 130 peuvent en outre être configurés pour pouvoir être retirés de l’unité de stockage 10 une fois en défaut, et remontés sur une nouvelle unité de stockage 10, manuellement ou par l’intermédiaire d’outils. Ainsi, l’unité de stockage 10 en défaut peut être remplacée dans le dispositif 1. Les socles 122 et 130 sont de préférence à base ou faits d’un matériau isolant électriquement, par exemple en polymère thermoplastique. Selon un exemple, les socles 122, 130 sont à base ou faits d’un polymère thermoplastique.
Selon un exemple, le support 11 est à base ou fait de d’un matériau plastique, par exemple de type acrylonitrile butadiène styrène, polyamide, polypropylène, polyétherimide, polyétheréthercétone, polycarbonates. De préférence, les pièces destinées à être en contact avec les gaz émis par l’unité de stockage 10, par exemple le socle 130 et la face avant 1121 du cadre 112, sont à base ou faits d’un matériau résistant à ces gaz. Selon un exemple, ce matériau est choisi parmi un polyétherimide, polyétheréthercétone, polyéthercétonecétone, polyphénylsulfone, une céramique ou un métal, par exemple de l’aluminium. Dans le cas d’un métal, ces pièces sont alors configurées pour être isolées de l’unité de stockage 10.
La coopération de l’actionneur 120 dans le système de connexion 12 est maintenant décrite en détail, en référence aux figures 8A à 9B. l’actionneur 120 peut s’étendre selon une direction sensiblement parallèle au déplacement de l’unité de stockage 10, par exemple la direction longitudinale x. L’actionneur 120 peut être sensiblement centré par rapport à l’unité de stockage 10, voire au système de connexion 12, selon une direction transversale au déplacement de l’unité de stockage 10, par exemple la direction y. Ainsi, le déplacement de la première position à la deuxième position, induit par l’exercice de la force F, est facilité. Plus particulièrement, l’actionneur 120 peut s’étendre selon une direction sensiblement confondue avec l’axe central A d’une unité de stockage 10.
Le socle 122 du système de connexion 12 peut comprendre sur sa face arrière 122a un logement 1220 configuré pour recevoir l’actionneur 120. Le logement est de préférence en regard du support 11. Dans sa position rétractée, l’actionneur 120 peut être au moins en partie disposé dans le logement 1220, voire totalement comme illustré en . L’actionneur 120 est ainsi confiné dans le logement 1220, ce qui minimise son éventuelle thermalisation par son environnement. La réactivité de l’actionneur 120 thermosensible lors d’un échauffement de l’unité de stockage est ainsi améliorée. En outre, dans la première position, l’actionneur 120 étant rétracté, le logement 1220 peut être disposé à proximité immédiate du support 11, comme illustré dans la . Le confinement de l’actionneur 120 est ainsi amélioré. l’actionneur 120 peut affleurer l’ouverture du logement 1220 dans sa configuration rétractée, par exemple à sa deuxième extrémité 1200b. De façon synergique avec une proximité immédiate entre le support 11 et le logement 1220, l’exercice de la force F par l’actionneur 120 est facilité, dès que la température de l’actionneur 120 thermosensible atteint la température seuil. Lorsque l’actionneur 120 est dans sa position déployée, l’actionneur 120 sort au moins en partie du logement 1220, comme illustré en et 9B.
L’actionneur 120 peut être fixé dans le logement 1220 par une première portion 1200a, voire par sa première extrémité 1200a. L’actionneur 120 peut être en appui sur le support 11 pour exercer la force F. L’actionneur 120 peut notamment être en appui sur la face avant 1110 du support 11, par une deuxième portion 1200b, voire par sa deuxième extrémité 1200b. Le logement 1220 peut être sensiblement centré entre les connecteurs électriques 121 de sorte que la force F exercée par l’actionneur 120 soit retransmise aux connecteurs 121 de façon sensiblement égale entre eux.
L’actionneur 120 est maintenant détaillé. L’actionneur 120 peut comprendre un élément thermosensible 1200 configuré pour passer d’une forme rétractée à au moins une forme déployée et exercer la force F induisant le passage de la position fermée à la position ouverte du système d’aération 13. En dessous de la température seuil, l’élément thermosensible 1200 est sous une première forme. Lorsque la température de l’élément thermosensible dépasse la température seuil, l’élément thermosensible 1200 passe sous une deuxième forme. Selon un exemple, la deuxième forme est plus étendue que la première forme dans la direction du déplacement de l’unité de stockage. Dans sa configuration déployée, l’élément thermosensible 1200 peut notamment présenter une longueur L1200supérieur au double, voire au triple de sa longueur dans la configuration rétractée, comme l’illustre le passage de la à la . On peut prévoir que l’élément thermosensible 1200 passe sous une troisième forme à une deuxième température seuil.
Afin d’améliorer la conduction thermique de l’unité de stockage 10 à l’élément thermosensible 1200, ainsi que le long de l’élément thermosensible, le choix du matériau et/ou le design des pièces environnantes peuvent être adaptés. En alternative ou en complément, on peut prévoir d’ajouter des colles ou pâtes conductrices.
Notons que la longueur de course de l’actionneur 120, la température seuil et la force F exercée, peuvent être adaptées selon la nature et la forme de l’actionneur 120.
Exemple de réalisation
Un exemple particulier de réalisation du dispositif 1 est maintenant décrit. Une unité de stockage 10 cylindrique de format commercial 21700 est montée dans un socle 122 en acrylonitrile butadiène styrène (communément abrégé ABS). Un socle 130 en ABS est monté sur l’unité de stockage 10 pour former le système d’aération en coulissement dans le support 11.
Un conducteur électrique est soudé au terminal positif de l’unité de stockage 10. Un autre conducteur électrique est soudé au terminal négatif de l’unité de stockage 10. Chacun de ces conducteurs est assemblé sur un connecteur électrique 121. Les connecteurs électriques 121 sont des fiches banane de 2 mm. Les connecteurs électriques 121 sont connectés à des connecteurs complémentaires 110 du support 11.
Un ressort thermosensible 1200 à base ou fait d’un alliage de cuivre est collé par son extrémité 1200a dans le logement 1120 du socle 112. Le ressort thermosensible 1200 est en contact direct avec le support 11 au niveau de son autre extrémité 1200b. La transition de phase solide du ressort 1200 fait passer la longueur du ressort de 10 mm dans sa configuration rétractée à 25 mm dans sa configuration déployée. L’unité de stockage est ainsi éloignée du support 11 et une déconnexion des connecteurs électrique 121, 110 est induite.
Lors du développement de l’invention, une série d’essais a permis d’observer l’action passive du ressort à mémoire de forme sous l’effet d’un flux d’air à 150°C. Le passage du système d’aération de la position fermée à la position ouverte à en outre été observé suite à l’action passive du ressort à mémoire de forme. Une déconnection électrique et mécanique de l’unité de stockage 10 du support a en outre été obtenue.
Au vu de la description qui précède, il apparaît clairement que l’invention propose un dispositif d’alimentation électrique permettant de mieux limiter par rapport aux solutions existantes, la propagation d’un défaut de fonctionnement d’une unité de stockage, et notamment lors d’un emballement thermique.
L’invention n’est pas limitée aux modes de réalisations précédemment décrits et s’étend à tous les modes de réalisation couverts par l’invention.
Bien que les exemples décrits illustrent notamment un déplacement absolu de l’unité de stockage 10 et/ou du système d’aération par rapport au support 11, on peut prévoir que le support 11 soit mobile entre une première position et une deuxième position dans le dispositif 1. Par exemple, le support 11 coulisse en translation entre la première position et la deuxième position, et permet le passage du système d’aération 13 de sa position fermée à sa position ouverte.
On peut en outre prévoir que l’actionneur 120 exerce une force sur le support 11, par exemple pour induire son déplacement entre une première position et une deuxième position dans le dispositif 1.
On peut prévoir en outre que le logement 1220 de l’actionneur 120 soit disposé sur le support.
On peut également prévoir que l’actionneur 120 induise le déplacement de l’unité de stockage et ainsi le passage du système d’aération 13 de sa position fermée à sa position ouverte, sans impact sur l’état de connexion thermique ou électrique de l’unité de stockage 10 au support 11.
Les unités de stockage 10 illustrées dans les dessins sont de forme cylindrique. On peut prévoir que le dispositif 1 soit adapté à des unités de stockage de format et de taille variées. On peut prévoir que l’évent 100 de dégazage de l’unité de stockage 10 soit disposé sur une même face que l’un ou les pôles de l’unité de stockage 10. Un ou des contacts électriques peuvent alors être rapportés de sorte que le raccordement électrique de l’unité de stockage 10 soit effectué à l’opposé de l’évent de dégazage.
LISTE DES REFERENCES NUMERIQUES
1 Dispositif d’alimentation
10, 10’, 10’’ Unité de stockage
100 Évent de l’unité de stockage
11 Support
110 Connecteur électrique
111 Base
111’ Circuit imprimé
1110 Face avant
1111 Face arrière
1112 Face latérale
112 Cadre
1120 Logement
1121 Face avant
1121a Ouvertures
1122 Face latérale
1123 Guide de coulissement
113 Espace d’évacuation
12, 12’, 12’’ Système de connexion
120 Actionneur
1200 Élément thermosensible
1200a Première extrémité
1200b Deuxième extrémité
121 Connecteur électrique
1210 Pastille conductrice
1211 Raccord
122 Socle
122a Face arrière
1220 Logement
123 Module anti-retour
13, 13’, 13’’ Système d’aération
130 Socle
131 Évent du système d’aération
2 Appareil

Claims (16)

  1. Dispositif (1) d'alimentation en électricité comprenant :
    • un support (11) apte à coopérer avec au moins une unité de stockage (10) au moins dans une première position, dans laquelle l’au moins une unité de stockage (10) est solidaire et raccordée électriquement au support (11), l’unité de stockage (10) comprenant un évent (100),
    caractérisé en ce que :
    • le support (11) délimite :
      • un logement (1120) de l'au moins une unité de stockage (10), configuré de façon à loger l’au moins une unité de stockage (10) au moins dans la première position, et
      • un espace d'évacuation (113) distinct du logement (1120),
    • le dispositif (1) comprend en outre un système d'aération (13) présentant au moins une position ouverte de circulation d'air entre l’évent (100) de l’unité de stockage (10) et l'espace d'évacuation (113) et une position fermée de moindre circulation d'air entre l’évent (100) de l’unité de stockage (10) et l'espace d'évacuation (113),
    • le dispositif (1) comprend en outre un actionneur (120) configuré pour opérer un passage du système d'aération (13) de la position fermée à l’au moins une position ouverte lorsqu’une température dans le logement (1120) dépasse une température seuil prédéterminée.
  2. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel, dans au moins l’une parmi l’au moins une position ouverte et la position fermée du système d’aération, le système d’aération est configuré pour limiter une circulation d’air entre le logement (1120) et l’espace d’évacuation (113).
  3. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’actionneur (120) est configuré pour induire un passage du système d’aération (13) de la position fermée à l’au moins une position ouverte, en induisant un déplacement relatif du système d’aération (13) et du support (11).
  4. Dispositif (1) selon la revendication précédente, dans lequel le déplacement relatif du système d’aération (13) et du support (11) est un mouvement de translation.
  5. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le support (11) est configuré pour guider le passage du système d’aération (13) entre la position fermée et l’au moins une position ouverte.
  6. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le système d’aération (13) comprend au moins un évent (131), et le support (11) est configuré de façon à recouvrir l’au moins un évent (131) lorsque le système d’aération (13) est dans la position fermée, et de façon à laisser libre l’au moins un évent (131) lorsque le système d’aération (13) est dans l’au moins une position ouverte.
  7. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la température dans le logement (1120) est choisie parmi la température d’au moins une partie de l’actionneur (120), la température de l’au moins une unité de stockage (10), ou la température de l’atmosphère dans le logement (1120).
  8. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’actionneur (120) est thermosensible et est configuré de sorte que, lorsque la température d’au moins une partie de l’actionneur (120) est supérieure à la température seuil prédéterminée, l’actionneur (120) est configuré pour induire le passage du système d’aération (13) de la position fermée à l’au moins une position ouverte
  9. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’actionneur (120) présente une configuration rétractée et une configuration déployée, de sorte que, lorsque la température dans le logement (1120) dépasse la température seuil prédéterminée, l’actionneur (1200) passe de l’une parmi la configuration rétractée ou la configuration déployée, à l’autre parmi la configuration rétractée ou la configuration déployée, induisant le passage du système d’aération (13) de la position fermée à l’au moins une position ouverte.
  10. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre au moins une unité de stockage (10).
  11. Dispositif (1) selon la revendication précédente, dans lequel l’actionneur (120) est configuré pour induire un déplacement relatif de l’au moins une unité de stockage (10) par rapport au support (11), d’une première position à une deuxième position, ledit déplacement relatif induisant un entraînement du système d'aération (13) de la position fermée à l’au moins une position ouverte.
  12. Dispositif (1) selon l’une quelconque des deux revendications précédente, dans lequel, dans la deuxième position, l’au moins une unité de stockage (10) est dans un état de moindre connexion thermique avec le support (11), dans lequel la surface de contact entre l’unité de stockage (10) et le support (11) est réduite par rapport à la surface de contact entre l’unité de stockage (10) et le support (11) dans la première position, et/ou dans un état dans lequel l’au moins une unité de stockage (10) n’est pas raccordée électriquement au support (11).
  13. Dispositif (1) selon l’une quelconque des trois revendications précédentes, dans lequel le système d’aération (13) est monté sur l’au moins une unité de stockage (10).
  14. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le système d’aération (13) comprend un module anti-retour (123) configuré pour empêcher le passage du système d’aération (13) de l’au moins une position ouverte à la position fermée.
  15. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le support (11) comprend un circuit imprimé (111’).
  16. Appareil (2) comprenant au moins un dispositif d’alimentation (1) électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes.
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