FR3122040A1 - Systeme de batterie de stockage d’energie electrique comprenant un systeme de securite de degazage - Google Patents
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Abstract
Système de batterie de stockage d’énergie électrique comprenant :- un élément de batterie électrochimique (4),- une plaque de refroidissement (13) de l’élément de batterie électrochimique (4), présentant une épaisseur, et comprenant un trou d’évacuation d’un gaz chaud,- un conduit (20) canalisant le gaz chaud au travers du trou, ce conduit (20) étant refroidi par la plaque de refroidissement (13),caractérisé en ce que ce conduit (20) présente une section constante et une longueur au moins égale à l’épaisseur de la plaque de refroidissement (13). Figure 1
Description
L’invention concerne une batterie comprenant un moyen de refroidissement et un module de batterie accolé à ce moyen de refroidissement. L’invention s’applique en particulier aux véhicules à motricité électrique comprenant une structure de caisse abritant un habitacle et comprenant un plancher délimitant une partie basse de cet habitacle, ce véhicule comprenant une machine motrice électrique et la batterie sous le plancher alimentant cette machine motrice.
On comprendra par batterie, dans tout le texte de ce document, un ensemble comprenant au moins un module de batterie contenant au moins une cellule électrochimique.
Cette batterie comprend éventuellement des moyens électriques ou électroniques pour la gestion d’énergie électrique de ce au moins un module. Quand il y a plusieurs modules, ils sont généralement regroupés dans un bac ou carter et forment alors un bloc batteries, ce bloc batteries étant souvent désigné par l’expression anglaise « pack batteries », ce carter contenant généralement une interface de montage, et des bornes de raccordement et formant un espace hermétique autour des modules en les enfermant entre un fond et un couvercle. Cette batterie comprend en outre un moyen de refroidissement du module, par exemple un refroidisseur en forme de plaque insérée entre le fond du module et le fond du carter, ou tout autre moyen. Cette batterie est généralement fixée par boulonnage à la structure de caisse, par exemple sous le plancher du véhicule.
Par ailleurs, on comprendra par cellule électrochimique dans tout le texte de ce document, des cellules générant du courant par réaction chimique, par exemple de type lithium-ion (ou Li-ion), de type Ni-Mh, ou Ni-Cd ou plomb ou encore les piles à combustible.
Cette batterie est exposée aux chocs provenant du dessous du véhicule car relativement proche du sol.
Ceci implique que les éléments sensibles aux chocs de la batterie, par exemple les modules et le moyen de refroidissement, soient suffisamment éloignés du sol et protégés contre ce type de choc par le fond du carter de la batterie. Lorsque le moyen de refroidissement est disposé sous le module de batterie, le fond du carter est positionné de sorte à préserver un espace entre le moyen de refroidissement et le fond du carter.
Ce module, et/ou les cellules qu’il contient, comprennent en outre un système de sécurité de dégazage en cas d’emballement thermique d’une cellule du module. Ces gaz sont très chauds et il est alors avantageux qu’ils traversent le moyen de refroidissement de sorte qu’ils soient, une fois échappés, thermiquement isolés du module de batterie par le moyen de refroidissement. Ces gaz pénètrent alors l’espace préservé.
On connait du document de brevet US-A1-20190229384 un moyen de refroidissement sous forme d’une plaque de refroidissement accolée à des cellules de batterie comprenant chacune un système de sécurité tel que précédemment décrit, cette plaque étant traversée dans son épaisseur par des trous en vis-à-vis de chaque système de sécurité, de sorte que les gaz chauds puissent traverser la plaque.
Cette disposition est cependant perfectible, car un inconvénient principal est que les gaz chauds qui s’échappent ne sont pas refroidis et présentent un risque de propagation de chaleur aux autres cellules voisines ou à tout élément de proximité sensible à la chaleur.
Cette disposition présente en outre un inconvénient secondaire, contre-productif, puisque chaque trou de la plaque est une surface d’échange thermique avec la cellule qui est supprimée, si bien qu’un point chaud de la cellule peut apparaitre précisément en vis-à-vis de ce trou, pouvant provoquer un emballement thermique de la cellule et donc l’actionnement du système de sécurité alors que ce dernier ne se serait pas déclenché sans la présence de ce trou.
Le but de l’invention est de remédier à cet inconvénient principal en proposant un perfectionnement permettant à la fois de faire passer les gaz à travers le moyen de refroidissement, et de les refroidir.
A cet effet, l’invention concerne un système de batterie de stockage d’énergie électrique comprenant :
- un élément de batterie électrochimique comprenant, sur une face, un système de sécurité de dégazage de l’élément de batterie électrochimique, ce système de sécurité étant apte à libérer un gaz chaud généré en cas de surchauffe de l’élément de batterie électrochimique,
- une plaque de refroidissement de l’élément de batterie électrochimique, présentant une épaisseur, et en contact thermique avec la face, et comprenant un trou d’évacuation du gaz chaud, ce trou traversant l’épaisseur de la plaque de refroidissement,
- un conduit canalisant le gaz chaud au travers du trou, ce conduit étant refroidi par la plaque de refroidissement,
ce conduit présentant une section constante et une longueur au moins égale à l’épaisseur de la plaque de refroidissement.
- un élément de batterie électrochimique comprenant, sur une face, un système de sécurité de dégazage de l’élément de batterie électrochimique, ce système de sécurité étant apte à libérer un gaz chaud généré en cas de surchauffe de l’élément de batterie électrochimique,
- une plaque de refroidissement de l’élément de batterie électrochimique, présentant une épaisseur, et en contact thermique avec la face, et comprenant un trou d’évacuation du gaz chaud, ce trou traversant l’épaisseur de la plaque de refroidissement,
- un conduit canalisant le gaz chaud au travers du trou, ce conduit étant refroidi par la plaque de refroidissement,
ce conduit présentant une section constante et une longueur au moins égale à l’épaisseur de la plaque de refroidissement.
On comprendra par élément de batterie électrochimique, dans tout le texte de ce document, un élément enfermant un matériau électrochimique dans une enceinte hermétique et générant du courant par réaction chimique. Cette définition concerne en particulier des éléments comme une cellule ou un module de batterie.
De tels systèmes de sécurité sont connus en tant que tel. Il existe plusieurs technologies, par exemple une membrane fusible au-delà d’un seuil de température est adhérisée autour d’une ouverture pratiquée au travers du module ou d’une cellule, et masquant cette ouverture. Ou encore une soupape poussée par un ressort et masquant cette même ouverture. De tels systèmes de sécurité sont parfois combinés avec des systèmes de respiration des modules ou des cellules, cette respiration n’étant là que pour compenser une dilatation ou contraction normale des gaz. Ces systèmes de sécurité libèrent un jet de gaz chaud lorsque les réactions électrochimiques des cellules s’auto-entretiennent en créant un emballement thermique.
La section constante et la longueur de ce conduit permet de canaliser le gaz chaud. Ce conduit étant refroidi par la plaque de refroidissement, sa paroi, en contact sur toute sa surface avec le gaz chaud en mouvement, permet un échange thermique par convection avec le gaz chaud, qui est alors à son tour refroidi.
On comprendra par section constante du conduit, dans tout le texte de ce document, la section de passage du gaz chaud, et non pas la section de la paroi coupée de la conduite.
On comprendra par épaisseur de la plaque de refroidissement, dans tout le texte de ce document, la distance maximale entre les deux faces principales de la plaque de refroidissement, la première face principale étant en contact thermique avec la face de l’élément de batterie électrochimique, la deuxième face principale étant opposée à la première. Ainsi sont exclus de cette épaisseur des moyens de fixation de la plaque, ou de raccordements fluidiques de la plaque.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le conduit est solidaire de la plaque de refroidissement.
On comprendra par solidaire ou solidarisation, dans tout le texte de ce document, le fait que deux pièces soient liées directement entre-elles dans les six degrés de liberté, c’est-à-dire que ces deux pièces solidaires entre-elles forment un sous-ensemble rigide indépendant du système même si ce sous ensemble devient par la suite solidaire du système. Dans ce mode de réalisation et de façon explicite, la plaque de refroidissement et le conduit forment ici un sous-ensemble rigide, par exemple le conduit est soudé à la plaque, ou encore fretté dans le trou de la plaque, ou encore issu de la matière de la plaque par emboutissage profond par exemple, et ce sous-ensemble est alors assemblé contre la face de l’élément de batterie électrochimique.
Ainsi la conduction thermique entre le conduit et la plaque de refroidissement est parfaitement maitrisée.
Selon un mode de réalisation de l’invention, l’une des extrémités du conduit est en contact thermique avec l’élément de batterie électrochimique.
Par exemple ce contact thermique permet une conduction de la chaleur de l’élément de batterie électrochimique le long de la paroi du conduit. Ainsi cette paroi a une fonction d’ailette de refroidissement permettant de compenser, au moins en partie, la perte d’efficacité de refroidissement due à la présence du trou dans la plaque de refroidissement.
Selon une variante de réalisation de l’invention, le conduit est une protrusion issue de l’élément de batterie électrochimique.
Ce conduit est alors solidaire de l’élément de batterie, selon la définition du présent texte. La conduction thermique entre le conduit et l’élément de batterie est alors optimale et la paroi du conduit joue pleinement son rôle d’ailette de refroidissement.
Selon un mode de réalisation de cette variante, le conduit loge le système de sécurité.
Cette disposition permet d’optimiser le remplissage de l’élément de batterie par des compositions électrochimiques.
Selon un mode de réalisation de cette variante, le système de sécurité est logé à une extrémité libre du conduit.
Selon un mode de réalisation de l’invention, ce système comprend une pâte thermique comprimée entre la face de l’élément de batterie électrochimique et la plaque de refroidissement.
Cette pâte est avantageusement thermo-conductrice et comprend par exemple une colle de type polyuréthane. Cette pâte permet qu’aucun vide d’air ne s’interpose entre la face et la plaque de refroidissement, mais aussi selon les variantes entre le conduit et le trou, entre le conduit et la face, favorisant ainsi la conduction thermique entre la face et la plaque de refroidissement et/ou le conduit.
Selon un mode de réalisation de l’invention, ce système comprend en outre un bac délimitant un espace interne étanche logeant :
- élément de batterie électrochimique,
- la plaque de refroidissement,
- et le conduit,
ce bac comprenant un système de canalisation à chicanes du gaz chaud issu de la conduite, positionné entre la plaque de refroidissement et une paroi du bac.
- élément de batterie électrochimique,
- la plaque de refroidissement,
- et le conduit,
ce bac comprenant un système de canalisation à chicanes du gaz chaud issu de la conduite, positionné entre la plaque de refroidissement et une paroi du bac.
Cette disposition permet de refroidir d’avantage le gaz chaud avant qu’il soit évacué du bac.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le bac comprend un moyen d’ouverture configuré pour :
- ouvrir ou fermer une ouverture du bac débouchant dans l’espace interne étanche,
- et pour laisser s’échapper, si l’ouverture est ouverte, le gaz chaud issu du système de canalisation à chicanes.
- ouvrir ou fermer une ouverture du bac débouchant dans l’espace interne étanche,
- et pour laisser s’échapper, si l’ouverture est ouverte, le gaz chaud issu du système de canalisation à chicanes.
Selon un mode de réalisation de l’invention, ce système comprend :
- plusieurs moyens d’ouvertures,
- plusieurs systèmes de sécurité de dégazage, et
- un dispositif de contrôle agencé de sorte à commander à l’état ouvert le moyen d’ouverture le plus éloigné du système de sécurité émettant le gaz chaud.
- plusieurs moyens d’ouvertures,
- plusieurs systèmes de sécurité de dégazage, et
- un dispositif de contrôle agencé de sorte à commander à l’état ouvert le moyen d’ouverture le plus éloigné du système de sécurité émettant le gaz chaud.
Cette disposition permet de sélectionner un parcours du gaz chaud le plus long du système de canalisation à chicanes, de sorte à refroidir le plus possible ces gaz chauds, ce parcours le plus long augmentant les surfaces d’échange thermique du gaz chaud avec le bac et la plaque de refroidissement.
D’autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après d’un mode particulier de réalisation, non limitatif de l’invention, faite en référence aux figures dans lesquelles :
Il est à garder à l’esprit que les figures sont données à titre d'exemples et ne sont pas limitatives de l’invention. Elles 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 outre, dans ce qui va suivre, il est fait référence à toutes les figures prises en combinaison. Quand il est fait référence à une ou des figures spécifiques, ces figures sont à prendre en combinaison avec les autres figures pour la reconnaissance des références numériques désignées. Les références des éléments inchangés ou ayant la même fonction sont communes à toutes les figures, et les variantes de réalisation.
Ces figures, et la en particulier, divulguent une structure de véhicule automobile réalisant un bac 1, 2, 8, 9, 10 de batterie selon la définition du présent texte, mais en variante non représentée ce bac 1, 2, 8, 9, 10 est par exemple rapporté sous ou sur la structure de ce véhicule.
Pour la variante illustrée sur la , cette structure de véhicule comprend :
- un plancher 1 comprenant une tôle 2 ayant une face inférieure 2i, et une face opposée supérieure 2s destinée à être orientée vers un habitacle 3 du véhicule,
- un module 4, qui est l’un des exemples possibles d’élément de batterie électrochimique 4, 21, pour le stockage d’énergie électrique, et qui comprend une face d’appui 5,
- une plaque de refroidissement 13, 22, 23, 24 du module 4.
ce module 4 est positionné entre la face inférieure 2i et cette plaque de refroidissement 13, 22, 23, 24, et cette structure comprend un moyen de fixation 6, 7 fixant le module 4 de batterie au plancher 1, la face d’appui 5 étant plaquée contre la face inférieure 2i de la tôle 2 et en contact sur cette face inférieure 2i.
- un plancher 1 comprenant une tôle 2 ayant une face inférieure 2i, et une face opposée supérieure 2s destinée à être orientée vers un habitacle 3 du véhicule,
- un module 4, qui est l’un des exemples possibles d’élément de batterie électrochimique 4, 21, pour le stockage d’énergie électrique, et qui comprend une face d’appui 5,
- une plaque de refroidissement 13, 22, 23, 24 du module 4.
ce module 4 est positionné entre la face inférieure 2i et cette plaque de refroidissement 13, 22, 23, 24, et cette structure comprend un moyen de fixation 6, 7 fixant le module 4 de batterie au plancher 1, la face d’appui 5 étant plaquée contre la face inférieure 2i de la tôle 2 et en contact sur cette face inférieure 2i.
Cette structure de véhicule forme généralement un habitacle 3, entre le plancher 1 et un pavillon reliés entre eux par des montants, mais pas nécessairement. Cela peut-être la structure d’un véhicule autonome sans passager ni conducteur. L’habitacle 3 se comprendra alors comme la partie de la structure située au-dessus du plancher 1.
Le module de batterie 4, et/ou les cellules 21 qu’il contient, est donc fixé directement au plancher 1 de la structure du véhicule, ce qui permet d’éloigner selon l’axe Z le module 4 de la surface de roulage du véhicule. L’expression « directement fixé au plancher 1 » doit se comprendre dans le sens où la face d’appui 5 est plaquée contre la face inférieure 2i de la tôle 2 et en contact sur cette face inférieure 2i.
Ce module 4 comprend par exemple des cellules 21 prismatiques reliées entre elles par des plaquettes de connexions inter cellules. Il est avantageux de placer les cellules en contact avec le moyen de refroidissement 13 via le module 4. Mais cette invention est tout autant applicable pour toutes les autres architectures de module 4, et notamment les cellules 21 cylindriques, ou sous forme de poches.
Idéalement le module 4 est lui-même prismatique mais ce n’est pas obligatoire. La face d’appui 5 sera idéalement plane mais ce n’est pas obligatoire non plus, elle peut être de frome quelconque. Mais si l’on souhaite un échange thermique supplémentaire à la plaque de refroidissement 13, 22, 23, 24, en diffusant la chaleur émise par le module 4 au travers du plancher 1, il sera avantageux que cette face d’appui épouse la surface inférieure 2i de la tôle 2. En effet, comme expliqué précédemment, il est avantageux d’insérer la pâte thermique entre la face d’appui 5 et la face inférieure 2i, et pour minimiser la quantité utilisée de cette pâte il est avantageux que la face inférieur 2i soit en correspondance de forme avec la face d’appui 5.
Le moyen de fixation 6, 7 fixant le module 4 de batterie au plancher 1 comprend par exemple une vis (représentée par un trait d’axe 6) traversant un trou du module 4, et dont l’extrémité filetée coopère avec un écrou 7 soudé directement ou indirectement sous le plancher 1 comme illustré sur les figures 1. Cet écrou 7 est par exemple soudé sur la surface inférieure 2i ou sur une poutre 8.
Mais d’autres moyens de fixation 6, 7 sont possibles en substitution ou en complément. Par exemple on pourra insérer la pâte thermo-conductrice ou un élément déformable thermoconducteur entre la face inférieure 2i et la face d’appui 5. La vis sert alors par exemple de pré maintien du module 4 le temps que la colle se polymérise ou se réticulise, voire la vis n’est pas nécessaire si à la mise en place du module ce module est maintenu en place par un moyen de montage le temps que la colle de polymérise.
Ce plancher 1 comprend par exemple une poutre 8 fixée, au moins sur une partie de sa longueur, directement sur la face inférieure 2i.
Cette poutre 8 est par exemple un profilé en tôle d’acier emboutie ayant une section en « V » ou en « U », cette section étant fermée par la face inférieure 2i de la tôle 2. En particulier cette poutre 8 est soudée par points de soudure électrique simples ou doubles sur la face inférieure 2i, mais d’autres moyens de fixation sont envisageables comme des soudures par apport de métal, des rivetages, vissage, collage.
Cette structure comprend par exemple un longeron 9, selon l’axe X, fixé directement sur la face inférieure 2i et formant avec la poutre 8 et la tôle 2 une alvéole logeant le module 4 de batterie.
Ce longeron 9, comme la poutre 8, sera par exemple fixée par soudage par points électrique. Comme pour la poutre 8, ce longeron 9 est par exemple une tôle d’acier emboutie. Ce longeron est, de façon connue, situé à proximité du bas de caisse, selon l’axe X et sur un côté de la caisse, et assure la rigidité longitudinale de la structure.
Cette poutre 8 est par exemple une traverse transversale au longeron 9 et fixée à une de ses extrémités directement au longeron 9, par exemple par soudage.
Ces poutres 8 participent directement aux renforcement de la structure puisqu’elles sont directement liées aux longerons 9 et au plancher 1.
Cette structure comprend une plaque de carénage 10 distante de la plaque de refroidissement 13, 22, 23, 24 et recouvrant la plaque de refroidissement 13, 22, 23, 24 et une face 11 du module, cette face 11 étant opposée à la face d’appui 5, cette plaque de carénage 10 étant fixée directement ou indirectement au plancher 1 de façon étanche.
On comprendra par plaque de carénage 10, dans tout le texte de ce document, une plaque ou paroi agencée de sorte à :
- faciliter l’écoulement d’un flux d’air provoqué par la vitesse du véhicule en marche, en évitant des pertes de charge aérodynamiques dues au franchissement d’obstacles à son écoulement, ces obstacles étant des éléments du véhicule, notamment des organes de batterie, moteur, structure de caisse, transmission, train roulant, et
- protéger ces éléments du véhicule contre des projectiles de la route, par exemple des projections d’eau.
- faciliter l’écoulement d’un flux d’air provoqué par la vitesse du véhicule en marche, en évitant des pertes de charge aérodynamiques dues au franchissement d’obstacles à son écoulement, ces obstacles étant des éléments du véhicule, notamment des organes de batterie, moteur, structure de caisse, transmission, train roulant, et
- protéger ces éléments du véhicule contre des projectiles de la route, par exemple des projections d’eau.
Cette étanchéité se comprend, dans tout le texte de ce document, comme étant une étanchéité d’un espace interne compris entre le plancher 1 et la plaque de carénage 10 vis-à-vis des agressions extérieures au module 4, par exemple des projections d’eau ou de boue, mais aussi vis-à-vis de gaz toxiques, gaz chauds, pouvant être émis par le module 4 ou l’une de ses cellules 21, tant que ce gaz ne dépasse pas une pression seuil prédéterminée et/ou une température seuil prédéterminée.
La distance entre la plaque de carénage 10 et la plaque de refroidissement 13, 22, 23, 24 permet à la plaque de carénage 10 de se déformer en cas de choc, sans venir impacter la plaque de refroidissement 13, 22, 23, 24 et/ou le module 4.
On notera que cette plaque de carénage 10, le plancher 1 et la tôle 2, la poutre 8, le longeron 9, forment un exemple de bac 1, 2, 8, 9, 10 de batterie selon l’invention, aussi dénommé carter 1, 2, 8, 9, 10 de batterie. Comme décrit précédemment, un autre exemple de bac plus connu de l’homme du métier comprend un réceptacle logeant les modules 4, ce réceptacle étant fermé par un couvercle, ce bac étant alors rapporté et vissé sur une structure du véhicule.
Toujours en référence à la , Par exemple, cette plaque de carénage 10 est, par exemple, fixée directement sur une face inférieure de la poutre 8, ce qui permet des points de fixation en partie centrale de la plaque de carénage 10.
Alternativement ou en combinaison, cette plaque de carénage 10 est fixée directement sur une face inférieure 9i du longeron 9.
Cette structure comprend par exemple deux longerons 9 parallèles, la poutre 8, la tôle 2 et la plaque de carénage 10, cet ensemble délimitant l’espace interne étanche logeant le module 4 et la plaque de refroidissement 13, 22, 23, 24.
La illustre en particulier cette plaque de refroidissement 13, 22, 23, 24. Elle comprend par exemple une première paroi 23 et une deuxième paroi 24 définissant entre-elles un volume 22 de circulation d’un fluide caloporteur, la première paroi 23 étant plaquée contre le module 4.
Ce volume 22 fait par exemple partie d’un circuit de refroidissement du module 4. Ce circuit comprend en outre une pompe de circulation, un échangeur, éventuellement un réchauffeur, et un vase d’expansion lorsque ce fluide est par exemple sous forme liquide, ainsi qu’une conduite de circulation du fluide reliant en boucle fermée l’ensemble des éléments précités. Cette circulation du fluide, par exemple de l’eau glycolée, se fait par l’actionnement de la pompe de circulation.
Les deux parois 23, 24 sont par exemple deux tôles soudées l’une à l’autre, ou collées. La première tôle 23 est par exemple plane et plaquée sur le module 4, et la seconde 24 est emboutie avec une forme de façon à constituer un canal parcouru par le fluide et décrivant un serpentin.
Avantageusement ce serpentin sera uniformément réparti sur toute la face du module opposée 11.
La première tôle 23 comprend par exemple un trou traversé par une vis fixant la plaque de refroidissement 13, 22, 23, 24.sur le module 4. Mais d’autres moyens de fixation sont possibles en substitution ou en complément. Par exemple on pourra insérer une pâte 28 thermo-conductrice ou un élément déformable thermoconducteur entre la plaque de refroidissement 13, 22, 23, 24, et la face opposée 11 du module 4, cette pâte 28 ou élément déformable comprenant et/ou étant constitué d’une colle par exemple de type polyuréthane, mais d’autres type de colle sont envisageables. La vis sert alors par exemple de pré maintien de la plaque de refroidissement 13, 22, 23, 24.sur le module 4, le temps que la colle se polymérise ou se réticulise, voire la vis n’est pas nécessaire si à la mise en place de cette plaque, elle est maintenue en place par un moyen de montage le temps que la colle de polymérise, comme pour le moyen de fixation 6, 7 fixant le module 4 de batterie au plancher 1.
Les figures 2 et 3 divulguent plus précisément le système de batterie de stockage d’énergie électrique selon l’invention.
Ce système de batterie de stockage d’énergie électrique comprend :
- l’ élément de batterie électrochimique 4, 21 comprenant, sur la face 11, le système de sécurité de dégazage 25 de l’élément de batterie électrochimique 4, 21, ce système de sécurité 25 étant apte à libérer le gaz chaud généré en cas de surchauffe de l’élément de batterie électrochimique 4, 21,
- la plaque de refroidissement 13, 22, 23, 24 de l’élément de batterie électrochimique 4, 21, présentant une épaisseur, et en contact thermique avec la face 11, et comprenant un trou 16 d’évacuation du gaz chaud, ce trou 16 traversant l’épaisseur de la plaque de refroidissement 13, 22, 23, 24,
- le conduit 20 canalisant le gaz chaud au travers du trou 16, ce conduit 20 étant refroidi par la plaque de refroidissement 13, 22, 23, 24.
- l’ élément de batterie électrochimique 4, 21 comprenant, sur la face 11, le système de sécurité de dégazage 25 de l’élément de batterie électrochimique 4, 21, ce système de sécurité 25 étant apte à libérer le gaz chaud généré en cas de surchauffe de l’élément de batterie électrochimique 4, 21,
- la plaque de refroidissement 13, 22, 23, 24 de l’élément de batterie électrochimique 4, 21, présentant une épaisseur, et en contact thermique avec la face 11, et comprenant un trou 16 d’évacuation du gaz chaud, ce trou 16 traversant l’épaisseur de la plaque de refroidissement 13, 22, 23, 24,
- le conduit 20 canalisant le gaz chaud au travers du trou 16, ce conduit 20 étant refroidi par la plaque de refroidissement 13, 22, 23, 24.
Ce conduit 20 présente une section constante et une longueur au moins égale à l’épaisseur de la plaque de refroidissement 13, 22, 23, 24.
Sur la , ce conduit 20 a une longueur strictement supérieure à l’épaisseur de la plaque 13, 22, 23, 24, et est désaffleurant de chaque face principale de la plaque 13, 22, 23, 24. Ce désaffleurement peut être nul sur l’une des faces principales, ou sur les deux faces principales. En variante encore, ce conduit 20 peut être en retrait de l’une des faces principales, et être désaffleurant de l’autre face principale. On remarquera que selon l’exemple précédemment décrit, la première face principale est portée par la première tôle 23, et la deuxième face principale est portée par la deuxième tôle 24.
Mais en variante, ce conduit 20 a une longueur égale à l’épaisseur de la plaque 13, 22, 23, 24.
Le trou 16, le conduit 20 et le système de sécurité 25 présentent une coaxialité permettant que le gaz chaud s’échappe par le conduit 20, cette caractéristique est présente également pour les autres variantes sans être obligatoire le système de sécurité 25 pouvant être légèrement désaxé.
Cette conduite 20 est par exemple de section circulaire mais pas nécessairement. En particulier, la surface interne du conduit 20 peut comprendre une ou plusieurs protubérances radiales augmentant la convection thermique entre le gaz et la conduite 20, et/ou des ailettes augmentant la surface d’échange thermique de la conduite 20 avec le gaz.
Quelle que soit la variante, l’une des extrémités 26 du conduit 20 est par exemple en contact thermique avec l’élément de batterie électrochimique 4, 21. Ce contact thermique est par exemple un contact direct, cette extrémité 26 étant précontrainte contre l’élément de batterie 4, 21. Ce contact thermique est par exemple réalisé par continuité de matière avec l’élément de batterie 4, 21. Ce contact thermique est par exemple réalisé par l’insertion de la pâte thermique 28 entre l’extrémité 26 et l’élément de batterie 4, 21.
Cette illustre le module 4 comprenant trois cellules 21, chacune de ces cellules 21 illustrant une variante différente selon l’invention. On distinguera la cellule « de gauche », la plus proche de l’origine du repère ZY porté sur la , la cellule « du centre », et la cellule « de droite » opposée à la cellule « de gauche ».
La cellule « de droite » représente une variante dans laquelle le conduit 20 est solidaire de la plaque de refroidissement 13, 22, 23, 24. On se reportera à la définition de « solidaire » précédemment explicitée dans la description générale.
Les cellules « du centre » et « de gauche » représentent une variante dans laquelle le conduit 20 est une protrusion issue de l’élément de batterie électrochimique 4, 21. En outre, ce conduit 20 loge le système de sécurité 25.
La cellule « de gauche » illustre une variante dans laquelle le système de sécurité 25 est logé à une extrémité libre 27 du conduit 20. Ainsi, le jet de gaz 32 se forme en dehors de la conduite 20 mais tout le gaz traverse bien la conduite 20 ce qui a pour effet de rendre la convection thermique du gaz indépendante de la forme du jet de gaz 32.
A l’inverse, la cellule « du centre » illustre une variante dans laquelle le système de sécurité 25 est logé à une extrémité 26 opposée à l’extrémité libre 27 du conduit 20, présentant l’avantage de protéger le système de sécurité 25 en cas d’agression mécanique, notamment pendant une opération de montage ou de transport de l’élément de batterie 4, 21.
Indépendamment de ces variantes, ce système comprend par exemple la pâte thermique 28 comprimée entre la face 11 de l’élément de batterie électrochimique 4, 21 et la plaque de refroidissement 13, 22, 23, 24.
Cette pâte thermique 28 est représentée de façon originale en remplaçant les hachures habituelles par un ensemble de petits cercles, de sorte que la figure soit plus facilement lisible. Cette pâte 28 est par exemple de même composition que la pâte insérée entre le plancher 1 et le module 4, précédemment décrite.
On remarquera que pour les cellules « de gauche » et « du centre », la conduite 20 est issue de l’élément de batterie 4, 21, et que par conséquent le diamètre externe de la conduite 20 est légèrement inférieur au diamètre du trou 16, pour des raisons de montage vis-à-vis des dispersions géométriques de la plaque de refroidissement 13, 22, 23, 24, et des éléments de batterie 4, 21. La pâte 28 vient combler cet écart de diamètre de sorte que la conduction de chaleur s’opère efficacement entre cette plaque 13, 22, 23, 24, et l’élément de batterie 4, 21 (dont la conduite 20).
Mais la illustre une variante (cellules « de gauche » et « du centre ») où cet écart est volontairement grand, de sorte que la pâte thermique 28 puisse déborder largement entre la conduite 20 et le trou 16, et ainsi prolonger la conduction thermique entre la plaque 13, 22, 23, 24, et la conduite 20 sur une grande partie de la longueur de la conduite 20, voire sur toute la longueur de la conduite.
La et 3 illustrent un bac 1, 2, 8, 9, 10 délimitant un espace interne étanche logeant :
- l’élément de batterie électrochimique 4, 21,
- la plaque de refroidissement 13, 22, 23, 24,
- et le conduit 20.
- l’élément de batterie électrochimique 4, 21,
- la plaque de refroidissement 13, 22, 23, 24,
- et le conduit 20.
La illustre en particulier ce bac 1, 2, 8, 9, 10, et notamment la plaque de carénage 10, comprenant un système de canalisation à chicanes 29 du gaz chaud issu de la conduite 20, positionné entre la plaque de refroidissement 13, 22, 23, 24 et une paroi 10 du bac 1, 2, 8, 9, 10, c’est-à-dire la plaque de carénage 10 précédemment décrite. Ainsi ces chicanes 29 sont portées par la paroi 10 mais en variante elles sont portées par exemple par la deuxième paroi 24 de la plaque de refroidissement 13, 22, 23, 24, voire une combinaison des deux.
Ces chicanes 29 sont représentées ici par des cloisons dont un ajourage sur chaque cloison est réalisé en quinconce avec l’ajourage de sa cloison voisine, cet ajourage étant un trou circulaire mais bien entendu, toute autre forme est envisageable, comme par exemple des cloisons de longueur différentes, voire remplacer les cloisons par des emboutis de la paroi 10 ou de la deuxième face principale de la plaque de refroidissement 13, 22, 23, 24.
Le « cheminement » du gaz au travers de ces chicanes 29 est représenté par un trait en pointillés 32 doté d’une flèche indiquant le sens de déplacement. La flèche en pointillés verticale et droite prend sa source à l’endroit où le gaz s’échappe d’une conduite 20 d’un premier module 4, par exemple.
Ce bac 1, 2, 8, 9, 10 comprenant un moyen d’ouverture configuré pour :
- ouvrir ou fermer une ouverture 30, 31 du bac débouchant dans l’espace interne étanche,
- et pour laisser s’échapper, si l’ouverture 30, 31 est ouverte, le gaz chaud issu du système de canalisation à chicanes 29.
- ouvrir ou fermer une ouverture 30, 31 du bac débouchant dans l’espace interne étanche,
- et pour laisser s’échapper, si l’ouverture 30, 31 est ouverte, le gaz chaud issu du système de canalisation à chicanes 29.
Cette ouverture 30, 31 est ici aménagée au travers de la plaque de carénage 10 mais ce n’est pas obligatoire, et peut être aménagée dans une paroi du longeron 9 ou de la poutre 8 de façon à profiter du « creux » du longeron ou de la poutre 9 pour prolonger le cheminement du gaz et le refroidir davantage.
Avantageusement, ce bac 1, 2, 8, 9, 10 comprend :
- plusieurs moyens d’ouvertures,
- plusieurs systèmes de sécurité de dégazage 25, et
- un dispositif de contrôle agencé de sorte à commander à l’état ouvert le moyen d’ouverture le plus éloigné du système de sécurité 25 émettant le gaz chaud.
- plusieurs moyens d’ouvertures,
- plusieurs systèmes de sécurité de dégazage 25, et
- un dispositif de contrôle agencé de sorte à commander à l’état ouvert le moyen d’ouverture le plus éloigné du système de sécurité 25 émettant le gaz chaud.
Ces moyens d’ouvertures sont par exemple des vannes ou des clapets, comprenant un actionneur activé par le dispositif de contrôle. Ces moyens d’ouvertures comprennent en outre par exemple un système de sécurité supplémentaire, similaire au système de sécurité de dégazage 25 de l’élément de batterie électrochimique 4, 21 de sorte que, si le moyen d’ouverture est dysfonctionnel, le gaz chaud puisse malgré tout s’échapper du bac 1, 2, 8, 9, 10 au-delà d’une pression et/ou température prédéterminée du gaz dans le bac 1, 2, 8, 9, 10.
Ce bac 1, 2, 8, 9, 10 comprend par exemple un capteur de température et/ou de pression à proximité de chaque moyen d’ouverture, ce dispositif de contrôle comprenant les moyens d’acquisition, de traitement par instructions logicielles stockées dans une mémoire ainsi que les moyens de commande requis à mise en œuvre d’un procédé exécutant les étapes de :
- acquérir les températures et/ou pressions des capteurs de température et/ou pressions,
- déterminer si l’un des capteurs mesure une température et/ou pression dépassant un seuil prédéterminé, puis
- commander le moyen d’ouverture le plus éloigné du capteur mesurant la valeur au-dessus du seuil prédéterminé en position ouverte.
- acquérir les températures et/ou pressions des capteurs de température et/ou pressions,
- déterminer si l’un des capteurs mesure une température et/ou pression dépassant un seuil prédéterminé, puis
- commander le moyen d’ouverture le plus éloigné du capteur mesurant la valeur au-dessus du seuil prédéterminé en position ouverte.
Claims (10)
- Système de batterie de stockage d’énergie électrique comprenant :
- un élément de batterie électrochimique (4, 21) comprenant, sur une face (11), un système de sécurité de dégazage (25) de l’élément de batterie électrochimique (4, 21), ce système de sécurité (25) étant apte à libérer un gaz chaud (32) généré en cas de surchauffe de l’élément de batterie électrochimique (4, 21),
- une plaque de refroidissement (13, 22, 23, 24) de l’élément de batterie électrochimique (4, 21), présentant une épaisseur, et en contact thermique avec la face (11), et comprenant un trou (16) d’évacuation du gaz chaud, ce trou (16) traversant l’épaisseur de la plaque de refroidissement (13, 22, 23, 24),
- un conduit (20) canalisant le gaz chaud au travers du trou (16), ce conduit (20) étant refroidi par la plaque de refroidissement (13, 22, 23, 24),
caractérisé en ce que ce conduit (20) présente une section constante et une longueur au moins égale à l’épaisseur de la plaque de refroidissement (13, 22, 23, 24). - Système selon la revendication 1, le conduit (20) étant solidaire de la plaque de refroidissement (13, 22, 23, 24).
- Système selon l’une des revendications précédentes, l’une des extrémités (26) du conduit (20) étant en contact thermique avec l’élément de batterie électrochimique (4, 21).
- Système selon la revendication 1, le conduit (20) étant une protrusion issue de l’élément de batterie électrochimique (4, 21).
- Système selon la revendication 4, le conduit (20) logeant le système de sécurité (25).
- Système selon la revendication 5, le système de sécurité (25) étant logé à une extrémité libre (27) du conduit (20).
- Système selon l’une des revendications précédentes, comprenant une pâte thermique (28) comprimée entre la face (11) de l’élément de batterie électrochimique (4, 21) et la plaque de refroidissement (13, 22, 23, 24).
- Système selon l’une des revendications précédentes comprenant en outre un bac (1, 2, 8, 9, 10) délimitant un espace interne étanche logeant :
- élément de batterie électrochimique (4, 21),
- la plaque de refroidissement (13, 22, 23, 24),
- et le conduit (20),
ce bac (1, 2, 8, 9, 10) comprenant un système de canalisation à chicanes (29) du gaz chaud issu de la conduite (20), positionné entre la plaque de refroidissement (13, 22, 23, 24) et une paroi (10) du bac (1, 2, 8, 9, 10). - Système selon la revendication 8, le bac (1, 2, 8, 9, 10) comprenant un moyen d’ouverture configuré pour :
- ouvrir ou fermer une ouverture (30, 31) du bac débouchant dans l’espace interne étanche,
- et pour laisser s’échapper, si l’ouverture (30, 31) est ouverte, le gaz chaud issu du système de canalisation à chicanes (29). - Système selon la revendication 9 comprenant :
- plusieurs moyens d’ouvertures,
- plusieurs systèmes de sécurité de dégazage (25), et
- un dispositif de contrôle agencé de sorte à commander à l’état ouvert le moyen d’ouverture le plus éloigné du système de sécurité (25) émettant le gaz chaud.
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