FR3128826A1 - Secure compartment for receiving an electricity storage module and associated system - Google Patents

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Abstract

Compartiment sécurisé de réception d’un module de stockage d’électricité et système associé. L’invention concerne un compartiment (2) de réception d’au moins un module de stockage (1) d’électricité, comprenant une paroi (20) étanche délimitant un volume intérieur (21) de réception du module (1), au moins une ouverture (22) de passage d’un liquide (30) disposée dans la paroi (20), au moins un dispositif d’étanchéité (23) de l’ouverture (22). Le dispositif d’étanchéité présente une configuration fermée d’obstruction de l’ouverture et une configuration ouverte de passage du liquide (30). Un élément thermofusible (230) maintient par défaut le dispositif d’étanchéité (23) dans sa configuration fermée. Lorsque la température d’au moins une partie de l’élément thermofusible (230) dépasse une température seuil, le dispositif d’étanchéité (23) passe de sa configuration fermée à sa configuration ouverte, induisant une entrée du liquide (30) dans le volume intérieur (21) de façon à inonder le module de stockage (1). Figure pour l’abrégé : Fig.1Secure compartment for receiving an electricity storage module and associated system. The invention relates to a compartment (2) for receiving at least one electricity storage module (1), comprising a sealed wall (20) delimiting an interior volume (21) for receiving the module (1), at least an opening (22) for the passage of a liquid (30) arranged in the wall (20), at least one sealing device (23) of the opening (22). The sealing device has a closed configuration for obstructing the opening and an open configuration for liquid passage (30). A hot-melt element (230) maintains the sealing device (23) in its closed configuration by default. When the temperature of at least a portion of the hot-melt element (230) exceeds a threshold temperature, the sealing device (23) switches from its closed configuration to its open configuration, inducing an entry of the liquid (30) into the interior volume (21) so as to flood the storage module (1). Figure for abstract: Fig.1

Description

Compartiment sécurisé de réception d’un module de stockage d’électricité et système associéSecure compartment for receiving an electricity storage module and associated system

La présente invention concerne le domaine des dispositifs de refroidissement de modules de stockage électrique, par exemple de batterie. Elle trouve pour application particulièrement avantageuse le domaine de la sécurité des batteries dans des moyens de transports, et plus particulièrement dans les navires. D’autres applications peuvent être envisagées telles que des équipements de soutien au réseau, de stockage d’énergie électrique, par exemple pour l’intermittence des énergies renouvelables, et pour les alimentations électriques ininterruptibles.The present invention relates to the field of devices for cooling electrical storage modules, for example batteries. It finds a particularly advantageous application in the field of the safety of batteries in means of transport, and more particularly in ships. Other applications can be envisaged such as network support equipment, electrical energy storage, for example for the intermittency of renewable energies, and for uninterruptible power supplies.

ETAT DE LA TECHNIQUESTATE OF THE ART

Une multitude d’appareils est alimentée électriquement par des systèmes comprenant des modules de stockage d’énergie électrique, tels que des batteries, et notamment des batteries lithium-ion. Lors de la vie d’un appareil, des défauts de fonctionnement des modules de stockage peuvent survenir. Un module de stockage peut plus particulièrement subir une surchauffe, voire un emballement thermique, durant lesquels la température d’une ou plusieurs unité(s) de stockage dans le module s’élève anormalement.A multitude of devices are electrically powered by systems comprising electrical energy storage modules, such as batteries, and in particular lithium-ion batteries. During the life of a device, malfunctions of the storage modules may occur. A storage module can more particularly experience overheating, or even thermal runaway, during which the temperature of one or more storage unit(s) in the module rises abnormally.

Sous l’effet d’un défaut interne, un court-circuit interne par exemple, ou externe, une surchauffe ou une surcharge par exemple, une batterie peut se mettre à bruler de manière spontanée, entretenue et violente. Un risque est alors de propager le défaut de fonctionnement, par exemple de l’unité de stockage à d’autres unités, entre différents modules, voire au reste de l’appareil alimenté. Les températures des gaz émis en grande quantité peuvent alors atteindre 1000°C, et jusqu’à 1200°C pour les flammes. Le feu va alors se propager aux unités ou modules voisins, notamment par contact avec les flammes, par de la matière projetée enflammée, par convection et/ou par rayonnement. Par réactions en chaîne, l’ensemble du pack batterie peut être touché.Under the effect of an internal fault, an internal short-circuit for example, or an external one, overheating or overloading for example, a battery can start to burn spontaneously, sustained and violently. There is then a risk of propagating the operating fault, for example from the storage unit to other units, between different modules, or even to the rest of the powered device. The temperatures of the gases emitted in large quantities can then reach 1000°C, and up to 1200°C for the flames. The fire will then spread to neighboring units or modules, in particular by contact with the flames, by ignited projected material, by convection and/or by radiation. By chain reactions, the entire battery pack can be affected.

Pour de nombreuses applications, la possibilité d’un emballement thermique représente un risque inacceptable, ou pour le moins très difficile à gérer. Dans le domaine des transports par exemple, et plus particulièrement des navires, le milieu dans lequel évoluent les opérateurs et/ou les passagers est généralement confiné. Le dégagement de fumée ou la propagation d’un incendie doit donc être évité. En outre, l’évacuation des passagers peut être longue, compliquée, voire impossible.For many applications, the possibility of thermal runaway represents an unacceptable risk, or at the very least very difficult to manage. In the field of transport for example, and more particularly of ships, the environment in which the operators and/or the passengers operate is generally confined. The development of smoke or the spread of a fire must therefore be avoided. In addition, the evacuation of passengers can be long, complicated or even impossible.

Afin de limiter cela, il existe des solutions visant à limiter la propagation de l’emballement d’un module de stockage à un autre, par le biais de matériaux limitant la propagation, ou de fluide refroidisseur dédié circulant autour des modules en fonctionnement pour les refroidir. Ces solutions sont toutefois complexes, coûteuses en matériaux supplémentaires et augmentent sensiblement la masse et le volume du pack batterie.In order to limit this, there are solutions aimed at limiting the propagation of runaway from one storage module to another, by means of propagation-limiting materials, or dedicated cooling fluid circulating around the modules in operation for the chill. These solutions are however complex, costly in terms of additional materials and significantly increase the mass and the volume of the battery pack.

Il est connu du document EP1806807 A1 un dispositif de sécurité pour pack batterie dans lequel un agent extincteur est disposé dans une enveloppe, elle-même disposé dans un compartiment de réception d’un module de stockage. Lors d’une élévation de la température du pack batterie, l’agent extincteur s’évapore jusqu’à entrainer la rupture l’enveloppe. Cette solution reste en pratique limitée pour éviter la propagation d’un emballement thermique. L’agent extincteur ne doit pas seulement bloquer l’accès à l’air comme les feux de combustibles classiques, mais assurer un fort refroidissement pour arrêter la combustion du module de stockage.Document EP1806807 A1 discloses a safety device for a battery pack in which an extinguishing agent is placed in an envelope, itself placed in a receiving compartment of a storage module. When the temperature of the battery pack rises, the extinguishing agent evaporates until the envelope ruptures. This solution remains in practice limited to avoid the propagation of a thermal runaway. The extinguishing agent must not only block the access to air like conventional fuel fires, but provide strong cooling to stop the combustion of the storage module.

Un objet de la présente invention est donc de proposer une solution permettant un refroidissement efficace et rapide en cas de surchauffe, voire d’emballement thermique, d’un module de stockage électrique.An object of the present invention is therefore to propose a solution allowing effective and rapid cooling in the event of overheating, or even thermal runaway, of an electrical storage module.

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.The other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from a review of the following description and the accompanying drawings. It is understood that other benefits may be incorporated.

RESUMESUMMARY

Pour atteindre cet objectif, selon un premier aspect on prévoit un compartiment de réception d’au moins un module de stockage d’électricité.To achieve this objective, according to a first aspect, a compartment for receiving at least one electricity storage module is provided.

Avantageusement, le compartiment comprend :

  • une paroi étanche délimitant un volume intérieur de réception du module,
  • au moins une ouverture de passage d’un liquide disposée dans la paroi,
  • au moins un dispositif d’étanchéité de l’ouverture :
    • présentant une configuration fermée d’obstruction de l’ouverture et une configuration ouverte de passage du liquide,
    • comprenant un élément thermofusible disposé au moins en partie, et de préférence totalement, dans le volume intérieur et maintenant par défaut le dispositif d’étanchéité dans sa configuration fermée, et
    • configuré de sorte que lorsque la température de l’élément thermofusible dépasse une température seuil prédéterminée, le dispositif d’étanchéité passe de sa configuration fermée à sa configuration ouverte, induisant une entrée du liquide dans le volume intérieur de façon à inonder le module de stockage.
Advantageously, the compartment comprises:
  • a sealed wall delimiting an interior volume for receiving the module,
  • at least one passage opening for a liquid arranged in the wall,
  • at least one device for sealing the opening:
    • having a closed configuration for obstructing the opening and an open configuration for passing the liquid,
    • comprising a hot-melt element disposed at least partially, and preferably totally, in the interior volume and maintaining the sealing device by default in its closed configuration, and
    • configured such that when the temperature of the hot-melt element exceeds a predetermined threshold temperature, the sealing device switches from its closed configuration to its open configuration, inducing an entry of the liquid into the interior volume so as to flood the storage module .

Ainsi, la surchauffe ou l’emballement thermique d’une unité ou d’un module de stockage induisant une augmentation de la température dans le compartiment, l’élément thermofusible va s’échauffer jusqu’à dépasser la température seuil prédéterminée. La fusion de l’élément thermofusible induit alors l’ouverture du dispositif d’étanchéité. L’élément thermofusible étant au contact du volume intérieur dans lequel le module de stockage est placé, de préférence à proximité immédiate, voire même au contact du module de stockage, l’élément thermosensible augmente en température au début de la surchauffe ou de l’emballement thermique, sans nécessiter le réchauffement de parois et/ou d’élément intermédiaire. La fusion et donc l’ouverture se déclenchent rapidement suite à la surchauffe ou l’emballement thermique. Cette solution se démarque ainsi clairement d’une rupture induite par une augmentation de la pression d’un agent par une augmentation de sa température, provoquant sa délivrance dans le compartiment. En outre, l’ouverture est déclenchée automatiquement avec l’augmentation de la température dans le compartiment, sans nécessiter de capteur ou de dispositif de commande. L’ouverture est donc fiabilisée.Thus, overheating or thermal runaway of a storage unit or module inducing an increase in the temperature in the compartment, the hot-melt element will heat up until it exceeds the predetermined threshold temperature. The fusion of the thermofusible element then induces the opening of the sealing device. The thermofusible element being in contact with the interior volume in which the storage module is placed, preferably in the immediate vicinity, or even in contact with the storage module, the thermosensitive element increases in temperature at the start of the overheating or the thermal runaway, without requiring the heating of walls and/or intermediate element. Melting and therefore opening are triggered quickly following overheating or thermal runaway. This solution thus clearly stands out from a rupture induced by an increase in the pressure of an agent by an increase in its temperature, causing it to be delivered into the compartment. In addition, the opening is triggered automatically with the increase in temperature in the compartment, without requiring any sensor or control device. The opening is therefore made reliable.

Le liquide n’étant pas stocké dans le compartiment de réception, son volume est moins, et de préférence pas, limité. Une inondation du compartiment de réception est rendue ainsi possible, pour un meilleur inertage thermique du module et l’extinction d’un éventuel incendie.Since the liquid is not stored in the receiving compartment, its volume is less, and preferably not, limited. Flooding of the receiving compartment is thus made possible, for better thermal inerting of the module and extinguishing a possible fire.

De façon synergique, un refroidissement rapide et efficace du compartiment est permis lors d’une surchauffe ou d’un emballement thermique. Le module à l’origine de l’emballement thermique est mis en court-circuit et donc sacrifié pour éviter la propagation du défaut.Synergistically, rapid and efficient cooling of the compartment is enabled during overheating or thermal runaway. The module causing the thermal runaway is short-circuited and therefore sacrificed to prevent the fault from propagating.

En outre, la conception du compartiment est simplifiée, ce qui permet d’augmenter sa compacité et de minimiser son coût. Cette solution de refroidissement et d’inertage étant en outre très efficace, elle peut autoriser de se dispenser d’autres solutions de sécurisation des modules de stockage, entrainant un gain de coût, de volume, de poids du système stockage d’énergie.In addition, the design of the compartment is simplified, which makes it possible to increase its compactness and minimize its cost. As this cooling and inerting solution is also very efficient, it can make it possible to dispense with other solutions for securing storage modules, leading to a gain in cost, volume and weight of the energy storage system.

Un deuxième aspect de l’invention concerne un système de réception d’un module de stockage électrique comprenant au moins un compartiment selon le premier aspect.A second aspect of the invention relates to a system for receiving an electrical storage module comprising at least one compartment according to the first aspect.

Selon un exemple, le système comprend un volume du liquide admissible depuis l’ouverture de passage du liquide dans le volume intérieur du compartiment.According to one example, the system includes an allowable liquid volume from the liquid passage opening into the interior volume of the compartment.

Un troisième aspect de l’invention concerne un navire comprenant une coque et le système selon le deuxième aspect, ou le compartiment selon le premier aspect.A third aspect of the invention relates to a ship comprising a hull and the system according to the second aspect, or the compartment according to the first aspect.

Selon un exemple, la coque est destinée à former au moins en partie une paroi d’interface avec un milieu extérieur liquide, sur laquelle est montée le système ou le compartiment.According to one example, the shell is intended to form at least in part an interface wall with a liquid external medium, on which the system or the compartment is mounted.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURESBRIEF DESCRIPTION OF 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 :The aims, objects, as well as the characteristics and advantages of the invention will emerge better from the detailed description of an embodiment of the latter which is illustrated by the following accompanying drawings in which:

La représente une vue schématique d’un compartiment de réception selon un exemple de réalisation de l’invention. There shows a schematic view of a receiving compartment according to an embodiment of the invention.

Les figures 2A et 2B représentent le principe de fonctionnement du dispositif d’étanchéité selon un exemple de réalisation. FIGS. 2A and 2B represent the principle of operation of the sealing device according to an example embodiment.

Les figures 3A et 3B représentent une vue schématique de systèmes de réception selon différents exemples de réalisation. FIGS. 3A and 3B represent a schematic view of reception systems according to various example embodiments.

Les figures 4 à 6 représentent des vues schématiques d’un compartiment de réception selon différents exemples de réalisation. Figures 4 to 6 show schematic views of a receiving compartment according to different embodiments.

La représente une vue schématique d’un module de stockage dans lequel circule le fil. There represents a schematic view of a storage module in which the thread circulates.

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 ne sont pas nécessairement représentatives de la réalité.The drawings are given by way of examples and do not limit the invention. They constitute schematic representations of principle intended to facilitate understanding of the invention and are not necessarily scaled to practical applications. In particular, the dimensions are not necessarily representative of reality.

Claims (17)

Compartiment (2) de réception d’au moins un module de stockage (1) d’électricité caractérisé en ce qu’il comprend :
  • une paroi (20) étanche délimitant un volume intérieur (21) de réception du module (1),
  • au moins une ouverture (22) de passage d’un liquide (30) disposée dans la paroi (20),
  • au moins un dispositif d’étanchéité (23) de l’ouverture (22) :
    • présentant une configuration fermée d’obstruction de l’ouverture et une configuration ouverte de passage du liquide (30) par l’ouverture (22),
    • comprenant un élément thermofusible (230) disposé au moins en partie dans le volume intérieur et maintenant par défaut le dispositif d’étanchéité (23) dans sa configuration fermée, et
    • configuré de sorte que lorsque la température de d’au moins une partie de l’élément thermofusible (230) dépasse une température seuil prédéterminée, le dispositif d’étanchéité (23) passe de sa configuration fermée à sa configuration ouverte, induisant une entrée du liquide (30) dans le volume intérieur (21) de façon à inonder le module de stockage (1).
Compartment (2) for receiving at least one electricity storage module (1) characterized in that it comprises:
  • a sealed wall (20) delimiting an interior volume (21) for receiving the module (1),
  • at least one opening (22) for passage of a liquid (30) arranged in the wall (20),
  • at least one sealing device (23) of the opening (22):
    • having a closed configuration for obstructing the opening and an open configuration for the passage of the liquid (30) through the opening (22),
    • comprising a heat-fusible element (230) disposed at least partly in the interior volume and maintaining by default the sealing device (23) in its closed configuration, and
    • configured such that when the temperature of at least a portion of the hot melt element (230) exceeds a predetermined threshold temperature, the sealing device (23) switches from its closed configuration to its open configuration, inducing an entry of the liquid (30) in the interior volume (21) so as to flood the storage module (1).
Compartiment (2) selon la revendication précédente, dans lequel l’élément thermofusible (230) exerce une force sur le dispositif d’étanchéité (23) supérieure à la pression du liquide sur le dispositif d’étanchéité (23) de façon à maintenir en compression le dispositif d’étanchéité (23) contre la paroi (20).Compartment (2) according to the preceding claim, in which the thermofusible element (230) exerts a force on the sealing device (23) greater than the pressure of the liquid on the sealing device (23) so as to maintain compressing the sealing device (23) against the wall (20). Compartiment (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif d’étanchéité (23) comprend un fil (230a) circulant dans le volume intérieur (21) et des pièces d’ancrage (230b) du fil sur la paroi, au moins l’un parmi le fil (230a) et les pièces d’ancrage (230b) étant thermofusible.Compartment (2) according to any one of the preceding claims, in which the sealing device (23) comprises a wire (230a) circulating in the interior volume (21) and anchoring pieces (230b) of the wire on the wall, at least one of the wire (230a) and the anchors (230b) being hot melt. Compartiment (2) selon la revendication précédente, dans lequel le fil (230a) est thermofusible.Compartment (2) according to the preceding claim, in which the yarn (230a) is heat-fusible. Compartiment (2) selon l’une quelconque des deux revendications précédentes, dans lequel le volume intérieur (21) définit une pluralité de zones de réception (210) d’un module de stockage (1), et le fil (230a) circule dans au moins deux zones de réception (210), et de préférence dans chaque zone de réception (210).Compartment (2) according to any one of the two preceding claims, in which the interior volume (21) defines a plurality of reception areas (210) of a storage module (1), and the wire (230a) runs in at least two reception zones (210), and preferably in each reception zone (210). Compartiment (2) selon l’une quelconque des trois revendications précédentes, dans lequel le compartiment (2) comprenant le module de stockage (1), lui-même doté d’une pluralité d’unités de stockage (10), le fil (230a) est thermofusible et circule entre la pluralité d’unités de stockage (10) du module de stockage (1).Compartment (2) according to any one of the three preceding claims, in which the compartment (2) comprising the storage module (1), itself provided with a plurality of storage units (10), the wire ( 230a) is heat-fusible and circulates between the plurality of storage units (10) of the storage module (1). Compartiment (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, le compartiment (2) comprenant au moins deux ouvertures (22), dont au moins une première ouverture (22) de passage du liquide (30).Compartment (2) according to any one of the preceding claims, the compartment (2) comprising at least two openings (22), including at least a first opening (22) for the passage of the liquid (30). Compartiment (2) selon la revendication précédente, dans lequel le dispositif d’étanchéité (23) est configuré de sorte que, pour chaque ouverture (22), le passage de sa configuration fermée à sa configuration ouverte est déclenché par le même élément thermofusible (230).Compartment (2) according to the preceding claim, in which the sealing device (23) is configured so that, for each opening (22), the passage from its closed configuration to its open configuration is triggered by the same hot-melt element ( 230). Compartiment (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’au moins une ouverture (22) est configurée de façon à être disposée au-dessus d’une zone de réception du module de stockage (1), en projection selon la verticale lors de l’utilisation du compartiment (2).Compartment (2) according to any one of the preceding claims, in which the at least one opening (22) is configured so as to be arranged above a reception zone of the storage module (1), projecting according to the vertical when using the compartment (2). Compartiment (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un dispositif d’actionnement configuré pour agir sur l’élément thermofusible (230) de façon à actionner le passage du dispositif d’étanchéité (23) de sa configuration fermée à sa configuration ouverte.Compartment (2) according to any one of the preceding claims, further comprising an actuation device configured to act on the hot-melt element (230) so as to actuate the passage of the sealing device (23) from its closed configuration. to its open configuration. Système (3) de réception d’un module de stockage (1) électrique comprenant :
  • au moins un compartiment (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, et
  • un volume du liquide (30) admissible depuis l’ouverture (22) de passage du liquide (30) dans le volume intérieur (21) du compartiment (2).
System (3) for receiving an electrical storage module (1) comprising:
  • at least one compartment (2) according to any one of the preceding claims, and
  • a volume of the liquid (30) admissible from the opening (22) for passage of the liquid (30) into the internal volume (21) of the compartment (2).
Système (3) selon la revendication précédente, comprenant un réservoir (31) comprenant le volume de liquide (30) admissible, le réservoir (31) étant raccordé fluidiquement à l’ouverture (22) de passage du liquide (30).System (3) according to the preceding claim, comprising a tank (31) comprising the admissible volume of liquid (30), the tank (31) being fluidically connected to the opening (22) for the passage of the liquid (30). Système (3) selon la revendication 11, dans lequel le compartiment (2) est apte à être monté sur une conduite (32) de circulation de liquide comprenant le volume de liquide (30) admissible, l’ouverture (22) étant raccordée fluidiquement à la conduite (32).System (3) according to Claim 11, in which the compartment (2) is adapted to be mounted on a pipe (32) for the circulation of liquid comprising the admissible volume of liquid (30), the opening (22) being fluidly connected driving (32). Système (3) selon la revendication 11, dans lequel le compartiment (2) est apte à être monté sur une paroi d’interface (4) avec un milieu extérieur liquide (33) comprenant le volume de liquide (30) admissible.System (3) according to claim 11, in which the compartment (2) is adapted to be mounted on an interface wall (4) with an external liquid medium (33) comprising the admissible volume of liquid (30). Système (3) selon l’une quelconque des quatre revendications précédentes, comprenant une pluralité de compartiments (2) isolés de façon étanche les uns des autres, chaque compartiment (2) étant destiné à recevoir au moins un module de stockage (1).System (3) according to any one of the four preceding claims, comprising a plurality of compartments (2) sealed off from one another, each compartment (2) being intended to receive at least one storage module (1). Navire comprenant une coque (4) et le système (3) selon l’une quelconque des cinq revendications précédentes.Vessel comprising a hull (4) and the system (3) according to any one of the five preceding claims. Navire selon la revendication précédente, dans lequel la coque (4) est destinée à former au moins en partie une paroi d’interface avec un milieu extérieur liquide (33), sur laquelle est montée le système (3).Vessel according to the preceding claim, in which the hull (4) is intended to form at least in part an interface wall with an external liquid medium (33), on which the system (3) is mounted.
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