FR3132387A1 - Système d’alimentation électrique embarqué - Google Patents
Système d’alimentation électrique embarqué Download PDFInfo
- Publication number
- FR3132387A1 FR3132387A1 FR2206849A FR2206849A FR3132387A1 FR 3132387 A1 FR3132387 A1 FR 3132387A1 FR 2206849 A FR2206849 A FR 2206849A FR 2206849 A FR2206849 A FR 2206849A FR 3132387 A1 FR3132387 A1 FR 3132387A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- battery
- powder
- module
- thermal runaway
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 56
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 7
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 6
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 238000007872 degassing Methods 0.000 claims description 11
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 8
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 7
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 7
- 239000004568 cement Substances 0.000 claims description 6
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L sodium carbonate Substances [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 6
- KHZAWAWPXXNLGB-UHFFFAOYSA-N [Bi].[Pb].[Sn] Chemical compound [Bi].[Pb].[Sn] KHZAWAWPXXNLGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 4
- 239000010455 vermiculite Substances 0.000 claims description 4
- 229910052902 vermiculite Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 235000019354 vermiculite Nutrition 0.000 claims description 4
- XECAHXYUAAWDEL-UHFFFAOYSA-N acrylonitrile butadiene styrene Chemical compound C=CC=C.C=CC#N.C=CC1=CC=CC=C1 XECAHXYUAAWDEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000004676 acrylonitrile butadiene styrene Substances 0.000 claims description 3
- 229920000122 acrylonitrile butadiene styrene Polymers 0.000 claims description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 3
- LFVGISIMTYGQHF-UHFFFAOYSA-N ammonium dihydrogen phosphate Chemical class [NH4+].OP(O)([O-])=O LFVGISIMTYGQHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 235000019826 ammonium polyphosphate Nutrition 0.000 claims description 3
- 229920001276 ammonium polyphosphate Polymers 0.000 claims description 3
- 239000001506 calcium phosphate Substances 0.000 claims description 3
- 229910000389 calcium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 235000011010 calcium phosphates Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- 235000019837 monoammonium phosphate Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 claims description 3
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 claims description 3
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims description 3
- 235000002639 sodium chloride Nutrition 0.000 claims description 3
- QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H tricalcium bis(phosphate) Chemical compound [Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims description 3
- 150000001805 chlorine compounds Chemical class 0.000 claims description 2
- 229910000918 newton's metal Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 2
- 235000011182 sodium carbonates Nutrition 0.000 claims description 2
- UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M Sodium bicarbonate Chemical compound [Na+].OC([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims 2
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 claims 1
- 235000017557 sodium bicarbonate Nutrition 0.000 claims 1
- 229910000030 sodium bicarbonate Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 11
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 4
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 3
- 230000004224 protection Effects 0.000 description 3
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000011736 potassium bicarbonate Substances 0.000 description 2
- 229910000028 potassium bicarbonate Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000015497 potassium bicarbonate Nutrition 0.000 description 2
- TYJJADVDDVDEDZ-UHFFFAOYSA-M potassium hydrogencarbonate Chemical compound [K+].OC([O-])=O TYJJADVDDVDEDZ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004114 Ammonium polyphosphate Substances 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 229910000387 ammonium dihydrogen phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 230000003116 impacting effect Effects 0.000 description 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 description 1
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000013017 mechanical damping Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006012 monoammonium phosphate Substances 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 1
- 230000001141 propulsive effect Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M sodium chloride Inorganic materials [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
- H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
- H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
- H01M50/213—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for cells having curved cross-section, e.g. round or elliptic
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
- A62D—CHEMICAL MEANS FOR EXTINGUISHING FIRES OR FOR COMBATING OR PROTECTING AGAINST HARMFUL CHEMICAL AGENTS; CHEMICAL MATERIALS FOR USE IN BREATHING APPARATUS
- A62D1/00—Fire-extinguishing compositions; Use of chemical substances in extinguishing fires
- A62D1/0007—Solid extinguishing substances
- A62D1/0014—Powders; Granules
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
- H01M50/249—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders specially adapted for aircraft or vehicles, e.g. cars or trains
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
- H01M50/317—Re-sealable arrangements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2200/00—Safety devices for primary or secondary batteries
- H01M2200/10—Temperature sensitive devices
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2220/00—Batteries for particular applications
- H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Business, Economics & Management (AREA)
- Emergency Management (AREA)
- Battery Mounting, Suspending (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
Système d’alimentation électrique (100) embarqué, comportant une batterie (1), notamment batterie lithium-ion, comportant : au moins un module (4) contenant au moins une cellule (5) électrochimique;au moins une poche (7) fermée au sein de la batterie (1) contenant une poudre (8) solide ayant un effet anti-feu, ladite au moins une poche (7) étant configurée de manière à permettre de libérer ladite poudre (8) en cas de feu déclenché lors d’un emballement thermique d’au moins une cellule (5). Figure de l’abrégé : Figure 3
Description
La présente divulgation relève du domaine des systèmes d’alimentation électrique embarqués comportant une batterie, dans le secteur aéronautique, notamment une batterie propulsive ou une batterie tampon. L’invention concerne en particulier un système d’alimentation électrique embarqué, par exemple dans un avion, dans un hélicoptère ou dans un drone ainsi qu’un procédé d’extinction d’un feu de batterie en cas d’emballement thermique dans un tel système d’alimentation électrique.
Une batterie, notamment de type Lithium-ion (Li-ion), contient au moins une, généralement plusieurs cellules électrochimiques, telles que des cellules Li-ion. Chaque cellule peut être l’objet d’un emballement thermique. En effet, l’électrolyte que les cellules contiennent se présente sous la forme de sels de lithium dans un solvant organique hautement inflammable. Une surchauffe de la batterie peut être une des causes du déclenchement d’un emballement thermique.
Par « emballement thermique d’une batterie », on entend une élévation anormale de la température d’au moins une cellule, une surpression avec dégazage puis réaction de combustion avec éventuellement des fumées et flammes.
Ce phénomène d’emballement thermique peut être déclenché par trois types d’initiation : une initiation thermique, par exemple une augmentation de température, une initiation électrique, par exemple une surcharge, ou une initiation mécanique, par exemple une déformation. Ce phénomène peut encore être dû à un défaut interne (court-circuit) d’une cellule Li-ion.
L’emballement thermique induit par exemple des flammes, des dégazages, des explosions et/ou des projections de matière au sein de la batterie.
Dans le cas de systèmes d’alimentation électrique comportant des batteries et embarqués, par exemple disposés dans un avion, un hélicoptère ou un drone, du fait de leur proximité avec la zone de carburant et/ou la présence de personnel navigant et éventuellement de passagers, tout emballement thermique de batterie constitue potentiellement un danger pour le matériel et les personnes.
Des solutions sont connues pour éviter au maximum le phénomène d’emballement thermique, par protection sur court-circuit électrique avec contacteurs et fusibles, par équilibrage des cellules (« balancing »), par surveillance des tensions et de la température avec une électronique dédiée, par système de refroidissement de la batterie par écoulement d’air ou de liquide avec échangeur, par gestion de la charge et décharge électrique, ou encore par amortissement mécanique de la batterie. Toutefois, le phénomène de court-circuit interne dû à un défaut de la cellule ne pourra pas être supprimé et devient d’autant plus critique sur des batteries contenant un large nombre de cellules. Ainsi, le risque d’emballement thermique ne peut pas être complètement supprimé et il est nécessaire de pouvoir contenir ce phénomène lorsqu’il advient et par exemple de stopper le feu qu’il peut induire.
Il est connu de concevoir des extincteurs spéciaux pour des batteries Li-ion, à partir d’agents extincteurs à base de vermiculite notamment. Cela ajoute un équipement supplémentaire et de la masse supplémentaire.
D’autres solutions sont connues pour permettre de contenir les flammes et débris au sein de la batterie et empêcher une élévation de la température de se répercuter sur l’ensemble de l’équipement. On connaît ainsi une solution de confinement basée sur l’utilisation d’un tissu haute technologie pour protéger le boîtier de la batterie ainsi que pour contenir les flammes et débris à l’intérieur de celle-ci divulguée dans FR 1 904 729.
Alors que le boîtier de batterie est protégé par ou directement développé dans des matériaux capables de supporter les contraintes de flammes, des lacunes existent sur l’inhibition du feu déclenché au sein de la batterie lors d’un emballement thermique. Les solutions proposées reposent sur des systèmes d’immersion de la batterie dans de l’eau salée ou de développement de systèmes de projection d’eau en plus des systèmes pour l’usage fonctionnel de la batterie.
Il existe un besoin pour bénéficier, dans le domaine aéronautique, d’un système d’alimentation électrique embarqué, comportant une batterie, notamment une batterie Lithium-ion, et comportant des moyens permettant d’éteindre un feu déclenché lors d’un emballement thermique au sein de la batterie sans pour autant ajouter un système impactant significativement la masse.
La présente divulgation vient améliorer la situation.
Il est proposé un système d’alimentation électrique embarqué comportant une batterie, notamment batterie lithium-ion, comportant :
- au moins un module contenant au moins une cellule électrochimique;
- au moins une poche fermée au sein de la batterie contenant une poudre solide ayant un effet anti-feu, ladite au moins une poche étant configurée de manière à permettre de libérer ladite poudre en cas de feu déclenché lors d’un emballement thermique d’au moins une cellule.
Grâce à l’invention, on peut éteindre le feu avec la poudre. En effet, la poudre libérée de la poche se déverse dans la batterie. De plus, la réactivité de l’emballement thermique permet de propager la poudre au sein de la batterie. En effet, lors de l’emballement thermique, la chauffe d’une ou plusieurs cellules entraîne une libération de gaz chauds de température élevée, notamment supérieure à 300°C, avec un flux assez important, tel que 28l/s en pic. La poudre libérée est ainsi répartie sous l’effet du flux turbulent de gaz généré.
Ainsi, on utilise les propriétés de l’emballement thermique pour répandre la poudre de manière passive, sans nécessiter l’ajout de systèmes supplémentaires d’activation et de projection de poudre. Cela permet notamment un gain de masse.
Les caractéristiques exposées dans les paragraphes suivants peuvent, optionnellement, être mises en œuvre, indépendamment les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres.
Ladite au moins une poche est avantageusement disposée au-dessus dudit au moins un module. Cela permet de déverser sur le module la poudre solide et de bénéficier plus sûrement des courants de gaz chauds pour la répartition de la poudre.
Ladite au moins une poche peut être disposée à proximité du dispositif d’interruption de courant, encore appelé CID pour ”current interrupting device” en anglais, et/ou du côté du fusible réarmable PTC (pour ”polymeric positive temperadure coefficient device” en anglais, c’est-à-dire coefficient en température positif), notamment lorsque les cellules présentent une forme cylindrique ou prismatique, le CID et le fusible réarmable PTC étant généralement disposés du même côté, positif, et généralement du côté où les gaz s’échappent. Ladite au moins une poche peut en variante être disposée à proximité d’une faiblesse créée au niveau d’un joint d’étanchéité afin de maîtriser le lieu de dégazage, notamment lorsque les cellules sont de type ”pouch”, c’est à dire sous forme de sachets souples.
La poudre solide peut être choisie dans le groupe constitué par les phosphates monoammoniques, les polyphosphates d’ammonium, le phosphate de calcium, les mélanges de carbonates ou chlorures de sodium et de bicarbonate de potassium, les poudres agissant comme agents extincteurs à base de vermiculite expansible ou non, la poudre de ciment et la poudre du laitier à base de ciment.
La libération de la poudre peut avoir lieu de manière passive ou active.
Ladite au moins une poche peut être configurée pour s’ouvrir automatiquement en cas d’emballement thermique. Dans ce cas, la libération de la poche a lieu de manière passive.
Ladite au moins une poche peut, dans ce cas, comporter une paroi réalisée en au moins un matériau ayant une température de fusion inférieure ou égale à 130°C, notamment d’environ 100°C.
Ainsi, la haute température générée par l’emballement thermique d’au moins une cellule du module permet de faire fondre la paroi et de libérer la poudre contenue dans la poche.
Dans ce cas, le matériau de la paroi de ladite au moins une poche est avantageusement choisi dans le groupe constitué par un alliage de type métal de Newton bismuth-plomb-étain et un matériau polymère, tel qu’un polychlorure de vinyle (PVC), un polymère haute densité 300, ou un acrylonitrile butadiène styrène. L’alliage type métal de Newton Bismuth-Plomb-Etain a une température de fusion sensiblement égale à 97°C. Le PVC a une température de fusion sensiblement égale à 100°C. L’acrylonitrile butadiène styrène a une température de fusion d’environ 130°C.
Dans un autre mode de réalisation, ladite au moins une poche comporte au moins une ouverture et au moins un organe d’obturation pour fermer ladite au moins une ouverture. Dans ce cas, le système d’alimentation électrique est avantageusement configuré pour ouvrir l’organe d’obturation afin de libérer la poudre en cas de détection d’un emballement thermique. Ce mode de réalisation est actif, une action étant nécessaire pour libérer la poudre hors de la poche.
Dans ce cas, ladite au moins une ouverture est avantageusement disposée au sein de la poche de manière à faire face à une surface supérieure dudit au moins un module..
Par exemple, le système d’alimentation électrique comporte au moins un dispositif de détection d’un emballement thermique et un dispositif de commande de l’organe d’obturation configuré pour ouvrir ledit organe d’obturation lorsque ledit dispositif de détection détecte l’emballement thermique.
Ledit au moins un dispositif de détection d’un emballement thermique comporte par exemple au moins un capteur thermique et/ou de pression et/ou de bruit et/ou de fumée et/ou de gaz, de préférence un capteur thermique. Un tel capteur peut être disposé à proximité du module, du côté de la surface supérieure de ce module. Plusieurs capteurs peuvent être prévus au sein de la batterie, notamment lorsqu’il y a plusieurs modules.
La batterie peut comporter au moins deux modules empilés l’un sur l’autre, à savoir un module inférieur et un module supérieur, et au moins deux poches, au moins une desdites poches étant intercalée entre le module inférieur et le module supérieur. Dans ce cas, au moins une autre poche est avantageusement prévue pour surmonter le module supérieur.
La batterie peut comporter au moins autant de poches que de modules, c’est-à-dire au moins une poche par module.
Ladite au moins une poche présente une paroi, notamment extérieure, d’épaisseur comprise entre 1 et 2 mm environ. Cette paroi peut constituer localement la totalité de la paroi de la poche ou une partie seulement, de préférence la totalité de la poche. Une telle épaisseur permet le percement de la poche en cas d’emballement thermique afin de libérer la poudre.
Chaque module est de préférence associé à au moins une poche, notamment à au moins deux poches. Le nombre de poches est alors au moins égal au nombre de modules, voire supérieur à celui-ci. La poudre présente de préférence une granulométrie inférieure à 50µm. Cela lui permet d’être suffisamment petite pour être efficace.
La quantité de poudre contenue dans une poche est de préférence définie en fonction de l’énergie libérée par le module lors de l’emballement thermique, une caractérisation préalable pouvant être effectuée par des essais préalables.
Le système d’alimentation électrique peut comporter un système de dégazage et un clapet installé sur le système de dégazage, notamment un clapet anti-retour. Un tel clapet permet de s’assurer de propager et de conserver la poudre à l’intérieur de la batterie et ainsi optimiser la quantité de poudre à embarquer.
Cependant, le clapet est avantageusement configuré pour s’ouvrir en cas de pression interne à la batterie supérieure ou égale à 2 bar relatif environ. Cela permet, pour assurer la sécurité, de ne pas introduire de contraintes trop importantes pour ce qui est de la tenue mécanique de la batterie. Le clapet peut être trouvé dans le commerce.
Ladite au moins une poche est avantageusement disposée du côté de l’ouverture de dégazage des cellules.
L’invention a encore pour objet, en combinaison avec ce qui précède, un procédé d’extinction d’un feu de batterie en cas d’emballement thermique dans un système d’alimentation électrique tel que défini plus haut, comportant l’étape consistant à libérer la poudre présente dans ladite au moins une poche.
Cette étape peut être mise en œuvre de manière passive, ladite au moins une poche étant configurée pour s’ouvrir automatiquement en cas d’emballement thermique.
En variante, cette étape est mise en œuvre de manière active, ladite au moins une poche comportant une ouverture fermée par un organe d’obturation, le système d’alimentation électrique étant configuré pour ouvrir l’organe d’obturation afin de libérer la poudre en cas de détection d’un emballement thermique.
D’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels :
Il est maintenant fait référence à la . La illustre l’intégration d’un système d’alimentation électrique 100 comportant une batterie 1 selon l’invention, embarqué dans un avion, un hélicoptère ou un drone, la batterie jouant un rôle de batterie propulsive. Dans ce cas, le rôle principal de la batterie 1 est de fournir l’énergie électrique au moteur M électrique propulsif pour la propulsion commandant dans cet exemple la rotation d’une hélice H. La batterie 1 a également un rôle secondaire d’alimenter les équipements de l’avion, de l’hélicoptère ou du drone. La batterie 1 est reliée à une barre de distribution électrique D avec des commutations et des protections, laquelle est reliée au moteur électrique propulsif M avec, interposé, un contacteur de puissance C de type GLC, c’est-à-dire « generator line contactor » en anglais, c’est-à-dire contacteur en ligne de générateur. La batterie est rechargée au sol une fois la mission réalisée. Plusieurs lignes de ce types peuvent être prévues afin que la défaillance de l’une n’entraîne pas de perte de poussée.
Dans le schéma de la , on visualise l’intégration du système d’alimentation électrique 100 comportant une batterie 1, embarqué dans un avion, un hélicoptère ou un drone à moteur thermique avion A avec générateur, la batterie jouant un rôle de batterie tampon. Dans ce cas, la batterie 1 joue le rôle de fournir l’énergie électrique pour le démarrage du moteur, celui de réservoir de courant dans les modes dégradés et celui de fournir l’alimentation des équipements de l’avion, de l’hélicoptère ou du drone. Comme dans l’exemple de la , la batterie 1 est reliée à une barre de distribution électrique D avec des commutations et des protections, laquelle est reliée au moteur thermique avion A avec générateur avec un contacteur de puissance C de type GLC interposé.
La batterie peut être une batterie 28Vdc pour stabiliser le réseau 28V dans le cas d’une reconfiguration du réseau ou d’un appel important de courant, par exemple la clarification d’un défaut sur une charge. Elle peut être aussi utilisée pour démarrer les moteurs thermiques principaux ou secondaire. Elle peut être rechargée en vol. La batterie peut être de type 270Vdc ou autre.
On a représenté sur la un exemple de système d’alimentation électrique 100 embarqué comportant une batterie 1 selon l’invention, la batterie étant de type propulsif ou tampon, utilisé dans le domaine aéronautique, à bord notamment d’un avion, d’un hélicoptère ou d’un drone. La batterie 1 comporte une enceinte 2 délimitée par une enveloppe 3 représentée en pointillés sur cette . Dans cet exemple, la batterie 1 comporte quatre modules 4, chacun comportant une pluralité, en l’espèce quatre, cellules 5 électrochimiques. Les modules 4 sont empilés deux par deux, avec deux modules supérieurs 4a disposés respectivement sur deux modules inférieurs 4b.
Chaque ensemble de module inférieur 4b et supérieur 4a comporte une sortie de dégazage 6 commune, la batterie 1 comportant ainsi dans cet exemple deux sorties de dégazage 6, munies chacune d’un clapet 20, notamment d’un clapet anti-retour. Le clapet 20 est configuré pour s’ouvrir en cas de pression interne à la batterie 1 supérieure ou égale à 2 bar relatif environ.
Selon l’invention, la batterie 1 comporte au moins une poche 7 fermée, dans cet exemple disposée au-dessus d’un module 4 au sein de la batterie 1. La poche 7 contient une poudre 8 solide ayant un effet anti-feu. La poudre 8 est une poudre de phosphate monoammonique dans cet exemple, mais elle pourrait être une poudre de polyphosphate d’ammonium, de phosphate de calcium, un mélange de carbonate ou chlorure de sodium et de bicarbonate de potassium, ou une poudre agissant comme agent extincteur à base de vermiculite expansible ou non, ou encore une poudre de ciment ou poudre du laitier à base de ciment sans sortir du cadre de l’invention.
La poche 7 est configurée de manière à libérer la poudre 8 en cas de feu déclenché lors d’un emballement thermique d’au moins une cellule 5.
Dans l’exemple de la , la batterie 1 comporte quatre poches 7 et deux poches supplémentaires 9, situées sous les modules inférieurs 4b. Ces poches 9 peuvent être utiles dans le cas où une cellule 5 s’ouvrirait vers le bas, la dispersion serait dans ce cas assurée par la turbulence générée par les écoulements de chaleur et de gaz chauds au sein de l’enceinte 2.
La présence du clapet 20 permet de s’assurer de propager et de conserver la poudre 8 à l’intérieur de l’enceinte 2 de la batterie 1 en cas d’emballement thermique et ainsi optimiser la quantité de poudre 8 à mettre dans chaque poche 7.
Cependant, le fait que le clapet 20 soit configuré pour s’ouvrir en cas de pression interne à la batterie supérieure ou égale à 2 bar relatif environ permet, pour assurer la sécurité, de ne pas introduire de contraintes trop importantes pour ce qui est de la tenue mécanique de la batterie 1.
La illustre un exemple de module 4 surmonté d’une poche 7. Dans cet exemple, la poche 7 comporte une paroi 10 réalisée en au moins un matériau ayant une température de fusion inférieure ou égale à 130°C. En l’espèce, la paroi 10 est réalisée en un alliage de type métal Newton bismuth-plomb-étain. On ne sort pas du cadre de l’invention si le matériau constitutif de la paroi 10 est différent, étant par exemple constitué d’un matériau polymère avec une température de fusion inférieure ou égale à 130°C, voire inférieure ou égale à 100°C.
On visualise sur la l’emballement thermique d’une cellule 5 au sein d’un module 4, conduisant au déclenchement d’un feu avec une flamme F et des gaz chauds. Cela génère une augmentation de la température jusqu’à une température au moins égale à 130°C dans la région 11 située entre une surface supérieure 12 du module 4 et la poche 7.
A cause de la température, la paroi 10 se met alors à fondre, au moins localement, la paroi 10 étant ainsi percée, de manière à créer une ouverture 13 dans la poche 7, face à la surface supérieure 12 du module 4 permettant la libération de la poudre 8, comme visible sur la . Ce mode de réalisation est dit passif, la poudre 8 étant libérée automatiquement en cas d’emballement thermique.
La poudre 8 se déverse alors dans l’espace 11 sur le module 4. La réactivité de l’emballement thermique permet de propager la poudre au sein de la batterie. En effet, lors de l’emballement thermique, la chauffe d’une ou plusieurs cellules entraîne une libération de gaz chauds de température élevée, notamment 300°C, avec un flux assez important, tel que 28L/s en pic. La poudre se propage par dégazage des autres cellules partant en emballement thermique. La poudre libérée est ainsi répartie sous l’effet du flux U turbulent de gaz généré, comme illustré sur la .
La poudre 8 est répandue de manière passive grâce aux propriétés de l’emballement thermique. La poudre 8 déversée sur le module éteint le feu, comme illustré sur la .
On a illustré sur les figures 7 et 8 un autre mode de réalisation de l’invention. Dans cet exemple, la paroi 10 de la poche 7 comporte déjà, face à la surface supérieure 12 du module 4, une ouverture 15 fermée par un organe d’obturation constitué dans cet exemple par une trappe 16. Le système d’alimentation électrique 100 comporte par ailleurs un dispositif de détection 17 de l’emballement thermique, qui peut comporter, par exemple, au moins un capteur thermique et/ou de pression et/ou de bruit et/ou de fumée et/ou de gaz, dans l’exemple illustré un capteur de température. Le système d’alimentation électrique 100 comporte encore un dispositif de commande 18 de l’ouverture de la trappe 16, relié au dispositif de détection 17 de telle sorte que lorsqu’un emballement thermique est détecté par le dispositif de détection 17, le dispositif de commande 18 ouvre la trappe 16 pour permettre la libération de la poudre 8, comme illustré sur la , sur le module 4 pour éteindre le feu. Le lien entre dispositif de détection 17, dispositif de commande 18 et trappe 16 est illustré par des pointillés sur les figures 7 et 8, de manière schématique. Le dispositif de commande peut être constitué par une carte de surveillance et équilibrage déjà présente dans une batterie. Son rôle est de récupérer des tensions, des températures et de remonter des informations à la carte de contrôle de la batterie complète. La carte de surveillance pourrait dans certains cas être amenée à prendre directement des décisions si elle dispose d’un micro-processeur par exemple et dans ce cas déclencher l’ouverture de la trappe 16.
Ce mode de réalisation est un mode actif, une action étant nécessaire pour permettre d’ouvrir la trappe 16 afin de libérer la poudre. En revanche, comme dans le mode de réalisation précédent, la poudre 8 est répandue de manière passive grâce aux propriétés de l’emballement thermique, avec le flux turbulent de gaz généré par l’emballement thermique.
L’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits. La batterie peut être de type Li-ion ou post Li-ion.
Claims (10)
- Système d’alimentation électrique (100) embarqué, comportant une batterie (1), notamment batterie lithium-ion, comportant :
- au moins un module (4) contenant au moins une cellule (5) électrochimique;
- au moins une poche (7) fermée au sein de la batterie (1) contenant une poudre (8) solide ayant un effet anti-feu, ladite au moins une poche (7) étant configurée de manière à permettre de libérer ladite poudre (8) en cas de feu déclenché lors d’un emballement thermique d’au moins une cellule (5).
- Système selon la revendication 1, dans lequel ladite au moins une poche (7) est disposée au-dessus dudit au moins un module (4).
- Système selon la revendication 1 ou 2, ladite au moins une poche (7) étant configurée pour s’ouvrir automatiquement en cas d’emballement thermique.
- Système selon la revendication 3, ladite au moins une poche (7) comportant une paroi (10) réalisée en au moins un matériau ayant une température de fusion inférieure ou égale à 130°C, notamment d’environ 100°C, le matériau de la paroi (10) de ladite au moins une poche (7) étant choisi dans le groupe constitué par un alliage de type métal de Newton bismuth-plomb-étain et un matériau polymère, tel qu’un polychlorure de vinyle (PVC), un polymère haute densité 300, ou un acrylonitrile butadiène styrène.
- Système selon selon l’une quelconque des revendications précédentes, ladite au moins une poche (7) comportant au moins une ouverture (15) et au moins un organe d’obturation (16) pour fermer ladite au moins une ouverture (15), le système étant configuré pour ouvrir l’organe d’obturation (16) afin de libérer la poudre (8) en cas de détection d’un emballement thermique.
- Système selon la revendication précédente, dans lequel ladite au moins une ouverture est disposée au sein de la poche (7) de manière à faire face à une surface supérieure (12) dudit au moins un module (4; 4a, 4b) .
- Système selon la revendication 5 ou 6, comportant au moins un dispositif de détection (17) de l’emballement thermique et un dispositif de commande (18) de l’organe d’obturation (16) configuré pour ouvrir l’organe d’obturation (16) lorsque ledit dispositif de détection (17) détecte l’emballement thermique.
- Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, la batterie (1) comportant au moins deux modules (4 ; 4a, 4b) empilés l’un sur l’autre, à savoir un module inférieur (4b) et un module supérieur (4a), et au moins deux poches (7), au moins une desdites poches (7) étant intercalée entre le module inférieur (4b) et le module supérieur (4a).
- Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, ladite poudre (8) solide étant choisie dans le groupe constitué par les phosphates monoammoniques, les polyphosphates d’ammonium, le phosphate de calcium, les mélanges de carbonates ou chlorures de sodium et de bicarbonate de potassium, les poudres agissant comme agents extincteurs à base de vermiculite expansible ou non, la poudre de ciment et la poudre du laitier à base de ciment.
- Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant un système de dégazage (6) et un clapet (20) installé sur le système de dégazage (6), notamment un clapet anti-retour.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR2206849A FR3132387A1 (fr) | 2022-07-05 | 2022-07-05 | Système d’alimentation électrique embarqué |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR2206849 | 2022-07-05 | ||
FR2206849A FR3132387A1 (fr) | 2022-07-05 | 2022-07-05 | Système d’alimentation électrique embarqué |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FR3132387A1 true FR3132387A1 (fr) | 2023-08-04 |
Family
ID=83899345
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FR2206849A Pending FR3132387A1 (fr) | 2022-07-05 | 2022-07-05 | Système d’alimentation électrique embarqué |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
FR (1) | FR3132387A1 (fr) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20140170447A1 (en) * | 2011-05-05 | 2014-06-19 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Battery housing for lithium-ion cells |
JP2014160573A (ja) * | 2013-02-20 | 2014-09-04 | Hochiki Corp | 蓄電装置 |
KR102123684B1 (ko) * | 2019-03-30 | 2020-06-16 | 우석대학교 산학협력단 | 소화 기능을 갖춘 ess 배터리 장치 |
US20220115737A1 (en) * | 2019-07-03 | 2022-04-14 | Lg Energy Solution, Ltd. | Battery module, battery rack comprising same, and power storage device |
WO2022082395A1 (fr) * | 2020-10-19 | 2022-04-28 | 江苏时代新能源科技有限公司 | Batterie, appareil électrique, et procédé et dispositif de préparation de batterie |
-
2022
- 2022-07-05 FR FR2206849A patent/FR3132387A1/fr active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20140170447A1 (en) * | 2011-05-05 | 2014-06-19 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Battery housing for lithium-ion cells |
JP2014160573A (ja) * | 2013-02-20 | 2014-09-04 | Hochiki Corp | 蓄電装置 |
KR102123684B1 (ko) * | 2019-03-30 | 2020-06-16 | 우석대학교 산학협력단 | 소화 기능을 갖춘 ess 배터리 장치 |
US20220115737A1 (en) * | 2019-07-03 | 2022-04-14 | Lg Energy Solution, Ltd. | Battery module, battery rack comprising same, and power storage device |
WO2022082395A1 (fr) * | 2020-10-19 | 2022-04-28 | 江苏时代新能源科技有限公司 | Batterie, appareil électrique, et procédé et dispositif de préparation de batterie |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10991923B2 (en) | Lithium ion battery suppression system | |
US9136558B2 (en) | Impact resistant battery | |
JP6132289B2 (ja) | バッテリーパックの火災鎭圧装置 | |
EP2820689B1 (fr) | Dispositif de remplissage par les pompiers d'une batterie de traction d'un vehicule electrique ou hybride | |
FR2986910A1 (fr) | Dispositif de refroidissement a piece(s) creuse(s) fusible(s) anti-incendie pour une batterie a cellule(s) de stockage | |
EP3528308B1 (fr) | Pack batterie pour balise de détresse | |
FR3007209A1 (fr) | Dispositif anti-incendie autonome pour une batterie a cellule(s) de stockage | |
EP3204978B1 (fr) | Système de batteries pour véhicule comportant des pentes de répartition de l'eau de refroidissement | |
KR20130115989A (ko) | 배터리 셀과 배터리 셀을 포함하는 배터리의 보호 방법 및 보호된 배터리 셀과 배터리 셀을 포함하는 배터리 | |
FR3111129A3 (fr) | Conteneur de stockage pour batteries | |
WO2020225313A1 (fr) | Coffre pour batterie | |
FR2986911A1 (fr) | Dispositif de refroidissement et anti-incendie pour une batterie a cellule(s) de stockage | |
FR2564965A1 (fr) | Dispositif d'interruption de chaine pyrotechnique sensible a la temperature | |
FR2961705A1 (fr) | Extincteur automatique pour batterie et recharge pour cet extincteur | |
CN112604203A (zh) | 一种新能源汽车的灭火方法 | |
FR3132387A1 (fr) | Système d’alimentation électrique embarqué | |
JP2001257006A (ja) | 電池装置及び電池装置を備える産業装置及び移動体 | |
KR20230093309A (ko) | 리튬 이온 배터리의 열적 보호 | |
EP0320554A1 (fr) | Dispositif en vue de la lutte contre les incendies notamment de forêt à partir de moyens aériens | |
FR3132388A1 (fr) | Système d’alimentation électrique embarqué | |
FR3132390A1 (fr) | Système d’alimentation électrique embarqué | |
TWM585991U (zh) | 淹浸式電池機櫃系統 | |
FR2942920A1 (fr) | Boitier comprenant un ou plusieurs composants electriques | |
RU201341U1 (ru) | Защитный контейнер-чехол для литий-ионных аккумуляторных батарей | |
CN220984629U (zh) | 一种锂电池保护装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 2 |
|
PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20230804 |