FR3132388A1 - Système d’alimentation électrique embarqué - Google Patents
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Abstract
Système d’alimentation électrique (100) embarqué comportant une batterie (1), notamment batterie lithium-ion, comportant : une enceinte (2) logeant au moins un module (4) contenant au moins une cellule (5) électrochimique, et un système de refroidissement (10) de la batterie (1) par écoulement de liquide comportant une tubulure (21) s’étendant dans l’enceinte (2), ladite tubulure (21) ayant au moins une zone prédéterminée (22) configurée pour permettre de faire sortir ledit liquide (L) sous forme liquide ou gazeuse hors de la tubulure (21) dans l’enceinte (2) en cas d’emballement thermique. Figure de l’abrégé : Figure 3
Description
La présente divulgation relève du domaine systèmes d’alimentation électrique embarqués comportant une batterie, dans le domaine aéronautique, notamment d’une batterie propulsive ou d’une batterie tampon. En particulier, l’invention se rapporte à un système d’alimentation électrique embarqué, par exemple dans un avion, dans un hélicoptère ou dans un drone ainsi qu’un procédé de refroidissement d’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 pouvant 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 Li-ion, 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, par exemple de stopper le feu qu’il peut induire.
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 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 :
- une enceinte logeant au moins un module contenant au moins une cellule électrochimique, et
- un système de refroidissement de la batterie par écoulement de liquide comportant une tubulure s’étendant dans l’enceinte, ladite tubulure ayant au moins une zone prédéterminée configurée pour permettre de faire sortir ledit liquide sous forme liquide ou gazeuse hors de la tubulure dans l’enceinte en cas d’emballement thermique.
Grâce à l’invention, on peut utiliser le liquide réfrigérant du système de refroidissement pour venir éteindre le feu en cas d’emballement thermique au sein même de la batterie. En effet, le liquide peut être pulvérisé ou s’écouler dans l’enceinte de la batterie, hors de la tubulure et via la ou les zones prédéterminées, sous forme liquide ou gazeuse, afin de maîtriser l’emballement thermique, soit de manière active, soit de manière passive.
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 zone prédéterminée peut être configurée pour permettre la pulvérisation ou l’écoulement du liquide hors de la tubulure dans l’enceinte lorsque la température et/ou la pression et/ou une autre caractéristique dans l’enceinte est supérieure à un seuil prédéterminé. Dans ce cas, la pulvérisation ou l’écoulement du liquide est automatiquement déclenchée dès franchissement de ce seuil. La pulvérisation ou l’écoulement de liquide a alors lieu de manière passive. Cela permet de maîtriser ou de limiter les effets de l’augmentation de température.
En variante, le système d’alimentation électrique comporte un dispositif de détection de la température et/ou de la pression et/ou d’une autre caractéristique telle que le bruit, la fumée ou un gaz, à l’intérieur de l’enceinte. Un tel dispositif de détection permet de détecter l’emballement thermique. Le système d’alimentation électrique comporte alors de préférence un système permettant d’agir de manière à ouvrir ladite au moins une zone prédéterminée, lorsque la température et/ou la pression et/ou ladite autre caractéristique dans l’enceinte est supérieure à un seuil prédéterminé. Dans ce cas, la pulvérisation ou l’écoulement du liquide est provoqué de manière active dès franchissement de ce seuil. Le système permettant d’agir de manière à ouvrir ladite au moins une zone prédéterminée peut comporter au moins une pompe configurée pour agir sur la valeur de la pression du liquide dans la tubulure et un dispositif de commande de la pompe configuré pour recevoir au moins une information provenant du dispositif de détection.
Il est possible de cumuler le mode passif et actif.
Ledit seuil prédéterminé pour la température peut être égal à 100°C environ. Le seuil prédéterminé pour la température peut encore être égal à 130°C environ.
Ledit seuil prédéterminé pour la pression peut consister en une augmentation de la pression de 0,6 bar. La pression de service peut être comprise entre 1 et 5 bar, avec une pression maximale pouvant être égale à 5 bar.
De tels seuils sont avantageusement prédéterminés pour caractériser un début d’emballement thermique et pour permettre d’agir, de manière passive et/ou active, afin de maîtriser cet emballement, par l’écoulement ou la pulvérisation au sein de la batterie.
Le dispositif de détection comporte de préférence au moins un capteur présent dans l’enceinte de la batterie, notamment un capteur de détection de l’emballement thermique. Un tel capteur peut être choisi dans le groupe constitué par les capteurs de bruit, de fumée, de température, de pression ou de gaz. Les capteurs de détection de l’emballement thermique, « thermal runaway » en anglais, permettent de mesurer des grandeurs physiques, telles que bruit, gaz, température, pression et fumée. De tels capteurs peuvent apporter une information aux dispositifs de commande, notamment aux calculateurs avion, hélicoptère ou drone, sur le déclenchement d’un emballement thermique, en particulier afin d’agir sur les systèmes et d’enclencher la protection mais aussi pour fournir une information aux pilotes.
Le liquide est de préférence choisi dans le groupe constitué par un mélange d’eau et d’éthylène glycol, un mélange d’eau et de propylène glycol, une eau déminéralisée et de l’eau.
Le liquide peut contenir au moins un additif, notamment un agent retardant, choisi dans le groupe constitué par un tensioactif fluorocarboné, un tensioactif hydrocarboné, un agent chélatant et un agent anti-brûlure.
La tubulure comporte par exemple un nombre de ladite au moins une zone prédéterminée compris entre 1 et 20. Ainsi, il peut y avoir une seule zone ou plusieurs zones pour la pulvérisation ou l’écoulement du liquide dans l’enceinte en cas d’emballement thermique. Lorsqu’il y a plusieurs zones, celles-ci peuvent être équiréparties sur la tubulure ou sur une partie de celle-ci.
Dans un mode de réalisation particulier, ladite au moins une zone prédéterminée présente une ouverture de dimension réduite. La valeur d’une telle dimension réduite est fonction de plusieurs paramètres de conception et est calculée au cas par cas. Le système d’alimentation électrique est alors de préférence configuré de telle sorte que, lorsqu’un emballement thermique est détecté par le dispositif de détection, notamment par une température et/ou une pression supérieure à un seuil prédéterminé, la pression générée par la pompe dans la tubulure est augmentée de manière à créer une pulvérisation de liquide ou de gaz dans l’enceinte au travers de ladite ouverture de dimension réduite. Ce mode de réalisation est actif.
Dans un autre mode de réalisation, ladite au moins une zone prédéterminée comprend une ouverture fermée par un obturateur. Ladite ouverture présente par exemple un diamètre de 2 mm environ, l’obturateur ayant alors de préférence un diamètre de 3 mm environ.
Un tel obturateur peut être réalisé dans un matériau présentant une température de fusion inférieure ou égale à 130°C, notamment inférieure ou égale à 100°C. Dans ce cas, ledit matériau de l’obturateur est par exemple choisi dans le groupe constitué par les alliages type métal de Newton Bismuth-Plomb-Etain et les matériaux polymères, tels qu’un polychlorure de vinyle (PVC) ou un acrylonitrile butadiène styrène. Dans ce cas, dès que la température dans l’enceinte atteint la température de fusion de ce matériau, notamment 130°C, ou 100°C, le matériau de l’obturateur fond de telle sorte que l’ouverture de la zone prédéterminée est dégagée et que le liquide peut s’écouler dans l’enceinte. Ce mode de réalisation est alors passif.
En variante, l’obturateur peut être réalisé dans un silicone d’étanchéité ou une membrane ou une mousse à porosité variable fonction de la pression et/ou de la température. Dans ce cas, le système d’alimentation électrique peut être configuré de telle sorte que, lorsqu’un emballement thermique est détecté par le dispositif de détection, notamment par une température et/ou une pression supérieure à un seuil prédéterminé, la pression générée par la pompe dans la tubulure est augmentée de manière à créer une pulvérisation de liquide ou de gaz dans l’enceinte en déplaçant l’obturateur ou au travers de l’obturateur.
En variante, l’obturateur consiste en une buse de pulvérisation dont l’ouverture est commandée par l’augmentation de la pression dans la tubulure. Dans ce cas, le système d’alimentation électrique est avantageusement configuré de telle sorte que, lorsqu’un emballement thermique est détecté par le dispositif de détection, la pression générée par la pompe dans la tubulure augmente de manière à provoquer l’ouverture de la buse afin de créer une pulvérisation de liquide ou de gaz dans l’enceinte au travers de la buse.
Lorsque la température et/ou la pression ou une autre caractéristique est supérieure ou égale à un seuil prédéterminé dans l’enceinte, la pression d’écoulement dudit liquide dans l’enceinte sous forme liquide ou gazeuse est de préférence contrôlée et inférieure ou égale à une valeur prédéterminée fonction du nombre de cellules, du volume de l’enceinte lequel est lui-même dépendant de la puissance.
Ladite au moins une zone prédéterminée peut, selon une variante, couvrir une grande partie de la tubulure, voire la totalité de la tubulure.
Dans ce cas, ladite grande partie, voire la totalité, de la tubulure est par exemple réalisée dans un matériau présentant une température de fusion inférieure ou égale à 130°C, notamment inférieure ou égale à 100°C. Ainsi, lorsque la température dans l’enceinte dépasse 130°C, ou 100°C, c’est-à-dire en cas d’emballement thermique, la tubulure occupée par la ou les zones prédéterminées fond et le liquide présent dans la tubulure s’écoule dans l’enceinte de manière à éteindre le feu. Ce mode de réalisation est passif.
La batterie peut, comporter, dans ce cas, une sortie de dégazage, ladite sortie de dégazage étant de préférence située dans une partie supérieure de l’enceinte.
Toujours dans ce cas, le volume libre, hors modules et tubulures notamment, dans l’enceinte peut être supérieur à un volume prédéterminé. Le volume libre est fonction du taux d’intégration qui est par exemple égal à 2.
L’invention concerne encore, en combinaison avec ce qui précède, un procédé de refroidissement d’un système d’alimentation électrique tel que défini plus haut, comportant l’étape consistant à faire sortir de la tubulure le liquide dans l’enceinte de la batterie en cas d’emballement thermique.
Un tel procédé permet d’agir efficacement pour lutter contre le feu en cas d’emballement thermique d’une ou plusieurs cellules au sein de la batterie, tout en évitant l’ajout de masse significative.
Ladite étape peut être mise en œuvre de manière passive, le système d’alimentation électrique étant configuré pour permettre automatiquement la pulvérisation et/ou l’écoulement du liquide dans l’enceinte lorsqu’un seuil prédéterminé de température et/ou de pression est franchi.
En variante ou additionnellement, ladite étape est mise en œuvre de manière active, le système d’alimentation électrique étant alors configuré pour commander la pulvérisation et/ou l’écoulement du liquide après détection d’une caractéristique, notamment d’une température et/ou pression, supérieure ou égale à un seuil prédéterminé.
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. Plusieurs lignes de ce type 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.
On a représenté sur la un premier exemple de système d’alimentation électrique 100 comportant une batterie 1, embarqué, la batterie 1 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 un boîtier 3. L’enceinte 2 loge au moins un module 4, dans l’exemple illustré deux modules 4, comportant chacun au moins une, notamment une pluralité de cellules 5 électrochimiques. Chaque module 4 comporte cinq cellules 5 dans cet exemple. Par ailleurs, dans cet exemple, les modules 4 sont disposés côte-à-côte mais ils pourraient être disposés autrement sans sortir du cadre de l’invention. Le nombre de modules 4 et de cellules 5 dans la batterie 1 peut être différent sans sortir du cadre de l’invention.
La batterie 1 comporte également un système de refroidissement 10 de la batterie 1 par écoulement de liquide réfrigérant. Le système de refroidissement 10 comporte une tubulure 21 traversant l’enceinte 2. Le système de refroidissement 10 transporte le liquide sans écoulement du liquide hors de la tubulure 21 dans l’enceinte 2, en temps normal. Cependant, la tubulure 21 a au moins une zone prédéterminée 22 située dans l’enceinte 2 configurée pour permettre de faire sortir le liquide sous forme liquide ou gazeuse hors de la tubulure dans l’enceinte en cas d’emballement thermique.
Ainsi, en cas d’emballement thermique, il est possible de pulvériser ou faire s’écouler le liquide dans l’enceinte 2 afin d’agir sur le feu. Il n’y a pas d’ajout significatif de masse par rapport à un système de refroidissement 10 dépourvu de cette zone prédéterminée.
Le liquide est dans cet exemple un mélange d’eau et d’éthylène glycol mais il pourrait être un mélange d’eau et de propylène glycol, une eau déminéralisée ou de l’eau sans sortir du cadre de l’invention.
Par ailleurs, dans cet exemple, le liquide contient au moins un additif qui est un agent retardant constitué par un tensioactif fluorocarboné mais il pourrait être un tensioactif hydrocarboné, un agent chélatant ou un agent anti-brûlure sans sortir du cadre de l’invention.
Dans l’exemple illustré, le mode d’action est dit passif, c’est-à-dire que ladite au moins une zone prédéterminée 22 est automatiquement prévue pour permettre la pulvérisation du liquide comme illustré, dès qu’un emballement est détecté.
En effet, la tubulure 21 est réalisée entièrement avec la zone prédéterminée 22 puisque le matériau constitutif de la tubulure 21 présente une température de fusion inférieure ou égale à 100°C, étant en PVC. Lorsqu’il y a emballement thermique, la température à l’intérieur de l’enceinte 2 monte à une température supérieure à cette température de fusion, la température d’un écoulement de gaz d’une cellule étant supérieure à 300°C lors du pic de l’emballement thermique, de telle sorte que la zone prédéterminée 22, en l’espèce la tubulure 21, ou une partie de celle-ci à proximité de la ou des cellules concernées, fond et le liquide se déverse hors de la tubulure 21 dans l’enceinte et éteint le feu qui a démarré.
Dans cet exemple, la batterie 1 comporte une sortie de dégazage 14, encore appelée évent, située dans une partie supérieure de l’enceinte 2. Cela permet aussi de diminuer la criticité de l’emballement thermique par évacuation des gaz produits, un dégazage de H2 ayant lieu tant que tout le lithium métallique n’a pas réagi avec l’eau.
Le volume libre, hors modules et tubulures notamment, dans l’enceinte 2 est supérieur à un volume prédéterminé, en particulier un volume calculé au cas par cas, de manière à ce que la fonction d’inhibition soit suffisante.
Dans le cas de liquide à base d’eau, il est à noter que le lithium réagit de manière exothermique avec l’eau, fonction de la quantité de lithium métallique contenue dans les cellules, la quantité d’eau nécessaire à étouffer la réactivité de l’emballement thermique sera donc d’autant plus importante avec des cellules type post Li-ion contenant un taux important de lithium métallique.
Dans les exemples qui suivent, les modules 4 et cellules 5 ne sont pas représentés dans un souci de clarté du dessin. Les mêmes références numériques sont conservées pour les éléments correspondants, seuls les éléments différents sont nouvellement référencés et décrits.
Dans l’exemple de la , il y a plusieurs zones prédéterminées 22, au nombre de dix-neuf. Le nombre de zones prédéterminées 22 peut être différent sans sortir du cadre de l’invention, en particulier être compris entre 1 et 20. Le nombre de zones prédéterminées est fonction de la taille et de la puissance électrique de la batterie 1.
La tubulure 21 comporte une première portion de tubulure 23 avec le liquide entrant, une extrémité 24 située à mi-chemin environ de la tubulure 21 et une deuxième portion de tubulure 25 avec le liquide qui circule vers la sortie. Les zones prédéterminées 22 sont disposées dans la deuxième portion de tubulure 25 dans cet exemple. La première portion 23 et la deuxième portion 25 occupent respectivement la moitié en section de la tubulure 21, une paroi 26 les séparant sur toute la longueur de la tubulure 21, hormis au niveau de l’extrémité 24 pour ne pas entraver la circulation du liquide dans la tubulure 21.
Dans l’exemple de la , chaque zone prédéterminée 22 comprend une ouverture 30 fermée par un obturateur 31. L’ouverture 30 présente dans cet exemple un diamètre de 2 mm environ, l’obturateur 31 ayant un diamètre de 3 mm environ. L’obturateur 31 est réalisé dans un matériau présentant une température de fusion inférieure ou égale à 100°C, ledit matériau de l’obturateur étant dans cet exemple un alliage type métal de Newton Bismuth-Plomb-Etain. Cependant, le matériau de l’obturateur 31 pourrait avoir par exemple une température de fusion inférieure ou égale à 130°C et/ou comporter un matériau polymère, tel qu’un polychlorure de vinyle (PVC) ou un acrylonitrile butadiène styrène, sans sortir du cadre de l’invention.
Ainsi, lorsque la température à l’intérieur de l’enceinte 2 atteint 100°C, c'est-à-dire en cas d'emballement thermique, les obturateurs 31 fondent, sont détruits thermiquement, et les ouvertures 30 sont libérées, le liquide L est pulvérisé, sous forme liquide ou gazeuse, dans l’enceinte 2, comme illustré. Cela permet de contribuer à éteindre le feu de l’emballement thermique en cours.
L’obturateur 31 peut être tel qu’illustré à la . L’obturateur 31 forme une partie rapportée et accrochée autour de la tubulure 21 sous forme d’étrier dans cet exemple, et obture l’ouverture 30. Comme visible sur la , en cas d’emballement thermique, l’obturateur 31 disparaît et l’ouverture 30 est dégagée de manière à permettre la pulvérisation de liquide comme illustré.
Les ouvertures 30 peuvent être de faible diamètre et les obturateurs 31 peuvent être perméables au liquide ou au gaz sous l’effet de la température.
L’exemple de la illustre un mode de réalisation où l’on agit pour pulvériser le liquide dans l’enceinte en cas d’emballement thermique. Dans cet exemple, les zones prédéterminées 22 comportent des ouvertures 29 de dimensions réduites, ces dimensions réduites étant calculées à partir de la pression d’utilisation, de telle sorte qu’une augmentation de la pression dans la tubulure 21 provoque la pulvérisation dans l’enceinte 2 du liquide L, comme visible sur la .
Pour ce faire, le système d’alimentation électrique 100 comporte dans cet exemple un dispositif de détection 19, notamment de la température et/ou de la pression ou d’une autre caractéristique telle que bruit, fumée ou gaz, à l’intérieur de l’enceinte et un système permettant d’agir de manière à ouvrir les zones prédéterminées 22, lorsque la température et/ou la pression ou l’autre caractéristique dans l’enceinte 2 est supérieure à un seuil prédéterminé. Ledit système permettant d’agir de manière à ouvrir ladite au moins une zone prédéterminée comporte au moins une pompe 15 configurée pour agir sur la valeur de la pression du liquide dans la tubulure 21 et un dispositif de commande 18 de la pompe 15 configuré pour recevoir au moins une information provenant du dispositif de détection 19. Ce dernier comporte avantageusement au moins un capteur de détection d’emballement thermique, choisi parmi les capteurs de bruit, de température, de pression ou les capteurs de fumée ou de gaz.
En l’espèce, en cas de détection d’une température supérieure à 100°C, le dispositif de détection 19 envoie une information en ce sens au dispositif de commande 18, lequel commande à la pompe 15 une valeur de pression au sein de la tubulure 21 permettant de pulvériser le liquide L au travers des ouvertures 29 de dimensions réduites.
Dans l’exemple illustré sur les figures 6 et 7, les ouvertures 30 sont fermées par un obturateur 31 consistant en une buse de pulvérisation 33 dont l’ouverture est commandée par l’augmentation de la pression dans la tubulure 21. Dans cet exemple, le nombre de zones prédéterminées 22 est égal à huit, toutes disposées sur la tubulure 21 au niveau de la deuxième portion 25. La buse de pulvérisation 33 est illustrée isolément sur la . Elle permet de projeter un brouillard sur les cellules.
Le fonctionnement est similaire à celui de la , la détection de l’emballement thermique par le dispositif de détection 19 induisant l’augmentation de la pression grâce à l’action de la pompe 15 commandée par le dispositif de commande 18, ce qui provoque l’ouverture des buses de pulvérisation 33 et la pulvérisation, comme illustré, du liquide L dans l’enceinte 2 de la batterie 1, afin de contribuer à éteindre le feu. Ce mode de réalisation est actif, comme celui de la .
Dans le mode de réalisation de la , on met en œuvre à la fois le mode de réalisation passif de la et le mode de réalisation actif de la , afin d’améliorer l’efficacité et la réactivité de l’action anti-feu engagée par pulvérisation de liquide L. En effet, les zones prédéterminées 22 sont constituées par des ouvertures 30 obturées par un obturateur 31 réalisé en un matériau fusible à une température supérieure à 100°C ou par un obturateur 31 consistant en une buse de pulvérisation 33. Ainsi, automatiquement, dès franchissement de la température de 100°C dans l’enceinte 2, les obturateurs 31 en un matériau fusible fondent et du liquide L est pulvérisé par ces ouvertures 30. Par ailleurs, le dispositif de détection 19 détecte cette température et envoie une information au dispositif de commande 18 qui provoque l’augmentation de pression par la pompe 15 dans la tubulure 21, de telle sorte que les buses de pulvérisation 33 s’ouvrent et que du liquide L est également pulvérisé à leur endroit. On a une redondance de déclenchement, dans ce cas.
Lorsque la température et/ou la pression ou une autre caractéristique est supérieure ou égale à un seuil prédéterminé dans la tubulure, la pression d’écoulement dudit liquide dans l’enceinte sous forme liquide ou gazeuse est contrôlée et inférieure ou égale à une valeur prédéterminée fonction du nombre de cellules, du volume de l’enceinte lequel est lui-même dépendant de la puissance. La pulvérisation de liquide est avantageusement faite de manière contrôlée et assez faible pour permettre une bonne efficacité de contact entre le liquide pulvérisé et les cellules. Par exemple, pour 4 cellules, 0,7L en 35s à 0,1MPa.
D’autres modes de réalisation peuvent être envisagés.
En complément du mode de réalisation passif, on pourrait obturer les zones prédéterminées 22 avec un silicone d’étanchéité ayant une tenue à température jusqu’à environ 150°C ou une membrane ou une mousse à porosité variable fonction de la température.
En complément du mode de réalisation actif, on pourrait obturer les zones prédéterminées 22 avec un silicone d’étanchéité ayant une tenue à température jusqu’à environ 150°C ou une membrane ou une mousse à porosité variable fonction de la pression.
La batterie peut être de type post Li-ion.
Claims (11)
- Système d’alimentation électrique (100) embarqué comportant une batterie (1), notamment batterie lithium-ion, comportant :
- une enceinte (2) logeant au moins un module (4) contenant au moins une cellule (5) électrochimique, et
- un système de refroidissement (10) de la batterie (1) par écoulement de liquide comportant une tubulure (21) s’étendant dans l’enceinte (2), ladite tubulure (21) ayant au moins une zone prédéterminée (22) configurée pour permettre de faire sortir ledit liquide (L) sous forme liquide ou gazeuse hors de la tubulure (21) dans l’enceinte (2) en cas d’emballement thermique.
- Système selon la revendication 1, dans lequel ladite au moins une zone prédéterminée (22) est configurée pour permettre la pulvérisation ou l’écoulement du liquide hors de la tubulure (21) dans l’enceinte (2) lorsque la température et/ou la pression et/ou une autre caractéristique dans l’enceinte (2) est supérieure à un seuil prédéterminé.
- Système selon la revendication 1 ou 2, comportant un dispositif de détection (19) de la température et/ou de la pression et/ou d’une autre caractéristique telle que le bruit, la fumée ou un gaz, à l’intérieur de l’enceinte (2) et un système permettant d’agir de manière à ouvrir ladite au moins une zone prédéterminée, lorsque la température et/ou la pression et/ou ladite autre caractéristique dans l’enceinte (2) est supérieure à un seuil prédéterminé.
- Système selon la revendication précédente, dans lequel ledit système permettant d’agir de manière à ouvrir ladite au moins une zone prédéterminée (22) comporte au moins une pompe (15) configurée pour agir sur la valeur de la pression du liquide dans la tubulure (21) et un dispositif de commande (18) de la pompe (15) configuré pour recevoir au moins une information provenant du dispositif de détection (19).
- Système selon l’une quelconque des revendications 2 à 4, ledit seuil prédéterminé pour la température est égal à 100°C environ et/ou ledit seuil prédéterminé pour la pression consiste en une augmentation de la pression de 0,6 bar.
- Système selon la revendication 4, ladite au moins une zone prédéterminée (22) présentant une ouverture (29) de dimension réduite, le système étant configuré de telle sorte que, lorsqu’un emballement thermique est détecté par le dispositif de détection (19), la pression générée par la pompe (15) dans la tubulure (21) est augmentée de manière à créer une pulvérisation de liquide ou de gaz dans l’enceinte (2) au travers de ladite ouverture (29) de dimension réduite.
- Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, ladite au moins une zone prédéterminée (22) comprenant une ouverture (30) fermée par un obturateur (31).
- Système selon la revendication 7, dans lequel l’obturateur (31) est réalisé dans un matériau présentant une température de fusion inférieure ou égale à 130°C, notamment inférieure ou égale à 100°C, ledit matériau de l’obturateur (31) étant choisi dans le groupe constitué par les alliages type métal de Newton Bismuth-Plomb-Etain et les matériaux polymères, tels qu’un polychlorure de vinyle (PVC) ou un acrylonitrile butadiène styrène.
- Système selon la revendication 7, dans lequel l’obturateur (31) est réalisé dans un silicone d’étanchéité ou une membrane ou une mousse à porosité variable fonction de la pression et/ou de la température.
- Système selon la revendication 7, l’obturateur (31) consistant en une buse de pulvérisation (33) dont l’ouverture est commandée par l’augmentation de la pression dans la tubulure (21).
- Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite au moins une zone prédéterminée (22) couvre une grande partie de la tubulure (21), voire la totalité de la tubulure (21), ladite grande partie, voire la totalité, de la tubulure (21) étant de préférence réalisée dans un matériau présentant une température de fusion inférieure ou égale à 130°C, notamment inférieure ou égale à 100°C.
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|---|---|
| FR3132388A1 true FR3132388A1 (fr) | 2023-08-04 |
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ID=83900196
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| US20190077276A1 (en) * | 2017-09-12 | 2019-03-14 | Sf Motors, Inc. | Temperature control apparatus for electric vehicle battery packs |
| EP3761430A1 (fr) * | 2019-07-05 | 2021-01-06 | Fogmaker International AB | Agencement de lutte contre l'incendie |
| FR3107146A1 (fr) * | 2020-02-12 | 2021-08-13 | Valeo Systemes Thermiques | Dispositif de stockage d’énergie électrique pour un véhicule automobile |
-
2022
- 2022-07-05 FR FR2206852A patent/FR3132388A1/fr active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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