FR3132794A1 - Cellule de stockage d’energie electrique pour batterie electrique comprenant une cavite acoustique - Google Patents

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Abstract

L’invention concerne une cellule de stockage d’énergie électrique (9) pour batterie électrique, comprenant une enveloppe de protection (12) entourant au moins deux électrodes (14), un composant de mise à l’atmosphère (16) et une borne de conduction électrique (18), ledit composant de mise à l’atmosphère (16) comportant au moins un orifice (22) débouchant à l’extérieur de la cellule (9), et comportant en outre un insert (26) configuré de telle sorte qu’il forme un logement (24) avec la borne (18), l’insert (26) étant muni d’un disque transversal (28) disposé à l’intérieur du logement (24) et comportant au moins une zone d’affaiblissement de matière (30), le composant de mise à l’atmosphère (16) comportant en outre une cavité (27) débouchant dans ledit au moins un orifice (22) et étant configurée de telle manière qu’elle forme un sifflet acoustique. Figure 2

Description

CELLULE DE STOCKAGE D’ENERGIE ELECTRIQUE POUR BATTERIE ELECTRIQUE COMPRENANT UNE CAVITE ACOUSTIQUE
L’invention se rapporte à une cellule de stockage d’énergie électrique pour batterie électrique. La batterie électrique est typiquement (mais non limitativement) destinée à être installée au sein d’un système d’alimentation électrique d’un véhicule, notamment automobile. La batterie électrique (aussi appelée bloc batterie ou « battery pack » en anglais) est typiquement mais non limitativement une batterie de traction d’un véhicule électrique ou hybride, par exemple une batterie lithium-ion. L’invention se rapporte également à une batterie électrique pour véhicule comprenant de telles cellules de stockage d’énergie électrique, ainsi qu’à un véhicule, notamment automobile, comprenant une telle batterie électrique.
L’invention appartient au domaine des batteries de stockage électrique, notamment des batteries de stockage électrique pour véhicule.
L’emballement thermique d’une batterie électrique, en particulier d’une batterie lithium-ion, est un phénomène bien connu au cours duquel une élévation de température au sein d’une ou plusieurs cellule(s) de la batterie entraîne une série de réactions en chaîne pendant lesquelles différents constituants internes de la ou des cellule(s) sont décomposés. Si la chaleur évacuée est inférieure à la chaleur produite, ces réactions s’enchainent et le système s’auto-entretient jusqu’à une montée brutale de la température qui n’est plus maîtrisable. Du fait de son étanchéité, la cellule monte en pression jusqu’à s’ouvrir en libérant l’électrolyte sous forme de gaz inflammables, conduisant généralement à un feu avec émanation de fumées toxiques du fait de la présence de composés fluorés.
Il est connu des systèmes permettant de détecter l’apparition d’un tel emballement thermique au sein d’une batterie de stockage électrique, notamment au sein d’une batterie électrique installée dans un véhicule. Certains de ces systèmes sont configurés pour détecter une chute brutale de la tension électrique du courant délivré par la batterie électrique. Toutefois, la détection d’une telle chute de tension n’est pas nécessairement indicative de l’apparition d’un emballement thermique au sein de la batterie électrique, car cette chute de tension peut être déclenchée pour d’autres raisons (telle que notamment l’activation de certains dispositifs de consommation électrique au sein du véhicule). La détection mise en œuvre par un tel système est par conséquent peu fiable. D’autres de ces systèmes sont configurés pour détecter une augmentation brutale de la pression gazeuse au niveau de la batterie électrique. Bien que la détection effectuée par ces systèmes soit relativement fiable, celle-ci est réalisée très tardivement : en effet, au moment de la détection de l’emballement thermique par le système, la batterie électrique est déjà très proche d’entrer en combustion. Ceci pose donc des problèmes en termes de protection de la batterie électrique et de sécurité pour le véhicule au sein duquel elle est installée. D’autres systèmes encore sont basés sur une mesure de la température des modules de la batterie électrique, via un ou plusieurs capteurs thermiques. Toutefois, la détection effectuée par ces systèmes n’est pas fiable parce que le capteur thermique se situe sur l’extérieur du module, alors que la résistance et la capacité thermique de la batterie a pour conséquence une beaucoup plus haute température à l’intérieur de la batterie. Or, le lien entre la température mesurée et la température à l’intérieur de la batterie n’a pas fiable en raison de l’indisponibilité de la modélisation thermique de la batterie. D’autres systèmes enfin utilisent des capteurs à fibre optique embarqués dans le cœur des cellules de stockage d’énergie électrique qui composent la batterie électrique. Toutefois, de tels systèmes impactent fortement la fabrication de la batterie et ne sont donc pas industrialisables.
Le document brevet EP 3 772 428 B1 décrit un boîtier pour batterie électrique, comprenant un dispositif de mise à l'atmosphère agencé dans le boîtier. Le dispositif de mise à l'atmosphère comprend un tube ayant une entrée dans le boîtier et une sortie à l'extérieur du boîtier. Le boîtier comporte en outre plusieurs sifflets acoustiques agencés dans le tube. Chaque sifflet acoustique est configuré pour produire un son en cas de débit de gaz égal ou supérieur à un seuil prédéfini, et pour rester silencieux en cas de débit de gaz inférieur. Chaque sifflet acoustique est configuré en outre pour produire un son ayant une fréquence fondamentale différente de celle des autres sifflets et pour produire ainsi, en cas de débit de gaz égal ou supérieur à un seuil prédéfini, un son qui est spécifique à ce sifflet. Toutefois, un inconvénient du boîtier pour batterie électrique décrit dans ce document brevet est qu’il nécessite, pour que le boîtier émette un son indiquant d’une détection, que du gaz s’accumule au niveau de la batterie électrique. La haute pression du gaz ainsi accumulé déclenche alors l’émission du son, par la circulation du gaz au sein du sifflet acoustique. Or, du fait de la durée d’accumulation du gaz au niveau de la batterie électrique, la détection de l’emballement thermique de la batterie électrique est réalisée très tardivement. Cette détection trop tardive a pour conséquence que la batterie électrique est déjà très proche d’entrer en combustion. Trop de cellules de stockage d’énergie électrique sont alors déjà défectueuses (par propagation en cascade du phénomène d’emballement thermique de cellule en cellule), et il n’est plus possible de réagir efficacement pour contenir voire supprimer l’emballement thermique dans la batterie.
Le but de l’invention est de pallier les inconvénients de l’art antérieur en proposant un système industrialisable de détection de l’apparition d’un emballement thermique au sein d’une batterie de stockage électrique, qui permette une détection fiable et rapide de l’emballement thermique, afin d’améliorer la protection de la batterie électrique et la sécurité de l’environnement au sein duquel elle est installée.
Pour ce faire, l’invention se rapporte ainsi, dans son acceptation la plus large, à une cellule de stockage d’énergie électrique pour batterie électrique, la cellule de stockage d’énergie électrique comprenant une enveloppe de protection entourant au moins deux électrodes, un composant de mise à l’atmosphère et une borne de conduction électrique, ledit composant de mise à l’atmosphère comportant au moins un orifice débouchant à l’extérieur de la cellule de stockage d’énergie électrique, à travers l’enveloppe de protection, ledit composant de mise à l’atmosphère comportant en outre un insert, l’insert étant configuré de telle sorte qu’il forme un logement avec la borne de conduction électrique, l’insert étant muni d’un disque transversal disposé à l’intérieur du logement et formant une paroi hermétique dans le logement, le disque transversal comportant au moins une zone d’affaiblissement de matière configurée de telle manière qu’elle permet un déchirement du disque transversal par la zone d’affaiblissement de matière sous l’effet d’une différence de pression entre ses deux faces excédant une valeur prédéterminée, de sorte à laisser passer du gaz provenant desdites au moins deux électrodes, ladite borne de conduction électrique comprenant une base disposée en regard des électrodes, d’un côté du disque transversal, et une partie supérieure opposée à cette base et disposée de l’autre côté du disque transversal, le composant de mise à l’atmosphère comportant en outre une cavité située entre la partie supérieure de la borne de conduction électrique et le disque transversal de l’insert, ladite cavité débouchant dans ledit au moins un orifice et étant configurée de telle manière qu’elle forme un sifflet acoustique apte à produire un son en cas de circulation de gaz dans la cavité, ledit son présentant une fréquence fondamentale prédéterminée.
Par « transversal » on entend par la suite que le disque s’étend dans un plan transversal à la direction d’extension principale des électrodes.
Une telle configuration permet de générer un son présentant une fréquence fondamentale prédéterminée en cas de circulation de gaz dans la cavité. Ainsi, en cas de début d’emballement thermique au sein d’une des cellules de stockage d’énergie électrique de la batterie électrique (donc avant l’apparition de flammes ou de fumées dans la batterie électrique) la cellule se gonfle par génération de gaz à l’intérieur. Dès que le gaz dépasse une certaine limite, le gaz sort de la cellule de manière forte et courte. Ce flux de gaz crée une oscillation dans la cavité à la sortie du composant de mise à l’atmosphère (la cavité formant alors un résonateur acoustique), et génère ainsi le signal sonore qui peut alors être utilisé pour identifier le début de l’emballement thermique. Ceci fournit un système simple et industrialisable, qui permet une détection fiable et rapide de l’emballement thermique. En effet, dès qu’une des cellules de stockage d’énergie électrique fait face à un emballement thermique, la détection est possible du fait de la génération du signal sonore, ce qui évite un endommagement de la batterie électrique. Contrairement aux systèmes de l’art antérieur, les sifflets acoustiques de la présente invention sont en effet prévus au niveau de chaque cellule, et non au niveau de la batterie, ce qui permet une détection plus précoce de l’emballement thermique. Ceci améliore la sécurité générale liée à la batterie électrique.
De préférence, ladite fréquence fondamentale prédéterminée est comprise dans une plage allant de 8 kHz à 10 kHz, de préférence comprise entre 8 kHz et 8,5 kHz.
Avantageusement, le disque transversal comporte plusieurs zones circulaires d’affaiblissement de matière, chaque zone circulaire d’affaiblissement de matière étant configurée de telle manière qu’elle permet un déchirement du disque transversal par la zone d’affaiblissement de matière sous l’effet d’une différence de pression entre ses deux faces excédant la valeur prédéterminée, la cellule de stockage d’énergie électrique présente une forme sensiblement cylindrique, et le rapport entre le diamètre de chaque zone circulaire d’affaiblissement de matière et/ou dudit au moins un orifice et le diamètre de la section transversale du cylindre formé par la cellule de stockage d’énergie électrique est compris entre 5 % et 10 %, et est de préférence sensiblement égal à 5 %. Ceci permet d’améliorer l’efficacité du résonateur acoustique, donc l’amplitude du signal sonore généré et donc la qualité de la détection. Plus précisément, ce rapport particulier entre les diamètres permet d’optimiser la surface des zones d’affaiblissement de matière et/ou des orifices afin de générer un signal sonore avec des fréquences relatives hautes par rapport aux bruits typiques du véhicule et avec une amplitude suffisante par rapport au bruit généré par le véhicule aux mêmes fréquences.
L’invention se rapporte également à une batterie électrique pour véhicule, la batterie électrique comprenant plusieurs modules de stockage d’énergie électrique reliés en série, chaque module de stockage d’énergie électrique comportant plusieurs cellules de stockage d’énergie électrique telles que décrites ci-dessus.
Selon une caractéristique technique particulière de l’invention, la batterie électrique comporte en outre un microphone configuré pour capter le son émis au sein de la batterie électrique, le microphone étant apte à être relié à un système de gestion de la batterie électrique installé au sein du véhicule.
L’invention se rapporte également à un véhicule, notamment automobile, comportant une batterie électrique telle que décrite ci-dessus.
Selon une caractéristique technique particulière de l’invention, le véhicule comporte en outre un système de gestion de la batterie électrique, le système de gestion de la batterie électrique étant relié au microphone et étant configuré pour recevoir un signal électrique issu du microphone, pour analyser ledit signal électrique et pour déterminer, sur la base de l’analyse dudit signal électrique, si un emballement thermique se produit dans au moins une des cellules de stockage d’énergie électrique de la batterie électrique.
Avantageusement, le système de gestion de la batterie électrique comporte un module de filtrage de signal relié au microphone, un convertisseur analogique–numérique relié à la sortie du module de filtrage de signal, et un module de calcul de transformée de Fourier rapide relié à la sortie du convertisseur analogique–numérique, le module de filtrage de signal comportant un filtre passe-haut et un filtre passe-bas. La présence du filtre passe-haut et du filtre passe-bas permet de limiter l’analyse du signal à la plage de fréquences du son émis par la cellule dans laquelle l’emballement thermique se produit, ce qui permet de limiter la quantité de données à calculer. De tels filtres permettent en outre d’éliminer le bruit du véhicule (typiquement le bruit issu du moteur électrique et/ou du frottement des roues sur le sol), et donc d’augmenter avantageusement le rapport signal sur bruit. Lorsque la fréquence fondamentale prédéterminée est comprise dans une plage allant de 8 kHz à 10 kHz, la plage des signaux filtrés est par exemple comprise entre 6 kHz et 12 kHz. Le convertisseur analogique–numérique permet d’améliorer le caractère détectable d’un signal présentant la fréquence fondamentale prédéterminée (par rapport à un signal analogique équivalent).
Avantageusement, le système de gestion de la batterie électrique comporte en outre un module de détection d’un signal présentant ladite fréquence fondamentale prédéterminée, le module de détection de signal étant relié au module de calcul de transformée de Fourier rapide et étant configuré pour mettre en œuvre une détection de signal par glissement d’une fenêtre temporelle. Ceci permet de détecter efficacement un signal présentant la fréquence fondamentale prédéterminée qui peut être très court temporellement, typiquement de l’ordre de 1 s. De préférence, la fenêtre temporelle présente une durée sensiblement égale à 0,1 s.
De préférence, le microphone et le système de gestion de la batterie électrique sont configurés de sorte à acquérir des données sur une durée telle que la fréquence correspondant à cette durée est au moins égale à deux fois ladite fréquence fondamentale prédéterminée. De préférence, la fréquence d’acquisition des données est de l’ordre de 100 kHz (correspondant à une période d’acquisition des données de l’ordre de 10 µs).
On décrira ci-après, à titre d’exemples non limitatifs, des formes d’exécution de la présente invention, en référence aux figures annexées sur lesquelles :
illustre schématiquement une batterie de stockage électrique installée au sein d’un véhicule et comprenant plusieurs cellules de stockage d’énergie électrique selon un mode de réalisation de l’invention, le véhicule comprenant en outre un système de gestion de la batterie électrique ;
est une vue en coupe longitudinale d’une partie d’une des cellules de stockage d’énergie électrique de la ; et
illustre schématiquement le système de gestion de la batterie électrique de la , selon un exemple de réalisation.
La représente une batterie 2 de stockage électrique (aussi appelée bloc batterie ou « battery pack » en anglais), implantée dans un véhicule (non représenté), typiquement dans un véhicule automobile électrique ou hybride (sans que cela ne soit limitatif dans le cadre de la présente invention). La batterie électrique 2 est typiquement une batterie de traction du véhicule, notamment une batterie lithium-ion. Le véhicule comporte également un système 3 de gestion de la batterie électrique 2. La batterie électrique 2 comporte un boîtier 4 renfermant plusieurs modules de stockage d’énergie électrique 6 reliés en série, notamment trois modules de stockage 6 dans l’exemple illustratif de la , ainsi qu’un microphone 7. Chaque module de stockage d’énergie électrique 6 est typiquement constitué de plusieurs cellules de stockage d’énergie électrique 9.
Le système 3 de gestion de la batterie électrique 2, qui prend par exemple la forme d’une carte électronique, est relié au microphone 7, typiquement via une liaison radiofréquence sans fil 10. Le système de gestion 3 est également relié aux modules 6, par exemple via une autre liaison radiofréquence sans fil 11.
Le microphone 7 est configuré pour capter le son au sein du boîtier 4 de la batterie électrique 2.
Comme illustré sur la , chaque cellule de stockage d’énergie électrique 9 comprend une enveloppe de protection 12 (de préférence imperméable) entourant deux électrodes 14, un composant de mise à l’atmosphère 16 et une borne de conduction électrique 18. Chaque électrode 14 est par exemple de forme sensiblement rectiligne et s’étend selon une direction d’extension principale correspondant à la direction longitudinale de la cellule 9. Une des deux électrodes 14 est par exemple reliée à la borne de conduction électrique 18 (notamment à la base 19 de la borne de conduction électrique 18) via une languette métallique 20. La borne de conduction électrique 18 comporte en effet une base 19 disposée en regard des électrodes 14, et une partie supérieure 23 opposée à cette base 19. La base 19 de la borne de conduction électrique 18 comporte au moins une ouverture de passage de gaz 21, en l’occurrence deux ouvertures de passage de gaz 21 dans l’exemple illustré sur la . Chaque cellule de stockage d’énergie électrique 9 est par exemple de forme sensiblement cylindrique.
Le composant de mise à l’atmosphère 16, qui est disposé à une extrémité de la cellule de stockage d’énergie électrique 9, comporte au moins un orifice 22 débouchant à l’extérieur de la cellule de stockage d’énergie électrique 9, à travers l’enveloppe de protection 12. Dans l’exemple de réalisation particulier illustré sur la , le composant de mise à l’atmosphère 16 comporte deux tels orifices 22 situés dans sa moitié supérieure. Le composant de mise à l’atmosphère 16 comporte également un insert 26. L’insert 26 est configuré de telle sorte qu’il forme un logement 24 avec la borne de conduction électrique 18. Le composant de mise à l’atmosphère 16 comporte également une cavité 27.
L’insert 26, qui est par exemple de forme sensiblement cylindrique, est typiquement constitué d’un matériau plastique. Comme illustré sur la , l’insert 26 entoure par exemple la base 19 de la borne de conduction électrique 18. L’insert 26 est muni d’un disque transversal 28 (autrement dit qui s’étend dans un plan transversal à la direction d’extension principale des électrodes 14) solidarisé à l’insert 26. L’insert 26 est également muni à son extrémité inférieure d’une ouverture 29 située sous le disque transversal 28. Le diamètre de l’ouverture 29 est tel que celui-ci est supérieur à deux fois le diamètre de chacune des ouvertures de passage de gaz 21 ménagées dans la base 19 de la borne de conduction électrique 18. L’ouverture 29 est ainsi configurée pour ne pas entraver le passage du gaz au sein du composant de mise à l’atmosphère 16. Le disque transversal 28 est disposé à l’intérieur du logement 24 et forme une paroi hermétique dans le logement 24.
Le disque transversal 28 est par exemple constitué d’un matériau plastique. Le disque transversal 28 comporte au moins une zone d’affaiblissement de matière 30 configurée de telle manière qu’elle permet un déchirement du disque transversal 28 par la zone d’affaiblissement de matière 30 sous l’effet d’une différence de pression entre ses deux faces excédant une valeur prédéterminée, de sorte à laisser passer du gaz provenant des électrodes 14. Dans l’exemple de réalisation particulier illustré sur la , le disque transversal 28 comporte deux zones d’affaiblissement de matière 30. Chaque zone d’affaiblissement de matière 30 ménagée dans le disque transversal 28 présente de préférence une forme sensiblement circulaire. De préférence encore, le rapport entre le diamètre de chaque zone circulaire d’affaiblissement de matière 30 et/ou de chaque orifice 22 et le diamètre de la section transversale du cylindre formé par la cellule de stockage d’énergie électrique 9 est compris entre 5 % et 10 %, et est de préférence sensiblement égal à 5 %. Ce rapport particulier entre les diamètres permet d’optimiser la surface des zones d’affaiblissement de matière 30 et/ou des orifices 22 afin de générer un signal sonore avec des fréquences relatives hautes par rapport aux bruits typiques du véhicule et avec une amplitude suffisante par rapport au bruit généré par le véhicule aux mêmes fréquences. Comme illustré sur la , les zones d’affaiblissement de matière 30 présentent par exemple une section longitudinale sensiblement triangulaire, sans que cela ne soit limitatif dans le cadre de la présente invention.
Comme visible sur la , la cavité 27 s’étend entre la partie supérieure 23 de la borne de conduction électrique 18 d’une part et le disque transversal 28 de l’insert 26 d’autre part, et forme une partie du logement 24. La base 19 de la borne de conduction électrique 18 est en effet disposée d’un côté du disque transversal 28, en regard des électrodes 14, et la partie supérieure 23 de la borne de conduction électrique 18 est disposée de l’autre côté du disque transversal 28. La cavité 27 débouche dans chaque orifice 22 et est configurée de telle manière qu’elle forme un sifflet acoustique apte à produire un son en cas de circulation de gaz dans la cavité 27. La forme et les dimensions de la cavité 27 sont ainsi judicieusement choisies de manière à ce que la cavité 27 forme un sifflet acoustique apte à produire un son en cas de circulation de gaz. La cavité 27 forme alors un résonateur acoustique, et le gaz sortant des électrodes 14 (dans le sens des flèches F1 sur la ) oscille dans la cavité 27 avant de sortir par les orifices 22 (dans le sens des flèches F2 sur la ). Lorsque les zones d’affaiblissement de matière 30 du disque transversal 28 sont sollicitées par une pression gazeuse émanant des électrodes 14, elles provoquent un déchirement du disque transversal 28 qui permet de laisser passer du gaz vers la cavité 27. Lorsque du gaz circule dans la cavité 27, le son produit par cette cavité 27 présente une fréquence fondamentale prédéterminée. Cette fréquence fondamentale prédéterminée est par exemple comprise entre 8 kHz et 10 kHz, de préférence comprise entre 8 kHz et 8,5 kHz.
De préférence, le microphone 7 est configuré pour capter les sons émis par le sifflet acoustique lorsque du gaz circule dans la cavité 27. De tels sons peuvent présenter une gamme de fréquences se situant autour de la fréquence fondamentale prédéterminée. Le microphone 7 est donc avantageusement configuré pour pouvoir couvrir cette gamme de fréquences.
De préférence, comme illustré sur la , le système 3 de gestion de la batterie électrique 2 comporte un module de filtrage de signal 32, un convertisseur analogique–numérique 34, un module de calcul de transformée de Fourier rapide 36, et un module 38 de détection d’un signal présentant la fréquence fondamentale prédéterminée. Le système 3 de gestion de la batterie électrique 2 est configuré pour recevoir un signal électrique issu du microphone 7, pour analyser ce signal électrique et pour déterminer, sur la base de l’analyse du signal électrique, si un emballement thermique se produit dans au moins une des cellules de stockage d’énergie électrique 9 de la batterie électrique 2. De préférence, le microphone 7 et le système 3 de gestion de la batterie électrique 2 sont configurés de sorte à acquérir des données sur une période telle que la fréquence correspondant à cette période est au moins égale à deux fois la fréquence fondamentale prédéterminée. Ceci permet une distribution spectrale suffisante sur le signal acquis pour que la détection de l’emballement thermique puisse être effectuée de manière fiable. Par exemple, si la fréquence fondamentale prédéterminée est comprise dans une plage allant de 8 kHz à 10 kHz, il faut que la période d’acquisition des données soit au moins égale à 10 % de la période minimale de cette plage, c’est-à-dire de 10 µs. La fréquence d’acquisition des données est alors de 100 kHz.
Le module de filtrage de signal 32 est relié au microphone 7 et comporte un filtre passe-haut et un filtre passe-bas (non représentés sur la pour des raisons de clarté). La présence du filtre passe-haut et du filtre passe-bas permet de limiter l’analyse du signal à la plage de fréquences du son émis par la cellule dans laquelle l’emballement thermique se produit, ce qui permet de limiter la quantité de données à calculer. De tels filtres permettent en outre d’éliminer le bruit du véhicule (typiquement le bruit issu du moteur électrique et/ou du frottement des roues sur le sol), et donc d’augmenter avantageusement le rapport signal sur bruit. Lorsque la fréquence fondamentale prédéterminée est comprise dans une plage allant de 8 kHz à 10 kHz, la plage des signaux filtrés est par exemple comprise entre 6 kHz et 12 kHz.
Le convertisseur analogique–numérique 34 est relié à la sortie du module de filtrage de signal 32. Le convertisseur analogique–numérique permet d’améliorer le caractère détectable d’un signal présentant la fréquence fondamentale prédéterminée (par rapport à un signal analogique équivalent).
Le module de calcul de transformée de Fourier rapide 36 est relié à la sortie du convertisseur analogique–numérique 34. Le module de calcul de transformée de Fourier rapide 36 fournit en sortie les amplitudes des signaux pour les différentes fréquences calculées, autour de la fréquence fondamentale prédéterminée.
Le module de détection de signal 38 est relié au module de calcul de transformée de Fourier rapide 36. Le module de détection de signal 38 est configuré pour mettre en œuvre une détection d’un signal présentant la fréquence fondamentale prédéterminée. Lorsqu’aucun gaz n’est émis dans aucune cellule 9 de la batterie électrique 2, les amplitudes des signaux en sortie du module de calcul de transformée de Fourier rapide 36 sont significativement plus basses que des valeurs d’amplitudes de signaux pré-paramétrées (valeurs seuil) indiquant une détection. Dans ce cas, le module de détection de signal 38 émet en sortie une information indiquant qu’il n’y a pas de détection d’un signal présentant la fréquence fondamentale prédéterminée et donc qu’il n’y a pas d’emballement thermique au sein de la batterie électrique 2. Lorsque du gaz circule dans la cavité 27 d’au moins une des cellules 9 de la batterie électrique 2, les amplitudes des signaux en sortie du module de calcul de transformée de Fourier rapide 36 augmentent jusqu’au niveau des valeurs d’amplitudes de signaux pré-paramétrées (valeurs seuil) indiquant une détection. Dans ce cas, le module de détection de signal 38 émet en sortie une information indiquant qu’il y a une détection d’un signal présentant la fréquence fondamentale prédéterminée et donc qu’il y a un emballement thermique au sein d’au moins une des cellules 9 de la batterie électrique 2.
De préférence, le module de détection de signal 38 est configuré pour mettre en œuvre cette détection par glissement d’une fenêtre temporelle. Autrement dit, après un calcul de transformée de Fourier rapide effectué par le module de calcul 36, le module de détection de signal 38 déplace une fenêtre temporelle sur le signal numérique issu du microphone, sur un échelon de temps prédéfini, par exemple sur un échelon de temps de l’ordre de 0,02 s, et requiert auprès du module de calcul 36 que ce dernier re-calcule la transformée de Fourier rapide sur le nouvel échantillon de signal ainsi obtenu. Le processus est ensuite réitéré en déplaçant successivement la fenêtre temporelle par échelons de 0,02 s. La durée de la fenêtre temporelle est par exemple de l’ordre de 0,1 s. Pendant 0,1 s, le système 3 de gestion de la batterie électrique 2 accumule donc des données issues du microphone 7, puis le module 36 calcule une transformée de Fourier rapide sur l’échantillon de signal obtenu sur cette période. En effet, le signal sonore issu du sifflet acoustique formé par la cavité 27 de la cellule de stockage d’énergie électrique 9 a une durée très courte, typiquement de l’ordre de 1 s. Le fait d’utiliser le glissement d’une fenêtre temporelle pour effectuer la détection permet ainsi de détecter efficacement un tel signal. L’utilisation d’un tel glissement d’une fenêtre temporelle nécessite toutefois de s’assurer que deux échantillons de signaux successifs disposent d’un « chevauchement » temporel suffisant entre eux (autrement dit que l’échelon de temps prédéfini soit suffisamment court en regard de la durée de la fenêtre temporelle).
Le système de détection de l’apparition d’un emballement thermique au sein d’une batterie de stockage électrique selon l’invention, mis en place au sein de chaque cellule de la batterie électrique, permet ainsi une détection fiable et rapide de l’emballement thermique, afin d’améliorer la protection de la batterie électrique et la sécurité de l’environnement au sein duquel elle est installée.

Claims (10)

  1. Cellule de stockage d’énergie électrique (9) pour batterie électrique (2), la cellule de stockage d’énergie électrique (9) comprenant une enveloppe de protection (12) entourant au moins deux électrodes (14), un composant de mise à l’atmosphère (16) et une borne de conduction électrique (18), ledit composant de mise à l’atmosphère (16) comportant au moins un orifice (22) débouchant à l’extérieur de la cellule de stockage d’énergie électrique (9), à travers l’enveloppe de protection (12), ledit composant de mise à l’atmosphère (16) comportant en outre un insert (26), l’insert (26) étant configuré de telle sorte qu’il forme un logement (24) avec la borne de conduction électrique (18), l’insert (26) étant muni d’un disque transversal (28) disposé à l’intérieur du logement (24) et formant une paroi hermétique dans le logement, le disque transversal (28) comportant au moins une zone d’affaiblissement de matière (30) configurée de telle manière qu’elle permet un déchirement du disque transversal (28) par la zone d’affaiblissement de matière (30) sous l’effet d’une différence de pression entre ses deux faces excédant une valeur prédéterminée, de sorte à laisser passer du gaz provenant desdites au moins deux électrodes (14), ladite borne de conduction électrique (18) comprenant une base (19) disposée en regard des électrodes (14), d’un côté du disque transversal (28), et une partie supérieure (23) opposée à cette base (19) et disposée de l’autre côté du disque transversal (28), caractérisée en ce que le composant de mise à l’atmosphère (16) comporte en outre une cavité (27) située entre la partie supérieure (23) de la borne de conduction électrique (18) et le disque transversal (28) de l’insert (26), ladite cavité (27) débouchant dans ledit au moins un orifice (22) et étant configurée de telle manière qu’elle forme un sifflet acoustique apte à produire un son en cas de circulation de gaz dans la cavité (27), ledit son présentant une fréquence fondamentale prédéterminée.
  2. Cellule de stockage d’énergie électrique (9) selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite fréquence fondamentale prédéterminée est comprise dans une plage allant de 8 kHz à 10 kHz, de préférence comprise entre 8 kHz et 8,5 kHz.
  3. Cellule de stockage d’énergie électrique (9) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le disque transversal (28) comporte plusieurs zones circulaires d’affaiblissement de matière (30), chaque zone circulaire d’affaiblissement de matière (30) étant configurée de telle manière qu’elle permet un déchirement du disque transversal (28) par la zone d’affaiblissement de matière (30) sous l’effet d’une différence de pression entre ses deux faces excédant la valeur prédéterminée, en ce que la cellule de stockage d’énergie électrique (9) présente une forme sensiblement cylindrique, et en ce que le rapport entre le diamètre de chaque zone circulaire d’affaiblissement de matière (30) et/ou dudit au moins un orifice (22) et le diamètre de la section transversale du cylindre formé par la cellule de stockage d’énergie électrique (9) est compris entre 5 % et 10 %, et est de préférence sensiblement égal à 5 %.
  4. Batterie électrique (2) pour véhicule, la batterie électrique (2) comprenant plusieurs modules de stockage d’énergie électrique (6) reliés en série, caractérisée en ce que chaque module de stockage d’énergie électrique (6) comporte plusieurs cellules de stockage d’énergie électrique (9) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3.
  5. Batterie électrique (2) selon la revendication 4, caractérisée en ce qu’elle comporte en outre un microphone (7) configuré pour capter le son émis au sein de la batterie électrique (2), le microphone (7) étant apte à être relié à un système (3) de gestion de la batterie électrique (2) installé au sein du véhicule.
  6. Véhicule, notamment automobile, caractérisé en ce qu’il comporte une batterie électrique (2) selon la revendication 4 ou 5.
  7. Véhicule selon la revendication 6 lorsque la batterie électrique (2) est selon la revendication 5, caractérisé en ce qu’il comporte en outre un système (3) de gestion de la batterie électrique (2), le système (3) de gestion de la batterie électrique (2) étant relié au microphone (7) et étant configuré pour recevoir un signal électrique issu du microphone (7), pour analyser ledit signal électrique et pour déterminer, sur la base de l’analyse dudit signal électrique, si un emballement thermique se produit dans au moins une des cellules de stockage d’énergie électrique (9) de la batterie électrique (2).
  8. Véhicule selon la revendication 7, caractérisé en ce que le système (3) de gestion de la batterie électrique (2) comporte un module de filtrage de signal (32) relié au microphone (7), un convertisseur analogique–numérique (34) relié à la sortie du module de filtrage de signal (32), et un module de calcul de transformée de Fourier rapide (36) relié à la sortie du convertisseur analogique–numérique (34), le module de filtrage de signal (32) comportant un filtre passe-haut et un filtre passe-bas.
  9. Véhicule selon la revendication 8, caractérisé en ce que le système (3) de gestion de la batterie électrique (2) comporte en outre un module (38) de détection d’un signal présentant ladite fréquence fondamentale prédéterminée, le module de détection de signal (38) étant relié au module de calcul de transformée de Fourier rapide (36) et étant configuré pour mettre en œuvre une détection de signal par glissement d’une fenêtre temporelle.
  10. Véhicule selon l’une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que le microphone (7) et le système (3) de gestion de la batterie électrique (2) sont configurés de sorte à acquérir des données sur une durée telle que la fréquence correspondant à cette durée est au moins égale à deux fois ladite fréquence fondamentale prédéterminée.
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