FR3138972A1 - ENERGY STORAGE BATTERY COMPRISING A VENT PROVIDED WITH AN ACTIVE CARBON FILTER - Google Patents
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Abstract
Batterie de stockage d’énergie comportant un évent muni d’un filtre à charbon actif Batterie de stockage d’énergie électrique comprenant un bac hermétique (1) recevant une cellule de stockage d’énergie, le bac (1) comprenant un évent (8) traversant la paroi du bac (1) et un dispositif de sécurité (2) de l’évent (8) comportant un conduit de passage (6) permettant le passage de l’air ambiant à travers la paroi dudit bac (1) depuis l’extérieur vers l’intérieur du bac (1) et inversement, le conduit (6) assurant le passage de la totalité de l’air de respiration de la batterie pour son fonctionnement normal et sécuritaire à l’intérieur du bac (1). Selon l’invention, le dispositif de sécurité (2) comporte en outre un filtre à charbon actif (3) apte à filtrer la totalité de l’air de respiration lors de son passage à travers le conduit (6). Figure 1Energy storage battery comprising a vent fitted with an activated carbon filter Electrical energy storage battery comprising a hermetic tank (1) receiving an energy storage cell, the tank (1) comprising a vent (8 ) passing through the wall of the tank (1) and a safety device (2) of the vent (8) comprising a passage conduit (6) allowing the passage of ambient air through the wall of said tank (1) from the outside towards the inside of the tank (1) and vice versa, the conduit (6) ensuring the passage of all the breathing air of the battery for its normal and safe operation inside the tank (1) . According to the invention, the safety device (2) further comprises an activated carbon filter (3) capable of filtering all of the breathing air as it passes through the conduit (6). Figure 1
Description
Le domaine de l’invention concerne une batterie de stockage d’énergie électrique comportant un bac muni d’un évent et d’un dispositif de sécurité de l’évent permettant la respiration de la batterie.The field of the invention relates to an electrical energy storage battery comprising a tank provided with a vent and a vent safety device allowing the battery to breathe.
Les batteries généralement utilisées dans le domaine des véhicules automobiles à motorisation électrique comprennent des cellules électrochimiques de stockage d’énergie. Les cellules sont par exemple de type Lithium-ion ou tout autre type de chimie utilisé dans ce domaine pour le stockage d’énergie.Batteries generally used in the field of electric motor vehicles include electrochemical energy storage cells. The cells are for example Lithium-ion type or any other type of chemistry used in this field for energy storage.
Ces cellules sont montées en modules ou dans un « pack » de cellules, lesquelles sont raccordées électriquement pour fournir une tension et une capacité électrique selon les besoins du véhicule. Les cellules sont intégrées dans le véhicule à l’intérieur d’un bac rigide et hermétique assurant la fonction de protection des cellules électrochimiques contre les chocs. En fonctionnement, la réaction chimique des cellules, en charge et décharge, provoque des variations de température et de volumes des cellules provoquant de faibles pressions et dépressions à l’intérieur du bac. Il est nécessaire de compenser ces faibles variations de pression en permettant le passage de l’air ambiant depuis l’extérieur vers l’intérieur du bac, mais aussi depuis l’intérieur vers l’extérieur du bac lorsque la pression interne est trop forte. Ce phénomène dit de respiration de la batterie est permis par un évent ou plusieurs évents permettant la respiration du bac.These cells are mounted in modules or in a “pack” of cells, which are electrically connected to provide voltage and electrical capacity according to the needs of the vehicle. The cells are integrated into the vehicle inside a rigid and airtight container ensuring the function of protecting the electrochemical cells against shock. In operation, the chemical reaction of the cells, in charge and discharge, causes variations in temperature and volume of the cells causing low pressures and depressions inside the tank. It is necessary to compensate for these small pressure variations by allowing the passage of ambient air from the outside to the inside of the tank, but also from the inside to the outside of the tank when the internal pressure is too high. This so-called battery breathing phenomenon is made possible by a vent or several vents allowing the tank to breathe.
Classiquement, un évent est muni d’un dispositif de sécurité, par exemple à membrane ou vanne, se présentant sous la forme d’un conduit ayant un accès à l’extérieur du bac et un accès à l’intérieur du bac et permettant le passage de l’air ambiant depuis l’extérieur vers l’intérieur et l’intérieur vers l’extérieur. Le dispositif de sécurité comporte généralement une membrane dont la fonction est d’éviter l’intrusion de corps étrangers à l’intérieur du bac. La totalité de l’air nécessaire à la respiration de la batterie pour son fonctionnement normal et sécuritaire à l’intérieur du bac doit traverser un conduit du dispositif de sécurité d’un évent.Conventionally, a vent is provided with a safety device, for example a membrane or valve, in the form of a conduit having access to the exterior of the tank and access to the interior of the tank and allowing the passage of ambient air from outside to inside and inside to outside. The safety device generally includes a membrane whose function is to prevent the intrusion of foreign bodies inside the tank. All of the air necessary for the battery to breathe for its normal and safe operation inside the tank must pass through a conduit of the vent safety device.
Par ailleurs, la circulation de l’air ambiant et la différence de température entre l’extérieur et l’intérieur du bac apportent de l’humidité à l’intérieur du bac qui créé de la condensation sur les surfaces froides du bac, en particulier au niveau des plaques de refroidissement.Furthermore, the circulation of ambient air and the temperature difference between the outside and the inside of the tank bring humidity inside the tank which creates condensation on the cold surfaces of the tank, in particular at the level of the cooling plates.
En effet, des solutions de refroidissement efficaces consistent à intégrer des plaques de transfert de calories thermiques directement en contact avec les cellules de la batterie. Ce type de refroidissement coopère généralement avec des échangeurs thermiques d’un système hydraulique de transfert de calories, par le système de climatisation du véhicule ou le système d’une pompe à chaleur dédiée. Or, la condensation et l’accumulation d’humidité en surface des échangeurs thermiques sont susceptibles d’accélérer la corrosion des parois du bac. Ce phénomène est donc indésirable.Indeed, effective cooling solutions consist of integrating thermal heat transfer plates directly in contact with the battery cells. This type of cooling generally cooperates with heat exchangers of a hydraulic heat transfer system, through the vehicle's air conditioning system or the system of a dedicated heat pump. However, condensation and accumulation of humidity on the surface of heat exchangers are likely to accelerate corrosion of the walls of the tank. This phenomenon is therefore undesirable.
On connaît des solutions qui consistent à implanter des patchs absorbants collés sous les plaques de refroidissement des cellules. Cependant, leur remplacement est rendu difficile du fait de la difficulté d’accès et la résistance du collage à long terme pose des problèmes de durabilité. On connaît également des solutions consistant à poser un chauffage permettant l’évaporation de l’eau à l’intérieur du bac. Cependant, cette solution consomme de l’énergie et implique de modifier l’architecture interne par l’ajout d’un composant supplémentaire dans un espace déjà limité.Solutions are known which consist of implanting absorbent patches stuck under the cell cooling plates. However, their replacement is made difficult due to the difficulty of access and the long-term strength of the bond poses durability problems. We also know solutions consisting of installing a heater allowing the evaporation of the water inside the tank. However, this solution consumes energy and involves modifying the internal architecture by adding an additional component in an already limited space.
On connaît de l’état de la technique le document chinois CN114388977A décrivant un système de refroidissement alternatif par ventilation mécanique. Ce système comporte un compartiment interne séparé de la batterie équipé d’une plaque de filtre à charbon actif et d’un sac absorbant d’humidité. Ce système requière l’intégration d’une pompe à air pour garantir la circulation de l’air à travers les différents composants de filtrage et d’absorption. Un tel système requière un volume important et la modification complète de l’architecture refroidissement lorsque celle-ci est assurée par des plaques d’échange thermique intégrées dans le bac de la batterie en contact avec les cellules.We know from the state of the art the Chinese document CN114388977A describing an alternative cooling system by mechanical ventilation. This system features an internal compartment separate from the battery equipped with an activated carbon filter plate and a moisture absorbent bag. This system requires the integration of an air pump to guarantee air circulation through the various filtering and absorption components. Such a system requires a large volume and a complete modification of the cooling architecture when this is provided by heat exchange plates integrated into the battery tray in contact with the cells.
Il existe donc un besoin de palier les problèmes précités. Un objectif est d’améliorer la protection contre l’accumulation d’humidité pour une batterie dont le refroidissement est assuré par des plaques d’échangeurs thermiques en contact avec les cellules. Un objectif de l’invention est de proposer une protection contre l’humidité, économe en énergie et facile d’installation et de maintenance.There is therefore a need to overcome the aforementioned problems. One objective is to improve protection against the accumulation of humidity for a battery whose cooling is ensured by heat exchanger plates in contact with the cells. An objective of the invention is to provide protection against humidity, which is energy efficient and easy to install and maintain.
Plus précisément, l’invention concerne une batterie de stockage d’énergie électrique comprenant un bac hermétique recevant une cellule de stockage d’énergie, le bac comprenant un évent traversant la paroi du bac et un dispositif de sécurité de l’évent comportant un conduit de passage permettant le passage de l’air ambiant à travers la paroi dudit depuis l’extérieur vers l’intérieur du bac et inversement, le conduit assurant le passage de la totalité de l’air de respiration de la batterie pour son fonctionnement normal et sécuritaire à l’intérieur du bac.More specifically, the invention relates to an electrical energy storage battery comprising a hermetic tank receiving an energy storage cell, the tank comprising a vent passing through the wall of the tank and a vent safety device comprising a conduit passage allowing the passage of ambient air through the wall of said from the outside to the inside of the tank and vice versa, the conduit ensuring the passage of all the breathing air of the battery for its normal operation and safe inside the bin.
Selon l’invention, le dispositif de sécurité comporte en outre un filtre à charbon actif apte à filtrer la totalité de l’air de respiration lors de son passage à travers le conduit.According to the invention, the safety device further comprises an activated carbon filter capable of filtering all of the breathing air as it passes through the conduit.
Selon une variante, le dispositif de sécurité est fixé à l’évent en vissage traversant la paroi du bac, le dispositif de sécurité (2) présentant un premier accès du conduit du coté extérieur et un deuxième accès du conduit du côté intérieur du bac et le filtre à charbon actif est fixé en couvrant le deuxième accès du côté intérieur du bac.According to a variant, the safety device is fixed to the vent by screwing through the wall of the tank, the safety device (2) having a first conduit access on the exterior side and a second conduit access on the interior side of the tank and the activated carbon filter is fixed by covering the second access on the interior side of the tank.
Selon une variante, le filtre à charbon se présente sous la forme d’une cartouche remplaçable.According to a variant, the carbon filter is in the form of a replaceable cartridge.
Selon une variante, le dispositif de sécurité est fixé à l’évent en vissage traversant la paroi du bac, le dispositif de sécurité présentant un premier accès du conduit du coté extérieur et un deuxième accès du conduit du côté intérieur du bac et le filtre à charbon actif est fixé à l’intérieur du conduit du dispositif de sécurité entre le premier et le deuxième accès.According to a variant, the safety device is fixed to the vent by screwing through the wall of the tank, the safety device having a first conduit access on the exterior side and a second conduit access on the interior side of the tank and the filter activated carbon is fixed inside the conduit of the safety device between the first and second access.
Selon une variante, le dispositif de sécurité comporte en outre un moyen de signalement dépendant du niveau d’humidité absorbé par le filtre à charbon actif.According to a variant, the safety device further comprises a signaling means depending on the level of humidity absorbed by the activated carbon filter.
Selon une variante, le moyen de signalement est un réactif à couleur dont l’état dépendant du niveau d’humidité.According to a variant, the signaling means is a color reagent whose state depends on the humidity level.
Selon une variante, le dispositif de sécurité comporte une membrane de filtrage de l’air contre l’intrusion de corps étrangers depuis l’extérieur du bac.According to a variant, the safety device comprises an air filtering membrane against the intrusion of foreign bodies from outside the tank.
Selon une variante, la batterie comporte en outre un dispositif de refroidissement des cellules à plaques d’échange thermiques.According to one variant, the battery further comprises a device for cooling the cells with heat exchange plates.
L’invention concerne un dispositif de sécurité d’un évent prévu pour une batterie, le dispositif de sécurité comportant un conduit prévu pour le passage de l’air et en outre un filtre à charbon actif monté à l’intérieur du conduit.The invention relates to a safety device for a vent provided for a battery, the safety device comprising a conduit provided for the passage of air and furthermore an activated carbon filter mounted inside the conduit.
On envisage en outre un véhicule automobile électrifié comportant une machine électrique de traction alimentée par une batterie de traction selon l’un quelconque des modes de réalisation précédents.We further envisage an electrified motor vehicle comprising an electric traction machine powered by a traction battery according to any of the preceding embodiments.
Grâce à l’invention, on garantit le filtrage des corps étrangers et l’absorption d’humidité avant l’entrée de l’air dans le bac des cellules électrochimiques. L’utilisation d’une cartouche de charbon couvrant l’accès de l’évent facilite sa pose et sa maintenance sans avoir à accéder aux cellules de batterie ou aux plaques de refroidissement.Thanks to the invention, the filtering of foreign bodies and the absorption of humidity are guaranteed before air enters the electrochemical cell tank. Using a carbon canister covering the vent access makes it easier to install and maintain without having to access the battery cells or cooling plates.
D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit comprenant des modes de réalisation de l’invention donnés à titre d’exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, dans lesquels :Other characteristics and advantages of the present invention will appear more clearly on reading the detailed description which follows including embodiments of the invention given by way of non-limiting examples and illustrated by the appended drawings, in which:
En
Le bac hermétique 1 peut être appelé aussi caisson ou carter, et il héberge l’ensemble des cellules de stockage d’énergie de la batterie, non représentées en
Dans la présente description de l’invention, la batterie est un dispositif de stockage d’énergie électrique. Pour une utilisation automobile électrifiée, c’est à dire à motorisation électrique (100 % électrique ou hybride), la tension de la batterie de traction peut être de type 48V ou supérieure, de type 400 volts selon le mode de réalisation préférentielle (comprise entre 350 volts et 450 volts), de type 800 volts (comprise entre 700 volts et 900 volts), ou voire plus.In the present description of the invention, the battery is an electrical energy storage device. For electrified automobile use, that is to say with electric motorization (100% electric or hybrid), the voltage of the traction battery can be of the 48V type or higher, of the 400 volt type depending on the preferred embodiment (between 350 volts and 450 volts), 800 volts type (between 700 volts and 900 volts), or even more.
Le terme cellule électrochimique ou cellule de stockage d’énergie désigne tout type de chimie permettant le stockage d’énergie électrique, par exemple de type Lithium-ion, Ni-mh, Lithium-Fer-Phosphate, plomb ou bien encore pile à combustible.The term electrochemical cell or energy storage cell designates any type of chemistry allowing the storage of electrical energy, for example of the Lithium-ion, Ni-mh, Lithium-Iron-Phosphate, lead or even fuel cell type.
L’évent 8 comporte un dispositif de sécurité 2 dont la fonction est d’assurer la respiration des cellules et d’empêcher l’intrusion de corps étrangers à l’intérieur du bac 1. L’évent 8 est un orifice traversant la paroi du bac 1. Le dispositif de sécurité 2 est un dispositif à membrane permettant de filtrer les éléments extérieurs lors de l’entrée d’air ambiant.The vent 8 includes a safety device 2 whose function is to ensure the breathing of the cells and to prevent the intrusion of foreign bodies inside the tank 1. The vent 8 is an orifice passing through the wall of the tray 1. Safety device 2 is a membrane device allowing external elements to be filtered when ambient air enters.
L’évent 8 peut être tout dispositif assurant la respiration des cellules lors du fonctionnement normal de la batterie pour compenser les faibles variations de pression interne du fait de la montée en température et de déformation des enveloppes des cellules. Le dispositif de sécurité 2 peut être tout moyen dont la fonction est de filtrer les corps étrangers pour empêcher leur intrusion à l’intérieur du bac.The vent 8 can be any device ensuring the breathing of the cells during normal operation of the battery to compensate for small variations in internal pressure due to the rise in temperature and deformation of the cell envelopes. The safety device 2 can be any means whose function is to filter foreign bodies to prevent their intrusion inside the tank.
Le dispositif de sécurité 2 est monté en vissage traversant la paroi du bac 1. A cet effet, il comporte un filetage 7 externe sur sa longueur permettant son vissage à travers la paroi du bac 1. Il comporte un conduit interne 6 de forme longitudinale ayant un accès 4 à l’extérieur du bac 1, sur la partie supérieure en
En outre, le dispositif de sécurité 2 comporte un filtre à charbon actif 3 assurant l’absorption de l’humidité lors du passage de l’air. Le filtre à charbon actif 3 comporte des éléments internes 10 à micropores assurant le filtrage de l’air. Le filtre à charbon actif 3 est agencé pour filtrer la totalité de l’air de respiration nécessaire pour le fonctionnement normal et sécuritaire de la batterie. On entend par normal et sécuritaire le fait que le dispositif de sécurité 2 permet la respiration des cellules en fonctionnement de charge et décharge de la batterie et empêche l’intrusion d’humidité et de corps étranger.In addition, the safety device 2 includes an activated carbon filter 3 ensuring the absorption of humidity during the passage of air. The activated carbon filter 3 comprises internal elements 10 with micropores ensuring air filtering. The activated carbon filter 3 is designed to filter all of the breathing air necessary for the normal and safe operation of the battery. By normal and safe we mean the fact that the safety device 2 allows the cells to breathe during charging and discharging of the battery and prevents the intrusion of humidity and foreign bodies.
Selon un mode de réalisation préférentiel, le filtre à charbon actif 3 est logé à l’intérieur du bac 1 et recouvre l’accès 5. La totalité de la périphérie de l’accès 5 est recouvert par le filtre à charbon actif 3 de manière que, lors de son passage, en entrée d’air ou en sortie d’air, l’humidité de la totalité de l’air passant est filtrée. Le filtre 3 est monté et est fixé par une surface d’appui supérieure en périphérie de l’accès 5 sur la paroi du bac 1. Le filtre 3 est fixé par collage par exemple. En variante, le filtre 3 pourrait être visé sur la bordure de l’extrémité du conduit 6.According to a preferred embodiment, the activated carbon filter 3 is housed inside the tank 1 and covers the access 5. The entire periphery of the access 5 is covered by the activated carbon filter 3 so as to that, during its passage, at the air inlet or at the air outlet, the humidity of all the passing air is filtered. Filter 3 is mounted and is fixed by an upper support surface on the periphery of access 5 on the wall of tank 1. Filter 3 is fixed by gluing for example. Alternatively, filter 3 could be aimed at the edge of the end of conduit 6.
Le filtre 3 est un dispositif remplaçable facilement. En maintenance, il suffit de le retirer de l’évent, par ouverture du bac 1. Sa proximité avec la paroi permet à un agent de maintenance de le retirer aisément puis de fixer un autre. Le filtre 3 est un dispositif de type cartouche remplaçable.Filter 3 is an easily replaceable device. For maintenance, simply remove it from the vent, by opening tank 1. Its proximity to the wall allows a maintenance worker to easily remove it and then attach another. Filter 3 is a replaceable cartridge type device.
On notera que la présence du filtre 3 à l’intérieur du bac 1 permet d’absorber de l’humidité directement à l’intérieur du bac 1, sans circulation d’air dans le conduit.Note that the presence of filter 3 inside tank 1 makes it possible to absorb humidity directly inside tank 1, without air circulation in the duct.
Le filtre à charbon actif 3 est une cartouche comportant des ouvertures 9 en regard des accès 5 du dispositif de sécurité 2 qui assure le passage de l’air à travers le filtre 3. Il comporte d’autres ouvertures 11 permettant le passage de l’air vers l’intérieur du bac 1 ou depuis l’intérieur vers l’extérieur. Les ouvertures 9 et 11 sont réparties en surface du filtre à charbon actif 3 de manière à favoriser le passage de l’air.The activated carbon filter 3 is a cartridge comprising openings 9 facing the accesses 5 of the safety device 2 which ensures the passage of air through the filter 3. It comprises other openings 11 allowing the passage of the air towards the inside of tray 1 or from the inside to the outside. The openings 9 and 11 are distributed on the surface of the activated carbon filter 3 so as to promote the passage of air.
En variante, non représentée en
En outre, le filtre à charbon 3 peut comporter un moyen de signalement visuel indiquant le niveau d’humidité absorbé. Par exemple, le moyen de signalement est un réactif à couleur dont l’état dépendant du niveau d’humidité. Lors d’une opération de maintenance, cela permet à un opérateur de savoir s’il est nécessaire de la remplacer. On évite ainsi l’intégration d’un capteur électronique d’humidité.In addition, the carbon filter 3 may include a visual signaling means indicating the level of humidity absorbed. For example, the signaling means is a color reagent whose state depends on the humidity level. During a maintenance operation, this allows an operator to know if it is necessary to replace it. This avoids the integration of an electronic humidity sensor.
L’invention s’applique de préférence pour les véhicules automobiles électrifiés comportant une machine électrique de traction alimentée par une batterie ayant un bac dont au moins un évent ou plusieurs évents sont équipés d’un filtre à charbon.
The invention preferably applies to electrified motor vehicles comprising an electric traction machine powered by a battery having a tank of which at least one vent or several vents are equipped with a carbon filter.
Claims (10)
Electrified motor vehicle comprising an electric traction machine powered by a traction battery according to any one of claims 1 to 8.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1218736A (en) * | 1967-01-07 | 1971-01-13 | Domnick Hunter Eng | Air dryer/filtration unit |
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2022
- 2022-08-19 FR FR2208390A patent/FR3138972A1/en active Pending
Patent Citations (6)
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