FR3163773A3 - Ensemble comprenant une batterie et un système d’urgence, et procédé associé - Google Patents

Ensemble comprenant une batterie et un système d’urgence, et procédé associé

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Abstract

Ensemble comprenant une batterie et un système d’urgence, et procédé associé La présente invention concerne un ensemble (10) comprenant une batterie (12) de véhicule et un système d’urgence (14) présentant un mode de fonctionnement opérationnel et un mode d’urgence. Le système d’urgence (14) contient un fluide sous pression et ne communique pas fluidiquement avec la batterie (12) dans le mode de fonctionnement opérationnel. Le système d’urgence (14) est relié fluidiquement à la batterie (12) dans le mode d’urgence de sorte à pulvériser le fluide sur la batterie (12), le fluide étant alors vaporisé entre le système d’urgence (14) et la batterie (12). L’invention concerne en outre un procédé de limitation de l’emballement thermique d’une batterie (12) associé. Figure pour l'abrégé : Fig 1

Description

Ensemble comprenant une batterie et un système d’urgence, et procédé associé
La présente invention concerne un ensemble comprenant une batterie avec un système d’urgence et un procédé associé.
Dans le cadre d’utilisation de batteries dans un véhicule, l’utilisation de batteries de puissances importantes peut engendrer un risque pour les passagers en cas d’incendie. En effet, par exemple, en cas de fonctionnement anormal d’une cellule de batterie, un emballement thermique est susceptible de se produire. L’architecture de la batterie est susceptible de provoquer une réaction en chaîne propageant l’emballement thermique d’une cellule aux cellules environnantes. Ainsi, en cas d’emballement thermique d’une cellule, celui-ci peut se propager à toute la batterie jusqu’à sa destruction complète et de son environnement ou jusqu’à l’intervention des services de secours.
Les normes sur la sécurité incendie et sur la capacité à circuler d’un véhicule impliquent la mise en œuvre de dispositions particulières en amont pour remédier au risque de feu de batteries, afin de protéger les personnes dans le véhicule. Cependant, l’intervention d’un tel événement reste à prendre en compte.
Aujourd’hui, pour éteindre un incendie de batterie Lithium et stopper l’emballement thermique associé, une solution serait, par exemple, d’immerger la batterie dans un fluide.
Toutefois, la mise en place d’une telle technologie sur une batterie embarquée dans un véhicule nécessite le stockage d’un volume très important de fluide, ce qui est top lourd, pour que cette solution soit implémentée dans un véhicule.
Le but de l’invention est alors de proposer un système permettant de limiter le risque d’emballement thermique, susceptible d’être implémenté dans un véhicule.
A cet effet, l’invention a pour objet un ensemble comprenant une batterie de véhicule et un système d’urgence, le système d’urgence présentant un mode de fonctionnement opérationnel et un mode d’urgence, le système d’urgence contenant un fluide sous pression dans le mode de fonctionnement opérationnel, le fluide sous pression ne communiquant pas fluidiquement avec la batterie dans le mode de fonctionnement opérationnel, le système d’urgence étant relié fluidiquement à la batterie dans le mode d’urgence de sorte à pulvériser le fluide sur la batterie, le fluide étant alors vaporisé entre le système d’urgence et la batterie.
La vaporisation du fluide sous pression permet d’en baisser la température, ce qui entraîne un refroidissement efficace de la batterie, par exemple allant jusqu’à la surgélation de la batterie, sans nécessiter autant de fluide que l’immersion de la batterie.
Suivant d’autres aspects avantageux de l’invention, l’ensemble comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles :
- la batterie comprend un boîtier contenant des cellules de batterie, le système d’urgence étant adapté pour pulvériser le fluide directement à l’intérieur du boîtier ;
- le système d’urgence comprend un robinet présentant une configuration ouverte et une configuration fermée, le robinet étant dans la configuration ouverte dans le mode d’urgence et dans la configuration fermée dans le mode de fonctionnement opérationnel ;
- le robinet est adapté pour détendre le fluide sous pression le traversant en configuration ouverte ;
- le système d’urgence comprend un circuit frigorifique contenant le fluide sous pression, plus particulièrement d’un système de chauffage, ventilation et climatisation ou d’un système de gestion thermique de la batterie ;
- le fluide est apte à être prélevé dans le circuit frigorifique en un point de prélèvement, préférentiellement équipé d’une vanne ;
- le circuit frigorifique comprend un réservoir tampon ;
- le circuit frigorifique comprend un compresseur et/ou au moins un détendeur du fluide sous pression ; et/ou
- le système d’urgence comprend des buses de pulvérisation adaptées pour pulvériser le fluide sur la batterie.
L’invention concerne également un procédé de limitation de l’emballement thermique d’une batterie, comprenant les étapes suivantes :
- fourniture d’un ensemble tel que défini précédemment, le système d’urgence fonctionnant selon le mode de fonctionnement opérationnel,
- détection d’un emballement thermique au sein de la batterie, et
- activation du système d’urgence en mode d’urgence, le fluide vaporisé étant pulvérisé sur la batterie.
L’invention apparaîtra plus clairement à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence au dessin suivant :
FIG. 1laFIG. 1est une représentation schématique d’un exemple d’ensemble selon un mode de réalisation de l’invention.
L’invention concerne un ensemble 10 comprenant une batterie 12 de véhicule, plus particulièrement de véhicule ferroviaire, et un système d’urgence 14.
La batterie 12 comprend ici un boîtier 16 contenant des cellules de batterie.
Le système d’urgence 14 présente un mode de fonctionnement opérationnel et un mode d’urgence.
Le système d’urgence 14 comprend un contenant 18 à fluide sous pression, par exemple de dioxyde de carbone.
Le fluide est, par exemple, sous forme liquide dans le contenant 18.
Le fluide présente, par exemple, une pression comprise entre 5 bars et 15 bars.
Le contenant 18 comprend, par exemple, entre 10 et 100 kilogrammes de dioxyde de carbone.
Cela permet de compenser au moins en partie l’énergie libérée par les cellules en cas d’emballement thermique, sans alourdir significativement le véhicule.
Le système d’urgence 14 comprend, par exemple, un circuit frigorifique 20 contenant le fluide sous pression, formant ici le contenant 18, plus particulièrement le circuit frigorifique d’un système de chauffage, ventilation et climatisation 22 (dit HVAC) ou d’un système de gestion thermique de la batterie (dit BTMS).
Sur le mode de réalisation représenté, le circuit frigorifique 20 comprend, par exemple, un réservoir tampon 24.
Le réservoir tampon 24 est ici un élargissement local de la conduite du circuit frigorifique.
Cela permet que le circuit frigorifique contienne plus de fluide qu’en l’absence d’élargissement. Cela permet également de réduire l’impact sur les performances HVAC en cas de fuite, et ainsi d’augmenter les délais de maintenance.
Le circuit frigorifique 20 comprend, ici, un compresseur 26 et/ou au moins un détendeur 28 du fluide sous pression, ici un compresseur 26 et un détendeur 28 du fluide sous pression.
Le compresseur 26 comprime le fluide circulant dans le circuit frigorifique.
Cela entraîne ainsi une montée en température dudit fluide.
Le détendeur 28 diminue la pression du fluide circulant dans le circuit frigorifique.
Cela entraîne ainsi une baisse en température dudit fluide.
Il est défini une direction d’écoulement du fluide dans le circuit frigorifique.
Depuis le compresseur 26 jusqu’au détendeur 28 selon la direction d’écoulement, s’étend le condenseur.
Depuis le détenteur 28 jusqu’au compresseur selon la direction d’écoulement, s’étend l’évaporateur.
Le fluide présente une température strictement supérieure à -10°C dans l’ensemble du circuit frigorifique.
Alternativement, le système d’urgence comprend un simple réservoir contenant le fluide, ici du dioxyde de carbone, sous pression.
Le fluide sous pression ne communique pas fluidiquement avec la batterie 12 dans le mode de fonctionnement opérationnel, c’est-à-dire que le contenant, ici le circuit frigorifique ou le réservoir, ne communique pas fluidiquement avec la batterie 12 dans le mode de fonctionnement opérationnel.
Dans le mode d’urgence, le système d’urgence 14 est relié fluidiquement à la batterie 12 de sorte à pulvériser le fluide sur la batterie 12, plus particulièrement directement à l’intérieur du boîtier 16, le fluide étant vaporisé entre le système d’urgence 14 et la batterie 12, cela entraînant, par exemple, une surgélation de la batterie 12.
Plus particulièrement, la batterie 12 est reliée fluidiquement au contenant 18 par une ligne fluidique 30.
Le fluide est, par exemple, prélevé dans le circuit frigorifique 20 ou dans le réservoir en un point de prélèvement 32, par exemple équipé d’une vanne 33.
Dans l’exemple ci-dessus, le point de prélèvement 32 est agencé en aval du détendeur 28, et ici en amont du compresseur 26.
Le point de prélèvement 32 est agencé au niveau du condenseur.
La vanne 33 présente une configuration ouverte, dans laquelle du fluide est apte à traverser la vanne, et une configuration fermée, dans laquelle le fluide ne peut pas traverser la vanne.
Le système d’urgence 14 comprend ici un robinet 34 présentant une configuration ouverte, dans laquelle du fluide est apte à traverser le robinet, et une configuration fermée, dans laquelle le fluide ne peut pas traverser le robinet.
Le robinet 34 est agencé sur la ligne fluidique 30.
Le robinet 34 est adapté pour détendre le fluide sous pression le traversant en configuration ouverte.
Le fluide traversant le robinet 34 présente, par exemple, un débit fixe à 5% près.
Le système d’urgence 14 comprend, en outre, des buses de pulvérisation 36 adaptées pour pulvériser le fluide sur la batterie 12.
Les buses de pulvérisation 36 s’étendent à l’aval de la ligne fluidique 30.
Plus particulièrement, les buses de pulvérisation 36 sont agencées, de sorte à pulvériser le fluide au sein du boîtier 16, sur les cellules de la batterie 12.
Les buses de pulvérisation 36 sont réparties sur l’ensemble de la batterie.
Les buses de pulvérisation 36 sont adaptées pour détendre le fluide les traversant.
Plus particulièrement, après pulvérisation par les buses de pulvérisation 36, en particulier ici après passage dans le robinet 34 puis les buses de pulvérisation 36, le fluide est à la pression ambiante de la batterie.
Les buses de pulvérisation 36 sont adaptées pour détendre le fluide les traversant, par exemple, d’au moins 1 bar, plus particulièrement d’au moins 3 bars, ici entre 3 et 6 bars.
Dans le mode de fonctionnement opérationnel du système d’urgence, le fluide sous pression est contenu dans ledit système d’urgence, ici dans le contenant 18, par exemple au sein du circuit frigorifique 20 ou du réservoir.
Le fluide sous pression présente une température strictement supérieure à 0°C.
Le robinet 34 est dans la configuration fermée.
Le contenant 18 ne communique pas fluidiquement avec la batterie 12.
Dans le mode d’urgence, le contenant 18 communique fluidiquement avec la batterie 12.
Le fluide sous pression est prélevé au niveau du point de prélèvement 32 et pulvérisé sur la batterie, plus particulièrement à l’intérieur du boîtier 16.
Ici, le circuit frigorifique se vidange à l’intérieur de la batterie 12.
Ici, le robinet 34 est dans la configuration ouverte dans le mode d’urgence.
Plus précisément, dans le mode d’urgence, le fluide sous pression sort du contenant 18 par le point de prélèvement 32, et traverse le robinet 34.
Pendant sa traversée du robinet 34, le fluide subit une détente. Cela entraîne un refroidissement du fluide, par exemple à une température strictement inférieure à -50°C pour du dioxyde de carbone.
Le fluide atteint ensuite les buses de pulvérisation 36, qui les pulvérise sur la batterie 12, plus particulièrement à l’intérieur du boîtier 16.
La pulvérisation entraîne une détente immédiate du fluide, qui est vaporisé.
Le fluide échange alors de la chaleur avec la batterie, ce qui refroidit, voire surgèle, la batterie.
Le fluide prélève de l’énergie sous forme de chaleur à la batterie.
La quantité de fluide sous pression embarquée permet de compenser l’énergie libérée par au moins la totalité des cellules.
Cela permet ainsi d’éviter la propagation de l’emballement thermique.
Un procédé de limitation de l’emballement thermique d’une batterie va maintenant être décrit, en regard de l’ensemble décrit précédemment.
Le procédé comprend les étapes suivantes :
- fourniture d’un ensemble décrit précédemment, le système d’urgence 14 fonctionnant selon le mode de fonctionnement opérationnel,
- détection d’un emballement thermique au sein de la batterie 12, et
- activation du système d’urgence 14 en mode d’urgence, le fluide vaporisé étant pulvérisé sur la batterie 12.
La détection de l’emballement thermique au sein de la batterie 12 est réalisée par détection locale d’une élévation anormale de température, en particulier grâce à des capteurs dédiés, par exemple des sondes de température, tel un détecteur linéaire de chaleur (ou LHD de l’anglais«Linear heat detection»).
Une telle détection entraîne automatiquement un changement du fonctionnement du système d’urgence du mode de fonctionnement opérationnel au mode d’urgence.
Le fluide sous pression est vaporisé et pulvérisé sur la batterie 12 conformément à ce qui a été décrit précédemment.
Cela permet de dissiper l’énergie libérée par les cellules de la batterie, en particulier touchées par l’emballement thermique.
Le fluide prélève de l’énergie sous forme de chaleur à la batterie.
Cela permet donc de limiter voire d’arrêter l’emballement thermique de la batterie, de sorte à éviter la propagation et un éventuel incendie.

Claims (10)

  1. Ensemble (10) comprenant une batterie (12) de véhicule et un système d’urgence (14), le système d’urgence (14) présentant un mode de fonctionnement opérationnel et un mode d’urgence, le système d’urgence (14) contenant un fluide sous pression dans le mode de fonctionnement opérationnel, le fluide sous pression ne communiquant pas fluidiquement avec la batterie (12) dans le mode de fonctionnement opérationnel, le système d’urgence (14) étant relié fluidiquement à la batterie (12) dans le mode d’urgence de sorte à pulvériser le fluide sur la batterie (12), le fluide étant alors vaporisé entre le système d’urgence (14) et la batterie (12).
  2. Ensemble selon la revendication 1, dans lequel la batterie (12) comprend un boîtier (16) contenant des cellules de batterie, le système d’urgence (14) étant adapté pour pulvériser le fluide directement à l’intérieur du boîtier (16).
  3. Ensemble selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le système d’urgence (14) comprend un robinet (34) présentant une configuration ouverte et une configuration fermée, le robinet (34) étant dans la configuration ouverte dans le mode d’urgence et dans la configuration fermée dans le mode de fonctionnement opérationnel.
  4. Ensemble selon la revendication 3, dans lequel le robinet (34) est adapté pour détendre le fluide sous pression le traversant en configuration ouverte.
  5. Ensemble selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le système d’urgence (14) comprend un circuit frigorifique (20) contenant le fluide sous pression, plus particulièrement d’un système de chauffage, ventilation et climatisation (22) ou d’un système de gestion thermique de la batterie.
  6. Ensemble selon la revendication 5, dans lequel le fluide est apte à être prélevé dans le circuit frigorifique (20) en un point de prélèvement (32), préférentiellement équipé d’une vanne (33).
  7. Ensemble selon la revendication 5 ou 6, dans lequel le circuit frigorifique (20) comprend un réservoir tampon (24).
  8. Ensemble selon l’une quelconque des revendications 5 à 7, dans lequel le circuit frigorifique (20) comprend un compresseur (26) et/ou au moins un détendeur (28) du fluide sous pression.
  9. Ensemble selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le système d’urgence (14) comprend des buses de pulvérisation (36) adaptées pour pulvériser le fluide sur la batterie (12).
  10. Procédé de limitation de l’emballement thermique d’une batterie (12), comprenant les étapes suivantes :
    - fourniture d’un ensemble (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, le système d’urgence (14) fonctionnant selon le mode de fonctionnement opérationnel,
    - détection d’un emballement thermique au sein de la batterie (12), et
    - activation du système d’urgence (14) en mode d’urgence, le fluide vaporisé étant pulvérisé sur la batterie (12).
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