WO2023078712A1 - Système de refroidissement d'une batterie de traction en cas d'emballement thermique - Google Patents

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Eric Condemine
Aurelie Debart
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Definitions

  • the present invention relates to a system for cooling a traction battery in the event of thermal runaway.
  • the invention belongs to the field of traction batteries for electric motor vehicles or rechargeable electric hybrids.
  • Document JP-B-5849692 also discloses a battery fire extinguishing device which includes access to the battery through an orifice and a conduit in parallel with the electrical charging harness of the vehicle.
  • the present invention provides a system for cooling a traction battery of a motor vehicle, this system comprising: a charging socket; a traction battery comprising at least one power connector fixed to a surface of one of its walls; and at least one electrical cable connecting the charging socket to the power connector; the system being remarkable in that it further comprises: a first plurality of cells arranged around the charging socket; a conduit disposed around the electrical cable and in fluid communication with the first plurality of cells; a second plurality of cells arranged in the aforementioned surface, around the power connector and in fluid communication with the conduit; the first and second plurality of cells and the duct being intended to receive a cooling fluid in the event of thermal runaway of the traction battery.
  • the present invention allows faster and more direct access to the firefighter to flood the battery and contain the fire, while not creating any risk of confusion or mishandling for the user of the vehicle when connecting the vehicle to the power supply to recharge the traction battery.
  • the first and second pluralities of cells are closed by pre-cut lids.
  • the cells of the first plurality of cells are made of aluminum and the cells of the second plurality of cells are made of steel. [0015] These materials are adapted to the temperature values liable to appear respectively at the level of the charging socket and at the level of the battery in the event of thermal runaway of the latter.
  • the first plurality of cells is formed in a ring surrounding the charging socket.
  • the first plurality of cells is evenly distributed on the crown.
  • the first and second pluralities of cells have a circular section.
  • This form is easy to manufacture and also allows good distribution of the cooling fluid.
  • the present invention also proposes a rechargeable electric or hybrid electric motor vehicle, remarkable in that it comprises a cooling system as briefly described above.
  • FIG. 1 is a schematic representation of part of a motor vehicle equipped with a cooling system according to the present invention, in a particular embodiment
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a charging socket equipped with a cooling system according to the present invention, in a particular embodiment
  • FIG. 3 is a schematic representation of a traction battery equipped with a cooling system according to the present invention, in a particular embodiment.
  • a cooling system of a traction battery 30 of a motor vehicle 10 comprises a charging socket 12 intended to be connected to a power supply in order to recharge the traction battery of the vehicle 10.
  • the cooling system also includes the traction battery 30.
  • This traction battery 30 includes one or more power connectors 34 attached to a surface 36 of a wall of the traction battery 30. In the particular embodiment shown, two power connectors 34 are attached to surface 36.
  • the system further comprises one or more electrical cables 14 which connect the charging socket 12 to the power connector(s) 34.
  • the system further comprises a first plurality of cells 20 arranged around the charging socket 12.
  • the first plurality of cells 20 comprises seventeen cells of circular section all having the same dimensions.
  • the cells may have any other shape and do not necessarily have all the same dimensions or the same shape.
  • the first plurality of cells 20 can be formed in a ring 22 surrounding the charging socket 12.
  • the diameter of the ring 22 is advantageously identical to the diameter of a standard fire hose.
  • the cells 20 are advantageously, but not necessarily evenly distributed on the periphery of the crown 22.
  • the crown 22 can be made of a plastic material resistant to fire and to the high temperatures encountered in the event of thermal runaway.
  • the charging socket 12 can be equipped with one or more studs 24 for attaching a fire hose directly to the charging socket 12.
  • one or more studs 24 for attaching a fire hose directly to the charging socket 12.
  • two diametrically opposed pads 24 are provided.
  • the fixing stud(s) 24 can be replaced by any other device allowing the fire hose to be snapped onto the charging socket 12.
  • the system also includes a conduit 16 (visible in Figure 1) arranged around the electrical cable or cables 14.
  • the conduit 16 is in fluid communication with the first plurality of cells 20.
  • the duct 16 can be made of braided fiberglass, or even in a material similar to that of a fire hose, for example a circular textile with diagonal reinforcement of high tenacity polyester yarns.
  • the system further comprises a second plurality of cells 32 arranged in a surface 36 of a wall of the battery, around the power connector(s) 34.
  • Surface 36 may be a plate welded to the battery pack, or be part of the wall of the battery pack.
  • the second plurality of cells 32 is in fluid communication with the conduit 16.
  • the second plurality of cells 32 comprises seventeen cells of circular section having all the same dimensions.
  • the first and second plurality of cells 20, 32 and the conduit 16 are intended to receive a cooling fluid, such as water, in the event of thermal runaway of the traction battery 30.
  • a cooling fluid such as water
  • the conduit 16 will carry the cooling fluid from the charging socket 12 to the interior of the traction battery 30.
  • the conduit 16 can be made of a rigid or flexible material. In the case of a flexible material, the latter must nevertheless withstand high pressures when filling with cooling fluid. The material chosen must also be resistant to fire and to the high temperatures encountered in the event of thermal runaway of the traction battery 30.
  • the cells of the first and second plurality of cells 20, 32 are for example closed by pre-cut caps so as to yield under the pressure of the jet of cooling fluid.
  • the pressure of the water ejected by a fire hose can reach 300 bars.
  • the caps of the first plurality of cells 20 can be made of aluminum or plastic, while the caps of the second plurality of cells 32 can be made of a sheet of steel, so as to resist more heat than the lids of the first plurality of cells 20.
  • the pre-cutting of the caps consists of making an imprint of each cell, so as to create a mechanical weakness, which will allow the cap to yield under the pressure of the jet of cooling fluid.
  • this imprint can be made by laser cutting, or by water jet, or even using a pre-cutting press.
  • the cells of the first and second plurality of cells 20, 32 may have a circular section, as in the particular embodiment illustrated in Figures 2 and 3.

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Abstract

Ce système de refroidissement d'une batterie de traction d'un véhicule automobile comporte une prise de charge (12), une batterie de traction comportant au moins un connecteur de puissance fixé sur une surface et au moins un câble électrique connectant la prise de charge au connecteur de puissance. Il comporte en outre une première pluralité d'alvéoles (20) disposées autour de la prise de charge (12); un conduit disposé autour du câble électrique et en communication de fluide avec la première pluralité d'alvéoles (20); une seconde pluralité d'alvéoles disposées dans la surface précitée, autour du connecteur de puissance et en communication de fluide avec le conduit. Les première et seconde pluralités d'alvéoles et le conduit sont destinés à recevoir un fluide de refroidissement en cas d'emballement thermique de la batterie de traction.

Description

Description
Titre de l'invention : SYSTÈME DE REFROIDISSEMENT D’UNE BATTERIE DE TRACTION EN CAS D’EMBALLEMENT THERMIQUE
[0001] La présente invention se rapporte à un système de refroidissement d’une batterie de traction en cas d’emballement thermique.
[0002] L’invention appartient au domaine des batteries de traction pour véhicules automobiles électriques ou hybrides électriques rechargeables.
[0003] Les réglementations mondiales actuelles convergent pour préserver la sécurité des occupants d’un véhicule lors d’événements tels que l’emballement thermique d’une batterie de traction utilisant la technologie lithium-ion. On cherche donc notamment à contenir le feu, risque de feu ou dégazage lié à un emballement thermique.
[0004] Dans les véhicules automobiles électriques ou hybrides électriques rechargeables, afin de contenir un tel feu, risque de feu ou dégazage, il est souhaitable de pouvoir « noyer » au moyen d’un fluide de refroidissement tous les éléments de la batterie dans son enveloppe, pour limiter la combustion de ces éléments et de l’environnement de la batterie.
[0005] Il est connu de prévoir sous la banquette arrière du véhicule un accès pour le jet d’eau d’une lance à incendie.
[0006] Néanmoins, cette solution présente l’inconvénient de nécessiter d’attendre que le feu ait rendu accessible cette partie du véhicule pour pouvoir intervenir.
[0007] Le document JP-B-5849692 divulgue par ailleurs un dispositif d’extinction de feu de batterie qui comporte un accès à la batterie par un orifice et un conduit en parallèle du faisceau électrique de charge du véhicule.
[0008] Toutefois, l’orifice d’accès de ce conduit étant situé juste à côté de la prise de charge, cela engendre un risque de confusion et de mauvaise manipulation par l’utilisateur du véhicule lors du branchement de la prise de charge à l’alimentation électrique. [0009] La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités de l’art antérieur.
[0010] Dans ce but, la présente invention propose un système de refroidissement d’une batterie de traction d’un véhicule automobile, ce système comportant : une prise de charge ; une batterie de traction comportant au moins un connecteur de puissance fixé sur une surface d’une de ses parois ; et au moins un câble électrique connectant la prise de charge au connecteur de puissance ; le système étant remarquable en ce qu’il comporte en outre : une première pluralité d’alvéoles disposées autour de la prise de charge ; un conduit disposé autour du câble électrique et en communication de fluide avec la première pluralité d’alvéoles ; une seconde pluralité d’alvéoles disposées dans la surface précitée, autour du connecteur de puissance et en communication de fluide avec le conduit ; les première et seconde pluralités d’alvéoles et le conduit étant destinés à recevoir un fluide de refroidissement en cas d’emballement thermique de la batterie de traction.
[0011] Ainsi, la présente invention permet un accès plus rapide et plus direct au pompier pour inonder la batterie et contenir le feu, tout en ne créant pas de risque de confusion ni de mauvaise manipulation pour l’utilisateur du véhicule lors du branchement du véhicule à l’alimentation électrique pour recharger la batterie de traction.
[0012] Dans un mode particulier de réalisation, les première et seconde pluralités d’alvéoles sont fermées par des opercules prédécoupés.
[0013] Cela permet aux alvéoles de demeurer fermées tant qu’aucune intervention n’est requise et de céder sous la pression du jet de fluide de refroidissement lors de l’intervention.
[0014] Dans un mode particulier de réalisation, les alvéoles de la première pluralité d’alvéoles sont en aluminium et les alvéoles de la seconde pluralité d’alvéoles sont en acier. [0015] Ces matériaux sont adaptés aux valeurs de température susceptibles d’apparaître respectivement au niveau de la prise de charge et au niveau de la batterie en cas d’emballement thermique de cette dernière.
[0016] Dans un mode particulier de réalisation, la première pluralité d’alvéoles est ménagée dans une couronne entourant la prise de charge.
[0017] En cas d’intervention, cela permet au fluide de refroidissement de s’écouler tout autour de la prise de charge et sur l’ensemble de la paroi interne du conduit précité.
[0018] Dans un mode particulier de réalisation, la première pluralité d’alvéoles est équirépartie sur la couronne.
[0019] Cela améliore encore la répartition du fluide de refroidissement.
[0020] Dans un mode particulier de réalisation, les première et seconde pluralités d’alvéoles présentent une section circulaire.
[0021] Cette forme est facile à fabriquer et permet également une bonne répartition du fluide de refroidissement.
[0022] Dans le même but que celui indiqué plus haut, la présente invention propose également un véhicule automobile électrique ou hybride électrique rechargeable, remarquable en ce qu’il comporte un système de refroidissement tel que décrit succinctement ci-dessus.
[0023] Les avantages et les caractéristiques particulières du véhicule étant identiques à ceux du système de refroidissement, ils ne sont pas répétés ici.
Brève description des dessins
[0024] D’autres aspects et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après de modes particuliers de réalisation, donnés à titre d’exemples nullement limitatifs, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
[0025] [Fig. 1] est une représentation schématique d’une partie d’un véhicule automobile équipé d’un système de refroidissement conforme à la présente invention, dans un mode particulier de réalisation ; [0026] [Fig. 2] est une vue schématique en section d’une prise de charge équipée d’un système de refroidissement conforme à la présente invention, dans un mode particulier de réalisation ;
[0027] [Fig. 3] est une représentation schématique d’une batterie de traction équipée d’un système de refroidissement conforme à la présente invention, dans un mode particulier de réalisation.
Description de mode(s) de réalisation
[0028] Comme le montrent les figures 1 et 3, dans un mode particulier de réalisation, un système de refroidissement d’une batterie de traction 30 d’un véhicule automobile 10 conforme à la présente invention comporte une prise de charge 12 destinée à être branchée à une alimentation électrique afin de recharger la batterie de traction du véhicule 10.
[0029] Le système de refroidissement comporte également la batterie de traction 30. Cette batterie de traction 30 comporte un ou plusieurs connecteurs de puissance 34 fixés sur une surface 36 d’une paroi de la batterie de traction 30. Dans le mode particulier de réalisation illustré, deux connecteurs de puissance 34 sont fixés sur la surface 36.
[0030] Le système comporte en outre un ou plusieurs câbles électriques 14 qui connectent la prise de charge 12 au(x) connecteur(s) de puissance 34.
[0031] Comme le montre la figure 2, conformément à la présente invention, le système comporte en outre une première pluralité d’alvéoles 20 disposées autour de la prise de charge 12. A titre d’exemple non limitatif, dans le mode particulier de réalisation illustré, la première pluralité d’alvéoles 20 comporte dix-sept alvéoles de section circulaire ayant toutes les mêmes dimensions. En variante, les alvéoles peuvent avoir toute autre forme et n’ont pas nécessairement toutes les mêmes dimensions ni la même forme.
[0032] A titre d’exemple non limitatif, la première pluralité d’alvéoles 20 peut être ménagée dans une couronne 22 entourant la prise de charge 12. Le diamètre de la couronne 22 est avantageusement identique au diamètre d’une lance à incendie standard. Les alvéoles 20 sont avantageusement, mais non nécessairement équiréparties sur le pourtour de la couronne 22. La couronne 22 peut être réalisée dans un matériau plastique résistant au feu et aux températures élevées rencontrées en cas d’emballement thermique.
[0033] De façon optionnelle, la prise de charge 12 peut être équipée d’un ou plusieurs plots 24 pour la fixation d’une lance à incendie directement sur la prise de charge 12. Cela permet aux pompiers de fixer la lance à incendie sur le véhicule en cas de forte chaleur et lorsqu’il est difficile et trop risqué de rester près du véhicule pour contenir le feu. Dans le mode particulier de réalisation illustré sur la figure 2, il est prévu deux plots 24 diamétralement opposés. En variante, le(s) plot(s) 24 de fixation peuvent être remplacés par tout autre dispositif permettant d’encliqueter la lance à incendie sur la prise de charge 12.
[0034] Comme le montre la figure 1 , conformément à la présente invention, le système comporte également un conduit 16 (visible sur la figure 1) disposé autour du ou des câbles électriques 14. Le conduit 16 est en communication de fluide avec la première pluralité d’alvéoles 20. A titre d’exemple non limitatif, le conduit 16 peut être réalisé en fibre de verre tressée, ou encore dans un matériau similaire à celui d’une lance à incendie, par exemple un textile circulaire avec armature diagonale de fils polyester haute ténacité.
[0035] Comme le montre la figure 3, conformément à la présente invention, le système comporte en outre une seconde pluralité d’alvéoles 32 disposées dans une surface 36 d’une paroi de la batterie, autour du ou des connecteurs de puissance 34. La surface 36 peut être une plaque soudée sur le pack batterie, ou être une partie de la paroi du pack batterie. La seconde pluralité d’alvéoles 32 est en communication de fluide avec le conduit 16. A titre d’exemple nullement limitatif, dans le mode particulier de réalisation illustré sur la figure 3, la seconde pluralité d’alvéoles 32 comporte dix-sept alvéoles de section circulaire ayant toutes les mêmes dimensions.
[0036] Les première et seconde pluralités d’alvéoles 20, 32 et le conduit 16 sont destinés à recevoir un fluide de refroidissement, tel que de l’eau, en cas d’emballement thermique de la batterie de traction 30. Ainsi, le conduit 16 acheminera le fluide de refroidissement de la prise de charge 12 jusqu’à l’intérieur de la batterie de traction 30. [0037] Le conduit 16 peut être réalisé dans un matériau rigide ou souple. Dans le cas d’un matériau souple, celui-ci devra néanmoins résister à des pressions importantes lors du remplissage en fluide de refroidissement. Le matériau choisi devra aussi être résistant au feu et à des températures élevées rencontrées en cas d’emballement thermique de la batterie de traction 30.
[0038] Les alvéoles des premières et secondes pluralités d’alvéoles 20, 32 sont par exemple fermées par des opercules prédécoupés de façon à céder sous la pression du jet de fluide de refroidissement. A titre indicatif, la pression de l’eau éjectée par une lance à incendie peut atteindre 300 bars.
[0039] A titre d’exemple non limitatif, les opercules de la première pluralité d’alvéoles 20 peuvent être réalisés en aluminium ou en matière plastique, tandis que les opercules de la seconde pluralité d’alvéoles 32 peuvent être réalisés dans une tôle en acier, de façon à résister davantage à la chaleur que les opercules de la première pluralité d’alvéoles 20.
[0040] Le prédécoupage des opercules consiste à réaliser une empreinte de chaque alvéole, de façon à créer une faiblesse mécanique, qui permettra à l’opercule de céder sous la pression du jet de fluide de refroidissement. A titre d’exemple non limitatif, cette empreinte peut être réalisée par découpage laser, ou au jet d’eau, ou encore à l’aide d’une presse de prédécoupage.
[0041] A titre d’exemple non limitatif, mais non nécessairement, comme décrit précédemment, les alvéoles des première et seconde pluralités d’alvéoles 20, 32 peuvent présenter une section circulaire, comme dans le mode particulier de réalisation illustré sur les figures 2 et 3.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Système de refroidissement d’une batterie de traction (30) d’un véhicule automobile (10), ledit système comportant : une prise de charge (12) ; une batterie de traction (30) comportant au moins un connecteur de puissance (34) fixé sur une surface (36) d’une paroi de la batterie ; et au moins un câble électrique (14) connectant ladite prise de charge (12) audit connecteur de puissance (34) ; ledit système étant caractérisé en ce qu’il comporte en outre : une première pluralité d’alvéoles (20) disposées autour de ladite prise de charge (12) ; un conduit (16) disposé autour dudit câble électrique (14) et en communication de fluide avec ladite première pluralité d’alvéoles (20) ; une seconde pluralité d’alvéoles (32) disposées dans ladite surface (36), autour dudit connecteur de puissance (34) et en communication de fluide avec ledit conduit (16) ; lesdites première et seconde pluralités d’alvéoles (20, 32) et ledit conduit (16) étant destinés à recevoir un fluide de refroidissement en cas d’emballement thermique de ladite batterie de traction (30).
[Revendication 2] Système selon la revendication 1 , caractérisé en ce que lesdites première et seconde pluralités d’alvéoles (20, 32) sont fermées par des opercules prédécoupés.
[Revendication 3] Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que les opercules de ladite première pluralité d’alvéoles (20) sont en aluminium et les opercules de ladite seconde pluralité d’alvéoles (32) sont en acier.
[Revendication 4] Système selon la revendication 1 , 2 ou 3, caractérisé en ce que ladite première pluralité d’alvéoles (20) est ménagée dans une couronne (22) entourant ladite prise de charge (12).
[Revendication 5] Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite première pluralité d’alvéoles (20) est équirépartie sur ladite couronne (22).
[Revendication 6] Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites première et seconde pluralités d’alvéoles (20, 32) présentent une section circulaire.
[Revendication 7] Véhicule automobile (10) électrique ou hybride électrique rechargeable, caractérisé en ce qu’il comporte un système de refroidissement selon l’une quelconque des revendications précédentes.
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