WO2024121520A1 - Dispositif de gestion de la respiration et de la pression d'un pack batterie avec evacuation de securite - Google Patents

Dispositif de gestion de la respiration et de la pression d'un pack batterie avec evacuation de securite Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to the field of energy storage means or systems (also called ESS, or Energy Storage Systems), these storage means implementing electrochemical type solutions, in particular of the type which make it possible to be recharged and discharged on demand in order to be able to transform electrical energy into chemical potential and vice versa.
  • energy storage means or systems also called ESS, or Energy Storage Systems
  • electrochemical type solutions in particular of the type which make it possible to be recharged and discharged on demand in order to be able to transform electrical energy into chemical potential and vice versa.
  • the invention relates for example to batteries, in particular lithium-ion batteries which consist of a sealed envelope comprising a set of unit cells and most of the time electronic and power components for their interconnection and control.
  • batteries in particular lithium-ion batteries which consist of a sealed envelope comprising a set of unit cells and most of the time electronic and power components for their interconnection and control.
  • ESS can be used in the context of energy storage in stationary form, for example energy storage containers or in the context of the transport of goods and/or materials and/or people (notably in new solutions of mobilities, for example electric vehicles (automobiles, bicycles, motorcycles, scooters) or hybrids; the invention therefore finds application in particular in the field of transport and mobility in general. It also finds application in storage systems of several megawatt hours. of capacity.
  • Energy storage means can be produced by a set of unit cells, for example of the lithium-ion type. Cells can be electrically interconnected to create battery architectures that achieve the desired voltage and capacity.
  • thermal runaway and/or combustion and/or overpressure may occur inside this type of device; it is then necessary to evacuate the gases which may be hot and/or under high pressure and/or dangerous.
  • overpressures can for example lead to a bursting of the envelope which contains cells or energy storage means, for example a battery pack.
  • the external environment can be the ambient atmosphere, that is to say an infinite volume having a variable pressure and a variable temperature as well, the weather conditions and the altitude acting on this pressure and this temperature.
  • the external environment is not necessarily the ambient atmosphere and may not be suitable for receiving possible gases resulting from one of the incidents mentioned above.
  • Such an immediate environment is for example the interior of a home or a vehicle for transporting people and/or goods/or products; we then seek to avoid releasing gases into the volumes which contain these people and/or these goods and/or these products.
  • the problem therefore arises of finding a new system or device making it possible to better manage the atmosphere in the cells, more generally the means of storing energy, and the volume in which these cells are arranged.
  • the means of electrochemical storage for example fuel cells, are impervious to water and dust, but we seek to ensure that they can exchange a certain quantity of air or gas with the environment. ambient, and this in both directions, in order to balance the pressure between the interior of the storage means, or the envelope which contains them, and the ambient environment. This would make it possible to reduce the constraints on the envelope which contains these storage means, to facilitate transport and to ensure optimal use whatever the external conditions (temperature and pressure).
  • the invention relates in particular to an energy storage device in electrochemical form, for example a battery, for example also a lithium-ion battery, or a method of operating such a device, comprising:
  • first envelope or enclosure containing one or more energy storage elements, for example one or more battery packs, this first envelope or enclosure comprising at least a first element (or first means), for example a first st valve, of respiration (or element or means of respiration);
  • 2nd envelope or enclosure in fluid communication with the 1st envelope or enclosure, at least one of the 2 envelopes or enclosures comprising or being provided with at least a 2nd element (or 2nd means), for example a 2nd valve, evacuation (or element or means of evacuation).
  • a 2nd element or 2nd means
  • evacuation or element or means of evacuation
  • the 1st element, or the 1st means, or the breathing element or means comprise(s) for example a breathing membrane, or a filter or a felt or a foam or a breathing valve: it allows breathing , that is to say a fluid exchange, for example of gas, (in both directions) between the interior of this element, or of the volume which is equipped with it, and the exterior of this element, or of the volume who has it;
  • the 2nd element or the 2nd means
  • the evacuation element or means allows for example to evacuate at least part of a fluid, for example a gas, contained in the 1st envelope or enclosure towards the 2nd envelope or enclosure (which can then store the evacuated fluid), or towards the external atmosphere (for example if the 1st envelope or enclosure is contained in a 2nd envelope or enclosure towards which it is not possible to evacuate the fluid or gas).
  • a fluid for example a gas
  • the 2nd envelope or enclosure which can then store the evacuated fluid
  • the external atmosphere for example if the 1st envelope or enclosure is contained in a 2nd envelope or enclosure towards which it is not possible to evacuate the fluid or gas.
  • the fluid can be, for example, air, or another gas, or a mixture of steam and combustion gas, or a liquid (e.g. an electrolyte) mixed with a gas.
  • the 2nd element, or 2nd means comprise(s) for example a valve or a valve or a cover, for example which degrades or is perforated, for example under the action of the atmosphere contained in the 1st envelope: it allows an escape of fluid from the interior of this element, or the volume which is provided with it, towards the exterior of this element or this same volume, only in this direction.
  • a valve the opening of the valve, which leads to an exhaust, can be reversible; on the other hand, in the case of a valve or cover which deteriorates or is perforated, the opening which leads to an escape is generally irreversible.
  • the 2nd element allows an evacuation or an exhaust when at least one thermodynamic parameter of the interior atmosphere the envelope which is provided with it and/or the difference of a thermodynamic parameter between the interior atmosphere this envelope which is provided and the external atmosphere, and/or a variation of this thermodynamic parameter, is greater than at least one limit or threshold value; said at least one thermodynamic parameter, and/or its difference between the interior atmosphere and the exterior atmosphere, and/or its variation, comprises for example at least the pressure and/or the temperature, and/or the difference in pressure and/or the temperature between the interior atmosphere and the exterior atmosphere and/or a variation in pressure and/or temperature of the interior atmosphere and/or the exterior atmosphere; and/or an evacuation can also be carried out when the voltage of one or more energy storage elements, for example at the terminals of this or these energy storage elements and/or a voltage supplied by it or by these is lower or higher than a limit value or a threshold.
  • the 2nd envelope or enclosure may be intended to receive and store the gas which escapes, or which is evacuated, from the 1st envelope or enclosure via the 2nd element, or the 2nd means.
  • the 2nd envelope or enclosure In a device or method according to the invention, the 2nd envelope or enclosure:
  • - can be placed at a distance from the envelope or enclosure; - and/or can be in fluid communication with the first envelope or enclosure by means, for example at least one conduit or tube or channel, these means being preferably flexible or flexible, to circulate or guide or conduct a fluid, for example a gas, from the 1st envelope to the 2nd envelope or enclosure.
  • the 2nd element, or the 2nd means may possibly be mounted or arranged at the inlet (or upstream), and/or in, or at the outlet (or downstream) of the means for circulate or guide or conduct a fluid from the 1st envelope to the 2nd envelope or enclosure
  • a wall is common to the 2 enclosures and the 2nd element, or the 2nd means, is/are arranged or mounted so that gas contained in the 1st envelope or enclosure can escape. escape, or be evacuated, from the 1st envelope or enclosure towards the 2nd envelope or enclosure; for example: the 2nd element, or the 2nd means, is/are for example arranged or mounted in a wall, at the interface of, or common to, the 2 speakers.
  • the 1st envelope or enclosure can be contained in the 2nd envelope or enclosure, or in a 3rd envelope or enclosure, different from the 2nd envelope or enclosure.
  • the 3rd enclosure can be in fluid communication with the 1st enclosure, for example via the 1st element, for example a 1st valve, breathing then taking place between the atmosphere inside the 1st enclosure. or enclosure and the 3rd envelope or enclosure and possibly the exhaust taking place towards the 2nd envelope or enclosure.
  • the 2nd enclosure or the 3rd enclosure can:
  • - have a volume equal, for example, to at least 2 times or at least 5 times, or at least 10 times the interior volume of the first envelope or enclosure;
  • At least three volumes can be defined:
  • a volume of the 2nd enclosure or the 3rd enclosure equal to at least 2 times or at least 5 times, or at least 10 times the interior volume of the 1st envelope or enclosure makes it possible to recover combustion gases from the battery (or more generally from the energy storage device in electrochemical form) which come from the first envelope or enclosure, which are hot and which will be able to cool in a larger volume .
  • the 2nd envelope or enclosure can be entirely separated from the 1st envelope, or have a common wall with it (see example above) or entirely contain the 1st envelope or enclosure: in the latter case, a gas or an atmosphere can circulate from the 1st envelope or enclosure to the 2nd envelope or enclosure (and vice versa) via the 1st element or the 1st valve; possibly, it can, according to certain embodiments, also escape from, or towards, the 2nd envelope or enclosure via the 2nd element, or the 2nd exhaust means: in one case, this is the fluid, for example a gas, contained in the 1st envelope or enclosure which can escape towards the 2nd envelope or enclosure; in another case, it is the fluid or gas contained in the 2nd envelope or enclosure which can escape.
  • the first envelope or enclosure which contains or is capable of containing one or more energy storage elements, is preferably waterproof, in particular against water and/or dust, except where the element or elements are placed. (for example the valve(s)) of breathing and/or exhaust.
  • the breathing element makes it possible to avoid constraints on the enclosure containing one or more energy storage elements, constraints linked for example to the pressure difference between the internal volume (containing the energy storage element(s)) and the external environment; thus, the pressure is balanced between the internal volume and the external environment by passing a proportion of air in one direction or the other through the 1st element, for example a valve or a breathing membrane, or a filter or felt or foam.
  • a device comprises, or a method according to the invention implements, a plurality of energy storage elements, each element forming a first enclosure and being arranged in a module separate from each neighboring modules by a wall, which can be waterproof, the 2nd enclosure comprising an evacuation element, for example a valve, for each of said modules.
  • At least one element can also be an element, for example a breathing valve.
  • this evacuation and breathing element, or this valve comprises a first and a second passage for a fluid entering or leaving the enclosure provided with said element, and:
  • -the first passage comprises a closing member, for example a piston
  • -the second passage comprises a fluid-permeable closing membrane.
  • the closing member can be configured to open the first passage when a first pressure present in the first passage exceeds a first threshold; preferably the membrane is configured to rupture when a second pressure present in the second passage exceeds a second threshold, the first threshold being lower than the second threshold.
  • Such an element for example such an evacuation and breathing valve, may include one or more of the following characteristics:
  • an elastic element preferably a spring, configured to exert pressure on the piston to close the first passage
  • the membrane has air permeability allowing, under a pressure difference of Ap 70 mbar, between 1 and 500 liters of air per hour and per cm 2 of membrane surface;
  • a filter preferably a metal mesh, at an outlet of the first passage
  • a sensor configured to indicate an opening state of the closing member
  • At least one breathing element for example a valve, may comprise means, for example a piston, forming a valve for opening and closing said breathing element.
  • this element for example this valve, further comprises:
  • a body for example a valve body
  • a membrane support for supporting a membrane allowing circulation between an exterior atmosphere and the interior atmosphere of the breathing element
  • activation means for activating the means forming a valve between a first position, called opening, of the breathing element and a second position, called closing of the breathing element, these means of activation authorizing, in said first position, circulation between the interior atmosphere and the atmosphere exterior to the breathing element, and closing, in said second position, said circulation.
  • the activation means allow, in said first position, circulation between the interior atmosphere and the atmosphere exterior to the breathing element, when at least one thermodynamic parameter of the interior atmosphere or the difference of a thermodynamic parameter between the interior atmosphere and the exterior atmosphere, or a variation of this thermodynamic parameter, is less than a limit value and closing, in said second position, said circulation, for example when said thermodynamic parameter , or its difference between the indoor atmosphere and the outdoor atmosphere, or its variation, is greater than the limit value.
  • thermodynamic parameter, or its difference between the interior atmosphere and the exterior atmosphere, or its variation may include at least the pressure and/or the temperature, or the difference in the pressure and/or the temperature between the interior atmosphere and the exterior atmosphere and/or a variation in pressure and/or temperature of the interior atmosphere and/or the exterior atmosphere.
  • thermodynamic parameter for example the pressure and/or the temperature of the interior atmosphere and/or the exterior atmosphere is greater than a limit value or when the difference in temperature and/or pressure between the interior atmosphere and the exterior atmosphere is greater than a limit value;
  • - and/or they can move according to a stroke which is limited, in the first position, by a stop, located for example on the interior side or the exterior side of the element.
  • - and/or they include an axis which penetrates into a central extension of the membrane support.
  • Such an element, or such a valve may include means for constraining the means forming a valve in the open position, for example up to a limit value of a thermodynamic parameter of the atmosphere, these means comprising for example a supporting spring on the one hand against the means forming a valve and on the other against the membrane support.
  • At least one element for example an evacuation valve, or at least one element, for example a breathing valve, comprising means, for example a piston, forming a valve for opening and closing this element
  • activation means comprising an actuator and movement means, for example mechanical means and/or electro-magnetic means for driving said valve, or a member for opening or closing said element (for example example the means forming a valve mentioned above for an evacuation and breathing element for example, the means forming an actuator actuate a rod or a bar mechanically linked to the means forming a valve, for example to the piston or to the rod which extends it; );
  • - and/or a device according to the invention comprises, or a method according to the invention implements, at least one pressure and/or temperature and/or voltage sensor to measure: * at least one pressure and/or temperature inside and/or outside at least one element, for example a breathing or exhaust element or an enclosure (for example the 1st and/or the 2nd enclosure and/or the 3rd enclosure of a device according to the invention) and/or the voltage of one or more energy storage elements, for example at the terminals of this or these energy storage elements and/or a supplied voltage by this one or by these,
  • at least one pressure and/or temperature and/or voltage sensor to measure: * at least one pressure and/or temperature inside and/or outside at least one element, for example a breathing or exhaust element or an enclosure (for example the 1st and/or the 2nd enclosure and/or the 3rd enclosure of a device according to the invention) and/or the voltage of one or more energy storage elements, for example at the terminals of this or these energy storage elements and/or a supplied voltage
  • At least one pressure sensor and/or at least one temperature sensor is provided inside the element, for example the valve, or the enclosure, and/or at least one temperature sensor.
  • pressure and/or at least one temperature sensor is provided outside the element, for example the valve, or the enclosure, and/or at least one voltage sensor is provided and/or a method according to The invention uses one or more of said sensors.
  • At least one element, evacuation or breathing can be associated with, or provided with at least, one filter.
  • At least one such filter can be arranged:
  • the invention also has as its object or implements at least one breathing or evacuation element, for example for an enclosure of a device for storing energy in electrochemical form, for example example a battery, for example again a lithium-ion battery; this element is for example at least one breathing or evacuation element as described above or in the remainder of this application.
  • a breathing or evacuation element can be associated with, or provided with at least, one filter.
  • Such a filter can be arranged:
  • a breathing or evacuation element for a breathing element: upstream of said element, in the direction of flow of a fluid from the outside towards the inside of an enclosure provided with this breathing element.
  • a breathing or evacuation element associated with or provided with a filter, can be applied to a device according to the invention.
  • a device or method according to the invention may also comprise or implement means for detecting a failure in one or more of the energy storage device.
  • a failure may consist of the detection of an abnormal temperature and/or pressure within the device and/or a voltage of the device or of the energy storage enclosure or of a or several energy storage elements that it or it contains, and/or in the detection of an abnormal variation of one of these parameters.
  • These means may include one or more temperature and/or pressure and/or voltage sensors, for example as already explained above.
  • Means for example a computer or a processor, can be programmed to emit a fault signal and/or to close or open one or more breathing or evacuation elements, depending on the signals provided by the means of detection.
  • the invention also relates to a vehicle, comprising a passenger compartment and/or a storage area, an engine, and at least one energy storage device according to the invention, as described above or in the remainder of the present requires at least one evacuation element, for example an evacuation valve, allowing the gas to escape outside the passenger compartment and/or the storage area.
  • at least one element for example a breathing valve
  • at least one element for example a valve, for evacuation or exhaust allows an evacuation or exhaust of the gas outside the passenger compartment and/or the storage area.
  • Such a vehicle is for example: - of the type for transporting people and/or goods;
  • motor vehicle and/or construction vehicles for example of the excavator or backhoe type, or of the aircraft type or of the space type, or of the type used in the maritime sector, for example boat or vessel or craft or submarine, of the type used in the railway sector, for example locomotive or wagon.
  • the invention also relates to an energy production and storage system, comprising means for generating or transforming energy, for example photovoltaic energy (or resulting from other means of energy production (of the energy type called "renewable” and/or intermittent), for example of wind or micro-hydraulic origin, or electrical energy resulting from transformation by an industrial process - for example a co-generation type process), and a storage device according to the invention, as described above or in the remainder of this application, making it possible to store the energy produced by said means.
  • means for generating or transforming energy for example photovoltaic energy (or resulting from other means of energy production (of the energy type called "renewable” and/or intermittent), for example of wind or micro-hydraulic origin, or electrical energy resulting from transformation by an industrial process - for example a co-generation type process)
  • a storage device as described above or in the remainder of this application, making it possible to store the energy produced by said means.
  • the invention also relates to a method of operating an energy storage device in electrochemical form, for example a device according to the invention, or a device comprising:
  • At least one first enclosure containing one or more energy storage elements, for example one or more battery packs;
  • a fluid for example a gas
  • a first element for example a first valve, called a breathing valve
  • At least part of the fluid contained, respectively in the 1st enclosure or 2nd enclosure is evacuated, respectively towards the 2nd enclosure or towards the outside thereof, by a 2nd element, for example a 2nd valve , called evacuation, for example when exceeding a threshold for at least one thermodynamic parameter, for example pressure and/or temperature, in said first enclosure.
  • a 2nd element for example a 2nd valve
  • evacuation for example when exceeding a threshold for at least one thermodynamic parameter, for example pressure and/or temperature, in said first enclosure.
  • the fluid for example a gas, evacuated towards the 2nd enclosure can remain stored therein.
  • the fluid can be for example air, or another gas, or a mixture of steam and combustion gas, or a liquid (e.g. an electrolyte) mixed with a gas.
  • At least one sensor as described above can be implemented with a method according to the invention, possibly making it possible to activate an actuator of one or more breathing and/or evacuation elements, for example one or more valves, and/or an organ thereof.
  • FIG IA represents a first embodiment of a device according to the invention
  • FIG IB represents a 2nd embodiment of a device according to the invention.
  • FIG 2 represents a 3rd embodiment of a device according to the invention
  • FIG 3 represents a 4th embodiment of a device according to the invention.
  • FIG 4 represents a 5th embodiment of a device according to the invention.
  • FIG 5 represents a breathing valve that can be implemented in a device according to the invention.
  • FIG 6A] and [FIG 6B] represent an exhaust valve that can be implemented in a device according to the invention.
  • FIG 7A] and [FIG 7B] represent a breathing and exhaust valve that can be implemented in a device according to the invention
  • FIG 8], [FIG 9], [FIG 10A], [FIG 10B], [FIG 11A], [FIG 11B], [FIG 11C] and [FIG 11D] represent an exhaust valve with closing valve, which can be implemented in a device according to the invention
  • FIG 12A] and [FIG 12B] represent an exhaust valve combined with a filter and a breathing valve combined with a filter, which can be implemented in a device according to the invention
  • FIG 13A] and [FIG 13B] represent various vehicles or machines, automobile, plane, boat, locomotive, equipped with an energy storage device according to the invention
  • FIG 14 represents another application of a device or a method according to the invention.
  • Figure IA represents a first embodiment of a system 10 according to the invention or which can be implemented in the case of a method according to the invention.
  • a first envelope or enclosure 11 contains one or more energy storage elements, for example one or more battery packs. It is provided with a 1st element, for example a breathing membrane, or a filter or a felt or a foam or a breathing valve 12 (in the remainder of this description, we take the example of a valve, but the invention also applies to the case of a 1st breathing element of any other of the types set out above), which allows the air or atmosphere to circulate between the volume 140 outside the envelope 11 and the interior volume 130 of the envelope 11.
  • the reference 7 designates means of storing energy, for example in electrochemical form, contained in the enclosure 11 (in the remainder of the text, the expression is used interchangeably “envelope” or “enclosure”).
  • a 2nd envelope or enclosure 13 is, in this example, physically separated from the 1st enclosure 11, to which it is connected by an element or means 14 such as a conduit or a tube or a channel 14, for example soft or flexible; in this case, the 2 speakers can be located at a distance from each other. A gas or an atmosphere can circulate between these 2 enclosures through this element 14.
  • the first enclosure 11 is provided with an element, for example an exhaust or discharge or evacuation valve 15, which allows air or atmosphere to escape from this first enclosure 11 towards the 2nd enclosure 13.
  • an element for example an exhaust or discharge or evacuation valve 15, which allows air or atmosphere to escape from this first enclosure 11 towards the 2nd enclosure 13.
  • an exhaust or discharge or evacuation valve 15 which allows air or atmosphere to escape from this first enclosure 11 towards the 2nd enclosure 13.
  • a 2nd evacuation element of another type for example a valve or cover, for example which degrades or is perforated, under the action of the atmosphere contained in the first envelope.
  • gases under overpressure and/or overheating escape through this valve 15.
  • Overpressure and/or overheating in this first enclosure may be due in particular to overpressure and/or overheating, for example due to thermal runaway of the battery(ies).
  • the first enclosure can be contained in a 3rd enclosure or enclosure 16, for example of the type in which gases under excess pressure and/or overheating in the first enclosure cannot be evacuated: this is in particular the case if this enclosure 16 contains, or is intended to contain, passengers, and/or equipment and/or products and/or goods which cannot be in contact with said gases under excess pressure and/or overheating in the first envelope.
  • pressure and/or temperature balancing (this is the breathing function) can be achieved with the atmosphere contained in this enclosure 16.
  • the latter is for example a vehicle passenger compartment, or the interior of a vehicle. a train car, or an airplane cabin or a hold, or the interior of a submarine or even the interior of a space station.
  • the conduit 14 passes through a wall 17 of this 3rd envelope 16 to conduct the gases towards the 2nd envelope, from where they are evacuated by the valve. evacuation 15, as soon as they have a pressure and/or a temperature which exceeds a certain threshold.
  • Figure IB represents a 2nd embodiment of a system 20 according to the invention.
  • the references designate elements identical to Figures IA. In fact, this figure is identical to that of Figure IA, but the gas contained in the first enclosure is evacuated to the exterior atmosphere and is not stored in an enclosure.
  • Enclosure 16 can be considered as the 2nd enclosure: enclosure 11 exchanges gas with volume 140 (breathing), but at least part of its gas can be evacuated by means 14, 15.
  • the valve 15 can be arranged in various locations of the means 14, for example at the inlet, or inside or at the outlet of these means 14.
  • valve 12 is provided with actuation means comprising for example a member 292 which, in cooperation with an actuator 290, for example an electric motor, allows, by intermediate a transmission member 291, to actuate the valve (or a member thereof), opening or closing or in one direction or the other, for example along an axis AA'.
  • the member 292 comprises for example a rod or a bar, part of which is furnished with notches or teeth, thus forming a rack, which can be driven in movement by the member 291, which includes for example a toothed wheel.
  • Other examples drive means can be implemented, for example electromagnetic drive means, as described below.
  • the valve(s) 15 may itself be provided with such a system or one of its variants.
  • the different valves described in the context of the different examples below can also be fitted with such an opening/closing actuation system.
  • Figure 2 represents a 3rd embodiment of a system 20 according to the invention or which can be implemented in the case of a method according to the invention.
  • the 2nd envelope or enclosure 13 is, here again, physically separated from the 1st envelope or enclosure 11, they both have in common a wall 21, which can be provided with an evacuation element 15, for example a valve, through which the gases can be evacuated from the 1st envelope 11 to the 2nd envelope 13.
  • the wall 21 can be sealed between the 1st envelope or enclosure 11 and the 2nd envelope; it can be planned to have an increased structural capacity, for example so that pressure balancing is not necessary through this wall; alternatively, this wall can be porous.
  • an element 14 such as a conduit or a tube or a channel, for example flexible or flexible, can pass through the wall 21 and bring the gas evacuated into the 2nd envelope 13, the element of evacuation 15 can be arranged in various locations of the means 14, for example at the inlet, or inside or at the outlet of these means 14.
  • Figure 3 represents a 4th embodiment of a system 30 according to the invention or which can be implemented in the case of a method according to the invention.
  • the first envelope 11 is entirely contained in a second envelope 13. But the first envelope 11 is provided with one or more evacuation valve(s) 15 and at least one breathing valve 12; the breathing valve(s) is/are:
  • the evacuation valve(s) 15 are normally closed and breathing is carried out by the valves 12, for example with the volume 140 outside the envelope 13.
  • the evacuation valve(s) 15 is/are open (and evacuation takes place towards the volume 140), at least one valve 12 can either be opened following destruction of a membrane, or for example be closed, for example by mechanical means such as 'A piston.
  • Figure 4 represents a 5th embodiment of a system 40 according to the invention or which can be implemented in the case of a method according to the invention.
  • each module or section forming a first enclosure 11 which is provided with at least one breathing valve 12 (for breathing with the external volume 140) and is separated from each neighboring module by a sealed wall lli d a 2nd enclosure 13.
  • This 2nd enclosure is provided with at least one evacuation valve(s) 15 for each 1st enclosure.
  • This architecture can be modulated as desired, by adding or removing modules, thus making it possible to design a modular battery, each module being provided with a breathing valve 12, a corresponding exhaust valve 15 being provided in the 2nd enclosure 13.
  • the breathing element 12 can be open or closed, while the evacuation element 15 will be open, evacuation taking place towards the external atmosphere 140.
  • breathing valves or valves and exhaust valves or valves which can be implemented in the context of the present invention are described below.
  • a breathing valve or valve 12a comprises for example ( Figure 5) a body 72, for example substantially cylindrical (but other shapes are possible) in which is positioned a support 74 of membrane 75, which for example rests against a lip 73.
  • This support 74 is mainly planar, provided with perforated zones which will allow the circulation of an atmosphere between the interior volume 130 and the exterior volume 140 of the valve, and therefore of the enclosure 13, which is preferably sealed (alternatively, this could be enclosure 11 or 16) and on which the valve is mounted.
  • a porous membrane 75 can be welded to this support, for example by an ultrasonic technique.
  • the membrane is by for example an e-PTFE membrane or an open pore foam. It makes it possible, during normal operating phases, to balance the pressures between the interior 130 and the exterior 140 of the enclosure.
  • An evacuation or exhaust valve or valve allows escape of the gas or atmosphere contained in the volume which is provided with this valve when, for example, a temperature and/or pressure internal to this volume and/or, more generally, a thermodynamic parameter of the atmosphere inside the volume exceeds a certain threshold value, which can be fixed by the stiffness of a spring.
  • valve 15a providing this function is described below in connection with Figures 6A and 6B.
  • It comprises a fixed body 81 placed in a dedicated orifice of an enclosure 13 which is preferably sealed (as a variant, it could be enclosure 11 or 16).
  • this body has a symmetry of revolution around an axis AA'.
  • a perforated support 84 is positioned (to let the fluid pass when the valve opens) which may comprise, or be extended, by a central cylindrical part 86, which extends in the direction of inside the envelope and inside which a shaft 81 (or a rod or a bar) of a piston 88, forming a valve, will be able to slide.
  • a support plate 85 which rests on a lip 87.
  • the piston or the valve is of circular shape, adapted to that of the valve shown.
  • the piston or the valve has a corresponding shape.
  • a spring 83 in compression between the interior surface of the support 84 and the plate 85 maintains this piston 88 in the normally closed position, preventing the circulation of an atmosphere between the interior volume 130 and the exterior volume 140 of the envelope, in one direction or in another.
  • one or more seals (not shown) ensure tight movement of the shaft 81 in the central cylindrical part 86.
  • the central cylindrical part 86 has a length less than the distance between the interior surface of the support 84 and the upper surface of the plate 85, thus forming a stop to the stroke of the plate 85 when the interior pressure exceeds a threshold determined by the characteristics spring.
  • the piston 88 When the pressure of the interior volume 130 exceeds a limit value, which allows the spring 83 to be pushed back, the piston 88 is moved to its open position (FIG. 6B).
  • the piston as well as its shaft 86 have a symmetry of revolution around axis AA'. But, as already explained above, other shapes of the valve and the piston can be made.
  • the piston moves in translation along this axis AA', in this example under the action of spring 212 and/or a pressure or a pressure difference between the interior and exterior of the enclosure 13. If the valve and the piston or valve have a shape different from the circular shape, the piston or the valve can nevertheless move in translation along an axis AA', preferably substantially perpendicular to the wall 13 in which the valve can be installed.
  • the piston is then moved to a position opening (figure 6B), thus allowing the circulation of the atmosphere between the interior and exterior of the valve or enclosure.
  • a limit value for example 50 mbar or 70 mbar, or more generally a limit pressure for example between 40 mbar or 50 mbar and 100 mbar, which makes it possible to compress the spring 83, or when the pressure of the interior atmosphere 130 of the enclosure or the valve exceeds a value which makes it possible to compress the spring 83, then the piston is then moved to a position opening (figure 6B), thus allowing the circulation of the atmosphere between the interior and exterior of the valve or enclosure.
  • Such an overpressure situation can occur for example in the case of gas release or thermal runaway (for example due to a rapid increase in temperature and/or an additional volume of combustion gas causing the overpressure).
  • Excess pressure gases for example from cell combustion, can then escape.
  • An evacuation and breathing valve or valve ensures the 2 functions: in “normal” operation, the breathing function is ensured; but, since, for example, the temperature and/or pressure exceeds a certain threshold inside the enclosure provided with said valve, then the evacuation function is implemented and the atmosphere is overheated and/or Excessive pressure can be relieved.
  • FIG. 7A shows a valve 15b for an enclosure 13 which is preferably sealed (alternatively, this could be enclosure 11 or 16).
  • the valve comprises a first passage 120 and a second passage 130 for a fluid entering or leaving the enclosure.
  • the first passage of the valve comprises a closing member, for example a piston, 152.
  • the second passage comprises a membrane 160. membrane is permeable to the aforementioned fluid.
  • the valve is thus adapted to be positioned in an evacuation opening or in an evacuation conduit of an enclosure such as the enclosure 11, 13, or 16, for example capable of receiving a battery pack.
  • Such an evacuation opening or evacuation conduit generally provides a passage path for a fluid passing between an interior 130 and an exterior 140 of the enclosure.
  • the enclosure can be sealed outside said opening: said opening is then the only exchange path for a fluid between the interior and exterior of the enclosure.
  • FIG. 7A shows the fluid passing through the first passage 160 and the fluid passing through the second passage 150.
  • the membrane 160 only prevents particles, for example dust, from entering from the exterior 140 into the interior 130 of the enclosure, which could harm the contents of said enclosure, for example damaging a battery.
  • the membrane has air permeability under a pressure difference of Ap 70 mbar between 1 and 500 Lh ⁇ .cnr 2 .
  • the membrane can have air permeability under a pressure difference:
  • the membrane lets through between 1 and 500 liters (L) of air per hour (h) and per cm 2 of membrane surface.
  • a membrane with a surface area or size of one cm 2 allows between 1 and 500 liters of air to pass through the membrane in the case where a pressure of 70 mbar is applied through the membrane.
  • said permeability can be determined according to one of the methods defined by standards ISO 5636-3, ISO 5636-4 or ISO 5636-5.
  • the first passage comprises a closing member 152, for example a piston.
  • This organ can move between an open position and a closed position. In the open position it opens the first passage, and the fluid can pass through the first passage and through the second passage between the interior and exterior of the enclosure.
  • Figure 7A shows this member in its open position and the fluid passing through the first passage 160 opened by this member, here a piston.
  • Figure 7B shows the same valve already shown in Figure 7A, but the member 152 being in the closed position.
  • the fluid can still pass through the second passage, through the permeable membrane.
  • the first passage is closed by the member 152, which stops the fluid.
  • the first passage may comprise a filter 100.
  • the filter may be a metal mesh and have technically negligible resistance to the passage of the fluid. The filter prevents particles from entering or leaving the enclosure when the piston is in the open position.
  • Figures 7A and 7B show an elastic element 170, configured to exert pressure on the member, here a piston, to close the first passage.
  • the elastic element is a spring.
  • the spring exerts pressure on the piston to press it with a seal of the piston against a rim.
  • the piston is held in the closed position by the pressure force exerted by the spring.
  • the closing member can be configured to open the first passage under the influence of a pressure present in the first passage.
  • the pressure present in the first passage may increase due to heat development in the enclosure.
  • the force exerted by the pressure in the first passage exceeds the force exerted by the elastic element on the member 152, the latter moves into the open position.
  • it is configured to open the first passage when the first pressure present in the first passage exceeds a first pressure threshold.
  • the membrane may be configured to rupture when a second pressure present in the second passage exceeds a second pressure threshold.
  • the first pressure threshold is chosen lower than the second pressure threshold.
  • the membrane can be configured to rupture when a force exerted on the membrane by the pressure present in the second passage exceeds a threshold.
  • a thickness or material of the membrane can be chosen to present a configured stability of breaking when said force exceeds said threshold.
  • the first pressure present in the first passage is equal to the second pressure present in the second passage because said two passages both communicate with inside the enclosure.
  • the pressure present in the first and second passages correspond to the pressure inside the enclosure.
  • Figures 7A and 7B also show a sensor 180 configured to indicate an opening state of the member 152.
  • the sensor can for example be placed on a rod, for example of the piston, and provide an electrical or optical signal indicating a position opening or closing of the piston.
  • Sensor 180 may also be located on the piston cylinder or on the piston.
  • the valve may also include an actuator 190 configured to move the piston to open or close the first passage.
  • the actuator can for example be an electric motor, a piezoelectric actuator or an electric magnet acting on the piston.
  • the actuator can actuate the piston between the open position and the closed position.
  • the actuator may be configured to force the piston into a closed position and/or force the piston into an open position and/or exert no force on the piston. In the case where the actuator does not exert any force on the piston the position opening or closing is determined solely by the forces exerted by the elastic element and the pressure present in the first passage.
  • Heating in the enclosure provided with such a dual-function member for example the enclosure 13, 11, or 16, for example a thermal runaway of one or more battery pack cells, can cause a sharp increase heat and pressure within the enclosure.
  • this pressure exceeds a first value, the pressure exerted on the closing piston of the valve activates the piston in the open position.
  • the fluid can thus be evacuated from inside the enclosure through the first passage of the valve.
  • the filter 100 of the valve prevents particles from the battery from escaping from the enclosure.
  • valve membrane is configured to rupture under the influence of a second pressure value present in the enclosure.
  • the first pressure value is less than the second pressure value.
  • the valve piston Apart from the situation of a thermal runaway or another event causing a pressure of the first pressure value within the enclosure, the valve piston remains in its closed position, if it is not moved by the actuator, as described below. While the piston remains in its closed position an exchange of fluid can take place through the second passage and the permeable membrane.
  • an increase or decrease in pressure inside the enclosure which remains below said first pressure value is balanced because of the fluid passing through the second passage and the permeable membrane.
  • the membrane prevents particles, such as dust, from entering the enclosure.
  • the valve is provided with the actuator configured to move or move the closing piston.
  • the piston can for example be positioned in an open position when a strong increase in pressure inside the enclosure is expected.
  • the pressure inside the enclosure can increase significantly due to a drop in pressure outside 140 of speaker, which may damage the battery.
  • the actuator can be controlled to move the piston to an open position.
  • the battery pack includes a battery management system which is connected to the actuator 190 to open or close the first passage. The management of the pressure and the operation of the battery can thus be effectively controlled by the management system.
  • Means for controlling or controlling this valve can be those described below in connection with Figures 11A and 11B (reference 290), the valve possibly being provided with one or more sensors 293, 2193', 295, 295' (see description below).
  • Figures 8 and 9 represent an exemplary embodiment of such a valve 12b.
  • It comprises a fixed body 201 placed in a dedicated orifice of an enclosure 13 which is preferably sealed (here, as in the other figures, as a variant, it could be enclosure 11 or 16).
  • this body has a symmetry of revolution around an axis AA'.
  • other shapes can be made, for example we can have a rectangular or square valve.
  • It has an orifice 202 in which a membrane support 204 is positioned, which rests against a lip 203.
  • This support is mainly planar, provided with perforated areas which will allow the circulation of an atmosphere between the interior volume 130 and the external volume 140 of the valve, and therefore of the enclosure 13.
  • a porous membrane 205 (FIG. 9) can be welded to this support, for example by an ultrasonic technique.
  • the membrane is for example an e-PTFE membrane or an open-pore foam. It allows, during normal operating phases, to balance the pressures between the interior of the
  • the support 204 may comprise or be extended by a central cylindrical part 206, which extends towards the interior of the envelope and inside which a shaft 210 (or a rod or a bar) of a piston 208, forming a valve, will be able to slide.
  • the piston or the valve is circular in shape, adapted to that of the valve shown. However, if the latter has another shape, for example the rectangular or square shape as already mentioned above, then the piston or the valve has a corresponding shape.
  • a spring 212 maintains this piston 208 in the normally open position, allowing the circulation of an atmosphere between the interior volume 130 and the exterior volume 140 of the envelope, in one direction or another (thus ensuring a breathing function).
  • one or more seals 219 ensure tight movement of the shaft 210 in the central cylindrical part 206.
  • the volume 215, internal to the valve is either at the internal pressure or at the external pressure depending on the open or closed position of the piston.
  • a part 214 forming a stop limits the stroke of the piston under the action of the spring.
  • this part 214 is fixed to the body 201, for example on the side of the interior volume 130 of the envelope.
  • the spring can push the piston until it is blocked by the part 214, in a position in which the air or the atmosphere can circulate between the exterior volume 140 and the interior volume 130 of the 'envelope.
  • this part forming a stop can be installed at the end of the shaft 210.
  • the piston 208 is in direct contact with the interior volume 130 and with the external volume 140 by the end of the shaft 210.
  • the pressure difference which is exerted on the piston is indeed the difference between the pressure inside the envelope and the pressure outside of it.
  • it is when the internal pressure exceeds a limit value, which allows spring 212 to be pushed back, that the piston is moved to its closed position.
  • the piston 208 as well as its shaft 210 have a symmetry of revolution around the axis AA'. But, as already explained above, other shapes can be made.
  • the piston moves in translation along this axis AA', in this example under the action of spring 212 and/or a pressure or a pressure difference between the interior and exterior of the enclosure 13. If the valve and the piston at the valve have a shape other than the circular shape, the piston or the valve will nevertheless be able to move in translation along of an axis AA', preferably substantially perpendicular to the wall 13 in which the valve can be installed.
  • the pressure difference between the inside and the outside of the valve or the enclosure, or the pressure inside the enclosure or the valve does not exceed a value allowing the spring 212 to be compressed: the piston remains abutting against the part 214 and the atmosphere can then circulate between the inside and the outside of the enclosure, via the membrane, the membrane support and the space provided between the piston 208 and the body 201 (this space is visible in Figure 9).
  • the air circulates with an air flow rate of between 0.5 and 100 l/min/cm 2 under a pressure difference of a few tens of mbar, for example between 20 mbar and 40 mbar.
  • the pressure difference between the inside and the outside of the valve or the envelope exceeds the limit value, for example 50 mbar or 70 mbar, or more generally a limit pressure for example between 40 mbar or 50 mbar and 100 mbar, which allows the spring 212 to be compressed, or the pressure of the interior atmosphere of the envelope or the valve exceeds a value which also allows the spring 212 to be compressed.
  • the piston is then pressed against an interior edge, or a lip, 216 of the body 201, thus stopping the circulation of the atmosphere between the exterior and the interior of the valve or the envelope.
  • the membrane is protected against internal overpressure in the valve or enclosure.
  • Such an overpressure situation can occur for example in the case of gas release or thermal runaway (for example due to a rapid increase in temperature and an additional volume of combustion gas causing the overpressure). Excess pressure gases, for example from cell combustion, can possibly escape through other dedicated orifices or pressure relief valves.
  • Figures 10A and 10B represent a variant of such a valve.
  • numerical references identical to those of Figures 8 and 9 designate identical or corresponding elements.
  • the difference compared to the previous figures lies in the part 224 which forms a stop to limit the stroke of the piston: this part is here located at the end of the shaft 210 and comes to apply against the membrane when the external pressure is greater to the pressure inside the envelope (figure 10B); the air or l the atmosphere can then circulate between the outside and the inside of the envelope.
  • FIGS 11A and 11B represent variants of such a valve.
  • the valve is provided with a member 292 which, in cooperation with an actuator 290, for example an electric motor, allows, via a transmission member 291, to drive the piston 208 in one direction or in the 'other along axis AA'.
  • an actuator 290 for example an electric motor
  • the member 292 is mechanically linked to the valve; for example, it penetrates the shaft or the rod 210.
  • This member comprises for example a rod or a bar, part of which is furnished with notches or teeth, thus forming a rack, which can be driven in movement by the member 291, which includes for example a toothed wheel.
  • the actuator 290 can control the member 291 under the action of information relating on the one hand to the pressure Pe, and/or the temperature Te, external to the valve (or external to the envelope 30 which is provided of this valve), and information relating to the pressure Pi, and/or the temperature Ti, internal to the valve (or internal to the enclosure 13 which is equipped with this valve).
  • the actuator 290 receives information relating to the pressure, and/or the temperature, interior from a pressure sensor 293 (and/or a temperature sensor 293'), which can be placed inside the valve or the envelope, the pressure and/or the exterior temperature being measured directly using a sensor which can for example be included in the actuator 290.
  • the actuator 290 receives information relating to the external pressure and/or temperature from a pressure sensor 295 (and/or a temperature sensor 295'), which can be placed outside of the envelope valve, the internal pressure and/or temperature being measured directly using a sensor which can for example be included in the actuator 290.
  • FIG. 11C represents another variant of such a valve.
  • the actuating member 290 here comprises one or more coils 297 which interact with one end of the shaft or the rod 210 of the piston.
  • This shaft or rod comprises a part (shaft or rod) 210' which extends beyond the membrane support 214 and the membrane and which is at least partly magnetized.
  • the magnetic field produced by the coil(s) will interact with the end 210' of the axis 210 to move it according to the axis AA', in one direction or another in order to open or close the breathing valve.
  • the actuator 290 can receive information relating to the internal pressure and/or temperature from a pressure sensor 293 (and/or a temperature sensor), which can be arranged at the interior of the valve or the envelope, the external pressure and/or temperature being measured directly using a sensor which can for example be included in the actuator 90.
  • a pressure sensor 293 and/or a temperature sensor
  • the same type of drive by magnetic means, can be implemented on the interior side of the valve, possibly with the pressure and/or temperature sensor(s) arranged (s) correspondingly, for example in the manner explained above in connection with Figure 11B.
  • the actuator comprises at least one or more coil(s) 297 (forming a stator) and at least one magnetized part (fixed to the valve, for example on the part 210' of the piston axis) which allow the closing or opening and even a certain proportional opening of the system.
  • the actuator 290 may comprise, or be connected to, a circuit, for example an electrical or electronic circuit, comprising for example at least one comparator, which will compare two pieces of information (for example either two pieces of measured information, or one piece of measured information and a predetermined threshold) relating to the pressures, and/or temperatures, internal Pi and/or Ti and external Pe and/or Ti, or information based on, or calculated from, one and/or the other of these parameters, for example the temporal evolution of one and/or the other of these parameters, and, consequently, trigger, or not, the actuation of the member 292 ( Figures 11A, 11B ) or magnetic means 297 ( Figures 11C, 11D); alternatively, the actuator or the circuit can be provided or programmed to trigger, or not, the actuation of the member 292, 210' as a function of a measurement of a pressure/temperature inside the valve or the envelope it contains. In all cases, this circuit can be a circuit programmed and/or adapted to this operation or function;
  • the actuator 290 can allow an intermediate opening between the completely closed position of the valve and its completely open position
  • the valve can be controlled using an electrical signal sent to the actuator, a signal which can for example come from a controller or an external circuit or located in the valve, which can receive from one or several sensor(s) internal and/or external pressure and/or temperature information and/or voltage information provided by, or at the terminals of, an energy storage device, and/or other information causing the closing or opening of the valve;
  • a signal which can for example come from a controller or an external circuit or located in the valve, which can receive from one or several sensor(s) internal and/or external pressure and/or temperature information and/or voltage information provided by, or at the terminals of, an energy storage device, and/or other information causing the closing or opening of the valve;
  • valve 212 no longer needs to be fitted with the spring 212 nor with the stop or stop piece 214, 224, the movement of the valve being controlled by the means 290; for example, spring 212 is shown in Figure 11C or 11D, but could be deleted.
  • the valve can therefore include an actuator 290 configured to move the valve to open or close the exchange of atmosphere via the valve.
  • the actuator can for example be an electric motor, a piezoelectric actuator or of the magnetic or electromagnetic type, for example an electric magnet, acting on the valve.
  • the actuator can move the valve between the open position and the closed position.
  • the actuator may be configured to force the valve into a closed position and/or force the valve into an open position and/or exert no force on the valve.
  • the 2 types of evacuation or exhaust valve or valve (for example described in connection with Figures 6A-6B and 7A-7B) can be implemented in the configurations of Figures 1A-4.
  • valve or evacuation valve of the type described in connection with Figure 5; in figures IA and IB, it is also possible to install valves simple exhaust valves and a breathing valve, but it is also possible to use a dual-function valve or valve (as explained above in connection with Figures 7A and 7B).
  • valve chosen in breathing or in evacuation, it can be associated, in a device or a method according to the invention, with a filter. This is preferably arranged:
  • FIG. 12A for a breathing valve 12: between this valve and the external environment, the air or gas introduced into the interior volume 130 passing first through the filter 22, then through the valve 12; for example, an intermediate volume 19 can be provided between the breathing valve 12 and the filter 22;
  • an evacuation valve 15 (figure 12B): between this valve and the external environment 140, the air or gas evacuated, for example hot air or gas, passing first through the valve 15 , then through filter 22; in fact, this hot air or gas may contain particles resulting for example from degradation of a battery due to overheating; here again, an intermediate volume 19 can be provided between the valve 15 and the filter 22.
  • a device according to the invention can be used advantageously to produce a battery compartment in the field of transport, for example in an automobile or a truck or an airplane, powered by a heat engine or an electric motor or a hybrid motor.
  • the atmosphere outside the enclosure 11 and delimited by the volume 16 can be a passenger compartment of the vehicle (as illustrated in Figure 13A), for example occupied by passengers and / or goods, while the enclosure 13 (zone not occupied by passengers and / or goods) and the evacuation valve 15 make it possible to evacuate gases under pressure and / or overheating from the outside of the vehicle.
  • the vehicles represented in Figures 13A - 13D each equipped with a system according to the present invention as illustrated in Figure IA (alternatively, it could be a system as described above in connection with the figures IB, 2, 3, or 4), can be:
  • motor vehicle 300 Figure 13A
  • construction vehicles for example of the excavator or backhoe type, or of the aircraft type (for example: airplane 310, Figure 13B), for example for transport purposes extra planetary, or space type, for example a space station or a satellite (in which cases the external environment is a vacuum);
  • the volume 140 is a passenger compartment, for example for passengers and/or staff, with which the volume 11 can exchange a fluid through the element 12, but other examples of volume 140 can be found (for example a hold or a containment zone, for example again to transport baggage and/or material).
  • a device or method according to the invention can also be used for a stationary application, for example to produce an energy production and storage system 400, as illustrated schematically in Figure 14, in which the reference 402 designates a set of solar panels, and the reference 404 means or an electrical circuit for connection between this assembly and an energy storage device 30 (or 40) according to the invention (for example as described above in connection with Figures 3 or 4).
  • the outer envelope is here the envelope 13.
  • the solar panels 402 convert solar energy into electrical energy, which is stored in the device 30, 40.
  • it can be act as a photovoltaic energy storage assembly, again for a stationary application, for example in an individual home.
  • the breathing valve under the effect of the internal pressure and/or temperature or the pressure and/or temperature difference between the internal atmosphere and the external atmosphere, is thus protected as long as the applied pressure and/or temperature difference is greater than a limit value, for example greater than 50 mbar.
  • At least one or more temperature and/or pressure and/or voltage sensors across the storage means 7 can/can be implemented, with a view for example to allowing regulation of one of these parameters in at least one of the volumes 11, 13, 16.
  • This is the case for example in the context of regulation of the atmosphere or gas in a volume 11 as a function of pressure and/or temperature or pressure and/or temperature differences.
  • Such regulation can also be carried out as a function of another type of signal or as a function of an external action, for example from an operator, who wishes to control or test, for example as part of a maintenance operation. , the operation of a valve or several valves of a device according to the invention.
  • an exhaust or breathing valve with a closing valve can be provided with activation means such as the means 290 adapted and/or programmed to close or open the valve or the valve depending on another type.
  • signal for example a variation of pressure and/or temperature, for example during a predetermined time interval (such a variation being compared to a limit value, or threshold, of pressure and/or temperature variation), or an external action triggered by an operator.
  • a valve or a flap of a valve of a device according to the invention can be activated to open or close in the case of detection of a failure: such a failure can be measured for example in the case too high a temperature of an enclosure such as for example enclosure 11 or of a unit cell or a set of electrochemical storage cells, for example a module or an enclosure as described above.
  • the failure may for example be an abnormal temperature, for example 70°C or more and/or an overvoltage and/or, on the contrary, a sudden drop in cell voltage or of the energy storage device.
  • One or more corresponding sensor(s), for example voltage detection may equip the system, for example in addition to one or more temperature and/or pressure detection sensor(s) already described above.
  • the information provided by the sensor(s) can be transmitted to a control unit, for example the means 290 as already described above and/or computer means, for example a microcomputer or a processor or microprocessor, to which can be connected, for example, the means

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de stockage d'énergie sous forme électrochimique, par exemple une batterie, par exemple encore une batterie lithium - ion, comportant : - au moins une lère enceinte (11) contenant un ou plusieurs éléments (7) de stockage d'énergie, par exemple un ou plusieurs pack batterie, cette lère enceinte comportant au moins un 1er élément (12, 12a, 12b; 15, 15a, 15b) de respiration; - au moins une 2ème enceinte (13), en communication fluidique avec la lère enceinte et qui est munie d'au moins un 2ème élément (15, 15a, 15b; 12, 12a, 12b) d'évacuation.

Description

DESCRIPTION
Titre : DISPOSITIF DE GESTION DE LA RESPIRATION ET DE LA PRESSION D'UN PACK BATTERIE AVEC EVACUATION DE SECURITE
DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTERIEUR
L'invention se rapporte au domaine des moyens ou des systèmes de stockage de l'énergie (encore appelés ESS, ou Energie Storage Systems), ces moyens de stockage mettant en œuvre des solutions de type électrochimique, notamment du type qui permettent d'être rechargées et déchargées à la demande afin de pouvoir permettre de transformer une énergie électrique en potentiel chimique et inversement.
L'invention concerne par exemple les batteries, notamment les batteries lithium-ion qui sont constituées d'une enveloppe étanche comprenant un ensemble de cellules unitaires et la plupart du temps de composants électroniques et de puissance pour leur interconnexion et leur contrôle. Aujourd'hui incontournables, les technologies de batterie voient leur densité d'énergie augmenter et leur architecture évoluer.
Les ESS peuvent être utilisés dans le cadre de stockage d'énergie sous forme stationnaire, par exemple des containers de stockage d'énergie ou dans le cadre du transport de marchandises et/ou matériaux et/ou de personnes (notamment dans des solutions nouvelles de mobilités, par exemple les véhicules électriques (automobiles, bicyclettes, motocyclettes, trottinettes) ou hybrides ; l'invention trouve donc application notamment dans le domaine du transport et de la mobilité en général. Elle trouve également application dans les systèmes de stockage de plusieurs mégawattheures de capacité.
Des moyens de stockage de l'énergie peuvent être réalisés par un ensemble de cellules unitaires, par exemple de type lithium-ion. Les cellules peuvent être interconnectées électriquement pour créer des architectures de batterie qui permettent l'obtention de la tension et de la capacité souhaitée.
Dans certains cas, il peut se produire, à l'intérieur de ce type de dispositif, un emballement thermique et/ou une combustion et/ou une surpression ; il faut alors évacuer les gaz qui peuvent être chauds et/ou sous forte pression et/ou dangereux. En effet, des surpressions peuvent par exemple aboutir à un éclatement de l'enveloppe qui contient des cellules ou des moyens de stockage d'énergie, par exemple d'un pack de batterie. L'environnement extérieur peut être l'atmosphère ambiante, c'est-à-dire un volume infini ayant une pression variable et une température variable également, les conditions météorologiques et l'altitude agissant sur cette pression et cette température.
Mais, en fonction de l'application visée, l'environnement extérieur n'est pas forcément l'atmosphère ambiante et peut ne pas être adapté à recevoir d'éventuels gaz qui résultent de l'un des incidents évoqués ci-dessus. Un tel environnement immédiat est par exemple l'intérieur d'un habitat ou d'un véhicule de transport de personnes et/ou de marchandises/ou de produits ; on cherche alors à éviter de rejeter les gaz dans les volumes qui contiennent ces personnes et/ou ces marchandises et/ou ces produits.
Il se pose donc le problème de trouver un nouveau système ou dispositif permettant de mieux gérer l'atmosphère dans les cellules, plus généralement les moyens de stockage de l'énergie, et du volume dans lequel ces cellules sont disposées.
En outre, les moyens de stockage électrochimique, par exemple les piles à combustible, sont étanches par exemple à l'eau et aux poussières mais on cherche à ce qu'il puisse échanger une certaine quantité d'air ou de gaz avec l'environnement ambiant, et ceci dans les deux sens, afin d'équilibrer la pression entre l'intérieur des moyens de stockage, ou de l'enveloppe qui les contient, et l'environnement ambiant. Cela permettrait de diminuer les contraintes sur l'enveloppe qui contient ces moyens de stockage, de faciliter le transport et d'en assurer une utilisation optimale quelles que soient les conditions extérieures (de température et de pression).
Il se pose donc le problème de trouver un système ou un dispositif permettant de réaliser une respiration, ou un équilibrage, par exemple de la pression et/ou de la température et/ou d'un autre paramètre thermodynamique, entre l'atmosphère intérieure d'une enveloppe ou d'une enceinte d'un ensemble ou de moyens de stockage de type électrochimique et l'atmosphère extérieure de cette enveloppe, ce système ou ce dispositif bénéficiant d'une protection en cas de surpressions internes à l'enveloppe ou à l'enceinte.
Il se pose également le problème de trouver un système et un dispositif permettant d'évacuer des gaz chauds et/ou sous haute pression vers un environnement qui n'est pas un environnement qui entoure immédiatement les cellules ou les moyens de stockage d'énergie ou qui entoure immédiatement l'enveloppe ou l'enceinte qui les contient. Ce problème se pose notamment dans le cas d'un système de stockage d'énergie modulable, dans lequel on peut ajouter ou enlever un ou des modules afin de faire varier la capacité de stockage de l'ensemble.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
L'invention concerne notamment un dispositif de stockage d'énergie sous forme électrochimique, par exemple une batterie, par exemple encore une batterie lithium - ion, ou un procédé de de fonctionnement d'un tel dispositif, comportant :
- une lère enveloppe ou enceinte contenant un ou plusieurs éléments de stockage d'énergie, par exemple un ou plusieurs pack batterie, cette lère enveloppe ou enceinte comportant au moins un 1er élément (ou des 1ers moyens), par exemple une lère vanne, de respiration (ou élément ou moyens de respiration);
- une 2ème enveloppe ou enceinte, en communication fluidique avec la lère enveloppe ou enceinte, au moins une des 2 enveloppes ou enceintes comportant ou étant munie d'au moins un 2ème élément (ou des 2ème moyens), par exemple une 2ème vanne, d'évacuation (ou élément ou moyens d'évacuation).
Dans la présente demande :
- le 1er élément, ou les 1ers moyens, ou l'élément ou les moyens de respiration, comporte(nt) par exemple une membrane respirante, ou un filtre ou un feutre ou une mousse ou une vanne de respiration : il permet une respiration, c'est-à-dire un échange fluidique, par exemple de gaz, (dans les 2 sens) entre l'intérieur de cet élément, ou du volume qui en est muni, et l'extérieur de cet élément, ou du volume qui en est muni ;
- et/ou le 2ème élément (ou les 2ème moyens), ou l'élément ou les moyens d'évacuation, permet par exemple d'évacuer au moins une partie d'un fluide, par exemple un gaz, contenu dans la lère enveloppe ou enceinte vers la 2ème enveloppe ou enceinte (qui peut alors stocker le fluide évacué), ou vers l'atmosphère extérieure (par exemple si la lère enveloppe ou enceinte est contenue dans une 2ème enveloppe ou enceinte vers laquelle il n'est pas possible d'évacuer le fluide ou le gaz).
Par la suite on mentionnera indifféremment un fluide ou un gaz, les 2 étant concernés par l'invention quelle que soit sa réalisation. Le fluide peut être par exemple de l'air, ou un autre gaz, ou un mélange de vapeur et de gaz de combustion, ou un liquide (par exemple un électrolyte) mélangé avec un gaz.
Le 2ème élément, ou 2èmes moyens comporte(nt) par exemple une vanne ou un clapet ou un opercule, par exemple qui se dégrade ou se perfore, par exemple sous l'action de l'atmosphère contenue dans la lère enveloppe : il permet un échappement de fluide depuis l'intérieur de cet élément, ou du volume qui en est muni, vers l'extérieur de cet élément ou de ce même volume, uniquement dans ce sens. Dans le cas d'une vanne, l'ouverture de la vanne, qui conduit à un échappement, peut être réversible ; par contre, dans le cas d'un clapet ou d'un opercule qui se dégrade ou se perfore, l'ouverture qui conduit à un échappement est en général irréversible.
Par exemple le 2ème élément permet une évacuation ou un échappement lorsqu'au moins un paramètre thermodynamique de l'atmosphère intérieure l'enveloppe qui en est munie et/ou la différence d'un paramètre thermodynamique entre l'atmosphère intérieure cette enveloppe qui en est munie et l'atmosphère extérieure, et/ou une variation de ce paramètre thermodynamique, est supérieur (e) à au moins une valeur limite ou seuil ; ledit au moins un paramètre thermodynamique, et/ou sa différence entre l'atmosphère intérieure et l'atmosphère extérieure, et/ou sa variation, comporte par exemple au moins la pression et/ou la température, et/ou la différence de la pression et/ou de la température entre l'atmosphère intérieure et l'atmosphère extérieure et/ou une variation de pression et/ou de température de l'atmosphère intérieure et/ou de l'atmosphère extérieure ; et/ou une évacuation peut également être réalisée lorsque la tension d'un ou plusieurs éléments de stockage d'énergie, par exemple aux bornes de ce ou de ces éléments de stockage d'énergie et/ou une tension fournie par celui-ci ou par ceux-ci est inférieure ou supérieure à une valeur limite ou à un seuil.
La 2ème enveloppe ou enceinte peut être destinée à recevoir et à stocker le gaz qui s'échappe, ou qui est évacué, de la lère enveloppe ou enceinte par l'intermédiaire du 2ème élément, ou des 2èmes moyens.
Dans un dispositif ou un procédé selon l'invention, la 2ème enveloppe ou enceinte :
- peut être disposée à distance de lere enveloppe ou enceinte ; - et/ou peut être en communication fluidique avec la lère enveloppe ou enceinte par des moyens, par exemple au moins un conduit ou tube ou canal, ces moyens étant de préférence souple ou flexible, pour faire circuler ou guider ou conduire un fluide, par exemple un gaz, de la lère enveloppe vers la 2ème enveloppe ou enceinte.
Le 2ème élément, ou les 2èmes moyens, peut/peuvent être éventuellement monté(s) ou disposé(s) à l'entrée (ou en amont), et/ou dans, ou en sortie (ou en aval) des moyens pour faire circuler ou guider ou conduire un fluide de la lère enveloppe vers la 2ème enveloppe ou enceinte
Selon une variante, une paroi est commune aux 2 enceintes et le 2ème élément, ou les 2èmes moyens, est/sont disposé(s) ou monté(s) de sorte que du gaz contenu dans la lère enveloppe ou enceinte puisse s'échapper, ou être évacué, de la lère enveloppe ou enceinte vers la 2ème enveloppe ou enceinte ; par exemple : le 2ème élément, ou les 2èmes moyens, est/sont par exemple disposé(s) ou monté dans une paroi, à l'interface des, ou commune aux, 2 enceintes. Dans ces 2 cas, la lère enveloppe ou enceinte peut être contenue dans la 2ème enveloppe ou enceinte, ou dans une 3ème enveloppe ou enceinte, différente de la 2ème enveloppe ou enceinte. La 3ème enceinte peut être en communication fluidique avec la lère enceinte, par exemple par l'intermédiaire du 1er élément, par exemple d'une lère vanne, la respiration ayant alors lieu entre l'atmosphère intérieure à la lère enveloppe ou enceinte et la 3ème enveloppe ou enceinte et éventuellement l'échappement ayant lieu vers la 2ème enveloppe ou enceinte. Dans un dispositif ou un procédé selon l'invention, la 2ème enceinte ou la 3ème enceinte peut :
- avoir un volume égal, par exemple, à au moins 2 fois ou au moins 5 fois, ou au moins 10 fois le volume intérieur de la lère enveloppe ou enceinte ;
- et/ou avoir au moins une paroi traversée par des moyens, par exemple un conduit ou tube ou canal, permettant un échappement du gaz de la lère enveloppe ou enceinte vers, par exemple, la 2ème enveloppe ou enceinte.
Dans un dispositif ou un procédé selon l'invention, on peut définir au moins trois volumes :
- le volume intérieur du ou des élément(s) de stockage d'énergie,
- le volume intérieur de la lère enveloppe ou enceinte, qui contient ou est apte à contenir cet ou ces élément(s) de stockage d'énergie ; - le volume de la 2ème enveloppe ou enceinte, lequel est égal, par exemple, à au moins 2 fois ou au moins 5 fois, ou au moins 10 fois le volume intérieur de la lère enveloppe ou enceinte. Dans un dispositif ou un procédé selon l'invention, un volume de la 2ème enceinte ou de la 3ème enceinte égal à au moins 2 fois ou au moins 5 fois, ou au moins 10 fois le volume intérieur de la lère enveloppe ou enceinte permet de récupérer des gaz de combustion de la batterie (ou plus généralement du dispositif de stockage d'énergie sous forme électrochimique) qui proviennent de la lère enveloppe ou enceinte, qui sont chauds et qui vont pouvoir se refroidir dans un volume plus important.
La 2ème enveloppe ou enceinte peut être entièrement séparée de la lère enveloppe, ou avoir une paroi commune avec celle-ci (voir exemple ci-dessus) ou contenir entièrement la lère enveloppe ou enceinte : dans ce dernier cas, un gaz ou une atmosphère peut circuler de la lère enveloppe ou enceinte vers la 2ème enveloppe ou enceinte (et réciproquement) par l'intermédiaire du 1er élément ou de la lère vanne ; éventuellement, il peut, selon certaines réalisations, également s'échapper de, ou vers, la 2ème enveloppe ou enceinte par l'intermédiaire du 2ème élément, ou des 2èmes moyens, d'échappement : dans un cas, c'est le fluide, par exemple un gaz, contenu dans la lère enveloppe ou enceinte qui peut s'échapper vers la 2ème enveloppe ou enceinte ; dans un autre cas, c'est le fluide ou le gaz contenu dans la 2ème enveloppe ou enceinte qui peut s'échapper.
La lère enveloppe ou enceinte, qui contient ou est apte à contenir un ou plusieurs éléments de stockage d'énergie est de préférence étanche, notamment à l'eau et/ou aux poussières, sauf là où sont disposées l'élément ou les éléments (par exemple la/les vanne(s)) de respiration et/ou d'échappement.
De ce fait, le volume qui contient l'élément ou les éléments de stockage d'énergie est différent du volume de l'environnement extérieur et la température et/ou la pression dans ce volume est généralement différent de la température et/ou de la pression de l'environnement extérieur. Mais, dans un dispositif ou un procédé selon l'invention, l'élément de respiration permet d'éviter les contraintes sur l'enceinte contenant un ou plusieurs éléments de stockage d'énergie, contraintes liées par exemple à la différence de pression entre le volume interne (contenant le ou les éléments de stockage d'énergie) et l'environnement extérieur ; ainsi, la pression est équilibrée entre le volume interne et l'environnement extérieur en faisant passer une proportion d'air dans un sens ou dans l'autre au travers du 1er élément, par exemple une vanne ou une membrane respirante, ou un filtre ou un feutre ou une mousse.
Selon une réalisation, un dispositif selon l'invention comporte, ou un procédé selon l'invention met en œuvre, une pluralité d'éléments de stockage d'énergie, chaque élément formant une lère enceinte et étant disposé dans un module séparé de chacun des modules voisins par une paroi, qui peut être étanche, la 2ème enceinte comportant un élément, par exemple une vanne, d'évacuation pour chacun desdits modules.
Dans un dispositif ou un procédé selon l'invention, au moins un élément, par exemple une vanne, d'évacuation peut être également un élément, par exemple une vanne, de respiration. Selon une réalisation, cet élément, ou cette vanne, d'évacuation et de respiration comprend un premier et un deuxième passage pour un fluide entrant ou sortant de l'enceinte munie dudit élément, et :
-le premier passage comprend un organe, par exemple un piston, de fermeture et -le deuxième passage comprend une membrane de fermeture perméable au fluide. L'organe de fermeture peut être configuré pour ouvrir le premier passage quand une première pression présente dans le premier passage dépasse un premier seuil ; de préférence la membrane est configurée pour rompre quand une deuxième pression présente dans le deuxième passage dépasse un deuxième seuil, le premier seuil étant inférieur au deuxième seuil.
Un tel élément, par exemple une telle vanne, d'évacuation et de respiration peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- un élément élastique, de préférence un ressort, configuré pour exercer une pression sur le piston pour fermer le premier passage ;
- et/ou la membrane dispose d'une perméabilité à l'air laissant passer, sous une différence de pression de Ap 70 mbar, entre 1 et 500 litres d'air par heure et par cm2 de surface de membrane ;
- et/ou un filtre, de préférence un maillage métallique, à une sortie du premier passage ;
- et/ou un capteur configuré pour indiquer un état d'ouverture de l'organe de fermeture ;
- et/ou un actionneur, configuré pour déplacer le piston pour ouvrir ou fermer le premier passage. Dans un dispositif ou un procédé selon l'invention, au moins un élément, par exemple une vanne, de respiration peut comporter des moyens, par exemple un piston, formant clapet d'ouverture et de fermeture dudit élément de respiration.
Par exemple, cet élément, par exemple cette vanne, comporte en outre:
- un corps, par exemple un corps de vanne ;
- et/ou un support de membrane pour supporter une membrane permettant une circulation entre une atmosphère extérieure et l'atmosphère intérieure à l'élément de respiration ;
- et/ou des moyens d'activation pour activer les moyens formant clapet entre une première position, dite d'ouverture, de l'élément de respiration et une deuxième position, dite de fermeture de l'élément de respiration, ces moyens d'activation autorisant, dans ladite première position, la circulation entre l'atmosphère intérieure et l'atmosphère extérieure à l'élément de respiration, et fermant, dans ladite deuxième position, ladite circulation.
Selon une réalisation, les moyens d'activation permettent, dans ladite première position, la circulation entre l'atmosphère intérieure et l'atmosphère extérieure à l'élément de respiration, lorsqu'au moins un paramètre thermodynamique de l'atmosphère intérieure ou la différence d'un paramètre thermodynamique entre l'atmosphère intérieure et l'atmosphère extérieure, ou une variation de ce paramètre thermodynamique, est inférieur(e) à une valeur limite et fermant, dans ladite deuxième position, ladite circulation, par exemple lorsque ledit paramètre thermodynamique, ou sa différence entre l'atmosphère intérieure et l'atmosphère extérieure, ou sa variation, est supérieur(e) à la valeur limite.
Ledit au moins un paramètre thermodynamique, ou sa différence entre l'atmosphère intérieure et l'atmosphère extérieure, ou sa variation, peut comporter au moins la pression et/ou la température, ou la différence de la pression et/ou de la température entre l'atmosphère intérieure et l'atmosphère extérieure et/ou une variation de pression et/ou de température de l'atmosphère intérieure et/ou de l'atmosphère extérieure.
Les moyens formant clapet peuvent comporter un ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- ils viennent en appui contre une partie intérieure du corps de l'élément, par exemple de la vanne, lorsqu'au moins un paramètre thermodynamique, par exemple la pression et/ou la température de l'atmosphère intérieure et/ou de l'atmosphère extérieure, est supérieur à une valeur limite ou lorsque la différence de température et/ou de pression entre l'atmosphère intérieure et l'atmosphère extérieure est supérieure à une valeur limite ;
- et/ou ils comportent un piston;
- et/ou ils comportent une partie en contact avec l'atmosphère intérieure de la vanne et une partie en contact avec l'atmosphère extérieure de la vanne ; ceci permet aux moyens formant clapet d'être vraiment sensible à une différence, par exemple de pression, entre l'atmosphère intérieure et l'atmosphère extérieure de la vanne ;
- et/ou ils peuvent se déplacer selon une course qui est limitée, dans la première position, par une butée, située par exemple du côté intérieur ou du côté extérieur de l'élément.
- et/ou ils comportent un axe qui pénètre dans une extension centrale du support de la membrane.
Un tel élément, ou une telle vanne, peut comporter des moyens pour contraindre les moyens formant clapet en position ouverte, par exemple jusqu'à une valeur limite d'un paramètre thermodynamique de l'atmosphère, ces moyens comportant par exemple un ressort en appui d'une part contre les moyens formant clapet et d'autre par contre le support de membrane.
Dans un dispositif ou un procédé selon l'invention :
- au moins un élément, par exemple une vanne, d'évacuation, ou au moins un élément, par exemple une vanne, de respiration comportant des moyens, par exemple un piston, formant clapet d'ouverture et de fermeture de cet élément, peut comporter des moyens d'activation comportant un actionneur et des moyens de déplacement, par exemple des moyens mécaniques et/ou des moyens électro-magnétiques d'entraînement de ladite vanne, ou d'un organe d'ouverture ou de fermeture dudit élément (par exemple les moyens formant clapet mentionnés ci-dessus pour un élément d'évacuation et de respiration ; par exemple, les moyens formant actionneur actionnent une tige ou une barre mécaniquement liée aux moyens formant clapet, par exemple au piston ou à la tige qui le prolonge);
- et/ou un dispositif selon l'invention comporte, ou un procédé selon l'invention met en œuvre, au moins un capteur de pression et/ou de température et/ou de tension pour mesurer : * au moins une pression et/ou température intérieure et/ou extérieure à au moins un élément, par exemple un élément de respiration ou d'échappement ou une enceinte (par exemple la lère et/ou la 2ème enceinte et/ou la 3ème enceinte d'un dispositif selon l'invention) et/ou la tension d'un ou plusieurs éléments de stockage d'énergie, par exemple aux bornes de ce ou de ces éléments de stockage d'énergie et/ou une tension fournie par celui-ci ou par ceux-ci,
* et/ou une variation de cette pression et/ou de cette température, intérieure à la vanne et/ou extérieure à l'élément vanne ou à ladite enceinte et/ou de cette tension ;
- et éventuellement des moyens, par exemple une ou des connexion(s) entre ledit au moins un tel capteur et un actionneur tel qu'évoqué ci-dessus, pour fournir à l'actionneur l'information relative à ladite pression et/ou température et/ou tension ou à sa variation. Selon une réalisation, au moins un capteur de pression et/ou au moins un capteur de température, est prévu à l'intérieur de l'élément, par exemple la vanne, ou de l'enceinte, et/ou au moins un capteur de pression et/ou au moins un capteur de température est prévu à l'extérieur de l'élément, par exemple la vanne, ou de l'enceinte, et/ou au moins un capteur de tension est prévu et/ou un procédé selon l'invention met en œuvre un ou plusieurs desdits capteurs.
Dans un dispositif ou un procédé selon l'invention, au moins un élément, d'évacuation ou de respiration, peut être associé à, ou muni d'au moins, un filtre. Au moins un tel filtre peut être disposé :
- en aval de dudit élément d'évacuation, dans le sens d'écoulement d'un fluide depuis l'intérieur vers l'extérieur d'une enceinte munie de cet élément, par exemple de cette vanne, d'évacuation ;
- et/ou en amont dudit élément de respiration, dans le sens d'écoulement d'un fluide depuis l'extérieur vers l'intérieur d'une enceinte munie de cet élément de respiration.
Plus généralement, l'invention (dispositif ou procédé) a également pour objet ou met en œuvre au moins un élément, de respiration ou d'évacuation, par exemple pour une enceinte d'un dispositif de stockage d'énergie sous forme électrochimique, par exemple une batterie, par exemple encore une batterie lithium - ion ; cet élément est par exemple au moins un élément de respiration ou d'évacuation tel que décrit ci-dessus ou dans la suite de la présente demande. Un tel élément de respiration ou d'évacuation peut être associé à, ou muni d'au moins, un filtre. Un tel filtre peut être disposé :
- pour un élément d'évacuation : en aval dudit élément, dans le sens d'écoulement d'un fluide depuis l'intérieur vers l'extérieur d'une enceinte munie de cet élément d'évacuation ;
- pour un élément de respiration : en amont dudit élément, dans le sens d'écoulement d'un fluide depuis l'extérieur vers l'intérieur d'une enceinte munie de cet élément de respiration. Un tel élément de respiration ou d'évacuation, associé ou muni d'un filtre, peut être appliqué à un dispositif selon l'invention.
Un dispositif ou un procédé selon l'invention peut également comporter ou mettre en œuvre des moyens pour détecter une défaillance dans un ou dans le dispositif de stockage d'énergie. Une telle défaillance peut consister en la détection d'une température et/ou d'une pression anormale(s) au sein du dispositif et/ou d'une tension du dispositif ou de l'enceinte de stockage d'énergie ou d'un ou de plusieurs éléments de stockage d'énergie qu'il ou qu'elle contient, et/ou en la détection d'une variation anormale d'un de ces paramètres. Ces moyens peuvent comporter un ou plusieurs capteurs de température et/de pression et/ou de tension, par exemple tel que déjà expliqué ci-dessus. Des moyens, par exemple un ordinateur ou un processeur, peuvent être programmés pour émettre un signal de défaut et/ou pour fermer ou ouvrir une ou plusieurs élément(s) de respiration ou d'évacuation, en fonction des signaux fournis par les moyens de détection.
L'invention concerne également un véhicule, comportant un habitacle et/ou une zone de stockage, un moteur, et au moins un dispositif de stockage d'énergie selon l'invention, telle que décrite ci-dessus ou dans la suite de la présente demande, au moins un élément, par exemple une vanne, d'évacuation permettant un échappement du gaz en dehors de l'habitacle et/ou de la zone de stockage. Par exemple, au moins un élément, par exemple une vanne, de respiration peut être en communication fluidique avec l'habitacle et/ou la zone de stockage et au moins un élément, par exemple une vanne, d'évacuation ou d'échappement permet une évacuation ou un échappement du gaz en dehors de l'habitacle et/ou de la zone de stockage.
Un tel véhicule est par exemple : - du type pour transporter des personnes et/ou des marchandises ;
- et/ou de type autonome ;
- et/ou de type de véhicule automobile et/ou véhicules de chantier, par exemple de type excavatrice ou pelleteuse, ou de type aéronef ou de type spatial, ou du type utilisé dans le domaine maritime, par exemple bateau ou navire ou embarcation ou sous-marin, du type utilisé dans le domaine ferroviaire, par exemple locomotive ou wagon.
L'invention concerne également un système de production et de stockage d'énergie, comportant des moyens de génération ou de transformation d'énergie, par exemple d'énergie photovoltaïque (ou résultant d'autres moyens de production d'énergie (de type énergie dite « renouvelable » et/ou intermittente), par exemple d'origine éolienne, ou micro-hydraulique, ou énergie électrique résultant d'une transformation par un procédé industriel - par exemple un procédé de type co génération), et un dispositif de stockage selon l'invention, telle que décrite ci-dessus ou dans la suite de la présente demande, permettant de stocker l'énergie produite par lesdits moyens.
L'invention concerne également un procédé de fonctionnement d'un dispositif de stockage d'énergie sous forme électrochimique, par exemple un dispositif selon l'invention, ou d'un dispositif comportant :
- au moins une lère enceinte contenant un ou plusieurs éléments de stockage d'énergie, par exemple un ou plusieurs pack batterie ;
- au moins une 2ème enceinte, en communication fluidique avec la lère enceinte, procédé dans lequel :
- au moins une partie d'un fluide, par exemple un gaz, contenu dans la lère enceinte est renouvelé par, ou à travers, un 1er élément, par exemple une lère vanne, dite de respiration ;
- au moins une partie du fluide contenu, respectivement dans la lère enceinte ou 2ème enceinte est évacuée, respectivement vers la 2ème enceinte ou vers l'extérieur de celle-ci, par un 2ème élément, par exemple une 2ème vanne, dite d'évacuation, par exemple lors du dépassement d'un seuil pour au moins un paramètre thermodynamique, par exemple la pression et/ou la température, dans ladite lère enceinte.
Le fluide, par exemple un gaz, évacué vers la 2ème enceinte peut rester stocké dans celle-ci. Comme déjà expliqué ci-dessus, le fluide peut être par exemple de l'air, ou un autre gaz, ou un mélange de vapeur et de gaz de combustion, ou un liquide (par exemple un électrolyte) mélangé avec un gaz.
Au moins un capteur tel que décrit ci-dessus peut être mis en œuvre avec un procédé selon l'invention, permettant éventuellement d'activer un actionneur d'une ou plusieurs éléments de respiration et/ou d'évacuation, par exemple une ou plusieurs vannes, et/ou d'un organe de celui-ci/ceux-ci ou de celle(s)-ci.
Tout ou partie des aspects mis en œuvre dans le cas d'un dispositif et décrits ci-dessus ou dans la suite de cette description ou dans les figures peuvent l'être avec un procédé selon l'invention.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
[FIG IA] représente un 1er exemple de réalisation d'un dispositif selon l'invention ;
[FIG IB] représente un 2ème exemple de réalisation d'un dispositif selon l'invention ;
[FIG 2] représente un 3ème exemple de réalisation d'un dispositif selon l'invention ;
[FIG 3] représente un 4ème exemple de réalisation d'un dispositif selon l'invention.
[FIG 4] représente un 5ème exemple de réalisation d'un dispositif selon l'invention.
[FIG 5] représente une vanne de respiration pouvant être mise en œuvre dans un dispositif selon l'invention.
[FIG 6A] et [FIG 6B] représentent une vanne d'échappement pouvant être mise en œuvre dans un dispositif selon l'invention.
[FIG 7A] et [FIG 7B] représentent une vanne de respiration et d'échappement pouvant être mise en œuvre dans un dispositif selon l'invention ;
[FIG 8], [FIG 9] ,[FIG 10A] , [FIG 10B],[FIG 11A] ,[FIG 11B] ,[FIG 11C] et [FIG 11D] représentent une vanne d'échappement avec clapet de fermeture, pouvant être mise en œuvre dans un dispositif selon l'invention ;
[FIG 12A] et [FIG 12B] représentent une vanne d'échappement combinée avec un filtre et une vanne de respiration combinée avec un filtre, pouvant être mises en œuvre dans un dispositif selon l'invention ;
[FIG 13A] et [FIG 13B] représentent divers véhicules ou engins, automobile, avion, bateau, locomotive, munis d'un dispositif de stockage d'énergie selon l'invention ; [FIG 14] représente une autre application d'un dispositif ou d'un procédé selon l'invention.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
La figure IA représente un 1er exemple de réalisation d'un système 10 selon l'invention ou qui peut être mis en œuvre dans le cas d'un procédé selon l'invention.
Une lère enveloppe ou enceinte 11 contient un ou plusieurs éléments de stockage d'énergie, par exemple un ou plusieurs pack batterie. Elle est munie d'un 1er élément, par exemple une membrane respirante, ou un filtre ou un feutre ou une mousse ou une vanne de respiration 12 (dans la suite de cette description, on prend l'exemple d'une vanne, mais l'invention s'applique aussi au cas d'un 1er élément de respiration d'un autre quelconque des types énoncés ci-dessus), qui permet à l'air ou l'atmosphère de circuler entre le volume 140 extérieur à l'enveloppe 11 et le volume intérieur 130 de l'enveloppe 11. La référence 7 désigne des moyens de stockage d'énergie, par exemple sous forme électrochimique, contenue dans l'enceinte 11 (dans la suite du texte, on utilise indifféremment l'expression « enveloppe » ou « enceinte »).
Une 2ème enveloppe ou enceinte 13 est, dans cet exemple, physiquement séparée de la lère enceinte 11, à laquelle elle est reliée par un élément ou des moyens 14 tel(s) qu'un conduit ou un tube ou un canal 14, par exemple souple ou flexible ; dans ce cas, les 2 enceintes peuvent être situées à distance l'un de l'autre. Un gaz ou une atmosphère peut circuler entre ces 2 enceintes par cet élément 14.
La lère enceinte 11 est munie d'un élément, par exemple une vanne d'échappement ou de décharge ou d'évacuation 15, qui permet à l'air ou l'atmosphère de s'échapper de cette lère enceinte 11 vers la 2ème enceinte 13. Dans la suite de cette description, on prend l'exemple d'une vanne, mais l'invention s'applique aussi au cas d'un 2eme élément d'évacuation d'un autre type (par exemple un clapet ou un opercule, par exemple qui se dégrade ou se perfore, sous l'action de l'atmosphère contenue dans la lère enveloppe). En cas de surpression et/ou d'échauffement dans cette lère enceinte, les gaz en surpression et/ou en surchauffe s'échappent par cette vanne 15. Une surpression et/ou un échauffement dans cette lère enceinte peut être notamment dû à une surpression et/ou un échauffement, par exemple du fait d'un emballement thermique de la ou des batterie(s). Comme illustré en figure IA, la lère enceinte peut être contenue dans une 3ème enveloppe ou enceinte 16, par exemple du type dans laquelle des gaz en surpression et/ou en échauffement dans la lère enceinte ne peuvent être évacués : c'est notamment le cas si cette enceinte 16 contient, ou est destinée à contenir, des passagers, et/ou du matériel et/ou des produits et/ou des marchandises qui ne peuvent pas être en contact avec lesdits gaz en surpression et/ou en échauffement dans la lère enveloppe. Par contre, un équilibrage de pression et/ou de température (c'est la fonction de respiration) peut être réalisé avec l'atmosphère contenue dans cette enceinte 16. Cette dernière est par exemple un habitacle de véhicule, ou l'intérieur d'un wagon de train, ou d'une cabine d'avion ou d'une soute, ou l'intérieur d'un sous-marin ou encore l'intérieur d'une station spatiale.
Dans ce cas de la lère enceinte contenue dans une 3ème enceinte 16, le conduit 14 traverse une paroi 17 de cette 3ème enveloppe 16 pour conduire les gaz vers la 2ème enveloppe, d'où ils sont évacués par la vanne d'évacuation 15, dès lors qu'ils ont une pression et/ou une température qui dépasse un certain seuil.
La figure IB représente un 2ème exemple de réalisation d'un système 20 selon l'invention. Les références désignent des éléments identiques à la figures IA. En fait, cette figure est identique à celle de la figure IA, mais le gaz contenu dans la lère enceinte est évacué vers l'atmosphère extérieure et n'est pas stocké dans une enceinte. L'enceinte 16 peut être considérée comme la 2ème enceinte : l'enceinte 11 échange du gaz avec le volume 140 (respiration), mais au moins une partie de son gaz peut être évacuée par les moyens 14, 15. Dans chacune des figures IA et IB la vanne 15 peut être disposée en divers endroits des moyens 14, par exemple à l'entrée, ou à l'intérieur ou en sortie de ces moyens 14.
Dans chacune des figures IA et IB est également représentée une variante dans laquelle la vanne 12 est munie de moyens d'actionnement comportant par exemple un organe 292 qui, en coopération avec un actionneur 290, par exemple un moteur électrique, permet, par l'intermédiaire d'un organe 291 de transmission, d'actionner la vanne (ou un organe de celle- ci), en ouverture ou en fermeture ou dans un sens ou dans l'autre, par exemple le long d'un axe AA'. L'organe 292 comporte par exemple une tige ou une barre dont une partie est garnie de crans ou de dents, formant ainsi une crémaillère, laquelle peut être entraînée en mouvement par l'organe 291, qui comporte par exemple une roue dentée. D'autres exemples de moyens d'entraînement peuvent être mis en œuvre, par exemple des moyens d'entraînement électromagnétique, comme décrit plus loin. En variante, ou en plus, la ou les vanne(s) 15 peut elle-même être munie d'un tel système ou d'une de ses variantes. Les différentes vannes décrites dans le cadre des différents exemples ci-dessous, peuvent également être munies d'un tel système d'actionnement en ouverture/fermeture.
La figure 2 représente un 3ème exemple de réalisation d'un système 20 selon l'invention ou qui peut être mis en œuvre dans le cas d'un procédé selon l'invention.
Bien que la 2ème enveloppe ou enceinte 13 soit, là encore, physiquement séparée de la lère enveloppe ou enceinte 11, elles ont toutes deux en commun une paroi 21, laquelle peut être munie d'un élément d'évacuation 15, par exemple une vanne, par laquelle les gaz peuvent être évacués de la lère enveloppe 11 vers la 2ème enveloppe 13. La paroi 21 peut être étanche entre la lère enveloppe ou enceinte 11 et la 2ème enveloppe ; elle peut être prévue pour avoir une capacité structurelle accrue, par exemple pour qu'un équilibrage de pression ne soit pas nécessaire au travers de cette paroi ; en variante, cette paroi peut être poreuse. En variante (non représentée), un élément 14 tel qu'un conduit ou un tube ou un canal, par exemple souple ou flexible, peut traverser la paroi 21 et amener le gaz évacué dans la 2ème enveloppe 13, l'élément d'évacuation 15 peut être disposé en divers endroits des moyens 14, par exemple à l'entrée, ou à l'intérieur ou en sortie de ces moyens 14.
La figure 3 représente un 4ème exemple de réalisation d'un système 30 selon l'invention ou qui peut être mis en œuvre dans le cas d'un procédé selon l'invention.
La lère enveloppe 11 est entièrement contenue dans une 2ème enveloppe 13. Mais la lère enveloppe 11 est munie d'une ou plusieurs vanne(s) d'évacuation 15 et d'au moins une vanne 12 de respiration ; la/les vanne(s) de respiration est/sont :
- par exemple situées sur le haut ou sur un côté de l'enveloppe 11 de batterie ;
- et/ou sur une paroi identique à la/aux vanne(s) d'évacuation 15, ou sur une paroi différente. La/les vanne(s) d'évacuation 15 sont normalement fermées et une respiration est effectuée par les vannes 12, par exemple avec le volume 140 extérieur à l'enveloppe 13. En cas de surpression et/ou d'échauffement dans la lère enveloppe, la ou les vanne(s) d'évacuation 15 est/sont ouverte(s) (et une évacuation a lieu vers le volume 140), au moins une vanne 12 pouvant être soit ouverte suite à destruction d'une membrane, soit par exemple être fermée, par exemple par des moyens mécaniques tels qu'un piston.
La figure 4 représente un 5ème exemple de réalisation d'un système 40 selon l'invention ou qui peut être mis en œuvre dans le cas d'un procédé selon l'invention.
Il comporte une pluralité de modules ou sections, chacun formant une lère enceinte 11 laquelle est munie d'au moins une vanne de respiration 12 (pour respiration avec le volume extérieur 140) et est séparée de chaque module voisin par une paroi étanche lli d'une 2ème enceinte 13. Cette 2ème enceinte est munie d'au moins une vanne(s) d'évacuation 15 pour chaque lère enveloppe. Cette architecture peut être modulée à souhait, en ajoutant ou en retirant des modules, permettant ainsi de concevoir une batterie modulaire, chaque module étant muni d'une vanne de respiration 12, une vanne d'échappement 15 correspondante étant prévue dans la 2ème enceinte 13.
Dans le cas d'un emballement thermique ou, plus généralement, d'un dépassement de seuil pour la pression et/ou la température ou pour un autre des paramètres mentionnés dans la présente demande (paramètre thermodynamique et/ou valeur de tension), l'élément de respiration 12 pourra être ouvert ou fermé, tandis que l'élément d'évacuation 15 sera ouvert, une évacuation ayant lieu vers l'atmosphère extérieure 140.
On décrit ci-dessous des exemples de vannes ou clapets de respiration et de vannes ou clapets d'échappement qui peuvent être mis en œuvre dans le cadre de la présente invention.
Une vanne ou clapet de respiration 12a comporte par exemple (figure 5) un corps 72, par exemple sensiblement cylindrique (mais d'autre formes sont possibles) dans lequel est positionné un support 74 de membrane 75, lequel vient par exemple s'appuyer contre une lèvre 73. Ce support 74 est principalement plan, muni de zones ajourées qui vont permettre la circulation d'une atmosphère entre le volume intérieur 130 et le volume extérieur 140 de la vanne, et donc de l'enceinte 13, qui est de préférence scellée (en variante, ce pourrait être l'enceinte 11 ou 16) et sur laquelle la vanne est montée. Une membrane poreuse 75 peut être soudée sur ce support, par exemple par une technique par ultrasons. La membrane est par exemple une membrane e-PTFE ou une mousse à pores ouverts. Elle permet, durant les phases de fonctionnement normal, d'équilibrer les pressions entre l'intérieur 130 et l'extérieur 140 de l'enceinte.
Une vanne ou clapet d'évacuation ou d'échappement permet un échappement du gaz ou de l'atmosphère contenu(e) dans le volume qui est muni de cette vanne lorsque, par exemple, une température et/ou une pression interne à ce volume et/ou, plus généralement, un paramètre thermodynamique de l'atmosphère intérieure au volume, dépasse une certaine valeur de seuil, laquelle peut être fixée par la raideur d'un ressort.
Un exemple d'une telle vanne 15a assurant cette fonction est décrit ci-dessous en lien avec les figures 6A et 6B.
Elle comporte un corps fixe 81 mis en place dans un orifice dédié d'une enceinte 13 qui est de préférence scellée (en variante, ce pourrait être l'enceinte 11 ou 16).
Dans cet exemple, ce corps a une symétrie de révolution autour d'un axe AA'. Mais d'autres formes peuvent être réalisées, on peut par exemple avoir une vanne de forme rectangulaire ou carrée. Il présente un orifice 82 dans lequel est positionné un support 84 ajouré (pour laisser passer le fluide lors d'une ouverture de la vanne) qui peut comporter, ou être prolongé, par une partie cylindrique centrale 86, qui s'étend en direction de l'intérieur de l'enveloppe et à l'intérieur de laquelle un arbre 81 (ou une tige ou une barre) d'un piston 88, formant clapet, va pouvoir coulisser. A l'extrémité de cet arbre opposée au piston 88 se trouve une plaque d'appui 85 qui repose sur une lèvre 87. Dans la forme représentée, le piston ou le clapet est de forme circulaire, adaptée à celle de la vanne représentée.
Cependant, si cette dernière a une autre forme, par exemple la forme rectangulaire ou carrée telle que déjà évoquée ci-dessus, alors le piston ou le clapet a une forme correspondante. Un ressort 83 en compression entre la surface intérieure du support 84 et la plaque 85 maintient ce piston 88 en position normalement fermée, interdisant la circulation d'une atmosphère entre le volume intérieur 130 et le volume extérieur 140 de l'enveloppe, dans un sens ou dans un autre. De préférence, un ou des joints (non représentés) permettent d'assurer un déplacement étanche de l'arbre 81 dans la partie cylindrique centrale 86. La partie cylindrique centrale 86 a une longueur inférieure à la distance entre la surface intérieure du support 84 et la surface supérieure de la plaque 85, formant ainsi une butée à la course de la plaque 85 lorsque la pression intérieure dépasse un seuil déterminé par les caractéristiques du ressort.
Lorsque la pression du volume intérieur 130 dépasse une valeur limite, qui permet de repousser le ressort 83, le piston 88 est déplacé dans sa position d'ouverture (figure 6B). Selon une réalisation préférée, le piston ainsi que son arbre 86 ont une symétrie de révolution autour de Taxe AA'. Mais, comme déjà expliqué ci-dessus, d'autres formes de la vanne et du piston peuvent être réalisées. Le piston se déplace en translation le long de cet axe AA', dans cet exemple sous l'action du ressort 212 et/ou d'une pression ou d'une différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur de l'enceinte 13. Si la vanne et le piston ou clapet a une forme différente de la forme circulaire, le piston ou le clapet pourra néanmoins se déplacer en translation le long d'un axe AA', de préférence sensiblement perpendiculaire à la paroi 13 dans laquelle la vanne peut être installée.
Lorsque la différence de pression entre l'intérieur 130 et l'extérieur 140 de la vanne ou de l'enceinte, ou bien la pression à l'intérieur de l'enceinte ou de la vanne, ne dépasse pas une valeur permettant de comprimer le ressort 83, alors le piston reste en butée contre la pièce 84 et la plaque 85 contre la lèvre 87 et l'atmosphère ne peut alors s'échapper de l'enceinte. Lorsque la différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur de la vanne ou de l'enceinte dépasse la valeur limite, par exemple 50 mbar ou 70 mbar, ou plus généralement une pression limite par exemple comprise entre 40 mbar ou 50 mbar et 100 mbar, qui permet de comprimer le ressort 83, ou bien lorsque la pression de l'atmosphère intérieure 130 de l'enceinte ou de la vanne dépasse une valeur qui permet de comprimer le ressort 83, alors le piston est alors déplacé vers une position d'ouverture (figure 6B), autorisant ainsi la circulation de l'atmosphère entre l'intérieur et l'extérieur de la vanne ou de l'enceinte. Une telle situation de surpression peut se produire par exemple dans le cas de relargage de gaz ou d'un emballement thermique (par exemple dû à une augmentation de température rapide et/ou à un volume additionnel de gaz de combustion entraînant la surpression). Les gaz en surpression, par exemple issus d'une combustion de cellules, peuvent alors s'échapper. Une vanne ou clapet d'évacuation et de respiration permet d'assurer les 2 fonctions : en fonctionnement « normal », la fonction de respiration est assurée ; mais, dès lors que, par exemple la température et/ou la pression dépasse un certain seuil à l'intérieur de l'enceinte munie de ladite vanne, alors la fonction d'évacuation est mise en œuvre et l'atmosphère surchauffée et/ou à pression excessive peut être évacuée.
Un exemple d'une telle vanne 15b assurant ces 2 fonctions est décrit ci-dessous en lien avec les figures 7A et 7B.
La figure 7A montre une vanne 15b pour une enceinte 13 qui est de préférence scellée (en variante, ce pourrait être l'enceinte 11 ou 16). La vanne comprend un premier passage 120 et un deuxième passage 130 pour un fluide entrant ou sortant de l'enceinte Le premier passage de la vanne comprend un organe, par exemple un piston, de fermeture 152. Le deuxième passage comprend une membrane 160. La membrane est perméable au fluide susmentionné. La vanne est ainsi adaptée pour être positionnée dans une ouverture d'évacuation ou dans un conduit d'évacuation d'une enceinte telle que l'enceinte 11, 13, ou 16, par exemple apte à recevoir un bloc-batterie. Une telle ouverture d'évacuation ou conduit d'évacuation procurent de manière générale un chemin de passage pour un fluide passant entre un intérieur 130 et un extérieur 140 de l'enceinte. De manière générale l'enceinte peut être scellée en dehors de ladite ouverture : ladite ouverture est alors le seul chemin d'échange pour un fluide entre l'intérieur et l'extérieur de l'enceinte.
Une fois la vanne positionnée dans l'ouverture d'évacuation, le premier passage 120 et le deuxième passage 130 présentent un chemin pour le fluide entrant ou sortant de l'enceinte. Le fluide peut ainsi entrer ou sortir de l'enceinte par le premier ou par le deuxième passage de la vanne. La figure 7A montre le fluide passant par le premier passage 160 et le fluide passant par le deuxième passage 150.
Avantageusement, la membrane 160 empêche uniquement des particules, par exemple de la poussière, d'entrer depuis l'extérieur 140 dans l'intérieur 130 de l'enceinte, ce qui pourrait nuire au contenu de la dite enceinte, par exemple endommager une batterie. De préférence la membrane dispose d'une perméabilité à l'air sous une différence de pression de Ap 70 mbar comprise entre 1 et 500 L.h^.cnr2. Autrement dit, la membrane peut disposer d'une perméabilité à l'air sous une différence de pression : Pour une différence de pression de Ap 70 mbar, la membrane laisse passer entre 1 et 500 litres (L) d'air par heure (h) et par cm2 de surface de la membrane. Autrement dit, une membrane d'une surface ou taille d'un cm2 laisse passer entre 1 et 500 litres d'air à travers de la membrane dans le cas où une pression de 70 mbar est appliquée à travers de la membrane. Par exemple, ladite perméabilité peut être déterminée selon une des méthodes définies par les normes ISO 5636-3, ISO 5636-4 ou ISO 5636-5.
Le premier passage comprend un organe 152, par exemple un piston, de fermeture. Cet organe peut bouger entre une position d'ouverture et une position de fermeture. Dans la position d'ouverture il ouvre le premier passage, et le fluide peut passer par le premier passage et par le deuxième passage entre l'intérieur et l'extérieur de l'enceinte. La figure 7A montre cet organe dans sa position d'ouverture et le fluide passant par le premier passage 160 ouvert par cet organe, ici un piston.
La figure 7B montre la même vanne déjà montré dans la figure 7A, mais l'organe 152 étant en position de fermeture. Le fluide peut toujours passer par le deuxième passage, à travers de la membrane perméable. Le premier passage est fermé par l'organe 152, qui arrête le fluide. Avantageusement, le premier passage peut comprendre un filtre 100. Le filtre peut être un maillage métallique et présenter une résistance techniquement négligeable au passage du fluide. Le filtre empêche des particules d'entrer ou de sortir de l'enceinte quand le piston se trouve dans la position d'ouverture.
Les figures 7A et 7B montrent un élément élastique 170, configuré pour exercer une pression sur l'organe, ici un piston, pour fermer le premier passage. De préférence, l'élément élastique est un ressort. Comme montré dans la figure 7B, le ressort exerce une pression sur le piston pour l'appuyer avec un joint du piston contre un rebord. Ainsi le piston est tenu dans la position de fermeture par la force de pression exercée par le ressort.
L'organe de fermeture peut être configuré pour ouvrir le premier passage sous l'influence d'une pression présente dans le premier passage. Par exemple, la pression présente dans le premier passage peut augmenter à cause d'un développement de chaleur dans l'enceinte. Par exemple, quand la force exercée par la pression dans le premier passage dépasse la force exercée par l'élément élastique sur l'organe 152, celui-ci bouge dans la position d'ouverture. Ainsi, il est configuré pour ouvrir le premier passage quand la première pression présente dans le premier passage dépasse un premier seuil de pression.
La membrane peut être configurée pour se rompre quand une deuxième pression présente dans le deuxième passage dépasse un deuxième seuil de pression. Dans ce cas, le premier seuil de pression est choisi inférieur au deuxième seuil de pression.
Autrement dit, la membrane peut être configurée pour se rompre quand une force exercée sur la membrane par la pression présente dans le deuxième passage dépasse un seuil. Par exemple une épaisseur ou un matériau de la membrane peut être choisi pour présenter une stabilité configurée de se rompre quand ladite force dépasse ledit seuil.
De manière générale, quand la vanne est positionnée dans une ouverture d'évacuation d'une enceinte de batterie, la première pression présente dans le premier passage est égale à la deuxième pression présente dans le deuxième passage car lesdites deux passages communiquent tous les deux avec l'intérieur de l'enceinte. Ainsi, la pression présente dans le premier et le deuxième passage correspondent à la pression dans l'intérieur de l'enceinte. Le choix présenté ci-dessus selon lequel le premier seuil de pression est choisi inférieur au deuxième seuil de pression assure que le piston de fermeture ouvre le premier passage avant que la membrane risque de se rompre.
Les figures 7A et 7B montrent également un capteur 180 configuré pour indiquer un état d'ouverture de l'organe 152. Le capteur peut par exemple être placé sur une tige, par exemple du piston, et fournir un signal électrique ou optique indiquant une position d'ouverture ou de fermeture du piston. Le capteur 180 peut également être situé sur le cylindre du piston ou sur le piston.
La vanne peut également comprendre un actionneur 190 configuré pour déplacer le piston pour ouvrir ou fermer le premier passage. L'actionneur peut par exemple être un moteur électrique, un actionneur piézo-électrique ou un aimant électrique agissant sur le piston. Ainsi, l'actionneur peut actionner le piston entre la position d'ouverture et la position de fermeture. L'actionneur peut être configuré pour forcer le piston dans une position de fermeture et/ou forcer le piston dans une position d'ouverture et/ou exercer aucune force sur le piston. Dans le cas où l'actionneur n'exerce aucune force sur le piston la position d'ouverture ou de fermeture est déterminée uniquement par les forces exercées par l'élément élastique et la pression présente dans le premier passage.
Un échauffement dans l'enceinte munie d'un tel organe à double fonction, par exemple l'enceinte 13, 11, ou 16, par exemple un emballement thermique d'une ou de plusieurs cellules de bloc-batterie, peut causer une forte augmentation de chaleur et de pression au sein de l'enceinte. Quand cette pression dépasse une première valeur, la pression exercée sur le piston de fermeture de la vanne actionne le piston dans la position d'ouverture. Le fluide peut ainsi être évacué de l'intérieur de l'enceinte par le premier passage de la vanne.
Avantageusement, le filtre 100 de la vanne empêche des particules de la batterie de s'échapper de l'enceinte.
Avantageusement, la membrane de la vanne est configurée pour se rompre sous l'influence d'une deuxième valeur de pression présente dans l'enceinte. La première valeur de pression est inférieure à la deuxième valeur de pression.
En dehors de la situation d'un emballement thermique ou un autre événement provoquant une pression de la première valeur de pression au sein de l'enceinte, le piston de la vanne reste dans sa position de fermeture, s'il n'est pas bougé par l'actionneur, tel que décrit par la suite. Pendant que le piston reste dans sa position de fermeture un échange de fluide peut avoir lieu à travers du deuxième passage et la membrane perméable. Ainsi, une augmentation ou diminution de pression à l'intérieur de l'enceinte qui reste en dessous de ladite première valeur de pression est équilibré à cause du fluide passant à travers du deuxième passage et la membrane perméable. Par exemple, une augmentation de pression à l'intérieur de l'enceinte causée par une exposition au soleil est équilibrée par un échange de fluide à travers du deuxième passage. Avantageusement la membrane empêche des particules, comme de la poussière, d'entrer dans l'enceinte.
De préférence, la vanne est pourvue de l'actionneur configuré pour déplacer ou bouger le piston de fermeture. Ainsi, le piston peut par exemple être positionné dans une position d'ouverture quand une forte augmentation de pression à l'intérieur de l'enceinte est prévisible. Par exemple, lors d'un transport aérien d'une batterie, la pression à l'intérieur de l'enceinte peut augmenter fortement à cause d'une baisse de la pression à l'extérieur 140 de l'enceinte, ce qui risque d'endommager la batterie. En prévision du transport aérien, l'actionneur peut être commandé pour bouger le piston dans une position d'ouverture. Avantageusement, le bloc-batterie comprend un système de gestion de batterie qui est connecté à l'actionneur 190 pour ouvrir ou fermer le premier passage. La gestion de la pression et du fonctionnement de la batterie peut ainsi être contrôlé de manière efficace par le système de gestion. Des moyens de contrôle ou de commande de cette vanne peuvent être ceux décrits ci-dessous en lien avec les figures 11A et 11B (référence 290), la vanne étant éventuellement munie d'un ou plusieurs capteurs 293, 2193', 295, 295' (voir description ci- dessous).
La réalisation décrite en lien avec les figures 7A et 7B peut être transformée en vanne d'évacuation simple (du type des figures 6A ou 6B) en supprimant le canal 130.
Une vanne ou clapet d'évacuation normalement ouverte, mais pouvant être fermé en cas de surpression et/ou d'échauffement est décrite assurant ces 2 fonctions est décrite ci-dessous en lien avec les figures 8 - 11D.
Les figures 8 et 9 représentent un exemple de réalisation d'une telle vanne 12b. Elle comporte un corps fixe 201 mis en place dans un orifice dédié d'une enceinte 13 qui est de préférence scellée (ici, comme sur les autres figures, en variante, ce pourrait être l'enceinte 11 ou 16). Dans cet exemple, ce corps a une symétrie de révolution autour d'un axe AA'. Mais d'autres formes peuvent être réalisées, on peut par exemple avoir une vanne de forme rectangulaire ou carrée. Il présente un orifice 202 dans lequel est positionné un support de membrane 204, laquelle vient s'appuyer contre une lèvre 203. Ce support est principalement plan, muni de zones ajourées qui vont permettre la circulation d'une atmosphère entre le volume intérieur 130 et le volume extérieur 140 de la vanne, et donc de l'enceinte 13. Une membrane poreuse 205 (figure 9) peut être soudée sur ce support, par exemple par une technique par ultrasons. La membrane est par exemple une membrane e-PTFE ou une mousse à pores ouverts. Elle permet, durant les phases de fonctionnement normal, d'équilibrer les pressions entre l'intérieur du volume et le milieu ambiant.
Le support 204 peut comporter ou être prolongé par une partie cylindrique centrale 206, qui s'étend en direction de l'intérieur de l'enveloppe et à l'intérieur de laquelle un arbre 210 (ou une tige ou une barre) d'un piston 208, formant clapet, va pouvoir coulisser. Dans la forme représentée, le piston ou le clapet est de forme circulaire, adaptée à celle de la vanne représentée. Cependant, si cette dernière a une autre forme, par exemple la forme rectangulaire ou carrée telle que déjà évoquée ci-dessus, alors le piston ou le clapet a une forme correspondante. Un ressort 212 maintient ce piston 208 en position normalement ouverte, permettant la circulation d'une atmosphère entre le volume intérieur 130 et le volume extérieur 140 de l'enveloppe, dans un sens ou dans un autre (assurant ainsi une fonction de respiration). De préférence, un ou des joints 219 permettent d'assurer un déplacement étanche de l'arbre 210 dans la partie cylindrique centrale 206. Le volume 215, interne à la vanne, est soit à la pression intérieure soit à la pression extérieure en fonction de la position ouverte ou fermée du piston.
Une pièce 214 formant une butée limite la course du piston sous l'action du ressort. Dans la représentation des figures 8 et 9, cette pièce 214 est fixée au corps 201, par exemple du côté du volume intérieur 130 de l'enveloppe. Autrement dit, le ressort peut repousser le piston jusqu'à ce que celui-ci soit bloqué par la pièce 214, dans une position dans laquelle l'air ou l'atmosphère peut circuler entre le volume extérieur 140 et le volume intérieur 130 de l'enveloppe. Dans une variante, expliquée ci-dessous en lien avec les figures 10A et 10B, cette pièce formant butée peut être installée à l'extrémité de l'arbre 210. De préférence, le piston 208 est en contact direct avec le volume intérieur 130 et avec le volume extérieur 140 par l'extrémité de l'arbre 210. Ainsi, la différence de pression qui s'exerce sur le piston est bien la différence entre la pression à l'intérieur de l'enveloppe et la pression à l'extérieur de celle-ci. En variante, c'est lorsque la pression intérieure dépasse une valeur limite, qui permet de repousser le ressort 212, que le piston est déplacé dans sa position de fermeture.
Selon une réalisation préférée, le piston 208 ainsi que son arbre 210 ont une symétrie de révolution autour de l'axe AA'. Mais, comme déjà expliqué ci-dessus, d'autres formes peuvent être réalisés. Le piston se déplace en translation le long de cet axe AA', dans cet exemple sous l'action du ressort 212 et/ou d'une pression ou d'une différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur de l'enceinte 13. Si la vanne et le piston au clapet a une forme différente de la forme circulaire, le piston ou le clapet pourra néanmoins se déplacer en translation le long d'un axe AA', de préférence sensiblement perpendiculaire à la paroi 13 dans laquelle la vanne peut être installée.
Selon un premier mode de fonctionnement, la différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur de la vanne ou de l'enceinte, ou bien la pression à l'intérieur de l'enceinte ou de la vanne, ne dépasse pas une valeur permettant de comprimer le ressort 212 : le piston reste en butée contre la pièce 214 et l'atmosphère peut alors circuler entre l'intérieur et l'extérieur de l'enceinte, via la membrane, le support de membrane et l'espace ménagé entre le piston 208 et le corps 201 (cet espace est visible en figure 9). Par exemple, l'air circule avec un débit d'air compris entre 0,5 et 100 l/min/cm2 sous une différence de pression de quelques dizaines de mbar, par exemple comprise entre 20 mbar et 40 mbar.
Selon un deuxième mode de fonctionnement, la différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur de la vanne ou de l'enveloppe dépasse la valeur limite, par exemple 50 mbar ou 70 mbar, ou plus généralement une pression limite par exemple comprise entre 40 mbar ou 50 mbar et 100 mbar, qui permet de comprimer le ressort 212, ou bien la pression de l'atmosphère intérieure de l'enveloppe ou de la vanne dépasse une valeur qui permet elle aussi de comprimer le ressort 212. Le piston est alors plaqué contre un bord intérieur, ou une lèvre, 216 du corps 201, arrêtant ainsi la circulation de l'atmosphère entre l'extérieur et l'intérieur de la vanne ou de l'enveloppe. Ainsi, la membrane est protégée contre la surpression interne à la vanne ou à l'enceinte. Une telle situation de surpression peut se produire par exemple dans le cas de relargage de gaz ou d'un emballement thermique (par exemple dû à une augmentation de température rapide et à un volume additionnel de gaz de combustion entraînant la surpression). Les gaz en surpression, par exemple issus d'une combustion de cellules, peuvent éventuellement s'échapper par d'autres orifices ou clapets de surpression dédiés.
Les figures 10A et 10B représentent une variante d'une telle vanne. Sur ces figures, des références numériques identiques à celles des figures 8 et 9 y désignent des éléments identiques ou correspondants. La différence par rapport aux figures précédentes réside dans la pièce 224 qui forme butée pour limiter la course du piston : cette pièce est ici située à l'extrémité de l'arbre 210 et vient s'appliquer contre la membrane lorsque la pression extérieure est supérieure à la pression intérieure à l'enveloppe (figure 10B) ; l'air ou l l'atmosphère peut alors circuler entre l'extérieur et l'intérieur de l'enveloppe. Lorsque la pression à l'intérieur de l'enveloppe, ou la différence de pression entre cette pression intérieure et la pression extérieure, est telle que le piston comprime le ressort 212, le piston20 8 vient en appui contre la paroi du corps 201, fermant ainsi toute possibilité d'échange d'air ou d'atmosphère entre le volume extérieur 140 et le volume intérieur 130 de l'enveloppe (figure 10A).
Les figures 11A et 11B représentent des variantes d'une telle vanne. La vanne est munie d'un organe 292 qui, en coopération avec un actionneur 290, par exemple un moteur électrique, permet, par l'intermédiaire d'un organe 291 de transmission, d'entraîner le piston 208 dans un sens ou dans l'autre le long de l'axe AA'. Ainsi, le piston peut être entraîné dans sa position de fermeture ou, au contraire, dans sa position d'ouverture. L'organe 292 est mécaniquement lié au clapet ; par exemple, il pénètre dans l'arbre ou la tige 210. Cet organe comporte par exemple une tige ou une barre dont une partie est garnie de crans ou de dents, formant ainsi une crémaillère, laquelle peut être entraînée en mouvement par l'organe 291, qui comporte par exemple une roue dentée.
L'actionneur 290 peut commander l'organe 291 sous l'action d'une information relative d'une part à la pression Pe, et/ou la température Te, extérieure à la vanne (ou extérieure à l'enveloppe 30 qui est munie de cette vanne), et d'une information relative à la pression Pi, et/ou la température Ti, intérieure à la vanne (ou intérieure à l'enceinte 13 qui est munie de cette vanne).
Par exemple, si les moyens 290, 291 d'entraînement de l'organe 292 sont situés à l'extérieur de la vanne (cas de la figure 11A), l'actionneur 290 reçoit une information relative à la pression, et/ou la température, intérieure à partir d'un capteur de pression 293 (et/ou un capteur 293' de température), qui peut être disposé à l'intérieur de la vanne ou de l'enveloppe, la pression et/ou la température extérieure étant mesurée directement à l'aide d'un capteur qui peut par exemple être compris dans l'actionneur 290. Si les moyens 290, 291 d'entraînement de l'organe 292 sont situés à l'extérieur de la vanne (cas de la figure 10B), l'actionneur 290 reçoit une information relative à la pression et/ou la température extérieure à partir d'un capteur de pression 295 (et/ou un capteur 295' de température), qui peut être disposé à l'extérieur de la vanne de l'enveloppe, la pression et/ou la température intérieure étant mesurée directement à l'aide d'un capteur qui peut par exemple être compris dans l'actionneur 290.
La figure 11C représente une autre variante d'une telle vanne. L'organe actionnement 290 comporte ici une ou des bobines 297 qui interagissent avec une extrémité de l'arbre ou de la tige 210 du piston. Cet arbre ou cette tige comporte une partie (arbre ou tige) 210' qui se prolonge au-delà du support de membrane 214 et de la membrane et qui est au moins en partie aimantée. Ainsi, en fonction de l'activation de la ou des bobines 297 par un courant électrique, le champ magnétique produit par cel le(s)-ci va interagir avec l'extrémité 210' de l'axe 210 pour déplacer celui-ci selon l'axe AA', dans un sens ou dans un autre en vue d'ouvrir ou de fermer la vanne de respiration.
Comme décrit précédemment, l'actionneur 290 peut recevoir une information relative à la pression et/ou la température intérieure à partir d'un capteur de pression 293 (et/ou d'un capteur de température), qui peut être disposé à l'intérieur de la vanne ou de l'enveloppe, la pression et/ou la température extérieure étant mesurée directement à l'aide d'un capteur qui peut par exemple être compris dans l'actionneur 90.
En variante, représentée en figure 11D, le même type d'entraînement, par des moyens magnétiques, peut être mis en oeuvre du côté intérieur de la vanne, avec éventuellement le(s) capteur(s) de pression et/ou de température disposé(s) de manière correspondante, par exemple de la manière expliquée ci-dessus en lien avec la figure 11B. Dans cette variante, l'actionneur comporte au moins une ou plusieurs bobine(s) 297 (formant stator) et au moins une partie aimantée (fixée au clapet, par exemple sur la partie 210' de l'axe du piston) qui permettent la fermeture ou l'ouverture et même une certaine ouverture proportionnelle du système.
Dans ces divers modes de réalisation avec actionneur (mais également dans le cas des figures 1A-4, 6A-6B ou 7A-7B) :
- l'actionneur 290 peut comporter, ou être relié à, un circuit, par exemple un circuit électrique ou électronique, comportant par exemple au moins un comparateur, qui va comparer deux informations (par exemple soit deux informations mesurées, soit une information mesurée et un seuil prédéterminé) relatives aux pressions, et/ou aux températures, intérieure Pi et/ou Ti et extérieure Pe et/ou Ti, ou une information basée sur, ou calculée à partir de, l'un et/ou l'autre de ces paramètres, par exemple l'évolution temporelle de l'un et/ou l'autre de ces paramètres, et, en conséquence, déclencher, ou pas, l'actionnement de l'organe 292 (figures 11A, 11B) ou des moyens magnétiques 297 (figures 11C, 11D); en variante, l'actionneur ou le circuit peut être prévu ou programmé pour déclencher, ou pas, l'actionnement de l'organe 292, 210' en fonction d'une mesure d'une pression /de température à l'intérieur de la vanne ou de l'enveloppe qu'il comporte. Dans tous les cas, ce circuit peut être un circuit programmé et/ou adapté à cette opération ou fonction ;
- et/ou l'actionneur 290 peut permettre une ouverture intermédiaire entre la position complètement fermée du clapet et sa position complètement ouverte ;
- et/ou la vanne peut être pilotée grâce à un signal électrique envoyé dans l'actionneur, signal qui peut par exemple être issu d'un contrôleur ou d'un circuit externe ou situé dans la vanne, qui peut recevoir d'un ou plusieurs capteur(s) une information de pression et/ou de température intérieure et/ou extérieure et/ou une information de tension fournie par, ou aux bornes de, un dispositif de stockage d'énergie, et/ou une autre information entraînant la fermeture ou l'ouverture de la vanne ;
- et/ou la vanne n'a plus besoin d'être munie du ressort 212 ni de la butée ou pièce d'arrêt 214, 224, le mouvement du clapet étant contrôlé par les moyens 290 ; par exemple, le ressort 212 est représenté en figure 11C ou 11D, mais pourrait être supprimé.
Dans ces modes de réalisation, la vanne peut donc comporter un actionneur 290 configuré pour déplacer le clapet pour ouvrir ou fermer l'échange d'atmosphère via la vanne. L'actionneur peut par exemple être un moteur électrique, un actionneur piézo-électrique ou de type magnétique ou électromagnétique, par exemple un aimant électrique, agissant sur le clapet. Ainsi, l'actionneur peut déplacer le clapet entre la position d'ouverture et la position de fermeture. L'actionneur peut être configuré pour forcer le clapet dans une position de fermeture et/ou forcer le clapet dans une position d'ouverture et/ou n'exercer aucune force sur le clapet. Les 2 types de vanne ou clapet d'évacuation ou d'échappement (par exemple décrits en lien avec les figures 6A-6B et 7A-7B) peuvent être mis en œuvre dans les configurations des figures 1A-4. Mais, pour la configuration de la figure IA ou figure IB, on préfère mettre en œuvre une vanne ou clapet d'évacuation du type décrit en lien avec la figure 5 ; en figures IA et IB, il est également possible de mettre en place des clapets d'échappement simples et une vanne de respiration, mais il est également possible d'utiliser une vanne ou un clapet double fonction (comme expliqué ci-dessus en lien avec les figures 7A et 7B).
Les 2 types de vanne ou clapet d'évacuation ou d'échappement (par exemple décrits en lien avec les figures 5 et 8A-11D) peuvent être mis en œuvre dans les configurations des figures 1A-4.
Quelle que soit la vanne retenue, en respiration ou en évacuation, elle peut être associée, dans un dispositif ou un procédé selon l'invention, à un filtre. Celui-ci est de préférence disposé :
-pour une vanne de respiration 12 (figure 12A) : entre cette vanne et l'environnement extérieur, l'air ou le gaz introduit dans le volume intérieur 130 passant d'abord par le filtre 22, puis par la vanne 12; par exemple, un volume intermédiaire 19 peut être prévu entre la vanne de respiration 12 et le filtre 22 ;
-pour une vanne d'évacuation 15 (figure 12B) : entre cette vanne et l'environnement extérieur 140, l'air ou le gaz évacué, par exemple de l'air ou du gaz chaud, passant d'abord par la vanne 15, puis par le filtre 22 ; en effet, cet air ou ce gaz chaud peut contenir des particules résultant par exemple d'une dégradation d'une batterie du fait d'une surchauffe ; là encore, un volume intermédiaire 19 peut être prévu entre la vanne 15 et le filtre 22.
Un dispositif selon l'invention peut être utilisé avantageusement pour réaliser un compartiment de batterie dans le domaine du transport, par exemple dans une automobile ou un camion ou un avion, propulsé par un moteur thermique ou un moteur électrique ou un moteur hybride. Dans ce cas du transport, l'atmosphère extérieure à l'enceinte 11 et délimitée par le volume 16 (comme illustré en figure IA), peut être un habitacle du véhicule (comme illustré en figure 13A), par exemple occupé par des passagers et/ou des marchandises, tandis que l'enceinte 13 (zone non occupée par les passagers et/ou les marchandises) et la vanne d'évacuation 15 permettent d'évacuer des gaz en surpression et/ou en surchauffe l'extérieur du véhicule. Ainsi, aucun gaz en surpression et/ou en surchauffe, ne pourra s'échapper en direction de l'habitacle dans lequel se trouvent les passagers et/ou les marchandises. Les véhicules représentés en figures 13A - 13D, munis chacun d'un système selon la présente invention tel qu'illustré en figure IA (en variante, il pourrait s'agir d'un système tel que décrit ci-dessus en lien avec les figures IB, 2, 3, ou 4), peuvent être :
- du type pour transporter des personnes et/ou des marchandises ;
- et/ou de type autonome ;
- et/ou de type de véhicule automobile 300 (figure 13A) et/ou véhicules de chantier, par exemple de type excavatrice ou pelleteuse, ou de type aéronef (par exemple : avion 310, figure 13B), par exemple à vocation de transport extra planétaire, ou de type spatial, par exemple une station spatiale ou un satellite (auxquels cas l'environnement extérieur est le vide) ;
- ou, en variante, du type utilisé dans le domaine maritime, par exemple un bateau 320 (figure 13C) ou un navire ou une embarcation ou un sous-marin, ou du type utilisé dans le domaine ferroviaire, par exemple une locomotive 330 (figure 13D) ou un wagon, ou plus généralement du type utilisé en tant qu'engin de locomotion aérienne ou terrestre ou maritime.
Sur chacune des figures 13A-13D, le volume 140 est un habitacle, par exemple pour des passagers et/ou du personnel, avec lequel le volume 11 peut échanger un fluide par l'élément 12, mais d'autres exemples de volume 140 peuvent être trouvés (par exemple une soute ou une zone de confinement, par exemple encore pour transporter des bagages et/ou un matériau).
Un dispositif ou un procédé selon l'invention peut être également utilisé pour une application stationnaire, par exemple pour réaliser un système 400 de production et de stockage d'énergie, comme illustré schématiquement en figure 14, sur laquelle la référence 402 désigne un ensemble de panneaux solaires, et la référence 404 des moyens ou un circuit électrique de connexion entre cet ensemble et un dispositif 30 (ou 40) de stockage d'énergie selon l'invention (par exemple que décrit ci-dessus en lien avec les figures 3 ou 4). Dans cet exemple, l'enveloppe extérieure est ici l'enveloppe 13. Les panneaux solaires 402 convertisseur d'énergie solaire en énergie électrique, laquelle est stockée dans le dispositif 30, 40. En variante, non représentée sur les figures, il peut s'agir d'un ensemble de stockage d'énergie photovoltaïque, là encore pour une application stationnaire, par exemple dans un logement individuel. L'exemple de l'énergie solaire a été pris ci-dessus, mais d'autres moyens de production d'énergie (de type énergie dite « renouvelable » et/ou intermittente, par exemple d'origine éolienne, ou micro-hydraulique, ou énergie électrique résultant d'une transformation par un procédé industriel - par exemple un procédé de type co génération) peuvent être mis en œuvre, associés à un dispositif de stockage selon l'invention.
Dans le cas des vannes des figures 7A-7B ou 8-11D, si une surpression et/ou une surchauffe (cas d'un emballement thermique par exemple) se produit, alors un effort est appliqué sur le piston 152, 208 qui vient ouvrir (figures 7A-7B) la partie d'échappement ou refermer (figures 8-11D) la vanne de respiration, ce qui, dans les 2 cas, permet d'éviter un éclatement ou un endommagement de la membrane dédiée à la respiration ; ceci permet de protéger la partie dédiée à la respiration tout au long de la durée de vie de la batterie ou de l'élément de stockage d'énergie. Dans le cas d'un emballement thermique, la vanne de respiration, sous l'effet de la pression et/ou de la température interne ou de la différence de pression et/ou de température entre l'atmosphère interne et l'atmosphère externe, est ainsi protégée tant que la différence de pression et/ou de température appliquée est supérieure à une valeur limite, par exemple supérieure à 50 mbar.
Dans un dispositif ou un procédé selon l'invention, telle que décrit ci-dessus, au moins un ou plusieurs capteurs de température et/ou pression et/ou de tension aux bornes des moyens de stockage 7 peut/peuvent être mis en œuvre, en vue par exemple de permettre une régulation de l'un de ces paramètres dans l'un au moins des volumes 11, 13, 16. C'est le cas par exemple dans le cadre d'une régulation de l'atmosphère ou de gaz dans un volume 11 en fonction de pression et/ou de température ou de différences de pression et/ou de température. Mais une telle régulation peut également être réalisée en fonction d'un autre type de signal ou en fonction d'une action extérieure, par exemple d'un opérateur, qui souhaite contrôler ou tester, par exemple dans le cadre d'une opération de maintenance, le fonctionnement d'une vanne ou de plusieurs vannes d'un dispositif selon l'invention. Par exemple, une vanne d'échappement ou de respiration avec clapet de fermeture, peut être munie de moyens d'activation tels que les moyens 290 adaptés et/ou programmés pour fermer ou ouvrir la vanne ou le clapet en fonction d'un autre type de signal, par exemple une variation de pression et/ou de température, par exemple pendant un intervalle de temps prédéterminé (une telle variation étant comparée à une valeur limite, ou seuil, de variation de pression et/de température), ou d'une action extérieure déclenchée par un opérateur.
En variante, une vanne ou un clapet d'une vanne d'un dispositif selon l'invention peut être activée en ouverture ou en fermeture dans le cas de la détection d'une défaillance : une telle défaillance peut être mesurée par exemple dans le cas d'une température trop élevée d'une enceinte telle que par exemple l'enceinte 11 ou d'une cellule unitaire ou d'un ensemble de cellules de stockage électrochimique, par exemple un module ou une enceinte comme décrit ci-dessus.
La défaillance peut être par exemple une température anormale, par exemple 70°C ou plus et/ou une surtension et/ou, au contraire, une chute brutale de tension de cellule ou du dispositif de stockage d'énergie. Un ou des capteur(s) correspondant(s), par exemple de détection de la tension, peut/peuvent équiper le système, par exemple en plus d'un ou plusieurs capteur(s) de détection de température et/ou de pression déjà décrit(s) ci-dessus. Dans cette réalisation, comme dans les précédentes les informations fournies par le/les capteurs peuvent être transmises à une unité de commande, par exemple les moyens 290 tel que déjà décrits ci-dessus et/ou des moyens informatiques, par exemple un micro-ordinateur ou un processeur ou microprocesseur, auquel peuvent être reliés, par exemple, les moyens
290.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de stockage d'énergie sous forme électrochimique, par exemple une batterie, par exemple encore une batterie lithium - ion, comportant :
- au moins une lère enceinte (11) contenant un ou plusieurs éléments (7) de stockage d'énergie, par exemple un ou plusieurs pack batterie, cette lère enceinte comportant au moins un élément (12, 12a, 12b) de respiration ;
- au moins une 2ème enceinte (13), en communication fluidique avec la lère enceinte et ayant un volume intérieur au moins 2 fois supérieur à celui de la lère enceinte, au moins une des 2 enceintes comportant ou étant munie d'au moins un élément (15, 15a, 15b) d'évacuation, cette 2ème enceinte permettant de recevoir et de stocker un gaz qui s'échappe de la lère enceinte par l'intermédiaire dudit élément d'évacuation ou de respiration.
2. Dispositif selon la revendication 1, la 2ème enceinte étant en communication fluidique avec la lère enceinte par des moyens pour faire circuler un gaz ou une atmosphère de la lère enceinte vers la 2ème enceinte, ces moyens comportant par exemple au moins un conduit (14) ou un tuyau ou un tube ou un canal.
3. Dispositif selon la revendication 2, l'élément d'évacuation (15, 15a, 15b; 12, 12a, 12b) étant monté à l'entrée, ou dans, ou en sortie des moyens (14) pour faire circuler un fluide de la lère enceinte vers la 2ème enceinte.
4. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, la 2ème enceinte étant en communication fluidique avec la lère enceinte par l'élément (15, 15a, 15b ; 12, 12a, 12b) d'évacuation monté dans une paroi (21) commune à ces 2 enceintes.
5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, la 2ème enceinte (16) ayant un volume intérieur au moins 5 fois supérieur à celui de la lère enceinte.
6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, la lère enceinte étant contenue dans une 3ème enceinte (16).
7. Dispositif selon la revendication 6, la 3ème enceinte (16) ayant un volume intérieur au moins 5 fois supérieur à celui de la lère enceinte.
8. Dispositif selon la revendication 6 ou 7 , la 3ème enceinte étant en communication fluidique avec la lère enceinte par l'intermédiaire de l'élément de respiration.
9. Dispositif selon la revendication 1, comportant une pluralité d'éléments de stockage d'énergie, chaque élément formant une lère enceinte (11) et étant disposé dans un module séparé de chacun des modules voisins par une paroi, la 2ème enceinte (13) comportant un élément d'évacuation (15) pour chacun desdits modules.
10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, au moins un élément d'évacuation (15, 15b) étant ou comportant une vanne ou un clapet ou un opercule.
11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, au moins un élémentd'évacuation (15, 15b) étant également un élément de respiration.
12. Dispositif selon la revendication 11, ledit élément d'évacuation (15, 15b) et de respiration comprenant un premier (120) et un deuxième (130) passage, disposés en parallèle, pour un fluide entrant ou sortant de l'enceinte munie dudit élément,
-le premier passage comprenant un organe (150) mobile entre une position d'ouverture et une position de fermeture et :
-le deuxième passage comprenant une membrane (160) perméable au fluide.
13. Dispositif selon la revendication 12, dans lequel l'organe (150) de fermeture est configuré pour ouvrir le premier passage quand une première pression présente dans le premier passage dépasse un premier seuil, la membrane étant de préférence configurée pour rompre quand une deuxième pression présente dans le deuxième passage dépasse un deuxième seuil, le premier seuil étant inférieur au deuxième seuil.
14. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 13, au moins un élément de respiration (12, 12b) étant ou comportant une vanne ou une membrane respirante ou un feutre ou une mousse.
15. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 14, au moins un élément de respiration (12, 12b) comportant des moyens (208, 210) formant clapet d'ouverture et de fermeture dudit élément de respiration (12, 12b), ces moyens comportant par exemple un piston.
16. Dispositif selon la revendication 15, ledit élément de respiration (12, 12a, 12b) comportant des moyens formant clapet d'ouverture et de fermeture comportant en outre :
- un corps (201) ;
- un support (204) de membrane pour supporter une membrane permettant une circulation entre une atmosphère extérieure (140) et l'atmosphère intérieure (130) à l'élément de respiration ;
- des moyens d'activation (212, 214, 224, 290, 291, 292) pour activer les moyens (208, 210) formant clapet entre une première position, dite d'ouverture, de l'élément de respiration et une deuxième position, dite de fermeture, ces moyens d'activation autorisant, dans ladite première position, la circulation entre l'atmosphère intérieure et l'atmosphère extérieure à l'élément de respiration, et fermant, dans ladite deuxième position, ladite circulation.
17. Dispositif selon la revendication 16, les moyens d'activation :
-permettant, dans ladite première position, la circulation entre l'atmosphère intérieure et l'atmosphère extérieure à l'élément de respiration, lorsqu'au moins un paramètre thermodynamique de l'atmosphère intérieure ou la différence d'un paramètre thermodynamique entre l'atmosphère intérieure et l'atmosphère extérieure, ou une variation de ce paramètre thermodynamique, est inférieur(e) à une valeur limite, - et fermant, dans ladite deuxième position, ladite circulation, par exemple lorsque ledit paramètre thermodynamique, ou sa différence entre l'atmosphère intérieure et l'atmosphère extérieure, ou sa variation, est supérieur(e) à la valeur limite, ledit au moins un paramètre thermodynamique, ou sa différence entre l'atmosphère intérieure et l'atmosphère extérieure, ou sa variation, comportant par exemple au moins la pression et/ou la température, ou la différence de la pression et/ou de la température entre l'atmosphère intérieure et l'atmosphère extérieure et/ou une variation de pression et/ou de température de l'atmosphère intérieure et/ou de l'atmosphère extérieure.
18. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 17, au moins un élément de respiration (12, 12a, 12b) ou d'évacuation (15, 15a, 15b) étant muni d'au moins un filtre (22).
19. Dispositif selon la revendication 18, au moins un filtre (22) étant disposé :
- en aval dudit élément d'évacuation (15, 15a, 15b), dans le sens d'écoulement d'un fluide depuis l'intérieur (130) vers l'extérieur (140) d'une enceinte munie de cet élément d'évacuation (15, 15a, 15b);
- et/ou en amont dudit élément de respiration (12, 12a, 12b), dans le sens d'écoulement d'un fluide depuis l'extérieur (140) vers l'intérieur (130) d'une enceinte munie de cet élément de respiration (12, 12a, 12b).
20. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 19, au moins un élément d'évacuation comportant des moyens d'activation comportant un actionneur (290) et des moyens (291, 292, 297) de déplacement, par exemple des moyens mécaniques ou des moyens magnétiques (297) d'entraînement dudit élément d'évacuation, ou d'un organe d'ouverture ou de fermeture de cet élément.
21. Dispositif selon la revendication 20, comportant en outre au moins un capteur de pression et/ou de température (293, 295, 293', 295') et/ou de tension pour mesurer au moins une pression et/ou température intérieure et/ou extérieure à au moins un élément d'évacuation ou de respiration ou à une enceinte et/ou la tension d'un un ou plusieurs éléments de stockage d'énergie, et des moyens pour fournir à l'actionneur (290) l'information relative à ladite pression et/ou température et/ou tension.
22. Véhicule, comportant un habitacle et/ou une zone de stockage, un moteur, et au moins un dispositif de stockage d'énergie selon l'une des revendications 1 à 21, au moins un élément (15, 15a, 15b) d'évacuation permettant un échappement du gaz en dehors de l'habitacle et/ou de la zone de stockage.
23. Véhicule selon la revendication 22, ce véhicule étant :
- du type pour transporter des personnes et/ou des marchandises ;
- et/ou de type autonome ;
- et/ou de type de véhicule automobile et/ou véhicules de chantier, par exemple de type excavatrice ou pelleteuse, ou de type aéronef ou de type spatial, ou du type utilisé dans le domaine maritime, par exemple bateau ou navire ou embarcation ou sous-marin, du type utilisé dans le domaine ferroviaire, par exemple locomotive ou wagon.
24. Système (400) de production et de stockage d'énergie, comportant des moyens (402) de génération ou de transformation d'énergie, par exemple d'énergie photovoltaïque ou d'origine éolienne, ou micro-hydraulique, ou d'énergie électrique résultant d'une transformation par un procédé de type co génération, et un dispositif de stockage (30, 40) selon l'une des revendications 1 à 21 permettant de stocker l'énergie produite par lesdits moyens.
25. Procédé de fonctionnement d'un dispositif de stockage d'énergie sous forme électrochimique, comportant :
- au moins une lère enceinte (11) contenant un ou plusieurs éléments de stockage d'énergie, par exemple un ou plusieurs pack batterie ;
- au moins une 2ème enceinte (13), en communication fluidique avec la lère enceinte et ayant un volume intérieur au moins 2 fois supérieur à celui de la lère enceinte, procédé dans lequel : - au moins une partie d'un fluide contenu dans la lère enceinte est renouvelé par un élément (12, 12a, 12b), dit de respiration ;
- au moins une partie du fluide contenu respectivement dans la lère ou la 2ème enceinte est évacué, respectivement vers la 2ème enceinte ou vers l'extérieur de la 2ème enceinte, lors du dépassement d'un seuil pour la pression et/ou la température par un élément (15, 15a, 15b) d'évacuation.
26. Procédé selon la revendication 25, le fluide étant un gaz, par exemple de l'air, ou un mélange de vapeur et de gaz de combustion, ou un liquide, par exemple un électrolyte, mélangé avec un gaz.
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US8557416B2 (en) * 2009-04-22 2013-10-15 Tesla Motors, Inc. Battery pack directed venting system
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