FR3116240A1 - Systeme de batterie comprenant un ecran de protection - Google Patents

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Abstract

Système de batterie comprenant : - une batterie (1), comprenant une enceinte hermétique (2) contenant un module ou une cellule de batterie, et comprenant un dispositif de limitation de pression (3) d’un gaz régnant dans cette enceinte hermétique (2), - et un écran de protection (4) de la batterie (1), cet écran (4) étant fixe par rapport à la batterie (1) et protégeant une face de la batterie (1) contre des intrusions de corps étrangers, le dispositif de limitation de pression (3) dirigeant un jet de gaz, provenant du gaz en surpression régnant dans cette enceinte hermétique, contre une zone prédéterminée (6) de l’écran (4), la zone prédéterminée (6) comprenant une paroi (7) destructible au contact du jet de gaz et créant un passage du gaz à travers l’écran lorsque la paroi (7) est détruite. Figure 2.

Description

SYSTEME DE BATTERIE COMPRENANT UN ECRAN DE PROTECTION
La présente invention concerne un système de batterie comprenant une protection, dit écran, destinée à être placée sous un véhicule, notamment sous une batterie de traction de ce véhicule. Cette invention concerne en particulier un véhicule à motricité électrique ou hybride, et comprenant cette batterie de traction.
On connaît de telles protections formant un écran de protection du soubassement d’un véhicule. Une telle protection a par exemple pour fonction :
- une fonction aérodynamiques en réalisant un carénage profilé, et/ou
- une fonction de protection d’équipements sensibles vis-à-vis des projections de gravillons ou l’eau projetés par les roues du véhicule.
Un tel écran comprend un corps réalisé en un matériau déformable comme les matériaux thermoplastiques, le corps présentant une première face en contact avec un châssis du véhicule et/ou avec la batterie, et une deuxième face tournée vers l'extérieur du véhicule, mais pas nécessairement.
On entendra par protection, ou par écran, dans tout le texte de ce document, une protection d’un équipement sensible, par exemple sensible aux projections d’eau ou de gravillons, cette protection formant optionnellement un carénage aérodynamique du véhicule.
On entendra par carénage dans tout le texte de ce document, la peau extérieure de l’écran en contact avec le flux d’air provoqué par la vitesse du véhicule en marche.
On comprendra par soubassement dans tout le texte de ce document, une face du véhicule en vis à vis d’une surface de roulage du véhicule, par exemple la route pour un véhicule automobile. Ce soubassement regroupe tous les équipements qui seraient directement exposés aux projections de la surface de roulage sans la présence de la protection. Pour la route, ces projections sont par exemple des gravillons, des pierres, de l’eau, projetés par les roues, ou encore des obstacles volumineux par-dessus lesquels le véhicule rentre en contact. Ce soubassement comprend, à titre d’exemples non limitatifs, une partie du châssis, notamment le dessous d’un plancher, un réservoir, un bloc batterie comprenant une enceinte hermétique dans laquelle se trouvent un ou plusieurs modules de batterie, et des équipements sensibles comme des conduites, des faisceaux électriques, des connecteurs, des capteurs, ou des moyens d’aération d’une batterie.
On comprendra par batterie, dans tout le texte de ce document, un ensemble comprenant au moins un module de batterie contenant au moins une cellule électrochimique, la batterie de servitude étant considérée équivalente à au moins un module. Cette batterie comprend éventuellement des moyens électriques ou électroniques pour la gestion d’énergie électrique de ce au moins un module. Lorsqu’il y a plusieurs modules, ils sont regroupés dans un carter et forment alors un bloc batterie, ce bloc batterie étant souvent désigné par l’expression anglaise « pack batteries », ce carter formant une enceinte hermétique et comprenant généralement une interface de montage, et des bornes de raccordement.
Par ailleurs, on comprendra par cellule électrochimique dans tout le texte de ce document, des cellules générant du courant par réaction chimique, par exemple de type lithium-ion (ou Li-ion), de type Ni-Mh, ou Ni-Cd ou encore plomb.
En outre, l'utilisation d'une batterie étanche (hermétique) hors des conditions nominales, comme par exemple lors d'une surcharge accidentelle, d'un court-circuit, ou lors d'une exposition à une température supérieure à la température maximale de fonctionnement, crée un risque d'explosion. En effet, de telles situations entraînent des réactions de l'électrochimie qui génèrent des gaz. L'accumulation de ces gaz entraîne une augmentation de la pression interne de la batterie, qui peut conduire à un éclatement violent du bac et à la projection de composés chimiques nocifs et corrosifs pour l'environnement et les personnes situées à proximité.
Ainsi des dispositifs de sécurité, limitant la pression, sont rajoutés sur la batterie, dispositifs qui évitent l'accumulation des gaz à l'intérieur de l’enceinte hermétique et permettent leur évacuation lorsque la pression interne excède une valeur prédéterminée. Certains de ces dispositifs possèdent également la fonction de coupe-circuit, c'est-à-dire qu'ils sont aussi aptes à isoler électriquement et de façon irréversible, les appareils connectés à la batterie. Certains dispositifs de sécurité se présentent sous la forme d’une membrane fusible, ou d’une soupape dont le diamètre est dimensionné en fonction du débit de gaz prédéterminé.
On connait par exemple du document de brevet FR-A1-3039710 une membrane de type opercule couplée à un coupe circuit.
Par exemple, on connait du document de brevet US-A1-8940423 un moyen de guidage de ce gaz à travers cette écran de protection et vers le sol, la protection étant ici un plancher de véhicule, le pack batteries étant placée au-dessus de ce plancher. Ce plancher comprend un déflecteur désaffleurant et diminuant la garde au sol du véhicule, pour protéger le moyen de guidage et un dispositif de sécurité.
Malheureusement ce déflecteur est encombrant et diminue la garde au sol.
Le but de l’invention est de remédier à cet inconvénient tout en assurant une bonne protection du dispositif de sécurité vis-à-vis des risques de projections d’eau et de gravillons.
A cet effet, l’invention a pour objet un système de batterie comprenant :
- une batterie, comprenant une enceinte hermétique contenant un module ou une cellule de batterie, et comprenant un dispositif de limitation de pression d’un gaz régnant dans cette enceinte hermétique,
- et un écran de protection de la batterie, cet écran étant fixe par rapport à la batterie et protégeant une face de la batterie contre des intrusions de corps étrangers,
le dispositif de limitation de pression dirigeant un jet de gaz, provenant du gaz en surpression régnant dans cette enceinte hermétique, contre une zone prédéterminée de l’écran, la zone prédéterminée comprenant une paroi destructible au contact du jet de gaz et créant un passage du jet de gaz à travers l’écran lorsque la paroi est détruite.
Ainsi l’écran n’est plus un obstacle au jet de gaz, et ce dernier ne dévie plus le jet de gaz vers des équipements sensibles. En outre, tant que le gaz n’est pas en surpression dans l’enceinte hermétique, c’est-à-dire lors d’un fonctionnement normal de la batterie, la face de la batterie reste protégée et donc le dispositif de limitation aussi, alors même que l’écran n’a aucune partie en saillie sur sa face opposée à la batterie ce qui permet, dans le cas d’une application pour un véhicule, de préserver la garde au sol et la fonction aérodynamique de l’écran.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la paroi destructible est thermo-fusible.
En effet, un tel jet de gaz a une température élevée, généralement entre 300 et 500 °C, il est alors avantageux d’utiliser cette caractéristique de température élevée pour enclencher la destruction de la paroi.
Selon une caractéristique particulière de l’invention, la paroi destructible thermo-fusible a une température de fusion comprise entre 100°C et 200°C.
Selon une caractéristique particulière de l’invention, la paroi destructible thermo-fusible a une température de fusion comprise entre 150°C et 200°C.
Selon une caractéristique particulière de l’invention, la paroi destructible thermo-fusible a une température de fusion comprise entre 200°C et 300°C.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la paroi est un amincissement de l’écran.
Ainsi l’écran peut être simplement réalisé en une seule pièce.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la paroi est un opercule.
Par exemple, une prédécoupe circonférentielle délimite la paroi, cette prédécoupe se déchirant sous l’effet de la pression du jet de gaz, ou fondant sous l’effet de la température du jet de gaz.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la paroi est réalisée avec une matière différente de l’écran.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la paroi est réalisée en éthylène-propylène-diène monomère.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la paroi est réalisée par un procédé de bi-injection avec l’écran.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le dispositif de limitation de pression comprend une conduite acheminant le jet de gaz de l’enceinte hermétique en surpression à la zone prédéterminée.
Ainsi l’effet destructeur du jet de gaz n’est pas dispersé, et reste concentré sur la zone prédéterminée, notamment sur la paroi destructible.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le dispositif de limitation de pression comprend une membrane de rupture libérant le gaz en suppression.
Ce dispositif de limitation de pression est par exemple un dispositif de sécurité, dont la membrane de rupture cède à cause de la surpression.
On comprendra par surpression, dans tout le texte de ce document, une pression dans l’enceinte hermétique dépassant un seuil de pression anormal prédéterminé. Ce seuil de pression anormal est par exemple compris entre 0,344 et 1,03 MPa (50 à 150 psi) pour une application sur une batterie de traction d’un véhicule électrique. Ainsi, dès que ce seuil anormal est atteint, la membrane de rupture cède et laisse passer un jet de gaz guidé vers la paroi qui se détruit sous l’effet destructeur du jet de gaz.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la membrane de rupture obstrue l’extrémité de la conduite la plus proche de la paroi destructible.
Cette caractéristique offre simultanément au moins deux avantages :
- cette membrane de rupture, et le dispositif de limitation de pression d’une manière général, devient facilement accessible pour des opérations de maintenance, car il suffit pour cela de démonter l’écran pour avoir un plein accès immédiat.
- lorsque la membrane de rupture se rompt, la déformation de la membrane de rupture peut aider à la destruction de la paroi proche. Par exemple, lorsque cette membrane est métallique et comprend une prédécoupe en étoile, les pointes de la membrane de rupture formées après sa rupture peuvent venir en contact avec la paroi et amorcer ou amplifier sa destruction. En outre, il est avantageux que l’effet d’explosion de la membrane de rupture soit proche de la paroi pour que cette dernière puisse être déchirée par le souffle du jet de gaz et/ou la température élevée du jet de gaz avant que ce souffle et/ou cette température ne soient atténués.
D’autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après d’un mode particulier de réalisation, non limitatif de l’invention, faite en référence aux figures dans lesquelles :
: représente un système de batterie en perspective selon un mode de réalisation de l’invention, pour un véhicule à propulsion électrique.
: représente une vue en coupe schématisée de la au droit du dispositif de limitation de pression.
Il est à garder à l’esprit que les figures sont données à titre d'exemples et ne sont pas limitatives de l’invention. Elles constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l’invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. En outre, dans ce qui va suivre, il est fait référence à toutes les figures prises en combinaison. Quand il est fait référence à une ou des figures spécifiques, ces figures sont à prendre en combinaison avec les autres figures pour la reconnaissance des références numériques désignées. Les références des éléments inchangés ou ayant la même fonction sont communes à toutes les figures, et les variantes de réalisation.
Les figures divulguentun système de batterie comprenant :
- une batterie 1, comprenant une enceinte hermétique 2 contenant un module ou une cellule de batterie, et comprenant un dispositif de limitation de pression 3 d’un gaz régnant dans cette enceinte hermétique 2,
- et un écran de protection 4 de la batterie 1, cet écran 4 étant fixe par rapport à la batterie 1 et protégeant une face 5 de la batterie 1 contre des intrusions de corps étrangers,
le dispositif de limitation de pression 3 dirigeant un jet de gaz, provenant du gaz en surpression régnant dans cette enceinte hermétique, contre une zone prédéterminée 6 de l’écran 4.
La zone prédéterminée 6 comprend une paroi 7 destructible au contact du jet de gaz et crée un passage du gaz à travers l’écran 4 lorsque la paroi 7 est détruite.
La paroi destructible 7 est par exemple thermo-fusible. Sa température de fusion est par exemple comprise entre 100°C et 200°C, notamment entre 150°C et 200°C, ou encore comprise entre 200°C et 300°C.
Mais ce n’est pas obligatoire, et en variante ou en complément, la paroi 7 est un amincissement de l’écran 4.
Par exemple, en variante ou en complément, la paroi 7 est un opercule pouvant se déchirer sous la pression du jet de gaz, et par exemple en combinaison avec la fusion de la paroi sous l’effet de la chaleur du jet de gaz.
La paroi 7 est par exemple réalisée avec une matière différente de l’écran 4, par exemple en éthylène-propylène-diène monomère.
La paroi 7 est réalisée par exemple par un procédé de bi-injection avec l’écran 4.
Le dispositif de limitation de pression 3 comprend une conduite 8 acheminant le jet gaz de l’enceinte hermétique en surpression 2 à la zone prédéterminée 6. Cette conduite 8 n’a pas nécessairement une section circulaire, et cette section n’est pas obligatoirement fermée : cette conduite 8 peut être un déflecteur ou un guide orientant le jet de gaz. Cependant il est avantageux que la section soit fermée de façon à assurer que la totalité du jet de gaz soit acheminée contre la paroi 7, c’est-à-dire, une fois que cette paroi 7 est détruite, acheminer la totalité du jet de gaz à travers l’écran 4.
Ce dispositif de limitation de pression 3 comprend par exemple une membrane de rupture 9 libérant le gaz en suppression, mais d’autres technologies sont envisageables, notamment les technologies à soupapes de surpression.
La membrane de rupture 9 obstrue avantageusement l’extrémité de la conduite 8 la plus proche de la paroi 7 destructible. Sur la , deux positions P1, P2 de cette membrane 9, ou de la soupape de surpression 9 selon la technologie utilisée, sont représentées : la membrane de rupture 9 obstruant l’extrémité de la conduite 8 la plus proche de la paroi 7 destructible est la position repérée par le signe P1. Une autre position P2, alternative à la position P1, est représentée sur l’extrémité de la conduite 8 la plus proche de l’enceinte hermétique 2, voire dans l’enceinte hermétique 2. Cette position P2 alternative est la plus courante, mais présente l’inconvénient d’augmenter la difficulté d’accès pour la maintenance de la membrane 9 ou de la soupape, alors que la position P1 facilite l’accessibilité pour des opérations de maintenance, car il suffit pour cela de démonter l’écran pour avoir un plein accès immédiat.
Cette invention s’applique avantageusement à un véhicule à motricité électrique comprenant au moins une machine motrice électrique, et un soubassement comprenant :
- la batterie 1 alimentant la machine motrice électrique, via par exemple un convertisseur de courant du véhicule,
- l’écran 4 protégeant au moins la face 5 de la batterie et formant un carénage aérodynamique du soubassement.
Avantageusement l’écran 4 recouvre en partie ou entièrement une face de dessous de la batterie 1, mais pas nécessairement.
Comme illustré sur les figures 1 et 2, la face 5 protégée par l’écran 4 est une face verticale de la batterie 1, et frontale à la batterie 1 par rapport au sens de marche avant du véhicule. Cette face 5 supporte par exemple des équipements sensibles protégés par l’écran 4 comme :
- des faisceaux de fluides ou de courant,
- des dispositifs d’aération ou de ventilation de la batterie 1 comprenant par exemple des membranes perméables permettant de compenser les différences de pressions entre l’enceinte hermétique 2 et l’extérieur dues aux variations de températures ambiantes et d’utilisation normale des modules,
- des connectiques électriques et fluidiques,
- des boitiers électroniques de puissance ou de contrôle de la batterie 1 ou de tout autre équipement du véhicule.
Cette batterie 1 est positionnée sous un plancher 13 du véhicule, mais ce n’est pas obligatoire, cette batterie 1 pouvant être positionnée sur le plancher 13, ce plancher 13 servant alors de protection pour la batterie 1 et l’écran 4 étant alors une partie du plancher 13.
Mais dans la variante illustrée, la batterie 1 est positionnée sous le plancher 13 et l’écran 4 est une protection rajoutée pour protéger la face 5. Cet écran 4 est, à son extrémité arrière, en appui contre une extrémité avant inférieure de la batterie 1 et par exemple fixé à la batterie 1, et fixé à son extrémité avant à une autre protection du véhicule ou au châssis du véhicule. Ce châssis est par exemple monocoque et comprend le plancher 13. La batterie 1 et en particulier l’enceinte hermétique 2 peut en outre intégrer une partie du châssis 13, on parle alors de batterie 1 structurante. Par exemple, l’enceinte hermétique 2 illustrée sur la comprend des profilés 10 extrudés participant à la rigidité de la batterie 1 mais également à la rigidité du châssis.
Cet écran 4 est par exemple réalisé en matière plastique, notamment en plastique du type polypropylène chargé de fibres de verre, alors que la paroi 7 n’est pas chargée.

Claims (10)

  1. Système de batterie comprenant :
    - une batterie (1), comprenant une enceinte hermétique (2) contenant un module ou une cellule de batterie, et comprenant un dispositif de limitation de pression (3) d’un gaz régnant dans cette enceinte hermétique (2),
    - et un écran de protection (4) de la batterie (1), cet écran (4) étant fixe par rapport à la batterie (1) et protégeant une face (5) de la batterie (1) contre des intrusions de corps étrangers,
    le dispositif de limitation de pression (3) dirigeant un jet de gaz, provenant du gaz en surpression régnant dans cette enceinte hermétique, contre une zone prédéterminée (6) de l’écran (4), caractérisé en ce que la zone prédéterminée (6) comprend une paroi (7) destructible au contact du jet de gaz et créant un passage du gaz à travers l’écran lorsque la paroi (7) est détruite.
  2. Système de batterie selon la revendication 1, la paroi destructible (7) étant thermo-fusible.
  3. Système selon l’une des revendications précédentes, la paroi (7) étant un amincissement de l’écran (4).
  4. Système selon l’une des revendications précédentes, la paroi (7) étant un opercule.
  5. Système selon l’une des revendications précédentes, la paroi (7) étant réalisée avec une matière différente de l’écran (4).
  6. Système selon la revendication 5, la paroi (7) étant réalisée en éthylène-propylène-diène monomère.
  7. Système selon la revendication 5 ou 6, la paroi (7) étant réalisée par un procédé de bi-injection avec l’écran (4).
  8. Système selon l’une des revendications précédentes, le dispositif de limitation de pression (3) comprenant une conduite (8) acheminant le jet gaz de l’enceinte hermétique en surpression (2) à la zone prédéterminée (6).
  9. Système selon la revendication 8, le dispositif de limitation de pression (3) comprenant une membrane de rupture (9, 10) libérant le gaz en suppression.
  10. Système selon la revendication 9, la membrane de rupture (9) obstruant l’extrémité de la conduite (8) la plus proche de la paroi (7) destructible.
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