Brevet FR2910717A1 — publié le 20080627

STRUCTURE DE SECURITE POUR BOITIER DE BATTERIE EN MATIERE PLASTIQUE La présente invention porte sur une structure de sécurité pour boîtier de batterie en matière plastique, et, plus particulièrement, sur un agencement de sécurité pour boîtier de batterie en matière plastique pour relâcher de manière sûre la pression interne de celui-ci. En raison de l'importante percée dans les techniques des matériaux, des batteries secondaires au lithium, en tant qu'alimentation en courant de haute capacité (telle que la batterie secondaire au lithium de type LiFePO4), ont été utilisées sur des dispositifs de puissance, tels que des bicyclettes électriques, des fauteuils roulants électriques, etc .... Le stockage d'énergie et la capacité d'alimentation d'une telle batterie secondaire au lithium de type à électrolyte non aqueux, de haute capacité, sont plus importants que ceux d'une batterie au lithium classique. Le boîtier de batterie de la batterie secondaire au lithium mentionnée ci-dessus est habituellement un boîtier métallique fait d'aluminium. Etant donné que le boîtier de batterie est rempli d'une plaque d'électrode et d'un électrolyte non aqueux, et afin d'assurer une action d'étanchéité de longue durée et stable, l'extrémité ouverte du boîtier de batterie peut être fermée hermétiquement par une plaque d'étanchéité par soudage au laser. Si la batterie secondaire au lithium mentionnée ci-dessus est surchargée et, en conséquence, si la valeur du courant interne dépasse la valeur normale, ou si la batterie est mal utilisée et provoque un court-circuit, l'électrolyte non aqueux dans le boîtier de batterie sera 2910717 2 totalement décomposé et produira une grande quantité de gaz. Lorsque la pression du gaz à l'intérieur du boîtier de batterie dépassera la limite de pression maximale, le boîtier de batterie sera rompu et le gaz jaillira du 5 boîtier de batterie instantanément, provoquant des dommages au dispositif alimenté en courant par la batterie et provoquant une contamination de l'électrolyte. Par conséquent, la plaque d'étanchéité en aluminium de la batterie secondaire au lithium à 10 électrolyte non aqueux classique comporte habituellement un trou d'air fermé hermétiquement par une soupape de sécurité en aluminium mince. Lorsque la pression de gaz interne du boîtier de batterie dépasse une valeur prédéterminée, le gaz traversera la soupape en aluminium, relâchant ainsi la 15 pression à partir du boîtier de batterie. Il est à noter que la soupape de sécurité est située sur la surface de la plaque d'étanchéité, en considérant la batterie comme un tout, la soupape de sécurité est située relativement loin de la partie 20 intermédiaire de la plaque d'électrode, et, étant donné que le trou d'air est limité par la dimension de la plaque d'étanchéité, le diamètre interne du trou d'air ne sera pas grand. Le gaz mettra du temps à traverser la soupape de sécurité. La condition normale est que, lorsque la 25 pression interne du boîtier de batterie augmente, la partie intermédiaire du boîtier de batterie sera gonflée et rompue instantanément ; cependant, la soupape de sécurité ne fonctionne pas. Il va de soi qu'une telle soupape de sécurité classique n'est pas capable de résoudre le 30 problème de sécurité du boîtier de batterie. Par conséquent, comme représenté sur la Figure 1, un mécanisme de sécurité pour boîtier de batterie rectangulaire en aluminium a été réalisé et a été divulgué 25 30 2910717 3 dans le brevet américain n 6 964 690, une pluralité de rainures de découpe 11 étant formée dans la surface latérale allongée du boîtier de batterie 10. Entre une surface de fond de rainure de la rainure de découpe 11 et 5 une surface interne du boîtier de batterie 10, est disposée une partie de paroi mince apte à être facilement rompue, agencée pour se rompre au moment où une pression interne du boîtier de batterie atteint une valeur prédéterminée, relâchant ainsi la pression de gaz à partir du boîtier de 10 batterie. Pour un tel agencement de mécanisme de sécurité de découpe des rainures de découpe dans le boîtier de batterie métallique, lorsque la pression interne du boîtier de batterie augmente, la partie apte à être facilement 15 rompue sera rompue. Il est à noter qu'une grande quantité de pression de gaz impacte la petite partie apte à être facilement rompue en un très court laps de temps, les rainures rompues résultantes dans le boîtier de batterie seront très grandes, et, comme résultat, le gaz et 20 l'électrolyte non aqueux jailliront du boîtier de batterie par les rainures rompues, et la plaque d'électrode à l'intérieur du boîtier de batterie sera exposée à l'extérieur de la partie rompue. Ceci est une menace très importante pour un dispositif alimenté en courant. La structure de sécurité de la présente invention est telle que, lorsque la pression interne du boîtier de batterie augmente, la force d'impact importante provoquée par la pression de gaz inhabituelle est amortie et est ensuite relâchée à travers de petites fentes. L'objectif principal de la présente invention est de proposer un boîtier de batterie formé d'un seul tenant en matière plastique, une pluralité de rainures étant formée dans la surface interne du boîtier de batterie, 2910717 4 rainures dont le côté ouvert est dirigé vers l'intérieur du boîtier de batterie Lorsque la pression interne du boîtier de batterie est trop élevée, les rainures les plus proches seront gonflées instantanément, et la partie de 5 travail gonflée ne sera pas immédiatement rompue. Lorsque l'épaisseur de la partie de travail sera réduite à zéro, une petite fente apparaîtra. A cet instant, le gaz peut être libéré à partir de la fente, empêchant ainsi une grande quantité de gaz de jaillir du boîtier de batterie en 10 un instant et de contaminer le dispositif alimenté en courant. Le second objectif de la présente invention est de proposer un boîtier de batterie formé d'un seul tenant en matière plastique, une pluralité de rainures étant 15 formées dans la surface interne du boîtier de batterie, rainures dont le côté ouvert est dirigé vers l'intérieur du boîtier de batterie, le côté ouvert de la rainure étant à l'opposé de la direction de la pression de gaz, facilitant ainsi la collecte de la pression, et rendant plus facile à 20 la partie de travail la plus mince de gonfler vers l'extérieur. La présente invention a donc pour objet une structure de sécurité pour boîtier de batterie en matière plastique, le boîtier de batterie étant une structure 25 unitaire en matière plastique dans laquelle est défini un espace de réception avec une extrémité ouverte pour la réception d'une plaque d'électrode et d'un électrolyte, l'extrémité ouverte étant fermée hermétiquement par un couvercle, créant ainsi un espace de réception étanche à 30 l'air ; la structure de sécurité étant caractérisée par le fait que : au moins une rainure est formée dans une surface interne de l'espace de réception du boîtier de batterie, rainure dont 2910717 5 le côté ouvert est dirigé vers un intérieur du boîtier de batterie, et une partie de travail, qui est la partie la plus mince du boîtier de batterie, se trouve entre un fond de la rainure et une surface externe du boîtier de 5 batterie, où, lorsque la pression interne du boîtier de batterie dépassera une valeur prédéterminée, la partie de travail de la rainure se gonflera vers l'extérieur et deviendra plus mince et, en conséquence, formera une fente pour relâcher la pression. 10 La rainure peut être de section tranversale en forme de V, et le côté ouvert de la rainure peut être dirigé vers l'intérieur du boîtier de batterie. La rainure peut être disposée dans une direction longitudinale ou peut être disposée à la fois dans les 15 directions longitudinale et transversale. La présente invention apparaîtra plus clairement à la lecture de la description suivante faite conjointement avec les dessins annexés, qui montrent, à des fins d'illustration uniquement, des modes de réalisation 20 préférés de la présente invention. Sur les dessins : - la Figure 1 est une vue en perspective montrant une 25 structure de sécurité classique pour une batterie rectangulaire en aluminium décrite dans le brevet américain n 6 964 690 ; - la Figure 2 est une vue éclatée d'un boîtier de 30 batterie circulaire en matière plastique et d'un ensemble de coeur selon la présente invention ; 2910717 6 la Figure 3 est une vue en coupe longitudinale selon la présente invention, montrant un boîtier de batterie circulaire en matière plastique ; 5 la Figure 4 est une vue en coupe transversale selon la présente invention, montrant un boîtier de batterie circulaire en matière plastique ; la Figure 5 est une vue en coupe longitudinale selon 10 la présente invention, montrant que la partie de travail de la Figure 4 est en train d'être gonflée ; la Figure 6 est une vue en coupe longitudinale selon la présente invention, montrant que la partie de 15 travail de la Figure 4 est gonflée et rompue pour libérer le gaz ; la Figure 7 est une vue éclatée d'un boîtier de batterie circulaire en matière plastique avec des 20 rainures longitudinales et transversales et un ensemble de coeur selon la présente invention ; la Figure 8 est une vue en coupe longitudinale selon la présente invention, montrant que les parties de 25 travail longitudinale et transversale sur la Figure 7 sont gonflées et rompues pour libérer le gaz ; la Figure 9 est une vue éclatée d'un boîtier de batterie rectangulaire en matière plastique et d'un 30 ensemble de coeur selon la présente invention ; et - la Figure 10 est vue en coupe longitudinale selon la présente invention, montrant que la partie de travail 2910717 7 sur la Figure 9 est gonflée et rompue pour relâcher le gaz. Si l'on se réfère aux Figures 2, 3 et 4, on peut 5 voir qu'une structure de sécurité pour boîtier de batterie en matière plastique, conformément à un mode de réalisation préféré de la présente invention, comprend au moins une rainure formée dans un boîtier de batterie, où : Le boîtier de batterie 20 est une structure 10 unitaire circulaire en matière plastique dans laquelle est défini un espace de réception 21 avec une extrémité ouverte pour la réception d'un ensemble de coeur 40, d'une rondelle d'étanchéité 60 et d'un électrolyte non aqueux 50. Une collerette ou bride de connexion 22 est formée autour de la 15 bordure périphérique de l'extrémité ouverte de l'espace de réception, un couvercle 23 est fixé à la collerette de connexion 22 par des vis 24 pour fermer hermétiquement l'extrémité ouverte, créant ainsi un espace de réception hermétique 21. 20 Au moins une rainure 30 est formée dans la surface interne de l'espace de réception 21 du boîtier de batterie 20, rainure dont le côté ouvert 31 est dirigé vers l'intérieur du boîtier de batterie 20, et une partie de travail 32, qui est la partie la plus mince de la paroi du 25 boîtier de batterie 20, se trouve entre le fond de la rainure 30 et la surface externe du boîtier de batterie 20. Lorsque des facteurs inhabituels (comprenant : une surcharge, un court-circuit de la plaque d'électrode, une surintensité) apparaissent et, en conséquence, lorsque 30 l'électrolyte non aqueux est décomposé en gaz à haute pression, la partie de travail peut se gonfler vers l'extérieur substantiellement et devenir ensuite plus mince 2910717 8 et, en conséquence, former une fente pour libérer le gaz à partir de celle-ci. Le boîtier de batterie de la présente invention est fait de matière plastique, au moins une rainure est 5 formée dans la surface interne du boîtier de batterie, et lorsque la pression interne du boîtier de batterie dépasse une valeur prédéterminée, la partie de travail de la rainure se gonflera vers l'extérieur et deviendra plus mince et, en conséquence, formera une fente pour relâcher 10 la pression. Et une telle méthode de relâchement de pression peut empêcher la batterie d'exploser et assurer que la pression interne peut être relâchée de manière sûre. Le fonctionnement du mode de réalisation est expliqué comme suit . 15 Si l'on se réfère à nouveau aux Figures 2, 3 et 4, on peut voir que le boîtier de batterie 20 est une structure unitaire faite de matière plastique, une pluralité de rainures 30 sont formées dans la surface interne du boîtier de batterie 20, et une partie de travail 20 32, qui est la partie la plus mince de la paroi du boîtier de batterie 20, se trouve entre le fond des rainures 30 et la paroi externe du boîtier de batterie 20. Le nombre de rainures 30 est basé sur la dimension du boîtier de batterie 20. Par exemple, un boîtier de batterie 20 25 circulaire de 20 cm de diamètre peut comporter longitudinalement dans sa surface interne quatre rainures 30, et les rainures 30 sont disposées de façon équidistante. Si l'on se réfère aux Figures 4, 5 et 6, on peut 30 voir que, lorsque des facteurs inhabituels apparaissent et en conséquence lorsque l'électrolyte non aqueux est décomposé en gaz à haute pression 70, la pression de gaz fera que le boîtier de batterie 20 se gonflera vers 2910717 9 l'extérieur. Il est à noter que l'emplacement où les facteurs inhabituels se trouvent peut être uniquement situé sur l'un des côtés internes du boîtier de batterie 20, et la pression sur ce côté interne du boîtier de batterie 20 5 est la plus importante. La partie de travail 32 des rainures 30 situées le plus près du point de haute pression se gonflera instantanément. Le boîtier de batterie 20 est fait de matière plastique, et la surface en matière plastique du boîtier de batterie 20 a une certaine 10 flexibilité, de telle sorte que la partie de travail gonflée 32 ne sera pas immédiatement rompue. Le temps de rupture est prolongé, et une petite fente 33 apparaîtra ensuite lorsque l'épaisseur de la partie de travail 32 sera réduite à zéro. A cet instant, le gaz 70 sera libéré de la 15 batterie par la fente 33. Il doit être mentionné que le boîtier de batterie de la présente invention est fait de matière plastique, et par comparaison avec le boîtier de batterie métallique classique, le boîtier de batterie en matière plastique rend 20 plus facile à la batterie le passage du test de chute libre. Il doit être noté que, comme représenté sur la Figure 4, chacune des rainures 30 est de section en forme de V, et le côté ouvert 31 des rainures 30 est dirigé vers 25 l'intérieur du boîtier de batterie 20. Lorsque la pression de gaz inhabituelle est appliquée à la surface interne du boîtier de batterie 20, le côté ouvert 31 des rainures 30 est à l'opposé de la direction de la pression de gaz pour faciliter la collecte de la pression, et rendre plus facile 30 à la partie de travail la plus mince 32 de gonfler vers la direction radiale de la batterie et, en conséquence, de former une fente 33. Et la pression peut ainsi être relâchée de manière sûre. Par conséquent, il est très 2910717 10 important que le côté ouvert 31 des rainures 30 s'ouvre vers l'intérieur du boîtier de batterie 20. De plus, l'emplacement des rainures 30 est la position où le gaz 70 à l'intérieur du boîtier de batterie 5 20 doit être libéré. Avec l'agencement structural, les rainures 30 peuvent être disposées à une position prédéterminée, de telle sorte que la position où le gaz 70 devant être libéré peut être anticipée, empêchant ainsi le dispositif alimenté en courant d'être contaminé et 10 endommagé. En plus de la direction longitudinale telle que représentée sur la Figure 7, la direction dans laquelle les rainures 30 sont disposées peut également être la direction transversale. Par exemple, comme représenté sur la Figure 8, le boîtier de batterie peut comporter des rainures 15 longitudinales 30 et des rainures transversales 30a, et il a même effet de relâchement de pression. En plus d'être utilisée sur un boîtier de batterie circulaire, l'agencement de structure de sécurité de la présente invention est également approprié pour une 20 utilisation dans un boîtier de batterie rectangulaire. Si l'on se réfère à la Figure 9, on peut voir que les rainures 30 et la partie de travail 32 sont formées dans le boîtier de batterie rectangulaire. Et comme représenté sur la Figure 10, qui est une vue illustrative, la partie de 25 travail 32 de la batterie rectangulaire 20a est gonflée et rompue. On peut voir, à la lecture de la description ci- dessus que le boîtier de batterie de la présente invention comporte dans sa surface interne au moins une rainure, et 30 étant donné que le boîtier de batterie en matière plastique est flexible, lorsque la pression interne du boîtier de batterie dépasse une valeur prédéterminée, la partie de travail de la rainure sera gonflée vers l'extérieur et 2910717 11 deviendra plus mince et, en conséquence, formera une fente pour relâcher la pression. En d'autres termes, le relâchement de pression de sécurité est atteint par le gonflement flexible de la matière plastique, de telle sorte 5 que la force d'impact importante provoquée par l'augmentation de pression du gaz inhabituelle est amortie et est ensuite relâchée. Tandis que nous avons montré et décrit divers modes de réalisation conformément à la présente invention, 10 il apparaîtra clairement à l'homme du métier que d'autres modes de réalisation peuvent être réalisés sans s'écarter du domaine de définition de la présente invention. REVENDICATIONS 1 - Structure de sécurité pour boîtier de batterie (20) en matière plastique, le boîtier de batterie (20) étant une structure unitaire en matière plastique dans laquelle est défini un espace de réception (21) avec une extrémité ouverte pour la réception d'une plaque d'électrode et d'un électrolyte (50), l'extrémité ouverte étant fermée hermétiquement par un couvercle (23), créant ainsi un espace de réception (21) étanche à l'air ; la structure de sécurité étant caractérisée par le fait que : au moins une rainure (30) est formée dans une surface interne de l'espace de réception (21) du boîtier de batterie (20), rainure dont le côté ouvert (31) est dirigé vers un intérieur du boîtier de batterie (20), et une partie de travail (32), qui est la partie la plus mince du boîtier de batterie (20), se trouve entre un fond de la rainure (30) et une surface externe du boîtier de batterie (20), où, lorsque la pression interne du boîtier de batterie (20) dépassera une valeur prédéterminée, la partie de travail (32) de la rainure (30) se gonflera vers l'extérieur et deviendra plus mince et, en conséquence, formera une fente (33) pour relâcher la pression. 2 - Structure de sécurité pour boîtier de batterie (20) en matière plastique, selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la rainure (30) est de section transversale en forme de V, et le côté ouvert (31) de la rainure (30) est dirigé vers l'intérieur du boîtier de batterie (20). 3 - Structure de sécurité pour boîtier de batterie (20) en matière plastique, selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la rainure (30) est disposée dans une direction longitudinale. 2910717 13 4 Structure de sécurité pour boîtier de batterie (20) en matière plastique, selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la rainure (30) est disposée à la fois dans les directions longitudinale et 5 transversale.