Brevet FR2988913A1 — publié le 20131004

Conteneur de batterie L'invention concerne un conteneur de batterie destiné à un véhicule électrique. Un véhicule électrique comprend une batterie de puissance. La batterie comporte au moins un accumulateur d'énergie électrique et un conteneur renfermant l'accumulateur d'énergie électrique. L'accumulateur est un dispositif électrochimique de stockage de l'électricité. Par exemple, une batterie peut comporter six accumulateurs d'énergie électrique identiques. Les accumulateurs sont reliés électriquement en séries entre eux au moyen de barrettes conductrices. Les accumulateurs d'énergie électrique sont pour la 15 plupart fabriqués à base d'hexafluorophosphate de Lithium (LiPF6). En cas d'incendie accidentel, ce qui est très improbable compte tenu des multiples dispositifs de sécurité mis en oeuvre par la demanderesse, la combustion de la batterie entraine la décomposition du sel 20 d'hexafluorophosphate de Lithium contenu dans les accumulateurs d'énergie électrique, produisant un dégagement d'acide fluorhydrique (HF). En effet, l'hexafluorophosphate de Lithium se décompose de la manière suivante : LiPF6 + H2O LiF + H3PO4 + 5HF 25 Les vapeurs d'acide fluorhydrique sont nocives pour l'homme et pour l'environnement. Dans un but de précaution, l'invention vise ainsi à réduire les émissions d'acide fluorhydrique lors d'une improbable combustion accidentelle de la batterie et plus 30 particulièrement des accumulateurs d'énergie électrique. L'invention concerne un conteneur de batterie comprenant une enveloppe externe entourant un logement destiné à recevoir au moins un accumulateur d'énergie électrique comportant de l'hexafluorophosphate de Lithium (LiPF6). Selon l'invention, le conteneur comprend un filtre comportant un matériau à base d'oxyde de silicium (SiO2) filtrant ou apte à filtrer des vapeurs d'acide fluorhydrique (HF) pouvant être émises lors de la combustion accidentelle des accumulateurs d'énergie électrique. L'oxyde de silicium (SiO2) est également appelé silice. On entend par un matériau à base d'oxyde de silicium 10 un matériau comprenant de la silice existant à l'état libre sous différentes formes cristallines ou amorphes ou à l'état combiné dans les silicates, les groupes SiO2 étant alors liés à d'autres atomes (Aluminium, Fer, Magnésium, Calcium, Sodium, Potassium, par exemple...). 15 Les silicates (ou matériaux silicatés) sont des sels dérivant de la silice. Le silicate utilisé peut être un tectosilicate ou un phyllosilicate par exemple. Ainsi, l'invention permet de réduire les émissions de vapeurs d'acide fluorhydrique émises lors de la combustion 20 accidentelle d'une batterie ou plus précisément des accumulateurs d'énergie électrique à base de sel d'hexafluorophosphate de Lithium. Les vapeurs d'acide fluorhydrique réagissent chimiquement avec le filtre avant qu'elles ne soient 25 relâchées dans l'atmosphère. Le filtre forme un piège à vapeurs d'acide fluorhydrique. Des tests montrent qu'un flux d'air avec une concentration initiale de 5Oppm d'acide fluorhydrique présente une concentration en HF diminuée de moitié lorsque 30 ce flux est filtré par de la laine de verre. L'origine de la diminution de la concentration en HF après filtration par le filtre s'explique en partie par l'adsorption de l'acide fluorhydrique à la surface du filtre (l'acide fluorhydrique et les matériaux silicatés (ou la silice) sont affins) et/ou par une réaction chimique de l'acide fluorhydrique avec le dioxyde de silicium (SiO2), appelée silice, selon la réaction suivante : Si02 + 6HF H> H2SiF6 + 2H20 Cette réaction se décompose de la façon suivante: SiO2 + 4HF H> SiF4 + 2H20 (lère étape) 3SiF4 + 2H20 H> 2H2SiF6 + SiO2 (2ème étape) Le dioxyde de silicium se comporte alors comme un catalyseur puisqu'on le retrouve à la fin de la réaction. Dans différents modes de réalisation possibles, le dispositif de l'invention peut être défini également par les caractéristiques suivantes qui pourront être considérées isolément ou selon toutes leurs combinaisons techniquement possibles et qui apportent chacune des avantages spécifiques : La surface spécifique du matériau filtrant est d'au moins 1m2/g. Lorsque le matériau filtrant est sous forme de mousse par exemple, ce dernier filtre davantage les vapeurs d'acide fluorhydrique lorsque sa surface spécifique est importante de l'ordre de 50 à 400m2/g par exemple. La surface réagissant avec les vapeurs d'acide fluorhydrique est ainsi plus importante. Le matériau filtrant comprend du gluconate de calcium ou du sulfate de calcium. Lorsqu'une mousse de verre est imprégnée avec un sel actif vis-à-vis de l'acide fluorhydrique, le pouvoir filtrant du matériau filtrant augmente. Selon un mode de réalisation possible, le filtre inclut une enveloppe interne disposée entre l'enveloppe externe et le logement du conteneur. L'enveloppe externe peut comprendre une face interne contre laquelle est fixée l'enveloppe interne. L'enveloppe interne peut entourer complètement le logement. Dans ce mode de réalisation, le filtre présente deux fonctions car il peut également être utilisé comme isolant thermique dans le pack batterie. La laine de verre, par exemple, sert d'isolant thermique et de filtre à vapeurs d'acide fluorhydrique en cas de combustion de la batterie. L'enveloppe externe comprend une face interne entièrement recouverte par l'enveloppe interne. Selon un autre mode de réalisation possible, le conteneur de batterie comprend au moins un dispositif d'évacuation des fumées muni d'un orifice permettant une communication fluidique entre l'intérieur et l'extérieur du conteneur. Le filtre est disposé dans l'orifice. Le filtre peut être autosupporté, ce qui limite le nombre de pièces. Selon un autre mode de réalisation possible, le 20 dispositif d'évacuation des fumées comprend au moins une grille métallique disposée à l'intérieur de l'orifice pour supporter le filtre. Une soupape peut être associée à l'orifice (ou chaque orifice) permettant l'ouverture et/ou la fermeture de ce 25 dernier. Le filtre est disposé en amont de la soupape. L'invention sera mieux décrite par la figure ci-dessous : - La figure 1 représente schématiquement une batterie comprenant un filtre formé par une enveloppe interne 30 recouvrant l'enveloppe externe du conteneur, selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - La figure 2 représente schématiquement une batterie comprenant deux dispositifs d'évacuation de fumées chacun muni d'un filtre, selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; - La figure 3 représente schématiquement l'orifice du dispositif d'évacuation de fumées muni d'un filtre. - La figure 1 représente schématiquement une batterie comprenant un conteneur de batterie 11 comportant une enveloppe externe 3 entourant un logement 1 destiné à recevoir au moins un accumulateur d'énergie électrique 2 comportant de l'hexafluorophosphate de Lithium (LiPF6). Le conteneur de batterie 11 peut être en polymère ou en métal et sert à protéger les accumulateurs d'énergie électrique 2 contre les chocs externes. Le conteneur de batterie 11 comprend un filtre 4 comportant un matériau à base d'oxyde de silicium (SiO2) (ou 15 silice) filtrant des vapeurs d'acide fluorhydrique (HF) émises lors de la combustion accidentelle de la batterie 2. On entend par un matériau à base d'oxyde de silicium un matériau formé avec de la silice existant à l'état libre sous différentes formes cristallines ou amorphes ou à l'état 20 combiné dans les silicates, les groupes SiO2 étant alors liés à d'autres atomes (Aluminium, Fer, Magnésium, Calcium, Sodium, Potassium, par exemple...). Les silicates (ou matériaux silicatés) sont des sels dérivant de la silice. Le silicate utilisé peut être un 25 tectosilicate ou un phyllosilicate par exemple. La surface spécifique du matériau filtrant est d'au moins 1m2/g. Lorsque le matériau filtrant est sous forme de mousse par exemple, ce dernier filtre d'avantage les vapeurs d'acide fluorhydrique lorsque sa surface spécifique est 30 importante (50 - 400m2/g). La surface réagissant avec les vapeurs d'acide fluorhydrique est ainsi plus importante. En variante, le matériau filtrant peut comprendre du gluconate de calcium ou du sulfate de calcium. Lorsqu'une mousse de verre est imprégnée avec un sel actif vis-à-vis de l'acide fluorhydrique, le pouvoir filtrant du matériau filtrant augmente. Le matériau filtrant peut être sous différentes formes 5 comme de la laine de verre, une mousse, ou des fibres. Selon un premier mode de réalisation représenté sur la figure 1, le filtre 4 inclut une enveloppe interne 5 disposée à l'intérieur du conteneur et plus précisément entre l'enveloppe externe 3 et le logement 1 du conteneur. 10 Son épaisseur est d'au moins 1 mm. De préférence, l'enveloppe externe 3 comprend une face interne 10 contre laquelle est fixée l'enveloppe interne 5. L'enveloppe interne 5 peut recouvrir entièrement l'enveloppe externe 3. L'enveloppe interne 5 entoure complètement le 15 logement 1. Dans ce cas, le filtre 4 présente deux fonctions car il peut également être utilisé comme isolant thermique dans le pack batterie. Si le filtre 4 est en laine de verre, par exemple, il sert d'isolant thermique et à filtrer les vapeurs 20 d'acide fluorhydrique en cas de combustion accidentelle du pack batterie. Entre l'enveloppe externe 3 et l'enveloppe interne 5 formée par le filtre 4, il peut être prévu d'autres couches ou enveloppes. 25 Lorsque les accumulateurs d'énergie électrique 2 sont en combustion, une partie des vapeurs d'acide fluorhydrique sont piégées par le filtre 4. Le fait que le filtre 4 entoure les accumulateurs d'énergie électrique 2 lui permet de s'étendre sur une grande 30 surface et de piéger une grande quantité de vapeurs d'acide fluorhydrique. Selon un deuxième mode de réalisation possible représenté sur la figure 2, le conteneur de batterie 11 comprend au moins un dispositif d'évacuation des fumées 6 muni d'un orifice 7 permettant une communication fluidique entre l'intérieur et l'extérieur du conteneur, et recevant le filtre 4. Comme illustré sur la figure 2, le conteneur de batterie 11 comprend deux dispositifs d'évacuation des fumées 6. Comme illustré sur la figure 3, le filtre 4 est disposé à l'intérieur de l'orifice 7. Il a une dimension adaptée pour obturer totalement l'orifice 7. Le contour du filtre 4 épouse la forme de l'orifice 7. Sur la figure 3, le filtre 4 se présente sous la forme d'une pastille circulaire. Sa forme peut être ovale ou autre. Le filtre 4 peut être en laine de verre, en mousse, en fibre de verre ou autre. Les flèches de la figure 3 représentent le sens de passage des gaz. Le filtre 4 peut être autosupporté, ce qui limite le nombre de pièces dans l'orifice. Son épaisseur et sa rigidité est suffisante pour qu'il puisse se maintenir sans moyens de maintien dans l'orifice. Le filtre est alors bloqué par la paroi périphérique interne 12 délimitant l'orifice 7 du dispositif d'évacuation des fumées 6. Selon un autre mode de réalisation possible, le dispositif d'évacuation des fumées 6 comprend au moins une grille métallique 8 disposée à l'intérieur de l'orifice 7 pour supporter le filtre 4. De préférence, le dispositif d'évacuation des fumées 6 comprend deux grilles métalliques 8 disposées à l'intérieur de l'orifice 7 pour supporter le filtre 4, comme représenté sur la figure 3. Le filtre 4 est formé par de la laine de verre. Les grilles métalliques 8 sont disposées de chaque côté du filtre et sont en contact avec ce dernier. Elles sont sensiblement parallèles au filtre et perpendiculaires à l'axe central de l'orifice. Les grilles métalliques 8 permettent un maintien mécanique du filtre tout en laissant passer les gaz. Le dispositif d'évacuation des fumées 6 comprend une soupape 9 associée à chaque orifice 7 permettant l'ouverture ou la fermeture de ce dernier. Le filtre 4 est disposé en amont de la soupape 9 par rapport au sens de circulation des 5 vapeurs d'acide fluorhydrique, et plus précisément à l'entrée de l'orifice 7. La soupape 9 est disposée en sortie de l'orifice 7. Elle s'ouvre lorsque la pression des gaz à l'intérieur du conteneur est supérieure à la pression atmosphérique, permettant d'évacuer des fumées en cas de 10 combustion accidentelle de l'accumulateur. Lorsque les fumées chargées en acide fluorhydrique passent dans l'orifice, une partie des vapeurs d'acide fluorhydrique est filtrée par le filtre 4. Sur la figure 2, les dispositifs d'évacuation des 15 fumées 6 sont positionnés sur les parois latérales du conteneur. Ils peuvent être disposés différemment comme sur la paroi supérieure du conteneur. Le diamètre des orifices et du filtre sous forme de pastille est d'au moins 4 cm. L'épaisseur du filtre est d'au moins 1 cm. De préférence, un 20 espace est prévu entre la soupape et le filtre. Il est d'au moins de 5 mm. L'avantage du filtre 4 selon l'invention est que l'on peut utiliser le matériau filtrant sous plusieurs formes (enveloppe interne ou pastille par exemple). REVENDICATIONS1. Conteneur de batterie (11) comprenant une enveloppe externe (3) entourant un logement (1) destiné à recevoir au moins un accumulateur d'énergie électrique (2) comportant de l'hexafluorophosphate de Lithium (LiPF6), caractérisé en ce qu'il comprend un filtre (4) comprenant un matériau à base d'oxyde de silicium (Si02) apte à filtrer des vapeurs d'acide fluorhydrique (HF). 2. Conteneur de batterie (11) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le filtre (4) inclut une enveloppe interne (5) disposée entre l'enveloppe externe (3) et le logement (1) du conteneur. 3. Conteneur de batterie (11) selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'enveloppe externe (3) comprend une face interne (10) contre laquelle est fixée l'enveloppe interne (5). 4. Conteneur de batterie (11) selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que l'enveloppe interne (5) entoure complètement le logement (1). 5. Conteneur de batterie (11) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un dispositif d'évacuation des fumées (6) muni d'un orifice (7) permettant une communication fluidique entre l'intérieur et l'extérieur du conteneur, le filtre (4) étant disposé dans l'orifice (7). 6. Conteneur de batterie (11) selon la revendication 5, caractérisé en ce que le filtre (4) est autosupporté. 7. Conteneur de batterie (11) selon la revendication 35 5, caractérisé en ce que le dispositif d'évacuation desfumées (6) comprend au moins une grille métallique (8) disposée à l'intérieur de l'orifice (7) pour supporter le filtre (4). 8. Conteneur de batterie (11) selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu'une soupape (9) est prévue en sortie de l'orifice (7) pour ouvrir ou fermer ce dernier, le filtre (4) étant disposé en amont de la soupape (9) par rapport au sens de circulation des vapeurs d'acide fluorhydrique (HF). 9. Conteneur de batterie (11) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface spécifique du matériau filtrant est d'au moins 1m2/g 10. Conteneur de batterie (11) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau filtrant comprend du gluconate de calcium ou du sulfate de calcium.