Brevet FR3077933A1 — publié le 20190816

Pack batterie pour balise de détresse Domaine technique de l'invention Le domaine technique auquel se rapporte l'invention est celui des pack batteries de générateurs électrochimiques, telles les batteries et piles au lithium. L'invention concerne plus particulièrement la protection d'un pack batterie de générateurs électrochimiques contre les conséquences d'un emballement thermique. L'invention concerne, par ailleurs, une balise de détresse équipée d'un tel pack batterie. Etat de la technique Les balises de détresse équipant les aéronefs, également appelées émetteurs de localisation d'urgence (ou "Emergency Locator Transmitter" en anglais), sont alimentées par une batterie interne, indépendante du circuit électrique de l'aéronef, destinée à fournir l'énergie électrique nécessaire à un fonctionnement autonome de la balise pendant quelques jours en cas de détresse. Le signal émis par la balise (classiquement dans la bande de fréquence 406 MHz) en cas de détresse pour donner l'emplacement de l'aéronef est ensuite reçu par un ou des satellites du réseau Cospas-Sarsat. Dans ce type de balise, la batterie est généralement formée d'une pluralité de cellules ou piles de stockage d'énergie électrique composées de lithium. Ces cellules ou piles sont disposées dans un boîtier de protection rigide afin de former ce que l'on appelle un pack batterie. L'emballement thermique d'une cellule est le risque le plus redouté que présentent les batteries composées de lithium. 1 2 Ce phénomène d'emballement thermique est à l'origine d'un certain nombre d'incidents aux conséquences plus ou moins dramatiques. La forte augmentation de température d'une cellule peut ainsi conduire à l'embrasement de la batterie, ce qui libère une quantité importante de fumées 5 et de flammes, voir à l'explosion de cette dernière et à la projection de débris. La sécurité des batteries composées de lithium au sein des balises représente par conséquent un enjeu très important. Exposé de l'invention 10 L'invention a pour objectif de proposer un pack batterie perfectionné, pour une balise de détresse notamment, palliant au moins certains des inconvénients de l'art antérieur cité ci-dessus. Pour cela, l'invention concerne un pack batterie, destiné par exemple à équiper une balise de détresse, comprenant une pluralité de cellules de stockage 15 d'énergie électrique positionnées selon un agencement parallèle dans un boîtier de protection, ledit boîtier de protection comprenant une paroi périphérique et étant obturé à deux extrémités opposées par un couvercle. Selon l'invention, chacun des couvercles comprend au moins un orifice d'échappement de gaz pouvant se former à l'intérieur du boîtier de protection, 20 et en ce qu'au moins une couche de matériau métallique à travers laquelle les gaz sont destinés à s'écouler est disposée entre la face intérieure du chacun des couvercles et les cellules. L'invention propose la mise en oeuvre dans le chemin d'échappement des fumées produites par l'emballement thermique d'une cellule à l'intérieur d'un 25 pack batterie, un corps qui est perméable au passage des fumées Le corps précité comprend une masse de matériau métallique pour absorber la chaleur afin d'éteindre les flammes pouvant apparaître lors d'un tel emballement thermique. L'extinction des flammes est obtenue dans un délai extrêmement court, en 3 empêchant par conséquent leur propagation vers l'extérieur. Les gaz sous pression qui peuvent se former à l'intérieur du boîtier peuvent s'échapper par des orifices ménagés dans les couvercles du boîtier. Selon un aspect particulier de l'invention, le boîtier de protection 5 comprend plusieurs logements de réception d'une cellule. Avantageusement, des cloisons de séparation en matière plastique s'étendent à l'intérieur du boîtier de protection entre les logements de réception des cellules voisines. Selon des mises en oeuvre particulières de l'invention, ladite au moins une 10 couche de matériau métallique prend la forme d'un réseau de fils métalliques ou d'une mousse métallique. Dans des variantes de mise en oeuvre, il peut s'agir d'un treillis de fils métalliques ou de copeaux métalliques compactés, ou d'un mélange des deux. La masse métallique absorbe instantanément la chaleur des fumées, réduit 15 la température et empêche la propagation des flammes. Elle permet en outre d'absorber les explosions éventuelles d'une ou de plusieurs cellules. Préférentiellement, le pack batterie comprend des moyens de fixation réversible des couvercles sur ledit boîtier de protection. 20 Selon une mise en oeuvre particulière de l'invention, les cellules sont des cellules dont une électrode est composée de lithium. Les cellules ou piles sont des cellules lithium soufre (Li-S) ou lithium-dioxide manganese (Li-Mn02) ou lithium-chlorure de thionyle (Li-50C12), par exemple. Préférentiellement, au moins une couche de matériau isolant électrique 25 est disposée entre ladite au moins une couche de matériau métallique et les cellules. Selon un aspect particulier de l'invention, chaque couvercle porte sur sa face intérieure au moins une paroi en chicane définissant un trajet d'écoulement des gaz depuis l'intérieur du boîtier vers au moins un orifice d'échappement. 4 Ainsi, des chicanes formées sur la face intérieure des couvercles forcent les gaz à se propager indirectement vers les orifices de sortie. L'invention concerne par ailleurs, une balise de détresse comprenant un pack batterie tel que décrit précédemment. 5 Liste des figures L'invention, ainsi que les différents avantages qu'elle présente, seront plus facilement compris à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation de celle-ci, donné à titres de simple exemple illustratif et non limitatif, 10 et des dessins annexés, parmi lesquels : - la figure 1 est une vue en éclaté d'un pack batterie conforme à l'invention; - la figure 2 est une vue en perspective du pack batterie de la figure 1, partiellement assemblé ; 15 - la figure 3 est une vue en coupe schématique du pack batterie de la figure 1, et - la figure 4 est une vue en perspective du pack batterie de la figure 1, une fois assemblé. 20 Description détaillée de l'invention La figure 1 est une vue en éclaté d'un pack batterie selon l'invention. Le pack batterie 1 comprend une pluralité de cellules ou piles 20 électrochimiques cylindriques et un boîtier de protection 13 rigide et étanche dans lequel la pluralité de cellules 20 est positionnée selon un agencement 25 parallèle. Des cloisons de séparation 132 sont positionnées entre les cellules 20 voisines. Le boîtier 13 en plastique de réception des cellules 20 est obturé de façon étanche à ses deux extrémités opposées par deux couvercles 11 de fermeture. 5 Au moins une plaque ou couche 12 composée d'un matériau isolant électrique et perméable aux fumées, tel une mousse polyamide (PA), est disposée entre chaque couvercle 11 et la pluralité de cellules 20. Ces cellules 20 sont composées de lithium et sont, par exemple, des 5 cellules lithium soufre (Li-S) ou lithium-dioxide manganese (Li-Mn02) ou lithium- chlorure de thionyle (Li-50C12), non rechargeables. Des vis 16 et des écrous 15 assurent la fixation des couvercles 11 et des plaques 12 sur le boîtier 13. Au moins une couche ou plaque 14 de matériau métallique est disposée 10 entre chaque couvercle 11 et la plaque 12 isolante correspondante. Chaque couvercle 11 présente des orifices 111 d'évacuation ou d'échappement des gaz chauds, pouvant se former au sein du boîtier lors de l'emballement thermique d'une cellule 20, de l'intérieur vers l'extérieur du boîtier 13. 15 Chaque couvercle 11 comprend sur sa face intérieure des parois ou retours métalliques 21 formant chicane qui interdisent une sortie directe des gaz et augmentent leur chemin de sortie au travers du treillis métallique formant la plaque 14. 20 Comme visible sur la figure 2, le boîtier de protection 13 comprend une paroi 133 périphérique et plusieurs logements 131 tubulaires de réception d'une cellule 20. Les cellules 20 sont reliées entre elles, en parallèle ou en série, de façon à créer un générateur électrique de tension et de capacité désirée. 25 Le boîtier 13 est en plastique et les cellules 20 sont des cellules comportant du lithium. Sur cette figure 2, le boîtier 13 est représenté sans les couvercles 11 de fermeture, sans les plaques 14 métalliques et sans les plaques 12 isolantes. 6 A titre d'exemple, la largeur du boîtier 13 est de 95 mm, la hauteur du boîtier 13 est de 64 mm (69 mm avec les vis) et l'épaisseur égale à 44,5 mm. Sur la figure 4, le pack batterie 1 est assemblé. On distingue sur cette figure des portions de la plaque 14 de matériau métallique au travers des orifices 111 5 du couvercle 11. Comme illustré sur la figure 3, le boîtier 13 a une structure interne qui définit un trajet pour faire circuler des gaz d'emballement thermique depuis une cellule 20 de batterie vers l'extérieur du boîtier 13. 10 Comme souligné auparavant, la plaque 14 est perméable au passage des fumées et comprend une masse de matériau métallique pour absorber la chaleur afin d'éteindre les flammes pouvant apparaître lors d'un tel emballement thermique. On a représenté à l'aide des flèches F1 à F3 le trajet d'écoulement pour 15 évacuer des gaz chauds hors de l'intérieur du boîtier 13, les gaz chauds s'échappant de l'intérieur du boîtier 13 vers l'extérieur en passant par la plaque 14. Lorsque la cellule référencée 20 de la pluralité de cellules entre en emballement thermique, celle-ci émet des gaz chauds enflammés (flèche F1) et 20 la pression au sein du boîtier 13 augmente. Ces gaz enflammés sont dirigés au travers de la plaque isolante 12 puis de la plaque ou couche 14 de matériau métallique (flèches F2) prenant la forme d'un réseau ou treillis de fils métalliques (type paille de fer) ou d'une mousse métallique pour refroidir les gaz et éteindre les flammes. 25 Les gaz sont alors expulsés sous forme de fumée à l'extérieur du boîtier 13 (flèches F3), sans qu'aucune flamme ne sorte du boîtier 13. Les cellules 20 sont isolées entre elles par des cloisons de séparation 132 en plastique de faible conductivité thermique (répondant à la norme de référence UL94 pour la classification de la résistance à la flamme des matériaux 7 plastiques), ce qui permet d'éviter l'emballement thermique des cellules 20 adjacentes. Chaque cloison de séparation 132 constitue une barrière au transfert de l'énergie thermique entre deux cellules 20 placées de part et d'autre de la 5 cloison. Chaque cloison de séparation 132 isole électriquement et thermiquement les cellules 20 les unes des autres. En d'autres termes, les cloisons de séparation 132 protègent les cellules contre les gaz chauds évacués par une cellule voisine subissant un emballement 10 thermique. Pour éviter une pression interne trop élevée et critique, la sortie de la fumée par les orifices 111 d'échappement est mise en oeuvre de chaque côté du pack batterie 1. La solution de l'invention permet à la cellule subissant un emballement 15 thermique d'évacuer correctement les gaz chauds, tout en protégeant le reste des cellules dans le pack batterie 1 contre les gaz chauds. Une telle solution évite le rejet de liquide et la propagation de flammes vers l'extérieur du pack batterie 1. La couche 14 de matériau métallique peut présenter une épaisseur 20 comprise entre 1 et 15 mm, REVENDICATIONS1. Pack batterie (1) comprenant une pluralité de cellules (20) de stockage d'énergie électrique positionnées selon un agencement parallèle dans un boîtier de protection (13), ledit boîtier de protection (13) comprenant une paroi périphérique (133) et étant obturé à deux extrémités opposées par un couvercle (11), caractérisé en ce que chacun des couvercles (11) comprend au moins un orifice (111) d'échappement de gaz pouvant se former à l'intérieur du boîtier de protection (13), et en ce qu'au moins une couche (14) de matériau métallique à travers laquelle les gaz sont destinés à s'écouler est disposée entre la face intérieure du chacun des couvercles (11) et les cellules (20). 2. Pack batterie (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le boîtier de protection (13) comprend plusieurs logements (131) de réception d'une cellule (20). 3. Pack batterie (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que des cloisons de séparation (132) en matière plastique s'étendent à l'intérieur du boîtier de protection (13) entre les logements (131) de réception des cellules (20) voisines. 4. Pack batterie (1) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite au moins une couche (14) de matériau métallique prend la forme d'un réseau de fils métalliques ou d'une mousse métallique. 9 5. Pack batterie (1) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de fixation (14, 15) réversible des couvercles (11) sur ledit boîtier de protection (13). 5 6. Pack batterie (1) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les cellules (20) sont des cellules composées de lithium. 7. Pack batterie (1) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'au moins une couche (12) de matériau isolant électrique est disposée entre 10 ladite au moins une couche (14) de matériau métallique et les cellules (20). 8. Pack batterie (1) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que chaque couvercle (11) porte sur sa face intérieure au moins une paroi en chicane définissant un trajet d'écoulement des gaz vers au moins un orifice (111) 15 d'échappement. 9. Balise de détresse comprenant un pack batterie (1) selon l'une des revendications 1 à 8. 20