Brevet FR3101199A1 — publié le 20210326

L’invention concerne un système de protection d'un dispositif (20) à résistance interne variable, comportant un fusible de protection (25) apte à fondre lorsqu’il est traversé par un courant d'intensité supérieure à un seuil d’intensité. Selon l’invention, le système comporte en outre des moyens d’estimation adaptés à estimer la résistance interne dudit dispositif, et des moyens de sécurisation adaptés à limiter et/ou à empêcher l’utilisation dudit dispositif lorsque ladite résistance interne est supérieure à un seuil de résistance au-delà duquel ledit fusible de protection est inopérant. Figure pour l’abrégé : Fig. 2 Système de protection d'un dispositif à résistance interne variable Domaine technique de l'invention La présente invention concerne de manière générale la sécurité des batteries d’accumulateurs. Elle concerne plus particulièrement un système de protection d'un dispositif à résistance interne variable, tel qu’une cellule électrochimique de batterie d’accumulateurs, ce système de protection comportant un fusible apte à fondre lorsqu’il est traversé par un courant d'intensité supérieure à un seuil d’intensité prédéfini. Elle concerne également un procédé de protection d’un tel dispositif. L’invention trouve une application particulièrement avantageuse dans la réalisation de batteries d’accumulateurs pour véhicules électriques ou hybrides. Etat de la technique Les véhicules électriques et hybrides sont en effet équipés de batteries d’accumulateurs alimentant en courant des moteurs électriques permettant de propulser ces véhicules. Comme l’enseigne le document US2017005384, une telle batterie d’accumulateurs comporte généralement plusieurs modules qui intègrent chacun un grand nombre de cellules électrochimiques distinctes. Ces cellules utilisent des composés chimiques pour stocker de l’énergie électrique, qui sont potentiellement dangereux en cas de surcharge de la cellule. Un système commun pour sécuriser une batterie d’accumulateurs consiste alors à surveiller individuellement la tension aux bornes de chaque cellule et à couper le courant en cas de surcharge. La mise en œuvre de cette solution technique nécessite malheureusement l’utilisation de nombreux composants onéreux, connectés de façon redondante pour atteindre le degré de sécurité souhaité. Une autre solution, décrite dans le document US2017005384, consiste à équiper chaque cellule de son propre dispositif de sécurité intégré. Ce dispositif de sécurité comprend alors, d’une part, un fusible connecté entre les composés chimiques et la borne positive de la cellule, et, d’autre part, un interrupteur à pression connecté entre les deux bornes de cette même cellule. Ainsi, en cas de surpression dans la cellule, l’interrupteur se ferme, ce qui crée un court-circuit dans la cellule et provoque la fusion du fusible, mettant ainsi la batterie d’accumulateurs en sécurité. Un premier inconvénient de cette solution est que cette fusion génère une panne immobilisante pour le véhicule. Un second inconvénient, que le demandeur a observé et qui s’avère être plus grave que le premier, est qu’il arrive que la fusion du fusible ne s’opère pas lors de la mise en court-circuit de la cellule, générant un risque de feu ou d’explosion de la batterie d’accumulateurs. Présentation de l'invention Afin de remédier aux inconvénients précités de l’état de la technique, la présente invention propose d’améliorer la sécurité de la batterie d’accumulateurs en ajoutant un moyen informatique de détection du vieillissement de la batterie. Plus particulièrement, on propose selon l’invention un système de protection tel que défini dans l’introduction, dans lequel il est prévu des moyens d’estimation adaptés à estimer la résistance interne du dispositif (par exemple la résistance interne de la cellule électrochimique), et des moyens de sécurisation adaptés à limiter et/ou à empêcher l’utilisation de ce dispositif lorsque ladite résistance interne est supérieure à un seuil de résistance, de telle manière que le dispositif ait toujours la capacité de faire fondre le fusible. Le demandeur a en effet constaté que lorsque l’état de vieillissement d’une cellule électrochimique est avancé, et que par conséquent sa résistance interne est trop élevée, la puissance électrique que cette cellule peut développer n’est pas toujours suffisante pour faire fondre le fusible. Au lieu d’employer un fusible plus petit (ce qui pourrait être problématique en cas de forte sollicitation de la cellule puisque le fusible pourrait fondre de façon indésirable), l’invention propose plutôt de surveiller l’état de vieillissement de la cellule de façon à ce que l’usager puisse être invité, préférentiellement de façon préventive, à faire réviser sa batterie d’accumulateurs avant que la cellule ne puisse plus développer la puissance électrique nécessaire pour faire fondre le fusible. D’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives du système de protection conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes : - ledit seuil de résistance est égal à la résistance interne au-delà de laquelle le dispositif n’a plus la capacité de faire fondre le fusible, à une marge de sécurité près ; - ledit dispositif comportant deux bornes de connexion électrique, il est prévu un interrupteur adapté à fermer automatiquement le circuit électrique entre les deux bornes en cas de surpression dans ledit dispositif ; - les moyens d’estimation sont adaptés à estimer ladite résistance interne seulement si une ou plusieurs ou toutes les conditions suivantes sont réunies : -> si le dispositif est en phase de décharge, -> si l’intensité du courant débité par le dispositif est comprise dans une plage de valeurs prédéfinies, -> si la variation temporelle de l’intensité du courant débité par le dispositif est supérieure à un seuil de variation prédéfini, -> si la température interne dudit dispositif est dans une plage de températures prédéfinie ; - les moyens d’estimation sont conçus pour tenter d’estimer ladite résistance interne de façon périodique ; - les moyens de sécurisation sont adaptés à avertir un usager d’une prochaine limitation et/ou d’un prochain empêchement d’utilisation du dispositif si la résistance interne est supérieure à un second seuil de résistance ; - les moyens de sécurisation sont adaptés à limiter l’utilisation du dispositif si la résistance interne est supérieure à un troisième seuil ; - le troisième seuil est strictement supérieur au second seuil ; - les moyens de sécurisation sont adaptés à empêcher l’utilisation du dispositif si la résistance interne est supérieure audit seuil de résistance, lequel seuil de résistance est strictement supérieur au troisième seuil. L’invention porte aussi sur une batterie d’accumulateurs comportant une cellule électrochimique équipée d’un système de protection tel que précité. L’invention propose également un procédé de protection d'un dispositif à résistance interne variable, tel qu’une cellule électrochimique, équipé d’un fusible de protection, comportant : - une étape d’estimation de la résistance interne dudit dispositif, - une étape de comparaison de la résistance interne avec au moins un seuil de résistance au-delà duquel le fusible de protection est inopérant, et, si la résistance interne est supérieure audit seuil de résistance, et - une étape de sécurisation au cours de laquelle l’utilisation du dispositif est empêchée ou limitée, de telle sorte que le dispositif a toujours la capacité de faire fondre le fusible. Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. Système de protection pour un dispositif (20) à résistance interne (Ri) variable, tel qu’une cellule électrochimique de batterie d’accumulateurs (11), ce système de protection comportant un fusible (25) apte à fondre lorsqu’il est traversé par un courant d'intensité (I batt ) supérieure à un seuil d’intensité, caractérisé en ce qu'il comporte en outre : - des moyens d’estimation (12) adaptés à estimer la résistance interne (Ri) dudit dispositif (20), et - des moyens de sécurisation (17) adaptés à limiter et/ou à empêcher l’utilisation dudit dispositif (20) lorsque ladite résistance interne (Ri) est supérieure à un seuil de résistance (S R1 ) de telle manière que le dispositif (20) ait toujours la capacité de faire fondre le fusible (25). Système de protection selon la revendication précédente, dans lequel, ledit dispositif (20) comportant deux bornes (22, 23) de connexion électrique, il est prévu un interrupteur (26) adapté à fermer automatiquement le circuit électrique entre les deux bornes (22, 23) en cas de surpression dans ledit dispositif (20). Système de protection selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les moyens d’estimation (12) sont adaptés à estimer ladite résistance interne (Ri) seulement si une, ou plusieurs, ou toutes les conditions suivantes sont réunies : - si le dispositif (20) est en phase de décharge, - si l’intensité (I batt ) du courant débité par le dispositif (20) est comprise dans une plage de valeurs prédéfinies, - si la variation temporelle de l’intensité (I batt ) du courant débité par le dispositif (20) est supérieure à un seuil de variation prédéfini, - si la température interne dudit dispositif (20) est comprise dans une plage de températures prédéfinies. Système de protection selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les moyens d’estimation (12) sont conçus pour tenter d’estimer ladite résistance interne (Ri) de façon périodique. Système de protection selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les moyens de sécurisation (17) sont adaptés à avertir un usager d’une prochaine limitation et/ou d’un prochain empêchement d’utilisation du dispositif (20) si la résistance interne (Ri) est supérieure à un second seuil de résistance (S R 2 ). Système de protection selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les moyens de sécurisation (17) sont adaptés à limiter l’utilisation du dispositif (20) si la résistance interne (Ri) est supérieure à un troisième seuil (S R 3 ). Système de protection selon les deux revendications précédentes, dans lequel le troisième seuil (S R 3 ) est strictement supérieur au second seuil (S R 2 ). Système de protection selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les moyens de sécurisation (17) sont adaptés à empêcher l’utilisation du dispositif (20) si la résistance interne (Ri) est supérieure audit seuil de résistance (S R1 ). Batterie d’accumulateurs (11) comportant au moins une cellule électrochimique (20) équipée d’un système de protection conforme à l’une des revendications précédentes. Procédé de protection d'un dispositif (20) à résistance interne (Ri) variable, tel qu’une cellule électrochimique, le dispositif (20) étant équipé d’un fusible (25), caractérisé en ce qu’il comporte : - une étape d’estimation (12) de la résistance interne (Ri) dudit dispositif (20), - une étape de comparaison de la résistance interne (Ri) avec au moins un seuil de résistance (S R1 ), puis, si la résistance interne (Ri) est supérieure audit seuil de résistance (S R1 ), - une étape de sécurisation (17) au cours de laquelle l’utilisation du dispositif (20) est empêchée ou limitée, de telle sorte que le dispositif (20) a toujours la capacité de faire fondre le fusible (25).