Brevet FR3134920A1 — publié le 20231027

L’invention se rapporte à un module (7) de batterie (3) comportant un boîtier (8) enfermant des cellules (9) d’accumulation d’énergie électrique et un dispositif (19) de surveillance d’une caractéristique du fluide contenu dans le boîtier (8) du module (7) différente de la température afin de diagnostiquer la détérioration d’au moins une des cellules (9) d’accumulation d’énergie électrique enfermées dans le boîtier (8) du module (7). Figure pour l’abrégé : figure 3 Module de batterie pour véhicule automobile Domaine technique de l’invention L’invention concerne le domaine des batteries et, plus précisément, de modules de batterie pour un véhicule automobile. Arrière-plan technique Les véhicules automobiles ont de plus en plus besoin de capacité de stockage en énergie électrique notamment à cause des normes antipollution imposées par les législations locales. Si l’utilisation d’une batterie permet effectivement de substituer par un moteur électrique tout ou partie un moteur thermique et la pollution afférente à sa combustion, elle ne permet pas de le remplacer selon les mêmes conditions d’utilisation. Un inconvénient majeur réside dans le risque d’emballement thermique des cellules d’accumulation d’énergie électrique notamment pour les batteries du type lithium-ion. Concrètement, si la température augmente trop, une réaction en chaîne à l’intérieur de la cellule d’accumulation d’énergie électrique finit par vaporiser l’électrolyte ce qui conduit à une surpression interne de la cellule d’accumulation d’énergie électrique. Dans les cas les plus sévères, plusieurs voire toutes les cellules d’accumulation d’énergie électrique sont soumises à un emballement thermique ce qui peut entraîner un incendie de la batterie et, incidemment, des organes entourant la batterie, c'est-à-dire notamment tout ou partie du véhicule automobile dans lequel est montée la batterie. De manière aggravante, plus le courant consommé de la batterie est élevé, plus la puissance déchargée par la batterie est importante (l’effet Joule augmentant selon le carré du courant de décharge) et plus l’utilisateur est incité à utiliser une borne de charge rapide (l’effet Joule augmentant selon le carré du courant de charge) ce qui rend encore plus fréquent le risque d’emballement thermique. Il ressort donc que la régulation thermique de la batterie devient donc un enjeu majeur pour les véhicules automobiles destinés à respecter les normes de pollution toujours plus drastiques. L'invention a notamment pour but de proposer un module de batterie capable de détecter au plus tôt le risque d’emballement thermique des cellules d’accumulation d’énergie électrique contenues dans le module de batterie. À cet effet, l’invention se rapporte à un module de batterie pour véhicule automobile comportant un boîtier enfermant des cellules d’accumulation d’énergie électrique, caractérisé en ce que le module de batterie comporte un dispositif de surveillance d’une caractéristique du fluide contenu dans le boîtier du module différente de la température afin de diagnostiquer la détérioration d’au moins une des cellules d’accumulation d’énergie électrique enfermées dans le boîtier du module. Selon l'invention, il est prévu que la batterie soit formée de plusieurs modules connectés électriquement en parallèle ou en série ce qui présente plusieurs avantages. Il est tout d’abord plus simple de réguler thermiquement plusieurs modules de batterie qu’un unique volume comportant le même nombre de cellules d’accumulation d’énergie électrique. Il est également plus simple d’implanter dans le véhicule automobile plusieurs modules de batterie qu’un unique volume comportant le même nombre de cellules d’accumulation d’énergie électrique. Enfin, il est plus simple de pouvoir changer un module comportant des cellules d’accumulation d’énergie électrique défaillantes plutôt que de changer la batterie entière pour seulement une faible partie de cellules d’accumulation d’énergie électrique défaillantes. On comprend ainsi que le diagnostic du dispositif de surveillance permettra de rapidement faire vérifier d’éventuelles cellules d’accumulation d’énergie électrique défaillantes en connaissant déjà le module de batterie à vérifier. En outre, de manière avantageuse, chaque module peut, selon l'invention, détecter la détérioration d’au moins une de ses cellules d’accumulation d’énergie électrique afin de gérer au plus tôt l’arrêt de l’emballement thermique de la batterie. La solution évidente pour résoudre un problème d’emballement thermique serait de surveiller la température des cellules d’accumulation d’énergie électrique. Toutefois, ce n’est pas la solution suivie par l’invention car, de manière effective, l’augmentation de température a lieu très peu de temps avant l’incendie. Ainsi, il a été constaté que pour éviter les déformations de chaque cellule d’accumulation d’énergie électrique et donc la détérioration des organes entourant la cellule d’accumulation d’énergie électrique, il est généralement prévu une soupape d’échappement, formée souvent par une partie frangible destinée à se briser à partir d’une pression interne prédéterminée, pour laisser communiquer la surpression à l’extérieur de la cellule d’accumulation d’énergie électrique. Une fois la soupape d’échappement ouverte, la cellule d’accumulation d’énergie électrique n’est donc plus fonctionnelle. L’invention tire donc partie de cette observation pour, non pas suivre la température de chaque cellule d’accumulation d’énergie électrique, mais surveiller au moins une autre caractéristique que la température du fluide présent dans le module de batterie telle que la composition, la pression, la transparence ou la conductivité pour déterminer si un fluide de pollution tel qu’un gaz s’est échappé d’au moins une des cellules d’accumulation d’énergie électrique du module afin de diagnostiquer un emballement thermique. En effet, il est coûteux et complexe de monter un capteur de température sur chaque cellule d’accumulation d’énergie électrique et la prise de température unique dans le boîtier ne permet pas de détecter à coup sûr et suffisamment tôt un emballement thermique d’une des cellules d’accumulation d’énergie électrique. De manière différente selon l'invention, il est détecté une anomalie après la destruction d’au moins une des cellules d’accumulation d’énergie électrique. Ainsi, l’emballement thermique est localisé immédiatement parmi les modules de la batterie et suffisamment tôt (notamment plus tôt que par une surveillance de température) pour éviter qu’il ne se propage aux autres cellules d’accumulation d’énergie électrique du module de batterie et/ou aux autres modules de batterie. Enfin, avantageusement selon l'invention, le dispositif de surveillance est compatible à une grande variété de types de systèmes de régulation thermique. L’invention peut également comporter l’une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes, prises seules ou en combinaison. Le dispositif de surveillance peut comporter au moins un élément de détection monté sur le boîtier du module et destiné à déterminer la présence d’un fluide de pollution échappé d’au moins une des cellules d’accumulation d’énergie électrique différent du fluide contenu dans le boîtier du module. Avantageusement selon l'invention, l’élément de détection peut aussi bien être monté à l’intérieur qu’à l’extérieur du boîtier de chaque module suivant l’implantation ou le type de la batterie. Bien entendu, plusieurs éléments de détection identiques (même caractéristique détectée du fluide présent dans le module de batterie) et/ou différents (plusieurs caractéristiques différentes détectées du fluide présent dans le module de batterie) peuvent être présents sur un même module afin d’améliorer le diagnostic. L’élément de détection peut comporter un capteur de concentration afin de mesurer la concentration en fluide de pollution échappé d’au moins une des cellules d’accumulation d’énergie électrique dans le fluide contenu dans le boîtier du module. On comprend donc que dès qu’une infime proportion de fluide de pollution est présente, le dispositif de surveillance pourra diagnostiquer un emballement thermique. L’élément de détection peut comporter un capteur de pression afin de mesurer une variation de pression dans le fluide contenu dans le boîtier de chaque module générée par le fluide de pollution échappé d’au moins une des cellules d’accumulation d’énergie électrique. Avantageusement selon l'invention, dès qu’une variation de la pression du fluide dans le module est au-dessus d’un seuil prédéterminé (tel que la pression moyenne des autres modules de batterie, un écart par rapport à une pression normale à une température donnée ou un écart par rapport à une pression prédéterminée), le dispositif de surveillance pourra diagnostiquer un emballement thermique. L’élément de détection peut comporter un capteur de conductivité afin de mesurer une variation de conductivité dans le fluide contenu dans le boîtier de chaque module générée par le fluide de pollution échappé d’au moins une des cellules d’accumulation d’énergie électrique. Avantageusement selon l'invention, dès qu’une variation de la conductivité (ou inversement la résistivité) du fluide dans le module est en dehors de seuils prédéterminés (tel que la conductivité moyenne des autres modules de batterie, un écart par rapport à une conductivité normale à une température donnée ou un écart par rapport à une conductivité prédéterminée), le dispositif de surveillance pourra diagnostiquer un emballement thermique. L’élément de détection comporte un capteur optique afin de mesurer une variation de transmission lumineuse dans le fluide contenu dans le boîtier de chaque module générée par le fluide de pollution échappé d’au moins une des cellules d’accumulation d’énergie électrique. Avantageusement selon l'invention, dès qu’une variation de luminosité du fluide dans le module est en dehors de seuils prédéterminés (tel que la luminosité moyenne des autres modules de batterie ou un écart par rapport à une luminosité prédéterminée), le dispositif de surveillance pourra diagnostiquer un emballement thermique. On remarque que ce dernier type de capteur autorise d’autres détections supplémentaires. Ainsi, si un début d’incendie est présent dans le module, le dispositif de surveillance pourra détecter des fumées par la baisse de luminosité ou, au contraire, des flammes par l’augmentation de luminosité. En outre, en cas de fluide liquide dans le module, le dispositif de surveillance pourra détecter des bulles du gaz échappées de cellules d’accumulation d’énergie électrique par la variation de luminosité. Le dispositif de surveillance peut comporter au moins un élément de guidage monté sur le boîtier du module et destiné à dévier le fluide de pollution échappé d’au moins une des cellules d’accumulation d’énergie électrique vers l’élément de détection afin de rendre plus fiable la détection et limiter le nombre d’élément de détection. On comprend que l’élément de guidage peut former une partie du couvercle supérieur du boîtier de chaque module pour imposer un passage du fluide de pollution devant chaque élément de détection. Le fluide contenu dans le boîtier du module peut être de l’air sous phase gazeuse ou un fluide caloporteur diélectrique en phase liquide destiné à réguler thermiquement au moins une partie des cellules d’accumulation d’énergie électrique comprises dans le module de batterie. L’invention se rapporte également à un système de régulation thermique d’un module de batterie pour véhicule automobile tel que présenté plus haut, caractérisé en ce que le système de régulation comporte une unité de contrôle reliée électriquement au dispositif de surveillance du fluide contenu dans le boîtier du module afin de sélectivement piloter le fonctionnement du système de régulation thermique en fonction de la détérioration diagnostiquée d’au moins une des cellules d’accumulation d’énergie électrique enfermées dans le boîtier du module. Enfin, l’invention se rapporte à un véhicule automobile caractérisé en ce qu’ il comprend un système de régulation thermique tel que présenté plus haut. Brève description des figures D’autres particularités et avantages de l’invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : est une vue schématique de dessus d’un véhicule dans lequel un système de régulation thermique d’un module de batterie selon l'invention est monté ; est une vue schématique en perspective de modules de batterie selon un premier mode de l'invention ; est une vue schématique en coupe d’un module de batterie selon un deuxième mode de l'invention. Module (7) de batterie (3) pour véhicule (4) automobile comportant un boîtier (8) enfermant des cellules (9) d’accumulation d’énergie électrique, caractérisé en ce que le module (7) de batterie (3) comporte un dispositif (19) de surveillance d’une caractéristique du fluide contenu dans le boîtier (8) du module (7) différente de la température afin de diagnostiquer la détérioration d’au moins une des cellules (9) d’accumulation d’énergie électrique enfermées dans le boîtier (8) du module (7). Module (7) de batterie (3) selon la revendication précédente, dans lequel le dispositif (19) de surveillance comporte au moins un élément (13) de détection monté sur le boîtier (8) du module (7) et destiné à déterminer la présence d’un fluide de pollution échappé d’au moins une des cellules (9) d’accumulation d’énergie électrique différent du fluide contenu dans le boîtier (8) du module (7). Module (7) de batterie (3) selon la revendication précédente, dans lequel l’élément (13) de détection comporte un capteur de concentration afin de mesurer la concentration en fluide de pollution échappé d’au moins une des cellules (9) d’accumulation d’énergie électrique dans le fluide contenu dans le boîtier (8) du module (7). Module (7) de batterie (3) selon la revendication 2 ou 3, dans lequel l’élément (13) de détection comporte un capteur de pression afin de mesurer une variation de pression dans le fluide contenu dans le boîtier (8) du module (7) générée par le fluide de pollution échappé d’au moins une des cellules (9) d’accumulation d’énergie électrique. Module (7) de batterie (3) selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel l’élément (13) de détection comporte un capteur de conductivité afin de mesurer une variation de conductivité dans le fluide contenu dans le boîtier (8) du module (7) générée par le fluide de pollution échappé d’au moins une des cellules (9) d’accumulation d’énergie électrique. Module (7) de batterie (3) selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, dans lequel l’élément (13) de détection comporte un capteur optique afin de mesurer une variation de transmission lumineuse dans le fluide contenu dans le boîtier (8) du module (7) générée par le fluide de pollution échappé d’au moins une des cellules (9) d’accumulation d’énergie électrique. Module (7) de batterie (3) selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, dans lequel le dispositif (19) de surveillance comporte au moins un élément (17) de guidage monté sur le boîtier (8) du module (7) et destiné à dévier le fluide de pollution échappé d’au moins une des cellules (9) d’accumulation d’énergie électrique vers l’élément (13) de détection afin de rendre plus fiable la détection et limiter le nombre d’élément (13) de détection. Module (7) de batterie (3) selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, dans lequel l’élément (13) de détection est monté à l’intérieur du boîtier (8) du module (7). Module (7) de batterie (3) selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, dans lequel l’élément (13) de détection est monté à l’extérieur du boîtier (8) du module (7). Module (7) de batterie (3) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le fluide contenu dans le boîtier (8) du module (7) est de l’air. Module (7) de batterie (3) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel le fluide contenu dans le boîtier (8) du module (7) est un fluide caloporteur diélectrique en phase liquide destiné à réguler thermiquement au moins une partie des cellules (9) d’accumulation d’énergie électrique comprises dans le module (7) de batterie (3). Système (1) de régulation thermique d’un module (7) de batterie (3) pour véhicule (4) automobile selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système (1) de régulation comporte une unité (11) de contrôle reliée électriquement au dispositif (19) de surveillance du fluide contenu dans le boîtier (8) du module (7) afin de sélectivement piloter le fonctionnement du système (1) de régulation thermique en fonction de la détérioration diagnostiquée d’au moins une des cellules (9) d’accumulation d’énergie électrique enfermées dans le boîtier (8) du module (7). Véhicule (4) automobile caractérisé en ce qu’ il comprend un système (1) de régulation thermique selon la revendication précédente.