Brevet FR3132388A1 — publié le 20230804

Système d’alimentation électrique (100) embarqué comportant une batterie (1), notamment batterie lithium-ion, comportant : une enceinte (2) logeant au moins un module (4) contenant au moins une cellule (5) électrochimique, et un système de refroidissement (10) de la batterie (1) par écoulement de liquide comportant une tubulure (21) s’étendant dans l’enceinte (2), ladite tubulure (21) ayant au moins une zone prédéterminée (22) configurée pour permettre de faire sortir ledit liquide (L) sous forme liquide ou gazeuse hors de la tubulure (21) dans l’enceinte (2) en cas d’emballement thermique. Figure de l’abrégé : Figure 3 Système d’alimentation électrique embarqué La présente divulgation relève du domaine systèmes d’alimentation électrique embarqués comportant une batterie, dans le domaine aéronautique, notamment d’une batterie propulsive ou d’une batterie tampon. En particulier, l’invention se rapporte à un système d’alimentation électrique embarqué, par exemple dans un avion, dans un hélicoptère ou dans un drone ainsi qu’un procédé de refroidissement d’un tel système d’alimentation électrique. Une batterie, notamment de type Lithium-ion (Li-ion), contient au moins une, généralement plusieurs cellules électrochimiques, telles que des cellules Li-ion, chaque cellule pouvant être l’objet d’un emballement thermique. En effet, l’électrolyte que les cellules contiennent se présente sous la forme de sels de lithium dans un solvant organique hautement inflammable. Une surchauffe de la batterie peut être une des causes du déclenchement d’un emballement thermique. Par « emballement thermique d’une batterie », on entend une élévation anormale de la température d’au moins une cellule, une surpression avec dégazage puis réaction de combustion avec éventuellement des fumées et flammes. Ce phénomène d’emballement thermique peut être déclenché par trois types d’initiation : une initiation thermique, par exemple une augmentation de température, une initiation électrique, par exemple une surcharge, ou une initiation mécanique, par exemple une déformation. Ce phénomène peut encore être dû à un défaut interne (court-circuit) d’une cellule Li-ion. L’emballement thermique induit par exemple des flammes, des dégazages, des explosions et/ou des projections de matière au sein de la batterie. Dans le cas de systèmes d’alimentation électrique comportant des batteries Li-ion, et embarqués, par exemple disposés dans un avion, un hélicoptère ou un drone, du fait de leur proximité avec la zone de carburant et/ou la présence de personnel navigant et éventuellement de passagers, tout emballement thermique de batterie constitue potentiellement un danger pour le matériel et les personnes. Des solutions sont connues pour éviter au maximum le phénomène d’emballement thermique, par protection sur court-circuit électrique avec contacteurs et fusibles, par équilibrage des cellules (« balancing »), par surveillance des tensions et de la température avec une électronique dédiée, par système de refroidissement de la batterie par écoulement d’air ou de liquide avec échangeur, par gestion de la charge et décharge électrique, ou encore par amortissement mécanique de la batterie. Toutefois, le phénomène de court-circuit interne dû à un défaut de la cellule ne pourra pas être supprimé et devient d’autant plus critique sur des batteries contenant un large nombre de cellules. Ainsi, le risque d’emballement thermique ne peut pas être complètement supprimé et il est nécessaire de pouvoir contenir ce phénomène lorsqu’il advient, par exemple de stopper le feu qu’il peut induire. D’autres solutions sont connues pour permettre de contenir les flammes et débris au sein de la batterie et empêcher une élévation de la température de se répercuter sur l’ensemble de l’équipement. On connaît ainsi une solution de confinement basée sur l’utilisation d’un tissu haute technologie pour protéger le boîtier de la batterie ainsi que pour contenir les flammes et débris à l’intérieur de celle-ci, divulguée dans FR 1 904 729. Alors que le boîtier de batterie est protégé ou directement développé dans des matériaux capables de supporter les contraintes de flammes, des lacunes existent sur l’inhibition du feu déclenché au sein de la batterie lors d’un emballement thermique. Les solutions proposées reposent sur des systèmes d’immersion de la batterie dans de l’eau salée ou de développement de systèmes de projection d’eau en plus des systèmes pour l’usage fonctionnel de la batterie. Il existe un besoin pour bénéficier, dans le domaine aéronautique, d’un système d’alimentation électrique embarqué comportant une batterie, notamment une batterie Lithium-ion, et comportant des moyens permettant d’éteindre un feu déclenché lors d’un emballement thermique au sein de la batterie sans pour autant ajouter un système impactant significativement la masse. Résumé La présente divulgation vient améliorer la situation. Il est proposé un système d’alimentation électrique embarqué comportant une batterie, notamment batterie lithium-ion, comportant : une enceinte logeant au moins un module contenant au moins une cellule électrochimique, et un système de refroidissement de la batterie par écoulement de liquide comportant une tubulure s’étendant dans l’enceinte, ladite tubulure ayant au moins une zone prédéterminée configurée pour permettre de faire sortir ledit liquide sous forme liquide ou gazeuse hors de la tubulure dans l’enceinte en cas d’emballement thermique. Grâce à l’invention, on peut utiliser le liquide réfrigérant du système de refroidissement pour venir éteindre le feu en cas d’emballement thermique au sein même de la batterie. En effet, le liquide peut être pulvérisé ou s’écouler dans l’enceinte de la batterie, hors de la tubulure et via la ou les zones prédéterminées, sous forme liquide ou gazeuse, afin de maîtriser l’emballement thermique, soit de manière active, soit de manière passive. Les caractéristiques exposées dans les paragraphes suivants peuvent, optionnellement, être mises en œuvre, indépendamment les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres. Ladite au moins une zone prédéterminée peut être configurée pour permettre la pulvérisation ou l’écoulement du liquide hors de la tubulure dans l’enceinte lorsque la température et/ou la pression et/ou une autre caractéristique dans l’enceinte est supérieure à un seuil prédéterminé. Dans ce cas, la pulvérisation ou l’écoulement du liquide est automatiquement déclenchée dès franchissement de ce seuil. La pulvérisation ou l’écoulement de liquide a alors lieu de manière passive. Cela permet de maîtriser ou de limiter les effets de l’augmentation de température. En variante, le système d’alimentation électrique comporte un dispositif de détection de la température et/ou de la pression et/ou d’une autre caractéristique telle que le bruit, la fumée ou un gaz, à l’intérieur de l’enceinte. Un tel dispositif de détection permet de détecter l’emballement thermique. Le système d’alimentation électrique comporte alors de préférence un système permettant d’agir de manière à ouvrir ladite au moins une zone prédéterminée, lorsque la température et/ou la pression et/ou ladite autre caractéristique dans l’enceinte est supérieure à un seuil prédéterminé. Dans ce cas, la pulvérisation ou l’écoulement du liquide est provoqué de manière active dès franchissement de ce seuil. Le système permettant d’agir de manière à ouvrir ladite au moins une zone prédéterminée peut comporter au moins une pompe configurée pour agir sur la valeur de la pression du liquide dans la tubulure et un dispositif de commande de la pompe configuré pour recevoir au moins une information provenant du dispositif de détection. Il est possible de cumuler le mode passif et actif. Ledit seuil prédéterminé pour la température peut être égal à 100°C environ. Le seuil prédéterminé pour la température peut encore être égal à 130°C environ. Ledit seuil prédéterminé pour la pression peut consister en une augmentation de la pression de 0,6 bar. La pression de service peut être comprise entre 1 et 5 bar, avec une pression maximale pouvant être égale à 5 bar. De tels seuils sont avantageusement prédéterminés pour caractériser un début d’emballement thermique et pour permettre d’agir, de manière passive et/ou active, afin de maîtriser cet emballement, par l’écoulement ou la pulvérisation au sein de la batterie. Le dispositif de détection comporte de préférence au moins un capteur présent dans l’enceinte de la batterie, notamment un capteur de détection de l’emballement thermique. Un tel capteur peut être choisi dans le groupe constitué par les capteurs de bruit, de fumée, de température, de pression ou de gaz. Les capteurs de détection de l’emballement thermique, « thermal runaway » en anglais, permettent de mesurer des grandeurs physiques, telles que bruit, gaz, température, pression et fumée. De tels capteurs peuvent apporter une information aux dispositifs de commande, notamment aux calculateurs avion, hélicoptère ou drone, sur le déclenchement d’un emballement thermique, en particulier afin d’agir sur les systèmes et d’enclencher la protection mais aussi pour fournir une information aux pilotes. Le liquide est de préférence choisi dans le groupe constitué par un mélange d’eau et d’éthylène glycol, un mélange d’eau et de propylène glycol, une eau déminéralisée et de l’eau. Le liquide peut contenir au moins un additif, notamment un agent retardant, choisi dans le groupe constitué par un tensioactif fluorocarboné, un tensioactif hydrocarboné, un agent chélatant et un agent anti-brûlure. La tubulure comporte par exemple un nombre de ladite au moins une zone prédéterminée compris entre 1 et 20. Ainsi, il peut y avoir une seule zone ou plusieurs zones pour la pulvérisation ou l’écoulement du liquide dans l’enceinte en cas d’emballement thermique. Lorsqu’il y a plusieurs zones, celles-ci peuvent être équiréparties sur la tubulure ou sur une partie de celle-ci. Dans un mode de réalisation particulier, ladite au moins une zone prédéterminée présente une ouverture de dimension réduite. La valeur d’une telle dimension réduite est fonction de plusieurs paramètres de conception et est calculée au cas par cas. Le système d’alimentation électrique est alors de préférence configuré de telle sorte que, lorsqu’un emballement thermique est détecté par le dispositif de détection, notamment par une température et/ou une pression supérieure à un seuil prédéterminé, la pression générée par la pompe dans la tubulure est augmentée de manière à créer une pulvérisation de liquide ou de gaz dans l’enceinte au travers de ladite ouverture de dimension réduite. Ce mode de réalisation est actif. Dans un autre mode de réalisation, ladite au moins une zone prédéterminée comprend une ouverture fermée par un obturateur. Ladite ouverture présente par exemple un diamètre de 2 mm environ, l’obturateur ayant alors de préférence un diamètre de 3 mm environ. Un tel obturateur peut être réalisé dans un matériau présentant une température de fusion inférieure ou égale à 130°C, notamment inférieure ou égale à 100°C. Dans ce cas, ledit matériau de l’obturateur est par exemple choisi dans le groupe constitué par les alliages type métal de Newton Bismuth-Plomb-Etain et les matériaux polymères, tels qu’un polychlorure de vinyle (PVC) ou un acrylonitrile butadiène styrène. Dans ce cas, dès que la température dans l’enceinte atteint la température de fusion de ce matériau, notamment 130°C, ou 100°C, le matériau de l’obturateur fond de telle sorte que l’ouverture de la zone prédéterminée est dégagée et que le liquide peut s’écouler dans l’enceinte. Ce mode de réalisation est alors passif. En variante, l’obturateur peut être réalisé dans un silicone d’étanchéité ou une membrane ou une mousse à porosité variable fonction de la pression et/ou de la température. Dans ce cas, le système d’alimentation électrique peut être configuré de telle sorte que, lorsqu’un emballement thermique est détecté par le dispositif de détection, notamment par une température et/ou une pression supérieure à un seuil prédéterminé, la pression générée par la pompe dans la tubulure est augmentée de manière à créer une pulvérisation de liquide ou de gaz dans l’enceinte en déplaçant l’obturateur ou au travers de l’obturateur. En variante, l’obturateur consiste en une buse de pulvérisation dont l’ouverture est commandée par l’augmentation de la pression dans la tubulure. Dans ce cas, le système d’alimentation électrique est avantageusement configuré de telle sorte que, lorsqu’un emballement thermique est détecté par le dispositif de détection, la pression générée par la pompe dans la tubulure augmente de manière à provoquer l’ouverture de la buse afin de créer une pulvérisation de liquide ou de gaz dans l’enceinte au travers de la buse. Lorsque la température et/ou la pression ou une autre caractéristique est supérieure ou égale à un seuil prédéterminé dans l’enceinte, la pression d’écoulement dudit liquide dans l’enceinte sous forme liquide ou gazeuse est de préférence contrôlée et inférieure ou égale à une valeur prédéterminée fonction du nombre de cellules, du volume de l’enceinte lequel est lui-même dépendant de la puissance. Ladite au moins une zone prédéterminée peut, selon une variante, couvrir une grande partie de la tubulure, voire la totalité de la tubulure. Dans ce cas, ladite grande partie, voire la totalité, de la tubulure est par exemple réalisée dans un matériau présentant une température de fusion inférieure ou égale à 130°C, notamment inférieure ou égale à 100°C. Ainsi, lorsque la température dans l’enceinte dépasse 130°C, ou 100°C, c’est-à-dire en cas d’emballement thermique, la tubulure occupée par la ou les zones prédéterminées fond et le liquide présent dans la tubulure s’écoule dans l’enceinte de manière à éteindre le feu. Ce mode de réalisation est passif. La batterie peut, comporter, dans ce cas, une sortie de dégazage, ladite sortie de dégazage étant de préférence située dans une partie supérieure de l’enceinte. Toujours dans ce cas, le volume libre, hors modules et tubulures notamment, dans l’enceinte peut être supérieur à un volume prédéterminé. Le volume libre est fonction du taux d’intégration qui est par exemple égal à 2. L’invention concerne encore, en combinaison avec ce qui précède, un procédé de refroidissement d’un système d’alimentation électrique tel que défini plus haut, comportant l’étape consistant à faire sortir de la tubulure le liquide dans l’enceinte de la batterie en cas d’emballement thermique. Un tel procédé permet d’agir efficacement pour lutter contre le feu en cas d’emballement thermique d’une ou plusieurs cellules au sein de la batterie, tout en évitant l’ajout de masse significative. Ladite étape peut être mise en œuvre de manière passive, le système d’alimentation électrique étant configuré pour permettre automatiquement la pulvérisation et/ou l’écoulement du liquide dans l’enceinte lorsqu’un seuil prédéterminé de température et/ou de pression est franchi. En variante ou additionnellement, ladite étape est mise en œuvre de manière active, le système d’alimentation électrique étant alors configuré pour commander la pulvérisation et/ou l’écoulement du liquide après détection d’une caractéristique, notamment d’une température et/ou pression, supérieure ou égale à un seuil prédéterminé. D’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels : ] montre un exemple d’intégration d’un système d’alimentation électrique embarqué comportant une batterie selon l’invention. montre un autre exemple d’intégration d’un système d’alimentation électrique embarqué selon l’invention. montre schématiquement un système d’alimentation électrique selon un mode de réalisation. montre schématiquement un système d’alimentation électrique selon un autre mode de réalisation. montre schématiquement un système d’alimentation électrique selon un autre mode de réalisation. montre schématiquement un système d’alimentation électrique selon un autre mode de réalisation. montre isolément en vue en coupe schématique un détail de la . montre schématiquement un système d’alimentation électrique selon un autre mode de réalisation. montre schématiquement, de manière isolée et vue en coupe, la tubulure du système d’alimentation électrique de la avant emballement thermique. est une vue similaire à la lors d’un emballement thermique. Système d’alimentation électrique (100) embarqué comportant une batterie (1), notamment batterie lithium-ion, comportant : une enceinte (2) logeant au moins un module (4) contenant au moins une cellule (5) électrochimique, et un système de refroidissement (10) de la batterie (1) par écoulement de liquide comportant une tubulure (21) s’étendant dans l’enceinte (2), ladite tubulure (21) ayant au moins une zone prédéterminée (22) configurée pour permettre de faire sortir ledit liquide (L) sous forme liquide ou gazeuse hors de la tubulure (21) dans l’enceinte (2) en cas d’emballement thermique. Système selon la revendication 1, dans lequel ladite au moins une zone prédéterminée (22) est configurée pour permettre la pulvérisation ou l’écoulement du liquide hors de la tubulure (21) dans l’enceinte (2) lorsque la température et/ou la pression et/ou une autre caractéristique dans l’enceinte (2) est supérieure à un seuil prédéterminé. Système selon la revendication 1 ou 2, comportant un dispositif de détection (19) de la température et/ou de la pression et/ou d’une autre caractéristique telle que le bruit, la fumée ou un gaz, à l’intérieur de l’enceinte (2) et un système permettant d’agir de manière à ouvrir ladite au moins une zone prédéterminée, lorsque la température et/ou la pression et/ou ladite autre caractéristique dans l’enceinte (2) est supérieure à un seuil prédéterminé. Système selon la revendication précédente, dans lequel ledit système permettant d’agir de manière à ouvrir ladite au moins une zone prédéterminée (22) comporte au moins une pompe (15) configurée pour agir sur la valeur de la pression du liquide dans la tubulure (21) et un dispositif de commande (18) de la pompe (15) configuré pour recevoir au moins une information provenant du dispositif de détection (19). Système selon l’une quelconque des revendications 2 à 4, ledit seuil prédéterminé pour la température est égal à 100°C environ et/ou ledit seuil prédéterminé pour la pression consiste en une augmentation de la pression de 0,6 bar. Système selon la revendication 4, ladite au moins une zone prédéterminée (22) présentant une ouverture (29) de dimension réduite, le système étant configuré de telle sorte que, lorsqu’un emballement thermique est détecté par le dispositif de détection (19), la pression générée par la pompe (15) dans la tubulure (21) est augmentée de manière à créer une pulvérisation de liquide ou de gaz dans l’enceinte (2) au travers de ladite ouverture (29) de dimension réduite. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, ladite au moins une zone prédéterminée (22) comprenant une ouverture (30) fermée par un obturateur (31). Système selon la revendication 7, dans lequel l’obturateur (31) est réalisé dans un matériau présentant une température de fusion inférieure ou égale à 130°C, notamment inférieure ou égale à 100°C, ledit matériau de l’obturateur (31) étant choisi dans le groupe constitué par les alliages type métal de Newton Bismuth-Plomb-Etain et les matériaux polymères, tels qu’un polychlorure de vinyle (PVC) ou un acrylonitrile butadiène styrène. Système selon la revendication 7, dans lequel l’obturateur (31) est réalisé dans un silicone d’étanchéité ou une membrane ou une mousse à porosité variable fonction de la pression et/ou de la température. Système selon la revendication 7, l’obturateur (31) consistant en une buse de pulvérisation (33) dont l’ouverture est commandée par l’augmentation de la pression dans la tubulure (21). Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite au moins une zone prédéterminée (22) couvre une grande partie de la tubulure (21), voire la totalité de la tubulure (21), ladite grande partie, voire la totalité, de la tubulure (21) étant de préférence réalisée dans un matériau présentant une température de fusion inférieure ou égale à 130°C, notamment inférieure ou égale à 100°C.