Brevet FR3132387A1 — publié le 20230804

Système d’alimentation électrique (100) embarqué, comportant une batterie (1), notamment batterie lithium-ion, comportant : au moins un module (4) contenant au moins une cellule (5) électrochimique; au moins une poche (7) fermée au sein de la batterie (1) contenant une poudre (8) solide ayant un effet anti-feu, ladite au moins une poche (7) étant configurée de manière à permettre de libérer ladite poudre (8) en cas de feu déclenché lors d’un emballement thermique d’au moins une cellule (5). Figure de l’abrégé : Figure 3 Système d’alimentation électrique embarqué La présente divulgation relève du domaine des systèmes d’alimentation électrique embarqués comportant une batterie, dans le secteur aéronautique, notamment une batterie propulsive ou une batterie tampon. L’invention concerne en particulier un système d’alimentation électrique embarqué, par exemple dans un avion, dans un hélicoptère ou dans un drone ainsi qu’un procédé d’extinction d’un feu de batterie en cas d’emballement thermique dans 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 peut 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 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 et par exemple de stopper le feu qu’il peut induire. Il est connu de concevoir des extincteurs spéciaux pour des batteries Li-ion, à partir d’agents extincteurs à base de vermiculite notamment. Cela ajoute un équipement supplémentaire et de la masse supplémentaire. 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 par 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 : au moins un module contenant au moins une cellule électrochimique; au moins une poche fermée au sein de la batterie contenant une poudre solide ayant un effet anti-feu, ladite au moins une poche étant configurée de manière à permettre de libérer ladite poudre en cas de feu déclenché lors d’un emballement thermique d’au moins une cellule. Grâce à l’invention, on peut éteindre le feu avec la poudre. En effet, la poudre libérée de la poche se déverse dans la batterie. De plus, la réactivité de l’emballement thermique permet de propager la poudre au sein de la batterie. En effet, lors de l’emballement thermique, la chauffe d’une ou plusieurs cellules entraîne une libération de gaz chauds de température élevée, notamment supérieure à 300°C, avec un flux assez important, tel que 28l/s en pic. La poudre libérée est ainsi répartie sous l’effet du flux turbulent de gaz généré. Ainsi, on utilise les propriétés de l’emballement thermique pour répandre la poudre de manière passive, sans nécessiter l’ajout de systèmes supplémentaires d’activation et de projection de poudre. Cela permet notamment un gain de masse. 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 poche est avantageusement disposée au-dessus dudit au moins un module. Cela permet de déverser sur le module la poudre solide et de bénéficier plus sûrement des courants de gaz chauds pour la répartition de la poudre. Ladite au moins une poche peut être disposée à proximité du dispositif d’interruption de courant, encore appelé CID pour ”current interrupting device” en anglais, et/ou du côté du fusible réarmable PTC (pour ”polymeric positive temperadure coefficient device” en anglais, c’est-à-dire coefficient en température positif), notamment lorsque les cellules présentent une forme cylindrique ou prismatique, le CID et le fusible réarmable PTC étant généralement disposés du même côté, positif, et généralement du côté où les gaz s’échappent. Ladite au moins une poche peut en variante être disposée à proximité d’une faiblesse créée au niveau d’un joint d’étanchéité afin de maîtriser le lieu de dégazage, notamment lorsque les cellules sont de type ”pouch”, c’est à dire sous forme de sachets souples. La poudre solide peut être choisie dans le groupe constitué par les phosphates monoammoniques, les polyphosphates d’ammonium, le phosphate de calcium, les mélanges de carbonates ou chlorures de sodium et de bicarbonate de potassium, les poudres agissant comme agents extincteurs à base de vermiculite expansible ou non, la poudre de ciment et la poudre du laitier à base de ciment. La libération de la poudre peut avoir lieu de manière passive ou active. Ladite au moins une poche peut être configurée pour s’ouvrir automatiquement en cas d’emballement thermique. Dans ce cas, la libération de la poche a lieu de manière passive. Ladite au moins une poche peut, dans ce cas, comporter une paroi réalisée en au moins un matériau ayant une température de fusion inférieure ou égale à 130°C, notamment d’environ 100°C. Ainsi, la haute température générée par l’emballement thermique d’au moins une cellule du module permet de faire fondre la paroi et de libérer la poudre contenue dans la poche. Dans ce cas, le matériau de la paroi de ladite au moins une poche est avantageusement choisi dans le groupe constitué par un alliage de type métal de Newton bismuth-plomb-étain et un matériau polymère, tel qu’un polychlorure de vinyle (PVC), un polymère haute densité 300, ou un acrylonitrile butadiène styrène. L’alliage type métal de Newton Bismuth-Plomb-Etain a une température de fusion sensiblement égale à 97°C. Le PVC a une température de fusion sensiblement égale à 100°C. L’acrylonitrile butadiène styrène a une température de fusion d’environ 130°C. Dans un autre mode de réalisation, ladite au moins une poche comporte au moins une ouverture et au moins un organe d’obturation pour fermer ladite au moins une ouverture. Dans ce cas, le système d’alimentation électrique est avantageusement configuré pour ouvrir l’organe d’obturation afin de libérer la poudre en cas de détection d’un emballement thermique. Ce mode de réalisation est actif, une action étant nécessaire pour libérer la poudre hors de la poche. Dans ce cas, ladite au moins une ouverture est avantageusement disposée au sein de la poche de manière à faire face à une surface supérieure dudit au moins un module.. Par exemple, le système d’alimentation électrique comporte au moins un dispositif de détection d’un emballement thermique et un dispositif de commande de l’organe d’obturation configuré pour ouvrir ledit organe d’obturation lorsque ledit dispositif de détection détecte l’emballement thermique. Ledit au moins un dispositif de détection d’un emballement thermique comporte par exemple au moins un capteur thermique et/ou de pression et/ou de bruit et/ou de fumée et/ou de gaz, de préférence un capteur thermique. Un tel capteur peut être disposé à proximité du module, du côté de la surface supérieure de ce module. Plusieurs capteurs peuvent être prévus au sein de la batterie, notamment lorsqu’il y a plusieurs modules. La batterie peut comporter au moins deux modules empilés l’un sur l’autre, à savoir un module inférieur et un module supérieur, et au moins deux poches, au moins une desdites poches étant intercalée entre le module inférieur et le module supérieur. Dans ce cas, au moins une autre poche est avantageusement prévue pour surmonter le module supérieur. La batterie peut comporter au moins autant de poches que de modules, c’est-à-dire au moins une poche par module. Ladite au moins une poche présente une paroi, notamment extérieure, d’épaisseur comprise entre 1 et 2 mm environ. Cette paroi peut constituer localement la totalité de la paroi de la poche ou une partie seulement, de préférence la totalité de la poche. Une telle épaisseur permet le percement de la poche en cas d’emballement thermique afin de libérer la poudre. Chaque module est de préférence associé à au moins une poche, notamment à au moins deux poches. Le nombre de poches est alors au moins égal au nombre de modules, voire supérieur à celui-ci. La poudre présente de préférence une granulométrie inférieure à 50µm. Cela lui permet d’être suffisamment petite pour être efficace. La quantité de poudre contenue dans une poche est de préférence définie en fonction de l’énergie libérée par le module lors de l’emballement thermique, une caractérisation préalable pouvant être effectuée par des essais préalables. Le système d’alimentation électrique peut comporter un système de dégazage et un clapet installé sur le système de dégazage, notamment un clapet anti-retour. Un tel clapet permet de s’assurer de propager et de conserver la poudre à l’intérieur de la batterie et ainsi optimiser la quantité de poudre à embarquer. Cependant, le clapet est avantageusement configuré pour s’ouvrir en cas de pression interne à la batterie supérieure ou égale à 2 bar relatif environ. Cela permet, pour assurer la sécurité, de ne pas introduire de contraintes trop importantes pour ce qui est de la tenue mécanique de la batterie. Le clapet peut être trouvé dans le commerce. Ladite au moins une poche est avantageusement disposée du côté de l’ouverture de dégazage des cellules. L’invention a encore pour objet, en combinaison avec ce qui précède, un procédé d’extinction d’un feu de batterie en cas d’emballement thermique dans un système d’alimentation électrique tel que défini plus haut, comportant l’étape consistant à libérer la poudre présente dans ladite au moins une poche. Cette étape peut être mise en œuvre de manière passive, ladite au moins une poche étant configurée pour s’ouvrir automatiquement en cas d’emballement thermique. En variante, cette étape est mise en œuvre de manière active, ladite au moins une poche comportant une ouverture fermée par un organe d’obturation, le système d’alimentation électrique étant configuré pour ouvrir l’organe d’obturation afin de libérer la poudre en cas de détection d’un emballement thermique. 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 et en vue en coupe un exemple de système d’alimentation électrique selon un mode de réalisation. montre de manière schématique et isolément un module de la batterie de l’exemple de la lorsqu’un feu est déclenché dans une cellule. montre de manière schématique et isolément le module de la après ouverture de la poche. montre de manière schématique et isolément le module de la après libération de la poudre contenue dans la poche sur le module. montre une vue similaire à celle de la d’un autre exemple de système d’alimentation électrique selon l’invention, avant ouverture de la poche. montre une vue similaire à celle de la , après ouverture de la poche. Système d’alimentation électrique (100) embarqué, comportant une batterie (1), notamment batterie lithium-ion, comportant : au moins un module (4) contenant au moins une cellule (5) électrochimique; au moins une poche (7) fermée au sein de la batterie (1) contenant une poudre (8) solide ayant un effet anti-feu, ladite au moins une poche (7) étant configurée de manière à permettre de libérer ladite poudre (8) en cas de feu déclenché lors d’un emballement thermique d’au moins une cellule (5). Système selon la revendication 1, dans lequel ladite au moins une poche (7) est disposée au-dessus dudit au moins un module (4). Système selon la revendication 1 ou 2, ladite au moins une poche (7) étant configurée pour s’ouvrir automatiquement en cas d’emballement thermique. Système selon la revendication 3, ladite au moins une poche (7) comportant une paroi (10) réalisée en au moins un matériau ayant une température de fusion inférieure ou égale à 130°C, notamment d’environ 100°C, le matériau de la paroi (10) de ladite au moins une poche (7) étant choisi dans le groupe constitué par un alliage de type métal de Newton bismuth-plomb-étain et un matériau polymère, tel qu’un polychlorure de vinyle (PVC), un polymère haute densité 300, ou un acrylonitrile butadiène styrène. Système selon selon l’une quelconque des revendications précédentes, ladite au moins une poche (7) comportant au moins une ouverture (15) et au moins un organe d’obturation (16) pour fermer ladite au moins une ouverture (15), le système étant configuré pour ouvrir l’organe d’obturation (16) afin de libérer la poudre (8) en cas de détection d’un emballement thermique. Système selon la revendication précédente, dans lequel ladite au moins une ouverture est disposée au sein de la poche (7) de manière à faire face à une surface supérieure (12) dudit au moins un module (4; 4a, 4b) . Système selon la revendication 5 ou 6, comportant au moins un dispositif de détection (17) de l’emballement thermique et un dispositif de commande (18) de l’organe d’obturation (16) configuré pour ouvrir l’organe d’obturation (16) lorsque ledit dispositif de détection (17) détecte l’emballement thermique. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, la batterie (1) comportant au moins deux modules (4 ; 4a, 4b) empilés l’un sur l’autre, à savoir un module inférieur (4b) et un module supérieur (4a), et au moins deux poches (7), au moins une desdites poches (7) étant intercalée entre le module inférieur (4b) et le module supérieur (4a). Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, ladite poudre (8) solide étant choisie dans le groupe constitué par les phosphates monoammoniques, les polyphosphates d’ammonium, le phosphate de calcium, les mélanges de carbonates ou chlorures de sodium et de bicarbonate de potassium, les poudres agissant comme agents extincteurs à base de vermiculite expansible ou non, la poudre de ciment et la poudre du laitier à base de ciment. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant un système de dégazage (6) et un clapet (20) installé sur le système de dégazage (6), notamment un clapet anti-retour.