Brevet FR3147381A1 — publié le 20241004

L’invention concerne un système de détection d’emballement thermique destiné à un pack batterie notamment pour un véhicule automobile, le pack batterie comprenant des cellules de batterie (C) dans une enceinte (E) étanche, le système de détection comprenant une unité de contrôle (U) qui comprend un moyen de détection destiné à détecter un emballement thermique, caractérisé en ce que le système de détection comprend : - un capteur de dégazage (D) à valve ; - un circuit électronique de détection connecté audit capteur (D) et à l’unité de contrôle (U), et en ce que le circuit électronique est configuré pour réveiller l’unité de contrôle (U) si le capteur de dégazage (D) capte un dégazage par ouverture de la valve de dégazage. L’invention concerne également un procédé et un programme sur la base d’un tel système. Figure 1 SYSTEME DE DETECTION D’EMBALLEMENT THERMIQUE D’UN PACK BATTERIE PAR DETECTION DE DEGAZAGE ET AVEC OPPORTUNITE DE REVEIL D’UNITE DE CONTROLE, PROCEDE ET PROGRAMME SUR LA BASE D’UN TEL SYSTEME L'invention concerne le domaine des batteries de traction, notamment pour un véhicule automobile tel qu’une voiture, un train, un bateau, etc, ou un appareil stationnaire. L’invention concerne plus précisément les stratégies de détection d’emballement thermiques de ces batteries de traction. Dans ce domaine, la réglementation GB 38031 impose un temps entre l’alerte au conducteur et les évènements dangereux tels que ceux relatifs à un emballement thermique, d’au moins 5 minutes. Il est donc indispensable de détecter un début d’emballement thermique le plus tôt possible. Les solutions actuelles de détection d’emballement thermique se basent sur un critère de gradient de pression à l’intérieur du pack batterie, et un suivi de l’évolution de certains paramètres tels que la température des modules, les tensions des cellules, etc. Ces solutions nécessitent donc de traiter et d’analyser des grandeurs physiques. Ainsi, ce type de stratégie nécessite que le système soit réveillé. Un objectif de la présente invention est de remédier aux défauts de l’art antérieur, et notamment de proposer une solution permettant de détecter rapidement un emballement thermique dans toutes les phases de vie, y compris, en dépit de phases de mise en veille des contrôleurs de détection, par exemple dans des phases de stationnement. Pour atteindre cet objectif, l’invention propose un système de détection d’emballement thermique destiné à un pack batterie, le pack batterie comprenant des cellules de batterie dans une enceinte étanche, le système de détection comprenant une unité de contrôle qui comprend un moyen de détection destiné à détecter un emballement thermique, caractérisé en ce que le système de détection comprend : - un capteur de dégazage intégré à une valve de dégazage ; - un circuit électronique de détection connecté audit capteur et à l’unité de contrôle, et en ce que le circuit électronique est configuré pour réveiller l’unité de contrôle si le capteur de dégazage capte un dégazage. Avantageusement, l’invention permet de réveiller l’unité de contrôle de sorte que la détection d’emballement thermique peut être faite sensiblement plus tôt que dans l’art antérieur. En particulier, l’invention se base sur une pastille de dégazage instrumentée, qui peut réveiller un système de gestion de batterie (BMS) grâce un signal physique. Ensuite, l’unité de contrôle peut analyser les grandeurs physiques et confirmer ou non l’évènement thermique, et en conséquence réveiller le véhicule et alerter l’utilisateur. Selon une variante, le circuit électronique comprend une résistance de rappel haute connectée au capteur de dégazage. Cela permet d’avoir un premier circuit adapté à la réalisation d’un signal de détection de dégazage, dans un pack batterie. Selon une variante, le circuit électronique comprend en outre une résistance de rappel basse. Cela permet d’avoir un deuxième circuit adapté à la réalisation d’un signal de détection de dégazage, dans un pack batterie. Selon une variante, le capteur de dégazage est déclenché par l’ouverture de la valve de dégazage lorsque la pression dans l’enceinte atteint une valeur comprise entre 30 mbars et 250 mbars, de préférence de 200 mbars. Cela permet d’avoir une détection sensible du dégazage dans un pack batterie. Selon une variante, que l’unité de contrôle est un contrôleur du pack batterie. Cela permet de déclencher un réveil d’un contrôleur de pack batterie en veille. Selon une variante, l’unité de contrôle est un superviseur de véhicule automobile ou un contrôleur externe au pack batterie. Cela s’applique aux appareils stationnaires, à la gestion de stockage stationnaire, par exemple de trains, bateaux et autres véhicules. Cela s’applique en outre à des superviseurs de stockage stationnaires. Cela permet de déclencher un réveil d’un superviseur de véhicule automobile ou d’un contrôleur en veille. Un autre objet de l’invention concerne un véhicule automobile caractérisé en ce qu’il comprend un système de détection selon l’invention. L’invention concerne également un procédé de détection d’emballement thermique dans un pack batterie, au moyen d’un système de détection selon l’invention, le procédé de détection comprenant les étapes suivantes : - si l’unité de contrôle est réveillée, capter un dégazage puis détecter un emballement thermique via le moyen de détection, - si l’unité de contrôle est en veille, capter un dégazage, réveiller l’unité de contrôle puis détecter un emballement thermique. L’invention a en outre trait à un programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l’exécution des étapes du procédé de détection selon l’invention, lorsque ledit programme fonctionne sur un ordinateur. L'invention sera davantage détaillée par la description de modes de réalisation non limitatifs, et sur la base des figures annexées illustrant des variantes de l'invention, dans lesquelles : - illustre schématiquement un système de détection d’emballement thermique, selon un premier mode de réalisation de l’invention dans un pack batterie ; - illustre schématiquement un système de détection d’emballement thermique, selon un deuxième mode de réalisation ; et - illustre schématiquement une méthode de détection d’emballement thermique dans le cadre de l’invention. L'invention concerne un système de détection d’emballement thermique utilisé dans à un pack batterie de véhicule automobile. Le pack batterie comprend des cellules C (ou des modules de batterie). Il est par exemple du type illustré en ou 2. Les cellules C (ou modules) sont disposées dans une enceinte E étanche. Afin de détecter des évènements d’emballement thermique, le système de détection comprend une unité de contrôle U qui comprend un moyen de détection. Le moyen de détection peut analyser des grandeurs physiques et l’unité de contrôle U peut alerter sur un emballement thermique lorsqu’elle est réveillée. L’invention concerne particulièrement les phases où l’unité de détection est en veille. Selon l’invention, le système de détection comprend un capteur de dégazage D sur l’enceinte E. Le capteur de dégazage D est intégré dans une ou plusieurs valves de surpression de l’enceinte E. Le capteur de dégazage D est par exemple un capteur d’état de ladite valve de dégazage. Il permet de détecter l’état d’ouverture ou de fermeture de chaque valve de dégazage. En outre, le système de détection comprend un circuit électronique de détection configuré pour réveiller l’unité de contrôle U si le capteur de dégazage D capte un dégazage, ou si le capteur de pression capte une pression supérieure à un seuil. Le circuit électronique de détection est connecté audit capteur D et à l’unité de contrôle U. L’invention cherche à permettre un réveil l’unité de contrôle U (par exemple un système de gestion et de surveillance de la batterie de traction – ou BMS – « Battery Management System » en langue anglaise), en cas d’ouverture de la pastille de dégazage D du pack batterie, due à l’augmentation de pression à l’intérieur du pack batterie. Ce phénomène physique est un symptôme de dégazage d’une cellule C de la batterie de traction. Ce dégazage intense se produit lors d’un incendie des cellules C de la batterie de traction. Une fois que le système de surveillance et de gestion du pack batterie est réveillé, il peut utiliser la stratégie conventionnelle de détection d’emballement thermique se basant sur divers critères physiques de la batteries (température, tension cellules, etc.). Ainsi le système peut alors décider ou non de donner l’alerte d’emballement thermique de la batterie. D’autres solutions techniques alternatives possibles sont désavantageuses par rapport à l’invention : - un capteur intelligent qui surveillerait en permanence la pression et qui analyserait les gradeurs physiques, détecterait un gradient de pression, puis réveillerait le système. Cette solution nécessite d'alimenter en permanence le capteur de pression intelligeant, engendrant une consommation à 12V conséquente. De plus ce capteur a un besoin de temps de réponse rapide (détection de gradient de pression en quelques ms), entrant des contraintes physiques fortes sur le capteur ; - un réveil périodique du BMS permettrait de surveiller les gradeurs physiques de la batterie et détecter un éventuel évènement thermique. Cependant, il n’y a aucune garantie que le BMS soit réveillé au moment du début de l'événement, ce qui ne garantit pas le meilleur temps de détection. De plus, il est probable que le BMS soit détruit avant tout réveil. La consommation à 12V serait également impactée. Dans le premier mode de réalisation illustré en , le circuit électronique de détection comprend une résistance de rappel haute R1 (ou « pull-up resistor » en langue anglaise) connectée au capteur de dégazage D. La borne correspondante du capteur de dégazage D, est la borne positive B1 d'un réseau électrique de contrôle / de servitude. L’autre borne du capteur de dégazage D, est reliée à la masse électrique. En particulier, une broche d’entrée de réveil ER de l’unité de détection U est connectée à la borne positive B1 en amont de la résistance de rappel haute R1. Dans le deuxième mode de réalisation illustré en , le circuit électronique de détection comprend également une résistance de rappel haute R1 connectée au capteur de dégazage D. La borne correspondante du capteur de dégazage D, est la borne positive B1 du réseau électrique de contrôle / de servitude. L’autre borne du capteur de dégazage D, est reliée à une résistance de rappel basse R2 (ou « pull-down resistor » en langue anglaise), et à la masse électrique. En particulier, une broche d’entrée de réveil ER de l’unité de détection U est connectée à la masse électrique en amont de la résistance de rappel basse R2. L’invention s’appuie sur plusieurs étapes S1 à S8 illustrées en . Dans le cas où l’état initial de l’unité de contrôle U est endormie (étape S1) : Lors de l’emballement thermique d’une cellule C de la batterie de traction (étape S2), celle-ci va libérer une quantité importante de gaz, entrainant une augmentation de la pression P à l’intérieur du pack, jusqu’au seuil d’ouverture de la pastille de dégazage D du pack. Ainsi, la pression P à l’intérieur du pack batterie va atteindre un pic de façon transitoire, par exemple à 200 mbars (dépendant du tarage de la pastille de dégazage D). Lors de l’ouverture de la pastille de dégazage D (étape S3), un circuit électrique passant à travers une valve de la pastille D va se retrouver ouvert. Le réveil est déclenché par l’ouverture de la pastille D détecté par l’unité de contrôle U (étape S4). Ce réveil peut être mis en œuvre selon les étapes suivantes. Grâce à la résistance de rappel haute R1 électriquement connectée en aval de la pastille D, le signal de sortie de cette pièce va alors se retrouver à un potentiel haut (par exemple 12v). Ce dernier pôle est relié à une entrée de réveil ER d’un système de supervision U du véhicule. Lors de l’alimentation de cette entrée par un potentiel haut (par exemple à 12V), le système de supervision va alors se réveiller et surveiller instantanément les paramètres physiques de la batterie (étape S5), afin de pouvoir confirmer l’emballement thermique (étape S6). Cette seconde partie de confirmation ne fait pas partie de l’invention et peut être reprise de la stratégie actuellement appliquée. De plus, lors du réveil via cette entrée de réveil ER (ou « wake-up pin » en langue anglaise), le système de supervision U va alors pouvoir détecter que la pastille de dégazage D est ouverte. Le système de supervision U va alors confirmer ce défaut et le mémoriser dans sa mémoire EPROM. En l’absence de confirmation, le BMS attend un certain temps calibrable (par exemple de 3600s) sans emballement thermique détecté (étape S7). Au bout de ce temps, le système de supervision U se rendort ayant mémorisé le défaut sur l’ouverture de la pastille de dégazage D (étape S8). Au contraire, dès que le système de supervision U confirme l’emballement thermique, il va alors réveiller le véhicule et transmettre l’alerte d’emballement thermique de la batterie. Une variante peut être similaire à celle de la , où la pastille de dégazage D a un état électrique de circuit ouvert lorsque qu’elle est fermée, et un état électrique, circuit fermé, lorsque la pastille est ouverte (passage des gaz). Ceci a pour avantage de réduire la consommation à 12V. Une autre variante est l’application de cette solution lors des états réveillés, en remplacement de la pré-détection par un capteur de pression. Une autre variante est de connecter la pastille de dégazage D au superviseur véhicule directement, qui pourrait alors réveiller le système de supervision de la batterie. Une autre variante est de remplacer la pastille de dégazage D connectée par un capteur de pression mécanique (de préférence sans intelligence) à seuil de déclenchement (par exemple avec une fermeture ou une ouverture d’un circuit électrique à partir d’un seuil de pression), connecté à l’entrée de réveil ER. Système de détection d’emballement thermique destiné à un pack batterie, le pack batterie comprenant des cellules de batterie (C) dans une enceinte (E) étanche, le système de détection comprenant une unité de contrôle (U) qui comprend un moyen de détection destiné à détecter un emballement thermique, caractérisé en ce que le système de détection comprend : - un capteur de dégazage (D) intégré à une valve de dégazage ; - un circuit électronique de détection connecté audit capteur (D) et à l’unité de contrôle (U), et en ce que le circuit électronique est configuré pour réveiller l’unité de contrôle (U) si le capteur de dégazage (D) capte un dégazage. Système de détection selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit électronique comprend une résistance de rappel haute (R1) connectée au capteur de dégazage (D). Système de détection selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit électronique comprend en outre une résistance de rappel basse (R2). Système de détection selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le capteur de dégazage (D) est déclenché par l’ouverture de la valve de dégazage lorsque la pression dans l’enceinte (E) atteint une valeur comprise entre 30 mbars et 250 mbars, de préférence de 200 mbars. Système de détection selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l’unité de contrôle (U) est un contrôleur du pack batterie. Système de détection selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l’unité de contrôle (U) est un superviseur de véhicule automobile ou un contrôleur externe au pack batterie. Véhicule automobile caractérisé en ce qu’il comprend un système de détection selon l’une quelconque des revendications 1 à 6. Procédé de détection d’emballement thermique dans un pack batterie au moyen d’un système de détection selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, le procédé de détection comprenant les étapes suivantes : - si l’unité de contrôle (U) est réveillée, capter un dégazage puis détecter un emballement thermique via le moyen de détection, - si l’unité de contrôle (U) est en veille, capter un dégazage, réveiller l’unité de contrôle (U) puis détecter un emballement thermique. Programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l’exécution des étapes du procédé de détection selon la revendication 8, lorsque ledit programme fonctionne sur un ordinateur.