Brevet FR3142837A1 — publié le 20240607

Ensemble comportant un pack batterie (1) comprenant : - une enveloppe étanche (3) à l’eau ou à l’humidité ambiante, - un moyen de mesure de la pression (P) de l’espace intérieur, - un moyen de respiration (11) de l’espace intérieur, - un moyen de mesure de la température (T) de l’espace intérieur, - un moyen d’obturation (13) du moyen de respiration (11), - un calculateur (6) configuré pour détecter une fuite dans le pack batterie (1) en : -- commandant le moyen d’obturation (13) en position obturée pendant un intervalle de temps déterminé, et -- calculant le ratio entre la pression et la température mesurées de l’espace intérieur, et en concluant à un défaut d’étanchéité de l’enveloppe (3) si ce ratio n’est pas constant durant l’intervalle de temps déterminé. Figure 1 ENSEMBLE COMPORTANT UN PACK BATTERIE COMPRENANT UN MOYEN DE DETECTION DE FUITE La présente invention concerne le domaine du stockage d’énergie électrique. Plus particulièrement, l’invention a pour objet un ensemble comprenant un pack batterie et des moyens de détection de fuite de ce pack batterie. Les véhicules, qu'ils soient totalement électriques ou combinant l'utilisation d'un moteur thermique et d'un moteur électrique, sont équipés de dispositifs de stockage électrique, par exemple des batteries comportant généralement plusieurs modules électrochimiques. Ces modules électrochimiques comprennent plusieurs cellules électrochimiques connectées entre elles. Les modules sont généralement regroupés pour des raisons de sécurité à l’intérieur d’une enveloppe hermétique, métallique ou en résine, définissant un espace intérieur étanche aux liquides comme par exemple de l’eau ou l’humidité ambiante provenant de l’extérieur de l’enveloppe et/ou étanche aux poussières ou certains solvants, pour former alors un bloc batterie encore désigné pack batterie. On comprendra par batterie, dans tout le texte de ce document, un ensemble comprenant au moins un module de batterie contenant au moins une cellule électrochimique. Cette batterie comprend éventuellement des moyens électriques ou électroniques pour la gestion d’énergie électrique de ce au moins un module. Ce module, ou lorsqu’il y a plusieurs modules, sont regroupés dans un bac ou enveloppe hermétique et forment alors un bloc batteries, ce bloc batteries étant souvent désigné par l’expression anglaise « pack batteries », ce bac contenant généralement une interface de montage, et des bornes de raccordement. Par ailleurs, on comprendra par cellule électrochimique dans tout le texte de ce document, des cellules générant du courant par réaction chimique, par exemple de type lithium-ion (ou Li-ion), de type Ni-Mh, ou Ni-Cd ou plomb ou encore les piles à combustible. Dans ce domaine, les réactions chimiques internes aux cellules électrochimiques provoquent des variations de température des cellules. Ces cellules, ces modules, ou l’enveloppe sont étanches aux liquides ou à l’humidité ambiante, et ces variations de température provoquent une surpression interne en cas d’échauffement, ou une dépression interne en cas de refroidissement, si bien que ces cellules, ces modules, ou cette enveloppe sont généralement équipés de moyens de respiration étanches aux liquides ou à l’humidité mais perméables à l’air. On comprendra par respiration, dans tout le texte de ce document, un débit de gaz (air) suffisant pour compenser une faible différence de pression entre l’espace intérieur et un environnement extérieur à l’enveloppe, dans les deux sens. Par faible pression, on comprendra par exemple une pression due à la dilatation ou à la contraction de ce gaz ou de pièces à l’intérieure de cette enceinte dues à un changement de température de fonctionnement normal de la batterie, c’est-à-dire conservant l’intégrité de la batterie (on exclue donc tout phénomène d’emballement thermique, ou départ d’incendie, ou de court-circuit de la batterie, par exemple), ou dues à d’autres conditions d’utilisation de la batterie comme par exemple une variation de la pression atmosphérique. Cependant cette étanchéité du pack batterie peut être remise en cause, par exemple si les joints d’étanchéité des connecteurs électriques ou bornes de raccordements électriques du pack batterie sont défectueux ou mal montés. Il est nécessaire de s’assurer que des fuites de liquide ou d’humidité n’apparaissent pas car elles pourraient engendrer des problèmes graves de disfonctionnement et même de feu à l’intérieur du pack par introduction d’eau ou d’humidité. En effet, ce pack subit en utilisation courante des variations de température interne dues à l’échauffement des constituants électriques et électrochimiques et des variations de température externe dues à l’environnement. En cas de défaut d’étanchéité de l’enveloppe, ces variations de température interne et externe sont propices à la condensation de vapeur d’eau à l’intérieur du pack batterie. L’accumulation d’eau à l’intérieur du pack batterie peut conduire à de graves détériorations des éléments électriques présents. De plus, si une fuite est présente, l’introduction d’eau, notamment lors d’un passage de guet, devient possible à l’intérieur du pack batterie. Ce phénomène conduirait à de graves détériorations internes. Ces graves détériorations internes, compte-tenu du niveau d’énergie électrique présent, peuvent être à l’origine d’un feu interne dangereux pour le conducteur. On connait du document CN-A-105818665 un pack batterie dont la surveillance de l’étanchéité est réalisée par le suivi de la pression de l’espace intérieur, cependant cette méthode n’est pas suffisamment précise, en raison notamment des variations de température que subit le pack batterie, mais aussi en raison de l’air qui circule au travers du moyens d’aération précédemment décrit. L’invention vise à améliorer la fiabilité de la détection d’un défaut d’étanchéité par rapport à l’art antérieur. Pour atteindre cet objectif, il est prévu selon l’invention un ensemble comportant un pack batterie comprenant : -une enveloppe étanche à l’eau ou à l’humidité ambiante, comprenant un espace intérieur contenant au moins un module électrique, - un moyen de mesure de la pression de l’espace intérieur, - un moyen de respiration de l’espace intérieur avec l’air ambiant, - un moyen de mesure de la température de l’espace intérieur, - un moyen d’obturation du moyen de respiration, propre à bloquer la respiration en position obturée, -un calculateur configuré pour détecter une fuite dans le pack batterie en : -- commandant le moyen d’obturation en position obturée pendant un intervalle de temps déterminé, et -- calculant le ratio entre la pression et la température mesurées de l’espace intérieur, et en concluant à un défaut d’étanchéité de l’enveloppe si ce ratio n’est pas constant durant l’intervalle de temps déterminé. L’effet technique est d’avoir un critère fiable pour la détection de fuite dans le pack batterie, indépendamment des variations de température que subit le pack batterie et en s’affranchissant de la perturbation de la fuite d’air due au moyen de respiration, fuite d’air qui perturberait la pression dans l’espace intérieur. On comprendra par air ambiant, ou humidité ambiante, et plus généralement le terme ambiant, comme étant les conditions atmosphériques de l’environnement dans lequel est situé le pack batterie. Selon un mode de réalisation de l’invention, le moyen de respiration comprend un passage d’air entre l’espace intérieur et l’air ambiant, le moyen d’obturation étant configuré pour obturer ce passage d’air. Selon un mode de réalisation de l’invention, ce passage d’air comprend une conduite d’air. Selon un mode de réalisation de l’invention, le moyen de respiration comprend une membrane perméable à l’air et étanche à l’eau ou à l’humidité ambiante. Selon un mode de réalisation de l’invention, l’intervalle de temps est compris entre 1 heure et 8 heures. Selon un mode de réalisation de l’invention, le pack batterie comprend des bornes de raccordement électriques et des contacteurs électriques entre ces bornes et le module électrique, le calculateur étant configuré pour autoriser la détection de fuite si les contacteurs électriques sont ouverts. Ainsi la détection de fuite se fait lorsque le pack batterie est électriquement isolé, c’est-à-dire lorsqu’il ne débite pas de courant, et ne reçoit pas non plus de courant de recharge. En effet, une différence de température importante entre l’espace intérieur et l’air ambiant, engendre un échange thermique entre ces deux milieux, l’espace intérieur n’étant pas adiabatique, ce qui dans des phases de transition thermique rapide peut rendre la détection de fuite moins précise. Selon un mode de réalisation de l’invention, le calculateur est configuré pour autoriser la détection de fuite si les contacteurs électriques sont ouverts depuis un temps prédéterminé. Ainsi on peut considérer le pack batterie comme étant à l’arrêt, ou au repos, la température de l’espace interne et plus proche de la température de l’air ambiant, les échanges thermiques entre le pack batterie et l’air ambiant sont minimes voire nuls, et la détection de fuite est alors très précise puisque l’on se rapproche des conditions adiabatiques. Selon un mode de réalisation de l’invention, le calculateur est à l’intérieur de l’enveloppe du pack batterie. Selon un mode de réalisation de l’invention, le calculateur est à l’extérieur de l’enveloppe du pack batterie. L’invention porte également sur un véhicule automobile comprenant un moteur électrique pour sa propulsion et un ensemble tel que précédemment décrit, cet ensemble étant relié au moteur électrique pour son alimentation électrique. D’autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après d’un mode particulier de réalisation, non limitatif de l’invention, faite en référence aux figures dans lesquelles : : cette figure représente schématiquement un premier mode de réalisation d’ensemble avec un pack batterie conforme à l’invention. : cette figure représente une évolution de la pression et de la température dans le pack batterie sans présence de fuite. : cette figure représente une évolution de la pression et de la température dans le pack batterie avec présence de fuite. Il est à garder à l’esprit que les figures sont données à titre d'exemples et ne sont pas limitatives de l’invention. Elles constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l’invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. En outre, dans ce qui va suivre, il est fait référence à toutes les figures prises en combinaison. Quand il est fait référence à une ou des figures spécifiques, ces figures sont à prendre en combinaison avec les autres figures pour la reconnaissance des références numériques désignées. Les références des éléments inchangés ou ayant la même fonction sont communes à toutes les figures, et les variantes de réalisation. La représente un pack batterie 1 selon l’invention. Ce pack batterie 1 comporte une enveloppe étanche 3 délimitant un espace intérieur dans lequel sont disposés au moins un module électrochimique 2. L’enveloppe étanche 3 peut être métallique, ou en résine chargée ou non. Un module électrochimique 2 est un ensemble de cellules électrochimiques 2a, 2b connectées entre elle au moyen de liaisons électriques 4, par exemple en série ou en parallèle. Les cellules électrochimiques 2a, 2b peuvent être des cellules générant du courant électrique par réaction chimique, par exemple de type lithium-ion (ou Li-ion), de type Ni-Mh, ou Ni-Cd ou plomb. Le pack batterie 1 comprend par exemple deux bornes de raccordement électriques 5a, 5b pour relier ce pack batterie 1 aux éléments électriques à alimenter ou aux éléments électriques de recharge du pack batterie. Dans le pack batterie1, entre les bornes 5a, 5b et les modules électrochimiques 2 sont prévus des contacteurs électriques, non représentés, permettant d’autoriser ou non l’alimentation électrique aux bornes de raccordement électriques 5a, 5b. Ce pack batterie 1 peut notamment équiper un véhicule automobile doté d’un moteur électrique de traction et alimenter ce moteur électrique. Le pack batterie 1 comprend un moyen P de mesure de la pression à l’intérieur de l’enveloppe 3, l’espace intérieur, tel qu’un capteur de pression. Le pack batterie 1 comprend un moyen T de mesure de la température à l’intérieur de l’enveloppe 3, l’espace intérieur, tel qu’un capteur de température. Sur la , les capteurs de pression et de température P, T, sont reliés à un calculateur 6 embarqué dans le pack batterie 1. Ce calculateur 6 embarqué dans le pack batterie est encore désigné BMS (acronyme de l’expression anglaise « Battery Management System »). En variante il peut être externe au pack batterie, voir intégré dans l’un des calculateurs du véhicule, par exemple un calculateur superviseur, ou être répartis entre plusieurs calculateurs. Le calculateur 6 comprend les moyens d’acquisition, de traitement par instructions logicielles stockées dans une mémoire ainsi que les moyens de commande requis à mise en œuvre de la stratégie de commande de l’invention. Le pack batterie 1 comprend en outre : - un moyen de respiration 11 de l’espace intérieur avec l’air ambiant, - un moyen d’obturation 13 du moyen de respiration 11, propre à bloquer la respiration en position obturée. Le moyen de respiration 11 correspond à la définition générale déjà explicitée précédemment. Plus précisément, ce moyen de respiration 11 est configuré pour rester étanche à une pression externe d’immersion dans l’eau à une profondeur de 1m, soit l’équivalent de 0,1MPa (14,5 PSI), tout en étant perméable à l’air de l’espace intérieur et à l’air ambiant, par exemple pour une différence de pression entre ces deux milieux entre 0 et 0,2Mpa (29 PSI), voire entre 0 et 0,1Mpa ou entre 0 et 0,344Mpa (50 PSI) ou encore 0 et 1,03Mpa (150 PSI). Ces intervalles de différence de pression sont une autre manière de caractérisé ce qui est nommée « faible pression » dans la définition générale. De tels moyens de respiration sont parfaitement connus de l’homme de l’art, et permettent l’égalisation des pressions tout en empêchant l’infiltration d’eau et de contaminants. Par exemple, ce moyen de respiration comprend une membrane perméable à l’air et étanche à l’eau ou à l’humidité ambiante. On notera comme exemple de réalisation une membrane en polytétrafluoroéthylène expansé (ePTFE) qui permet d’égaliser la pression tout en empêchant les contaminants de pénétrer dans le boîtier. Les membranes avec ePTFE paraissent opaques à l’œil nu et offrent une protection contre l’infiltration d’eau, de poussière, de solvants et d’autres contaminants. Cependant, des ouvertures submicroniques dans la membrane permettent aux gaz (air) de la traverser, égalisant les pressions entre l’espace intérieur et l’air ambiant. Cette membrane obstrue par exemple une ouverture de l’enveloppe. Au-delà d’une différence de pression de 0,344Mpa par exemple, cette membrane est configurée pour se déchirer, et ce n’est dans ce cas plus de la respiration, mais de la ventilation qui permet d’éviter l’explosion du pack batterie à cause d’une trop forte pression de l’espace intérieur. Cette trop forte pression est par exemple due à un phénomène anormal de type emballement thermique ou court-circuit ou départ de feu, mais ce n’est pas l’objet ni le cadre de l’invention. Le moyen d’obturation 13 est par exemple un clapet (non représenté) commandé par le calculateur, dont la position obturée est par exemple une position du clapet plaqué contre la membrane. Le moyen d’obturation 13 est alors facilement intégrable au moyen de respiration 11. En variante, le moyen de respiration 11 comprend un passage d’air 12, par exemple une conduite d’air 12 comme illustré sur la . Le moyen d’obturation est par exemple une vanne obstruant cette conduite d’air 12. Cette conduite d’air 12 est avantageuse en particulier si la ventilation se fait par le moyen de respiration : le flux de gaz chaud est alors canalisé par la conduite d’air 12 vers une zone insensible à ce gaz chaud, et notamment une zone éloignée de l’habitacle d’un véhicule embarquant ce pack batterie 1, par exemple. En cas de variations de température ou de pression de l’espace intérieur, dues aux conditions extérieures et/ou à l’utilisation du pack batterie 1, l’analyse des variations de pression et de température de l’air enfermé permet de détecter si une fuite est présente. A partir d’acquisition de données du capteur de pression et température, P, T un algorithme permet alors d’analyser les variations des acquisitions faites et d’en déduire la présence éventuelle d’une fuite. L’invention est guidée par le principe suivant. Le pack batterie 1 est supposé être étanche. On va donc considérer que le volume de l’air enfermé est constant. En supposant que l’air enfermé dans le pack batterie 1 est assimilable à un gaz parfait, on peut alors utiliser la loi des gaz parfait : PV=nRT Avec : P : la pression du gaz, V : le volume du gaz, n : nombre de mole R : constante des gaz parfaits T la température du gaz En l’absence de fuite, dans un volume fermé et constant on peut écrire : P/T=nR/V=α Où α est une constante. Cela signifie que le ratio pression sur température reste constant. La illustre ce comportement de la pression et de la température sans fuite dans le pack batterie 1 en fonction du temps respectivement avec la courbe 7 et la courbe 8. En présence de fuite, le ratio pression sur température n’est pas constant. La illustre le comportement de la pression et de la température avec fuite dans le pack batterie 1 en fonction du temps respectivement avec la courbe 9 et la courbe 10. La stratégie de détection de fuite comprend les étapes suivantes mise en œuvre par le calculateur 6 : Dans une première étape, on peut prévoir d’autoriser la suite de la stratégie si les contacteurs électriques du pack batterie 1 sont ouverts, par exemple ouverts depuis un temps prédéterminé, par exemple 30 minutes à 1 heure. Si les contacteurs électriques sont ouverts alors le pack batterie n’est pas sollicité. Dans cet état la batterie n’apporte pas de chaleur supplémentaire qui pourrait perturber la mesure. Dans ce cas, on peut, dans une seconde étape, lancer la phase de détection de fuite. Le calculateur commande le moyen d’obturation 13 en position obturée pendant un intervalle de temps déterminé, et effectue l’acquisition de la pression et de la température durant cet intervalle de temps déterminé. Cet intervalle de temps déterminé correspond par exemple à un intervalle de temps compris entre 1 heure et 8 heures. Ces mesures s’effectuent sur toute ou partie de cet intervalle de temps déterminé. Dans une troisième étape, le calculateur 6 détermine le ratio pression sur température, P/T, sur tout ou partie de cet intervalle de temps déterminé. Dans une quatrième étape, si le rapport P/T est constant sur tout ou partie de cet intervalle de temps déterminé, le calculateur 6 conclut que le pack batterie 1 est étanche, et si le rapport P/T n’est pas constant sur tout ou partie de cet intervalle de temps déterminé, le calculateur 6 conclut que le pack batterie 1 n’est pas étanche. Cette invention s’applique avantageusement à un véhicule automobile comprenant un moteur électrique pour sa propulsion et un ensemble tel que décrit, cet ensemble étant relié au moteur électrique pour son alimentation électrique. Ainsi, l’invention permet de détecter la perte d’étanchéité d’un pack batterie et d’anticiper une introduction d’eau ou de vapeur d’eau à l’intérieur du pack batterie. Ensemble comportant un pack batterie (1) comprenant : - une enveloppe étanche (3) à l’eau ou à l’humidité ambiante, comprenant un espace intérieur contenant au moins un module électrique (2), - un moyen de mesure de la pression (P) de l’espace intérieur, - un moyen de respiration (11) de l’espace intérieur avec l’air ambiant, caractérisé en ce qu’il comprend : - un moyen de mesure de la température (T) de l’espace intérieur, - un moyen d’obturation (13) du moyen de respiration (11), propre à bloquer la respiration en position obturée, -un calculateur (6) configuré pour détecter une fuite dans le pack batterie (1) en : -- commandant le moyen d’obturation (13) en position obturée pendant un intervalle de temps déterminé, et -- calculant le ratio entre la pression et la température mesurées de l’espace intérieur, et en concluant à un défaut d’étanchéité de l’enveloppe (3) si ce ratio n’est pas constant durant l’intervalle de temps déterminé. Ensemble selon la revendication 1, le moyen de respiration (11) comprenant un passage d’air (12) entre l’espace intérieur et l’air ambiant, le moyen d’obturation (13) étant configuré pour obturer ce passage d’air (12). Ensemble selon la revendication 2, ce passage d’air (12) comprenant une conduite d’air (12). Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes, le moyen de respiration (11) comprenant une membrane perméable à l’air et étanche à l’eau ou à l’humidité ambiante. Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’intervalle de temps étant compris entre 1 heure et 8 heures. Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes, le pack batterie (1) comprenant des bornes de raccordement électriques (5a, 5b) et des contacteurs électriques entre ces bornes (5a, 5b) et le module électrique (2), le calculateur (6) étant configuré pour autoriser la détection de fuite si les contacteurs électriques sont ouverts. Ensemble selon la revendication 6, le calculateur (6) étant configuré pour autoriser la détection de fuite si les contacteurs électriques sont ouverts depuis un temps prédéterminé. Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes, le calculateur (6) étant à l’intérieur de l’enveloppe (3) du pack batterie (1). Ensemble selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, le calculateur (6) étant à l’extérieur de l’enveloppe (3) du pack batterie (1). Véhicule automobile, caractérisé en ce qu’il comprend un moteur électrique pour sa propulsion et un ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes relié au moteur électrique pour son alimentation électrique.