Patent CA-3140247-A1 (CA)
Inventor: GUPTA SANJAY
IPC: H01M10/653
Filed: 2020-05-27
Abstract: Les blocs-batteries sont utilisés dans de grands véhicules électriques, tels que des voitures, des camions, des bus, des fourgonnettes, des trains, des bateaux pour fournir une haute tension aux moteurs électriques. Ceux-ci peuvent également être utilisés en tant qu'unité de puissance de secours pour des hôpitaux, des centres de données et des unités industrielles. Ce bloc-batterie est conçu sous la forme d'un récipient de type cuve de bain, avec un couvercle étanche à l'eau. Un appareil de cuve de bain de bloc-batterie (BPBT) (100) est conçu pour contenir une pluralité de modules de batterie (BM). Le BPBT est un grand récipient de type cuve de bain (101) rempli de liquide diélectrique à 2 phases (liquide et vapeur). le BPBT est un récipient fermé avec un couvercle (102). Le BPBT est conçu pour contenir des BM empilés verticalement et horizontalement ; et des composants électroniques associés (par exemple, des chargeurs de batterie, des contrôleurs de batterie, etc.), entièrement immergés dans le liquide diélectrique. L'inclusion de l'électronique associée est facultative. Le BPBT est thermiquement relié à un dispositif de chauffage et également relié thermiquement à un condenseur. Le BPBT est électriquement modulaire, et n'importe quel nombre de modules peut être relié électriquement en série ou en parallèle. Dans cette innovation, le BPBT fournit : a. un environnement à température homogène pour des modules à haute densité ; b. un refroidissement des BM et de l'électronique associée, à des températures chaudes et extrêmement chaudes ; c. un chauffage des BM et de l'électronique associée à des températures froides et extrêmement froides ; d. une protection contre l'inondation des BM et de l'électronique associée. Le procédé de protection d'un grand bloc-batterie contre les contraintes thermiques s'explique à travers un exemple du bloc-batterie qui est conçu sous la forme d'un récipient de type cuve de bain, avec un couvercle étanche à l'eau. Une cuve de bain de bloc-batterie (BPBT) (100) est conçue pour contenir une pluralité de modules de batterie (BM). Le BPBT est un grand récipient de type cuve de bain (101) rempli de liquide diélectrique à 2 phases (liquide et vapeur). Le BPBT est un récipient fermé avec un couvercle (102). Le BPBT est conçu pour contenir des BM empilés verticalement et horizontalement ; et des composants électroniques associés (par exemple des chargeurs de batterie, des contrôleurs de batterie, etc.), entièrement immergés dans le liquide diélectrique. L'inclusion de l'électronique associée est facultative. Le BPBT est thermiquement relié à un dispositif de chauffage et également thermiquement relié à un condenseur. Le BPBT est électriquement modulaire, et n'importe quel nombre de modules peut être relié électriquement en série ou en parallèle. Dans cette innovation, le BPBT fournit : un environnement à température homogène pour des modules à haute densité; b. un refroidissement des BM et de l'électronique associée, à des températures chaudes et extrêmement chaudes ; c. un chauffage des BM et de l'électronique associée à des températures froides et extrêmement froides ; d. une protection contre l'inondation des BM et de l'électronique associée. L'invention concerne également un procédé de protection d'un grand bloc-batterie contre les contraintes thermiques. L'invention concerne en outre un procédé permettant de fournir une protection contre les inondations à un grand bloc-batterie. L'invention concerne également un procédé de refroidissement du bloc-batterie à des températures de chaleur extrême. L'invention concerne également un procédé de chauffage du bloc-batterie à des températures de froid extrême. Typiquement, un groupe de batteries est agencé dans un module, et un certain nombre de tels modules sont reliés électriquement en série et en parallèle, pour créer un bloc-batterie à grande capacité énergétique. Dans la présente invention, un appareil de module de batterie (BM) (200) est conçu pour contenir une pluralité de batteries rechargeables et de condensateurs, agencés en un ou plusieurs groupes. Chaque groupe de batteries est électriquement relié en série ou en parallèle à l'autre groupe de batteries. Chaque groupe de condensateurs est relié électriquement en série ou en parallèle à l'autre groupe de condensateurs. Les condensateurs sont facultatifs. Le BM est conçu pour être entièrement immergé dans un liquide diélectrique à 2 phases (liquide et vapeur). Les batteries et les condensateurs à l'intérieur d'un BM sont agencés pour créer des conduits et créer un écoulement vertical de liquide diélectrique à travers ces conduits. Ces conduits font office d'échangeurs de chaleur. Le processus d'ébullition sous-refroidie est utilisé pour refroidir les batteries/condensateurs. Dans des conditions météorologiques froides, ces conduits sont également utilisés pour transférer la chaleur du liquide diélectrique chauffé aux batteries/condensateurs froids. L'invention porte aussi sur une adaptation du module de batterie (BM). Le circuit de charge et d'équilibrage est l'un des composants clés du bloc-batterie. Un appareil pour charger un bloc-batterie est un circuit de charge équilibré (300), et un algorithme de charge d'équilibrage qui calcule le "SoC équilibré" pour les batteries et la "tension équilibrée" pour des condensateurs charge sélectivement des batteries et des condensateurs sur la base de ce SoC équilibré calculé et de la tension équilibrée respectivement. Le circuit de charge équilibré a en outre quatre sous-composants clés : - un dispositif de commande de bloc-batterie qui est constitué de matériel et de logiciel ; - un convertisseur qui convertit un CA/CC en CC ; - une unité de commande de charge de batterie/condensateur qui agit en tant qu'esclave du dispositif de commande de bloc-batterie ; et - un circuit de division de charge d'énergie qui sert également d'esclave du dispositif de commande de bloc-batterie. L'algorithme du dispositif de commande de bloc-batterie prend en compte le SoH des batteries, par exemple si un SoH du module (capacité restante) s'est dégradé à 95 % lorsque les batteries ont vieilli, tandis que d'autres modules sont toujours à 100 %, tous les modules sont sélectivement chargés à un SoC de 95 % à l'aide d'une tension et d'un courant spécifiques. Ce circuit de charge équilibré et cet algorithme de charge équilibré permettent de découpler la tension d'entrée de la tension de sortie de bloc-batterie. Ainsi, le bloc-batterie peut être chargé à n'importe quelle tension et est agnostique de la tension de sortie du bloc-batterie. Ceci accélère également le processus de charge en n'étant pas soumis au processus d'arrêt/démarrage de charge et d'équilibrage par élimination de la charge des batteries surchargées. L'invention concerne également un procédé de charge et de découplage de la tension de charge de la tension de bloc-batterie. Les blocs-batteries sont utilisés dans de grands véhicules électriques, tels que des voitures, des camions, des bus, des fourgonnettes, des trains, des bateaux pour fournir une haute tension aux moteurs électriques. Ceux-ci peuvent également être utilisés en tant qu'unité d'alimentation de secours pour des hôpitaux, des centres de données et des unités industrielles. Dans cette innovation, un module de batterie hybride (BM) combine le SoC de batteries au lithium-ion avec le SoC des condensateurs pour satisfaire la demande actuelle du BM. Cette innovation crée une batterie hybride BM dans laquelle des condensateurs du BM fournissent le courant lorsque les batteries à l'intérieur d'un BM sont déchargées à des niveaux de SoC minimaux. Cela permet d'étendre la plage du bloc-batterie. Ce BM hybride utilise également des condensateurs pour fournir le courant de crête, et des batteries pour fournir le courant moyen. Cela étend également la plage du bloc-batterie, car les batteries s'usent plus rapidement avec des courants de crête et davantage d'énergie de régénération est utilisée de manière optimale. Comme les BM ne se détériorent pas de manière égale avec l'âge, cette innovation indique sélectivement à chaque BM le mélange optimal de batteries et de courant de condensateurs. L'invention constitue un appareil de circuit divisé de décharge d'énergie installé à l'intérieur de chaque BM, et un algorithme de gestion d'énergie installé dans le dispositif de commande de bloc-batterie. Le circuit de décharge d'énergie mélange la sortie de courant de batteries et de condensateurs à l'intérieur de chaque BM, selon les instructions provenant de l'algorithme de dispositif de commande de bloc-batterie. L'algorithme prend en compte le SoH et le SoC des batteries dans les BM les plus faibles pour calculer le mélange de courant provenant de batteries et de condensateurs, et indique sélectivement chaque BM. L'invention concerne également un procédé pour décharger les BM, et étendre la plage du bloc-batterie. Le dispositif de commande de bloc-batterie est le dispositif de commande maître du bloc-batterie. Le dispositif de commande de bloc-batterie : a. assure une sécurité contre une haute tension en cas d'accident ou de réparation du véhicule électrique ; b. retire automatiquement un module de batterie défaillant (BM) hors du circuit série électrique, de telle sorte que l'ensemble du bloc-batterie ne nécessite pas de remplacement en raison d'un BM défaillant ou d'un groupe de BM défaillants ; c. éteint automatiquement l'incendie et élimine la fumée en cas d'emballement thermique et d'incendie. d. communique avec l'utilisateur du bloc-batterie en ce qui concerne la défaillance des BM.