Titre de l'invention : Système adapté à l'extinction d'un feu de batterie

Domaine Technique

La présente invention concerne un système adapté à l’extinction d’un feu de batterie fonctionnant de manière autonome sans nécessiter d’ordre électrique pour déclencher la distribution de l’agent d’extinction.

Technique antérieure

Les cellules de batterie sont susceptibles de réagir sous l’effet de défauts internes ou d’agressions externes comme l’exposition à une haute température.

On connaît des systèmes qui utilisent un capteur de température permettant de détecter l’apparition d’un feu au niveau des cellules d’une batterie. Dans ces systèmes, le capteur transmet une information à une unité de commande qui envoie un ordre permettant de déclencher la délivrance d’un agent d’extinction au niveau des cellules de la batterie afin d’éteindre le feu.

Il demeure toutefois un intérêt pour disposer d’un système autonome et passif adapté à l’extinction d’un feu de batterie, c’est-à-dire ne nécessitant pas de capteur et d’ordre généré par une unité de commande ni de fourniture d’énergie externe, et ce afin d’éviter des situations de non-déclenchement de l’extinction en cas de défaillance d’un élément électrique.

Exposé de l’invention

L’invention vise, selon un premier aspect, un système adapté à l’extinction d’un feu de batterie, comprenant :

- une batterie comprenant une pluralité de cellules de batterie, et

- un dispositif d’extinction d’un feu comprenant un corps contenant un agent d’extinction liquide et une phase gazeuse surmontant l’agent d’extinction liquide, le corps étant muni d’un orifice de sortie obturé par un obturateur,

l’agent d’extinction présentant une pression de vapeur saturante qui augmente d’au moins 20% pour atteindre une pression de sortie lorsque la température de l’agent d’extinction passe de TF à TF+50°C, où TF désigne une température de

fonctionnement de la batterie qui est comprise entre 50 °C et 150°C, et en ce que ladite pression de sortie est supérieure à une pression d’ouverture de l’obturateur de sorte à ouvrir l’obturateur et à distribuer l’agent d’extinction sur les cellules de la batterie lorsque la température de l’agent d’extinction atteint TF+50°C.

L’invention est remarquable en ce qu’elle met en oeuvre un agent d’extinction dont la pression de vapeur saturante augmente significativement avec la température, ce qui permet d’exercer une pression suffisante sur l’obturateur afin de l’ouvrir et initier ainsi la distribution de l’agent d’extinction suite à un accroissement de température associé à l’apparition d’un feu. L’ouverture de l’obturateur peut affecter l’intégrité de l’obturateur, comme dans le cas d’une ouverture par rupture de l’obturateur, ou ne pas affecter son intégrité, comme dans le cas d’une ouverture par pivotement lorsque l’obturateur est constitué par un clapet. Lorsqu’un feu se déclare, la température de l’agent d’extinction augmente et lorsque cette température atteint TF+50°C, l’obturateur s’ouvre car la pression exercée sur ce dernier est supérieure à sa pression d’ouverture. L’agent d’extinction est alors distribué sur les cellules de batterie et le feu est éteint. L’invention propose un système permettant d’éteindre un feu dans une batterie de manière autonome et passive, sans nécessiter la présence d’un capteur ou d’un élément électrique pour déclencher la distribution de l’agent d’extinction. L’invention met en effet à profit l’augmentation significative de la pression à l’intérieur du corps lors de l’accroissement de température lié à l’apparition du feu pour déclencher, de manière passive, l’ouverture de l’obturateur et la distribution de l’agent d’extinction sur les cellules. Le système selon l’invention ne nécessite pas d’employer un capteur de température ou une unité de commande pour le déclenchement de l’extinction. L’invention permet ainsi d’éviter des situations de non-déclenchement de l’extinction en cas de défaillance d’un élément électrique.

Dans un exemple de réalisation, la pression de vapeur saturante de l’agent d’extinction augmente d’au moins 40% lorsque la température de l’agent d’extinction passe de TF à TF+50°C. En particulier, la pression de vapeur saturante de l’agent d’extinction augmente d’au moins 100%, par exemple d’au moins 200%, lorsque la température de l’agent d’extinction passe de TF à TF+50°C. De telles caractéristiques permettent avantageusement d’exercer une pression accrue sur l’obturateur afin de faciliter son ouverture et d’initier plus rapidement la distribution de l’agent d’extinction sur la zone de feu.

Dans un exemple de réalisation, la pression de vapeur saturante de l’agent d’extinction est inférieure ou égale à 2,5 bar à 75° C et supérieure ou égale à 4 bar à 125°C.

En particulier, la pression de vapeur saturante de l’agent d’extinction peut être inférieure ou égale à 2 bar à 50 ° C et supérieure ou égale à 4 bar à 100 ° C.

En particulier, la pression de vapeur saturante de l’agent d’extinction peut être inférieure ou égale à 2 bar à 75 ° C et supérieure ou égale à 4 bar à 125 ° C.

Dans un exemple de réalisation, la température de fonctionnement de la batterie est comprise entre 50 ° C et 100 ° C, par exemple compriseentre 50 ° C et 75 ° C.

Dans un exemple de réalisation, l’orifice de sortie est en regard d’un espace inter cellules.

Une telle caractéristique facilite le remplissage de l’espace inter-cellules sur toute sa hauteur et participe à améliorer davantage encore l’efficacité d’extinction.

L’invention vise également un véhicule comprenant un système tel que décrit plus haut. Le véhicule peut être un aéronef ou une automobile.

Brève description des dessins

[Fig. 1 ] La figure 1 illustre, de manière schématique, un exemple de système selon l’invention avec une batterie en fonctionnement normal.

[Fig. 2] La figure 2 illustre le système de la figure 1 lorsqu’un feu se déclenche au niveau d’une des cellules de la batterie.

[Fig. 3] La figure 3 illustre le système de la figure 1 après délivrance de l’agent d’extinction.

[Fig. 4] La figure 4 représente l’évolution de la pression de vapeur saturante en fonction de la température pour deux exemples d’agents d’extinction utilisables dans le cadre de l’invention. Description des modes de réalisation

Un exemple de système 1 selon l’invention est illustré schématiquement aux figures 1 à 3. Le système 1 comprend une batterie 10 qui comprend une pluralité de cellules 12 de batterie présentes à l’intérieur d’une enveloppe 14. La batterie 10 est destinée à fournir de la puissance électrique à un circuit électrique. L’enveloppe 14 peut être en matériau métallique. L’enveloppe 14 est munie de bornes (non représentées) destinées au branchement de la batterie 10 au circuit électrique. L’enveloppe 14 peut ou non être munie d’un orifice d’échappement des gaz et d’un orifice pour la circulation d’un fluide de refroidissement (non représentés). Les cellules 12 peuvent être connectées en parallèle ou en série. Les cellules 12 peuvent par exemple être des cellules lithium-ion, des cellules lithium métal ou des cellules lithium-polymère. Les cellules 12 sont espacées les unes des autres par des espaces inter-cellules 13. La batterie 10 peut être utilisée pour fournir l’énergie propulsive dans une automobile ou dans un aéronef à propulsion électrique, ou pour des applications secondaires (non propulsives). La batterie 10 peut encore être utilisée dans d’autres applications, comme dans le domaine naval ou ferroviaire. Le système 1 comprend en outre un dispositif d’extinction 20 d’un feu. Le dispositif d’extinction 20 d’un feu est ici présent à l’intérieur de l’enveloppe 14 et comprend un agent d’extinction 24. On a représenté un exemple de système 1 avec un unique dispositif d’extinction 20 mais on ne sort pas du cadre de l’invention lorsque le système comprend plusieurs dispositifs d’extinction.

On va maintenant décrire la structure du système 1 lorsque le dispositif d’extinction 20 est dans une première configuration, dite configuration de stockage, qui est illustrée à la figure 1. Cette configuration correspond au cas où aucun feu ne s’est déclenché au niveau des cellules 12 de la batterie 10 et à un fonctionnement normal de celle-ci. Lorsque le dispositif d’extinction 20 est dans la première configuration, la température de l’agent d’extinction 24 est égale à la température TF de fonctionnement de la batterie 10. Dans la première configuration, l’agent d’extinction 24 n’a pas été distribué sur les cellules 12.

Le dispositif d’extinction 20 d’un feu comprend un corps 22 contenant l’agent d’extinction liquide 24 et muni d’un orifice de sortie 28 qui est obturé par un obturateur 29. Le dispositif d’extinction 20 comporte l’agent d’extinction 24 liquide ainsi qu’une phase gazeuse 25 qui surmonte l’agent d’extinction 24 liquide. L’orifice de sortie 28, l’agent d’extinction liquide 24 et la phase gazeuse 25 sont superposés. La phase gazeuse 25 est en équilibre avec l’agent d’extinction 24 liquide. L’agent d’extinction 24 liquide est incompressible. La phase gazeuse 25 comprend de l’agent d’extinction à l’état gazeux. L’agent d’extinction 24 liquide peut occuper entre 80% et 99% du volume interne du corps 22. La phase gazeuse 25 peut occuper entre 1 % et 20% du volume interne du corps 22. L’obturateur 29 ferme de manière étanche le corps 22 de sorte que l’agent d’extinction liquide 24 reste stocké dans le dispositif d’extinction 20. L’obturateur 29 est ici sous la forme d’une membrane, par exemple une membrane métallique, par exemple en aluminium, ou une membrane polymérique. Selon une variante, l’obturateur peut être sous la forme d’un clapet, comme un clapet à ressort. Dans la première configuration illustrée à la figure 1 , la phase gazeuse 25 est à une pression suffisamment faible P pour ne pas ouvrir l’obturateur 29 et conserver l’agent d’extinction 24 stocké dans le corps 22.

On vient de décrire la structure du système 1 en fonctionnement normal et on va maintenant décrire, en lien avec les figures 2 et 3, l’évolution du système 1 lorsqu’un feu F se déclenche au niveau d’une cellule 12 de la batterie 10.

La figure 2 montre le système 1 de la figure 1 après apparition d’un feu F au niveau d’une cellule 12. Ce feu F conduit à un accroissement notable de température du dispositif d’extinction 20, et en particulier de l’agent d’extinction 24. Suite au déclenchement du feu F, la température de l’agent d’extinction 24 peut par exemple augmenter d’au moins 50°C, par exemple d’au moins 75°C. L’agent d’extinction 24 est choisi de sorte à présenter une pression de vapeur saturante qui augmente significativement avec la température, ce qui va permettre de déclencher l’extinction en cas d’apparition du feu F. En effet lorsqu’un feu se déclenche, la pression de la phase gazeuse 25 augmente significativement, ce qui résulte en une pression accrue appliquée par l’agent d’extinction liquide 24 sur l’obturateur 29, permettant ainsi l’ouverture de ce dernier. Lorsque la température de l’agent d’extinction 24 passe de TF à TF+50°C, la pression de la phase gazejse 25 augmente d’au moins 20%, par exemple d’au moins 40%, par exemple d’au moins 100%, par exemple d’au moins 200%. Lorsque la pression de vapeur saturante, ou de la phase gazeuse 25, atteint la pression de sortie PS, qui est supérieure à la pression d’ouverture de l’obturateur 29, la pression exercée par l’agent d’extinction liquide 24 sur l’obturateur 29 est suffisante pour ouvrir ce dernier. La pression de sortie PS correspond à la pression de vapeur saturante de l’agent d’extinction 24 à TF+50°C. La pression d’ouverture de l’obturateur 29 correspond à la pression à partir de laquelle l’obturateur 29 s’ouvre. Ainsi, le déplacement de l’équilibre entre l’agent d’extinction liquide 24 et l’agent d’extinction gazeux suite à l’échauffement provoqué par le feu F permet de déclencher la distribution de l’agent d’extinction. La pression de sortie PS peut être supérieure ou égale à 4 bar, par exemple supérieure ou égale à 5 bar, voire à 6 bar. La figure 2 illustre par des flèches la pression appliquée par la phase gazeuse 25 sur l’agent d’extinction 24 liquide et la pression exercée par cet agent d’extinction 24 liquide sur l’obturateur 29. Dans l’exemple illustré aux figures 1 à 3, il est question d’une ouverture de l’obturateur 29 par rupture du fait de la pression exercée par l’agent d’extinction 24. Comme indiqué plus haut, l’ouverture de l’obturateur pourrait en variante se faire sans affecter son intégrité, par exemple par pivotement dans le cas où l’obturateur est sous la forme d’un clapet.

L’ouverture de l’obturateur 29 conduit à la distribution de l’agent d’extinction 24 au niveau des cellules 12. La distribution de l’agent d’extinction 24 au niveau des cellules 12 est schématisée à la figure 3. Les cellules 12 sont en tout ou partie noyées par l’agent d’extinction 24 suite à cette distribution et le feu F est éteint. L’orifice de sortie 28 est en communication avec les cellules 12 de batterie lorsque l’obturateur 29 est ouvert, ce qui correspond à une deuxième configuration du dispositif d’extinction 20 dite configuration d’extinction. Dans l’exemple illustré, l’orifice de sortie 28 débouche directement sur les cellules 12 lorsque l’obturateur 29 est ouvert. L’orifice de sortie 28 peut avantageusement être situé en regard d’un espace 13 inter-cellules comme illustré. Cela permet de faciliter le remplissage de l’espace inter-cellules sur toute sa hauteur et participe à améliorer davantage encore l’efficacité d’extinction.

La distribution de l’agent d’extinction 24 a permis l’extinction du feu F de manière passive, en mettant à profit l’augmentation significative de la pression à l’intérieur du corps 22 avec l’accroissement de température lié à l’apparition du feu F pour déclencher, de manière passive, l’ouverture de l’obturateur 29 et la distribution de l’agent d’extinction 24 sur les cellules 12. Le système 1 selon l’invention ne nécessite pas d’employer un capteur de température ou une unité de commande pour le déclenchement de l’extinction. L’invention permet ainsi d’éviter des situations de non-déclenchement de l’extinction en cas de défaillance d’un élément électrique.

A titre d’exemple d’agent d’extinction 24 utilisable, on peut par exemple citer le FK-5- 1 -12, correspondant au Novec™ 1230, ou le Novec™ 774. Le choix de l’agent d’extinction 24 est guidé par la température TF de fonctionnement de la batterie. La température TF de fonctionnement de la batterie peut être comprise entre 50 °C et 100°C, par exemple comprise entre 50 °C et 75 °C. Làigure 4 illustre l’évolution de la pression de vapeur saturante en fonction de la température pour les agents Novec™ 1230 et Novec™ 774, on voit que la pression de vapeur saturante du Novec™ 1230 est toujours supérieure à celle du Novec™ 774. On pourra donc privilégier l’emploi du Novec™ 774 pour des batteries dont la température de fonctionnement est supérieure, pour lesquelles on recherchera un déclenchement de l’extinction à de plus hautes températures.

A titre d’exemple, lorsque l’on utilise l’agent Novec™ 1230 comme agent d’extinction 24, on peut utiliser un obturateur 29 ayant une pression d’ouverture de 6 bar de telle sorte que le dispositif soit parfaitement étanche à une température de 100°C et qu’il se déclenche avec une grande fiabilité à 130°C. Il va des connaissances générales de l’homme du métier de concevoir l’obturateur 29, en fonction de l’agent d’extinction 24 choisi et des températures rencontrées en fonctionnement, de sorte à déclencher l’extinction à la température souhaitée.

On a représenté, en lien avec les figures 1 à 3, une batterie 10 dans laquelle le dispositif d’extinction 20 est présent. On ne sort toutefois pas du cadre de l’invention si le dispositif d’extinction est présent à l’extérieur de la batterie mais au voisinage de cette dernière de sorte à subir l’élévation de la température de ladite au moins une des cellules de la batterie afin que l’extinction soit déclenchée. Dans ce cas, l’orifice de sortie du dispositif d’extinction peut être relié par un canal à l’intérieur de la batterie comprenant les cellules. Dans ce cas, l’orifice de sortie ne débouche pas directement sur les cellules mais est en communication avec ces dernières par l’intermédiaire du canal.

L’expression « compris(e) entre ... et ... » doit se comprendre comme incluant les bornes.