FR2998421A1

FR2998421A1 - Battery system for e.g. storing electric power in motor car, has compartment comprising electrochemical cells, which are connected with each other by electrically conducting components, and breaking unit breaking components during impact

Info

Publication number: FR2998421A1
Application number: FR1260946A
Authority: FR
Inventors: Stephane Floquet; Bertrand Feriot; Walter Desjardins; George Celine Duret; Mathieu Pinson
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2012-11-19
Filing date: 2012-11-19
Publication date: 2014-05-23
Anticipated expiration: 2032-11-19
Also published as: FR2998421B1

Abstract

The system (1) has a compressible compartment (4) comprising electrochemical cells (2), which are electrically connected with each other by electrically conducting components (31) i.e. standard bus-bars. A breaking unit (51) breaks the electrically conducting components during an impact. The electrically conducting components comprise weakness zones (61) adapted to break during an impact towards contact of the breaking unit with electrically conducting components. The breaking unit is made of a dielectric material. The breaking unit is placed on an external circumference of the cells.

Description

SYSTEME DE BATTERIES DE VEHICULE COMPORTANT UN DISPOSITIF DE COUPURE ELECTRIQUE ANTICHOC La présente invention se rapporte à un système de batteries d'un véhicule, ainsi qu'à un véhicule équipé d'un tel système. Plus particulièrement, l'invention concerne un système de batteries comportant un dispositif de coupure électrique assurant une protection antichoc contre les risques de courts-circuits lors d'un choc avec un élément extérieur à ce système.The present invention relates to a battery system of a vehicle, as well as to a vehicle equipped with such a system. BACKGROUND OF THE INVENTION More particularly, the invention relates to a battery system comprising an electrical cut-off device providing a shockproof protection against the risk of short-circuits during an impact with an element external to this system.

L'invention appartient au domaine des batteries de stockage d'énergie électrique dans un véhicule. Un système de batteries est généralement composé d'un compartiment constituant une enceinte fermée dans laquelle sont disposées des cellules (ou modules) électrochimiques reliées électriquement par des composants électriquement conducteurs, tels que des bus-bars. Ces modules sont particulièrement sensibles aux efforts de compression subis par exemple lors d'un choc avec un élément extérieur. De tels efforts de compression peuvent entraîner des courts-circuits internes et une forte élévation de la température de ces cellules. A la suite de cette forte élévation de la température, les cellules peuvent alors émettre une quantité importante de liquides ou gaz chauds sous pression qui sont toxiques et/ou inflammables. On peut ainsi avoir un départ d'incendie dans le compartiment contenant les cellules électrochimiques, qui peut par la suite se propager au reste du véhicule.The invention belongs to the field of electric energy storage batteries in a vehicle. A battery system is generally composed of a compartment constituting a closed chamber in which electrochemical cells (or modules) electrically connected by electrically conductive components such as bus bars are arranged. These modules are particularly sensitive to compression forces experienced for example during an impact with an external element. Such compression stresses can cause internal shorts and a high rise in the temperature of these cells. As a result of this high rise in temperature, the cells can then emit a large quantity of hot liquids or gases under pressure which are toxic and / or flammable. It can thus have a fire in the compartment containing the electrochemical cells, which can subsequently spread to the rest of the vehicle.

Il est connu pour l'homme du métier de rompre la liaison électrique entre les cellules électrochimiques lors d'un choc, de manière à arrêter la circulation d'énergie entre ces cellules électrochimiques ce qui limite considérablement les risques de courts-circuits. On connaît, par exemple, par le document WO 2008/076040 Al un mécanisme d'interruption électrique dans une batterie de modules électrochimiques, ce mécanisme étant activé par un système électronique de détection pour rompre la liaison électrique entre ces modules lors d'un choc. Ainsi, la circulation d'énergie entre les modules électrochimiques est stoppée.It is known to those skilled in the art to break the electrical connection between the electrochemical cells during an impact, so as to stop the flow of energy between these electrochemical cells which considerably limits the risk of short circuits. For example, document WO 2008/076040 A1 discloses an electrical interruption mechanism in a battery of electrochemical modules, this mechanism being activated by an electronic detection system to break the electrical connection between these modules during a shock. . Thus, the flow of energy between the electrochemical modules is stopped.

Cependant, les dispositifs connus présentent l'inconvénient d'être lourds, encombrants et nécessitent un pilotage électronique coûteux. La présence d'un système électronique induit par ailleurs des risques de non déclenchement ou de déclenchement intempestif non désiré en cas de défaillance de ce système électronique. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités au moyen d'un dispositif ne nécessitant pas de système électronique pour son activation. Dans ce but, la présente invention propose un système de batteries d'un véhicule comportant un compartiment contenant des cellules électrochimiques connectées électriquement entre elles par au moins un composant électriquement conducteur. Ce système de batteries est remarquable en ce qu'il contient au moins un moyen de rupture pour rompre ce composant électriquement conducteur lors d'un choc. Ainsi, la liaison électrique entre les cellules électrochimiques est rompue lors d'un choc, ce qui permet d'arrêter la circulation d'énergie entre ces cellules électrochimiques et donc de limiter considérablement les risques de courts-circuits. Selon une caractéristique particulière, le compartiment est compressible. Cette caractéristique permet de protéger les cellules électrochimiques lors d'un choc en absorbant par déformation une partie de l'énergie de ce 20 choc. Selon une caractéristique particulière, le moyen de rupture est disposé de façon à venir en contact du composant électriquement conducteur lors d'un choc. Cela permet d'utiliser l'énergie du choc pour rompre ce composant 25 électriquement conducteur avec le moyen de rupture. Selon une caractéristique particulière, ce composant électriquement conducteur est de type bus-bar. Selon une caractéristique particulière, le composant électriquement conducteur comporte au moins une zone de faiblesse adaptée à se rompre 30 lors d'un choc à l'endroit du contact du moyen de rupture avec le composant électriquement conducteur. Cette zone de faiblesse permet de favoriser la rupture du composant lors du contact avec la pointe de rupture. Selon une caractéristique particulière, le moyen de rupture est 35 constitué d'un matériau électriquement non conducteur.However, the known devices have the disadvantage of being heavy, bulky and require expensive electronic control. The presence of an electronic system also induces the risk of non-tripping or unwanted unwanted tripping in the event of failure of this electronic system. The present invention aims to overcome the aforementioned drawbacks by means of a device that does not require an electronic system for its activation. For this purpose, the present invention proposes a battery system of a vehicle comprising a compartment containing electrochemical cells electrically connected to each other by at least one electrically conductive component. This battery system is remarkable in that it contains at least one breaking means for breaking this electrically conductive component during an impact. Thus, the electrical connection between the electrochemical cells is broken during an impact, which makes it possible to stop the flow of energy between these electrochemical cells and thus considerably limit the risks of short circuits. According to a particular characteristic, the compartment is compressible. This characteristic makes it possible to protect the electrochemical cells during an impact by absorbing, by deformation, part of the energy of this shock. According to a particular characteristic, the breaking means is arranged to come into contact with the electrically conductive component during an impact. This allows the energy of the shock to be used to break this electrically conductive component with the breaking means. According to a particular characteristic, this electrically conductive component is of the bus-bar type. According to one particular characteristic, the electrically conductive component comprises at least one zone of weakness adapted to break upon impact at the point of contact of the breaking means with the electrically conductive component. This zone of weakness makes it possible to promote breakage of the component during contact with the breaking point. According to a particular characteristic, the breaking means consists of an electrically non-conductive material.

Cette caractéristique permet d'éviter que l'énergie électrique ne transite par le moyen de rupture à la suite de la rupture du composant électriquement conducteur et réduit donc les risques de courts-circuits. Selon un mode particulier de réalisation, le moyen de rupture est disposé sur le pourtour intérieur du compartiment du système de batterie. Ce mode de réalisation présente l'avantage d'actionner le moyen de rupture lors d'un déplacement relatif entre ce compartiment et le composant électriquement conducteur. Selon un autre mode de réalisation, le moyen de rupture est disposé sur le pourtour extérieur d'une cellule électrochimique. Cet autre mode de réalisation présente l'avantage d'actionner le moyen de rupture lors d'un déplacement relatif entre une cellule électrochimique et le composant électriquement conducteur. Dans le même but que celui indiqué plus haut, l'invention a aussi pour objet un véhicule comprenant un système de batteries qui comporte l'une quelconque des caractéristiques précédentes. L'invention sera mieux comprise et d'autres aspects et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation, donnés à titre d'exemples nullement limitatifs et en référence aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels : - la figure 1A présente schématiquement les constituants d'un système de batteries conforme à l'invention selon un premier mode particulier de réalisation ; - la figure 1B est un schéma illustrant l'invention suivant ce premier mode de réalisation lors d'un choc avec un élément extérieur ; - la figure 2A représente schématiquement les constituants d'un système de batteries conforme à l'invention selon un deuxième mode particulier de réalisation ; - la figure 2B est un schéma illustrant l'invention suivant ce deuxième mode de réalisation lors d'un choc avec un élément extérieur. Les figures 1A et 1B présentent un système de batteries 1 comportant un compartiment 4 qui constitue une enceinte fermée pour des cellules électrochimiques 2 permettant de stocker et de restituer de l'énergie électrique, par exemple dans un véhicule.This characteristic makes it possible to prevent electrical energy from passing through the breaking means as a result of breaking the electrically conductive component and thus reducing the risk of short circuits. According to a particular embodiment, the breaking means is disposed on the inner periphery of the compartment of the battery system. This embodiment has the advantage of actuating the breaking means during a relative movement between this compartment and the electrically conductive component. According to another embodiment, the breaking means is disposed on the outer periphery of an electrochemical cell. This other embodiment has the advantage of actuating the breaking means during a relative displacement between an electrochemical cell and the electrically conductive component. For the same purpose as that indicated above, the invention also relates to a vehicle comprising a battery system which comprises any of the preceding features. The invention will be better understood and other aspects and advantages will appear more clearly on reading the following description of particular embodiments, given by way of non-limiting examples and with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. 1A schematically shows the constituents of a battery system according to the invention according to a first particular embodiment; - Figure 1B is a diagram illustrating the invention according to this first embodiment in an impact with an external element; - Figure 2A schematically shows the constituents of a battery system according to the invention according to a second particular embodiment; - Figure 2B is a diagram illustrating the invention according to this second embodiment in an impact with an external element. FIGS. 1A and 1B show a battery system 1 comprising a compartment 4 which constitutes a closed chamber for electrochemical cells 2 making it possible to store and restore electrical energy, for example in a vehicle.

Avantageusement, le compartiment 4 est compressible, de manière à protéger les cellules électrochimiques lors d'un choc en absorbant par déformation une partie de l'énergie de ce choc. Au moins un composant électriquement conducteur 31 permettant de faire circuler l'énergie électrique entre les cellules électrochimiques 2 est disposé dans ce compartiment 4. Ce composant 31 est par exemple de type bus-bar, mais tout autre élément permettant la propagation d'énergie électrique peut également être employé. Le compartiment 4 contient également au moins un moyen de rupture 51, tel qu'une pointe, un axe, une lame ou tout autre élément rigide saillant, disposé sur son enveloppe intérieure, en regard du composant électriquement conducteur 31. Ce moyen 51 peut par exemple être réalisé dans l'enveloppe même du compartiment, par ajout de matière ou par déformation de l'enveloppe, ou encore constitué d'un élément fixé sur cette enveloppe intérieure. Ainsi, lors d'un choc illustré par la figure 1 B, par déplacement relatif du compartiment 4 et du composant 31, le moyen de rupture 51 vient en contact du composant 31. L'énergie du choc, permet alors de rompre le composant 31 et de stopper la circulation d'énergie électrique entre les cellules électrochimiques 2 et réduit ainsi les risques de courts-circuits consécutifs au choc. Avantageusement, le moyen de rupture 51 est électriquement non conducteur. On évite ainsi que l'énergie électrique ne transite par le moyen 51 à la suite de la rupture du composant 31.Advantageously, the compartment 4 is compressible, so as to protect the electrochemical cells during an impact by absorbing by deformation a part of the energy of this shock. At least one electrically conductive component 31 for circulating the electrical energy between the electrochemical cells 2 is disposed in this compartment 4. This component 31 is for example of the bus-bar type, but any other element allowing the propagation of electrical energy can also be used. The compartment 4 also contains at least one breaking means 51, such as a tip, an axis, a blade or any other rigid projecting element, disposed on its inner casing, facing the electrically conductive component 31. This means 51 can for example example be made in the same envelope of the compartment, by adding material or by deformation of the envelope, or consisting of an element attached to the inner envelope. Thus, during an impact illustrated in FIG. 1B, by relative displacement of the compartment 4 and the component 31, the breaking means 51 comes into contact with the component 31. The impact energy then makes it possible to break the component 31 and to stop the flow of electrical energy between the electrochemical cells 2 and thus reduces the risk of short circuits following the shock. Advantageously, the breaking means 51 is electrically non-conductive. This prevents the electrical energy passing through the means 51 following the rupture of the component 31.

Afin de favoriser la rupture du composant 31, au moins une zone de faiblesse 61, présentant une résistance mécanique moindre, peut être aménagée dans ce composant en regard du moyen de rupture 51. Ainsi, la rupture du composant 31 sera favorisée lors du contact avec le moyen 51. Dans un deuxième mode de réalisation, illustré par les figures 2A et 30 2B, au moins un composant électriquement conducteur 32 permettant de faire circuler l'énergie électrique entre les cellules électrochimiques 2 est disposé entre deux cellules électrochimiques. Au moins un moyen de rupture 52, du même type que celui décrit précédemment, est disposé sur le pourtour d'une cellule électrochimique, en 35 regard de ce composant 32. Un tel moyen de rupture peut par exemple être obtenu par un procédé, bien connu en soi, de formage du matériau, par exemple plastique, utilisé pour la réalisation de la paroi de la cellule 2, par exemple par soufflage, ou peut encore être constitué d'un élément fixé sur cette paroi. Lors d'un choc illustré par la figure 2B, par déplacement relatif de la cellule électrochimique 2 et du composant 32, le moyen de rupture 52 vient en contact du composant 32. L'énergie du choc permet alors de rompre le composant 32 et de stopper la circulation d'énergie électrique entre les cellules électrochimiques 2. De manière analogue au mode de réalisation décrit précédemment, afin de favoriser la rupture du composant 32, au moins une zone de faiblesse 62 peut être aménagée dans ce composant 32 en regard du moyen de rupture 52. Ainsi, la rupture du composant 32 sera favorisée lors du contact avec le moyen 52. Ainsi l'invention permet, avec un encombrement et une masse réduits, d'assurer la sécurisation d'un système de batteries lors d'un choc en stoppant le transfert d'énergie électrique entre les cellules électrochimiques. Le moyen de rupture permet de rompre un composant électriquement conducteur reliant les cellules électrochimiques pour limiter les risques de courts-circuits, sans emploi d'un système électronique.In order to promote the breakage of the component 31, at least one weakness zone 61, having a lower mechanical resistance, can be arranged in this component opposite the breaking means 51. Thus, the rupture of the component 31 will be favored during the contact with The means 51. In a second embodiment, illustrated by FIGS. 2A and 2B, at least one electrically conductive component 32 for circulating the electrical energy between the electrochemical cells 2 is disposed between two electrochemical cells. At least one breaking means 52, of the same type as that described above, is disposed around the periphery of an electrochemical cell, with respect to this component 32. Such a breaking means can for example be obtained by a method, although known per se, of forming the material, for example plastic, used for producing the wall of the cell 2, for example by blowing, or may also consist of an element attached to this wall. During an impact illustrated in FIG. 2B, by relative displacement of the electrochemical cell 2 and the component 32, the breaking means 52 comes into contact with the component 32. The energy of the shock then makes it possible to break the component 32 and stopping the flow of electrical energy between the electrochemical cells 2. In a similar manner to the embodiment described above, in order to promote the breakage of the component 32, at least one weak zone 62 can be arranged in this component 32 opposite the means Thus, the rupture of the component 32 will be favored during the contact with the means 52. Thus, the invention makes it possible, with a reduced bulk and mass, to ensure the security of a battery system during a shock by stopping the transfer of electrical energy between the electrochemical cells. The breaking means makes it possible to break an electrically conductive component connecting the electrochemical cells to limit the risks of short circuits, without the use of an electronic system.

Claims

REVENDICATIONS1. Battery system (1) for a motor vehicle, comprising a compartment (4) containing electrochemical cells (2) electrically connected to each other by at least one electrically conductive component (31; 32), the battery system being characterized in that it contains at least one breaking means (51; 52) for breaking said electrically conductive component (31; 32) upon impact.

2. Battery system (1) according to claim 1, characterized in that the compartment (4) is compressible.

3. Battery system (1) according to claim 1 or 2, characterized in that said breaking means (51; 52) is arranged to come into contact with said electrically conductive component (31; 32) during an impact. .

4. Battery system (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that said electrically conductive component (31; 32) is of the bus-bar type.

5. Battery system (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that said electrically conductive component (31; 32) comprises at least one weakness zone (61; 62) adapted to break during operation. a shock at the point of contact of said breaking means (51; 52) with said component (31; 32).

6. Battery system (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that said breaking means (51; 52) consists of an electrically non-conductive material. 25

7. Battery system (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that said breaking means (51) is disposed on the inner periphery of said compartment (4).

8. Battery system (1) according to any one of claims 1 to 6, characterized in that said breaking means (52) is disposed on the outer periphery of an electrochemical cell (2).

9. Motor vehicle characterized in that it comprises a battery system according to any one of the preceding claims.