Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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UNITÉ DE STOCKAGE D'ÉNERGIE AVEC SYSTEME DE VENTILATION ACTIVE ET
MÉTHODE ASSOCIÉE
DOMAINE TECHNIQUE
[0001] Le domaine technique de l'invention est relatif aux unités de
stockage
d'énergie avec modules de batteries, et en particulier, aux moyens pour
contrôler
l'emballement thermique dans des unités de stockage d'énergie avec batteries.
L'invention porte sur un système et une méthode pour activer la ventilation
active.
ÉTAT DE L'ART
[0002] Bien que la technologie utilisant des éléments d'accumulateur
au
phosphate de fer lithié (LFP) soit considérée parmi les plus sécuritaires dans
la famille
des batteries à lithium-ion, certaines normes de prévention d'incendie
imposent des
exigences minimales pour atténuer les risques associés au phénomène
d'emballement
thermique. En effet, il arrive exceptionnellement que les dispositifs de
stockage d'énergie
électrique par batteries deviennent dysfonctionnels, ce qui peut entraîner un
phénomène
d'emballement thermique, créant des zones localisées de très haute
température.
[0003] De telles températures élevées font en sorte que certains
matériaux
commencent à se décomposer et à générer des gaz. Les gaz générés lors de tels
évènements peuvent être inflammables.
[0004] Lorsque les unités de stockage comprennent une pluralité de
cellules, cela
peut entraîner une réaction en chaîne dans laquelle les dispositifs de
stockage entrent
dans une série d'emballements thermiques en cascade, car la chaleur émise par
une
cellule se propage à la cellule suivante qui à son tour peut s'emballer
thermiquement.
[0005] Il existe un besoin pour contrôler les phénomènes d'emballement
thermique dans les unités de stockages d'énergie.
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SOMMAIRE
[0006] Selon un premier aspect, une unité de stockage d'énergie apte à
contrôler
un phénomène d'emballement thermique est décrite. L'unité de stockage
d'énergie
comprend: une enceinte pour loger des modules de batteries permettant le
stockage
d'énergie; un panneau mobile configurable entre une position fermée permettant
de
fermer l'enceinte en mode normal d'opération de l'unité de stockage, et une
position
ouverte permettant à une chaleur et à des gaz explosifs situés dans l'enceinte
de
s'échapper vers l'extérieur de l'enceinte, en mode de contrôle d'emballement
thermique;
un actionneur contrôlable, connecté au panneau mobile, pour bouger le panneau
mobile
de la position fermée à la position ouverte, au moins un capteur apte à
mesurer des
paramètres environnementaux de l'intérieur de l'enceinte; et une unité de
contrôle
connectée audit au moins un capteur et à l'actionneur contrôlable, l'unité de
contrôle
activant automatiquement l'actionneur contrôlable pour bouger le panneau de la
position
fermée à la position ouverte lorsqu'au moins un des paramètres
environnementaux
mesurés est indicatif d'emballement thermique, de sorte que la chaleur et les
gaz explosifs
générés par l'emballement thermique puissent s'échapper à l'extérieur de
l'enceinte.
[0007] Selon une réalisation possible, ledit au moins un capteur est
apte à
mesurer les paramètres environnementaux comprenant au moins un parmi : une
température à l'intérieur de l'enceinte, une température des modules de
batteries, un taux
d'hydrogène, un taux de monoxyde de carbone, un taux de dioxyde de carbone, un
taux
de gaz, un taux de fumée et un taux de vapeur d'électrolyte.
[0008] Selon une réalisation possible, l'actionneur comprend un verrou
et un
moyen d'extension.
[0009] Selon une réalisation possible, le verrou comprend un verrou
magnétique
ou un verrou solénoïdal.
[0010] Selon une réalisation possible, le moyen d'extension est choisi
du groupe
comprenant : un ressort, un vérin électrique, un vérin pneumatique et un vérin
mécanique.
[0011] Selon une réalisation possible, l'unité de stockage d'énergie
comprend en
outre un module de chauffage, ventilation et air conditionné (CVAC), l'unité
de contrôle
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activant le module CVAC pour aspirer l'air extérieur vers l'intérieur de
l'enceinte lorsqu'au
moins un des paramètres mesurés est indicatif d'emballement thermique.
[0012] Selon une réalisation possible, l'enceinte comprend quatre
faces latérales,
le panneau mobile étant situé sur l'une des quatre faces latérales de
l'enceinte.
[0013] Selon une réalisation possible, le panneau mobile est situé sur
une face
supérieure de l'enceinte.
[0014] Selon une réalisation possible, l'enceinte comprend un
couvercle de
protection muni de moyens d'aération, le couvercle étant situé au-dessus du
panneau
mobile, permettant de protéger l'unité de stockage des intempéries tout en
permettant
l'ouverture du panneau mobile et l'échappement des gaz en cas d'emballement
thermique.
[0015] Selon une réalisation possible, le panneau mobile comprend au
moins
deux parties mobiles.
[0016] Selon un second aspect, une méthode pour contrôler un phénomène
d'emballement thermique d'une unité de stockage d'énergie comprenant des
modules de
batteries est décrite. La méthode comprend les étapes suivantes: mesurer, à
l'aide d'au
moins un capteur, des paramètres environnementaux situés à l'intérieur de
l'unité de
stockage; déterminer un emballement thermique lorsqu'au moins un des
paramètres
mesurés ou lorsque le taux de variation d'au moins un des paramètres mesurés
est à
l'extérieur d'une plage de valeurs prédéterminées, associée audit au moins un
paramètre;
et automatiquement activer un actionneur pour bouger un panneau mobile d'une
position
fermée, correspondant à un mode normal d'opération de l'unité de stockage, à
une
position ouverte, correspondant à un mode de contrôle d'emballement thermique,
de sorte
qu'une chaleur et des gaz explosifs générés par l'emballement thermique
puissent
s'échapper vers l'extérieur l'unité de stockage.
[0017] Selon une réalisation possible, l'étape de mesurer des
paramètres
environnementaux comprend mesurer, à l'aide dudit au moins un capteur, les
paramètres
environnementaux comprenant au moins un parmi : une température à l'intérieur
de l'unité
de stockage, une température des modules de batteries, un taux d'hydrogène, un
taux de
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monoxyde de carbone, un taux de dioxyde de carbone, un taux de gaz, un taux de
fumée
et un taux de vapeur d'électrolyte.
[0018] Selon une réalisation possible, l'étape de déterminer un
emballement
thermique comprend : comparer des valeurs respectives des paramètres mesurés à
des
plages de valeurs prédéterminées associées auxdits paramètres, et détecter,
par une
unité de contrôle, le phénomène d'emballement thermique.
[0019] Selon une réalisation possible, une des plages de valeurs
prédéterminées
comprend un taux d'hydrogène inférieur à 100 ppm.
[0020] Selon une réalisation possible, une des plages de valeurs
prédéterminées
comprend une température des modules de batteries inférieure à 80 Celsius.
[0021] Selon une réalisation possible, l'étape d'activer l'actionneur
comprend une
étape de déverrouiller un verrou, permettant une extension d'un moyen
d'extension relié
au panneau mobile et ainsi une ouverture du panneau mobile.
[0022] Selon une réalisation possible, déverrouiller un verrou
comprend dé-
énergiser un verrou magnétique ou énergiser un verrou solénoïdal.
[0023] Selon une réalisation possible, la méthode comprend une étape
d'activer
un module CVAC dans un mode où l'air extérieur est aspiré à l'intérieur de
l'unité de
stockage, permettant d'évacuer les gaz explosifs de l'unité de stockage.
[0024] Selon une réalisation possible, le panneau mobile s'ouvre sur
une face
supérieure de l'unité de stockage.
[0025] Selon une réalisation possible, le panneau mobile s'ouvre sur
au moins
une des quatre faces latérales de l'unité de stockage.
[0026] Selon une réalisation possible, l'étape d'automatiquement
activer un
actionneur comprend une étape d'actionner au moins deux parties du panneau
mobile via
un premier et un second actionneur contrôlable par l'unité de contrôle.
[0027] Selon une réalisation possible, la méthode comprend une étape
d'arrêter
un fonctionnement des modules de batterie lorsqu'un emballement thermique est
détecté.
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[0028] Selon une réalisation possible, la méthode comprend une étape
d'envoyer
une alerte à une centrale de premiers répondants lorsqu'un emballement
thermique est
détecté.
[0029] Selon une réalisation possible, la méthode comprend une étape
d'émettre
un indicateur sonore et/ou visuel lorsqu'un emballement thermique est détecté.
[0030] Selon une réalisation possible, la méthode comprend une étape
d'attendre
une période prédéterminée après l'émission de l'indicateur, avant d'activer
automatiquement l'actionneur.
[0031] Selon une réalisation possible, la méthode comprend une étape
d'activer
des ventilateurs associés aux modules de batteries lorsqu'un emballement
thermique est
détecté.
[0032] D'autres objets, avantages, aspects et caractéristiques de
l'invention
deviendront plus clairs et seront mieux compris au vu de la description non
limitative de
l'invention, et grâce aux figures présentes dans la demande.
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DESCRIPTION BREVE DES DESSINS
[0033] Une
description détaillée de l'invention sera donnée ci-après en référence
avec les dessins suivants:
La FIG. 1 est une vue en perspective d'un système de stockage d'énergie,
comprenant
deux enceintes et une unité de contrôle, selon un mode de réalisation.
La FIG. 2 est une vue en perspective semi-éclatée de la Figure 1.
La FIG. 3 est une vue en perspective d'un module de batterie contenu dans une
enceinte,
selon un mode de réalisation.
La FIG. 4 est une vue en perspective semi-éclatée d'une enceinte contenant
deux
modules de batterie, selon un mode de réalisation.
La FIG. 5 est une vue en perspective semi-éclatée d'une unité de contrôle,
selon un mode
de réalisation.
La FIG. 6 est une vue en perspective semi-éclatée d'une enceinte en mode de
fonctionnement normal, selon un mode de réalisation.
La FIG. 7 est une coupe transversale d'une enceinte en mode de fonctionnement
normal,
selon un mode de réalisation.
La FIG. 8 est une vue en perspective semi-éclatée d'une enceinte en mode de
contrôle
de l'emballement thermique, selon un mode de réalisation.
La FIG. 9 est une coupe transversale d'une enceinte en mode de contrôle de
l'emballement thermique, selon un mode de réalisation.
La FIG. 10 est une vue en perspective d'un système de stockage d'énergie,
comprenant
une enceinte et un panneau mobile latéral, selon un mode de réalisation.
La FIG. 11 montre un diagramme fonctionnel haut niveau d'une méthode de
contrôle de
l'emballement thermique, selon un mode de réalisation.
La FIG. 12 montre un diagramme détaillé de la figure 11.
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DESCRIPTION DÉTAILLÉE
[0034] Dans la description et les figures qui suivent, les mêmes
numéros de
références réfèrent à des éléments similaires de l'invention. De plus, pour ne
pas
encombrer indûment les figures, il est possible qu'une figure ne contienne pas
tous les
numéros de références des éléments qui s'y trouvent. Ainsi, il est aussi
possible que
certains éléments ou composantes ne soient référencés que dans une seule
figure. Les
éléments ainsi référencés peuvent être facilement inférés dans les autres
figures
présentées. Les réalisations, configurations géométriques, matériaux et/ou
dimensions
présentés dans les figures ou décrits dans la présente divulgation ne sont
qu'indicatifs, et
montrent des réalisations possibles, présentées à titre d'exemples, et ne
devraient pas
être interprétés comme des limitations de l'invention.
[0035] De manière générale, la présente demande décrit une unité de
stockage
d'énergie apte à détecter et contrôler un phénomène d'emballement thermique.
Dans le
mode de réalisation montré aux figures 1 à 9, l'unité de stockage d'énergie
comprend
deux enceintes pour loger des modules de batteries et deux panneaux mobiles
situés sur
une face supérieure de l'enceinte, et configurables entre une position fermée
et une
position ouverte. La figure 10 montre un autre mode de réalisation comprenant
une
enceinte pour loger des modules de batteries et un panneau mobile situé sur
l'une des
quatre faces latérales de l'enceinte, et configurable entre une position
fermée et une
position ouverte.
[0036] En se référant aux figures 1 et 2, une unité de stockage
d'énergie 10 est
montrée, comprenant deux enceintes 100 pour loger des modules de batteries 122
(identifiés à la figure 3) permettant le stockage d'énergie, connectées de
part et d'autre
d'une unité de contrôle 130. En mode de fonctionnement normal, chaque enceinte
est
fermée afin de protéger les modules de batteries. Chaque enceinte 100 est
équipée d'un
module de chauffage, ventilation et air conditionné (CVAC) 140, connecté sur
le côté de
l'enceinte, opposé à l'unité de contrôle 130, et en communication fluide avec
l'intérieur de
l'enceinte 100, c'est-à-dire que l'air peut entrer ou sortir de l'enceinte,
selon le mode de
fonctionnement du CVAC. Le CVAC 140 est doté d'un compresseur et de
ventilateurs, et
permet de contrôler adéquatement le volume et la température de l'air qui
circule à
l'intérieur de l'enceinte. En mode de fonctionnement normal, le CVAC 140
permet de
maintenir la température intérieure de l'enceinte 100 à une valeur préétablie
en
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refroidissant l'air qui circule en circuit clos entre les modules de batteries
et qui a tendance
à se réchauffer au contact des modules de batteries. Dans ce mode de
fonctionnement,
aucun échange d'air ne se fait entre l'intérieur de l'enceinte et l'extérieur
de l'enceinte. Le
CVAC 140 comprend également un mode économie d'énergie dans lequel le CVAC
aspire l'air froid de l'extérieur vers l'intérieur de l'enceinte, sans avoir à
le refroidir. Ce
mode de fonctionnement, qui permet entre autres de diminuer la consommation
énergétique, est globalement utilisé lorsque les températures extérieures sont
relativement basses. Ce mode de fonctionnement est géré automatiquement par le
CVAC,
en fonction des paramètres extérieurs. Cependant, dans le cas d'un phénomène
d'emballement thermique de l'unité de stockage d'énergie 10, le CVAC 140 peut
être
forcé, par l'unité de contrôle 130, à opérer en mode d'économie d'énergie.
L'unité de
contrôle peut comprendre un ou plusieurs processeurs, des moyens
d'enregistrement
(mémoires), des ports de communications et de contrôles, etc. L'unité de
contrôle peut
inclure, par exemple, un automate programmable (PLC), un système embarqué ou
un
serveur dédié.
[0037] Aux figures 3 et 4 sont illustrés des cabinets 120 qui
contiennent plusieurs
modules de batteries 122. Chaque enceinte 100 peut accueillir un ou plusieurs
cabinets
120. Un cabinet 120 peut comprendre un support ou une structure métallique 124
dans
laquelle sont disposées une pluralité de modules de batteries 122. Chaque
module de
batteries 122 est constitué d'une pluralité de cellules. Ces cellules peuvent
être de
différents types, telles des cellules lithium-ion, permettant le stockage de
l'énergie
électrique. A l'intérieur de la structure métallique 124, les modules 122 sont
espacés de
manière à créer des couloirs de circulation d'air. Un ventilateur 150 peut
être situé sur la
structure métallique 124, sensiblement au niveau de chaque module. En mode de
fonctionnement normal, les modules de batteries sont contenus dans une
enceinte 100
relativement close. Un ou plusieurs capteurs 250 situés à l'intérieur de
l'enceinte 100
permettent de mesurer en continu les paramètres environnementaux de
l'intérieur de
l'enceinte 100.
[0038] Les modules de batteries 122 à l'intérieur de chaque cabinet 120
sont
munis de capteurs qui sont opérationnellement reliés à l'unité de contrôle
130, de sorte
qu'un système de gestion des batteries (SGB) situé à l'intérieur du cabinet
120 puisse
contrôler et surveiller en permanence l'état des modules de batterie, en
mesurant entre
autres :
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- une tension : tension totale ou tensions des cellules individuelles,
- une température : température moyenne, température d'entrée ou de sortie
d'un liquide
de refroidissement le cas échéant, ou températures des cellules individuelles,
- un courant, courant entrant ou sortant du module de batterie, ou
- tout autre paramètre pertinent.
Le SGB est opérationnellement relié à l'unité de contrôle 130 qui reçoit les
paramètres
mesurés par le SGB.
[0039] Au moins un capteur 250 situé sur une surface intérieure de
l'enceinte 100
permet de mesurer des paramètres environnementaux de l'intérieur de
l'enceinte. Dans
certains modes de réalisation, plusieurs capteurs peuvent être placés à
l'intérieur de
l'enceinte. Ces différents capteurs 250 sont capables de mesurer plusieurs
paramètres
environnementaux, incluant par exemple :
- une température à l'intérieur de l'enceinte,
- un taux d'hydrogène,
- un taux de monoxyde de carbone,
- un taux de dioxyde de carbone,
- un taux de gaz,
- un taux de fumée,
- un taux de vapeur d'électrolyte.
Ces capteurs 250 sont également opérationnellement reliés à l'unité de
contrôle 130. La
mesure ou détection d'autres paramètres indicatifs d'emballement thermique
peut être
envisagée.
[0040] La figure 5 représente l'unité de contrôle 130, selon un mode de
réalisation
possible. Dans le présent cas, l'unité de contrôle 130 est un système de
contrôle, de
puissance et de communication. Dotée d'au moins un processeur, l'unité de
contrôle 130
permet de gérer le fonctionnement de l'unité de stockage d'énergie 10. Outre
le système
de gestion des batteries (SGB), qui permet de contrôler l'état des batteries,
l'unité de
contrôle héberge également, dans certains modes de réalisation, un module de
communication, permettant de superviser, visualiser et contrôler de manière
distante les
différentes opérations de l'unité de stockage d'énergie 10. L'unité de
contrôle 130 peut
également être dotée d'un indicateur sonore et/ou visuel 132, permettant une
communication rapide et efficace aux opérateurs qui se trouveraient à
proximité physique
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de l'unité de stockage d'énergie 10, dans le cas d'un problème technique tel
qu'un
emballement thermique.
[0041] L'unité de contrôle 130 reçoit ainsi des signaux ou des valeurs
mesurées
par le capteur 250 ainsi que par les capteurs de batteries, et analyse, soit
périodiquement
ou en continu, les valeurs mesurées des différents paramètres. Lorsque la
valeur mesurée
d'au moins un des paramètres est identifiée comme étant à l'extérieur d'une
plage de
valeurs déterminées, ou lorsque le taux de variation d'au moins une des
valeurs mesurées
est supérieur à une valeur déterminée, alors un phénomène d'emballement
thermique est
présumé actif. Différents critères peuvent être envisagés pour déterminer une
situation ou
phénomène d'emballement thermique, basés sur les signaux et/ou valeurs
mesurées à
partir des capteurs.
[0042] Par exemple, l'unité de contrôle peut être configurée pour
déterminer qu'un
phénomène d'emballement thermique est en cours si la température des modules
de
batterie excède 80 Celsius, si le taux d'hydrogène dans l'enceinte est
supérieur à 50ppm,
ou encore si la présence de fumée est détectée. Les exemples donnés ne sont
qu'indicatifs : les valeurs déterminées pour détecter un phénomène
d'emballement
thermique peuvent être différentes, et les paramètres également.
[0043] Les figures 6 et 7 représentent une enceinte 100 de l'unité de
stockage
d'énergie 10, dans son mode de fonctionnement dit normal. L'enceinte 100
comprend
quatre faces latérales 111, 112, 113 et 114, une face supérieure 110 et une
face inférieure
(non montrée). Dans certains modes de réalisation, les faces latérales 111 et
113 sont
équipées de portes permettant d'accéder aux cabinets qui hébergent les modules
de
batteries. Un CVAC 140 est connecté à l'enceinte sur une autre des faces
latérales 112.
La face latérale 114 est connectée à l'unité de contrôle 130. Dans le mode de
réalisation
présenté, la face supérieure 110 comprend deux panneaux mobiles 211 et 212.
Ces deux
panneaux mobiles 211 et 212 sont articulés autour de leurs charnières
respectives 218,
en ce cas fixées sur un montant transversal, et sont configurables entre une
position
fermée et une position ouverte à l'aide d'un actionneur 220 contrôlable. Les
figures 6 et 7
représentent les deux panneaux mobiles 211 et 212 en position fermée.
[0044] Selon un mode de réalisation présenté, l'actionneur 220
contrôlable
comprend un verrou 230 et un moyen d'extension 240. Le verrou 230 permet de
maintenir
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les panneaux mobiles 211 et 212 en position fermée. Le verrou 230 peut être un
verrou
magnétique ou un verrou solénoïdal, ou tout autre type de verrou contrôlable
électriquement ou électroniquement. Un verrou magnétique est composé de deux
pièces
métalliques en contact l'une sur l'autre. Ces pièces métalliques deviennent
magnétisées
lorsqu'un courant électrique les traverse, sécurisant ainsi le verrou en
position fermée
(verrouillé). Pour déverrouiller le verrou magnétique, il suffit simplement de
couper
l'alimentation de ce verrou. Le verrou magnétique a donc l'avantage de passer
en mode
déverrouillé automatiquement lorsqu'une coupure de courant prolongée se
produit.
Cependant, un verrou solénoïdal peut aussi être utilisé dans certains modes de
réalisation. Un verrou solénoïdal utilise un courant électrique pour
contracter le solénoïde
contenu à l'intérieur du verrou et ainsi déverrouiller le verrou. Ce verrou
solénoïdal requiert
donc une source de courant pour être désactivé. Dans certains modes de
réalisation,
d'autres types de verrous, contrôlables par un signal électrique ou
électronique provenant
de l'unité de contrôle 130, peuvent être utilisés.
[0045] Le moyen d'extension 240 permet bouger les panneaux mobiles 211
et 212
de la position fermée à la position ouverte. Le moyen d'extension 240 peut
être un ressort
(métallique ou à air), un vérin électrique, un vérin pneumatique, un vérin
mécanique, ou
tout autre moyen passif ou contrôlable électriquement/électroniquement et
permettant de
placer les panneaux mobiles 211 et 212 en position ouverte. Par exemple, dans
un mode
de réalisation, les panneaux mobiles 211 et 212 pourraient être déployés en
position
ouverte par l'action d'un torque situé au niveau de la charnière 218, ou bien
par un
système de poulie et de contrepoids engagés lors de l'ouverture du verrou 230.
[0046] L'unité de stockage d'énergie 10 étant destinée à être utilisée
en extérieur,
un couvercle de protection 300 peut aussi être utilisé. Ce couvercle de
protection 300
permet de protéger l'unité de stockage des intempéries telles que la pluie, la
neige, le
verglas ou les grêlons, et vient se positionner sur la face supérieure 110 de
l'enceinte 100.
Légèrement surélevé par rapport à la face supérieure 110, il doit avoir un
dégagement
suffisant pour permettre l'ouverture des panneaux mobiles 211 et 212. Les
quatre faces
latérales du couvercle de protection 300 sont dotées de moyens d'aération 310.
Dans
l'exemple illustré, ces moyens d'aération 310 comprennent de petites
ouvertures qui
permettent une circulation des fluides de l'intérieur de l'enceinte 100 vers
l'extérieur, et
permettent ainsi l'échappement des gaz en cas d'emballement thermique.
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[0047] Les figures 8 et 9 représentent une enceinte 100 de l'unité de
stockage
d'énergie 10, en mode de contrôle d'emballement thermique. Dans le cas où
l'unité de
contrôle 130 détecte un phénomène d'emballement thermique, l'unité de contrôle
130
transmet la commande de désactivation du verrou 230, ce qui active le moyen
d'extension
240, de sorte que les deux panneaux mobiles 211 et 212 bougent de la position
fermée à
la position ouverte. Dans l'exemple illustré, les panneaux s'ouvrent à environ
25 par
rapport à l'horizontale, selon une rotation autour de l'axe de la charnière
218. Dans cette
configuration, les gaz contenus à l'intérieur de l'enceinte peuvent facilement
s'évacuer à
l'extérieur, par l'ouverture créée par les panneaux mobiles 211 et 212, puis
au travers des
moyens d'aération 310 du couvercle de protection 300. Les panneaux peuvent
s'ouvrir
avec une ouverture différente, pour autant que les gaz dégagés par le
phénomène
thermique puissent s'échapper de l'enceinte.
[0048] La figure 10 représente un autre mode de réalisation, dans
lequel l'unité
de stockage d'énergie 10 comprend une seule enceinte 100 pour loger un ou
plusieurs
cabinets de modules de batteries, et un seul panneau mobile 210, situé sur
l'une des
quatre faces latérales de l'enceinte 100, et articulé autour d'une charnière
218 pour passer
d'une position fermée (verticale) à une position ouverte (formant un angle
d'environ 45
par rapport à la verticale). L'enceinte est aussi connectée à une unité de
contrôle (non
montrée) qui permet de désactiver un verrou 230 et d'activer le moyen
d'extension 240
dans le cas d'un phénomène d'emballement thermique.
[0049] Il est entendu que les modes de réalisation décrits en lien
avec les figures
1 à 11 ne sont que deux modes de réalisations possibles, parmi d'autres.
Ainsi, une unité
de stockage d'énergie pourrait comprendre un nombre différent d'enceintes de
modules
de batteries. L'unité de contrôle pourrait être disposée autrement, et
comprendre
différents sous-modules. Selon la localisation géographique où l'unité de
stockage de
batterie est située, le module CVAC peut être optionnel. Selon un mode de
réalisation, le
module CVAC peut être remplacé ou complété par un système doté de
ventilateurs. Un
nombre différent de panneaux mobiles peut être considérés, et ainsi que
d'autres types
d'actionneurs contrôlables, pour ouvrir les panneaux en cas de détection
d'emballement
thermique.
[0050] Les figures 11 et 12 présentent des diagrammes fonctionnels
comprenant
les étapes permettant de réaliser le contrôle d'un phénomène d'emballement
thermique
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détecté au sein d'une unité de stockage d'énergie, selon un mode de
réalisation possible.
La première étape 400 consiste à mesurer, préférablement en continu, à l'aide
d'au moins
un capteur, un ou des paramètres environnementaux de l'unité de stockage 10.
Ce
capteur, ainsi que le système de gestion des batteries (SGB), transmettent
différents
paramètres environnementaux et d'opération de l'unité de stockage 10, incluant
par
exemple un ou plusieurs des paramètres énumérés ci-haut, telle la température;
la
concentration ou variation de gaz; la présence de fumée.
[0051] Ces paramètres sont transmis à l'unité de contrôle 130 qui
analyse ces
paramètres et les compare à une plage de valeur. Lorsque la valeur mesurée
d'au moins
un des paramètres est identifiée comme étant à l'extérieur d'une plage de
valeurs
déterminées, ou lorsque le taux de variation d'au moins une des valeurs
mesurées est
supérieur à une valeur déterminée, alors un phénomène d'emballement thermique
est
détecté 500. Il est également possible que la comparaison des valeurs mesurées
soit
réalisée à même les capteurs, et que l'information transmise du ou des
capteurs vers
l'unité de contrôle inclue une indication de la présence d'emballement
thermique.
[0052] En référence à la figure 12, des exemples de paramètres mesurés
incluent
la température des modules de batteries 410, la température à l'intérieur de
l'enceinte
420, la présence de fumée 430, ou le taux d'hydrogène dans l'enceinte 440. Les
valeurs
mesurées sont transmises à l'unité de contrôle 130 qui reçoit les paramètres,
analyse les
paramètres et compare ces paramètres aux plages de valeurs prédéterminées. Les
plages de valeurs permettant d'identifier un phénomène d'emballement thermique
peuvent également être ajustées en fonction de la configuration de l'unité et
du type de
batteries. Par exemple, le taux d'hydrogène acceptable dans l'enceinte peut
être
déterminé en fonction de la limite inférieure d'inflammabilité (LII) de
l'hydrogène. Si la
concentration d'hydrogène dépasse la LII, ce dernier peut s'enflammer avec
l'air à
température et pression normales. En dessous de la LII, le mélange
hydrogène/air ne
s'enflamme pas. La LLI est normalement exprimée en pourcentage en volume dans
l'air.
Dans un mode de réalisation possible, la concentration en hydrogène dans
l'enceinte ne
doit pas dépasser 25% de la LII. La LII de l'hydrogène étant communément de 4%
(% par
volume), le seuil de détection d'un phénomène d'emballement thermique pourrait
être fixé
à 1% par volume d'hydrogène (25% de 4 %). Le seuil de détection peut aussi
être exprimé
en partie par million (ppm). Dans ce cas, le seuil d'hydrogène pour la
détection d'un
phénomène d'emballement thermique pourra être fixé à 50ppm, ou 100ppm 440, qui
sont
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des valeurs nettement inférieures au seuil de 25% de la LII. Dans un mode de
réalisation,
d'autres taux de gaz pourraient être mesurés et utilisés pour détecter un
phénomène
d'emballement thermique. Les taux de gaz qui pourraient également être mesurés
comprennent, sans s'y limiter, des gaz tels que LiF (fluorure de lithium),
POF3 (fluorure de
phosphoryle), PF5 (pentafluorure de phosphoryle) HF (fluorure d'hydrogène),
H20 (vapeur
d'eau), ou d'autres gaz d'électrolyte qui peuvent être libérés dans l'enceinte
100 dans le
cas d'un emballement thermique. Ces exemples sont donnés à titre indicatif
seulement,
et d'autres limites peuvent être fixées.
[0053] La température des modules de batteries, transmise par le SGB,
peut
également être utilisée pour la détection d'un phénomène d'emballement
thermique. En
effet, si une cellule est en phénomène d'emballement thermique, il y a un
risque que cette
cellule entraîne les cellules adjacentes, créant ainsi une série
d'emballements thermiques
en cascade. Dans un certain mode de réalisation, les mesures pour limiter le
phénomène
d'emballement thermique pourraient être déclenchées si la température d'au
moins un
des modules de batterie excède 80 Celsius 412. D'autres seuils de température
peuvent
être fixés selon la configuration des modules de batteries dans l'enceinte de
l'unité de
stockage.
[0054] Dans un mode de réalisation, la tension totale du module ou la
tension
individuelle des cellules de batteries pourrait également être utilisée pour
la détection d'un
phénomène d'emballement thermique. En effet, une tension trop élevée ou trop
basse
pourrait être indicative d'un phénomène d'emballement thermique.
[0055] Lorsqu'un phénomène d'emballement thermique 500 est détecté par
l'unité
de contrôle 130, une série d'étapes peut alors se produire, de manière plus ou
moins
parallèle. Les étapes 550, 560, 600, 700, 750 et 800 telles que représentées
sur la figure
12 sont décrites ci-dessous dans un certain ordre. Il est important de noter
que cet ordre
est modulable et que les étapes 550, 560, 600, 700, 750 et 800 peuvent être
exécutées
dans un ordre différent ou bien simultanément.
[0056] L'étape 550 consiste en générer une alarme visuelle et/ou
sonore.
L'information de phénomène d'emballement thermique est transmise par l'unité
de
contrôle 130 à l'un indicateur sonore et/ou visuel 132 situé sur une face
visible de l'unité
de contrôle. Cette alarme visuelle (lumière clignotante) et/ou sonore (sirène)
permet
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d'informer les personnes qui se trouveraient physiquement proches de l'unité
de stockage
d'énergie 10 qu'une situation exceptionnelle s'est produite et que la zone
avoisinant l'unité
de stockage d'énergie 10 est potentiellement dangereuse.
[0057] L'étape 560 consiste à arrêter l'activité de l'unité de
stockage d'énergie 10.
Dans certains modes de réalisation, les cabinets de batteries peuvent inclure
un
interrupteur interne (tel qu'un relais ou autre dispositif de coupure
contrôlable). Cet
interrupteur interne est contrôlé par le SGB contenu dans l'unité de contrôle
130. En cas
de phénomène d'emballement thermique, les modules de batteries sont
déconnectés
grâce à cet interrupteur interne, en empêchant ainsi leur fonctionnement.
[0058] L'étape 600 consiste à forcer le CVAC 140 en mode d'économie
d'énergie.
Quelles que soient les conditions de températures extérieures, l'unité de
contrôle 130 peut
être configurée de façon à forcer le CVAC 140 à opérer en mode économie, dans
le cas
d'un phénomène d'emballement thermique. Ainsi, le CVAC opère comme une
soufflerie
qui aspire l'air extérieur pour le propulser à l'intérieur de l'enceinte 100,
permettant de
diluer la concentration de gaz explosifs à l'intérieur de l'enceinte et/ou
d'évacuer les gaz
explosifs de l'unité de stockage. Cette étape est optionnelle et n'est pas
requise dans les
modes de réalisation qui ne possèdent pas de CVAC.
[0059] L'étape 700 consiste à démarrer tous les ventilateurs 150 de
l'enceinte
100. La structure métallique 124 située à l'intérieur de l'enceinte 100 est
équipée d'une
pluralité de ventilateurs 150, chaque ventilateur pouvant être associé à au
moins un
module et situé en face de ce dernier. Dans le cas d'un phénomène
d'emballement
thermique, au moins certain, et préférablement tous les ventilateurs 150 sont
activés à
puissance maximale, pour favoriser la circulation de l'air froid et des gaz au
travers de
l'enceinte. Cette étape est optionnelle et n'est pas requise dans les modes de
réalisation
qui ne possèdent pas de ventilateurs.
[0060] L'étape 750 consiste à envoyer une alerte à une centrale de
premiers
répondants. Dans un mode de réalisation où l'unité de contrôle 130 héberge
également
un module de communication, un message d'alerte peut être transmis
automatiquement
via le module de communication aux premiers répondants. Les premiers
répondants sont
dans la plupart des cas les pompiers, mais peuvent être aussi par exemple un
service de
police, de gendarmerie, un service de sécurité public ou privé, ou toute autre
personne
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agissant à titre de premier répondant. Cette étape 750 peut également contenir
des sous-
étapes subséquentes telles que connecter une source d'eau aux tuyaux qui
circulent dans
l'unité de stockage 10. L'interrupteur thermique de l'arroseur serait
automatiquement
activé avec la chaleur ambiante, et l'eau pulvérisée par les arroseurs
pourrait permettre
d'extraire la chaleur.
[0061]
L'étape 800 consiste à activer automatiquement un actionneur pour bouger
un panneau mobile d'une position fermée, correspondant à un mode normal
d'opération
de l'unité de stockage, à une position ouverte, correspondant à un mode de
contrôle
d'emballement thermique, de sorte que la chaleur et les gaz explosifs générés
par
l'emballement thermique puissent s'échapper vers l'extérieur l'unité de
stockage. Dans
certains modes de réalisation, le panneau mobile 210 pourra être situé sur
l'une des
quatre faces latérales de l'unité de stockage d'énergie 10, ou bien sur la
face supérieure
de l'unité de stockage d'énergie 10. Dans certains modes de réalisation, le
panneau
mobile 210 pourra être d'une seule pièce, ou pourra être composé d'au moins
deux parties
mobiles. Dans le cas d'une pluralité de parties mobiles, chacune des parties
mobiles peut
être équipée de son propre verrou et de son propre moyen d'extension. Le cas
échéant,
la pluralité de verrous et de moyens d'extension seront activés simultanément.
A des fins
de clarté, le texte suivant désigne un panneau mobile, un verrou et un moyen
d'extension,
mais il est sous-entendu que ledit un panneau peut être en deux ou plusieurs
parties, avec
un nombre équivalent de verrous et de moyens d'extension. Cette étape 800 peut
également contenir deux sous-étapes qui consistent en déverrouiller le verrou
230, et
provoquer une extension du moyen d'extension 240 relié au panneau mobile et
ainsi une
ouverture du panneau mobile. En fonction du type de verrou 230 utilisé,
l'étape de
déverrouiller le verrou peut comprendre dé-énergiser un verrou magnétique ou
énergiser
un verrou solénoïdal. D'autres types de verrous contrôlables peuvent être
utilisés, et
recevront la commande de déverrouillage de l'unité de contrôle 130 suite à la
détection
d'un phénomène d'emballement thermique. Dans le mode de réalisation où le
panneau
mobile 210 est situé sur l'une des quatre faces latérales de l'unité de
stockage d'énergie
10, l'étape 800 comprend une sous-étape initiale d'attendre au moins 15
secondes entre
l'étape 500 de détecter un emballement thermique et l'étape 800
d'automatiquement
activer un actionneur pour ouvrir le panneau mobile. En effet, cette période
d'attente
permet d'assurer que toutes les personnes à proximité du site aient assimilé
l'alarme
visuelle et/ou sonore et aient quitté le site, afin d'éviter une blessure
lorsque le panneau
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mobile 210 passe d'une position fermée (verticale) à une position ouverte
(formant un
angle d'environ 45 par rapport à la verticale).
[0062] Lorsque la situation est à nouveau sous contrôle, on estime que
le
phénomène d'emballement thermique est terminé. Dans ce cas, un opérateur
pourra
manuellement repositionner le panneau mobile 210 dans une position fermée,
réactiver
le verrou 230 pour le maintenir fermé, et relancer l'activité de l'unité de
stockage d'énergie
10. Dans un mode de réalisation, la fermeture du panneau mobile 210 peut être
automatisée.
[0063] Bien que certains avantages aient été décrits, la personne
versée dans l'art
peut découvrir d'autres avantages et/ou caractéristiques inhérents à
l'invention qui n'ont
pas explicitement été décrits. En outre, bien que certaines configurations et
certains
modes de réalisations aient été décrits ici, il est apprécié qu'ils soient à
titre d'exemple
uniquement et ne doivent pas être pris de manière à limiter la portée de
l'invention.
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