Un pot échappement pour batterie de voiture électrique ?
Plan de l'article :
- Le problème des poches de gaz dans les batteries lithium-ion
- Une solution inspirée des moteurs thermiques
- Un traitement des gaz pour limiter l’impact environnemental
- Fonctionnement du brevet Stellantis
- 1. Le pack batterie et la génération des gaz
- 2. Le circuit d'évacuation des gaz
- 3. Le traitement des gaz avant évacuation
- 4. Le rôle des capteurs et du contrôleur
- 5. Le circuit de refroidissement
- 6. L’évacuation des gaz vers l’extérieur
- Vers un nouveau standard de sécurité ?
L’idée d’un échappement sur une voiture électrique peut sembler étrange, mais Stellantis vient de déposer un brevet qui pourrait bien renforcer la sécurité des batteries lithium-ion. Ce système a pour but d’évacuer les gaz inflammables générés lors d’un emballement thermique, un phénomène qui peut mener à un incendie.
Le problème des poches de gaz dans les batteries lithium-ion
Lorsqu’une batterie chauffe excessivement elle peut entrer en emballement thermique. Ce processus chimique incontrôlé provoque une montée rapide en température et la décomposition des électrolytes présents dans les cellules. Cette réaction libère des gaz hautement inflammables, tels que l’hydrogène et le méthane, qui peuvent s’accumuler et augmenter dangereusement la pression à l’intérieur du pack batterie.
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Ces gaz sont directement liés à la composition de l’électrolyte des batteries lithium-ion. L’électrolyte est généralement constitué de sels de lithium dissous dans un solvant organique, comme le carbonate d'éthylène ou de diméthyle. Lorsqu’une surchauffe survient, ces solvants se décomposent et libèrent divers gaz inflammables, notamment de l’hydrogène (H?), du méthane (CH?), du monoxyde de carbone (CO) et de l’éthane (C?H?). En plus du risque d’inflammation, cette accumulation de gaz peut provoquer une rupture mécanique des cellules, entraînant un court-circuit interne et amplifiant encore l’emballement thermique qui va mener à la libération de l'énergie contenue dans la batterie sous forme de flammes. Ce phénomène est particulièrement critique dans les batteries lithium-ion traditionnelles à électrolyte liquide. Les recherches actuelles sur les batteries solides (=à électrolyte solide) visent justement à réduire ce risque en éliminant les solvants organiques inflammables.
Dans certains cas, ces gaz peuvent entraîner une rupture mécanique de la cellule par déchirement, créant ainsi un court-circuit interne. Si les gaz ne sont pas évacués à temps, la pression peut atteindre un seuil critique, déclenchant une explosion ou un incendie difficile à maîtriser. Ce phénomène est particulièrement préoccupant pour les batteries de grande capacité, qui stockent une énergie considérable.
Une solution inspirée des moteurs thermiques
Pour répondre à ce problème, Stellantis propose un système de conduits dédiés à l’évacuation des gaz dangereux. Contrairement à un pot d’échappement classique conçu pour rejeter les gaz de combustion des moteurs thermiques, ce dispositif est spécifiquement conçu pour libérer les émanations nocives des cellules défectueuses avant qu’elles ne provoque une surpression dévastatrice (en aucun cas il faut que les cellules ne se percent).
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Le brevet décrit un réseau de conduits intégrés au pack batterie, capables de détecter une surchauffe et de libérer les gaz vers l’extérieur du véhicule de manière contrôlée. En réduisant la pression interne et en évitant l’accumulation de gaz inflammables, ce système pourrait considérablement limiter les risques d’incendie.
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Un traitement des gaz pour limiter l’impact environnemental
Stellantis ne se contente pas de canaliser les gaz hors du véhicule. Le brevet évoque également un dispositif de traitement avant évacuation, comparable à un catalyseur, afin de neutraliser les composants les plus nocifs. Cette approche permettrait de réduire l’impact environnemental des dégagements gazeux et d’éviter des émissions potentiellement dangereuses en dehors du véhicule.
Fonctionnement du brevet Stellantis
Ce schéma représente le système breveté par Stellantis pour l'évacuation et le traitement des gaz inflammables générés par une batterie en cas de surchauffe.
Voici les éléments clés du schéma :
1. Le pack batterie et la génération des gaz
- Le pack batterie (Battery Pack) est constitué de plusieurs cellules (14).
- Lorsque l’une des cellules surchauffe, des gaz inflammables peuvent se former à l’intérieur du pack.
- Ces gaz doivent être évacués pour éviter l’accumulation de pression et un éventuel incendie ou explosion.
2. Le circuit d'évacuation des gaz
- Un ensemble de conduits (28) permet d’acheminer les gaz hors du pack batterie.
- Ces conduits sont reliés à une chambre de gestion des gaz (30), qui semble jouer un rôle de régulation avant l’expulsion des gaz.
- Une soupape de contrôle (34) ou un mécanisme de clapet pourrait réguler le flux des gaz pour éviter une libération incontrôlée.
3. Le traitement des gaz avant évacuation
- Contrairement à une simple évacuation, le système prévoit un traitement des gaz (Exhaust Treatment Fluid, 58).
- Un injecteur ou un diffuseur semble ajouter un fluide de traitement dans le conduit d’évacuation pour neutraliser ou stabiliser les gaz dangereux avant leur rejet.
4. Le rôle des capteurs et du contrôleur
- Plusieurs capteurs de température (T, 46 et 48) surveillent les conditions thermiques du pack batterie et du système d’évacuation.
- Des capteurs de pression (P, 42 et 54) vérifient l’accumulation des gaz et activent le système d’évacuation si nécessaire.
- Le calculateur central (24) analyse ces données et déclenche les systèmes de refroidissement ou d’évacuation en cas de surchauffe.
5. Le circuit de refroidissement
- Un circuit de fluide de refroidissement (Cooling Fluid, 50) est intégré pour limiter la surchauffe des cellules et du système d’évacuation.
- Il est relié à une pompe (P, 54) qui régule le débit du fluide.
- Ce système contribue à ralentir l’emballement thermique et à réduire les risques d’incendie.
6. L’évacuation des gaz vers l’extérieur
- Une sortie d’échappement (60) semble être prévue pour libérer les gaz traités vers l’extérieur du véhicule.
- Un dispositif de filtration ou de catalyse (66) pourrait être ajouté pour limiter l’impact environnemental des gaz rejetés.
Vers un nouveau standard de sécurité ?
L’emballement thermique des batteries lithium-ion reste un défi majeur pour les constructeurs. Bien que les incendies de véhicules électriques soient rares, leur intensité et la difficulté à les éteindre justifient le développement de nouvelles solutions de sécurité.
Avec ce brevet, Stellantis adopte une approche proactive qui pourrait inspirer d’autres fabricants. Si cette technologie venait à être intégrée aux futurs modèles, elle pourrait bien devenir un standard de l’industrie automobile pour renforcer la sûreté des véhicules électriques et rassurer les utilisateurs quant aux risques liés aux batteries. Et pour une fois, les Français semblent vouloir être à la pointe en ce qui concerne la voiture électrique, ce qui est appréciable.
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