Titre : SYSTEME DE VANNE DE RESPIRATION AVEC PROTECTION CONTRE LES SURPRESSIONS

DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTERIEUR

L'invention se rapporte au domaine des moyens de stockage de l'énergie, en particulier du type utilisé dans des véhicules, par exemple du type pour déplacer des matériaux et/ou des personnes, ces moyens de stockage mettant en oeuvre des solutions de type électrochimique.

L'invention concerne notamment une application liée aux batteries, notamment les batteries lithium-ion, qui sont constituées d'une enveloppe étanche comprenant un ensemble de cellules unitaires et la plupart du temps de composants électroniques et de puissance pour leur interconnexion et leur contrôle. Aujourd'hui incontournables, les technologies de batterie voient leur densité d'énergie augmenter et leur architecture évoluer.

D'une manière générale les moyens de stockage électrochimique, par exemple les piles à combustible, doivent être étanches par exemple à l'eau et aux poussières mais pouvoir échanger une certaine quantité d'air avec l'environnement ambiant, et ceci dans les deux sens, afin d'équilibrer la pression. Cela permet de diminuer les contraintes sur l'enveloppe qui contient ces moyens de stockage, de faciliter le transport et d'en assurer une utilisation optimale quelles que soient les conditions extérieures (de température et de pression).

Un problème particulier est celui d'éventuelles surpressions, par exemple induites dans le cas d'un emballement thermique ou par des gaz de combustion. De telles surpressions peuvent aboutir à un éclatement de l'enveloppe, par exemple d'un pack de batterie.

Il se pose donc le problème de trouver un système ou un dispositif permettant de réaliser une respiration, ou un équilibrage, par exemple de la pression et/ou de la température et/ou d'un autre paramètre thermodynamique, entre l'atmosphère intérieure d'une enveloppe d'un ensemble de stockage de type électrochimique et l'atmosphère extérieure de cette enveloppe, ce système ou ce dispositif bénéficiant d'une protection en cas de surpressions internes à l'enveloppe.

Ce problème se pose notamment dans le cas d'un système de stockage d'énergie modulable, dans lequel on peut ajouter ou enlever un ou des modules afin de faire varier la capacité de stockage de l'ensemble.

EXPOSÉ DE L'INVENTION

L'invention concerne d'abord une vanne, ou vanne de respiration, pour une enceinte ou une enveloppe d'un dispositif de stockage d'énergie, par exemple sous forme électrochimique, par exemple une batterie, par exemple encore une batterie de type lithium - ion, cette vanne comportant elle-même :

- un corps de vanne ;

- un support de membrane pour supporter une membrane permettant une circulation entre une atmosphère extérieure (V _e ) et l'atmosphère intérieure (Vj) à la vanne ou à l'enveloppe ;

- des moyens formant clapet d'ouverture et de fermeture de la vanne ;

- des moyens d'activation, pour activer les moyens formant clapet entre une première position, dite d'ouverture, de la vanne et une deuxième position, dite de fermeture de la vanne. Par exemple, ces moyens permettent :

- d'autoriser, dans ladite première position, la circulation entre l'atmosphère intérieure et l'atmosphère extérieure à la vanne, par exemple lorsqu'une pression et/ou une température, dite de référence, par exemple égale à la pression et/ou la température de l'atmosphère intérieure, ou à la différence de pression et/ou de température entre l'atmosphère intérieure et l'atmosphère extérieure, ou à la variation de pression et/ou de température de l'atmosphère intérieure et/ou de l'atmosphère extérieure, par exemple pendant une durée prédéterminée, est inférieure à une valeur limite de pression et/ou de température, - et/ou de fermer, dans ladite deuxième position, ladite circulation, par exemple lorsque la pression et/ou la température, dite de référence, est supérieure à ladite valeur limite de pression et/ou de température.

L'invention concerne également une vanne, ou vanne de respiration, pour une enceinte ou une enveloppe d'un dispositif de stockage d'énergie sous forme électrochimique, par exemple une batterie, par exemple encore une batterie de type lithium - ion, cette vanne comportant elle-même :

- un corps de vanne ;

- un support de membrane pour supporter une membrane permettant une circulation entre une atmosphère extérieure (V _e ) et l'atmosphère intérieure (Vj) à la vanne ou à l'enveloppe ;

- des moyens formant clapet. Par exemple, ces moyens formant clapet permettent :

* d'autoriser, dans une première position, dite position d'ouverture, la circulation entre l'atmosphère intérieure et l'atmosphère extérieure à la vanne, par exemple lorsqu'une pression et/ou température, dite de référence, par exemple égale à la pression et/ou la température de l'atmosphère intérieure ou à la différence de pression et/ou de température entre l'atmosphère intérieure et l'atmosphère extérieure, ou à la variation de pression et/ou de température de l'atmosphère intérieure et/ou de l'atmosphère extérieure, par exemple pendant une durée prédéterminée, est inférieure à une valeur limite de pression et/ou de température,

* et/ou de fermer, dans une deuxième position, dite position de fermeture, ladite circulation, lorsque la pression et/ou la température, dite de référence, est supérieure à ladite valeur limite de pression, et/ou de température.

Autrement dit, l'invention concerne une vanne de respiration pouvant être fermée, par exemple dans le cas d'une surpression et/ou d'un échauffement de l'atmosphère intérieure à la vanne ou à une enveloppe munie de cette vanne ; l'invention concerne également un procédé de commande ou de fonctionnement d'une telle vanne.

Les exemples d'ouverture ou de fermeture de la vanne selon l'invention ou d'un procédé selon l'invention, sous l'action de la pression et/ou de la température et/ou, plus généralement, d'un paramètre thermodynamique, ou de différences de pression et/ou de température et/ou du paramètre thermodynamique ou d'une variation de pression et/ou de température et/ou du paramètre thermodynamique, mentionnés ci-dessus et dans la suite de la présente description ne sont pas limitatifs : une vanne selon l'invention un procédé selon l'invention peut également être contrôlé(e) en ouverture et en fermeture sous l'action, par exemple, d'une détection d'une variation de température et/ou d'une variation de pression ou sous une action extérieure, par exemple d'un opérateur qui souhaite ouvrir ou fermer la vanne et/ou dans le cas d'une variation de tension qui dépasse une valeur seuil et/ou d'une tension trop basse ou trop élevée, c'est-à-dire inférieure à une l ^re valeur limite ou supérieure à une 2 ^e valeur limite, cette tension étant mesurée aux bornes d'un dispositif de stockage d'énergie, ou étant la tension fournie par un tel dispositif de stockage d'énergie, équipé de la vanne.

Plus généralement, dans une vanne selon l'invention ou dans un procédé selon l'invention, les moyens d'activation ou les moyens formant clapet peuvent :

- autoriser, dans ladite première position, la circulation entre l'atmosphère intérieure et l'atmosphère extérieure à la vanne, lorsqu'au moins un paramètre thermodynamique de l'atmosphère intérieure ou la différence d'un paramètre thermodynamique entre l'atmosphère intérieure et l'atmosphère extérieure, ou sa variation, par exemple pendant une durée prédéterminée, est inférieur(e) à une valeur limite ;

- et/ou fermer, dans ladite deuxième position, ladite circulation, par exemple lorsque ledit paramètre thermodynamique, ou sa différence entre l'atmosphère intérieure et l'atmosphère extérieure, ou sa variation, par exemple pendant ladite durée prédéterminée, est supérieur(e) à ladite valeur limite.

Selon un exemple, déjà évoqué ci-dessus, ledit au moins un paramètre thermodynamique, ou sa différence entre l'atmosphère intérieure et l'atmosphère extérieure, comporte au moins la pression et/ou la température de l'atmosphère intérieure et/ou de l'atmosphère extérieure, ou la différence de pression et/ou de température entre l'atmosphère intérieure et l'atmosphère extérieure et/ou une variation de pression (ou de différence de pression) et/ou de température (ou de différence de température) de l'atmosphère intérieure et/ou de l'atmosphère extérieure (ou entre l'atmosphère intérieure atmosphère extérieure). Dans une vanne ou dans un procédé selon l'invention, les moyens formant clapet peuvent, en position de fermeture, venir en appui contre une partie intérieure du corps de la vanne, par exemple lorsqu'au moins un paramètre thermodynamique a une valeur supérieure à une valeur limite, par exemple lorsque la pression et/ou la température, dite de référence, est par exemple supérieure à la pression et/ou la température, limite ou par exemple lorsque la différence de température et où de pression est supérieure à une valeur limite.

Selon une réalisation, dans une vanne ou dans un procédé selon l'invention :

- les moyens formant clapet comportent un piston.

- et/ou les moyens formant clapet peuvent comporter une partie en contact avec l'atmosphère intérieure de la vanne et une partie en contact avec l'atmosphère extérieure de la vanne ;

- et/ou les moyens formant clapet peuvent se déplacer selon une course limitée, dans la première position, par une butée.

Cette butée peut être située du côté intérieur de la vanne, ou du côté extérieur de la vanne.

Une vanne selon l'invention, ou les moyens d'activation du clapet d'une vanne selon l'invention, peut/peuvent comporter, ou un procédé selon l'invention peut mettre en œuvre, des moyens pour contraindre les moyens formant clapet en position ouverte, par exemple jusqu'à une pression limite. Par exemple, ces moyens pour contraindre les moyens formant clapet peuvent comporter un ressort en appui d'une part contre les moyens formant clapet et d'autre par contre le support de membrane.

Selon une réalisation particulière, les moyens formant clapet d'une vanne selon l'invention, ou mis en œuvre dans le cadre d'un procédé selon l'invention, comportent un axe qui pénètre dans une extension centrale du support de membrane ; de préférence, cet axe atteint et est en contact avec l'atmosphère extérieure de la vanne. Ceci permet aux moyens formant clapet d'être vraiment sensible à une différence, par exemple de pression, entre l'atmosphère intérieure et l'atmosphère extérieure de la vanne. Dans une vanne selon l'invention, ou dans le cadre d'un procédé selon l'invention, les moyens d'activation peuvent par exemple comporter un actionneur et des moyens de déplacement des moyens formant clapet.

Par exemple, une vanne, ou une vanne contrôlée ou commandée par un procédé selon l'invention, peut comporter, ou être associée à, au moins un capteur de pression et/ou au moins un capteur de température et/ou au moins un capteur de tension, pour mesurer au moins une pression et/ou au moins une température et/ou au moins une tension du dispositif ou d'un dispositif de stockage d'énergie, par exemple aux bornes de ce dispositif de stockage d'énergie et/ou une tension fournie par celui-ci, ou une variation de cette pression et/ou de cette température, intérieure à la vanne et/ou extérieure à la vanne et/ou de cette tension ; éventuellement, des moyens, par exemple une ou des connexion(s) entre ledit au moins un tel capteur et un actionneur tel qu'évoqué ci-dessus pour fournir à ce dernier au moins une information de pression et/ou de température, extérieure à la vanne et/ou au moins une information de pression et/ou de température, intérieure à la vanne et/ou au moins une information de tension, par exemple du dispositif ou d'un dispositif de stockage d'énergie, mesurée aux bornes de celui-ci ou fournie par celui-ci. L'actionneur peut donc être piloté par des signaux provenant d'un ou plusieurs capteurs de pression et/ou de température et/ou de tension, par exemple extérieur(s) et/ou intérieur(s) à la vanne ou à l'enveloppe qui est munie de cette vanne. Selon une réalisation, au moins un capteur de pression et/ou au moins un capteur de température, est prévu à l'intérieur de la vanne et/ou au moins un capteur de pression et/ou au moins un capteur de température est prévu à l'extérieur de la vanne et/ou au moins un capteur de tension est prévu et/ou un procédé selon l'invention met en œuvre un ou plusieurs desdits capteurs.

Les moyens de déplacement des moyens formant clapet peuvent comporter des moyens mécaniques d'entraînement des moyens formant clapet. Par exemple, les moyens formant actionneur actionnent une tige ou une barre mécaniquement liée aux moyens formant clapet, par exemple au piston ou à la tige qui le prolonge.

En variante, les moyens de déplacement des moyens formant clapet comportent des moyens magnétiques ou électromagnétiques d'entraînement des moyens formant clapet. Les moyens formant clapet peuvent être prolongés par un arbre ou une tige dont au moins une partie est aimantée ; cette partie peut interagir avec lesdits moyens magnétiques ou électromagnétiques. Les moyens formant actionneur comportent alors au moins une partie aimantée qui entraîne les moyens formant clapet ou l'arbre ou la tige qui les prolongent.

L'invention concerne également une enceinte ou un dispositif de stockage d'énergie sous forme électrochimique, par exemple une batterie, par exemple encore une batterie lithium - ion, comportant une enveloppe contenant un ou plusieurs éléments de stockage d'énergie, par exemple un ou plusieurs pack batterie, cette enveloppe étant munie d'une vanne de respiration selon l'invention.

Une telle enceinte peut comporter en outre une vanne d'évacuation qui permet un échappement de l'atmosphère intérieure vers l'atmosphère extérieure de l'enveloppe, notamment lorsque la vanne selon l'invention est dans sa position de fermeture, par exemple lorsque la pression et/ou la température de référence est supérieure à la pression et/ou la température limite, les moyens formant clapet de la vanne de respiration fermant alors la circulation d'atmosphère à travers celle-ci.

Une enceinte de stockage selon l'invention peut comporter une pluralité d'éléments de stockage d'énergie, chaque élément étant disposé dans un module séparé de chacun des modules voisins par une paroi, au moins une desdites parois étant muni d'une vanne de respiration selon l'invention. Par exemple, chacune desdites parois et munie d'une telle vanne de respiration selon l'invention. Ainsi, il est possible de réaliser un équilibre entre l'atmosphère d'un module et celle d'au moins un module voisin.

Dans une telle enceinte de stockage, chaque module peut être muni d'une vanne d'évacuation qui permet un échappement de l'atmosphère intérieure de chaque module vers l'atmosphère extérieure de l'enveloppe lorsqu'un paramètre thermodynamique, par exemple tel que décrit ci-dessus, est supérieur à une valeur limite.

Selon une variante d'une telle enceinte de stockage, chaque module peut être relié à l'atmosphère extérieure par au moins un canal de liaison. Ainsi, la vanne de respiration selon l'invention de chaque module permet d'équilibrer l'atmosphère entre l'intérieur de chaque module et l'atmosphère extérieure enceinte de stockage. Une vanne selon l'invention, ou une vanne contrôlée ou commandée par un procédé selon l'invention, ou une vanne montée sur ou dans une enceinte de stockage selon l'invention, peut être associée à, ou comporter, en outre, des moyens pour détecter une défaillance dans un ou dans le dispositif de stockage d'énergie ou dans l'enceinte de stockage. Une telle défaillance peut consister en la détection d'une température et/ou d'une pression anormale(s) au sein du dispositif et/ou d'une tension du dispositif ou de l'enceinte de stockage d'énergie ou d'un ou de plusieurs éléments de stockage d'énergie qu'il ou qu'elle contient, et/ou en la détection d'une variation anormale d'un de ces paramètres. Ces moyens peuvent comporter un ou plusieurs capteurs de température et/de pression et/ou de tension, par exemple tel que déjà expliqué ci-dessus. L'invention concerne également un véhicule, par exemple de transport de personnes et/ou de marchandises, comportant par exemple un habitacle et/ou une zone de stockage, pouvant par exemple héberger un ou plusieurs passagers et/ou des marchandises, un moteur, et au moins une enceinte de stockage d'énergie selon l'invention, la vanne de respiration étant en communication fluidique avec l'habitacle et/ou la zone de stockage; si, en outre, l'enceinte est munie d'une vanne d'évacuation, alors cette dernière permet un échappement du gaz en dehors de l'habitacle et/ou de la zone de stockage.

Un tel véhicule est par exemple une automobile ou un camion ou un avion ou un engin de chantier, par exemple une pelle excavatrice ou une pelleteuse, le moteur pouvant être un moteur thermique ou un moteur électrique ou un moteur hybride.

Un tel véhicule peut être par exemple :

- du type pour transporter des personnes et/ou des marchandises ;

- et/ou de type autonome ;

- et/ou de type de véhicule automobile et/ou véhicules de chantier, par exemple de type excavatrice ou pelleteuse, ou de type aéronef ou de type spatial, ou du type utilisé dans le domaine maritime, par exemple bateau ou navire ou embarcation ou sous-marin, ou du type utilisé dans le domaine ferroviaire, par exemple locomotive ou wagon, plus généralement du type utilisé en tant qu'engin de locomotion aérienne ou terrestre ou maritime. L'invention concerne également un procédé de fonctionnement ou de commande d'activation d'une vanne ou d'une enceinte de stockage d'énergie selon l'invention. En particulier, l'invention concerne également un procédé de fonctionnement ou de commande ou d'activation d'une vanne, ou vanne de respiration, par exemple d'une enceinte d'un dispositif de stockage d'énergie sous forme électrochimique, comportant une enveloppe, cette vanne, par exemple telle qu'exposée ci-dessus selon la présente invention, comportant elle-même :

- un corps de vanne ;

- un support de membrane pour supporter une membrane permettant une circulation entre une atmosphère extérieure (V _e ) et l'atmosphère intérieure (Vj) à la vanne,

- des moyens formant clapet d'ouverture et de fermeture de la vanne ; procédé dans lequel

- les moyens formant clapet, autorisent, dans une première position, la circulation entre l'atmosphère intérieure et l'atmosphère intérieure à la vanne, et ferment, dans une deuxième position, ladite circulation,

- ou bien des moyens d'activation activent les moyens formant clapet entre une première position, dite d'ouverture, de la vanne et une deuxième position, dite de fermeture de la vanne, ces moyens d'activation autorisant, dans ladite première position, la circulation entre l'atmosphère intérieure et l'atmosphère extérieure à la vanne, et ferment, dans ladite deuxième position, ladite circulation, par exemple lorsque la pression et/ou la température de référence est supérieure à la valeur limite de pression et/ou de température.

L'invention concerne également un procédé de commande d'une vanne selon l'invention, par exemple telle que décrite ci-dessus ou dans la présente demande, ou par exemple d'une enceinte de stockage d'énergie selon l'invention, par exemple telle que décrite ci- dessus ou dans la présente demande, ou d'un véhicule selon l'invention, par exemple telle que décrite ci-dessus ou dans la présente demande, ce procédé comportant l'activation des moyens formant clapet entre une première position, dite d'ouverture, de la vanne et une deuxième position, dite de fermeture de la vanne, ces moyens d'activation : - autorisant, dans ladite première position, la circulation entre l'atmosphère intérieure et l'atmosphère extérieure à la vanne,

- et/ou fermant, dans ladite deuxième position, ladite circulation.

Par exemple, dans un procédé selon l'invention, les moyens formant clapet, ou leurs moyens d'activation :

- autorisent, dans une première position, la circulation entre l'atmosphère intérieure et l'atmosphère intérieure à la vanne, par exemple lorsqu'une pression et/ou une température, dite de référence, égale à la pression et/la température de l'atmosphère intérieure ou à la différence de pression et/ou de température entre l'atmosphère intérieure et l'atmosphère extérieure, est inférieure à une valeur de pression et/ou de température limite ;

- et/ou ferment, dans une deuxième position, ladite circulation, par exemple lorsque la pression et/ou la température de référence est supérieure à la valeur de pression et/ou de température limite.

En variante, un procédé selon l'invention peut comporter l'activation desdits moyens d'activation par un opérateur, par exemple dans le cadre d'une opération de maintenance ou de test de la vanne.

Dans le cadre d'une enceinte de stockage selon l'invention, pouvant par exemple comporter une pluralité d'éléments de stockage d'énergie, chaque élément étant disposé dans un module séparé de chacun des modules voisins par une paroi, au moins une desdites parois étant muni d'une vanne de respiration selon l'invention, ou d'un procédé de fonctionnement ou de contrôle ou de commande d'une telle enceinte, il est possible d'isoler le module muni de la vanne selon l'invention du module voisin avec lequel cette vanne communique. Si chaque paroi est munie d'une telle vanne, chaque module peut être isolé de ses voisins en cas de détection d'une anomalie basée sur la détection d'une valeur anormale, ou d'une variation anormale, de l'un et/ou l'autre des paramètres déjà évoqués ci-dessus ou plus loin dans la présente description.

La vanne commandée ou activée par un procédé selon l'invention peut présenter l'une ou l'autre des caractéristiques exposées ci-dessus en lien avec la vanne selon l'invention. Un procédé selon l'invention peut être très avantageusement mis en œuvre dans une enceinte de stockage d'énergie, en particulier une enceinte de stockage d'énergie selon la présente invention, par exemple telle que décrite ci-dessus, et/ou dans un véhicule, par exemple de transport de personnes et/ou de marchandises, en particulier selon la présente invention, par exemple telle que décrite ci-dessus.

L'invention permet de pallier aux problèmes d'équilibrage, par exemple de la pression et/ou de la température, de l'ensemble comportant des éléments de stockage d'énergie, par exemple une ou plusieurs batteries ou pack-batteries. En cas de surpression interne, et/ou d'échauffement interne, résultant d'une augmentation de la pression et/ou de la température d'un ou des éléments de stockage, par exemple d'un pack de batterie, une vanne selon l'invention permet un blocage de l'échange des gaz. Des gaz en surpression et/ou en surchauffe peuvent éventuellement être évacués par un ou plusieurs vanne(s) d'évacuation. Il en va de même en cas de détection d'un niveau anormal d'un paramètre tel que par exemple la tension aux bornes d'un dispositif de stockage d'énergie selon l'invention ou fournie par un tel dispositif, ou d'une variation anormale dudit paramètre, par exemple dudit niveau de tension.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS

[Fig. 1] représente un exemple de réalisation d'une vanne de respiration selon l'invention en position ouverte ;

[Fig. 2] représente un exemple de réalisation d'une vanne de respiration selon l'invention en position fermée ;

[Fig. 3A] et [Fig. 3B] représentent une enceinte d'une vanne selon l'invention, pour laquelle la butée du piston est située à l'extérieur du corps de vanne.

[Fig. 4A] et [Fig. 4B] représentent une enceinte d'une vanne selon l'invention, muni d'un actionneur pour le clapet de protection de la vanne.

[Fig. 4C] et [Fig. 4D] représentent une enceinte d'une vanne selon l'invention, muni d'un actionneur magnétique pour le clapet de protection de la vanne. [Fig. 5] représente une enceinte d'un dispositif de stockage d'énergie comportant une vanne selon l'invention ainsi qu'une vanne d'évacuation.

[Fig. 6A] et [Fig. 6B] représentent une application de l'invention à un système de batterie comportant des cellules assemblées en modules.

[Fig. 7A] - [Fig. 7D] représentent divers véhicules ou engins, automobile, avion, bateau, locomotive, munis d'un dispositif de stockage d'énergie comportant une vanne selon l'invention ainsi qu'une vanne d'évacuation.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS

Les figures 1 et 2 représentent un exemple de réalisation d'une vanne 100 selon l'invention.

Elle comporte un corps fixe 1 mis en place dans un orifice dédié de l'enveloppe 30 d'un dispositif de stockage d'énergie sous forme électrochimique, par exemple un pack de batterie.

Dans cet exemple, ce corps a une symétrie de révolution autour d'un axe AA'. Mais d'autres formes peuvent être réalisées, on peut par exemple avoir une vanne de forme rectangulaire ou carrée. Il présente un orifice 2 dans lequel est positionné un support de membrane 4, laquelle vient s'appuyer contre une lèvre 3. Ce support est principalement plan, muni de zones ajourées qui vont permettre la circulation d'une atmosphère entre le volume intérieur Vj et le volume extérieur V _e de la vanne, et donc de l'enveloppe 30 du dispositif stockage d'énergie. Une membrane poreuse 5 (figure 2) peut être soudée sur ce support, par exemple par une technique par ultrasons. La membrane est par exemple une membrane e-PTFE ou une mousse à pores ouverts. Elle permet, durant les phases de fonctionnement normal, d'équilibrer les pressions entre l'intérieur du volume et le milieu ambiant.

Le support 4 peut comporter ou être prolongé par une partie cylindrique centrale 6, qui s'étend en direction de l'intérieur de l'enveloppe et à l'intérieur de laquelle un arbre 10 (ou une tige ou une barre) d'un piston 8, formant clapet, va pouvoir coulisser. Dans la forme représentée, le piston ou le clapet est de forme circulaire, adaptée à celle de la vanne représentée. Cependant, si cette dernière a une autre forme, par exemple la forme rectangulaire ou carrée telle que déjà évoquée ci-dessus, alors le piston ou le clapet a une forme correspondante. Un ressort 12 maintient ce piston 8 en position normalement ouverte, permettant la circulation d'une atmosphère entre le volume intérieur Vj et le volume extérieur V _e de l'enveloppe, dans un sens ou dans un autre. De préférence, un ou des joints 19 permettent d'assurer un déplacement étanche de l'arbre 10 dans la partie cylindrique centrale 6.

Le volume 15, interne à la vanne, est soit à la pression intérieure si le piston est ouvert soit à la pression extérieure si le piston est en position fermé.

Une pièce 14 formant une butée limite la course du piston sous l'action du ressort. Dans la représentation des figures 1 et 2, cette pièce 14 est fixée au corps 1, du côté du volume intérieur Vi de l'enveloppe. Autrement dit, le ressort peut repousser le piston jusqu'à ce que celui-ci soit bloqué par la pièce 14, dans une position dans laquelle l'air ou l'atmosphère peut circuler entre le volume extérieur V _e et le volume intérieur Vj de l'enveloppe. Dans une variante, expliquée ci-dessous en lien avec les figures 3A et 3B, cette pièce formant butée peut être installée à l'extrémité de l'arbre 10.

De préférence, le piston 8 est en contact direct avec le volume intérieur V, et avec le volume extérieur V _e par l'extrémité de l'arbre 10. Ainsi, la différence de pression qui s'exerce sur le piston est bien la différence entre la pression à l'intérieur de l'enveloppe et la pression à l'extérieur de celle-ci. En variante, c'est lorsque la pression intérieure dépasse une valeur limite, qui permet de repousser le ressort 12, que le piston est déplacé dans sa position de fermeture.

Selon une réalisation préférée, le piston 8 ainsi que son arbre 10 ont une symétrie de révolution autour de l'axe AA'. Mais, comme déjà expliqué ci-dessus, d'autres formes peuvent être réalisés. Le piston se déplace en translation le long de cet axe AA', dans cet exemple sous l'action du ressort 12 et/ou d'une pression ou d'une différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur de la vanne ou de l'enveloppe 30. Si la vanne et le piston au clapet a une forme différente de la forme circulaire, le piston ou le clapet pourra néanmoins se déplacer en translation le long d'un axe AA', de préférence sensiblement perpendiculaire à la paroi 30 dans laquelle la vanne peut être installée. Selon un premier mode de fonctionnement, la différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur de la vanne ou de l'enveloppe, ou bien la pression à l'intérieur de l'enveloppe ou de la vanne, ne dépasse pas une valeur permettant de comprimer le ressort 12 : le piston reste en butée contre la pièce 14 et l'atmosphère peut alors circuler entre l'intérieur et l'extérieur de la vanne ou de l'enveloppe, via la membrane, le support de membrane et l'espace ménagé entre le piston 8 et le corps 1 (cet espace est visible en figure 2). Par exemple, l'air circule avec un débit d'air compris entre 0,5 et 100 l/min/cm ² sous une différence de pression de quelques dizaines de mbar, par exemple comprise entre 20 mbar et 40 mbar.

Selon un deuxième mode de fonctionnement, la différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur de la vanne ou de l'enveloppe dépasse la valeur limite, par exemple 50 mbar ou 70 mbar, ou plus généralement une pression limite par exemple comprise entre 40 mbar ou 50 mbar et 100 mbar, qui permet de comprimer le ressort 12, ou bien la pression de l'atmosphère intérieure de l'enveloppe ou de la vanne dépasse une valeur qui permet elle aussi de comprimer le ressort 12. Le piston est alors plaqué contre un bord intérieur, ou une lèvre, 16 du corps 1, arrêtant ainsi la circulation de l'atmosphère entre l'extérieur et l'intérieur de la vanne ou de l'enveloppe. Ainsi, la membrane est protégée contre la surpression interne à la vanne ou à l'enveloppe. Une telle situation de surpression peut se produire par exemple dans le cas de re largage de gaz ou d'un emballement thermique (par exemple dû à une augmentation de température rapide et à un volume additionnel de gaz de combustion entraînant la surpression). Les gaz en surpression, par exemple issus d'une combustion de cellules, peuvent éventuellement s'échapper par d'autres orifices ou clapets de surpression dédiés.

Les figures 3A et 3B représentent une variante d'une vanne selon l'invention. Sur ces figures, des références numériques identiques à celles des figures 1 et 2 y désignent des éléments identiques ou correspondants. La différence par rapport aux figures précédentes réside dans la pièce 24 qui forme butée pour limiter la course du piston : cette pièce est ici située à l'extrémité de l'arbre 10 et vient s'appliquer contre la membrane lorsque la pression extérieure est supérieure à la pression intérieure à l'enveloppe (figure 3B) ; l'air ou l'atmosphère peut alors circuler entre l'extérieur et l'intérieur de l'enveloppe. Lorsque la pression à l'intérieur de l'enveloppe, ou la différence de pression entre cette pression intérieure et la pression extérieure, est telle que le piston comprime le ressort 12, le piston 8 vient en appui contre la paroi du corps 1, fermant ainsi toute possibilité d'échange d'air ou d'atmosphère entre le volume extérieur Ve et le volume intérieur Vi de l'enveloppe (figure 3A).

Les figures 4A et 4B représentent des variantes d'une vanne selon l'invention. La vanne est munie d'un organe 92 qui, en coopération avec un actionneur 90, par exemple un moteur électrique, permet, par l'intermédiaire d'un organe 91 de transmission, d'entraîner le piston 8 dans un sens ou dans l'autre le long de l'axe AA'. Ainsi, le piston peut être entraîné dans sa position de fermeture ou, au contraire, dans sa position d'ouverture. L'organe 92 est mécaniquement lié au clapet ; par exemple, il pénètre dans l'arbre ou la tige 10. Cet organe comporte par exemple une tige ou une barre dont une partie est garnie de crans ou de dents, formant ainsi une crémaillère, laquelle peut être entraînée en mouvement par l'organe 91, qui comporte par exemple une roue dentée. L'actionneur 90 peut commander l'organe 91 sous l'action d'une information relative d'une part à la pression Pe, et/ou la température Te, extérieure à la vanne (ou extérieure à l'enveloppe 30 qui est munie de cette vanne), et d'une information relative à la pression Pi, et/ou la température Ti, intérieure à la vanne (ou intérieure à l'enveloppe 30 qui est munie de cette vanne). Par exemple, si les moyens 90, 91 d'entraînement de l'organe 92 sont situés à l'extérieur de la vanne (cas de la figure 4A), l'actionneur 90 reçoit une information relative à la pression, et/ou la température, intérieure à partir d'un capteur de pression 93 (et/ou un capteur 93' de température), qui peut être disposé à l'intérieur de la vanne ou de l'enveloppe, la pression et/ou la température extérieure étant mesurée directement à l'aide d'un capteur qui peut par exemple être compris dans l'actionneur 90. Si les moyens 90, 91 d'entraînement de l'organe 92 sont situés à l'extérieur de la vanne (cas de la figure 4B), l'actionneur 90 reçoit une information relative à la pression et/ou la température extérieure à partir d'un capteur de pression 95 (et/ou un capteur 95' de température), qui peut être disposé à l'extérieur de la vanne de l'enveloppe, la pression et/ou la température intérieure étant mesurée directement à l'aide d'un capteur qui peut par exemple être compris dans l'actionneur 90.

La figure 4C représente une autre variante d'une vanne selon l'invention. L'organe actionnement 90 comporte ici une ou des bobines 97 qui interagissent avec une extrémité de l'arbre ou de la tige 10 du piston. Cet arbre ou cette tige comporte une partie (arbre ou tige) 10' qui se prolonge au-delà du support de membrane 14 et de la membrane et qui est au moins en partie aimantée. Ainsi, en fonction de l'activation de la ou des bobines 97 par un courant électrique, le champ magnétique produit par celle(s)-ci va interagir avec l'extrémité 10' de l'axe 10 pour déplacer celui-ci selon l'axe AA', dans un sens ou dans un autre en vue d'ouvrir ou de fermer la vanne de respiration. Comme décrit précédemment, l'actionneur 90 peut recevoir une information relative à la pression et/ou la température intérieure à partir d'un capteur de pression 93 (et/ou d'un capteur de température), qui peut être disposé à l'intérieur de la vanne ou de l'enveloppe, la pression et/ou la température extérieure étant mesurée directement à l'aide d'un capteur qui peut par exemple être compris dans l'actionneur 90.

En variante, représentée en figure 4D, le même type d'entraînement, par des moyens magnétiques, peut être mis en oeuvre du côté intérieur de la vanne, avec éventuellement le(s) capteur(s) de pression et/ou de température disposé(s) de manière correspondante, par exemple de la manière expliquée ci-dessus en lien avec la figure 4B. Dans cette variante, l'actionneur comporte au moins une ou plusieurs bobine(s) 97 (formant stator) et au moins une partie aimantée (fixée au clapet, par exemple sur la partie 10' de l'axe du piston) qui permettent la fermeture ou l'ouverture et même une certaine ouverture proportionnelle du système.

Dans ces divers modes de réalisation avec actionneur :

- l’actionneur 90 peut comporter, ou être relié à, un circuit, par exemple un circuit électrique ou électronique, comportant par exemple au moins un comparateur, qui va comparer les deux informations relatives aux pressions, et/ou aux températures, intérieure Pi et/ou Ti et extérieure Pe et/ou Ti, ou une information basée sur, ou calculée à partir de, l'un et/ou l'autre de ces paramètres, par exemple l'évolution temporelle de l'un et/ou l'autre de ces paramètres, et, en conséquence, déclencher, ou pas, l'actionnement de l'organe 92 (figures 4A, 4B) ou des moyens magnétiques 97 (figures 4C, 4D); en variante, l'actionneur ou le circuit peut être prévu ou programmé pour déclencher, ou pas, l'actionnement de l'organe 92, 10' en fonction d'une mesure d'une pression /de température à l'intérieur de la vanne ou de l'enveloppe qu'il comporte. Dans tous les cas, ce circuit peut être un circuit programmé et/ou adapté à cette opération ou fonction ;

- et/ou l'actionneur 90 peut permettre une ouverture intermédiaire entre la position complètement fermée du clapet et sa position complètement ouverte ;

- et/ou la vanne peut être pilotée grâce à un signal électrique envoyé dans l'actionneur, signal qui peut par exemple être issu d'un contrôleur ou d'un circuit externe ou situé dans la vanne, qui peut recevoir d'un ou plusieurs capteur(s) une information de pression et/ou de température intérieure et/ou extérieure et/ou une information de tension fournie par, ou aux bornes de, un dispositif de stockage d'énergie, et/ou une autre information entraînant la fermeture ou l'ouverture de la vanne ;

- et/ou la vanne n'a plus besoin d'être munie du ressort 12 ni de la butée ou pièce d'arrêt 14, 24, le mouvement du clapet étant contrôlé par les moyens 90 ; par exemple, le ressort 12 est représenté en figure 4C ou 4D, mais pourrait être supprimé. Dans ces modes de réalisation, la vanne peut donc comporter un actionneur 90 configuré pour déplacer le clapet pour ouvrir ou fermer l'échange d'atmosphère via la vanne. L'actionneur peut par exemple être un moteur électrique, un actionneur piezo ou de type magnétique ou électromagnétique, par exemple un aimant électrique, agissant sur le clapet. Ainsi, l'actionneur peut déplacer le clapet entre la position d'ouverture et la position de fermeture. L'actionneur peut être configuré pour forcer le clapet dans une position de fermeture et/ou forcer le clapet dans une position d'ouverture et/ou n'exercer aucune force sur le clapet.

La figure 5 représente une enveloppe 30 dispositif de stockage d'énergie sous forme électrochimique, par exemple comportant une pluralité de bloc-batterie 110. Cette enveloppe 30 est munie d'une vanne 100 selon l'invention et d'un clapet ou d'une vanne de décharge ou d'évacuation 17 en cas de surpression et/ou d'échauffement interne : les gaz en surpression et/ou en surchauffe dans l'enveloppe s'échappent par cette vanne 17, tandis que la membrane de la vanne 100 est protégée comme expliqué ci-dessus.

Une vanne selon l'invention peut être appliquée à un système modulable de stockage d'énergie tel qu'illustré par exemple en figure 6A ou en figure 6B.

Sur chacune de ces figures est représentée une enveloppe 30 d'une batterie qui comporte une pluralité de cellules 31-36, chaque cellule étant disposés dans un module ou section, séparé(e) de chaque module ou de chaque section voisine par une paroi, chacune des parois séparant 2 modules voisins pouvant être munie d'une vanne 100 selon la présente invention ; une cellule d'extrémité peut également comporter une telle vanne 100. Une ou plusieurs de ces vannes, par exemple toutes les vannes 100, peut/peuvent être muni(s) d'un actionneur 90, par exemple selon l'un des exemples décrits ci-dessus en lien avec les figures 4A-4D. Un ou plusieurs module(s), par exemple chaque module, peut/peuvent également être muni(s) d'au moins une vanne ou un clapet de décharge ou d'évacuation 17, tel que déjà présenté ci-dessus, c'est-à-dire permettant un échappement du gaz ou de l'atmosphère contenu(e) dans le module correspondant lorsque, par exemple, une température et/ou une pression interne au module et/ou, plus généralement, un paramètre thermodynamique de l'atmosphère intérieure au module, éventuellement comparé à un paramètre thermodynamique de l'atmosphère intérieure à l'un des modules voisins, dépasse une certaine valeur de seuil.

Dans l'exemple de la figure 6A, la vanne 100 qui équipe la paroi qui sépare les cellules 32 et 33 va être sensible, par exemple, à la différence de pression entre les deux compartiments qui hébergent ces deux cellules. Ainsi, si la pression P2 dans la cellule 32 devient très supérieure à la pression PI de la cellule 33, alors la vanne 100 va se fermer, de la manière qui a été expliquée ci-dessus. Il en va de même pour chaque vanne de respiration qui équipe une paroi qui sépare 2 cellules voisines. Autrement dit, chaque vanne 100 réagit à la différence de pression avec l'un des modules voisins, sauf la vanne 100 qui équipe de la paroi la plus à droite sur la figure 6A, laquelle réagit à la différence de pression entre le module de la cellule 36 et l'atmosphère extérieure.

Dans la variante de la figure 6B, chaque module ou section est reliée à l'atmosphère extérieure par au moins un canal de liaison 91, lequel peut être relié à une gaine conduit 95, qui débouche par exemple à l'extérieur de l'enveloppe globale 30 du système, par exemple encore à l'extérieur d'un véhicule. Ainsi, chacune des vannes 100 va réagir à la différence de pression et/ou de température, et/ou, plus généralement, d'un paramètre thermodynamique ou de son évolution, entre l'atmosphère extérieure et l'atmosphère à l'intérieur du module correspondant.

Les architectures expliquées ci-dessus en lien avec les figures 6A et 6B peuvent être modulées à souhait, en ajoutant ou en retirant des modules, permettant ainsi de concevoir une batterie modulaire, chaque module pouvant être muni d'une vanne de respiration selon l'invention et éventuellement d'une vanne d'échappement 17. Une vanne ou un dispositif de stockage d'énergie selon l'invention peut être utilisé avantageusement dans le cadre de l'équilibrage, par exemple de la pression et/de la température d'un compartiment de batterie utilisé dans le domaine du transport, par exemple dans une automobile ou un camion ou un avion, propulsé par un moteur thermique ou un moteur électrique ou un moteur hybride. Dans ce cas, l'atmosphère extérieure à la vanne 100 peut être un habitacle du véhicule (comme illustré en figure 7A), par exemple occupé par des passagers et/ou des marchandises, tandis que la vanne d'évacuation 17 permet d'évacuer des gaz en surpression et/ou en surchauffe dans une zone non occupée par les passagers et/ou les marchandises. Ainsi, aucun gaz en surpression et/ou en surchauffe, ne pourra s'échapper en direction de l'habitacle dans lequel se trouvent les passagers et/ou les marchandises.

Les véhicules représentés en figures 7A - 7D, munis chacun d'un dispositif de stockage d'énergie 30 selon la présente invention, peuvent être :

- du type pour transporter des personnes et/ou des marchandises ;

- et/ou de type autonome ;

- et/ou de type de véhicule automobile 200 (figure 7A) et/ou véhicules de chantier, par exemple de type excavatrice ou pelleteuse, ou de type aéronef (par exemple : avion 210, figure 7B) ou de type spatial, par exemple une station spatiale ou un satellite ; ou, en variante, du type utilisé dans le domaine maritime, par exemple un bateau 220 (figure 7C) ou un navire ou une embarcation ou un sous-marin, ou du type utilisé dans le domaine ferroviaire, par exemple une locomotive 230 (figure 7D) ou un wagon, ou plus généralement du type utilisé en tant qu'engin de locomotion aérienne ou terrestre ou maritime.

Dans le cas d'une surpression et/ou d'une surchauffe, un effort est appliqué sur le piston 8 qui vient refermer la vanne de respiration, ce qui permet d'éviter un éclatement ou un endommagement de la membrane ; ceci permet de protéger cette vanne de respiration tout au long de la durée de vie de la batterie ou de l'élément de stockage d'énergie. Dans le cas d'un emballement thermique, la vanne de respiration, sous l'effet de la pression et/ou de la température interne ou de la différence de pression et/ou de température entre l'atmosphère interne et l'atmosphère externe, va se refermer et rester en position fermée tant que la différence de pression et/ou de température appliquée est supérieure à une valeur limite, par exemple supérieure à 50 mbar.

L'invention concerne notamment une application aux batteries, notamment les batteries lithium-ion, qui sont constituées d'une enveloppe étanche comprenant un ensemble de cellules unitaires et la plupart du temps de composants électroniques et de puissance pour leur interconnexion et leur contrôle.

L'invention a été décrite ci-dessus dans le cadre d'un actionnement du clapet de fermeture et d'ouverture en fonction de pression et/ou de température ou de différences de pression et/ou de température. Mais un clapet selon l'invention peut également être activé en fonction d'un autre type de signal ou en fonction d'une action extérieure, par exemple d'un opérateur, qui souhaite contrôler ou tester, par exemple dans le cadre d'une opération de maintenance, le fonctionnement d'une vanne selon l'invention. Par exemple, le clapet d'une vanne selon l'invention, peut être muni de moyens d'activation tels que les moyens 90 adaptés et/ou programmés pour fermer ou ouvrir le clapet en fonction d'un autre type de signal, par exemple une variation de pression et/ou de température, par exemple pendant un intervalle de temps prédéterminé (une telle variation étant comparée à une valeur limite, ou seuil, de variation de pression et/de température), ou d'une action extérieure déclenchée par un opérateur.

En variante, une vanne selon l'invention peut être activée en fermeture dans le cas de la détection d'une défaillance : une telle défaillance peut être mesurée par exemple dans le cas d'une température trop élevée d'une cellule unitaire ou d'un ensemble de cellules de stockage électrochimique, par exemple un module ou une enceinte comme illustré en figures 5 ou 6A, 6B.

La défaillance peut être par exemple une température anormale, par exemple 70°C ou plus et/ou une surtension et/ou, au contraire, une chute brutale de tension de cellule ou du dispositif de stockage d'énergie. Un ou des capteur(s) correspondant(s), par exemple de détection de la tension, peut/peuvent équiper le système, par exemple en plus du ou des capteur(s) de détection de température et/ou de pression déjà décrit(s) ci-dessus, en particulier en lien avec les figures 4A-4D. Les informations correspondantes peuvent être transmises à une unité de commande, par exemple les moyens 90 tel que déjà décrits ci- dessus et/ou des moyens informatiques, par exemple un micro-ordinateur ou un microprocesseur, auquel peuvent être reliés, par exemple, les moyens 90.

Lors de la détection d'une défaillance, il est possible de confiner certaines sections ou certains modules par rapport à d'autres (cas, par exemple, des systèmes des figures 6A et 6B) en fermant la ou les vanne(s) correspondante(s), protégeant ainsi une certaine zone du système par rapport à une autre.