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Cubic ATRS-1012 : Capteur de gaz CO2+H2 intégré pour l'alerte précoce en cas d'emballement thermique de la batterie Li d'un véhicule électrique

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Une approche efficace de la détection des gaz pour l'alerte précoce d'emballement thermique

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L'emballement thermique est l'un des risques de sécurité les plus critiques associés aux batteries lithium-ion utilisées dans les véhicules électriques (VE). Une fois déclenché, il peut rapidement dégénérer en incendies ou en explosions, mettant en danger à la fois les occupants du véhicule et les biens environnants. Consciente de ce grave danger, l'Administration nationale américaine de la sécurité routière (NHTSA) a publié la règle finale des normes fédérales de sécurité des véhicules à moteur, qui entrera en vigueur en février 2025. La règle finale introduit nouvellement la norme fédérale de sécurité des véhicules à moteur (FMVSS) PART 571 No. 305a - Electric-Powered Vehicles : Intégrité du groupe motopropulseur électrique, qui deviendra obligatoire le 1er septembre 2027.

La section S13 de la norme PART 571 No. 305a insiste sur l'avertissement en cas d'événement thermique dans le système REESS : "Le véhicule doit avertir le conducteur en cas d'événement thermique dans le système REESS lorsque le véhicule est en mode de conduite active possible. Le système d'alerte en cas d'événement thermique doit surveiller son propre état de préparation. L'alerte doit se déclencher dans les trois minutes qui suivent l'apparition de l'événement thermique. L'alerte doit consister en des signaux auditifs et visuels qui restent actifs pendant au moins 5 minutes. Dans le cas d'un véhicule équipé de systèmes de conduite automatisés et dépourvu de commandes de conduite manuelles, l'alerte visuelle doit être donnée à tous les occupants de la première rangée". Cette exigence réglementaire souligne l'importance croissante d'une détection rapide et opportune des premiers signaux de défaillance de la batterie afin de garantir la sécurité des occupants et la conformité aux normes mondiales.

Pour permettre une détection efficace et rapide de l'emballement thermique en quelques minutes, la détection de gaz s'est avérée être l'une des méthodes les plus efficaces pour l'alerte précoce d'emballement thermique parmi les différentes stratégies de détection. Au début d'un emballement thermique, les batteries lithium-ion libèrent un mélange de gaz, notamment du dioxyde de carbone (CO2), de l'hydrogène (H2) et du monoxyde de carbone (CO). Dans les batteries de différents types chimiques, ces trois gaz présentent les concentrations de fuite les plus élevées. La surveillance de la concentration de ces gaz donne un aperçu direct des réactions qui se produisent à l'intérieur des cellules, ce qui permet de détecter en temps réel un comportement anormal. Par rapport à la surveillance de la température ou de la tension, la détection des gaz permet d'identifier les premiers stades de décomposition, offrant ainsi un délai critique au système de gestion de la batterie (BMS) pour activer des mesures de sécurité telles que l'isolation du circuit, le refroidissement ou l'arrêt.

Parmi tous les gaz libérés, le dioxyde de carbone (CO2) est apparu comme l'indicateur le plus fiable et le plus indispensable pour la détection précoce de l'emballement thermique. Le CO2 est généré en quantités importantes au tout début de l'événement et présente des changements de concentration stables et mesurables. Une surveillance efficace du CO2 permet de reconnaître immédiatement les événements thermiques, ce qui contribue à limiter l'escalade vers des dommages graves ou irréversibles de la batterie. Outre le CO2, l'hydrogène (H2) est également considéré comme un gaz indicateur efficace pour fournir des alertes précoces en cas d'emballement thermique.

Grâce à sa grande expertise en R&D dans le domaine de la détection des gaz, Cubic, l'un des principaux fabricants de capteurs et d'analyseurs de gaz, a mis au point l'ATRS-1012, un capteur intégré de détection de l'emballement thermique des batteries Li, conçu pour identifier rapidement les premiers dégagements de CO2 et de H2 dans les cas d'emballement thermique, afin de donner l'alerte en temps utile pour répondre à l'évolution des exigences en matière de sécurité.

Le capteur Cubic ATRS-1012 peut surveiller efficacement le CO2 et le H2 libérés par les batteries lithium-ion et générer un signal d'alerte précoce pour le système de gestion des batteries (BMS), afin de formuler des stratégies d'alarme de sécurité. Cubic combine de manière innovante l'infrarouge non dispersif (NDIR) et la technologie de conductivité thermique MEMS (TC) pour intégrer une solution de capteur qui présente des caractéristiques remarquables, notamment un temps de réponse rapide, une longue durée de vie et une faible consommation d'énergie, et qui pourrait être largement utilisée pour les véhicules électriques à batterie au lithium.

Caractéristiques :
- Technologie infrarouge non dispersif (NDIR) pour la détection du CO2
- Technologie de conductivité thermique MEMS pour la détection du H2
- Temps de réponse rapide (<1s)
- Moins d'interférences croisées avec d'autres gaz
- Faible consommation d'énergie
- Composants de qualité automobile fabriqués par l'entreprise elle-même

Alors que l'industrie mondiale des véhicules électriques s'oriente de plus en plus vers l'électrification, la sécurité des batteries reste une priorité absolue. La détection précoce de l'emballement thermique n'est pas seulement une exigence réglementaire, mais aussi un facteur clé dans la protection des vies et des biens. En tant que fournisseur automobile de niveau 1, Cubic a obtenu la certification IATF 16949, soutenue par un système de gestion de la qualité de niveau automobile et une vaste expérience de la production de masse automatisée, ce qui garantit que ses capteurs de gaz automobiles sont hautement fiables et prêts à être déployés à grande échelle, offrant aux équipementiers une solution de détection de l'emballement thermique fiable et adaptable pour améliorer la sécurité des batteries et promouvoir le développement durable de la mobilité électrique.

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