Avec la croissance continue du marché mondial des VE, les progrès technologiques au niveau des batteries permettent d'obtenir une recharge plus rapide, une énergie supérieure et une durée de vie plus longue. Malheureusement, les problèmes de sécurité liés aux défaillances des batteries et aux incendies augmentent en parallèle. Un incendie peut se déclarer si une chaleur excessive s'accumule dans la batterie à cause de la génération de beaucoup d'énergie par les cellules ou parce que celles-ci se rechargent très rapidement. Un incendie peut également se produire si une batterie est endommagée dans un accident.

La Chine, qui a vendu 3,31 millions de véhicules électriques de tourisme en 2021, 53% du marché mondial, connaît un incendie lié aux VE par semaine. En réponse, la Chine a publié trois nouvelles normes de sécurité nationales. L'une d'entre elles exige que le véhicule électrique prévienne 5 minutes à l'avance d'une situation dangereuse à l'intérieur de l'habitacle, résultant d'un emballement thermique et d'une propagation à partir de la batterie du véhicule. Des réglementations similaires devraient entrer en vigueur en Europe et en Amérique du Nord en 2023. Il en résulte que des mesures doivent être prises pour garantir que, si un incendie se déclare dans une batterie de VE, le conducteur doit disposer de cinq minutes pour arrêter le véhicule et l'évacuer avec ses passagers.

Les fabricants de batteries pour VE vérifient donc la sécurité de leurs batteries et apportent des améliorations, le cas échéant, pour se conformer à ces nouvelles normes. L'une de ces mesures consiste à limiter l'emballement thermique et la propagation de la chaleur en recouvrant le couvercle de la batterie de matériaux intumescents. Ces derniers gonflent sous l'effet d'une température élevée pour former une couche multicellulaire carbonisée, qui agit comme une barrière isolante et ralentit le transfert de chaleur.

De tels matériaux intumescents sont utilisés depuis des décennies dans l'industrie pétrolière & gazière. Graco est l'un des principaux fabricants mondiaux de systèmes de pulvérisation de matériaux intumescents. La société propose une gamme complète de pulvérisateurs PFP (protection passive contre les incendies) conçus pour appliquer un large éventail de produits anti-feu intumescents sur les rayonnages pour tuyaux, les poutres en I, les structures en acier, les réservoirs de stockage et plus encore dans l’industrie pétrolière & gazière.

Plus précisément, la technologie XM PFP de Graco est utilisée dans le monde entier pour mélanger et pulvériser des revêtements intumescents. Ils intègrent une série de composants qui ont été spécialement sélectionnés pour cette application, notamment :

• Despompes à haute pression pour forcer les produits visqueux à passer dans les conduites. Les produits intumescents, contenant des fibres pour renforcer le revêtement, sont intégralement composés de solides et peuvent requérir une pression de pompage allant jusqu'à 6 000 psi pour transporter le produit.
• Les réchauffeurs amènent les composants à la bonne température avant le pompage. À température ambiante, les produits époxy intumescents sont trop épais pour être versés depuis le récipient. Pour conditionner et alimenter correctement la pompe de dosage, le produit doit être chauffé et agité sous pression.
• Un collecteur chauffé aide à obtenir des températures de revêtement constantes dans les climats froids.
• Lesbuses de pulvérisation adaptées aux matériaux à haute viscosité sont essentielles. Alors que la pulvérisation de revêtements de protection standard utilise généralement des orifices de moins de 0,025 pouce, les revêtements époxy intumescents requièrent généralement des orifices de l'ordre de 0,035 à 0,039 pouce.
• Les équipements multicomposants PFP utilisent aussi généralement des flexibles et des vannes plus grands que les équipements non PFP. Les flexibles présentent généralement un diamètre de ¾ pouces. Les vannes de dosage et les vannes à bille sont dimensionnées pour permettre un écoulement correct des deux composants. Le mélangeur statique présente un diamètre intérieur de ¾ pouces et le pistolet pulvérisateur a également un orifice de fluide plus grand qu'un pistolet airless standard.
   

Le principal défi auquel Rindfleisch et son équipe ont été confrontés chez Graco était la différence en matière de fenêtre de sécurité. Sur une plateforme pétrolière, par exemple, le matériau intumescent doit offrir une fenêtre de sécurité de 60, 90 ou 120 minutes pour permettre l'évacuation. Cela requiert de pulvériser un matériau intumescent sur une épaisseur comprise entre 4 et 12 mm.

Pour la fenêtre de sécurité de 5 minutes d'une batterie de véhicule électrique, une couche de matériau intumescent de seulement 0,6 à 1,2 mm est requise. À première vue, on pourrait imaginer que la pulvérisation d'une couche mince est plus facile que celle d'une couche épaisse. Absolument pas, comme l'explique Rindfleisch : "Le matériau intumescent époxy est un matériau épais, à haute viscosité, rempli de fibres. L'obtention d'une couche mince uniforme et reproductible est extrêmement difficile ! Il est plus facile de pulvériser une couche épaisse."

Ce défi a été relevé en reprenant la technologie XM PFP existante de Graco et en la repensant presque entièrement pour répondre à la tâche à accomplir. Les vannes à bille manuelles ont été retirées et remplacées par des vannes à bille automatiques. Les vannes d'obturation ont été remodelées. De nouvelles conduites d'alimentation automatiques ont été installées pour remplir automatiquement les réservoirs. Des conduites de recirculation ont été ajoutées.

Dans le même temps, des protocoles de communication ont été ajoutés afin de s'assurer que le système puisse communiquer avec le standard Ethernet industriel PROFINET, qui est l’épine dorsale de communication de l'Industrie 4.0 en technologies d'automatisation. Tout a été automatisé via une passerelle de communication qui communique avec le système robotisé du système de commande de surveillance.

Le produit résultant a même reçu un nouveau nom : le Graco Protector. Il s'agit d'un système qui permet d'appliquer un revêtement de protection contre l’incendie sur les batteries des véhicules électriques. Les principaux composants sont :

• Un système central d'approvisionnement en vrac à partir de fûts de 200 litres, avec alimentation en tandem à deux élévateurs par composant.
• Un réservoir de conditionnement pour chaque composant, comprenant un réservoir sous pression chauffé à double paroi, un agitateur à engrenage arrière, un capteur radar guidé et une partie de remplissage automatique, monté sur un support.
• Une unité de dosage à rapport de mélange variable (1:1 à 10:1), comprenant des pompes doseuses haute pression, deux réchauffeurs de fluide haut volume, des vannes de dosage et des commandes électroniques ainsi que des passerelles de communication à intégrer dans un environnement de production.
• Un faisceau de flexibles chauffés pour transférer les deux composants vers le collecteur mélangeur, notamment les flexibles de retour pour des temps de chauffe rapides, une conduite d'alimentation en solvant et toutes les conduites d'eau et d'air nécessaires pour maintenir la température et les vannes de régulation.
• Un collecteur mélangeur automatisé avec vannes d'arrêt automatiques, vannes de recirculation automatiques et raccords pour solvants.
• Un autre faisceau de flexibles chauffés pour le transfert du collecteur mélangeur au pistolet de pulvérisation automatique avec une option de capteur de température et de pression au niveau du collecteur du pistolet.
• Un pistolet automatique de pulvérisation airlessmonté sur le collecteur chauffé.
• Un système central d'alimentation en solvants avec une pompe à piston à haute pression et à grand volume. 

Le prototype du système Graco Protector a été testé avec un intégrateur en Allemagne et a réussi avec brio. Il permet de pulvériser automatiquement une couche fine et uniforme de matériau intumescent époxy sur un côté/une face d'un couvercle de batterie de VE en seulement 25 secondes. Avant la pulvérisation, un robot place un masqe de façon à couvrir les trous de fixation, et immédiatement après la pulvérisation, un autre robot retire le masque.

"En fonction de la taille du couvercle de batterie du VE, un ou deux robots sont utilisés pour pulvériser simultanément", ajoute M. Rindfleisch. "Le couvercle de batterie peut alors être retourné et la face externe pulvérisée si nécessaire. Ceci permet de protéger la batterie contre les dommages causés par un incendie extérieur à la batterie."

Le système a ensuite été préparé pour être utilisé sur une ligne de production complète, en permettant le transfert à partir de conteneurs de 200 ou même de 1000 litres avec une conduite d'alimentation allant du réservoir de conditionnement à la machine et de là aux pulvérisateurs automatiques.

La première commande du système Graco Protector a été passée, sans surprise, par un fabricant de robots en Chine, où il sera utilisé sur les chaînes de production d'un constructeur automobile européen. Elle a été suivie peu après par une commande passée par un intégrateur de systèmes nord-américain. 

Avec la demande grandissante de VE et les nouvelles réglementations sur la sécurité des batteries qui devraient entrer en vigueur en Europe et en Amérique du Nord en 2023, les fabricants tiennent à disposer d'un système efficace de pulvérisation de matériaux intumescents le plus rapidement possible. Un tel système est essentiel pour protéger la batterie du véhicule contre un incendie et contribuer à atténuer les phénomènes d'emballement thermique.