Brevet FR2676597A1 — publié le 19921120

Caisse de batterie La présente invention concerne une caisse de batterie pour plu- sieurs éléments d'accumulateurs électrochimiques qui sont alignés les uns à la suite des autres en rangées, un canal de contournement pou- vant être parcouru par un fluide et formé par un écartement des élé- ments étant chaque fois présent entre les boîtiers de deux éléments voisins, les canaux de contournement étant tous fluidiquement reliés à un canal d'alimentation, disposé dans la région du fond de caisse et se rétrécissant dans le sens d'écoulement, et à un canal d'évacuation disposé dans la région du couvercle de caisse et s'élargissant dans le sens d'écoulement On connaît une caisse de batterie de ce type par le brevet allemand n' 28 35 501. Le brevet allemand N O 28 35 501 divulgue une caisse de batterie dans laquelle une pluralité d'éléments d'accumulateurs électrochimiques sont alignés les uns à la suite des autres en plusieurs rangées déca- lées parallèlement entre elles, un canal de contournement, formé par un écartement des éléments et pouvant être parcouru par un fluide afin d'équilibrer la température des éléments suite à la dépendance à la température de la capacité des accumulateurs électrochimiques, étant chaque fois disposé entre deux éléments voisins Les canaux de contournement sont reliés à un canal d'alimentation et à un canal d'évacuation, le canal d'alimentation se rétrécissant dans le sens d'écoulement étant disposé dans la région du fond de caisse et le canal d'évacuation s'élargissant dans le sens d'écoulement étant disposé dans la région du couvercle de caisse Toutefois, ce document ne re- présente que d'une manière purement schématique la disposition des éléments à l'intérieur de la caisse de batterie et il n'en ressort pas d'enseignement technique concernant un agencement pour maintenir ces éléments à l'intérieur de la caisse de batterie Ces caisses de batterie sont généralement réalisées en tôle, par exemple lorsqu'elles sont dis- posées dans la partie de fond d'un véhicule, d'o un poids élevé De plus, une telle caisse de batterie doit présenter une résistance élevée ou encore une grande rigidité en flexion, ce qui se traduit à nouveau par un poids constructif accru Mais ce poids élevé s'avère par exemple gênant dans un véhicule à traction électrique. La présente invention a donc pour but de développer une caisse de batterie dans laquelle les éléments puissent être rassemblés et logés en étant uniformément équilibrés en température, la caisse de batterie présentant une résistance élevée ou encore une grande rigidité en flexion, mais cependant un faible poids par rapport au poids total des éléments installés. L'invention atteint ce but au moyen d'une caisse de batterie ca- ractérisée par le fait que ses parois latérales sont dotées, dans la ré- gion de fond, d'une moulure en escalier pour la pose échelonnée des éléments qui sont disposés sur chaque moulure les uns à la suite des autres en y reposant par une de leurs arêtes latérales de fond, l'inclinaison de la moulure correspondant, dans sa valeur et son sens, au rétrécissement du canal d'alimentation présent du coté du fond, et le pas de la forme d'escalier de la moulure correspondant à la profondeur ou épaisseur d'un élément plus la largeur d'ouverture ou épaisseur correspondante du canal de contournement Les éléments posés par leurs arêtes latérales de fond sur des moulures en escalier présentent une fixation en position au niveau du décrochement de la forme d'escalier de la moulure et les moulures, afin de laisser les canaux d'écoulement ouverts, n'occupent transversalement à son étendue longitudinale qu'une fraction de la largeur d'un élément et sont fixées aux parois latérales de la caisse de batterie par collage, vissage ou soudage par exemple Le pas de chaque "marche" de la moulure correspond à la profondeur du bottier d'un élément plus la largeur d'ouverture correspondante du canal de contournement, ce qui garantit le contournement par le fluide assurant l'équilibrage de température De plus, le canal d'alimentation est formé, du côté du fond de la caisse de batterie, entre les fonds des éléments et le fond de caisse, et le canal d'évacuation est formé d'une manière équivalente entre le côté supérieur des éléments et le couvercle de caisse. En présence de plusieurs rangées d'éléments juxtaposées, comme représenté dans l'état précité de la technique, il est avantageux de disposer chaque fois entre des rangées d'éléments voisines une paroi intermédiaire, dotée symétriquement de part et d'autre de moulures en escaliers, de sorte qu'on obtient une isolation réciproque des éléments posés en rangées et une fixation en position supplémentaire des élé- ments respectifs. Afin qu'un boîtier d'élément posé sur les moulures soit fixé par un engagement positif dans chaque direction du plan de "marche", il est avantageux de disposer sur les côtés supérieurs des moulures, à chaque décrochement de la forme d'escalier, une nervure d'écartement respective, qui s'étend transversalement et dont la dimension constructive du côté du fond, dans la direction du développement lon- gitudinal des moulures, correspond approximativement à l'écartement entre deux éléments et donc à la largeur d'ouverture correspondante des canaux de contournement Ces nervures d'écartement peuvent avantageusement présenter des chanfreins dans leur région terminale supérieure, afin de pouvoir introduire plus aisément les différents élé- ments. En présence de rangées très longues ou encore de plusieurs ran- gées juxtaposées d'éléments, les caisses de batterie risquent de gau- chir; il est donc avantageux de stabiliser réciproquement les parois latérales et/ou les parois intermédiaires par des tirants transversaux, s'étendant transversalement à leur étendue longitudinale et disposés à hauteur des moulures, notamment en dessous d'elles, ce qui permet, avec une faible augmentation de poids, d'augmenter la rigidité en flexion de la caisse de batterie. Afin d'améliorer encore la fixation en position des différents élé- ments, il peut être avantageux de disposer, sur les parois frontales de la caisse de batterie présentes transversalement aux rangées d'éléments, des baguettes d'écartement pour soutenir les éléments et, comme mesure supplémentaire, de doter les parois latérales et/ou les parois intermédiaires de la caisse de batterie, dans la région située entre deux boîtiers d'éléments voisins, de baguettes de butée s'étendant verticalement De plus, les connecteurs électriques des élé- ments peuvent être réalisés mécaniquement stables, de sorte que les éléments sont également assemblés rigidement entre eux par leurs bornes polaires Les connecteurs d'éléments sont alors avantageuse- ment coudés conformément à la hauteur de marche des moulures Si, par la présence de rangées étendues d'éléments, on obtient un poids tel que les moulures risqueraient d'être excessivement sollicitées, il est avantageux que les moulures des parois intermédiaires s'appuient contre le fond de caisse Cela peut s'effectuer soit en prolongeant la paroi intermédiaire vers le bas jusqu'au fond de caisse, formant ainsi simultanément plusieurs canaux d'écoulement, soit par des appuis indi- viduels du genre montants. Lorsque plusieurs rangées d'éléments doivent être installées en étant réciproquement isolées, il est avantageux que les parois intermé- diaires s'étendent jusqu'à l'arête supérieure des éléments; en même temps, à nouveau, on augmente ainsi la rigidité en flexion de la caisse de batterie. Enfin, selon des modes de mise en oeuvre préférés l'invention, l'angle inclus entre le fond de caisse et la moulure est compris entre 2,5 et 6 , et la largeur d'ouverture entre deux éléments d'une rangée d'éléments est comprise entre 2 mm et 5 mm. L'exposé qui suit décrit plus en détail l'invention à l'aide d'un exemple de réalisation représenté sur les dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue de dessus d'une caisse de batterie pour plusieurs rangées d'éléments, la figure 2 est une vue en coupe transversale dans la longueur de la caisse de batterie, selon la ligne II-II, la figure 3 est une vue en coupe transversale dans la largeur de la caisse de batterie, selon la ligne III-III et la figure 4 est une vue en coupe transversale dans la longueur d'une caisse de batterie, avec quelques éléments installés dans la caisse. La figure 1 représente en vue de dessus, avec son couvercle dé- posé, la caisse de batterie 1 qui, pour des raisons d'isolation, est avantageusement réalisée en matière plastique La paroi de la caisse de batterie 1 est formée par les parois latérales 8 et les parois frontales 17 La caisse de batterie 1 de cet exemple de réalisation est prévue pour soixante éléments 2, qui sont alignésen cinq rangées 13, chacune de douze éléments Chaque rangée d'éléments 13 présente une moulure en escalier respective 9 le long de ses arêtes latérales de fond Le pas 10 de chaque "marche" des moulures 9 correspond à la somme de la profondeur ou épaisseur 11 du boîtier d'un élément 2 et de la largeur d'ouverture ou épaisseur correspondante 12 du canal de contournement 3 formé par -l'écartement entre deux éléments 2 voisins Au niveau du décrochement de la forme d'escalier des moulures 9, qui sont fixées sur les parois latérales 8 et sur les parois intermédiaires 14 séparant entre elles les rangées d'éléments 13, on a chaque fois disposé des nervures d'écartement 15, qui s 'étendent transversalement à la direction du développement lon- gitudinal des moulures et présentent des chanfreins 21 dans leur ré- gion supérieure A l'endroit des nervures d'écartement 15, on a en outre disposé, sur les parois latérales 8 ou selon le cas les parois in- termédiaires 14, des baguettes de butée 20 s'étendant verticalement, qui servent également à fixer en position définie les éléments 2 instal- lés De plus, également pour la fixation en position des éléments 2 et donc aussi à des fins de stabilisation lors de sollicitations en vibra- tion, on a disposé sur les parois frontales respectives 17, à hauteur des moulures 9, deux baguettes d'écartement 18 qui appuient les élé- ments 2 contre les parois frontales 17 Afin de stabiliser la caisse de batterie 1, on a encore disposé, dans la région des moulures 9, des ti- rants transversaux 22 qui sont orientés parallèlement aux parois fron- tales 17 et qui peuvent en outre être entourés de douilles d'écartement dans la région de chaque rangée d'éléments 13 Il faut toutefois s'assurer que les tirants transversaux 22 ne soient pas disposés dans la région d'un canal de contournement 3, car ils obtureraient ou en- traveraient ce dernier Les canaux de contournement 3 sont fluidique- ment reliés à un canal d'alimentation 5, qui est disposé dans la région du fond de la caisse de batterie 1 et se rétrécit dans le sens d'écoulement Le canal d'alimentation 5 est formé entre le fond de caisse 4 et les fonds des éléments 2 installés Le rétrécissement du ca- nal d'alimentation 5 est ainsi formé par la disposition des moulures 9 par rapport au fond de caisse 4 et l'angle inclus correspondant; dans la pratique, on a constaté qu'un angle compris entre 2,5 et 6 était avantageux De plus, afin d'obtenir un transfert optimal de chaleur, il est avantageux de disposer les canaux de contournement 3 entre les côtés larges des éléments 2 et avec une largeur comprise entre 2 mm et 5 mm Les canaux de contournement 3 débouchent, sur le côté supé- rieur 23 des éléments 2, dans un canal d'évacuation 7 qui est formé par l'espace intermédiaire entre le couvercle de caisse 6 et les côtés supérieurs 23 des éléments 2 et s'élargit dans le sens d'écoulement A la sortie de ce canal d'évacuation 7, on peut disposer, de préférence, un ventilateur tangentiel aspirant 25 Par ailleurs, selon l'application prévue, on peut également envisager un type de caisse de batterie 1 permettant l'inversion du sens d'écoulement du fluide d'équilibrage de température, de sorte qu'avec la même exécution constructive de la caisse de batterie 1, le canal d'évacuation 7 devien- drait le canal d'alimentation et le canal d'alimentation 5 le canal d'évacuation De plus, s'il faut par exemple réchauffer les différents éléments 2, on peut aussi envisager de disposer un moyen de chauf- fage (non représenté) dans la région du canal d'alimentation 5 ou en- core d'une ouverture d'entrée 24 associée à ce canal. Comme la caisse de batterie 1 du présent exemple de réalisation présente plusieurs rangées d'éléments 13 disposées parallèlement entre elles, les différentes rangées d'éléments 13 sont séparées par des pa- rois intermédiaires 14 s'étendant parallèlement aux parois latérales 8. Ces parois intermédiaires 14 servent ainsi d'une part à la fixation en position des éléments 2 et d'autre part, en cas d'utilisation d'éléments à boîtiers métalliques, à l'isolation des rangées d'éléments 13 les unes par rapport aux autres; c'est pourquoi elles sont avantageusement réa- lisées en un matériau électriquement isolant Afin de pouvoir absorber plus simplement une sollicitation des éléments 2 posés par leurs arêtes latérales de fond sur les moulures 9, il est avantageux que les parois intermédiaires 14 s'étendent vers le bas, en tant qu'appuis 16, jusqu'au fond de caisse 4 Mais cette caisse de batterie 1 présente alors cinq canaux d'alimentation 5, qui sont mutuellement séparés par ces appuis 16 et sont fluidiquement reliés au canal d'évacuation 7 par les canaux de contournement 3 Il est donc avantageux d'associer à chaque canal d'alimentation 5 une propre ouverture d'entrée 24 ou de relier fluidiquement entre eux les canaux 5 En plus des mesures déjà prévues pour la stabilisation des éléments posés 2, telles que des ner- vures d'écartement 15, des parois intermédiaires 14, des baguettes de butée 20 et des baguettes d'écartement 18 qui, en cas d'une nécessaire isolation des boîtiers des éléments et pour des raisons de poids, sont toutes réalisées en un matériau isolant, notamment en matière plastique, les connecteurs métalliques 19 reliant électriquement les pôles des élé- ments 2 et boulonnés à cet effet sur les bornes polaires de ces derniers sont réalisés mécaniquement rigides et coudés conformément à la hauteur de marche, de sorte que les éléments 2 sont également maintenus sur leur côté supérieur, par leurs bornes polaires Afin d'éviter les courts- circuits électriques entre les pôles et un couvercle de caisse 6 éventuellement réalisé en tôle, on peut enfiler sur les boulons ou écrous polaires des capuchons en matière plastique et isoler les connecteurs d'éléments 19 dans leur région centrale au moyen, par exemple, de gaines rétractables. De la manière représentée, on obtient une caisse de batterie 1 ri- gide, résistante et autoporteuse, dont le poids est sensiblement infé- rieur au poids des éléments 2 Grâce à la rigidité de cet agencement, la caisse de batterie peut présenter un poids qui n'est égal qu'à envi- ron 5 % du poids des éléments 2 installés. Selon l'utilisation prévue pour une telle caisse de batterie 1, no- tamment dans la région de fond d'un véhicule à traction électrique, il peut être avantageux de réaliser le fond de caisse 4 incliné afin, si la caisse de batterie 1 est par exemple disposée dans la région de l'essieu arrière, d'augmenter l'angle de surplomb d'un véhicule Selon les configurations constructives, il peut en résulter que les moulures 9 s'étendent quasi parallèlement à l'horizontale et ne présentent plus qu'une faible forme d'escalier, l'angle inclus entre les moulures 9 et le fond de caisse 4 restant compris entre 2,5 et 6 ' Dans un tel cas, comme elle se trouve à l'avant dans le sens de marche, l'ouverture d'entrée 24 est avantageusement protégée de la pénétration de saletés par un chapeau ou une déflection d'air du genre labyrinthe La dispo- sition dressée des éléments 2 constitue ici un avantage, car un fluide réchauffé dans les canaux de contournement 3 lors d'un refroidis- sement des différents éléments 2 s'écoule vers le haut par convection, de sorte que la puissance de pompage ou encore d'aspiration néces- saire pour le ventilateur tangentiel 25 est moindre. La réalisation des caisses de batterie 1 peut s'effectuer, soit à partir de pièces détachées réalisées en matériau thermoplastique tel par exemple que du polystyrène, soit, pour une fabrication en plus grandes séries, par moulage par injection de polypropylène renforcé de fibres par exemple; afin de manipuler plus aisément la caisse de batterie lors de son transport, on peut pratiquer, dans les parois laté- rales 8 et/ou dans les parois frontales 17, des trous dans lesquels peuvent être emboîtés des crochets porteurs isolés. REVENDICATIONS 1 Caisse de batterie pour plusieurs éléments d'accumulateurs électrochimiques qui sont alignés les uns à la suite des autres en ran- gées, un canal de contournement pouvant être parcouru par un fluide et formé par un écartement des éléments étant chaque fois présent entre les boîtiers de deux éléments voisins, les canaux de contourne- ment étant tous fluidiquement reliés à un canal d'alimentation, disposé dans la région du fond de caisse et se rétrécissant dans le sens d'écoulement, et à un canal d'évacuation disposé dans la région du couvercle de caisse et s'élargissant dans le sens d'écoulement, caractérisée en ce que les parois latérales ( 8) de la caisse de batterie ( 1) sont dotées, dans la région de fond, d'une moulure en escalier ( 9) pour la pose échelonnée des éléments ( 2) qui sont disposés sur chaque moulure les uns à la suite des autres en y reposant par une de leurs arêtes latérales de fond, l'inclinaison de la moulure ( 9) correspondant, dans sa valeur et son sens, au rétrécissement du canal d'alimentation ( 5) présent du coté du fond, et le pas ( 10) de la forme d'escalier de la moulure ( 9) correspondant à la profondeur ou épais- seur ( 11) d'un élément ( 2) plus la largeur d'ouverture ou épaisseur correspondante ( 12) du canal de contournement ( 3). 2 Caisse de batterie selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'en présence de plusieurs rangées d'éléments ( 13) juxtaposées, une paroi intermédiaire ( 14), dotée symétriquement de part et d'autre de moulures en escaliers ( 9), est chaque fois disposée entre des rangées d'éléments ( 13) voisines. 3 Caisse de batterie selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'une nervure d'écartement ( 15) respective, s'étendant transversale- ment, est disposée à chaque décrochement de la forme d'escalier sur le dessus des moulures ( 9), et sa dimension constructive du côté du fond, dans la direction du développement longitudinal des moulures ( 9), cor- respond approximativement à la largeur d'ouverture ( 12) entre deux éléments ( 2). 4 Caisse de batterie selon la revendication 3, caractérisée en ce que les nervures d'écartement ( 15) présentent au moins un chanfrein ( 21) dans leur région terminale supérieure. Caisse de batterie selon la revendication 1, caractérisée en ce que des baguettes d'écartement ( 18) sont disposées sur les parois frontales ( 17) de la caisse de batterie ( 1), présentes transversalement aux rangées d'éléments ( 13). 6 Caisse de batterie selon la revendication 1, caractérisée en ce que les parois latérales ( 8) sont dotées, dans les régions situées entre deux éléments ( 2) voisins, de baguettes de butée ( 20) s'étendant verticalement. 7 Caisse de batterie selon la revendication 1, caractérisée en ce que les parois latérales ( 8) sont réciproquement stabilisées par des ti- rants transversaux ( 22), s'étendant transversalement à leur étendue longitudinale et disposés en dessous des moulures ( 9). 8 Caisse de batterie selon la revendication 1, caractérisée en ce que les connecteurs électriques ( 19) des éléments assurent également l'assemblage mécanique rigide des éléments ( 2). 9 Caisse de batterie selon la revendication 8, caractérisée en ce que les connecteurs d'éléments ( 19) sont coudés conformément à la hauteur de marche des moulures ( 9). Caisse de batterie selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'angle inclus entre le fond de caisse ( 4) et la moulure ( 9) est compris entre 2,5 et 6 . 11 Caisse de batterie selon la revendication 1, caractérisée en ce que la largeur d'ouverture ( 12) entre deux éléments ( 2) d'une rangée d'éléments ( 13) est comprise entre 2 mm et 5 mm. 12 Caisse de batterie selon la revendication 2, caractérisée en ce que les parois intermédiaires ( 14) s'étendent jusqu'à l'arête supérieure ( 23) des éléments ( 2). 13 Caisse de batterie selon la revendication 2, caractérisée en ce que les moulures ( 9) des parois intermédiaires ( 14) s'appuient contre le fond de caisse ( 4). 14 Caisse de batterie selon la revendication 2, caractérisée en ce que les parois intermédiaires ( 14) sont dotées, dans les régions situées entre deux éléments ( 2) voisins, de baguettes de butée ( 20) s'étendant verticalement. Caisse de batterie selon la revendication 2, caractérisée en ce que les parois intermédiaires ( 14) sont réciproquement stabilisées par des tirants transversaux ( 22), s'étendant transversalement à leur éten- due longitudinale et disposés en dessous des moulures ( 9).