Brevet FR2959454A1 — publié le 20111104

VEHICULE HYBRIDE COMPORTANT UNE BATTERIE HAUTE TENSION IMPLANTEE SOUS LE PLANCHER DU VEHICULE, BLOC FORME PAR UN RESERVOIR ET UNE BATTERIE HAUTE TENSION, ET PROCEDE DE REMPLACEMENT ASSOCIE [01] L'invention concerne un véhicule hybride comportant une batterie haute tension implantée sous le plancher du véhicule, un bloc formé par un réservoir et une batterie haute tension, ainsi qu'un procédé de remplacement d'un réservoir traditionnel par un tel bloc. [02] L'invention a notamment pour but d'implanter la batterie en io modifiant le moins possible l'architecture du véhicule. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse avec les véhicules comportant une machine électrique assurant la traction de leur train arrière, mais elle est aussi compatible avec une architecture dans laquelle la machine électrique est implantée à l'avant du véhicule. 15 [03] On connaît des véhicules hybrides comportant un moteur thermique associé à au moins une machine électrique. Cette ou ces machines électriques de type alterno/démarreur assurent la recharge d'une batterie haute tension et participent à la traction du véhicule. [4] A cet effet, la ou les machines sont reliées entre elles par 20 l'intermédiaire d'un réseau électrique de puissance permettant la transformation de la tension continue de la batterie en une tension d'alimentation de la ou des machines lorsque ces machines fonctionnent en mode moteur, ou la transformation de la tension alternative produite par la ou les machines en tension continue appliquée sur la batterie pour sa recharge 25 lorsque ces machines fonctionnent en mode générateur. [5] La batterie haute tension est connectée à un convertisseur continu/continu qui transforme la haute tension de la batterie en une tension acceptable par une batterie basse tension connectée au réseau de bord du véhicule. 30 [06] Une des problématiques posées par ces véhicules hybrides est l'encombrement pris par les éléments de la partie électrotechnique, en particulier la batterie haute tension, qui ne sont pas présents sur un véhicule thermique classique. Ces éléments doivent ainsi être intégrés sans dégrader les autres prestations du véhicule, comme par exemple le volume du coffre. [7] Comme décrit dans le document JP-2001138753, il est connu d'intégrer la batterie avec le réservoir de carburant sous le plancher du véhicule au niveau des sièges arrière du véhicule. Toutefois, une telle solution nécessite de surélever le plancher à l'endroit où la batterie et le réservoir sont positionnés. [8] L'invention propose d'intégrer la batterie sans avoir à modifier de io manière trop importante la structure sous caisse des véhicules existants. [9] A cet effet, dans l'invention, on intègre la batterie haute tension et le réservoir de carburant sous forme d'un bloc positionné en lieu et place du réservoir de carburant d'un véhicule traditionnel. On détermine à cet effet le dimensionnement de la batterie et du réservoir a priori en fonction de is l'espace disponible. [10] Etant donné que dans une telle configuration le volume du réservoir est limité, on fait de préférence appel à un deuxième réservoir pour augmenter l'autonomie du véhicule. Ce deuxième réservoir est installé dans un volume libre du véhicule, comme par exemple sous les assises des 20 sièges arrière, dans les ailes du véhicule ou dans une zone rehaussée du plancher du véhicule. [11] L'intérêt de l'invention réside notamment dans : - une absence de modification de la structure sous caisse du véhicule, - la préservation d'un grand volume de coffre, 25 - la protection de l'habitacle de vapeurs nocives provenant d'une batterie défaillante, - une meilleure régulation thermique de la batterie, et - la possibilité de réalisation de liaisons haute tension sous le plancher évitant ainsi les traversées de cloisons. [12] L'intérêt économique provient de la simplification du refroidissement batterie et de l'absence de dispositifs complexes de traitement des vapeurs nocives dans l'habitacle. [13] L'invention concerne donc un véhicule hybride ayant un plancher, ce véhicule comportant : - un premier réservoir de carburant pour l'alimentation en carburant du moteur thermique du véhicule, et - une batterie haute tension en relation avec un onduleur apte à convertir la tension continue en tension alternative pour l'alimentation d'une machine io électrique et réciproquement, caractérisé en ce que : - le premier réservoir et la batterie haute tension sont positionnés côte à côte de manière à former un bloc, - ce bloc étant installé sous le plancher du véhicule dans l'espace prévu pour is le réservoir de carburant dans les véhicules thermiques traditionnels. [18] Selon une réalisation, l'espace prévu pour le réservoir traditionnel présente une hauteur inférieure à 25 cm. [19] Selon une réalisation, le premier réservoir est un réservoir dit actif incorporant un module jauge/pompe. 20 [016] Selon une réalisation, il comporte un deuxième réservoir, dit réservoir passif, dépourvu de module jauge/pompe en relation avec le premier réservoir. [017] Selon une réalisation, le réservoir passif est positionné sous une des assises des sièges arrière du véhicule. 25 [018] Selon une réalisation, le deuxième réservoir présente une forme allongée qui s'étend transversalement par rapport au véhicule suivant une direction d'allongement du bloc. [019] Selon une réalisation, il comporte un conduit d'échappement, le bloc présentant une cavité pour assurer le passage du conduit 30 d'échappement jusqu'au pot d'échappement du véhicule. [20] Selon une réalisation, il comporte un train arrière de type multibras dont la traction peut être assurée par la machine électrique, le bloc étant positionné devant ce train arrière. [21] Selon une réalisation, la direction d'allongement de la batterie s'étend transversalement par rapport à l'axe du véhicule, le conduit d'échappement et la cavité accueillant ce conduit ayant une portion présentant une forme en C autour du volume défini par le bloc de manière à contourner le bloc, les portions de ces éléments reliées aux extrémités des branches du C présentant une forme parallèle à l'axe du véhicule. io [022] Selon une réalisation, la batterie présente un volume de l'ordre de 46L et le premier réservoir dispose d'un volume de l'ordre de 22L. [23] Selon une réalisation, la direction d'allongement de la batterie s'étend parallèlement par rapport à l'axe du véhicule, le conduit d'échappement ainsi que la cavité accueillant le conduit présentent alors une is forme rectiligne au niveau du bloc, le conduit passant sous le premier réservoir à l'intérieur de la cavité obtenue par mise en forme du premier réservoir. [24] Selon une réalisation, il comporte un train arrière à traverse déformable dont la traction peut être assurée par la machine électrique, le 20 bloc étant positionné derrière ce train arrière. [25] Selon une réalisation, la batterie présente un volume de l'ordre de 46L et le premier réservoir dispose d'un volume de l'ordre de 37L. [26] Selon une réalisation, le conduit d'échappement est entouré d'un protecteur thermique. 25 [027] L'invention concerne en outre un bloc caractérisé en ce qu'il est formé par : - un réservoir de carburant pour l'alimentation en carburant du moteur thermique du véhicule, et - une batterie haute tension en relation avec un onduleur apte à convertir la 30 tension continue en tension alternative pour l'alimentation d'une machine électrique et réciproquement, - le réservoir et la batterie haute tension étant positionnés côte à côte, - ce bloc présentant sensiblement les dimensions de l'espace prévu sous le plancher du véhicule pour le réservoir de carburant dans les véhicules thermiques traditionnels, sans imposer de modification importante. [028] L'invention concerne également un procédé de remplacement d'un réservoir traditionnel de carburant d'un véhicule thermique traditionnel par un bloc selon l'invention. [29] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont io données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. Elles montrent : [30] Figure 1 : une vue du bloc formé par la batterie haute tension et un réservoir de carburant selon l'invention implanté sous un véhicule hybride ; [31] Figure 2 : une vue en 3 dimensions du bloc selon l'invention formé is par la batterie haute tension et le réservoir de carburant ; [32] Figure 3 : une vue en 3 dimensions du positionnement d'un deuxième réservoir sous une assise d'un des sièges arrière du véhicule ; [33] Figures 4a-4c : des représentations schématiques de réalisations de l'invention pour un véhicule muni d'un train arrière de type multibras ; 20 [034] Figure 5 : une représentation schématique d'une réalisation de l'invention pour un véhicule muni d'un train arrière à traverse déformable. [35] Les éléments identiques, similaires ou analogues conservent les mêmes références d'une Figure à l'autre. [36] La Figure 1 montre un bloc 1 selon l'invention positionné sous le 25 plancher 2.1 d'un véhicule 2 hybride. Ce bloc 1 est formé par un réservoir 4, dit réservoir actif, et une batterie 5 haute tension en relation, via un circuit de puissance (non représenté), avec une machine 6 assurant la traction d'un train arrière 3. Ce bloc 1 présente une cavité 7 ayant une forme complémentaire de celle d'un conduit 8 d'échappement pour permettre le passage de ce conduit 8 sous le véhicule jusqu'au pot d'échappement 9. [37] Pour obtenir le véhicule 2 selon l'invention, on part d'un véhicule ayant une architecture sous caisse très proche de celle d'un véhicule thermique traditionnel que l'on modifie en implantant notamment la machine électrique 6 au niveau du train arrière 3 et le bloc 1 en lieu et place du réservoir de carburant traditionnel. [38] On entend par véhicule thermique traditionnel un véhicule utilisant uniquement l'énergie thermique pour assurer sa traction. L'espace 10 prévu io pour le réservoir de carburant traditionnel d'un tel véhicule (et donc dans l'invention pour l'implantation du bloc 1) présente une hauteur h (cf Figure 2) inférieure à 25 cm et occupe un volume de l'ordre 70 L . Le dimensionnement des éléments 4, 5 du bloc 1 est calculé a priori en fonction du volume disponible dans les espaces sous caisse standard prévus pour les is réservoirs traditionnels. Le ratio entre volume batterie et volume réservoir carburant est notamment déterminé en fonction des autonomies visées en mode électrique et en mode thermique. Il est ainsi possible d'installer le bloc 1 sous le véhicule sans avoir à surélever le plancher du véhicule. [39] Le réservoir 4 et la batterie 5 sont positionnés côte à côte dans le 20 bloc 1, le réservoir 4 présentant une face transversale 4.1 positionnée en regard d'une face transversale 5.1 de la batterie 5. Le réservoir 4 et la batterie 5 ne sont a priori pas fixés l'un avec l'autre et il peut exister un léger espace entre les deux faces 4.1, 5.1 en regard. [40] Plus précisément, le réservoir 4 est dit « réservoir actif » car il est 25 comprend un module jauge/pompe 11 permettant grâce à la jauge de détecter le niveau de carburant dans le réservoir 4, et grâce à la pompe d'alimenter en carburant le moteur thermique du véhicule. Dans un exemple, le réservoir 4 présente un volume compris entre 20 et 40 L . [41] Comme visible sur la Figure 2, une goulotte 13 est utilisée pour 30 permettre le remplissage du réservoir actif 4. A cet effet, la goulotte 13 dispose d'une extrémité 13.1 débouchant dans le réservoir 4 et une extrémité 13.2 débouchant vers l'extérieur du véhicule à l'endroit du clapet de réservoir. [042] Dans une réalisation, la batterie 5 haute tension est une batterie de type Lithium Ion, ayant une puissance de 35kW. [043] De préférence, on fait appel à un deuxième réservoir 15 pour augmenter l'autonomie du véhicule. Ce réservoir 15 est dit réservoir passif car il ne comporte pas de module jauge/pompe contrairement au réservoir actif 4. Ce réservoir 15 est installé dans un espace libre du véhicule 2 et présente un volume compris entre 10 et 20L. io [044] La Figure 3 montre une rangée 16 de sièges arrière du véhicule 2 présentant des dossiers 18 munis d'un appui tête 19 dans leur partie supérieure. Ces dossiers 18 sont reliés à une assise 20 sensiblement horizontale. Le deuxième réservoir 15 est positionné sous une des assises 20 comme cela est représenté. 15 [045] Dans une réalisation, comme montré sur la Figure 2, le deuxième réservoir 15 présente une forme allongée qui s'étend transversalement par rapport au véhicule suivant la direction D d'allongement de la batterie 5, par exemple de forme sensiblement parallélépipédique. Ce réservoir 15 est positionné sur la face opposée à la face dans laquelle est ménagée la cavité 20 7 pour accueillir le conduit 8. [046] Le réservoir actif 4 et le réservoir passif 15 sont reliés par exemple à l'aide d'un tuyau (non représenté). De préférence, le transfert d'essence du réservoir passif 15 vers le réservoir actif 4 se fait par gravité. En variante, il serait envisageable que ce transfert soit effectué à l'aide d'une pompe. 25 [047] Comme montré sur la Figure 1, la cavité 7 pour le passage du conduit 8 d'échappement s'étend sensiblement transversalement à la direction d'allongement D du bloc 1. Le réservoir 4 est potentiellement réduit en largeur à la largeur minimale définie par les standards des fabricants (liée notamment à la présence du module 11). La cavité 7 est obtenue par mise 30 en forme du boîtier de la batterie comme représenté sur les Figures 1 et 2, et/ou par une mise en forme adéquate du réservoir 4 (cf Figures 4a-4c). [048] Par ailleurs, le réservoir actif 4 présente, dans sa partie inférieure, un évidemment 21 délimité par un épaulement 22. Cet évidement 21 est destiné à recevoir, s'il y a lieu, un réservoir d'additif 23 pour filtre à particules utilisé dans les véhicules diesel. [049] Les Figures 4a-4c montrent des exemples de réalisation de l'invention pour un train arrière 3 de type multibras. Pour ces réalisations dans lesquelles le train 3 se situe sensiblement dans l'axe Y des roues, on positionne le bloc 1 réservoir/batterie devant le train 3. Ainsi, par rapport au bloc 1, le train 3 se situe vers l'arrière du véhicule ; tandis que par rapport au io train 3, le bloc 1 se situe vers l'avant du véhicule. [050] Dans les réalisations des Figures 4a et 4b, la direction D d'allongement de la batterie 5, par exemple de forme sensiblement parallélépipédique, est transversale par rapport à l'axe longitudinal X du véhicule qui s'étend entre l'avant et l'arrière du véhicule. Le conduit 8 et la is cavité 7 accueillant ce conduit 8 ont une portion 27.1 présentant une forme en C autour du volume défini par le bloc 1 de manière à contourner le bloc 1. Les portions 27.2, 27.3 des éléments 7, 8 reliées aux extrémités des branches du C présentent une forme parallèle à l'axe X du véhicule. Le conduit 8 est de préférence entouré d'un protecteur thermique 25. 20 [051] Suivant cette réalisation, la cavité 7 est obtenue par mise en forme du réservoir 4 actif et du boîtier de la batterie 5. La cavité 7 est ménagée dans la partie inférieure de ces deux éléments. Comme montré sur la Figure 4b, il est possible de prévoir un réservoir 15 passif à côté du réservoir 4. En variante, les réservoirs actif 4 et passif 15 ne forment qu'un seul et même 25 réservoir. [52] Dans les réalisations des Figures 4a et 4b, la batterie 5 présente un volume de l'ordre de 46L et le réservoir 4 actif dispose d'un volume de l'ordre de 22L. Le réservoir 15 passif dispose d'un volume de l'ordre de 17L. Cela permet ainsi d'avoir une bonne autonomie en mode de roulage 30 thermique du véhicule. [53] Dans la réalisation de la Figure 4c, la direction D d'allongement de la batterie 5 s'étend parallèlement à l'axe X du véhicule. Le conduit 8 d'échappement entouré de son protecteur thermique 25 ainsi que la cavité 7 accueillant le conduit 8 présentent alors une forme rectiligne au niveau du bloc 1. Le conduit 8 passe sous le réservoir 4 à l'intérieur d'une cavité 7 obtenue par mise en forme du réservoir 4. On remarque par ailleurs qu'il peut exister un léger écart E transversal entre le réservoir 4 et la batterie 5. [54] Dans la réalisation de la Figure 4c, la batterie 5 présente un volume de l'ordre de 46L et le réservoir actif 4 dispose d'un volume de l'ordre de 37L. Le réservoir 15 passif dispose d'un volume de l'ordre de 15L. Ce mode de réalisation dans lequel le volume des réservoirs 5, 15 à carburant io est très important constitue le mode réalisation optimum de l'invention. En variante, on supprime le réservoir 15 passif ou on l'intègre au réservoir 4 actif. [55] La Figure 5 montre un exemple de réalisation de l'invention pour un train arrière 3 à traverse déformable. Pour cette réalisation dans laquelle is le train 3 est décalé par rapport à l'axe Y des roues, on positionne le bloc 1 réservoir/batterie derrière le train 3. Ainsi, par rapport au bloc 1, le train 3 se situe vers l'avant du véhicule ; tandis que par rapport au train 3, le bloc 1 se situe vers l'arrière du véhicule. [56] Comme pour les Figures 4a-4b, la direction d'allongement D de la 20 batterie 5, par exemple de forme sensiblement parallélépipédique, est transversale par rapport à l'axe X du véhicule. Le conduit 8 d'échappement et la cavité 7 contournent le bloc 1 en passant sous la batterie 5. La cavité 7 est obtenue par mise en forme du boîtier de la batterie 5. En variante, le conduit 8 contourne le bloc 1 du côté du réservoir 4, ce dernier étant alors 25 mis en forme pour réaliser la cavité 7. 20 REVENDICATIONS1. Véhicule hybride (2) ayant un plancher (2.1), ce véhicule comportant : - un premier réservoir (4) de carburant pour l'alimentation en carburant du moteur thermique du véhicule, et - une batterie (5) haute tension en relation avec un onduleur apte à convertir la tension continue en tension alternative pour l'alimentation d'une machine électrique (6) et réciproquement, io caractérisé en ce que : - le premier réservoir (4) et la batterie (5) haute tension sont positionnés côte à côte de manière à former un bloc (1), - ce bloc (1) étant installé sous le plancher (2.1) du véhicule dans l'espace (10) prévu pour le réservoir de carburant dans les véhicules is thermiques traditionnels. 2. Véhicule selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'espace (10) prévu pour le réservoir traditionnel présente une hauteur (h) inférieure à 25 cm. 3. Véhicule selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le premier réservoir (4) est un réservoir dit actif incorporant un module jauge/pompe (11). 25 4. Véhicule selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte un deuxième réservoir (15), dit réservoir passif, dépourvu de module jauge/pompe en relation avec le premier réservoir (4). 5. Véhicule selon la revendication 4, caractérisé en ce que le réservoir 30 passif (15) est positionné sous une des assises (20) des sièges arrière du véhicule. 6. Véhicule selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le deuxième réservoir (15) présente une forme allongée qui s'étendtransversalement par rapport au véhicule suivant une direction (D) d'allongement du bloc (1). 7. Véhicule selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte un conduit d'échappement (8), le bloc (1) présentant une cavité (7) pour assurer le passage du conduit d'échappement (8) jusqu'au pot d'échappement (9) du véhicule. 8. Véhicule selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce io qu'il comporte un train arrière (3) de type multibras dont la traction peut être assurée par la machine électrique (6), le bloc (1) étant positionné devant ce train arrière (3). 9. Véhicule selon les revendications 7 et 8, caractérisé en ce que la is direction d'allongement (D) de la batterie (5) s'étend transversalement par rapport à l'axe (X) du véhicule, le conduit (8) d'échappement et la cavité (7) accueillant ce conduit (8) ayant une portion (27.1) présentant une forme en C autour du volume défini par le bloc (1) de manière à contourner le bloc (1), les portions (27.2, 27.3) de ces éléments (7, 8) reliées aux extrémités des 20 branches du C présentant une forme parallèle à l'axe (X) du véhicule. 10. Véhicule selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que la batterie (5) présente un volume de l'ordre de 46L et le premier réservoir (4) dispose d'un volume de l'ordre de 22L. 25 11. Véhicule selon les revendications 7 et 8, caractérisé en ce que la direction d'allongement (D) de la batterie (5) s'étend parallèlement par rapport à l'axe (X) du véhicule, le conduit (8) d'échappement ainsi que la cavité (7) accueillant le conduit (8) présentent alors une forme rectiligne au 30 niveau du bloc (1), le conduit (8) passant sous le premier réservoir (4) à l'intérieur de la cavité (7) obtenue par mise en forme du premier réservoir (4). 12. Véhicule selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte un train arrière (3) à traverse déformable dont la traction peutêtre assurée par la machine électrique (6), le bloc (1) étant positionné derrière ce train arrière (3). 13. Véhicule selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que la batterie (5) présente un volume de l'ordre de 46L et le premier réservoir (4) dispose d'un volume de l'ordre de 37L. 14. Véhicule selon l'une des revendications 7 à 13, caractérisé en ce que le conduit (8) d'échappement est entouré d'un protecteur thermique (25). Io 15. Bloc (1) caractérisé en ce qu'il est formé par : - un réservoir (4) de carburant pour l'alimentation en carburant du moteur thermique du véhicule, et - une batterie (5) haute tension en relation avec un onduleur apte à is convertir la tension continue en tension alternative pour l'alimentation d'une machine électrique et réciproquement, - le réservoir (4) et la batterie (5) haute tension étant positionnés côte à côte, - ce bloc (1) présentant sensiblement les dimensions de l'espace 20 prévu sous le plancher (2.1) du véhicule pour le réservoir de carburant dans les véhicules thermiques traditionnels, sans imposer de modification importante. 16. Procédé de remplacement d'un réservoir traditionnel de carburant 25 d'un véhicule thermique traditionnel par un bloc selon la revendication 15.