Brevet FR3003513A1 — publié le 20140926

Dispositif à absorption d'énergie pour fixer une batterie de traction d'un véhicule électrique ou hybride La présente invention concerne un dispositif à absorption d'énergie pour monter une batterie de traction sous la caisse d'un véhicule électrique ou hybride. Dans le contexte actuel de consensus autour du réchauffement climatique, la diminution des émissions de dioxyde de carbone (CO2) est un défi majeur auquel sont confrontés les constructeurs automobiles, les 10 normes étant toujours plus exigeantes en la matière. Outre l'amélioration constante des rendements des moteurs thermiques classiques, qui s'accompagne d'une baisse des émissions de CO2, les véhicules électriques (« EV » d'après la terminologie anglo-saxonne « Electric Vehicle ») et les véhicules hybrides thermique-électrique (« HEV » 15 d'après la terminologie anglo-saxonne « Hybrid Electric Vehicle ») sont aujourd'hui considérés comme la solution la plus prometteuse pour diminuer les émissions de CO2. Différentes technologies de stockage de l'énergie électrique ont été testées dans les dernières années afin de répondre aux besoins des EV. 20 Il apparaît aujourd'hui que les batteries à cellules lithium-ion (Li-ion) sont celles qui permettent d'obtenir le meilleur compromis entre la densité de puissance, qui favorise les performances en termes d'accélération notamment, et la densité d'énergie, qui favorise l'autonomie. Cependant, l'utilisation de cette technologie Li-ion pour constituer des batteries de 25 traction pour EV n'est pas sans poser de nombreuses difficultés, notamment si l'on considère les niveaux de tension nécessaires, de l'ordre de 400 volts (V), les hauts niveaux de température générés par la migration exothermique des ions lithium entre les électrodes des cellules Li-ion, ou encore l'encombrement et la masse des batteries Li-ion, qui oscille généralement 30 entre 200 et 300 kilogrammes (kg) pour un EV polyvalent à 4 places aux standards actuels. Il est connu de l'état de la technique, notamment du brevet JP3022085, de fixer une batterie de traction d'un véhicule sous le plancher de caisse du véhicule. Ainsi, ce brevet divulgue un cadre de support permettant d'accrocher la batterie sous le plancher en regard de la route. Un inconvénient majeur de cette solution apparaît en cas de choc latéral, la quantité d'énergie cinétique à absorber étant énorme si l'on considère qu'une batterie de traction pèse actuellement plusieurs centaines de kilogrammes. En effet, cette solution propose de fixer le cadre de support en dessous du plancher du véhicule au moyen d'un boulon vissé dans un « écrou plaque », le boulon passant dans un orifice percé dans un élément de sous-caisse du véhicule. Une première fente de largeur inférieure au diamètre de l'orifice et du boulon est disposée en avant de l'orifice, de manière à autoriser un déplacement du cadre et de la batterie en cas de choc important à l'avant du véhicule, le boulon coulissant en force dans cette première fente trop étroite, la déformation de la fente absorbant une grande partie de l'énergie cinétique de la batterie. De même, une seconde fente de largeur inférieure au diamètre de l'orifice est disposée en arrière de l'orifice, de manière à autoriser un déplacement du cadre et de la batterie en cas de choc important à l'arrière du véhicule, le boulon coulissant en force dans cette seconde fente trop étroite, la déformation de la fente absorbant une grande partie de l'énergie cinétique de la batterie. Mais, comme a pu le constater la demanderesse durant des tests auxquels elle a soumis des véhicules, un tel dispositif est inefficace en cas de choc latéral important ou en cas de chocs multiples, comme par exemple un choc frontal suivi d'un choc latéral, ce qui est souvent le cas lors des accidents à vitesse élevée. Dans des conditions extrêmes de test de choc latéral contre un poteau, la demanderesse a même pu constater la rupture pure et simple de tous les points de fixation et la chute de la batterie sous le véhicule, ceci quel que soit le nombre de points de fixation : compte-tenu de la masse de la batterie, l'énergie cinétique à absorber comme l'effort d'intrusion sont trop importants. Cela complique considérablement les opérations d'évacuation de l'épave par les services spécialisés. L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvénients précités, notamment d'empêcher la chute de la batterie en cas de choc 35 latéral ou de choc multiple, même très important, de manière à ne pas compliquer les opérations d'évacuation de l'épave. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif pour monter une batterie de traction à la caisse d'un véhicule électrique ou hybride. Le dispositif comporte une plaquette dont le corps comporte un premier alignement d'ouvertures séparées par des ponts, ledit premier alignement étant orienté selon la direction longitudinale au véhicule. Le corps de la plaquette comporte également un deuxième alignement d'ouvertures séparées par des ponts, ledit deuxième alignement étant orienté selon la direction transversale au véhicule. Le dispositif comporte également un pion comportant une tige et une tête large, c'est-à- dire que le diamètre de la tête est plus grand que le diamètre de la tige. La tige traverse le corps de la plaquette par l'une des ouvertures, la tête large prenant appui, sous l'effet du poids de la batterie, sur des ponts adjacents à ladite ouverture. De sorte que le pion est apte, en cas de choc frontal ou arrière entre le véhicule et un premier obstacle, à se déplacer longitudinalement au véhicule en suivant le premier alignement d'ouvertures, la déformation et/ou la rupture d'un ou plusieurs ponts séparant des ouvertures dudit premier alignement absorbant l'énergie cinétique de la batterie. Le pion est également apte, en cas de choc latéral entre le véhicule et un second obstacle, à se déplacer transversalement au véhicule en suivant le deuxième alignement d'ouvertures, la déformation et/ou la rupture d'un ou plusieurs ponts séparant des ouvertures dudit deuxième alignement absorbant l'énergie cinétique de la batterie. Préférentiellement, la plaquette peut être faite au moins partiellement d'un métal, notamment de l'aluminium. Dans un mode de réalisation, la plaquette peut être solidaire de la caisse du véhicule et le pion peut être solidaire de la batterie. Dans un autre mode de réalisation, la plaquette peut être solidaire de la batterie et le pion peut être solidaire de la caisse du véhicule. Par exemple, les ouvertures peuvent avoir une forme 30 sensiblement carrée. Avantageusement, l'ouverture carrée par laquelle la tige traverse le corps de la plaquette peut comporter, sur chacun de ses bords, une saillie de centrage, et chacune des autres ouvertures carrées peut comporter une encoche de rupture sur son bord appartenant au pont apte à être déformé 35 et/ou rompu durant le déplacement du pion. Avantageusement, un élément fait au moins partiellement de mousse ou dont la structure est au moins partiellement en nid d'abeille peut être disposé entre la batterie et un élément de caisse du véhicule. La présente invention a également pour objet un véhicule électrique ou hybride comportant un tel dispositif. La présente invention a encore pour principal avantage d'être simple, légère, peu coûteuse et peu encombrante. De plus, elle facilite la réparabilité du véhicule après choc, puisque seuls les plaquettes et les pions selon l'invention sont à remplacer; ils peuvent donc être conçus comme des pièces démontables du panier de réparation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit faite en regard de dessins annexés qui représentent : - les figures 1 a et 1 b illustrent, par une vue de dessous, une batterie fixée sous un véhicule grâce à un exemple de dispositif selon la présente invention ; - les figures 2a et 2b illustrent, par une vue en coupe de profil et une vue en perspective respectivement, le même exemple de dispositif selon l'invention ; - la figure 3 illustre, par une vue en coupe de profil, un autre exemple d'intégration sur un véhicule du même exemple de dispositif selon l'invention ; - les figures 4a, 4b et 4c illustrent, par trois vues de dessous, le fonctionnement d'un exemple particulier de dispositif selon l'invention en cas de choc. Les figures 1 a et 1 b illustrent, par une vue de dessous, une batterie B fixée sous un véhicule C grâce à un exemple de dispositif selon la 35 présente invention, en conditions normales d'utilisation hors choc. La batterie B comporte, fixés solidairement sur sa partie supérieure, des pions P. Dans le présent exemple de réalisation, les pions P sont au nombre de six, mais il faut bien comprendre que ce nombre peut varier, notamment en fonction des dimensions et de la masse de la batterie B. Comme illustré par la figure 2b, chaque pion P comporte une tige D se terminant à une de ses extrémités par une tête large T. Les extrémités des tiges D opposées aux têtes T sont les extrémités fixées solidairement à la batterie B. Chacune des tiges D des pions P passe au travers d'une plaquette porteuse PO quasiment indéformable, chacune des plaquettes porteuses PO étant fixée solidairement à un élément de sous-caisse du véhicule C. L'une des six plaquettes porteuses PO selon la présente invention fait l'objet d'un zoom en figure 1 b, toujours en conditions normales d'utilisation hors choc. Les plaquettes porteuses PO ont un corps dont la forme générale est celle d'une plaque. Elles sont faites d'un matériau métallique, de l'aluminium par exemple. Chaque plaquette porteuse PO comporte des ouvertures dans son corps, permettant le cheminement des pions P. Dans le présent exemple de réalisation, les ouvertures ont une forme sensiblement carrée et sont alignées selon la direction longitudinale au véhicule C et selon la direction transversale au véhicule C, de manière à créer un motif en damier dont les ouvertures forment les cases. Dans la suite de la présente demande, les parties du corps d'une plaquette porteuse PO situées entre deux ouvertures en forme de case sont appelées des « ponts ». Par ailleurs, il n'échappera pas à l'homme du métier que les ouvertures peuvent avoir une forme différente du carré, notamment toute forme rectangulaire. En conditions normales d'utilisation hors choc, les ponts servent de support à la batterie B, les têtes T des pions P prenant appui sur lesdits ponts : les pions P sont disposés avec leurs têtes T vers le haut et au-dessus des plaquettes porteuses PO, leurs tiges D traversent les corps des plaquettes porteuses PO, les extrémités des tiges D opposées aux têtes T étant solidaires de la batterie B. La force d'appui des têtes T sur les ponts résulte naturellement du poids de la batterie B. Par conséquent, le corps en aluminium des plaquettes porteuses PO est d'une épaisseur suffisante pour supporter, avec une marge de sécurité importante, le poids élevé de la batterie B. Par exemple, pour une batterie dont la masse est de l'ordre de 250 kg, une épaisseur de corps des plaquettes porteuses PO de l'ordre 3 à 4 millimètres (mm) suffit. En cas de choc frontal ou de choc arrière, une succession d'ouvertures en forme de cases alignées selon une direction longitudinale au véhicule C sert de guide pour le déplacement forcé de la batterie B et surtout des pions P relativement aux plaquettes porteuses PO dans un plan horizontal et dans cette direction longitudinale : les pions P déforment jusqu'à leur rupture les ponts entre lesdites ouvertures, absorbant ainsi l'énergie cinétique de la batterie B. Après ce déplacement forcé, grâce à la tête large T des pions P qui reste en appui sur les ponts, la batterie B reste solidaire du véhicule C. Des éléments additionnels A en mousse ou ayant une structure en nid d'abeille peuvent éventuellement être ajoutés entre la batterie B et un élément de sous caisse, de manière à augmenter encore la capacité du dispositif à absorber l'énergie cinétique de la batterie B en cas de choc frontal ou arrière. De manière similaire, en cas de choc latéral ou de choc multiple, comme par exemple un choc frontal suivi d'un choc latéral ou le contraire, une succession d'ouvertures en forme de cases alignées selon une direction transversale au véhicule C sert de guide pour le déplacement forcé de la batterie B et surtout des pions P relativement aux plaquettes porteuses PO dans un plan horizontal et la direction transversale : les pions P déforment jusqu'à leur rupture les ponts entre lesdites ouvertures, absorbant ainsi l'énergie cinétique de la batterie B. Après ce déplacement forcé, grâce à la tête large T des pions P qui reste en appui sur les ponts, la batterie B reste solidaire du véhicule C. Des éléments additionnels en mousse ou ayant une structure en nid d'abeille, similaires aux éléments A, pourraient éventuellement être ajoutés entre la batterie B et un élément de sous caisse, de manière à augmenter encore la capacité du dispositif à absorber l'énergie cinétique de la batterie B en cas de choc latéral. Il n'échappera pas à l'homme du métier que, selon le mode de réalisation, les plaquettes porteuses PO peuvent également être portées par la batterie B, auquel cas les pions P sont solidaires d'un élément en sous-35 caisse du véhicule C. Par exemple, comme illustré par la figure 3, les plaquettes porteuses PO peuvent, dès leur fabrication, être intégrées à la structure de la batterie B : les pions P sont alors solidaires de la caisse du véhicule C, les plaquettes porteuses PO sont quant à elles solidaires de la batterie B, avec laquelle elles glissent en cas de choc. Les figures 4a, 4b et 4c illustrent, par trois vues de dessous, le fonctionnement d'un exemple particulier de dispositif selon l'invention. Comme dans l'exemple précédent, chaque plaquette porteuse PO comporte des ouvertures dans son corps, ces ouvertures permettant le cheminement des pions P. Dans le présent exemple de réalisation, les ouvertures ont également la forme générale d'un carré, même si elles comportent des éléments de profil supplémentaires, et sont alignées selon la direction longitudinale au véhicule C d'une part et selon la direction transversale au véhicule C d'autre part, de manière à créer un motif en damier dont les ouvertures forment les cases. En conditions normales d'utilisation hors choc illustré par la figure 4a, les ponts servent toujours de support à la batterie B, les têtes T des pions P prenant appui sur lesdits ponts : les pions P sont disposés avec leurs têtes T vers le haut et au-dessus des plaquettes porteuses PO, leurs tiges D traversent les corps des plaquettes porteuses PO, les extrémités des tiges D opposées aux têtes T étant solidaires de la batterie B. La force d'appui des têtes T sur les ponts résulte naturellement du poids de la batterie B. Comme dans l'exemple précédent, le nombre et les dimensions des ouvertures, ainsi que la largeur des ponts entre lesdites ouvertures et l'épaisseur du corps en aluminium des plaquettes porteuses PO, sont choisis de manière à supporter, avec une marge de sécurité importante, le poids élevé de la batterie B. Mais dans le présent exemple de réalisation, le profil des 30 ouvertures est également conçu de manière à maximiser l'absorption d'énergie lorsque la batterie B se déplace suite à un choc. En effet, l'ouverture carrée par laquelle passe le pion P en cas normal d'utilisation hors choc comporte, au milieu de chacun de ses quatre bords, des saillies de centrage S ayant elles-mêmes une forme sensiblement carrée. Les quatre 35 saillies de centrage S permettent notamment de centrer la tige D du pion P dans l'ouverture, la tige D venant simultanément au contact des quatre saillies S. Les quatre ouvertures carrées immédiatement adjacentes comportent chacune une encoche de rupture E en forme de « V » sur leur bord appartenant au pont mitoyen avec l'ouverture par laquelle passe le pion P en cas normal d'utilisation hors choc. Chacune des encoches E permet notamment d'imposer la localisation du point de rupture du pont auquel elle appartient. Ainsi, comme illustré par la figure 4b et comme dans l'exemple précédent , en cas de choc, qu'il s'agisse d'un choc frontal, d'un choc arrière ou d'un choc latéral, les ouvertures alignées selon les directions longitudinale ou transversale au véhicule C servent toujours de guide pour le déplacement forcé de la batterie B et surtout des pions P relativement aux plaquettes porteuses PO : les pions P déforment jusqu'à leur rupture les ponts entre lesdites ouvertures, absorbant ainsi l'énergie cinétique de la batterie B. Mais en plus, la saillie de centrage S située du côté d'où vient le choc permet de déformer le pont auquel elle appartient dès le début du déplacement du pion P, l'absorption de l'énergie par déformation de ce pont commençant ainsi au plus tôt après le choc. Concurremment, l'encoche E de ce pont impose la rupture en son creux en forme de « V », car il constitue le point de moindre résistance dudit pont. Une fois le pont rompu au creux de son encoche E en « V », ses deux parties séparées continuent à se déformer jusqu'à permettre le passage en force de la tige D dans l'ouverture voisine, comme illustré par la figure 4c. Après le passage de la tige D dans l'ouverture voisine, ces deux parties séparées reviennent légèrement en arrière par élasticité, s'opposant ainsi au retour vers l'arrière et permettant à nouveau d'absorber l'énergie cinétique de la batterie B en cas de choc dans la direction opposée. Les figures 4a, 4b et 4c illustrent notamment les encoches de rupture E des ouvertures adjacentes à l'ouverture par laquelle passe le pion P en cas normal d'utilisation hors choc. Mais les figures 4a, 4b et 4c illustrent également que chacune des ouvertures carrées, sauf celle par laquelle passe le pion P en cas normal d'utilisation hors choc, comporte une encoche de rupture E sur son bord appartenant au pont susceptible d'être rompu par le passage en force de la tige D en déplacement suite à un choc frontal, arrière ou latéral. Comme dans l'exemple précédent, après ce déplacement forcé, grâce à la tête large T des pions P qui reste en appui sur les ponts, la batterie B reste solidaire du véhicule C. Avantageusement, une jonction fusible ou un coupe-circuit, non représentés sur les figures, peuvent tirer partie du déplacement relatif entre la batterie B et le véhicule C en cas de choc, de sorte à fournir une déconnexion automatique, mécanique et irréversible de la liaison électrique entre la batterie B et le véhicule C. Il n'échappera pas non plus à l'homme du métier que, en fonction des contraintes d'architecture du véhicule, des contraintes de montage en usine, des contraintes de démontage en après-vente, des contraintes de remplacement de la batterie, par exemple les batteries pouvant être échangées dans une station d'échange rapide, ou encore des conditions d'utilisation, de multiples variantes de réalisation de la présente invention sont possibles. L'invention décrite précédemment a encore pour principal avantage, que sur des véhicules commercialisés soit avec une motorisation thermique, soit avec une motorisation électrique, elle permet de réduire au maximum la variété des caisses puisqu'elle minimise les renforcements à ajouter sur la structure du véhicule ; de ce point de vue, l'intégration des plaquettes porteuses selon l'invention à la structure de la batterie est préférable. Elle permet également de diminuer le renforcement des caisses, d'où un gain en masse. REVENDICATIONS1. Dispositif pour monter une batterie (B) de traction à la caisse d'un véhicule (C) électrique ou hybride, le dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte : une plaquette (PO) dont le corps comporte : o un premier alignement d'ouvertures séparées par des ponts, ledit premier alignement étant orienté selon la direction longitudinale au véhicule, et ; o un deuxième alignement d'ouvertures séparées par des ponts, ledit deuxième alignement étant orienté selon la direction transversale au véhicule, et ; un pion (P) comportant une tige (D) et une tête large (T), la tige traversant le corps de la plaquette par l'une des ouvertures, la tête large prenant appui, sous l'effet du poids de la batterie, sur des ponts adjacents à ladite ouverture ; de telle sorte que : le pion est apte, en cas de choc frontal ou arrière entre le véhicule et un premier obstacle, à se déplacer longitudinalement au véhicule en suivant le premier alignement d'ouvertures, la déformation et/ou la rupture d'un ou plusieurs ponts séparant des ouvertures dudit premier alignement absorbant l'énergie cinétique de la batterie, et/ou ; le pion est apte, en cas de choc latéral entre le véhicule et un second obstacle, à se déplacer transversalement au véhicule en suivant le deuxième alignement d'ouvertures, la déformation et/ou la rupture d'un ou plusieurs ponts séparant des ouvertures dudit deuxième alignement absorbant l'énergie cinétique de la batterie. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaquette (PO) est faite au moins partiellement d'un métal, notamment de l'aluminium. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que- la plaquette (PO) est solidaire de la caisse du véhicule (C), et ; - le pion (P) est solidaire de la batterie (B). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que - la plaquette (PO) est solidaire de la batterie (B), et ; le pion (P) est solidaire de la caisse du véhicule (C). 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ouvertures ont une forme sensiblement rectangulaire. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que : l'ouverture rectangulaire par laquelle la tige (D) traverse le corps de la plaquette (PO) comporte, sur chacun de ses bords, une saillie de centrage (S), et ; chacune des autres ouvertures rectangulaires comporte une encoche de rupture (E) sur son bord appartenant au pont apte à être déformé et/ou rompu durant le déplacement du pion (P). 7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte, disposé entre la batterie (B) et un élément de caisse du véhicule (C), un élément (A) fait au moins partiellement de mousse ou dont la structure est au moins partiellement en nid d'abeille. 8. Véhicule électrique ou hybride comportant un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes.