Brevet FR3067648A1 — publié le 20181221

Agencement d'un moyen de transport d'énergie électrique dans une structure d'un véhicule et véhicule comportant un tel agencement La présente invention est du domaine des véhicules automobiles et plus particulièrement de leur structure de caisse allégée. L'invention concerne un agencement d'un moyen de transport d'énergie électrique dans un ensemble d'éléments superposés et reliés entre eux notamment par leurs bords, au moins l'un des éléments étant réalisé dans un matériau composite ayant une matrice en polymère intégrant des fibres. Le recours aux matériaux légers et résistants à la déformation est d'usage chez les constructeurs automobiles afin de réduire la consommation des véhicules. Outre la complexité visant à créer en grande série des véhicules, ce qui nécessite de repenser les temps de cycle de fabrication, d'autres contraintes sont apparues. Autant l'utilisation de matériaux composites n'est plus à démontrer, un problème de taille a fait son apparition : le fonctionnement des appareils électriques embarqués. Il est en effet bien connu les propriétés des matériaux composites utilisés à la fabrication d'éléments d'une caisse de véhicule et réalisés à base de polymères. Ce type de matériau est connu pour sa conductivité électrique relativement nulle, ce qui en fait un excellent isolant électrique. Alors même qu'une caisse traditionnelle d'un véhicule réalisé en acier présente une mise à la masse des différents accessoires électriques facilités du fait même de la nature du matériau utilisé à la fabrication de la caisse, il en est tout autrement dans le cas des véhicules utilisant des matériaux composites. Le but de l'invention est de fournir un agencement d'un moyen de transport d'énergie électrique dans un ensemble d'éléments superposés et reliés 2 entre eux notamment par leurs bords, au moins l'un des éléments étant réalisé dans un matériau composite ayant une matrice en polymère et des fibres, un tel agencement permettant de répondre à l'inconvénient précédemment cité. 5 De manière avantageuse, l'agencement de l'invention se caractérise par le fait qu'au moins l'un des éléments comprend au moins en partie ledit moyen de transport d'énergie électrique réalisé à partir des fibres et en ce qu'il comprend au moins un terminal électrique réalisé au niveau de bords des éléments superposés mutuellement en contact l'un avec l'autre, chaque 10 terminal électrique étant en relation électrique avec les fibres. Cela permet de réaliser une structure de caisse qui soit légère, tout en intégrant un réseau électrique réalisé en tout ou partir par les fibres conductrices d'électricité du matériau composite. L'agencement de l'invention peut en outre comprendre les caractéristiques 15 suivantes, prises séparément ou en combinaison entre elles : ledit terminal électrique est réalisé par un traitement d'une face d'au moins un des éléments superposés, le traitement permettant de retirer une quantité d'épaisseur de l'élément en matériau composite jusqu'à la fibre conductrice, ce qui permet de rendre accessible les fibres destinées à 20 réaliser en tout ou partie ledit moyen de transport d'énergie électrique à bord du véhicule, formant ainsi un réseau électrique sur lequel peuvent est électriquement mise en communication les diverses équipements électriques, pour leur mise à la masse électrique à titre d'exemple ; - un des éléments superposés comprend au moins une arête linéaire 25 réalisée par deux feuillures adjacentes de l'élément, les écarts avec l'autre des éléments superposés et les feuillures étant différents, ce qui permet de créer un logement destiné à recevoir un moyen de fixation par exemple ; 3 - la fibre conductrice est réalisée en carbone, ce qui permet à la fois de conférer à la pièce réalisée par l'ensemble des éléments superposés une tenue à la déformation ainsi qu'un moyen de transport d'énergie électrique par la fibre continue pouvant être formée d'une nappe tissée ou de fibres 5 continues, - ledit moyen de transport d'énergie électrique comprend un conducteur à base de cuivre ou d'aluminium, disposé entre deux éléments superposés, le conducteur étant mis en relation électrique avec la fibre conductrice par au moins l'un des terminaux électriques, de telle sorte que le réseau 10 électrique est formé à la fois par la fibre conductrice et par le conducteur, ce qui en fait un réseau de transport d'énergie électrique de puissance pouvant être utile à l'alimentation de consommateurs de puissance, tel un moteur électrique appartenant à la chaîne de traction du véhicule, - les éléments superposés comprennent une interface de fixation dans 15 laquelle est disposé un moyen de collage, une telle interface de fixation rendant apte la liaison mécanique entre les éléments à lier ensemble, - le terminal électrique jouxte de manière directement adjacente l'interface de fixation des éléments superposés, ce qui permet de réaliser de manière quasi concomitante les parties des éléments superposés destinées à 20 réaliser le terminal électrique et l'interface de fixation, selon une mise en forme et des traitements spécifiques ; - le terminal électrique et l'interface de fixation des éléments structurant entre eux sont confondus, ce qui permet de compacter l'agencement afin d'en réduire l'encombrement ; 25 - il comprend un moyen de liaison électrique rendant par exemple apte la connexion du terminal 8 électrique à un équipement électrique et/ou à un élément de stockage d'énergie électrique embarqué, telle une batterie, un 4 tel moyen de liaison électrique rendant apte le fonctionnement d'organes fonctionnels par énergie électrique ; - au moins un élément structurant est réalisé en acier, ce qui permet de créer une connexion électrique entre un élément en acier et la fibre d'un 5 élément en matériau composite. L'invention concerne également un véhicule du type d'une automobile comprenant une structure de caisse et/ou une pièce de carrosserie réalisée à partir d'un agencement selon les caractéristiques susmentionnées. Cela permet de réaliser un véhicule allégé du fait de l'utilisation d'un matériau 10 composite tout en permettant de garder la qualité d'un réseau électrique d'un véhicule de conception traditionnelle, voire en permettant de créer avantageusement un réseau de puissance en utilisant directement tout élément réalisé à partir d'un matériau composite. Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront 15 exposés en détails dans la description suivante d'un mode de réalisation particulier d'un agencement selon l'invention faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : - la figure 1 est une vue schématique en perspective d'une caisse d'un véhicule automobile comportant un agencement d'un moyen de transport 20 d'énergie électrique dans un ensemble d'éléments superposés, selon l'invention, - la figure 2 est un agrandissement selon une coupe II-II de la figure 1, représentant de manière schématique et partielle un seuil de porte comportant un ensemble d'éléments superposés, selon l'invention, 25 - la figure 3 est un agrandissement selon une coupe de la figure 1, représentant de manière schématique et partielle un longeron avant gauche réalisé selon l'agencement de l'invention, 5 - la figure 4 est un agrandissement selon une coupe IV-IV de la figure 1, représentant de manière schématique et partielle un longeron avant droit possédant un moyen de liaison électrique, selon l'invention, - la figure 5 est un agrandissement selon une coupe V-V de la figure 5 1, représentant de manière schématique et partielle un pied central pourvu d'un moyen de liaison électrique, selon l'invention. Sur l'ensemble des figures, l'axe transversal Y s'étend de la droite vers la gauche du véhicule, l'axe vertical Z s'étend du bas vers le haut, l'axe longitudinal X étant donné selon un sens normal de déplacement du 10 véhicule et de l'avant vers l'arrière. Les termes « haut » et « bas » ou « supérieur » et « inférieur » se rapportent à une orientation d'axe vertical Z. Pour ne pas alourdir les figures, les références numériques ne sont pas reproduites sur toutes les figures illustrant l'agencement selon l'invention. La figure 1 illustre de manière schématique en perspective une structure 15 d'un véhicule 1 automobile dont la particularité est d'utiliser un matériau composite à sa fabrication. Le recours au matériau composite permet la réalisation de pièces du soubassement 2 ainsi que pièce de la caisse 3 afin d'en alléger le poids. A titre d'exemple le matériau composite comprend une matrice réalisée avec un polymère dans laquelle est noyée une fibre. Les 20 parties de la structure qui sont destinées à conduire l'énergie électrique est préférentiellement une fibre en carbone, ce dernier ayant conductivité appropriée au transport d'énergie électrique. Les coupes II-II, III-III, IV-IV et V-V des figures 2 à 5 ont été réalisées à titre d'exemples pour illustrer l'agencement de l'invention qui va être détaillé ci- 25 après, sachant que les sections de ces coupes peuvent se retrouver à d'autres parties de la structure du véhicule de la figure 1 qui a été donnée seulement à titre d'exemple non limitatif. 6 Le bas de caisse 4 de la figure 2 est réalisé par des éléments 41, 42 superposés pour former une poutre de section creuse, sachant bien entendu que cet assemblage 41, 42 peut aussi réaliser toute autre type de partie structurelle de la caisse. Les éléments 41 et 42 sont reliés par leurs 5 bords extrémités qui contiennent respectivement des interfaces 410 et 420 de fixation entre lesquelles est disposé un moyen de collage 43, ici de manière préférentielle un joint de colle. Un moyen de transport d'énergie électrique est selon l'agencement de l'invention compris dans l'ensemble des éléments 41, 42 superposés. 10 Ce moyen de transport réalisé par la fibre carbone peut être uniquement compris dans l'un des éléments 41, 42 superposés, de telle sorte que seul cet élément est réalisé en matériau composite. Selon une variante de réalisation, ledit moyen de transport d'énergie électrique est compris dans chacun des éléments 41, 42 superposés, de 15 telle sorte que les deux éléments sont réalisés en matériau composite. Quel que soit le mode de réalisation choisi, un terminal électrique 8 est réalisé par le contact mutuel des éléments 41, 42 superposés. Au niveau de ce terminal électrique 8, une liaison électrique s'opère entre les éléments 41, 42. Cela est rendu possible par une opération de retrait d'une couche 20 d'époxy isolant la fibre de l'extérieur. Une fois les fibres mises ainsi à découvert, le contact avec l'autre des éléments 41, 42 superposés rend apte la création d'une connexion électrique de telle sorte que chaque élément peut être mis au même potentiel électrique. Selon la liaison de la fibre de cet agencement au réseau électrique embarqué dans le véhicule, il 25 devient possible de créer une masse dans l'ensemble des éléments 41, 42 superposés, mais aussi au besoin de permettre la circulation d'un courant porteur ou de commande d'un organe fonctionnel par exemple. 7 L'interface de fixation 410 est décalée en profondeur par rapport à l'extrémité de l'élément 41 qui forme le terminal électrique 8, ce qui se traduit par un pli formant une arête longitudinale courant le long du joint de colle. L'écart entre les pièces 41 et 42 délimité respectivement par les 5 interfaces 410 et 420 permet de créer un logement dans lequel est disposée la colle 43 qui peut être un cordon de colle de type ruban. De manière non limitative, les figures 2 à 5 représentent selon une section transversale, une partie d'extrémité latérale d'une poutre de section creuse. L'assemblage des éléments 41, 42 superposés peut aussi permettre de 10 créer un assemblage de type coplanaire des éléments entre eux. Ici seuls deux éléments 41, 42 sont représentés, sachant également qu'une superposition de plus de deux éléments peut être réalisée selon l'agencement de l'invention. La figure 3 représente une variante de réalisation de la figure 2. Elle reprend 15 des éléments identiques à ceux de la figure 2 à ceci près que le terminal 8 électrique comprend un conducteur 81 d'électricité qui peut être réalisé par du cuivre ou de l'aluminium. Un tel conducteur 81 est ici disposé entre les deux éléments 41, 42 superposés. Avantageusement, le conducteur 81 est mis en relation électrique avec la fibre conductrice contenue dans au moins 20 l'un des éléments 41, 42 réalisé en matériau composite. Compte tenu que fait que le terminal 8 électrique s'étend au niveau d'un des bords latéraux des éléments 41, 42 superposés, il devient ainsi possible de disposer le long de ce même bords un conducteur 81 électrique au travers duquel une puissance électrique permet d'alimenter un équipement de puissance, par 25 exemple un moteur électrique d'entraînement du véhicule. De manière alternative, un tel conducteur peut être un fil de masse, qui du fait de sa relation électrique avec la fibre permet à au moins l'un des 8 éléments 41, 42 de former un réseau de masse utile un fonctionnement des différents équipements électriques embarqués sur le véhicule. Le terminal 8 électrique jouxte latéralement ledit moyen de collage des éléments 41, 42 entre eux. Le terminal 8 jouxte de manière directement 5 adjacente l'interface 410, 420 de fixation des éléments superposés notamment par le côté extérieur du bord d'assemblage des éléments entre eux. Du fait que les parties d'extrémité des éléments 41, 42 formant le terminal 8 électrique sont écartées l'une de l'autre par le conducteur 81 électrique, 10 l'arête linéaire réalisée par deux feuillures 411, 412 adjacentes d'au moins l'un des éléments 41, 42, peut être annulée dans le cas où l'épaisseur du cordon de colle formant ledit moyen de collage 43 des éléments 41, 42 entre eux est approximativement identique à l'épaisseur du conducteur 81 électrique qui lui est directement adjacent. 15 A titre d'exemple nullement limitatif, la pièce obtenue par l'agencement selon la figure 3, est un longeron gauche 5 s'étendant longitudinalement au véhicule dans le compartiment avant dans lequel peut être disposé le moteur par exemple. La figure 4 représente une variante de réalisation de l'agencement de la 20 figure 3, en ce sens qu'elle se démarque par un moyen de liaison électrique 82 rendant par exemple apte la connexion du terminal 8 électrique à un équipement électrique ou à un élément de stockage d'énergie électrique embarqué, telle une batterie. A titre d'exemple, un tel moyen de liaison électrique 82 est réalisé par un 25 trou traversant le terminal 8 électrique dans lequel une borne est destinée à être assemblée. Un tel trou, par exemple obtenu par perçage, permet une 9 mise à nue de la fibre qui est alors apte à venir en connexion électrique avec la borne lors de son assemblage. La borne peut être de type vis/écrou mais peut aussi être de tout type approprié à la réalisation d'un tel point de connexion électrique. 5 A titre d'exemple nullement limitatif, la pièce obtenue par l'agencement selon la figure 4, est un longeron droit 6 s'étendant longitudinalement au véhicule dans le compartiment avant dans lequel peut être disposé le moteur par exemple. La borne permet de relier la masse de la batterie de telle sorte que la fibre contenue dans au moins un des éléments 41, 42 est 10 une fibre de masse électrique. La figure 5 représente une variante de réalisation de l'agencement selon la figure 4, en ce sens qu'il comprend un moyen de collage 43 qui est une colle 44 conductrice d'électricité, en ce sens que la nature même de la matière utilisée à sa fabrication présente une conductivité électrique 15 destinée au transport d'énergie électrique. A titre d'exemple, une telle colle 44 peut être chargée en particules d'argent afin de lui conférer les propriétés électriques requises à la conduction d'électricité. Le terminal 8 électrique et l'interface 413, 423 de fixation des éléments structurant entre eux sont confondus. 20 Dans ce cas, une seule feuillure de l'élément 41 est apte à créer l'agencement de l'invention en recevant une colle apte à conduire l'électricité et à mettre en relation électriquement les éléments 41, 42 entre eux. Une telle variante de conception permet de s'affranchir d'une opération d'agencement d'un conducteur d'électricité, comme cela est le cas du mode 25 de réalisation de la figure 3. 10 A titre d'exemple nullement limitatif, la pièce obtenue par l'agencement selon la figure 5, est un pied milieu 7 liant verticalement un brancard 10 de toit à un bas 11 de caisse au véhicule. Quel que soit le mode de réalisation de l'agencement, la fibre est réalisée 5 avec une matière présentant une conductivité électrique apte à la circulation d'un courant électrique. Préférentiellement, la fibre utilisée à la fabrication de l'élément en matériau composite est réalisée à partir de carbone. Ainsi au moins l'un des éléments 41, 42 est réalisé en matériau composite avec de la fibre de carbone. 10 L'agencement visant à mettre en relation électrique les éléments 41, 42 entre eux, c'est-à-dire au même potentiel électrique, un prétraitement consistant en un retrait de matière isolante de l'élément 41, 42 réalisé à partir d'une matrice en polymère. Cette dernière réalise une couche d'isolant à la fibre qu'elle enveloppe. 15 Le prétraitement consiste par exemple en un retrait d'une quantité d'épaisseur du matériau composite jusqu'à la fibre conductrice contenue dans l'élément 41 ou 42 en matériau composite. Dans le cas d'éléments 41 et 42 réalisés tous deux en matériau composite avec de la fibre conductrice, le prétraitement permettant de créer la feuillure 20 412, 422 pour le terminal 8 électrique est réalisé pour chacun des éléments 41 et 42, ce qui permet de mettre en relation électrique les fibres comprises dans chacun de ces éléments 41, 42. Quel que soit l'agencement susmentionné, l'un des éléments 41, 42 peut être réalisé en acier, notamment à partir d'une tôle d'acier pour la fabrication 25 d'une pièce mixte ou hybride. L'agencement d'un l'élément 41 contenant une fibre et d'un élément en acier rend apte la mise en relation électrique de la fibre de l'élément en matériau composite avec l'élément en acier. 11 Quel que soit la typologie d'élément 41, 42, l'agencement permet de créer un réseau électrique directement par les éléments 41, 42 structuraux formant en tout ou partie la caisse ou le soubassement d'un véhicule. L'agencement selon l'invention permet d'utiliser directement la fibre du 5 matériau composite pour la fabrication d'un réseau électrique embarqué dans le véhicule. La structure de caisse ainsi réalisée avec le recours d"éléments 41 et/ou 42 en matériau composite permet de créer aisément un réseau électrique. La connexion de ce dernier à la masse d'une batterie de stockage d'énergie permet de créer un réseau de masse pour chaque 10 élément réalisé en matériau composite à partir d'une fibre de carbone. Un véhicule réalisé à partir d'éléments en matériau composite selon l'agencement de l'invention est allégé et mécaniquement tout aussi résistant à la déformation qu'un véhicule réalisé intégralement à partir d'acier. En outre, l'utilisation des propriétés physiques de la fibre de carbone 15 comprise dans tout ou partie des éléments en matériau composite permet de créer un réseau de transport d'énergie électrique, pouvant par exemple être du type d'un réseau de masse. Il devient alors possible de s'affranchir d'opération spécifique de pose de fils de masse par exemple, chaque terminal 8 électrique s'étendant REVENDICATIONS1. Agencement d'un moyen de transport d'énergie électrique dans un ensemble d'éléments (41, 42) superposés et reliés entre eux notamment par leurs bords, au moins l'un des éléments (41, 42) étant réalisé dans un matériau composite ayant une matrice en polymère et des fibres, caractérisé en ce qu'au moins l'un des éléments comprend au moins en partie ledit moyen de transport d'énergie électrique réalisé à partir des fibres et en ce qu'il comprend au moins un terminal (8) électrique réalisé au niveau de bords des éléments superposés mutuellement en contact l'un avec l'autre, chaque terminal (8) électrique étant en relation électrique avec les fibres. 2. Agencement selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit terminal (8) électrique est réalisé par un traitement d'une face d'au moins un des éléments (41, 42), le traitement permettant de retirer une quantité d'épaisseur de l'élément en matériau composite jusqu'à la fibre conductrice. 3. Agencement selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un des éléments (41, 42) comprend au moins une arête linéaire réalisée par deux feuillures (41, 412) adjacentes de l'élément, les écarts avec l'autre des éléments superposés et les feuillures étant différents. 4. Agencement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fibre conductrice est réalisée en carbone. 5. Agencement selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit moyen de transport d'énergie électrique comprend un conducteur (81) à base de cuivre ou d'aluminium, disposé entre deux éléments (41, 42) superposés, le conducteur étant mis en relation 13 électrique avec la fibre conductrice par au moins l'un des terminaux (8) électriques. 6. Agencement selon l'une quelconques des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments (41, 42) superposés 5 comprennent une interface (410, 420) de fixation dans laquelle est disposé un moyen de collage. 7. Agencement selon la revendication 6, caractérisé en ce que le terminal (8) jouxte de manière directement adjacente l'interface (410, 420) de fixation des éléments superposés. 10 8. Agencement selon la revendication 6, caractérisé en ce que le terminal (8) électrique et l'interface (413, 423) de fixation des éléments (41, 42) structurant entre eux sont confondus. 9. Agencement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé ce qu'il comprend un moyen de liaison électrique (82) rendant par 15 exemple apte la connexion du terminal (8) électrique à un équipement électrique et/ou à un élément de stockage d'énergie électrique embarqué, telle une batterie. 10. Agencement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé ce qu'au moins un élément (42) structurant est réalisé en acier. 20 11. Véhicule du type d'une automobile comprenant une structure de caisse et ou une pièce de carrosserie réalisée à partir d'un agencement d'un moyen de transport d'énergie électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 10.