Brevet FR3086804A1 — publié le 20200403

BLOC DE BATTERIE DE TRACTION D'UN VEHICULE AVEC CELLULES DIRECTEMENT INTEGREES DANS LE BLOC La présente invention concerne un bloc de batterie d'alimentation pour la traction d'un véhicule automobile électrique ou hybride, ainsi qu'un procédé d'assemblage de ce bloc de batterie, et un véhicule automobile électrique ou hybride équipé d'un tel bloc de batterie. Les véhicules automobiles électriques ou hybrides comportent un bloc de batterie, appelé aussi pack en langue anglaise, comportant des cellules électrochimiques de stockage d'énergie électrique, ainsi qu'un certain nombre d'équipements comme des isolants électriques et thermiques, des renforts mécaniques assurant une liaison et une rigidité, des systèmes de connexion électrique, et des dispositifs d'échanges thermiques pour les réchauffer ou les refroidir. Un type de bloc de batterie connu, présenté notamment par le document WO-A2-157966, comporte des cellules électrochimiques assemblées rigidement dans des modules formant des sous-ensembles, qui sont à leur tour assemblés dans un cadre métallique comprenant des longerons et des traverses, afin de fixer ce bloc de batterie dans la caisse du véhicule tout en assurant une protection mécanique des cellules en cas de choc. On doit prévoir alors pour chaque module un système de maintien mécanique qui assemble ses cellules entre elles, assurant à ce module une tenue suffisante permettant de le manipuler et de le disposer dans le bloc de batterie. Toutefois le système de maintien mécanique de chaque module, venant autour de l'ensemble des cellules de ce module, ajoute un espace entourant cet ensemble qui est pris dans le bloc de batterie au détriment du nombre total de cellules. Ce système de maintien mécanique de chaque module ajoute aussi une masse, et des coûts de pièces et de main d'oeuvre d'assemblage. 2 Le nombre de cellules limité et la masse ajoutée par le regroupement des cellules en module, réduisent globalement l'autonomie de traction électrique du véhicule. De plus l'agencement des cellules dans des modules fermés et scellés, 5 en particulier en disposant habituellement douze cellules par module, oblige en cas d'incident sur certaines cellules de changer le module complet comportant ces cellules, ce qui augmente le coût de la réparation. La présente invention a notamment pour but d'éviter ces problèmes de l'art antérieur. 10 Elle propose à cet effet un bloc de batterie de traction d'un véhicule automobile électrique ou hybride, comportant des cellules électrochimiques, et un cadre comprenant des longerons disposés suivant une direction longitudinale et des traverses disposées suivant une direction transversale, ce bloc étant remarquable en ce que les longerons et les traverses forment entre 15 eux des logements recevant chacun un ensemble de cellules, chaque cellule électrochimique d'un ensemble de cellules non fixée entre elles, étant maintenue en position dans son ensemble par le serrage des longerons et des traverses. Un avantage de ce bloc de batterie est que les longerons et les traverses 20 du cadre recevant entre eux directement les cellules électrochimiques, on évite la formation de sous-ensemble formant des modules nécessitant un espace supplémentaire, et ajoutant une masse et des coûts. De plus le démontage du cadre, en détachant les longerons et les traverses, permet d'accéder directement et individuellement aux cellules de 25 chaque ensemble. On peut changer uniquement des cellules défaillantes d'un ensemble sans éliminer les autres cellules de cet ensemble, les coûts de maintenance sont réduits. Le bloc de batterie selon l'invention peut de plus comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre 30 elles. 3 Avantageusement, les longerons réalisent dans la direction transversale un serrage des ensembles de cellules. On comprendra dans tout le texte de ce document, que les longerons réalisant dans la direction transversale le serrage des ensembles de cellules 5 est un mode de réalisation préféré, mais non limitatif. En variante et de la même manière, à la place des longerons, les traverses peuvent réaliser ce même serrage. Avantageusement, les longerons comportent plusieurs parties de longeron, disposées chacune entre deux traverses proches. 10 Dans ce cas, avantageusement chaque partie de longeron comporte à ses extrémités des éléments de fixation insérés dans des glissières des deux traverses proches, puis vissés sur ces traverses. Avantageusement, le bloc de batterie comporte sur chaque longeron un tirant qui serre l'ensemble du bloc dans la direction longitudinale. 15 Dans ce cas, avantageusement chaque tirant est inséré dans des perçages des traverses comprenant un jeu dans la direction transversale. Avantageusement, chaque cellule électrochimique comporte un isolant électrique ou thermique l'entourant. L'invention a aussi pour objet un procédé d'assemblage d'un bloc de 20 batterie comprenant l'une quelconque des caractéristiques précédentes, remarquable en ce qu'il comporte successivement une opération de mise en position des traverses, puis à une extrémité de ces traverses la pose d'un premier longeron, puis dans chaque espace entre deux traverses la pose d'un premier ensemble de cellules venant contre le premier longeron, puis la pose 25 successive de la même manière d'un longeron suivi d'un ensemble de cellules entre chaque traverse, et enfin la pose d'un dernier longeron, la pose de chaque longeron se faisant avec un serrage transversal sur les ensembles de cellules juxtaposés. De plus, avantageusement le procédé d'assemblage comporte en dernier une opération de serrage longitudinal au niveau de chaque longeron. 4 L'invention a aussi pour objet un véhicule automobile électrique ou hybride comportant un bloc de batterie comprenant l'une quelconque des caractéristiques précédentes, remarquable en ce que les traverses sont disposées dans la direction transversale du véhicule. 5 L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d'exemple et de manière non limitative, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 présente en vue de dessus un ensemble de cellules 10 électrochimiques d'un bloc de batterie selon l'invention ; - la figure 2 présente l'assemblage des longerons et des traverses de ce bloc de batterie ; et - la figure 3 présente le montage final des équipements et accessoires de ce bloc de batterie. 15 La figure 1 présente un ensemble de cellules 2 comportant deux rangées de cellules électrochimiques 4, chaque rangée comprenant douze cellules rectangulaires juxtaposées par leurs grands côtés. Les deux rangées sont alignées l'une sur l'autre, en formant un ensemble de cellules 2 qui est rectangulaire. Des isolants électriques et thermiques 6 20 sont disposés autour de chaque cellule 4, ce qui donne à la fois une isolation entre ces cellules et autour de l'ensemble de cellules 2. La figure 2 présente une première étape de fabrication d'un bloc de batterie comprenant neuf ensembles de cellules 2. Pour cela on dispose quatre traverses parallèles 10, prévues pour venir 25 dans la direction transversale du véhicule, puis un premier longeron 12a disposé à une extrémité latérale du bloc de batteries, qui est dans cet exemple à droite de la figure. On insère ensuite dans chaque espace entre deux traverses proches 10, un premier ensemble de cellules 2a qui est serré contre le premier longeron 12a. 5 On dispose ensuite un deuxième longeron 12b, venant se serrer latéralement sur le côté des premiers ensembles de cellules 2a formant une colonne. On continue ensuite en disposant dans chaque espace entre deux 5 traverses 10, un deuxième ensemble de cellules 2b serré contre le deuxième longeron 12b. On continue de la même manière avec un troisième longeron 12c, puis trois troisièmes ensembles de cellules 2c. On finit en posant un quatrième longeron 12, qui vient fermer latéralement 10 sur le côté gauche chaque rangée d'ensemble de cellules 2, et serrer ces rangées dans cette direction. Chaque longeron 12 comporte plusieurs parties insérées chacune entre deux traverses 10, chaque partie comprenant à ses extrémités des éléments de fixation insérés dans des glissières de ces traverses, puis vissés sur ces 15 traverses. Le vissage de chaque longeron 12 se fait en serrant transversalement les ensembles de cellules 2 posés précédemment. On obtient un bloc de batterie rectangulaire, encadré à sa périphérie par deux traverses 10 et deux longerons 12, et comportant de plus deux traverses et deux longerons intermédiaires. 20 Après la mise en position de l'ensemble des cellules électrochimiques 4, des traverses 10 et des longerons 12, on dispose sur chaque longeron un tirant longitudinal 14, puis on serre chaque tirant pour obtenir un serrage longitudinal complet du bloc de batterie. On notera que la longueur de chaque partie de longeron 12 entre deux traverses proches 10, permet un serrage 25 longitudinal direct de chaque ensemble de cellules 2 par les deux traverses 10 juxtaposées, qui provient de la tension des tirants 14. En particulier chaque tirant 14 est inséré dans des perçages réalisés dans l'épaisseur des traverses 10, et des longerons 12 en passant dans des trous oblongs dans la direction transversale de ces longerons donnant un jeu 30 latéral permettant un ajustement de position lors du serrage définitif du bloc de batterie. 6 On obtient de cette manière dans la direction longitudinale un serrage des traverses 10 sur les cellules juxtaposées 4, et des cellules entre elles dans un même ensemble de cellules 2, qui donne une grande rigidité à l'ensemble. Chaque cellule 4 d'un ensemble de cellules 2 est maintenue en position d'un 5 point de vue mécanique uniquement par le serrage des traverses 10 et les longerons 12, qui serrent les ensembles dans les deux directions. La figure 3 présente l'équipement final du bloc de batterie comprenant une enveloppe extérieure 20 englobant l'ensemble, qui reçoit en plus différents accessoires, notamment de liaison électrique des cellules électrochimiques 4 10 entre elles, de connexions électriques vers l'extérieur, et de réchauffement et de refroidissement des cellules. Les longerons 12 et les traverses 10 constituent une protection efficace des cellules électrochimiques 4 disposées à l'intérieur, évitant de transmettre à ces cellules des chocs latéraux ou des chocs frontaux suivant le type 15 d'accident que peut subir le véhicule. Lors d'opérations d'entretien l'accès à chaque cellule électrochimique individuelle 4 se fait par un démontage du bloc de batterie en sens inverse, comprenant d'abord le desserrage des tirants 14, puis le démontage des longerons 12 en commençant par un longeron d'extrémité 12a, 12b. 20 On continue ensuite à sortir chaque longeron 12, puis chaque ensemble de cellules 2 se trouvant derrière ce longeron, en obtenant un accès direct à chaque cellule électrochimique 4 de ces ensembles libérés, qui ne sont alors plus liées entre elles d'un point de vue mécanique. On peut de manière rapide et économique intervenir individuellement sur 25 des cellules électrochimiques 4 pour les changer, sans avoir à échanger un ensemble de cellules 2 complet, ou à réaliser des opérations plus complexes de démontage à l'intérieur d'un REVENDICATIONS1 - Bloc de batterie de traction d'un véhicule automobile électrique ou hybride, comportant des cellules électrochimiques (4), et un cadre comprenant des longerons (12) disposés suivant une direction longitudinale et des traverses (10) disposées suivant une direction transversale, caractérisé en ce que les longerons (12) et les traverses (10) forment entre eux des logements recevant chacun un ensemble de cellules (2), chaque cellule électrochimique (4) d'un ensemble de cellules (2) non fixée entre elles, étant maintenue en position dans son ensemble (2) par le serrage des longerons (12) et des traverses (10). 2 - Bloc de batterie selon la revendication 1, caractérisé en ce que les longerons (12) réalisent dans la direction transversale un serrage des ensembles de cellules (2). 3 - Bloc de batterie selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les longerons (12) comportent plusieurs parties de longeron, disposées chacune entre deux traverses proches (10). 4 - Bloc de batterie selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque partie de longeron (12) comporte à ses extrémités des éléments de fixation insérés dans des glissières des deux traverses proches (10), puis vissés sur ces traverses (10). 5 - Bloc de batterie selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte sur chaque longeron (12) un tirant (14) qui serre l'ensemble du bloc de batterie dans la direction longitudinale. 6 - Bloc de batterie selon la revendication 5, caractérisé en ce que chaque tirant (14) est inséré dans des perçages des traverses (10) comprenant un jeu dans la direction transversale. 7 - Bloc de batterie selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque cellule électrochimique (4) comporte un isolant électrique ou thermique (6) l'entourant. 8 8 - Procédé d'assemblage d'un bloc de batterie selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte successivement une opération de mise en position des traverses (10), puis à une extrémité de ces traverses la pose d'un premier longeron (12a), puis dans 5 chaque espace entre deux traverses (10) la pose d'un premier ensemble de cellules (2a) venant contre le premier longeron (12a), puis la pose successive de la même manière d'un longeron (12) suivi d'un ensemble de cellules (2) entre chaque traverse (10), et enfin la pose d'un dernier longeron (12d), la pose de chaque longeron (12) se faisant avec un serrage transversal sur les 10 ensembles de cellules (2) juxtaposés. 9 - Procédé d'assemblage selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte en dernier une opération de serrage longitudinal au niveau de chaque longeron (12). 10 - Véhicule automobile électrique ou hybride comportant un bloc de 15 batterie selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les traverses (10) sont disposées dans la direction transversale du véhicule.