Brevet FR3149828A1 — publié le 20241220

L’invention concerne un pack batterie de véhicule automobile, comprenant : - un couvercle supérieur (CS) ayant une projection vers le bas et un premier bord externe (SD), - un couvercle inférieur (CI) ayant une projection vers le haut et un deuxième bord externe (ID), - des modules de batterie (M) disposés entre les couvercles (CS, CI) ; - au moins une traverse interne (TI) solidarisée au couvercle supérieur (CS) ; - au moins un profilé latéral (PL) comprenant une portion interne (LP) disposée au-dessus de la partie supérieure et/ou du premier bord interne (SP), en y étant solidarisée ; et une portion externe (LD) disposée au-dessus des premier et deuxième bords externes (ID, SD), en y étant solidarisée. L’invention concerne également un véhicule et un procédé sur la base d’un tel pack batterie. Figure de l’abrégé : Fig. 3 PACK BATTERIE COMPRENANT DES COUVERCLES SUPERIEUR ET INFERIEUR EN FORME DE CUVETTE ET UN PROFILE EN Z, VEHICULE AUTOMOBILE ET PROCEDE SUR LA BASE D’UN TEL PACK BATTERIE L’invention concerne le domaine des systèmes de stockage d’énergie électrique à haute tension dans des véhicules automobiles, et plus particulièrement la protection des packs batterie de véhicule automobile vis-à-vis de chocs sur ledit véhicule. Les packs batterie du demandeur sont généralement constitués des éléments suivants, illustrés en , du bas vers le haut : - un couvercle inferieur CI renforcé pour résister aux impacts verticaux vers le haut (ou impacts dits « cailloux ») ; - un système de refroidissement comprenant une plaque de refroidissement PR en partie inferieure ; - un cadre structurel C1 pour résister aux chocs frontaux et latéraux sur le véhicule : y compris un cadre extérieur C2 constitué de profilés PL en aluminium et des traverses latérales TL ; - des modules de batterie M fixés aux les traverses latérales TL du cadre structurel CS ; - une barre de bus (ou « Busbar » en langue anglaise), non représentée ; et - un couvercle supérieur non représenté. La plaque de refroidissement PR est directement en contact avec les modules M pour favoriser l'échange de chaleur par conductivité. Cependant, elle est en partie inferieure des modules M, tandis que l'air réchauffé autour des modules M, a tendance à monter vers le haut, ce qui implique un rendement de refroidissement non optimal. L’encombrement en hauteur est important, car il y a deux zones d'espace vide en partie supérieure et inférieure par rapport aux modules M : l’espace supérieur est alloué à l'éventuel gaz produit en cas d’emballement thermique, et l’espace inferieur est alloué à la protection contre les chocs verticaux vers le haut (dits « caillou »). Les traverses latérales TL faisant partie du cadre structurel C1, ont une fonction de tenue en choc poteau latéral. Elles sont en partie inférieure du pack batterie, et elles sont limitées en hauteur afin de laisser de la place aux barres de bus en partie supérieure. Les traverses TL ne sont donc pas en face d’un longeron de caisse où elles rentrent lors d’efforts de choc latéral. Il en résulte un rendement d’effort non optimal, un besoin de renforcer ces traverses TL et de coupler ces efforts avec les efforts d’une traverse d'assise de la caisse. Le profilé latéral PL faisant partie du cadre structurel C1, il a pour fonction de repartir les efforts sur chaque traverse et de protéger les modules M des intrusions en choc de poteau latéral. Ce profilé PL en aluminium est encombrant. Un objectif de la présente invention est de remédier aux défauts de l’art antérieur, et notamment de limiter l’encombrement autour du pack batterie tout en ayant une bonne tenue mécanique, une bonne résistance aux chocs, et un rendement optimisé de refroidissement. Pour atteindre cet objectif, l’invention propose un véhicule automobile dans un repère dans l’espace comprenant un axe latéral suivant une direction latérale du véhicule automobile, définissant un sens interne vers l’intérieur du véhicule automobile, et un sens externe vers l’extérieur du véhicule automobile, et un axe vertical perpendiculaire à l’axe latéral, le véhicule automobile comprenant un pack batterie qui comprend : - un couvercle supérieur creux ouvert vers le bas en référence à l’axe vertical, comprenant une partie supérieure prolongée latéralement par un premier bord interne formant une projection vers le bas en référence à l’axe vertical, prolongé latéralement par un premier bord externe formant une projection latérale externe en référence à l’axe latéral, - un couvercle inférieur creux ouvert vers le haut en référence à l’axe vertical, comprenant un deuxième bord interne formant une projection vers le haut en référence à l’axe vertical, prolongé latéralement par un deuxième bord externe formant une projection latérale externe en référence à l’axe latéral, le premier bord externe étant disposé au-dessus du deuxième bord externe, - des modules de batterie disposés entre le couvercle supérieur et le couvercle inférieur ; - au moins une traverse interne passant entre des modules de batterie, ladite traverse étant solidarisée au couvercle supérieur ; - au moins un profilé latéral comprenant une portion interne disposée au-dessus de la partie supérieure et/ou du premier bord interne, en y étant solidarisée ; et une portion externe disposée au-dessus des premier et deuxième bords externes, en y étant solidarisée. Avantageusement, l’invention permet d’avoir un agencement des éléments internes optimisé pour répondre aux exigences de refroidissement, de gestion de l’emballement thermique, d’optimisation du volume de chimie (espace en Z et en Y), de gestion du choc latéral et du choc vertical vers le haut (dit « caillou »), par rapport à un pack standard. L’invention implique en conséquence, un gain de volume et de performances, ainsi qu’une réduction de masse. Selon une variante, la portion externe et les premier et deuxième bords externes, sont configurés pour être solidarisés à un longeron de caisse du véhicule automobile. Cela permet d’avoir une pièce de fixation qui subit les chocs sur le véhicule de sorte à protéger les modules de batterie. Selon une variante, la portion externe et les premier et deuxième bords externes, sont configurés pour être solidarisés audit longeron par vissage par le dessous en référence à l’axe vertical. Cela permet fixer facilement le pack batterie au véhicule automobile. Selon une variante, ladite traverse est soudée au couvercle supérieur. Cela permet d’avoir une bonne cohésion des pièces de renfort internes du pack batterie et un renfort interne du couvercle supérieur Selon une variante, le couvercle supérieur est soudé au profilé latéral. Cela permet d’avoir une bonne cohésion du pack batterie et un renfort externe solidarisé au couvercle supérieur. Selon une variante, le profilé latéral comprend de l’acier. Cela permet d’avoir une bonne tenue mécanique de cette pièce de renfort plate. Selon une variante, ladite traverse interne est configurée pour s’étendre latéralement suivant l’axe latéral de manière perpendiculaire audit longeron. Cela permet de faire les chocs du longeron sur la traverse interne. Selon une variante, le pack batterie comprend un système de refroidissement à fluide immersif. Cela permet d’avoir un refroidissement efficace au moyen d’un fluide de refroidissement dans le pack batterie. Selon une variante, le véhicule automobile comprend en outre un longeron de caisse, et le pack batterie est fixé au longeron de caisse. Un autre objet de l’invention concerne un procédé de montage d’un pack batterie d’un véhicule automobile selon l’invention, comprenant les étapes suivantes : - une étape de mise en place du pack batterie de sorte que la portion externe et les premier et deuxième bords externes, soient disposés en dessous du longeron de caisse ; et - une étape de solidarisation pour visser la portion externe et les premier et deuxième bords externes, au longeron de caisse, par vissage par le dessous. L'invention sera davantage détaillée par la description de modes de réalisation non limitatifs, et sur la base des figures annexées illustrant des variantes de l'invention, dans lesquelles : - illustre schématiquement une vue éclatée dans l’espace d’un premier type d’agencement de pack batterie de véhicule automobile selon l’art antérieur ; - illustre schématiquement une vue en coupe d’un deuxième type d’agencement de pack batterie selon l’art antérieur, fixé dans une caisse de véhicule automobile ; - illustre schématiquement une vue en coupe d’un agencement de pack batterie selon un premier mode de réalisation de l’invention, fixé dans une caisse de véhicule automobile ; - illustre schématiquement une vue en coupe d’un agencement de pack batterie selon un deuxième mode de réalisation, fixé dans une caisse de véhicule automobile ; et - illustre schématiquement une vue en coupe d’un agencement de pack batterie selon un troisième mode de réalisation, fixé dans une caisse de véhicule automobile. L'invention concerne un nouvel agencement de pack batterie de véhicule automobile. L’invention est décrite dans un repère dans l’espace comprenant un axe latéral Y suivant une direction latérale du pack batterie, et un axe vertical Z perpendiculaire à l’axe latéral Y. Dans ce nouvel agencement, le pack batterie comprend : - un couvercle supérieur CS de forme modifiée par rapport à ceux de l’art antérieur ; - un profilé latéral PL mince, de préférence en acier, remplaçant le profilé en aluminium épais de l’art antérieur ; - des traverses internes TI surélevées suivant l’axe Z, alignées et assemblées avec le nouveau profilé PL par l’intermédiaire du couvercle supérieur CS ; la hauteur de la traverse interne TI peut être optimisée afin de permettre un recouvrement de 100% avec le profilé de longeron de caisse LV. Une équerre E peut être ajoutée en partie inférieure de la traverse interne TI comme l’illustre la , pour permettre un appui dans la zone des feuillures (bords ID, SD détaillés ci-après) du couvercle supérieur CS et inférieur CI, afin de limiter l’intrusion dans cette zone. - un système de refroidissement immersif qui remplace la plaque de refroidissement de l’art antérieur ; - un couvercle inférieur CI de forme modifiée par rapport à ceux de l’art antérieur. L’invention permet d’avoir un gain en volume suivant les axes Y et Z ; et un gain de masse et de performances. Les agencements des figures 2 et 3 montrent l’évolution de l’invention. La transverse latérale TL fixée au couvercle dans l’art antérieur a été remplacée par le couvercle supérieur CS en forme de cuvette inversée avec une partie supérieure en fond de cuvette, un premier bord interne SP latéral et un premier bord externe SD à une extrémité latérale. En particulier, la partie supérieure est prolongée latéralement par le premier bord interne SP qui forme une projection vers le bas en référence à l’axe vertical Z. Le premier bord interne SP est prolongé latéralement par le premier bord externe SD qui forme une projection latérale en référence à l’axe latéral Y, Le couvercle inférieur CI a également une forme de cuvette avec optionnellement une partie inférieure en fond de cuvette, un deuxième bord interne IP latéral et un deuxième bord externe ID à une extrémité latérale. En particulier, le deuxième bord interne IP forme une projection vers le haut en référence à l’axe vertical Z, et est prolongé latéralement par le deuxième bord externe ID formant une projection latérale en référence à l’axe latéral Y. Dans le cadre de l’invention, le premier bord externe SD est disposé au-dessus du deuxième bord externe ID. Ils peuvent être l’un contre l’autre ou espacés selon la variante considérée. Il en est de même concernant les parties du couvercle supérieur CS et du profilé latéral PL. Elles sont espacées à la partie externe en . En outre, les bords externes SD, ID sont solidarisés ensemble et au profilé latéral PL, et sont configurés pour être solidarisés à un longeron de caisse LV. Une pièce de fixation F1 est prévue à cet effet, par exemple une vis de fixation. Dans les agencements des figures 2 et 3, les différences sont les suivantes : - le couvercle supérieur CS remplace la paroi verticale externe du profilé TL ; - le couvercle inferieur CI remplace la paroi verticale intermédiaire du profilé TL ; - la partie restante du profilé TL est supprimée ; - la fonction de choc de résistance à la flexion (dit « choc poteau »), est assurée par l'ajout du profilé latéral PL en acier à faible encombrement, en partie extérieure du couvercle supérieur CS ; - les traverses internes TI sont remontées suivant l’axe Z afin d'être en face du longeron LV et soudées au couvercle supérieur CS et au profilé latéral PL. De cette manière, on reconstitue un nouveau cadre structurel entre traverse latérales et profilé latéral PL en acier en forme d'équerre en Z ou L. En plus du gain en masse et en performances associé à l’optimisation de la gestion thermique et du choc, il y a un gain d’espace suivant l’axe Y dû à la réduction d’encombrement du profilé PL. Ce nouveau profilé PL, de préférence en acier, plus préférentiellement à très haute limite élastique (de l’ordre de 1000 – 1500 MPa), a une forme en L ou en Z, le bord supérieur pouvant augmenter la raideur en flexion pour contrer les intrusions. Quelques calculs de principe ont été réalisés afin de démontrer le potentiel du concept. La pièce de fixation F1, est repliée en raison des chocs, mais les modules de batterie M ne sont pas sensiblement touchés. Pour des raisons de simplicité de modélisation, dans la , la paroi verticale du couvercle supérieur CS et le profilé PL en forme d’équerre sont fusionnés, tout en gardant des propriétés d’épaisseur et de matériau représentatives. Le couvercle supérieur CS peut être obtenu selon plusieurs procédés de mise en forme différents, par exemple par emboutissage ou par pliage. Dans le cas de l’emboutissage, l’avantage est qu’on obtient une pièce unique étanche. L’inconvénient est que la taille de l’outil d’emboutissage est relativement importante et la forme en cuvette impose des pentes d'emboutissage de 6 degrés environ ( ), défavorable à la transmission d'effort de choc. Dans le cas du pliage, l’avantage est que l’outillage est plus accessible que pour l’emboutissage, et on peut avoir une inclinaison de paroi pratiquement verticale ( ), favorable au passage d'effort de choc. L’inconvénient est que les quatre coins du couvercle sont obtenus par soudage entre bords repliés, l'étanchéité n'est alors pas assurée. Cela nécessite l'ajout de quatre inserts en plastiques avec produit gonflant ou une autre solution. Le pack batterie proposé peut être obtenu selon plusieurs procédés de montage différents, de préférence avec une fixation de la portion externe LD et des premier et deuxième bords externes ID, SD au longeron LV, par le bas comme l’illustrent les figures 3 à 5. Le montage peut se faire par un procédé de montage équivalent au pack standard, avec pose des modules M par le haut (couvercle supérieur CS retourné), auquel s'ajoute une rotation de 180° du couvercle supérieur CS et des modules M autour de l'axe longitudinal véhicule. Le montage peut aussi se faire par un procédé de montage avec une pose des modules M par le bas, par des robots et vissés sur le cadre structurel, directement en position véhicule. Le refroidissement peut se faire par une plaque de refroidissement comme dans l’art antérieur ou par un système de refroidissement à fluide immersif. Plancher de la caisse peut être standard, ou il peut être supprimé. Dans ce cas, c’est une partie du couvercle supérieur CS du pack batterie qui assure une fonction de plancher au moins partiel (étanchéité de la caisse, support aux occupants, …). Véhicule automobile dans un repère dans l’espace comprenant un axe latéral (Y) suivant une direction latérale du véhicule automobile, définissant un sens interne vers l’intérieur du véhicule automobile, et un sens externe vers l’extérieur du véhicule automobile, et un axe vertical (Z) perpendiculaire à l’axe latéral (Y), le véhicule automobile comprenant un pack batterie qui comprend : - un couvercle supérieur (CS) creux ouvert vers le bas en référence à l’axe vertical (Z), comprenant une partie supérieure prolongée latéralement par un premier bord interne (SP) formant une projection vers le bas en référence à l’axe vertical (Z), prolongé latéralement par un premier bord externe (SD) formant une projection latérale externe en référence à l’axe latéral (Y), - un couvercle inférieur (CI) creux ouvert vers le haut en référence à l’axe vertical (Z), comprenant un deuxième bord interne (IP) formant une projection vers le haut en référence à l’axe vertical (Z), prolongé latéralement par un deuxième bord externe (ID) formant une projection latérale externe en référence à l’axe latéral (Y), le premier bord externe (SD) étant disposé au-dessus du deuxième bord externe (ID), - des modules de batterie (M) disposés entre le couvercle supérieur (CS) et le couvercle inférieur (CI) ; - au moins une traverse interne (TI) passant entre des modules de batterie, ladite traverse (TI) étant solidarisée au couvercle supérieur (CS) ; - au moins un profilé latéral (PL) comprenant une portion interne (LP) disposée au-dessus de la partie supérieure et/ou du premier bord interne (SP), en y étant solidarisée ; et une portion externe (LD) disposée au-dessus des premier et deuxième bords externes (ID, SD), en y étant solidarisée. Véhicule automobile selon la revendication 1, caractérisé en ce que la portion externe (LD) et les premier et deuxième bords externes (ID, SD), sont configurés pour être solidarisés à un longeron (LV) de caisse du véhicule automobile. Véhicule automobile selon l’une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que la portion externe (LD) et les premier et deuxième bords externes (ID, SD), sont configurés pour être solidarisés audit longeron (LV) par vissage par le dessous en référence à l’axe vertical (Z). Véhicule automobile selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite traverse (TI) est soudée au couvercle supérieur (CS). Véhicule automobile selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le couvercle supérieur (CS) est soudé au profilé latéral (PL). Véhicule automobile selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le profilé latéral (PL) comprend de l’acier. Véhicule automobile selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ladite traverse interne (TI) est configurée pour s’étendre latéralement suivant l’axe latéral (Y) de manière perpendiculaire audit longeron (LV). Véhicule automobile selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu’il comprend un système de refroidissement à fluide immersif. Véhicule automobile selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant en outre un longeron de caisse (LV), caractérisé en ce que le pack batterie est fixé au longeron de caisse (LV). Procédé de montage d’un pack batterie d’un véhicule automobile selon la revendication 9, comprenant les étapes suivantes : - une étape de mise en place du pack batterie de sorte que la portion externe (LD) et les premier et deuxième bords externes (ID, SD), soient disposés en dessous du longeron de caisse (LV) ; et - une étape de solidarisation pour visser la portion externe (LD) et les premier et deuxième bords externes (ID, SD), au longeron de caisse (LV), par vissage par le dessous.