Brevet FR3158269A1 — publié le 20250718

Véhicule automobile électrique comprenant un caisson contenant une batterie de traction (2) de ce véhicule, qui est disposé à plat sous une tôle de plancher (20) de l’habitacle du véhicule formant le couvercle de ce caisson, et comprenant un tapis de sol (40) recouvrant la tôle de plancher (20), ce véhicule comportant au moins un conduit (58) relié à une entrée d’air extérieure, qui débouche directement dans un espace intermédiaire de sécurité (46) formé entre le tapis de sol (40) et la tôle de plancher (20). Figure 3 VEHICULE AUTOMOBILE AVEC ENTREE D’AIR ENTRE TAPIS DE SOL ET PLANCHER FORMANT COUVERCLE DE CAISSON DE BATTERIE La présente invention concerne un véhicule automobile équipé d’un plancher d’habitacle formant le couvercle d’un caisson de batterie de traction disposé en dessous, ainsi qu’un procédé de mise en sécurité d’un tel véhicule. La batterie des véhicules automobiles à traction électrique est aujourd’hui souvent disposée à plat sous le plancher de l’habitacle afin de bénéficier d’une grande surface permettant d’installer dans le véhicule une masse importante à une faible hauteur pour maintenir un centre de gravité à un niveau bas. Les batteries sont disposées dans un caisson fermé rigide qui assure une protection mécanique des composants intérieurs pour protéger, et résister aux différents chocs possibles sur le véhicule lors des accidents. Le caisson comporte généralement un bac inférieur plat formant le dessous du véhicule, contenant un plateau recevant un fluide de refroidissement, un cadre présentant des logements recevant les cellules électrochimiques, et les différents composants de connexions électriques et de contrôle électronique. Un couvercle ferme le dessus du caisson pour assurer une étanchéité évitant des entrées d’éléments polluants comme l’eau ou la poussière, et des sorties de fluides lors d’incidents, comme des fuites d’acide ou des fumées qui peuvent être fortement toxiques. La face inférieure du bac du caisson formant le dessous du véhicule répond à un impératif de distance minimum par rapport au sol afin de permettre un roulage sur différents terrains. On cherche à limiter l’épaisseur totale entre la face inférieure du bac et le plancher de l’habitacle, comprenant la batterie, pour garder un plancher suffisamment bas tout en préservant un volume maximum disponible afin de recevoir une batterie disposant d’une capacité de charge la plus importante. Suivant un mode de réalisation connu on forme un caisson indépendant recevant la batterie et fermé par son couvercle étanche, qui est fixé sous le plancher de l’habitacle comprenant ses traverses de rigidification, en préservant un espace entre le couvercle et le plancher formant une lame d’air isolant thermiquement la batterie de ce plancher. Dans ce cas l’épaisseur totale entre le plancher et le dessous du véhicule comprenant les épaisseurs des deux tôles du plancher et du couvercle, et la lame d’air intermédiaire, est relativement importante. De plus le plancher et le couvercle forment deux tôles superposées qui ajoutent une masse au véhicule. Suivant un autre mode de réalisation connu d’un véhicule électrique on réalise une caisse comprenant les traverses de rigidification du plancher, sans prévoir la tôle fixée sous ces traverses pour former le plancher. Le caisson de batterie comprenant un couvercle plat est ensuite fixé en dessous de la caisse du véhicule, en appui sous les traverses, ce couvercle formant alors la tôle du plancher. En variante le couvercle du caisson de batterie peut comporter les traverses de rigidification du plancher, le bas de l’habitacle présentant une grande ouverture qui reçoit alors le caisson fixé autour de cette ouverture pour former en même temps le plancher du véhicule et la rigidification de la caisse. Dans ces deux derniers cas une même tôle forme à la fois le plancher de l’habitacle et le couvercle du caisson, on évite la superposition de deux tôles ce qui réduit la masse, et donne une épaisseur minimum entre le plancher et le dessous du véhicule. D’une manière générale, les caissons de batterie comportent un système de refroidissement interne permettant d’évacuer les calories générées par le fonctionnement normal de cette batterie. Par ailleurs un type de véhicule électrique connu, présenté notamment par le document US-A1-2004062955, comporte deux compartiments successifs disposés à plat sous le plancher de l’habitacle, comprenant à l’avant une pile à combustible, puis après une cloison verticale équipée d’un isolant thermique une batterie alimentant une machine électrique de traction du véhicule. Le plancher arrière comporte au-dessus du compartiment de batterie des perçages d’entrée d’air, et des perçages de sortie d’air équipés d’un ventilateur permettant de faire circuler l’air contenu dans l’habitacle à l’intérieur de ce compartiment pour refroidir la batterie, puis retourner dans l’habitacle. De cette manière on prélève l’air dans l’habitacle qui peut être refroidi par le système d’air conditionné pour le confort des passagers, pour gérer la température de la batterie de traction afin d’optimiser ses performances. Toutefois pour un plancher d’habitacle formant le couvercle de la batterie, lors d’accidents de fonctionnement, en particulier lors d’un emballement thermique de cellules électrochimiques, des gaz très chauds délivrant une quantité importante d’énergie thermique sont produits dans le caisson, en chauffant fortement le plancher. Le plancher d’habitacle des véhicules reçoit généralement une moquette formant un tapis de sol assurant le confort par une isolation thermique et une insonorisation, et supporte différents équipements qui sont fixés dessus. Un échauffement important de la tôle du plancher, en particulier avec une température atteignant 150°, entraînent des problèmes graves, notamment une vaporisation de la peinture du plancher, de ses joints et des composants organiques du tapis de sol, en dégageant alors des gaz toxiques qui sont nocifs pour les passagers. En particulier après une collision du véhicule, les gaz toxiques peuvent incommoder les passagers restant confinés dans l’habitacle en entraînant une réduction de leur vigilance ou une perte de connaissance avec des risques majeurs pour leur sécurité. La présente invention a notamment pour but d’éviter ces problèmes de l’art antérieur. Elle propose à cet effet un véhicule automobile électrique comprenant un caisson contenant une batterie de traction de ce véhicule, qui est disposé à plat sous une tôle de plancher de l’habitacle du véhicule formant le couvercle de ce caisson, et comprenant un tapis de sol recouvrant la tôle de plancher, ce véhicule étant remarquable en ce qu’il comporte au moins un conduit relié à une entrée d’air extérieure, qui débouche directement dans un espace intermédiaire de sécurité formé entre le tapis de sol et la tôle de plancher. Un avantage de ce véhicule automobile est que dans des occasions critiques comprenant une forte élévation de température de la tôle du plancher, lors d’un emballement thermique de la batterie, en réalisant une mise en dépression d’un côté de l’espace intermédiaire de sécurité, on obtient par un autre côté de cet espace une introduction d’un flux d’air frais venant du conduit qui prélève directement l’air extérieur par son entrée d’air. Le flux d’air frais dans l’espace intermédiaire de sécurité apporte à la fois un refroidissement de cet espace qui permet de retarder l’échauffement du tapis de sol disposé au-dessus et des matériaux comme la peinture et les joints du plancher, et un remplacement d’éventuels gaz toxiques qui pourraient commencer à apparaitre par une décomposition des composants proches. On obtient ainsi une temporisation avant un échauffement important du tapis de sol et des autres matériaux donnant des températures critiques qui dégagent des gaz toxiques, assurant pendant cette durée une protection des passagers leur permettant notamment de quitter le véhicule plus facilement. Le véhicule automobile selon l’invention peut comporter de plus une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. Avantageusement, le véhicule comporte un ventilateur de groupe de climatisation réalisant une aspiration du volume d’air de l’espace intermédiaire de sécurité qui est renouvelé par un air extérieur venant des conduits d’entrée. Selon un mode de réalisation, le véhicule comporte des conduits d’entrée d’air extérieur qui constituent des conduits d’évacuation d’eau sur le tour d’un toit ouvrant du véhicule. Dans ce cas, avantageusement les conduits d’entrée d’air extérieur comportent des vannes trois voies permettant une mise en communication des entrées d’air extérieur vers des sorties sous le véhicule pour une évacuation d’eau de pluie, et vers des sorties intérieures débouchant dans l’espace intermédiaire de sécurité. En particulier, les vannes trois voies peuvent comporter des volets d’orientation d’air basculant automatiquement lors d’une dépression dans l’espace intermédiaire de sécurité. Selon un autre mode de réalisation, le véhicule comporte un conduit d’entrée débouchant dans un boîtier d’une antenne de toit formant une entrée d’air extérieur. Dans ce cas, avantageusement le boîtier d’antenne est relié à la carrosserie du véhicule par un joint d’étanchéité laissant entrer l’air sans laisser entrer l’eau extérieure. L’invention a aussi pour objet un procédé de mise en sécurité d’un véhicule automobile comprenant l’une quelconque des caractéristiques précédentes, remarquable en ce qu’en cas d’échauffement de la batterie de traction venant d’une défaillance il commande une mise en dépression dans l’espace intermédiaire provoquant vers lui des entrées d’air extérieur par les conduits d’entrée. L’invention a de plus pour objet un procédé de fonctionnement d’un véhicule automobile comprenant l’une quelconque des caractéristiques précédentes, remarquable en ce que pendant un fonctionnement normal de la batterie de traction dégageant une énergie calorifique, il génère une aspiration d’air venant de l’extérieur en passant par les conduits d’entrée pour chauffer cet air par une circulation dans l’espace intermédiaire, puis le distribuer dans l’habitacle. L’invention a de plus pour objet un procédé de fonctionnement d’un véhicule automobile comprenant l’une quelconque des caractéristiques précédentes, remarquable en ce que pendant un fonctionnement normal de la batterie de traction il génère une aspiration d’air venant de l’extérieur en passant par les conduits d’entrée pour ventiler l’espace intermédiaire en retirant une humidité. 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, en référence aux dessins annexés dans lesquels : FIG. 1 est un schéma en coupe vertical suivant l’axe longitudinal d’un véhicule électrique selon l’invention comportant un couvercle du caisson de batterie formant le plancher de l’habitacle ; FIG. 2 est une vue de dessus du plancher de ce véhicule ; FIG. 3 est une vue en coupe suivant un plan vertical du plancher de ce véhicule avec la batterie en dessous ; FIG. 4 présente une vue d’ensemble de ce véhicule et une vue de détail de son entrée d’air extérieur par le toit ouvrant ; et FIG. 5 présente en variante une entrée d’air par une antenne de toit du véhicule. La FIG. 1 présente une batterie 2 fixée dans un bac 4 réalisé dans une tôle résistante, comportant successivement en partant du bas une tôle plane inférieure du bac 6, une plaque de refroidissement de la batterie 8 comprenant un circuit de fluide d’échange thermique, un cadre rigide 10 de maintien des cellules électrochimiques 12, et des équipements électriques et électroniques 14 de connexion et de contrôle de la batterie. Un couvercle de batterie 20 est fixé sur le contour du bac 4 par une série de vis assurant une étanchéité du caisson formé par le bac avec son couvercle, ce qui permet de préparer un sous-ensemble comprenant la batterie 2 enfermée dans son caisson. La caisse du véhicule 16 fabriquée sans le plancher de l’habitacle, présente à la place de ce plancher une grande ouverture avec un contour plat 18 qui s’étend sur toute la base de cet habitacle. Sur la chaîne d’assemblage des véhicules le caisson fermé comprenant la batterie 2 est levé pour s’ajuster sous la caisse du véhicule 16, en appliquant le rebord 22 du couvercle 20 sous le contour de l’ouverture 18, afin de serrer une série de vis 26 réparties sur ce contour avec un joint intermédiaire réalisant l’étanchéité inférieure de l’habitacle. Des traverses de rigidification de la caisse 24 disposées sur le dessus du couvercle 20, présentent des extrémités fixées ensuite à la caisse 16 pour renforcer le plancher et recevoir les sièges. En variante les traverses de rigidification 24 peuvent être fixées au préalable à la caisse du véhicule, le dessus du couvercle 20 formant un plan venant sous ces traverses. Les figures 2 et 3 présentent la batterie 2 fixée dans le caisson, comprenant une plaque isolation thermique 42 qui est disposée entre les cellules électrochimiques 12 et le plancher de l’habitacle 20. Un ventilateur 32 de groupe de climatisation 30, inséré dans une gaine, pulse un air frais extérieur prélevé dans un auvent formant un caisson disposé en bas du pare-brise, sous le capot moteur, entre l’habitacle et le compartiment moteur, pour le chauffer ou le refroidir à travers des échangeurs thermiques, puis l’envoyer dans l’habitacle en réalisant sa climatisation. Pour un fonctionnement normal le ventilateur 32 du groupe de climatisation 30 envoie l’air de régulation de température dans un conduit central posé au sol 34 se trouvant dans la console entre les deux sièges avant de l’habitacle, juste au-dessus du plancher 20, qui alimente deux conduits latéraux 36 passant sous chaque siège avant. Chaque conduit latéral 36 débouche sur un côté du véhicule par une sortie de son extrémité 38 disposée suivant la direction longitudinale sensiblement au centre de l’habitacle. Un tapis de sol 40 est disposé au-dessus de l’ensemble du plancher de l’habitacle 20 formant le couvercle du caisson de batterie, avec un espace intermédiaire de sécurité 46 présentant une épaisseur E sensiblement constante qui est maintenue entre les deux par des cales intermédiaires. Chaque conduit latéral 36 présentant une section plate posée sur le tapis de sol 40, débouche en au moins un endroit sur un perçage 44 sensiblement au milieu de ce tapis afin de le mettre en communication avec l’espace intermédiaire 46 de ce côté du véhicule. Un volet commandé 48 disposé entre le perçage du tapis 44 et la sortie d’extrémité de chaque conduit latéral 38, permet dans une position de repos lors du fonctionnement normal de fermer ce perçage pour relier le groupe de climatisation 30 à la sortie d’extrémité 38, et dans une position d’activation ouvre ce perçage en fermant l’accès à la sortie. La commande du volet 48 peut comporter tout type de motorisation, comprenant notamment un moteur électrique ou un électroaimant. Avantageusement l’espace intermédiaire E présente une épaisseur comprise entre 10 et 30mm qui assure à la fois une isolation thermique entre le tapis de sol 40 et le plancher 20, et la possibilité de circulation d’une lame d’air dans cet espace. Dans un fonctionnement normal du véhicule les volets commandés 48 sont au repos en fermant les perçages 44 du tapis de sol 40, le groupe de climatisation 30 envoie un air rafraîchi ou réchauffé au niveau des pieds des passagers par les sorties d’extrémité 38 des conduits latéraux 36. En cas de détection par le système de contrôle de la batterie d'un problème d’emballement thermique de ses cellules 12, qui commence à chauffer fortement le plancher d'habitacle 20 directement en contact avec cette batterie, ce système provoque un basculement automatique des volets 48 qui mettent en communication l'espace intermédiaire 46 sous le tapis de sol 40 avec le groupe de climatisation 30, en fermant les sorties d’extrémité des conduits latéraux 38. De plus les différents volets internes de répartition d’air du groupe de climatisation 30 sont manœuvrés pour mettre en communication l’entrée d’air extérieur du véhicule avec le conduit central de l’habitacle 34. Le ventilateur 32 est ensuite actionné à l’envers de manière à générer une dépression dans le conduit central 34, et par les conduits latéraux 36 une aspiration dans l’espace intermédiaire 46 sous le tapis de sol 40, à la source même des émanations toxiques qui sont renvoyées vers l’extérieur en passant par l’auvent. On obtient à la fois un refroidissement de l’espace intermédiaire 46 par l’apport d’air frais remplaçant celui aspiré qui évite un échauffement du tapis de sol 40, et une aspiration des gaz toxiques qui peuvent commencer à être émis, notamment par une dégradation de la peinture du plancher 20, des joints d’étanchéité souples de ce plancher, ou du tapis de sol. Les gaz chauds comprenant des composés organiques volatils et d’autres composants toxiques sont évacués à l’extérieur du véhicule, en prenant le chemin inverse de l’entrée normale de l’air frais extérieur dans l’habitacle. Avantageusement on commande une succession de séquences courtes d’aspiration par le ventilateur 32, selon un profil déterminé au préalable par des essais, afin de ne pas générer une dépression trop forte dans l’espace intermédiaire 46, mais suffisante pour capter les gaz présents à l’endroit de leur apparition, et éviter leur diffusion dans l’habitacle. En variante les volets 48 peuvent disposer d’une bascule automatique, sans l’aide d’une motorisation, en prévoyant une géométrie particulière de l’axe de rotation par rapport au volet afin d’obtenir une bascule systématique, à l’encontre d’un ressort par exemple, en cas de mise en dépression venant du groupe de climatisation 30. La FIG. 4 présente un toit ouvrant comprenant une tôle intérieure 50 fixée sous la tôle de toit 66 de la caisse du véhicule 16, et des rails 52 posés dessus recevant le toit coulissant 54. La tôle intérieure 50 comporte une gouttière 56 faisant le tour de l’ouverture, comprenant de chaque côté du véhicule un perçage d’évacuation de l’eau de pluie reçue par cette gouttière, qui se prolonge par un conduit d’évacuation descendant faisant entrée d’air 58, logé dans l’habillage intérieur de l’habitacle pour déboucher par une sortie sous le véhicule 60 permettant un écoulement de cette eau vers l’extérieur dans les conditions normales d’utilisation. Le conduit 58 comporte une vanne trois voies 62 qui dans une position de repos met ce conduit en liaison vers la sortie sous le véhicule 60, et dans une position d’activation le met en liaison avec une sortie intérieure 64 débouchant sur des côtés de l’espace intermédiaire de sécurité 46, comme présenté FIG. 3 . En cas de détection par le système de contrôle de la batterie d'un problème d’emballement thermique de ses cellules 12 qui commence à chauffer fortement le plancher d'habitacle 20, ce système provoque automatiquement un basculement des vannes trois voies 62 pour mettre les conduits d’évacuation 58 en liaison avec la sortie intérieure 64, et commande par le groupe de climatisation 30 une aspiration des gaz de cet espace intermédiaire 46 par les perçages 44 dans une partie centrale du tapis de sol 40. On obtient par la mise en dépression de la partie centrale de l’espace intermédiaire 46 une entrée d’air venant des sorties intérieures 64 reliées directement par les conduits d’entrée d’air 58 conduisant l’air extérieur prélevé au-dessus du véhicule. On notera qu’en cas d’incendie dans la batterie de traction 2 disposée sous le véhicule, l’air extérieur prélevé au-dessus du toit à toutes les chances d’être moins mélangé aux fumées issues de cette combustion. Avantageusement le conduit d’évacuation 58 de chaque côté du véhicule est relié avec sa vanne trois voies 62 et sa sortie intérieure 64 à l’espace intermédiaire 46 disposé du même côté du véhicule de manière à assurer une alimentation en air frais extérieur symétrique pour les côtés. En variante les vannes trois voies 62 peuvent comporter un pilotage automatique sans motorisation, comprenant des volets qui basculent en cas de mise en dépression de l’espace intermédiaire 46. La FIG. 5 présente un capot d’antenne de toit 70 fixé par l’intermédiaire d’un joint d’étanchéité 72 et d’une embase 74 sur la tôle de toit 66 de la caisse du véhicule. L’embase 74 comporte un perçage inférieur comprenant un embout 76 traversant la tôle de toit 66, qui reçoit un conduit d’entrée d’air 58 comprenant à son extrémité une sortie intérieure 64 arrivant sur les côtés de l’espace intermédiaire 46 sous le tapis de sol 40. Le joint d’étanchéité 72 présentant une porosité permettant l’entrée d’air dans le capot d’antenne 70, mais interdisant l’entrée d’eau, constitue une prise d’air extérieur pour le diriger directement vers l’espace intermédiaire 46 de ventilation sous le tapis de sol 40, qui est prélevé aussi sur le véhicule loin des fumées issues d’une combustion de la batterie de traction 2. De plus avec le joint d’étanchéité 72 permettant une entrée d’air dans le capot 70, l’antenne de toit contenue à l’intérieur, dégageant de la chaleur lors de son fonctionnement, est plus facilement ventilée et refroidie. En variante non représentée l’entrée d’air extérieur des conduits 58 peut être disposée dans tout autre zone supérieure du véhicule, comme une charnière de volet de coffre arrière, ou une liaison avec un béquet supérieur arrière de la caisse du véhicule. D’une manière générale, lors du fonctionnement normal de la batterie 2 ses cellules électrochimiques 12 dégagent des calories en donnant à cette batterie une température d’environ 30°C. Selon un autre mode de fonctionnement de l’invention, on utilise le groupe de climatisation 30 pour générer une aspiration d’air venant de l’extérieur en passant par les conduits d’entrée d’air 58, qui circulent ensuite dans l’espace intermédiaire 46 légèrement chauffé par la batterie 2 disposée sous la tôle de plancher 20, avant de distribuer cet air chaud dans l’habitacle pour assurer son chauffage. Selon un autre mode de fonctionnement de l’invention, on utilise le groupe de climatisation 30 pour réaliser une circulation d’air venant des conduits d’entrée d’air extérieur 58, dans l’espace intermédiaire 46 afin d’assécher cet espace en retirant une humidité et en évitant une formation de condensation sur des parties froides. En particulier la présence d’une plaque de refroidissement 8 dans la batterie 2 peut donner un point de rosée apportant une condensation au-dessus de la tôle de plancher d’habitacle 20, on élimine cette humidité. Véhicule automobile électrique comprenant un caisson contenant une batterie de traction (2) de ce véhicule, qui est disposé à plat sous une tôle de plancher (20) de l’habitacle du véhicule formant le couvercle de ce caisson, et comprenant un tapis de sol (40) recouvrant la tôle de plancher (20), caractérisé en ce qu’il comporte au moins un conduit (58) relié à une entrée d’air extérieure, qui débouche directement dans un espace intermédiaire de sécurité (46) formé entre le tapis de sol (40) et la tôle de plancher (20). Véhicule automobile selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comporte un ventilateur (32) de groupe de climatisation (30) réalisant une aspiration du volume d’air de l’espace intermédiaire de sécurité (46) qui est renouvelé par un air extérieur venant des conduits d’entrée (58). Véhicule automobile selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu’il comporte des conduits d’entrée d’air extérieur (58) qui constituent des conduits d’évacuation d’eau sur le tour d’un toit ouvrant du véhicule. Véhicule automobile selon la revendication 3, caractérisé en ce que les conduits d’entrée d’air extérieur (58) comportent des vannes trois voies (62) permettant une mise en communication d’entrées d’air extérieur vers des sorties sous le véhicule (60) pour une évacuation d’eau de pluie et vers des sorties intérieures (64) débouchant dans l’espace intermédiaire de sécurité (46). Véhicule automobile selon la revendication 4, caractérisé en ce que les vannes trois voies (62) comportent des volets d’orientation d’air basculant automatiquement lors d’une dépression dans l’espace intermédiaire de sécurité (46). Véhicule automobile selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte un conduit d’entrée (58) débouchant dans un boîtier d’une antenne de toit (70) formant une entrée d’air extérieur. Véhicule automobile selon la revendication 6, caractérisé en ce que le boîtier d’antenne (70) est relié à la carrosserie du véhicule par un joint d’étanchéité (72) laissant entrer l’air sans laisser entrer l’eau extérieure. Procédé de mise en sécurité d’un véhicule automobile selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’en cas d’échauffement de la batterie de traction (2) venant d’une défaillance il commande une mise en dépression dans l’espace intermédiaire (46) provoquant vers lui des entrées d’air extérieur par les conduits d’entrée (58). Procédé de fonctionnement d’un véhicule automobile selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que pendant un fonctionnement normal de la batterie de traction (2) dégageant une énergie calorifique, il génère une aspiration d’air venant de l’extérieur en passant par les conduits d’entrée (58) pour chauffer cet air par une circulation dans l’espace intermédiaire (46), puis le distribuer dans l’habitacle. Procédé de fonctionnement d’un véhicule automobile selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que pendant un fonctionnement normal de la batterie de traction (2) il génère une aspiration d’air venant de l’extérieur en passant par les conduits d’entrée (58) pour ventiler l’espace intermédiaire (46) en retirant une humidité.