EP3991238A1 - Batterie de stockage d'électricité et véhicule - Google Patents

Batterie de stockage d'électricité et véhicule

Info

Publication number
EP3991238A1
EP3991238A1 EP20734046.4A EP20734046A EP3991238A1 EP 3991238 A1 EP3991238 A1 EP 3991238A1 EP 20734046 A EP20734046 A EP 20734046A EP 3991238 A1 EP3991238 A1 EP 3991238A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
plate
fins
battery
angle
volume
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP20734046.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Frédéric Greber
Philippe ACHON
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Faurecia Systemes dEchappement SAS
Original Assignee
Faurecia Systemes dEchappement SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Faurecia Systemes dEchappement SAS filed Critical Faurecia Systemes dEchappement SAS
Publication of EP3991238A1 publication Critical patent/EP3991238A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/60—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
    • B60L50/64—Constructional details of batteries specially adapted for electric vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/271—Lids or covers for the racks or secondary casings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/60—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
    • B60L50/66—Arrangements of batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/24—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries
    • B60L58/26—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries by cooling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/613—Cooling or keeping cold
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/625—Vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6551—Surfaces specially adapted for heat dissipation or radiation, e.g. fins or coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6556—Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6567—Liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/233—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions
    • H01M50/242—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions adapted for protecting batteries against vibrations, collision impact or swelling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/244—Secondary casings; Racks; Suspension devices; Carrying devices; Holders characterised by their mounting method
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/249—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders specially adapted for aircraft or vehicles, e.g. cars or trains
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the invention generally relates to batteries for storing electricity, in particular for motor vehicles.
  • the bottom of the battery must respect a large number of constraints. It must make it possible to cool the electricity storage cells, support the weight of the cells, and protect these cells against a possible intrusion from below, for example the projection of an object on the roadway or an impact against an obstacle. lying on the roadway.
  • the invention aims to provide a battery making it possible to comply with the above constraints.
  • the invention relates according to a first aspect to an electricity storage battery for a vehicle comprising:
  • a heat exchanger comprising a metallic upper plate defining the bottom of the casing, a lower plate delimiting with the upper plate a circulation volume of a heat transfer fluid, and a plurality of upper fins housed in the circulation volume, the upper fins extending in a first direction, the upper fins being arranged to transmit forces between the upper and lower plates;
  • a protective plate covering the lower plate and defining with the lower plate a lower volume
  • the lower fins extending in a second direction and being arranged to transmit forces between the protective plate and the lower plate, the lower plate forming with the lower fins and the plate protection one rigid frame taking up most of the forces to which the battery is subjected.
  • the structure of the battery makes it possible to meet the requirements described above.
  • the cooling of the electricity storage cells is obtained by circulating the heat transfer fluid in the volume located between the upper plate and the lower plate.
  • the metal top plate which forms the bottom of the enclosure, allows efficient heat transfer between the cells and the coolant.
  • the presence of the upper fins and the lower fins gives great rigidity to the sandwich structure constituting the bottom of the coil, namely the upper plate, the lower plate, the protection plate, the upper fins and the lower fins.
  • This sandwich structure can withstand the very heavy weight of the electricity storage cells.
  • part of the shock energy is absorbed by deformation of the protection plate, and / or the lower fins, and / or the upper fins.
  • the deformation of the bottom plate also helps absorb some of the impact energy.
  • the lower fins help to increase the impact area, and therefore reduce the residual force per unit area. This is also true of the upper fins.
  • the sandwich formed by the three plates and the two sets of fins prevents an external element from damaging the electricity storage cells, and creating damage that could lead to a fire in the battery.
  • the upper and lower fins contribute to the resistance of the power storage battery against lateral stress in the first direction or in the second direction.
  • the adaptation parameters are:
  • the sandwich structure is very light and has very interesting performance because all the functions are linked and shared. In other words, all the elements of the sandwich structure contribute to anti-intrusion protection, bending resistance and side impact resistance.
  • the storage battery may also have one or more of the characteristics below, considered individually or in any technically possible combination:
  • the envelope has a lower bin and a cover, the lower bin comprising the upper plate and a raised edge towards the cover;
  • the battery comprises an external mechanical reinforcement, interposed between the upright edge of the lower tray and a peripheral edge of the protection plate;
  • the raised edge comprises two first sections parallel to the first direction and two second sections parallel to the second direction and connecting the two first sections to one another, the external mechanical reinforcement comprising two third plates folded in crenellations parallel to the first direction and applied against the first sections, and two fourth plates folded into crenellations parallel to the second direction and applied against the second sections;
  • the protective plate has a central bottom, the peripheral edge comprising two first segments parallel to the first direction and integral with the central bottom in a first material, and two second segments parallel to the second direction and made of a second material less rigid than the first material;
  • the first and second directions form between them an angle of between 60 ° and 120 °;
  • the battery includes:
  • an upper angle extending over the entire periphery of the casing comprising a first upper wing pressed against the frame and integral with the frame, and a second upper wing extending vis-à-vis the raised edge;
  • a lower angle extending over the entire periphery of the casing, comprising a first lower wing pressed against the frame and integral with the frame, and a second lower wing extending vis-à-vis the raised edge; -
  • the first upper wing of the upper angle and the first lower wing of the lower angle are superimposed at a distance one above the other and each have a width greater than 30 mm;
  • the lower fins form an angle of between 30 ° and 60 ° with respect to a normal direction substantially perpendicular to the first and second directions;
  • the frame comprises an additional protection plate covering the protection plate, and delimiting with the protection plate an additional volume, and additional fins housed in the additional volume, the additional fins extending in a third direction and being arranged for transmit forces between the protective plate and the additional protective plate;
  • the third direction forms with the second direction an angle of between 60 ° and 120 °.
  • the invention relates to a vehicle equipped with an electricity storage battery having the above characteristics, the battery being placed under the vehicle such that the protective plate is located opposite the running surface.
  • the invention relates to a vehicle equipped with an electricity storage battery having the above characteristics, the vehicle having a longitudinal direction of normal advance, the third direction forming an angle of between 30 ° and 60 ° with respect to the longitudinal direction.
  • Figure 1 is a sectional view of the electricity storage battery according to a first embodiment of the invention, taken in a plane containing the first direction, considered according to the incidence of arrows I of the figure 2;
  • Figure 2 is a sectional view of the electricity storage battery of Figure 1, taken in a plane containing the second direction, viewed along the incidence of arrows II of Figure 1;
  • FIG 3 is an exploded perspective view of the battery of Figures 1 and 2;
  • Figure 4 is a sectional view of the bottom of the battery, for a variant of the first embodiment of the invention;
  • FIG 5 is a perspective view showing the arrangement of the upper and lower fins of the battery of Figures 1 to 5;
  • Figure 6 is a sectional view similar to that of Figure 1, for a second embodiment of the invention.
  • Figure 7 is a perspective view of a detail of the battery of Figure 6;
  • Figure 8 is a perspective view of the frame, for a variant of the second embodiment, with a cutout revealing the internal structure;
  • Figures 9 and 10 are perspective views of the lower fins and additional fins of Figure 8.
  • Figure 1 1 is a schematic representation, in top view, of a vehicle equipped with the battery according to the variant of the second embodiment.
  • the electric battery 1 shown in Figures 1 to 3 is intended to equip a vehicle, typically a motor vehicle such as a car, a bus or a truck.
  • the vehicle is for example a vehicle propelled by an electric motor, the motor being supplied electrically by the electric battery.
  • the vehicle is of the hybrid type, and thus comprises a heat engine and an electric motor supplied electrically by the electric battery.
  • the vehicle is propelled by a heat engine, the electric battery being provided to supply electrically other equipment of the vehicle, for example the starter, lights, etc.
  • the electric battery shown in Figures 1 to 3 is according to a first embodiment of the invention.
  • Battery 1 comprises a plurality of electricity storage cells 3, and a casing 5 internally delimiting a volume 7 for receiving electricity storage cells 3.
  • Battery 1 typically comprises a large number of electricity storage cells 3, typically several dozen electricity storage cells 3.
  • Electricity storage cells 3 are of any suitable type: lithium cells of the lithium-ion polymer (Li-Po), lithium-iron-phosphate (LFP), lithium-cobalt (LCO), lithium-manganese (LMO) type ), nickel-manganese-cobalt (NMC), and typical cells (NiMH (nickel metalhydride in English).
  • the storage cells 3 are distributed in one or more modules 9, typically in several modules 9.
  • the electric battery 1 comprises four modules 9.
  • the battery comprises a different number of modules 9. , eight, twelve or any other number.
  • the number of modules 9 depends on the desired battery capacity
  • the electricity storage battery 1 further comprises a heat exchanger 1 1.
  • the heat exchanger 1 1 comprises an upper metal plate 13 defining the bottom of the casing 5, a lower plate 15 delimiting with the upper plate 13 a volume 17 for circulating a heat transfer fluid, and a plurality of upper fins 19, housed in the circulation volume 17.
  • the upper fins 19 extend in a first direction D1 and are arranged to transmit forces between the upper and lower plates 13, 15.
  • the electricity storage cells 3 rest on the top plate 13.
  • the modules 9 are in contact with the top plate 13, directly or through a layer of thermal paste 21, ensuring thermal contact between the modules 9 and the top plate 13.
  • the top plate 13 is made of aluminum, or an aluminum alloy. This ensures efficient heat exchanges between cells 3 and the heat transfer fluid.
  • the upper plate 13 is made of steel, of high elastic limit steel or even of stainless steel.
  • the battery 1 also comprises a protective plate 23 covering the lower plate 15 and defining with the lower plate 15 a lower volume 25.
  • the battery 1 also comprises lower stiffening fins 27, housed in the lower volume 25.
  • the lower fins 27 extend in a second direction D2. They are designed to transmit forces between the protective plate 23 and the lower plate 15.
  • the lower plate 15 forms with the lower fins 27 and the protective plate 23 a rigid frame 28 taking up most of the forces to which the battery is subjected.
  • the frame 28 takes up at least 80% of the efforts, preferably at least 90% of the efforts, more preferably at least 95% of the efforts.
  • the second direction D2 is advantageously not parallel to the first direction D1.
  • the first and second directions D1, D2 form between them an angle of between 60 ° and 120 °, more preferably between 80 ° and 100 °, and preferably equal to 90 °.
  • the lower fins 27 and the upper fins 19 are preferably perpendicular to each other.
  • the upper plate 13, the lower plate 15 and the protective plate 23 have respective main areas 29, 31, 33 facing each other, substantially parallel to each other. They are perpendicular to the same normal direction N, shown in the figures.
  • the first and second directions D1, D2 are typically substantially perpendicular to the normal direction N.
  • the main zones 29, 31, 33 substantially cover at least 80% of the corresponding plates 13, 15, 23.
  • the main zones 29 and 31 are substantially flat. They are spaced from each other, in the normal direction N, by a height corresponding to the height of the upper fins 19. Typically, this height is between 2 and 10 mm, preferably between 3 and 5 mm. , and it is for example 4 mm.
  • the heat transfer fluid circulating in the circulation volume 17 is of any suitable type.
  • this fluid is glycol water.
  • the heat exchanger 1 1 comprises a coolant inlet and a coolant outlet, not shown, opening into the circulation volume 17.
  • the coolant inlet and the coolant outlet are provided to be connected to a heat transfer fluid circuit typically comprising a circulation member such as a pump, and a member making it possible to evacuate the heat taken from the electricity storage cells 3 by the heat transfer fluid.
  • the upper fins 19 are arranged to define circulation channels for the coolant from the inlet to the outlet.
  • the upper fins 19 are formed by a first metal plate 35 folded into crenellations.
  • the upper fins 19 are connected to each other by first upper plates 37 bearing against the upper plate 13, and by first lower plates 39 bearing against the lower plate 15.
  • the upper fins 19 are juxtaposed, and are substantially parallel to each other.
  • Each upper fin 19 extends in a plane containing the first direction D1 and containing the normal direction N, or containing the first direction D1 and slightly inclined with respect to the normal direction N.
  • slightly inclined is meant an angle of less than 20 °.
  • the upper fins 19 are regularly spaced from each other in the second direction D2. Each fin 19 is thus framed by two neighboring fins.
  • Each upper fin 19 has an upper edge 41 and a lower edge 43, extending in the first direction D1 ( Figure 5).
  • each fin 19 is connected by one of the upper flats 37 to one of the two neighboring fins.
  • the lower edge 43 is connected by a lower flat 39 to the other neighboring fin.
  • the first upper plates 37 are rigidly fixed to the upper plate 13. Typically, they are fixed by brazing or by gluing. Brazing or gluing makes it possible to secure substantially the entire surface of the first upper plate 37 to the upper plate 13.
  • first lower plates 39 are rigidly fixed to the lower plate 15. They are typically fixed by brazing or gluing, each over substantially its entire surface.
  • the first upper plates 37 in normal projection on the upper plate 13, cover at least 30% of the area of the normal projection of the first metal plate 35 on the upper plate 13.
  • the normal projections of the first top dishes 37 together cover between 41 and 48% of the normal projection of the first metal plate 35.
  • the fins 19 are practically parallel to the normal direction N, so that the first upper flats 37 cover a proportion close to 50% of the normal projection of the first metal plate 35.
  • the surface of the first metal plate 35 rigidly fixed to the top plate 13 is very high, so that it is not necessary to use expensive fastening means. It is not necessary to obtain an extremely high bonding or brazing force between the first upper plates 37 and the upper plate 13.
  • the bonding or brazing force per unit area is a function of the mechanical resistance of the upper fins. 19.
  • first lower plates 39 in normal projection on the lower plate 15, cover at least 30% of the area of the normal projection of the first metal plate 35 on said lower plate 15.
  • the projections of the lower first plates 39 together typically cover between 41 and 48% of the normal projection of the first metal plate 35.
  • the first metal plate 35 is made of aluminum or an aluminum alloy.
  • the first metal plate 35 is made of steel, or of steel with a high or very high elastic limit, or in dual phase (steel with two phases intermingled with grains in martensitic and ferritic form)
  • the upper fins 19 have a height comprised between 3 and 5 mm, typically 4 mm, with a pitch, that is to say a spacing in the second direction D2, comprised between 3 and 5 mm, and equal to typically 3 mm.
  • the plate typically has a wall thickness of about 0.2 mm.
  • the upper and lower walls are linked to each other by a large number of vertical walls, spaced 3 to 5 mm apart. This imparts excellent rigidity to the heat exchanger.
  • the lower plate 15 has, around the main zone 31, an edge 45 projecting towards the upper plate 13, extended by an outgoing flange 47.
  • the outgoing flange 47 is pressed against the upper plate 13. It is fixed in a sealed manner to the heat transfer fluid under the upper plate 13.
  • the bottom plate 15 is slightly concave towards the top plate 13.
  • the bottom plate 15 is typically made of aluminum or an aluminum alloy.
  • the lower plate 15 is steel, high elastic limit steel or even stainless steel.
  • the lower fins 27 are formed by a second metal plate 49 folded into crenellations.
  • the lower fins 27 are connected to each other by second upper plates 51 bearing against the lower plate 15, and by second lower plates 53 bearing against the protective plate 23.
  • the lower fins 27 are substantially parallel to each other. They each extend in a plane containing the second direction D2 and the normal direction N, or in a plane containing the second direction D2 and slightly inclined with respect to the normal direction N. We mean here by slightly inclined an angle less than 20 °.
  • the lower fins 27 are regularly spaced from each other in the first direction D1.
  • Each lower fin 27 has an upper edge 55 extending in the second direction D2 and a lower edge 57 extending in the second direction D2.
  • Each lower fin 27 is framed by two other neighboring lower fins 27, arranged on either side in the first direction D1.
  • the upper edge 55 of the lower fin 27 is connected to one of the two neighboring fins by one of the upper flats 51.
  • the lower edge 57 is connected to the other neighboring fin by one of the lower flats 53.
  • the second upper plates 51 are rigidly fixed to the lower plate 15. They are rigidly fixed to the lower plate 15 each by substantially all of its surface. They are typically each fixed by brazing or gluing.
  • the second lower plates 53 are rigidly fixed to the protection plate 23. They are each fixed to the protection plate 23 over almost all of its surface. They are each fixed by brazing or gluing.
  • the area attached to the bottom plate 15 or to the cover plate 23 is very large, so that it is not necessary to use expensive fastening means.
  • the second upper plates 51 in normal projection on the lower plate 15, cover at least 30% of the surface area of the normal projection of the second metal plate 49 on said lower plate 15.
  • the normal projections of the second upper plates 51 together cover 41 to 48% of the area of the normal projection of the second metal plate 49.
  • the second lower plates 53 in normal projection on the protection plate 23, cover at least 30% of the area of the normal projection of the second metal plate 49 on the protection plate 23.
  • the normal projections of the second plates lower sections 53 together preferably cover between 41 and 48% of the area of the normal projection of the second metal plate 49.
  • the height of the lower fins 27, taken in the normal direction, is between 4 and 14 mm, preferably between 5 and 10 mm, and is for example 7 mm.
  • the pitch is typically between 3 and 8 mm, and is for example 4.5 mm.
  • the lower fins 27 are relatively more rigid than the upper fins 19.
  • the second metal plate 49 has a thickness of between 0.5 and 2.5 mm, preferably between 0.7 and 1.5 mm, even more preferably around 1 mm, and advantageously equal to 1 mm. It is made of steel, or of steel with a high or very high elastic limit, or in dual phase, or even of aluminum or an aluminum alloy.
  • the protection plate 23 is typically made of a composite material of the RTM (Resin Transfer Molding) type, or of steel, or of high elastic limit steel, or of very high elastic limit steel, or of aluminum, or of an alloy of 'aluminum.
  • RTM Resin Transfer Molding
  • the RTM type composite material preferably comprises a thermoplastic or thermosetting material and a reinforcement.
  • this reinforcement may comprise fibers, a majority of fibers being continuous fibers of length greater than 100 mm. Preferably, at least 50% by weight of the fibers are continuous fibers. These fibers are advantageously arranged in several layers, with orientations chosen to obtain excellent mechanical strength as a function of the stresses.
  • the thermosetting material is, for example, a polyester, a vinyl ester, an epoxy, an acrylic or a bio-based resin.
  • the thermoplastic material is, for example, a synthetic or bio-based thermoplastic resin.
  • the reinforcement is, for example, a fiber of glass, basalt, carbon, aramid, or HMPP (high molecular weight polypropylene).
  • the backing is flax, hemp, or some other bio-based fiber.
  • the protection plate 23 has a thickness between 2 and 5 mm, preferably between 2.5 and 3.5 mm, more preferably around 3 mm, and ideally equal to 3 mm.
  • the composite material is of the SMC (Sheet Molding Compound) type. It then preferably comprises a thermoplastic or thermosetting material and a reinforcement.
  • these reinforcements are fibers, a majority of the fibers being short fibers of length less than 51 mm (two inches). These short fibers are typically staple fibers.
  • Long fibers are advantageously arranged at certain points to locally reinforce the structure if necessary. These long fibers have a length greater than 100 mm. These long fibers are also called continuous fibers.
  • the protective plate 23 is made of aluminum foam, or an aluminum plate sandwich, aluminum foam, aluminum plate, these three thicknesses being atomically bonded by fusion.
  • the protective plate 23 is made of a steel, in particular a steel with high elastic limit.
  • the function of the upper fins 19 is mainly to mechanically link the upper plate 13 to the lower plate 15. They make it possible in particular to transmit forces in the normal direction N between the two plates. As an annex, the upper fins 19 allow heat to be transmitted from the upper plate 13 to the coolant.
  • the first metal plate 35 considered in normal projection on the upper plate 13, covers the largest possible area, and preferably covers at least 80% of the area of the upper plate 13.
  • the second metal plate 49 considered in normal projection on the lower plate 15, covers the largest possible area, and preferably at least 80% of the area of the lower plate 15.
  • the casing 5 comprises a lower tray 63 and a cover 65.
  • the lower tray 63 comprises, in addition to the upper plate 13, a raised edge 67 towards the cover 65, with a closed contour, entirely surrounding the top plate 13.
  • the lower tray 63 is advantageously integral, preferably from stamping. Thus, it is perfectly sealed, so that a possible liquid leak from one of the electricity storage cells 3 would be contained by the lower tray 63.
  • the lower tray 63 is of course made of the same material as the upper plate 29. Thus, the lower tray 63 is typically made of aluminum or an aluminum alloy, or alternatively of steel, of high elastic limit steel or even of stainless steel.
  • the depth of the lower pan is around 45 mm. This depth depends on the ability of the chosen material to be stamped. For low-drawable materials, the height is less. On the other hand, if the material is likely to be easily elongated, it is possible to exceed this value.
  • the raised edge 67 is extended outwardly of the casing 5 by an outgoing flange 69.
  • the cover 65 is concave towards the lower tray 63.
  • the cover 65 has a free edge 71, forming an outgoing flange which has exactly the same geometry and the same width as the flange 69 of the lower tray 63.
  • the flanges 69 and 71 define a joint plane for the cover 65 and the lower tray 63.
  • the cover 65 and the lower tray 63 are rigidly fixed to one another, by any suitable means, at this parting plane.
  • the cover 65 has a depth corresponding to the height of the modules 9, reduced by the depth of the lower tray 63, plus a functional clearance.
  • the cover 65 is preferably made of aluminum or an aluminum alloy. As a variant, it is made of steel for reasons of fire resistance. Advantageously, it is made of stainless steel, resistant to both fire and corrosion. It is then preferably obtained by stamping. According to another variant, the cover 65 is made of a plastic material or of a composite material. In this case, it is of the SMC (Sheet Molding Compound) type.
  • SMC Sheet Molding Compound
  • the cover 65 is made of steel, it is preferably coated with a coating resistant to corrosion, by zinc plating, cataphoresis, or any other method.
  • the battery 1 also comprises an external mechanical reinforcement 73, interposed between the upright edge 67 of the lower tray 63 and a peripheral edge 75 of the protection plate 23.
  • the purpose of this external reinforcement 73 is to resist the external lateral forces that the casing. 5 suffered during an accident or during the impact of a body on the lower part of the casing 5.
  • the raised edge 67 comprises two first sections 77 parallel to the first direction D1, and two second sections 79 parallel to the second direction D2 and connecting the two first sections 77 to each other .
  • the external mechanical reinforcement 73 comprises two third plates 81 folded in crenellations parallel to the first direction D1 and applied against the first sections 77. It also comprises two fourth plates 83, folded in crenellations parallel to the second direction D2 and applied against the second sections 79.
  • the third and fourth plates 81, 83 are folded like the first and second plates.
  • the third and fourth plates 81, 83 are rigidly fixed to the raised edge 67 by any suitable means: gluing, brazing, laser welding, spot welding, arc welding, clinching, etc.
  • the fixing of the third and fourth plates 81, 83 to the raised edge 67 is carried out without creating an orifice passing through the lower tray, for sealing reasons.
  • the external mechanical reinforcement 73 makes it possible, in the event of an external lateral impact, to distribute the forces over a large area, which leads to a reduction in the pressure per unit area exerted on the casing.
  • the external mechanical reinforcement 73 works in flexion.
  • the battery 1 comprises at least one internal reinforcing plate 85, disposed inside the lower tray 63 and rigidly fixed to the lower tray 63.
  • the or each internal reinforcement plate 85 is parallel to the first direction D1.
  • the or each internal reinforcing plate 85 is typically disposed between two modules 9 of electricity storage cells.
  • the or each internal reinforcing plate 85 extends from one of the two second sections 79 to the other second section 79. It is rigidly fixed at its two ends to the two second sections 79.
  • the or each internal reinforcement plate 85 typically extends in a plane containing the first direction D1 and the normal direction N.
  • the or each internal reinforcing plate 85 is made of aluminum or an aluminum alloy, and consists of a bent sheet or an extruded profile.
  • the or each internal reinforcing plate 85 is a folded sheet of steel, for example of steel with high elastic limit, very high elastic limit or of dual phase type.
  • the or each internal reinforcing plate 85 is made of aluminum or an aluminum alloy if the lower pan 63 is itself made of aluminum or an aluminum alloy.
  • the or each internal reinforcing plate 85 is made of steel if the lower tray is itself made of steel. This makes it possible to weld the internal reinforcement plate (s) 85 to the lower pan 63.
  • the or each internal reinforcing plate is glued or clinched to the lower tray 63, in the event that fixing by welding is difficult or impossible.
  • the modules 9 are arranged in one or more rows extending in the second direction D2.
  • An internal reinforcing plate 85 is placed between each pair of neighboring modules 9.
  • the protective plate 23 comprises a central base 87, the peripheral edge 67 comprising two first segments 89 parallel to the first direction D1 and integral with the central base 87, and two second segments 91 parallel to the second direction D2.
  • the second segments 91 are not integral with the central base 87 and the first segments 89.
  • the central bottom 87 and the two first segments 89 are made of a first material, which has been described above.
  • the second segments 91 are made of a second material which is less rigid than the first material.
  • the second segments 91 have no structural function, and are provided mainly to prevent the accumulation of dirt or liquid in the lower volume 25.
  • the second segments 91 can be made of a material less expensive than the first material, for example. example a thin sheet.
  • the central base 87 corresponds substantially to the main zone 33. It is reinforced by reliefs 92 formed in the material constituting the central base 87.
  • the third plates 81 are taken between the first sections 77 and the first segments 89.
  • the fourth plates 83 are taken between the second sections 79 and the second segments 91 ( Figure 1).
  • the rigidity of the battery is ensured mainly by the internal reinforcing plate or plates 85. These have a high rigidity. .
  • the force first passes through the fourth plate 83, which distributes the force over a large area. The force is then transmitted to the upper fins 19 and to the or each internal reinforcing plate 85.
  • the protective plate 23 and the second segments 91 also contribute to the rigidity of the structure.
  • the rigidity is mainly provided by the lower fins 27.
  • the force first passes through the third plate 81, which makes it possible to distribute this force over a large area.
  • the force is then transmitted to the fourth plates 83 and to the lower fins 27.
  • the central bottom 87 and the first segments 89 of the protection plate 23 also contribute to the rigidity of the battery in this case.
  • the lower plate 15 does not have a concave shape towards the upper plate. On the contrary, it is substantially flat.
  • the upper plate 13 is not integrated into a lower tray 63 integral, of the type illustrated in Figures 1 to 3.
  • the upper plate 13 on the contrary is concave towards the lower plate 15.
  • the main part 29 of the upper plate 13 is thus extended by an edge 95 projecting towards the lower plate 15.
  • the projecting edge 95 is extended for its part by an outgoing flange 97, pressed against the lower plate 15.
  • the outgoing flange 97 is fixed in a sealed manner to the bottom plate 15.
  • the invention has been described with lower and upper fins formed by plates folded into crenellations.
  • the lower fins are not formed by a crenellated folded plate. They are formed by several folded plates, each plate defining one or more fins.
  • the folded plate or plates are not necessarily folded into crenellations, but can be folded according to any other profile, provided that the forces are transmitted between the protective plate and the lower plate. The situation is the same for the upper fins.
  • the battery 1 comprises:
  • An upper angle 101 extending over the entire periphery of the casing 5, comprising a first upper wing 103 pressed against the frame 28 and integral with the frame 28, and a second upper wing 105 extending vis-à-vis from the raised edge 67;
  • a lower angle 107 extending over the entire periphery of the casing 5, comprising a first lower wing 109 pressed against the frame 28 and integral with the frame 28, and a second lower wing 1 1 1 extending opposite -Screw from erected edge 67.
  • the battery 1 does not include the external mechanical reinforcement 73.
  • the upper angle 101 has an L-shaped section, the first and second upper wings 103, 105 being substantially perpendicular to each other. More precisely, the first upper wing 103 is substantially perpendicular to the normal direction N. The second upper wing 105 is substantially parallel to the normal direction N.
  • the lower angle 107 has an L-shaped section, the first and second lower wings 109, 1 1 1 being substantially perpendicular to each other.
  • first lower wing 109 is substantially perpendicular to the normal direction N.
  • the second lower wing 11 1 is substantially parallel to the normal direction N.
  • the lower plate 15 has a substantially flat outer edge 1 13 (Figure 7). It does not have an edge 45 projecting towards the upper plate or an outgoing flange.
  • the first upper wing 103 is pressed against an upper surface 115 of the lower plate 15, facing the upper plate 13. It is pressed against the flat outer edge 113 of the lower plate 15.
  • the bottom of the lower tank 63 that is to say the upper plate 13, has a central zone 1 17 slightly concave towards the lower plate 15, surrounded by a peripheral zone 1 19 fixed in a sealed manner to the first upper wing 103 .
  • the circulation volume 17 is sealed, at its periphery, by the upper angle 101.
  • the peripheral edge 75 of the protective plate 23 is substantially flat (Figure 7), and extends in the same plane as the main area 33.
  • the first lower wing 109 is pressed against a lower surface 121 of the protection plate 23, facing away from the lower plate 15. It is pressed against the flat peripheral edge 75 of the protection plate 23.
  • the second lower wing 1 1 1 and the second upper wing 105 are pressed against each other and are rigidly attached to each other.
  • the second lower wing 1 1 1 is located outwardly relative to the second upper wing 105.
  • the first upper wing 103 and the first lower wing 109 are superimposed at a distance one above the other, in the normal direction N. They each have a width greater than 30 mm, preferably between 30 and 70mm, typically equal to 50 mm. In other words, the first upper wing 103 and the first lower wing 109 are superimposed according to the normal direction N over a width L of at least 30 mm, preferably between 30 and 70mm.
  • the upper and lower angles 101 and 107 are preferably made of a martensitic steel having a maximum tensile strength (denoted Rm in the text below) of between 900 MPa and 2000 MPa.
  • the lower fins are for example made of two-phase steel (ferrite and martensite) having an Rm of 1000 MPa, or of pure martensite steel with an Rm of 1200 to 1700 MPa.
  • the upper and lower angles 101 and 107 have a thickness of 2 mm.
  • the lower plate 15 and the protective plate 23 each have a thickness of approximately 1 mm.
  • the lower fins 27 have a height of between 4 mm and 20 mm, typically 14 mm.
  • the upper and lower angles 101 and 107 have the function of reinforcing the frame 28 over its entire periphery. They are designed in particular to give the battery 1 good resistance in the event of side impacts.
  • the angles are particularly stressed.
  • the most rigid area of the structure is the area where the angles 101 and 107 are attached to the frame 28. This is why it is important that the angles are superimposed over a sufficient width L, for example around 50mm. This rating depends on the demands. In fact, we have in this zone, on the width L, two horizontal plates 3 mm thick, linked by 1 mm fins.
  • the second lower wing 1 1 1 and the second upper wing 105 significantly stiffen the structure and also help to fight against overturning.
  • the entire structure consisting of the lower plate 15, the protective plate 23, the upper fins 19 and the lower fins 27 helps to distribute the force in the rest of the frame.
  • the lower fins 27 form an angle of between 30 ° and 60 ° with respect to the normal direction N. This angle is typically between 40 ° and 50 °, and is preferably 45 °. Such an inclination is particularly favorable in the event of intrusion from below.
  • the frame 28 of the battery is in fact exposed to shocks, due to rocks, branches, or any other body located on the running surface.
  • shocks are simulated by a so-called “drop well” test, corresponding to a 200J impact with a sphere or hemisphere of 180 mm in diameter for example. After this shock, there should be no intrusion into the modules (a critical case that could lead to damage to the cells and to the creation of a short-circuit, possibly resulting in setting the battery on fire).
  • the role of the lower fins 27 is particularly critical. If the lower fins 27 are vertical, they have maximum rigidity in the normal direction N. Upon impact, they will tend to transfer to the lower plate 15 all of the force generated by the sphere. As a result, the crushing of the protective plate 23 / lower fins 27 / lower plate 15 sandwich is reduced, and the impact energy is little or no absorption. The structure bends, without absorbing energy. It is then the upper fins 19 which must completely absorb the bending of the sandwich 23/27/15. These are not designed for this purpose.
  • the lower fins 27 have an angle of between 30 ° and 60 ° relative to the normal direction N increases the capacity of the structure to absorb a shock from the bottom.
  • the fins 27 have a much lower vertical stiffness than with an angle of 90 °, and this without affecting the performance in side impact.
  • the upper fins 19 form an angle of between 30 ° and 60 ° with respect to the normal direction N, preferably between 40 ° and 50 °, and for example equal to 45 °.
  • the upright edge 67 of the lower tray 63 comprises two first substantially straight sections 77, substantially parallel and opposite to each other, and two second substantially straight sections 79, substantially parallel to one another. and connecting the first two sections 77 to one another.
  • the first sections 77 are oriented along the transverse axis of the vehicle, and the second sections 79 are oriented along the longitudinal axis, that is to say in the direction of normal movement of the vehicle.
  • the second direction D2 forms an angle of between 30 ° and 60 ° relative to the second upper wing 105, preferably of between 40 ° and 50 °, and for example equal to 45 °.
  • the structures are designed to respond preferentially perpendicular to the longitudinal vehicle axis. But these structures perform poorly in the event of a longitudinal impact.
  • the frame 28 advantageously comprises an additional protective plate 121 covering the protective plate 23, and delimiting with the protective plate 23 an additional volume 123 ( Figure 8). It also includes additional fins 125 housed in the additional volume 123.
  • the additional fins 125 extend in a third direction D3 and are arranged to transmit forces between the protection plate 23 and the additional protection plate 123.
  • the third direction D3 forms with the second direction D2 an angle of between 60 ° and 120 °, preferably between 75 ° and 105 °, and for example equal to 90 °.
  • the additional protective plate 121 is made of the same material and has the same thickness as the protective plate 23.
  • the additional fins 125 are formed by a metal plate 127 folded in a crenellated manner (FIG. 10). They are typically made of the same material and have the same thickness as the lower fins 27. They have the same geometry as the lower fins, and in particular form an angle of between 30 ° and 60 ° with respect to the normal direction N, of preferably between 40 ° and 50 °, and for example equal to 45 °. They have substantially the same height, in the normal direction, as the lower fins 27.
  • the frame 28 described above with reference to Figures 7 and 8 is not torsionally symmetrical due to the orientation of the fins less than 45 ° relative to the second sections 79.
  • This design is however satisfactory in the case of a battery for a hybrid vehicle.
  • the size of the battery is then typically 1 m by 70 cm and its mass is approximately 150 kg.
  • the battery In the case of a battery for an exclusively electric propulsion vehicle, the battery has a longitudinal length of about 3 m, a transverse width of 1.4 m and a mass of 600 kg.
  • such a battery is part of the chassis of the vehicle and must therefore have high mechanical characteristics in bending and in torsion.
  • the lower fins 27 are strongly inclined relative to the longitudinal and transverse axes of the vehicle.
  • the additional fins 125 are also strongly inclined with respect to the longitudinal and transverse axes of the vehicle, and are moreover practically perpendicular to the lower fins 27. This makes it possible to obtain that the frame 28 has identical behavior in all directions, in torsion, in bending, and in shocks.
  • the upper angles 101 are fixed on the protection plate 23 and the lower angles 107 are fixed under the additional protection plate 121.
  • Figure 7 illustrates a motor vehicle equipped with a battery according to the embodiment described above.
  • the lower fins 27 are shown schematically by broken lines. It appears that the third direction D3 forms an angle of between 30 ° and 60 ° with the longitudinal direction L.
  • the second direction D2 also forms an angle of between 30 ° and 60 ° with the longitudinal direction L, and forms an angle of between 30 ° and 60 ° with the second direction D2.
  • the invention provides a battery comprising:
  • the frame 28 is flat above (lower plate 15) and below (protective plate 23).
  • the existing batteries are generally flat-bottomed on the road side and but have side members and cross members on the cell side, at the level of the interior of the lower tray 65, which makes the interior floor of the battery not flat and therefore incompatible with the realization of 'a heat exchanger. For this reason, this heat exchanger is very often housed inside the volume where the cells, with the risk of filling this volume with coolant in the event of a leak.
  • the lower tray 63 and the cover 65 are obtained by stamping and are therefore completely sealed. Sealing is to be achieved only at the level of the joint surfaces between the lower tray 63 and the cover 65, and at the level of the cable glands.
  • the frame is made of several mechanically welded parts with great risk vis-à-vis sealing.
  • the various structural elements of the battery are preferably made of steel by adapting their resistance to stresses.
  • the use of steel with high elastic limit makes it possible to reduce the thickness for the same mechanical performance.
  • brazing can be used to bond parts where the brazed area is large and the stress concentrations are lower than the mechanical capability of the brazed joint. Bonding can also be used, in particular to bind the upper fins 19 to the upper and lower plates 13, 15. Strong brazing is not recommended because of its high temperature which will destroy the mechanical characteristics of steels (annealing).
  • the various structural elements of the battery are made of aluminum or aluminum alloys.
  • the thicknesses of the structural parts must be adapted to obtain the same mechanical performance.
  • steel is used for the elements constituting the frame and for the angles, and aluminum for the rest of the structure, which is less stressed.
  • the cover according to yet another variant is made of SMC or any other plastic having the required properties.
  • the protective plate 23 and the additional protective plate 123 are made of RTM.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

La batterie (1) comprend : - une enveloppe (5) délimitant intérieurement un volume (7) de réception des cellules de stockage d'électricité (3); - un échangeur de chaleur (11) comprenant une plaque supérieure (13) métallique définissant le fond de l'enveloppe (5), une plaque inférieure (15) délimitant avec la plaque supérieure (13) un volume (17) de circulation d'un fluide caloporteur, et une pluralité d'ailettes supérieures (19) logées dans le volume de circulation (17) et agencées pour transmettre des efforts entre les plaques supérieure et inférieure (13, 15); - une plaque de protection (23) couvrant la plaque inférieure (15) et délimitant avec la plaque (15) inférieure un volume inférieur (25); - des ailettes inférieures (27) de rigidification logées dans le volume inférieur (25) et agencées pour transmettre des efforts entre la plaque de protection (23) et la plaque inférieure (15), la plaque inférieure (15) formant avec les ailettes inférieures (27) et la plaque de protection (23) un châssis (28) rigide reprenant la majeure partie des efforts auxquels la batterie (1) est soumise.

Description

TITRE : Batterie de stockage d’électricité et véhicule
L’invention concerne en général les batteries de stockage d’électricité, notamment pour les véhicules automobiles.
Dans les véhicules propulsés par un moteur électrique, ou dans les véhicules hybrides, de telles batteries comportent un grand nombre de cellules de stockage d’électricité. Les batteries sont donc lourdes et encombrantes.
Il est possible d’agencer de telles batteries sous le véhicule.
Dans ce cas, le fond de la batterie doit respecter un grand nombre de contraintes. Il doit permettre de refroidir les cellules de stockage d’électricité, supporter le poids des cellules, et protéger ces cellules contre une éventuelle intrusion venant du bas, par exemple la projection d’un objet se trouvant sur la chaussée ou un choc contre un obstacle se trouvant sur la chaussée.
Ces contraintes sont particulièrement difficiles à satisfaire du fait du poids très élevé des cellules de stockage d’électricité.
Dans ce contexte, l’invention vise à proposer une batterie permettant de respecter les contraintes ci-dessus.
A cette fin, l’invention porte selon un premier aspect sur une batterie de stockage d’électricité pour un véhicule comprenant :
une pluralité de cellules de stockage d’électricité ;
- une enveloppe délimitant intérieurement un volume de réception des cellules de stockage d’électricité;
- un échangeur de chaleur comprenant une plaque supérieure métallique définissant le fond de l’enveloppe, une plaque inférieure délimitant avec la plaque supérieure un volume de circulation d’un fluide caloporteur, et une pluralité d’ailettes supérieures logées dans le volume de circulation, les ailettes supérieures s’étendant suivant une première direction, les ailettes supérieures étant agencées pour transmettre des efforts entre les plaques supérieure et inférieure;
- une plaque de protection couvrant la plaque inférieure et délimitant avec la plaque inférieure un volume inférieur;
- des ailettes inférieures de rigidification logées dans le volume inférieur, les ailettes inférieures s’étendant suivant une seconde direction et étant agencées pour transmettre des efforts entre la plaque de protection et la plaque inférieure, la plaque inférieure formant avec les ailettes inférieures et la plaque de protection un châssis rigide reprenant la majeure partie des efforts auxquels la batterie est soumise.
La structure de la batterie permet de répondre aux exigences décrites ci- dessus.
Le refroidissement des cellules de stockage d’électricité est obtenu par circulation du fluide caloporteur dans le volume situé entre la plaque supérieure et la plaque inférieure. La plaque supérieure métallique, qui constitue le fond de l’enveloppe, permet un transfert de chaleur efficace entre les cellules et le fluide caloporteur.
La présence des ailettes supérieures et des ailettes inférieures confère une grande rigidité à la structure en sandwich constituant le fond de la batterie, à savoir la plaque supérieure, la plaque inférieure, la plaque de protection, les ailettes supérieures et les ailettes inférieures. Cette structure en sandwich peut supporter le poids très élevé des cellules de stockage d’électricité.
Par ailleurs, en cas d’impact sur la batterie venant du bas, une partie de l’énergie de choc est absorbée par déformation de la plaque de protection, et/ou des ailettes inférieures, et/ou des ailettes supérieures. La déformation de la plaque inférieure contribue également à absorber une partie de l’énergie du choc.
De plus, les ailettes inférieures contribuent à augmenter la surface de l’impact, et donc à réduire l’effort résiduel par unité de surface. Ceci est vrai également des ailettes supérieures.
Ainsi, le sandwich constitué par les trois plaques et les deux jeux d’ailettes empêche qu’un élément extérieur vienne endommager les cellules de stockage d’électricité, et crée des dommages qui pourraient aller jusqu’à l’incendie de la batterie.
Les ailettes supérieures et inférieures contribuent à la résistance de la batterie de stockage d’électricité en cas d’effort latéral suivant la première direction ou suivant la seconde direction.
De manière avantageuse, il est aisé d’adapter le comportement de la structure de support des cellules de stockage d’électricité en sandwich, à n’importe quel cas :
- masse des cellules de stockage d’électricité ;
- énergie du choc contre la plaque de protection ;
- rigidité latérale requise en cas de choc latéral.
Les paramètres d’adaptation sont :
- la hauteur des ailettes inférieures ;
- la hauteur des ailettes supérieures ; - la conception des ailettes ;
- le matériau dans lequel les ailettes sont réalisées ;
- le matériau de la plaque de protection ;
- les liaisons prévues entre les plaques, ou entre les ailettes inférieures et supérieures et les plaques.
Il est important de souligner que la structure en sandwich est très légère et a des performances très intéressantes car toutes les fonctions sont liées et partagées. En d’autres termes, tous les éléments de la structure en sandwich participent à la protection anti-intrusion, à la tenue en flexion et à la tenue aux chocs latéraux.
La batterie de stockage peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- l’enveloppe comporte un bac inférieur et un couvercle, le bac inférieur comprenant la plaque supérieure et un bord dressé vers le couvercle;
- la batterie comporte un renfort mécanique externe, interposé entre le bord dressé du bac inférieur et un bord périphérique de la plaque de protection;
- le bord dressé comporte deux premiers tronçons parallèles à la première direction et deux seconds tronçons parallèles à la seconde direction et raccordant les deux premiers tronçons l’un à l’autre, le renfort mécanique externe comprenant deux troisièmes plaques pliées en créneaux parallèles à la première direction et appliqués contre les premiers tronçons, et deux quatrièmes plaques pliées en créneaux parallèles à la seconde direction et appliqués contre les seconds tronçons;
- la plaque de protection comporte un fond central, le bord périphérique comprenant deux premiers segments parallèles à la première direction et venus de matière avec le fond central dans un premier matériau, et deux seconds segments parallèles à la seconde direction et réalisés dans un second matériau moins rigide que le premier matériau ;
- les première et seconde directions forment entre elles un angle compris entre 60° et 120° ;
- la batterie comprend :
* une cornière supérieure s’étendant sur toute la périphérie de l’enveloppe, comprenant une première aile supérieure plaquée contre le châssis et solidaire du châssis, et une seconde aile supérieure s’étendant en vis-à-vis du bord dressé;
* une cornière inférieure s’étendant sur toute la périphérie de l’enveloppe, comprenant une première aile inférieure plaquée contre le châssis et solidaire du châssis, et une seconde aile inférieure s’étendant en vis-à-vis du bord dressé; - la première aile supérieure de la cornière supérieure et la première aile inférieure de la cornière inférieure sont superposées à distance l’une au-dessus de l’autre et présentent chacune une largeur supérieure à 30 mm ;
- la seconde aile supérieure de la cornière supérieure et la seconde aile inférieure de la cornière inférieure sont plaquées l’une contre l’autre et sont rigidement fixées l’une à l’autre ;
- les ailettes inférieures forment un angle compris entre 30° et 60° par rapport à une direction normale sensiblement perpendiculaire aux première et seconde directions;
- le châssis comporte une plaque de protection supplémentaire couvrant la plaque de protection, et délimitant avec la plaque de protection un volume supplémentaire, et des ailettes supplémentaires logées dans le volume supplémentaire, les ailettes supplémentaires s’étendant suivant une troisième direction et étant agencées pour transmettre des efforts entre la plaque de protection et la plaque de protection supplémentaire;
- la troisième direction forme avec la seconde direction un angle compris entre 60° et 120°.
Selon un second aspect, l’invention porte sur un véhicule équipé d’une batterie de stockage d’électricité ayant les caractéristiques ci-dessus, la batterie étant placée sous le véhicule de telle sorte que la plaque de protection soit située en regard de la surface de roulement.
Selon un troisième aspect, l’invention porte sur un véhicule équipé d’une batterie de stockage d’électricité ayant les caractéristiques ci-dessus, le véhicule ayant une direction longitudinale d’avancement normal, la troisième direction formant un angle compris entre 30° et 60° par rapport à la direction longitudinale.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles :
[Fig 1] la figure 1 est une vue en coupe de la batterie de stockage d’électricité selon un premier mode de réalisation de l’invention, prise dans un plan contenant la première direction, considérée selon l’incidence des flèches I de la figure 2 ;
[Fig 2] la figure 2 est une vue en coupe de la batterie de stockage d’électricité de la figure 1 , prise dans un plan contenant la seconde direction, considérée suivant l’incidence des flèches II de la figure 1 ;
[Fig 3] la figure 3 est une vue en perspective, éclatée, de la batterie des figures 1 et 2 ; [Fig 4] la figure 4 est une vue en coupe du fond de la batterie, pour une variante du premier mode de réalisation de l’invention ;
[Fig 5] la figure 5 est une vue en perspective montrant l’agencement des ailettes supérieures et inférieures de la batterie des figures 1 à 5 ;
[Fig 6] la figure 6 est une vue en coupe similaire à celle de la figure 1 , pour un second mode de réalisation de l’invention,
[Fig 7] la figure 7 est une vue en perspective d’un détail de la batterie de la figure 6 ;
[Fig 8] la figure 8 est une vue en perspective du châssis, pour une variante du second mode de réalisation, avec un arrachement laissant apparaître la structure interne ;
[Fig 9] [Fig 10] les figures 9 et 10 sont des vues en perspectives des ailettes inférieures et des ailettes supplémentaires de la figure 8 ; et
[Fig 1 1] la figure 1 1 est une représentation schématique, en vue de dessus, d’un véhicule équipé de la batterie selon la variante du second mode de réalisation.
La batterie électrique 1 représentée sur les figures 1 à 3 est destinée à équiper un véhicule, typiquement un véhicule automobile tel qu’une voiture, un bus ou un camion.
Le véhicule est par exemple un véhicule propulsé par un moteur électrique, le moteur étant alimenté électriquement par la batterie électrique. En variante, le véhicule est de type hybride, et comporte ainsi un moteur thermique et un moteur électrique alimenté électriquement par la batterie électrique. Selon encore une autre variante, le véhicule est propulsé par un moteur thermique, la batterie électrique étant prévue pour alimenter électriquement d’autres équipements du véhicule, par exemple le démarreur, les feux etc...
La batterie électrique représentée sur les figures 1 à 3 est selon un premier mode de réalisation de l’invention.
La batterie 1 comporte une pluralité de cellules de stockage d’électricité 3, et une enveloppe 5 délimitant intérieurement un volume 7 de réception des cellules de stockage d’électricité 3.
La batterie 1 comprend typiquement un grand nombre de cellules de stockage d’électricité 3, typiquement plusieurs dizaines de cellules de stockage d’électricité 3.
Les cellules de stockage d’électricité 3 sont de tout type adapté : cellules au lithium du type lithium-ion polymère (Li-Po), lithium-fer-phosphate (LFP), lithium- cobalt (LCO), lithium-manganèse (LMO), nickel-manganèse-cobalt (NMC), et cellules types (NiMH (nickel metalhydrure e n anglais). Les cellules de stockage 3 sont distribuées dans un ou plusieurs modules 9, typiquement dans plusieurs modules 9. Dans l’exemple représenté sur les figures, la batterie électrique 1 comporte quatre modules 9. En variante, la batterie comporte un nombre différent de modules 9, huit, douze ou tout autre nombre.
Le nombre de modules 9 est fonction de la capacité souhaitée pour la batterie
1 .
La batterie de stockage d’électricité 1 comporte encore un échangeur de chaleur 1 1. L’échangeur de chaleur 1 1 comprend une plaque supérieure métallique 13 définissant le fond de l’enveloppe 5, une plaque inférieure 15 délimitant avec la plaque supérieure 13 un volume 17 de circulation d’un fluide caloporteur, et une pluralité d’ailettes supérieures 19, logées dans le volume de circulation 17.
Les ailettes supérieures 19 s’étendent suivant une première direction D1 et sont agencées pour transmettre des efforts entre les plaques supérieure et inférieure 13, 15.
Les cellules de stockage d’électricité 3 reposent sur la plaque supérieure 13.
Plus précisément, les modules 9 sont en contact avec la plaque supérieure 13, directement ou par l’intermédiaire d’une couche de pâte thermique 21 , assurant un contact thermique entre les modules 9 et la plaque supérieure 13.
Typiquement, la plaque supérieure 13 est en aluminium, ou en un alliage d’aluminium. Ceci permet d’assurer des échanges thermiques efficaces entre les cellules 3 et le fluide caloporteur.
En variante, la plaque supérieure 13 est en acier, en acier à haute limite élastique ou encore en acier inoxydable.
La batterie 1 comporte encore une plaque de protection 23 couvrant la plaque inférieure 15 et délimitant avec la plaque inférieure 15 un volume inférieur 25.
La batterie 1 comporte encore des ailettes inférieures de rigidification 27, logées dans le volume inférieur 25.
Les ailettes inférieures 27 s’étendent suivant une seconde direction D2. Elles sont agencées pour transmettre des efforts entre la plaque de protection 23 et la plaque inférieure 15.
La plaque inférieure 15 forme avec les ailettes inférieures 27 et la plaque de protection 23 un châssis rigide 28 reprenant la majeure partie des efforts auxquels la batterie est soumise. Le châssis 28 reprend au moins 80% des efforts, de préférence au moins 90% des efforts, encore de préférence au moins 95% des efforts. La seconde direction D2 est avantageusement non parallèle à la première direction D1. Typiquement, les première et seconde directions D1 , D2 forment entre elles un angle compris entre 60° et 120°, encore de préférence compris entre 80° et 100°, et valant de préférence 90°.
En d’autres termes, les ailettes inférieures 27 et les ailettes supérieures 19 sont de préférence perpendiculaires les unes aux autres.
La plaque supérieure 13, la plaque inférieure 15 et la plaque de protection 23 présentent des zones principales respectives 29, 31 , 33 en vis-à-vis, sensiblement parallèles entre elles. Elles sont perpendiculaires à une même direction normale N, matérialisée sur les figures. Les première et seconde directions D1 , D2 sont typiquement sensiblement perpendiculaires à la direction normale N.
Les zones principales 29, 31 , 33 couvrent sensiblement au moins 80% des plaques 13, 15, 23 correspondantes.
Les zones principales 29 et 31 sont sensiblement planes. Elles sont écartées l’une de l’autre, suivant la direction normale N, d’une hauteur correspondant à la hauteur des ailettes supérieures 19. Typiquement, cette hauteur est comprise entre 2 et 10 mm, de préférence comprise entre 3 et 5 mm, et elle vaut par exemple 4 mm.
Le fluide caloporteur circulant dans le volume de circulation 17 est de tout type adapté. Par exemple ce fluide est de l’eau glycolée.
L’échangeur de chaleur 1 1 comporte une entrée de fluide caloporteur et une sortie de fluide caloporteur, non représentées, débouchant dans le volume de circulation 17. L’entrée de fluide caloporteur et la sortie de fluide caloporteur sont prévues pour être raccordées à un circuit de fluide caloporteur comportant typiquement un organe de circulation tel qu’une pompe, et un organe permettant d’évacuer la chaleur prélevée aux cellules de stockage d’électricité 3 par le fluide caloporteur.
Les ailettes supérieures 19 sont agencées pour définir des canaux de circulation pour le fluide caloporteur depuis l’entrée jusqu’à la sortie.
Les ailettes supérieures 19 sont formées par une première plaque métallique 35 pliée en créneaux.
Ainsi, les ailettes supérieures 19 sont raccordées les unes aux autres par des premiers plats supérieurs 37 en appui contre la plaque supérieure 13, et par des premiers plats inférieurs 39 en appui contre la plaque inférieure 15. Les ailettes supérieures 19 sont juxtaposées, et sont sensiblement parallèles les unes aux autres. Chaque ailette supérieure 19 s’étend dans un plan contenant la première direction D1 et contenant la direction normale N, ou contenant la première direction D1 et faiblement inclinée par rapport à la direction normale N. On entend ici par faiblement incliné un angle inférieur à 20°. Les ailettes supérieures 19 sont régulièrement écartées les unes des autres suivant la seconde direction D2. Chaque ailette 19 est ainsi encadrée par deux ailettes voisines.
Chaque ailette supérieure 19 présente un bord supérieur 41 et un bord inférieur 43, s’étendant selon la première direction D1 (figure 5).
Le bord supérieur 41 de chaque ailette 19 est raccordé par un des plats supérieurs 37 à l’une des deux ailettes voisines. Le bord inférieur 43 est raccordé par un plat inférieur 39 à l’autre ailette voisine.
Les premiers plats supérieurs 37 sont rigidement fixés à la plaque supérieure 13. Typiquement, ils sont fixés par brasage ou par collage. Le brasage ou le collage permet de solidariser sensiblement toute la surface du premier plat supérieur 37 à la plaque supérieure 13.
De même, les premiers plats inférieurs 39 sont rigidement fixés à la plaque inférieure 15. Ils sont typiquement fixés par brasage ou collage, chacun sur sensiblement toute sa surface.
Par ailleurs, les premiers plats supérieurs 37, en projection normale sur la plaque supérieure 13, couvrent au moins 30% de la superficie de la projection normale de la première plaque métallique 35 sur la plaque supérieure 13. De préférence, les projections normales des premiers plats supérieurs 37 couvrent ensemble entre 41 et 48% de la projection normale de la première plaque métallique 35.
En d’autres termes, les ailettes 19 sont pratiquement parallèles à la direction normale N, de telle sorte que les premiers plats supérieurs 37 couvrent une proportion proche de 50% de la projection normale de la première plaque métallique 35. Ainsi, la surface de la première plaque métallique 35 rigidement fixée à la plaque supérieure 13 est très élevée, de telle sorte qu’il n’est pas nécessaire d’utiliser un moyen de fixation coûteux. Il n’est pas nécessaire d’obtenir une force de collage ou de brasage extrêmement élevée entre les premiers plats supérieurs 37 et la plaque supérieure 13. La force de collage ou de brasage par unité de surface est fonction de la résistance mécanique des ailettes supérieure 19.
De même, les premiers plats inférieurs 39, en projection normale sur la plaque inférieure 15, couvrent au moins 30% de la superficie de la projection normale de la première plaque métallique 35 sur ladite plaque inférieure 15. Les projections normales des premiers plats inférieurs 39 couvrent ensemble typiquement entre 41 et 48% de la projection normale de la première plaque métallique 35.
De nouveau, cette grande surface de fixation de la première plaque métallique 35 à la plaque inférieure 15 fait qu’il n’est pas nécessaire d’utiliser un moyen de fixation coûteux entre la première plaque métallique 35 et le plaque inférieure 15.
Typiquement, la première plaque métallique 35 est en aluminium ou en un alliage d’aluminium. En variante, la première plaque métallique 35 est réalisée en acier, ou en acier à haute ou très haute limite élastique, ou en dual phase (acier à deux phases entremêlées avec des grains sous forme martensitiques et ferritiques)
Par exemple, les ailettes supérieures 19 présentent une hauteur comprise entre 3 et 5 mm, typiquement de 4 mm, avec un pas, c’est-à-dire un écartement selon la seconde direction D2, compris entre 3 et 5 mm, et valant typiquement 3 mm. La plaque présente typiquement une épaisseur de paroi de 0,2 mm environ.
Ainsi, les parois supérieure et inférieure sont liées l’une à l’autre par un grand nombre de parois verticales, espacées de 3 à 5 mm. Ceci confère une excellente rigidité à l’échangeur de chaleur.
Dans l’exemple de réalisation des figures 1 à 3, la plaque inférieure 15 présente, autour de la zone principale 31 , un bord 45 en saillie vers la plaque supérieure 13, prolongé par une collerette sortante 47. La collerette sortante 47 est plaquée contre la plaque supérieure 13. Elle est fixée de manière étanche au fluide caloporteur sous la plaque supérieure 13.
En d’autres termes, la plaque inférieure 15 est légèrement concave vers la plaque supérieure 13.
La plaque inférieure 15 est typiquement en aluminium ou en un alliage d’aluminium. En variante, la plaque inférieure 15 est acier, en acier à haute limite élastique ou encore en acier inoxydable.
Avantageusement, les ailettes inférieures 27 sont formées par une seconde plaque métallique 49 pliée en créneaux.
Les ailettes inférieures 27 sont raccordées les unes aux autres par des seconds plats supérieurs 51 en appui contre la plaque inférieure 15, et par des seconds plats inférieurs 53 en appui contre la plaque de protection 23.
Les ailettes inférieures 27 sont sensiblement parallèles les unes aux autres. Elles s’étendent chacune dans un plan contenant la seconde direction D2 et la direction normale N, ou dans un plan contenant la seconde direction D2 et faiblement incliné par rapport à la direction normale N. On entend ici par faiblement incliné un angle inférieur à 20°. Les ailettes inférieures 27 sont régulièrement espacées les unes des autres suivant la première direction D1.
Chaque ailette inférieure 27 présente un bord supérieur 55 s’étendant suivant la seconde direction D2 et un bord inférieur 57 s’étendant suivant la seconde direction D2. Chaque ailette inférieure 27 est encadrée par deux autres ailettes inférieures voisines 27, disposées de part et d’autre suivant la première direction D1. Le bord supérieur 55 de l’ailette inférieure 27 est raccordé à l’une des deux ailettes voisines par un des plats supérieurs 51. Le bord inférieur 57 est raccordé à l’autre ailette voisine par un des plats inférieurs 53.
Les seconds plats supérieurs 51 sont rigidement fixés à la plaque inférieure 15. Ils sont rigidement fixés à la plaque inférieure 15 chacun par sensiblement toute sa surface. Ils sont typiquement fixés chacun par brasage ou collage.
De même, les seconds plats inférieurs 53 sont rigidement fixés à la plaque de protection 23. Ils sont fixés chacun à la plaque de protection 23 sur la quasi-totalité de sa surface. Ils sont fixés chacun par brasage ou par collage.
Ainsi, la surface fixée à la plaque inférieure 15 ou à la plaque de protection 23 est très étendue, de telle sorte qu’il n’est pas nécessaire d’utiliser un moyen de fixation coûteux.
Les seconds plats supérieurs 51 , en projection normale sur la plaque inférieure 15, couvrent au moins 30% de la superficie de la projection normale de la seconde plaque métallique 49 sur ladite plaque inférieure 15. De préférence, les projections normales des seconds plats supérieurs 51 couvrent ensemble de 41 à 48% de la superficie de la projection normale de la seconde plaque métallique 49.
De même, les seconds plats inférieurs 53, en projection normale sur la plaque de protection 23, couvrent au moins 30% de la superficie de la projection normale de la seconde plaque métallique 49 sur la plaque de protection 23. Les projections normales des seconds plats inférieurs 53 couvrent ensemble de préférence entre 41 et 48% de la superficie de la projection normale de la seconde plaque métallique 49.
La hauteur des ailettes inférieures 27, prise selon la direction normale, est comprise entre 4 et 14 mm, de préférence entre 5 et 10 mm, et vaut par exemple 7 mm. Le pas est typiquement compris entre 3 et 8 mm, et vaut par exemple 4,5 mm.
Ainsi, du fait de leur taille, les ailettes inférieures 27 sont relativement plus rigides que les ailettes supérieures 19.
La seconde plaque métallique 49 présente une épaisseur comprise entre 0,5 et 2,5 mm, de préférence entre 0,7 et 1 ,5 mm, encore plus préférentiellement d’environ 1 mm, et avantageusement égale à 1 mm. Elle est réalisée en acier, ou en acier à haute ou très haute limite élastique, ou en dual phase , ou encore en aluminium ou en alliage d’aluminium.
La plaque de protection 23 est typiquement en un matériau composite de type RTM ( Resin Transfer Molding), ou en acier, ou en acier à haute limite élastique, ou en acier à très haute limite élastique, ou en aluminium, ou en un alliage d’aluminium.
Le matériau composite de type RTM comprend de préférence une matière thermoplastique ou thermodurcissable et un renfort. A titre d’exemple, ce renfort peut comporter des fibres, une majorité de fibres étant des fibres continues de longueur supérieure à 100 mm. De préférence, au moins 50% en poids des fibres sont des fibres continues. Ces fibres sont avantageusement disposées en plusieurs couches, avec des orientations choisies pour obtenir une excellente résistance mécanique en fonction des sollicitations. La matière thermodurcissable est par exemple un polyester, un vinylester, un époxy, un acrylique ou une résine biosourcée. La matière thermoplastique est par exemple une résine thermoplastique de synthèse ou biosourcée.
Le renfort est par exemple une fibre de verre, de basalte, de carbone, d’aramide, ou de HMPP (polypropylène à haut poids moléculaire). En variante, le renfort est en lin, en chanvre, ou est en une autre fibre biosourcée.
La plaque de protection 23 présente une épaisseur comprise entre 2 et 5 mm, de préférence entre 2,5 et 3,5 mm, encore préférentiellement d’environ 3 mm, et idéalement égale à 3 mm.
En variante, le matériau composite est de type SMC (Sheet Molding Compound). Il comprend alors de préférence une matière thermoplastique ou thermodurcissable et un renfort. A titre d’exemple, ces renforts sont des fibres, une majorité des fibres étant des fibres courtes de longueur inférieure à 51 mm (deux pouces). Ces fibres courtes sont typiquement des fibres coupées.
Des fibres longues sont avantageusement disposées en certains points pour renforcer localement la structure si nécessaire. Ces fibres longues présentent une longueur supérieure à 100 mm. Ces fibres longues sont également appelées fibres continues.
Suivant une autre variante de réalisation, la plaque de protection 23 est en une mousse d’aluminium, ou un sandwich plaque d’aluminium, mousse d’aluminium, plaque d’aluminium, ces trois épaisseurs étant liées atomiquement par fusion. Suivant une encore autre variante de réalisation, la plaque de protection 23 est en un acier, notamment un acier à haute limite élastique.
La fonction des ailettes supérieures 19 est principalement de lier mécaniquement la plaque supérieure 13 à la plaque inférieure 15. Elles permettent notamment de transmettre des efforts suivant la direction normale N entre les deux plaques. De manière annexe, les ailettes supérieures 19 permettent de transmettre la chaleur de la plaque supérieure 13 au fluide caloporteur.
La première plaque métallique 35, considérée en projection normale sur la plaque supérieure 13, couvre la plus grande surface possible, et de préférence couvre au moins 80% de la surface de la plaque supérieure 13.
La seconde plaque métallique 49, considérée en projection normale sur la plaque inférieure 15, couvre la plus grande surface possible, et de préférence au moins 80% de la surface de la plaque inférieure 15.
Selon un autre aspect de l’invention, l’enveloppe 5 comporte un bac inférieur 63 et un couvercle 65. Le bac inférieur 63 comprend, outre la plaque supérieure 13, un bord dressé 67 vers le couvercle 65, à contour fermé, entourant entièrement la plaque supérieure 13.
Le bac inférieur 63 est avantageusement venu de matière, de préférence venu d’emboutissage. Ainsi, il est parfaitement étanche, de telle sorte qu’une éventuelle fuite de liquide provenant d’une des cellules de stockage d’électricité 3 serait contenue par le bac inférieur 63. Le bac inférieur 63 est bien entendu constitué du même matériau que la plaque supérieure 29. Ainsi, le bac inférieur 63 est typiquement réalisé en aluminium ou en un alliage d’aluminium, ou alternativement en acier, en acier à haute limite élastique ou encore en acier inoxydable.
La profondeur du bac inférieur est de l’ordre de 45 mm. Cette profondeur dépend de la capacité du matériau choisi à être embouti. Pour des matériaux faiblement emboutissables, la hauteur est moindre. En revanche, si le matériau est susceptible d’être facilement allongé, il est possible de dépasser cette valeur.
Comme visible sur les figures, le bord dressé 67 est prolongé vers l’extérieur de l’enveloppe 5 par une collerette sortante 69.
Le couvercle 65 est concave vers le bac inférieur 63. Le couvercle 65 présente un bord libre 71 , formant une collerette sortante qui a exactement la même géométrie et la même largeur que la collerette 69 du bac inférieur 63. Les collerettes 69 et 71 définissent un plan de joint commun pour le couvercle 65 et le bac inférieur 63. Le couvercle 65 et le bac inférieur 63 sont rigidement fixés l’un à l’autre, par tous moyens adaptés, au niveau de ce plan de joint.
Le couvercle 65 présente une profondeur correspondant à la hauteur des modules 9, diminuée par la profondeur du bac inférieur 63, plus un jeu fonctionnel.
Le couvercle 65 est de préférence réalisé en aluminium ou en alliage d’aluminium. En variante, il est réalisé en acier pour des raisons de résistance au feu. Avantageusement, il est en acier inoxydable, résistant à la fois au feu et à la corrosion. Il est alors de préférence obtenu par emboutissage. Selon une autre variante, le couvercle 65 est réalisé en une matière plastique ou en une matière composite. Dans ce cas, il est de type SMC ( Sheet Molding Compound).
Dans le cas où le couvercle 65 est réalisé en acier, il est de préférence revêtu d’un revêtement résistant à la corrosion, par zingage, cataphorèse, ou tout autre méthode.
La batterie 1 comporte encore un renfort mécanique externe 73, interposé entre le bord dressé 67 du bac inférieur 63 et un bord périphérique 75 de la plaque de protection 23. Ce renfort externe 73 a pour but de résister aux efforts latéraux externes que l’enveloppe 5 subit lors d’un accident ou lors du choc d’un corps sur la partie inférieure de l’enveloppe 5.
Comme visible sur les figures 1 à 3, le bord dressé 67 comprend deux premiers tronçons 77 parallèles à la première direction D1 , et deux seconds tronçons 79 parallèles à la seconde direction D2 et raccordant les deux premiers tronçons 77 l’un à l’autre.
Le renfort mécanique externe 73 comprend deux troisièmes plaques 81 pliées en créneaux parallèles à la première direction D1 et appliquées contre les premiers tronçons 77. Il comporte également deux quatrièmes plaques 83, pliées en créneaux parallèles à la seconde direction D2 et appliquées contre les seconds tronçons 79. Les troisièmes et quatrièmes plaques 81 , 83 sont pliées comme les premières et secondes plaques.
Les troisièmes et quatrièmes plaques 81 , 83 sont rigidement fixées au bord dressé 67 par tous moyens adaptés : collage, brasage, soudage laser, soudage par points, soudage à l’arc, clinchage etc...
En tout état de cause, la fixation des troisièmes et quatrièmes plaques 81 , 83 au bord dressé 67 est réalisée sans créer d’orifice traversant le bac inférieur, pour des raisons d’étanchéité. Le renfort mécanique externe 73 permet, en cas de choc latéral externe, de répartir les efforts sur une grande surface, ce qui conduit à une diminution de la pression par unité de surface exercée sur l’enveloppe.
Le renfort mécanique externe 73 travaille en flexion.
Par ailleurs, la batterie 1 comporte au moins une plaque de renfort interne 85, disposée à l’intérieur du bac inférieur 63 et rigidement fixée au bac inférieur 63.
La ou chaque plaque de renfort interne 85 est parallèle à la première direction D1.
La ou chaque plaque de renfort interne 85 est typiquement disposée entre deux modules 9 de cellules de stockage d’électricité.
La ou chaque plaque de renfort interne 85 s’étend depuis l’un des deux seconds tronçons 79 jusqu’à l’autre second tronçon 79. Elle est rigidement fixée à ses deux extrémités aux deux seconds tronçons 79.
La ou chaque plaque de renfort interne 85 s’étend typiquement dans un plan contenant la première direction D1 et la direction normale N.
La ou chaque plaque de renfort interne 85 est en aluminium ou en alliage d’aluminium, et est constituée d’une tôle pliée ou d’un profilé extrudé. En variante, la ou chaque plaque de renfort interne 85 est une tôle d’acier pliée, par exemple d’acier à haute limite élastique, à très haute limite élastique ou de type dual phase.
De préférence, la ou chaque plaque de renfort interne 85 est réalisée en aluminium ou en alliage d’aluminium si le bac inférieur 63 est lui-même réalisé en aluminium ou en alliage d’aluminium. La ou chaque plaque de renfort interne 85 au contraire est réalisée en acier si le bac inférieur est lui-même réalisé en acier. Ceci rend possible de souder la ou les plaques de renfort interne 85 sur le bac inférieur 63.
En variante, la ou chaque plaque de renfort interne est collée ou clinchée au bac inférieur 63, dans le cas où une fixation par soudure est difficile ou impossible.
Comme illustré sur la figure 3, les modules 9 sont disposés en une ou en plusieurs rangées s’étendant selon la seconde direction D2. Une plaque de renfort interne 85 est placée entre chaque paire de modules 9 voisins.
La présence de(s) plaque(s) de renfort interne rend le système mécaniquement très cohérent et résistant à la fois en flexion, torsion et compression (chocs latéraux), et en cas d’intrusion.
Avantageusement, la plaque de protection 23 comprend un fond central 87, le bord périphérique 67 comprenant deux premiers segments 89 parallèles à la première direction D1 et venus de matière avec le fond central 87, et deux seconds segments 91 parallèles à la seconde direction D2. Les seconds segments 91 ne sont pas venus de matière avec le fond central 87 et les premiers segments 89.
Le fond central 87 et les deux premiers segments 89 sont réalisés dans un premier matériau, qui a été décrit ci-dessus. Les seconds segments 91 sont réalisés dans un second matériau moins rigide que le premier matériau.
Les seconds segments 91 n’ont pas de fonction structurelle, et sont prévus principalement pour empêcher l’accumulation de souillures ou de liquide dans le volume inférieur 25. Les seconds segments 91 peuvent être réalisés dans un matériau moins coûteux que le premier matériau, par exemple une tôle de faible épaisseur.
Le fond central 87 correspond sensiblement à la zone principale 33. Il est renforcé par des reliefs 92 ménagés dans la matière constituant le fond central 87.
Comme visible sur la figure 2, les troisièmes plaques 81 sont prises entre les premiers tronçons 77 et les premiers segments 89. Les quatrièmes plaques 83 sont prises entre les seconds tronçons 79 et les seconds segments 91 (figure 1 ).
En cas de choc ou d’intrusion latérale selon la première direction, au niveau des seconds tronçons 79 du bord dressé 67, la rigidité de la batterie est assurée principalement par la ou les plaques de renfort interne 85. Celles-ci présentent une rigidité importante. L’effort transite d’abord par la quatrième plaque 83, qui permet de répartir l’effort sur une surface importante. L’effort est ensuite transmis aux ailettes supérieures 19 et à la ou chaque plaque de renfort interne 85. La plaque de protection 23 et les seconds segments 91 contribuent également à la rigidité de la structure.
En cas de choc ou d’intrusion latérale selon la seconde direction D2, la rigidité est principalement assurée par les ailettes inférieures 27.
En effet, ces ailettes du fait de leur taille sont particulièrement rigides.
L’effort transite d’abord par la troisième plaque 81 , qui permet de répartir cet effort sur une surface importante. L’effort est ensuite transmis aux quatrièmes plaques 83 et aux ailettes inférieures 27. Le fond central 87 et les premiers segments 89 de la plaque de protection 23 contribuent également à la rigidité de la batterie dans ce cas.
Une variante du premier mode de réalisation de l’invention va maintenant être décrite, en référence à la figure 4.
Seuls les points par lesquels cette variante diffère de celle des figures 1 à 3 seront détaillés ci-dessous. Les éléments identiques ou assurant la même fonction dans les deux variantes seront désignés par les mêmes références. Dans la variante de réalisation de la figure 4, la plaque inférieure 15 ne présente pas une forme concave vers la plaque supérieure. Au contraire, elle est sensiblement plane.
La plaque supérieure 13 n’est pas intégrée dans un bac inférieur 63 venu de matière, du type illustré sur les figures 1 à 3. La plaque supérieure 13 au contraire est concave vers la plaque inférieure 15. La partie principale 29 de la plaque supérieure 13 se prolonge ainsi par un bord 95 en saillie vers la plaque inférieure 15. Le bord en saillie 95 se prolonge quant à lui par une collerette sortante 97, plaquée contre la plaque inférieure 15. La collerette sortante 97 est fixée de manière étanche à la plaque inférieure 15.
L’invention a été décrite avec des ailettes inférieures et supérieures formées par des plaques pliées en créneaux. En variante, les ailettes inférieures ne sont pas formées par une plaque pliée en créneaux. Elles sont formées par plusieurs plaques pliées, chaque plaque définissant une ou plusieurs ailettes. La ou les plaques pliées ne sont pas nécessairement pliées en créneaux, mais peuvent être pliées selon tout autre profil, sous réserve de permettre une transmission des efforts entre la plaque de protection et la plaque inférieure. La situation est la même pour les ailettes supérieures.
Un second de réalisation de l’invention va maintenant être décrite, en référence aux figures 6 et 7.
Seuls les points par lesquels cette variante diffère de celle des figures 1 à 3 seront détaillés ci-dessous. Les éléments identiques ou assurant la même fonction dans les deux modes de réalisation seront désignés par les mêmes références.
Dans le second mode de réalisation, la batterie 1 comprend :
- une cornière supérieure 101 s’étendant sur toute la périphérie de l’enveloppe 5, comprenant une première aile supérieure 103 plaquée contre le châssis 28 et solidaire du châssis 28, et une seconde aile supérieure 105 s’étendant en vis-à-vis du bord dressé 67 ;
- une cornière inférieure 107 s’étendant sur toute la périphérie de l’enveloppe 5, comprenant une première aile inférieure 109 plaquée contre le châssis 28 et solidaire du châssis 28, et une seconde aile inférieure 1 1 1 s’étendant en vis-à-vis du bord dressé 67.
Typiquement, la batterie 1 ne comporte pas le renfort mécanique externe 73.
La cornière supérieure 101 a une section en L, les première et seconde ailes supérieures 103, 105 étant sensiblement perpendiculaires l’une à l’autre. Plus précisément, la première aile supérieure 103 est sensiblement perpendiculaire à la direction normale N. La seconde aile supérieure 105 est sensiblement parallèle à la direction normale N.
De même, la cornière inférieure 107 a une section en L, les première et seconde ailes inférieures 109, 1 1 1 étant sensiblement perpendiculaires l’une à l’autre.
Plus précisément, la première aile inférieure 109 est sensiblement perpendiculaire à la direction normale N. La seconde aile inférieure 1 1 1 est sensiblement parallèle à la direction normale N.
La plaque inférieure 15 présente un bord externe 1 13 sensiblement plat (figure 7). Elle ne comporte pas de bord 45 en saillie vers la plaque supérieure ni de collerette sortante.
La première aile supérieure 103 est plaquée contre une surface de supérieure 1 15 de la plaque inférieure 15, tournée vers la plaque supérieure 13. Elle est plaquée contre le bord externe plat 1 13 de la plaque inférieure 15.
Le fond du bac inférieur 63, c’est-à-dire la plaque supérieure 13, présente une zone centrale 1 17 légèrement concave vers la plaque inférieure 15, entourée par une zone périphérique 1 19 fixée de manière étanche à la première aile supérieure 103.
Ainsi, le volume de circulation 17 est fermé de manière étanche, à sa périphérie, par la cornière supérieure 101 .
Le bord périphérique 75 de la plaque de protection 23 est sensiblement plat (figure 7), et s’étend dans le même plan que la zone principale 33.
La première aile inférieure 109 est plaquée contre une surface inférieure 121 de la plaque de protection 23, tournée à l’opposé de la plaque inférieure 15. Elle est plaquée contre le bord périphérique plat 75 de la plaque de protection 23.
La seconde aile inférieure 1 1 1 et la seconde aile supérieure 105 sont plaquées l’une contre l’autre et sont rigidement fixées l’une à l’autre. La seconde aile inférieure 1 1 1 est située vers l’extérieur par rapport à la seconde aile supérieure 105.
La première aile supérieure 103 et la première aile inférieure 109 sont superposées à distance l’une au-dessus de l’autre, suivant la direction normale N. Elles présentent chacune une largeur supérieure à 30 mm, de préférence comprise entre 30 et 70mm, valant typiquement 50 mm. En d’autres termes, la première aile supérieure 103 et la première aile inférieure 109 sont superposées suivant la direction normale N sur une largeur L d’au moins 30 mm, de préférence comprise entre 30 et 70mm.
Les cornières supérieure et inférieure 101 et 107 sont de préférence en un acier martensitique ayant une résistance maximale à la traction (notée Rm dans le texte ci-dessous) compris entre 900 MPa et 2000 MPa. Les ailettes inférieures sont par exemple en acier à deux phases (ferrite et martensite) ayant un Rm de 1000MPa, ou en un acier martensite pur avec un Rm de 1200 à 1700MPa.
Typiquement, les cornières supérieure et inférieure 101 et 107 présentent une épaisseur de 2 mm. La plaque inférieure 15 et la plaque de protection 23 présentent chacune une épaisseur de 1 mm environ. Les ailettes inférieures 27 présentent une hauteur comprise entre 4 mm et 20 mm, typiquement 14 mm.
Les cornières supérieure et inférieure 101 et 107 ont pour fonction de renforcer le châssis 28 sur tout son pourtour. Elles sont conçues en particulier pour conférer à la batterie 1 une bonne résistance en cas de chocs latéraux.
Les chocs latéraux correspondent aux cas où un objet percute le véhicule latéralement. Habituellement, on considère un poteau de 150 mm de diamètre environ, heurtant le véhicule environ à 50 km/h. Suivant les cas, on peut considérer un effort quasi statique de 100 à 200 kN ou un choc avec une énergie de 10kJ.
Dans ce cas, les cornières sont particulièrement sollicitées.
La zone la plus rigide de la structure est la zone où les cornières 101 et 107 sont fixées au châssis 28. C’est pourquoi il est important que les cornières soient superposées sur une largeur L suffisante, par exemple environ 50mm. Cette cote dépend des sollicitations. En effet, on a dans cette zone, sur la largeur L, deux plaques horizontales de 3 mm d’épaisseur, liées par des ailettes de 1 mm.
La seconde aile inférieure 1 1 1 et la seconde aile supérieure 105 rigidifient significativement la structure et participe aussi à lutter contre le renversement.
Au-delà de la largeur L, l’ensemble de la structure composée de la plaque inférieure 15, de la plaque de protection 23, des ailettes supérieure 19 et des ailettes inférieures 27 contribue à répartir l’effort dans le reste du châssis.
En utilisant la conception décrite ci-dessus, la pénétration d’un poteau sous un effort statique de 200kN est de seulement 4 mm.
Par ailleurs, les ailettes inférieures 27 forment un angle compris entre 30° et 60° par rapport à la direction normale N. Cet angle est typiquement compris entre 40° et 50°, et vaut de préférence 45°. Une telle inclinaison est particulièrement favorable en cas d’intrusion par le bas. Le châssis 28 de la batterie est en effet exposé à des chocs, dus à des rochers, des branches, ou tout autre corps se trouvant sur la surface de roulement.
Ces chocs sont simulés par un essai dit « puit de chute », correspondant à un choc de 200J avec une sphère ou demi sphère de 180 mm de diamètre par exemple. Après ce choc, on ne doit pas constater d’intrusion au niveau des modules (cas critique pouvant conduire à l’endommagement des cellules et à la création d’un court-circuit ayant éventuellement pour conséquence de mettre le feu à la batterie).
Dans ce cas, le rôle des ailettes inférieures 27 est particulièrement critique. Si les ailettes inférieures 27 sont verticales, elles ont une rigidité maximum suivant la direction normale N. Lors du choc, elles auront tendance à transférer à la plaque inférieure 15 l’intégralité de l’effort généré par la sphère. En conséquence, l’écrasement du sandwich plaque de protection 23/ ailettes inférieures 27/ plaque inférieure 15 est réduit, et l’énergie du choc est peu ou pas absorbé. La structure plie, sans absorption d’énergie. Ce sont alors les ailettes supérieures 19 qui doivent absorber totalement la flexion du sandwich 23/27/15. Ces dernières ne sont pas conçues dans ce but.
Prévoir que les ailettes inférieures 27 présentent un angle compris entre 30° et 60° par rapport à la direction normale N permet d’augmenter la capacité de la structure à absorber un choc venant du bas. Les ailettes 27 ont une raideur verticale bien plus faible qu’avec un angle de 90°, et ce sans affecter les performances en choc latéral. Pour un choc de 200J, on constate un enfoncement de la plaque de protection 23 de 5 mm, un enfoncement de la plaque inférieure 15 de 2mm, et aucune déformation de la plaque supérieure 7.
Cet effet est encore renforcé quand, avantageusement, les ailettes supérieures 19 forment un angle compris entre 30° et 60° par rapport à la direction normale N, de préférence compris entre 40° et 50°, et valant par exemple 45°.
Comme décrit plus haut, le bord dressé 67 du bac inférieur 63 comporte deux premiers tronçons 77 sensiblement droits, sensiblement parallèles et opposés l’un à l’autre, et deux seconds tronçons 79 sensiblement droits, sensiblement parallèles l’un à l’autre et raccordant les deux premiers tronçons 77 l’un à l’autre.
Typiquement, quand la batterie est installée à bord du véhicule, les premiers tronçons 77 sont orientés selon l’axe transversal du véhicule, et les seconds tronçons 79 sont orientés selon l’axe longitudinal, c’est-à-dire selon la direction de déplacement normal du véhicule. Selon un aspect avantageux, la seconde direction D2 forme un angle compris entre 30° et 60° par rapport à la seconde aile supérieure 105, de préférence compris entre 40° et 50°, et valant par exemple 45°.
Ceci permet d’obtenir que les ailettes inférieures 27 réagissent en intrusion latérale à la fois selon l’axe longitudinal du véhicule et selon l’axe transversal du véhicule.
Habituellement, les structures sont conçues pour répondre préférentiellement perpendiculairement à l’axe longitudinal véhicule. Mais ces structures sont peu performantes en cas de choc longitudinal.
Selon une variante de réalisation illustrée sur les figures 8 à 10, le châssis 28 comporte avantageusement une plaque de protection supplémentaire 121 couvrant la plaque de protection 23, et délimitant avec la plaque de protection 23 un volume supplémentaire 123 (figure 8). Il comporte également des ailettes supplémentaires 125 logées dans le volume supplémentaire 123.
Les ailettes supplémentaires 125 s’étendent suivant une troisième direction D3 et sont agencées pour transmettre des efforts entre la plaque de protection 23 et la plaque de protection supplémentaire 123.
La troisième direction D3 forme avec la seconde direction D2 un angle compris entre 60° et 120°, de préférence compris entre 75° et 105°, et valant par exemple 90°.
Typiquement, la plaque de protection supplémentaire 121 est réalisée dans le même matériau et présente la même épaisseur que la plaque de protection 23.
Les ailettes supplémentaires 125 sont formées par une plaque métallique 127 pliée en créneau (figure 10). Elles sont typiquement réalisées dans le même matériau et présentent la même épaisseur que les ailettes inférieures 27. Elles présentent la même géométrie que les ailettes inférieures, et notamment forment un angle compris entre 30° et 60° par rapport à la direction normale N, de préférence compris entre 40° et 50°, et valant par exemple 45°. Elles présentent sensiblement la même hauteur, suivant la direction normale, que les ailettes inférieures 27.
Le châssis 28 décrit plus haut en référence aux figures 7 et 8 n’est pas symétrique en torsion du fait de l’orientation des ailettes inférieures à 45° par rapport aux seconds tronçons 79. Cette conception est toutefois satisfaisante dans le cas d’une batterie pour un véhicule hybride. La taille de la batterie est alors typiquement de 1 m par 70 cm et sa masse est de 150 kg environ. Dans le cas d’une batterie pour un véhicule à propulsion exclusivement électrique, la batterie présente une longueur longitudinale d’environ 3 m, une largeur transversale de 1 ,4 m et une masse de 600 kg. De plus une telle batterie fait partie du châssis du véhicule et doit donc avoir des caractéristiques mécaniques élevées en flexion et en torsion.
Ces caractéristiques mécaniques sont obtenues par ajout de la plaque de protection supplémentaire 123 et des ailettes supplémentaires 125, et par l’orientation des ailettes supplémentaires 125. Les ailettes inférieures 27 sont fortement inclinées par rapport aux axes longitudinal et transversal du véhicule. Les ailettes supplémentaires 125 sont également fortement inclinées par rapport aux axes longitudinal et transversal du véhicule, et sont de plus pratiquement perpendiculaires aux ailettes inférieures 27. Ceci permet d’obtenir que le châssis 28 ait un comportement identique en tous sens, en torsion, en flexion, et en chocs.
Dans cette variante de réalisation, les cornières supérieures 101 sont fixées sur la plaque de protection 23 et les cornières inférieures 107 sont fixée sous la plaque de protection supplémentaire 121.
La figure 7 illustre un véhicule automobile équipé d’une batterie selon la variante de réalisation décrite ci-dessus.
Les ailettes inférieures 27 sont représentées schématiquement par des traits interrompus. Il apparaît que la troisième direction D3 forme un angle compris entre 30° et 60° avec la direction longitudinale L.
La seconde direction D2 forme également un angle compris entre 30° et 60° avec la direction longitudinale L, et forme un angle compris entre 30° et 60° avec la seconde direction D2.
Ainsi, l’invention propose une batterie comportant :
- un châssis 28 sensiblement plat, ceinturé de cornières 101 , 107 ;
- une enveloppe 5 dans laquelle les cellules de stockage d’électricité 3 sont logées ;
- et un échangeur de chaleur 1 1 entre les deux.
Ces différents éléments sont liés mécaniquement les uns aux autres, ce qui rend l’ensemble mécaniquement résistant.
Le châssis 28 est plat au-dessus (plaque inférieure 15) et en dessous (plaque de protection 23).
Les batteries existantes sont généralement à fond plat coté route et mais comportent des longerons et des traverses coté cellules, au niveau de l’intérieur du bac inférieur 65, ce qui rend le plancher intérieur de la batterie non plat et donc incompatible avec la réalisation d’un échangeur de chaleur. Pour cette raison, cet échangeur de chaleur est très souvent logé à l’intérieur du volume ou se trouve les cellules, avec le risque de remplir ce volume avec le liquide de refroidissement en cas de fuite.
Le bac inférieur 63 et le couvercle 65 sont obtenus par emboutissage et sont donc complètement étanches. L’étanchéité n’est à réaliser qu’au niveau des plans de joint entre le bac inférieur 63 et le couvercle 65, et au niveau des passe-câbles.
Dans les structures habituelles, le châssis est fait de plusieurs pièces mécano-soudées avec de grands risques vis-à-vis de l’étanchéité.
Les différents éléments structurels de la batterie, notamment le châssis 28 et l’échangeur de chaleur 1 1 , sont préférentiellement faits en acier en adaptant leur tenue aux sollicitations. L’emploi d’acier à haute limite élastique permet de réduire l’épaisseur pour les mêmes prestations mécaniques.
Dans ce cas, la soudure laser sera préférée pour avoir moins de déformations. Le soudage à l’arc peut être envisagé. Le brasage tendre (à faible température) peut être aussi utilisé pour lier certaines parties où la surface brasée est importante et les concentrations de contraintes sont inférieures à la possibilité mécanique du joint brasé. Le collage peut être aussi utilisé, notamment pour lier les ailettes supérieures 19 aux plaques supérieure et inférieure 13, 15. Le brasage fort est déconseillé du fait de sa haute température qui annihilera les caractéristiques mécaniques des aciers (recuits)
En variante, les différents éléments structurels de la batterie sont faits d’aluminium ou d’alliages d’aluminium. Dans ce cas il faut adapter les épaisseurs des parties structurelles pour obtenir les mêmes prestations mécaniques.
Dans ce cas, on peut souder au laser, mais aussi coller, utiliser le brasage tendre ou fort, voire la soudure à l’arc.
Selon une autre variante, l’acier est utilisé pour les éléments constituant le châssis et pour les cornières, et l’aluminium pour le reste de la structure, qui est moins sollicité.
Le couvercle selon encore une autre variante est fait de SMC ou de tout autre plastique ayant les propriétés requises.
La plaque de protection 23 et la plaque de protection supplémentaire 123, selon les cas, sont faites en RTM.
Il est à noter que les différents aspects techniques décrits en relations avec les deux modes de réalisation peuvent être combinés entre eux.
Ainsi, il est possible d’agencer des cornières sur la batterie du premier mode de réalisation, et il est possible d’agencer un renfort métallique externe sur le second mode de réalisation. La plaque de protection supplémentaire et les ailettes supplémentaires peuvent être ajoutées sur le premier mode de réalisation.

Claims

REVENDICATIONS
1. Batterie de stockage d’électricité pour véhicule, la batterie (1 ) comprenant :
une pluralité de cellules (3) de stockage d’électricité ;
- une enveloppe (5) délimitant intérieurement un volume (7) de réception des cellules de stockage d’électricité (3) ;
- un échangeur de chaleur (1 1 ) comprenant une plaque supérieure (13) métallique définissant le fond de l’enveloppe (5), une plaque inférieure (15) délimitant avec la plaque supérieure (13) un volume (17) de circulation d’un fluide caloporteur, et une pluralité d’ailettes supérieures (19) logées dans le volume de circulation (17), les ailettes supérieures (19) s’étendant suivant une première direction (D1 ), les ailettes supérieures (19) étant agencées pour transmettre des efforts entre les plaques supérieure et inférieure (13, 15) ;
- une plaque de protection (23) couvrant la plaque inférieure (15) et délimitant avec la plaque (15) inférieure un volume inférieur (25) ;
- des ailettes inférieures (27) de rigidification logées dans le volume inférieur (25), les ailettes inférieures (27) s’étendant suivant une seconde direction (D2) et étant agencées pour transmettre des efforts entre la plaque de protection (23) et la plaque inférieure (15), la plaque inférieure (15) formant avec les ailettes inférieures (27) et la plaque de protection (23) un châssis (28) rigide reprenant la majeure partie des efforts auxquels la batterie (1 ) est soumise.
2. Batterie selon la revendication 1 , dans laquelle l’enveloppe (5) comporte un bac inférieur (63) et un couvercle (65), le bac inférieur (63) comprenant la plaque supérieure (13) et un bord dressé (67) vers le couvercle (65).
3. Batterie selon la revendication 2, dans laquelle la batterie (1 ) comporte un renfort mécanique externe (73), interposé entre le bord dressé (67) du bac inférieur (63) et un bord périphérique (75) de la plaque de protection (23).
4. Batterie selon la revendication 3, dans laquelle le bord dressé (67) comporte deux premiers tronçons (77) parallèles à la première direction (D1 ) et deux seconds tronçons (79) parallèles à la seconde direction (D2) et raccordant les deux premiers tronçons (77) l’un à l’autre, le renfort mécanique externe (73) comprenant deux troisièmes plaques (81 ) pliées en créneaux parallèles à la première direction (D1 ) et appliqués contre les premiers tronçons (77), et deux quatrièmes plaques (83) pliées en créneaux parallèles à la seconde direction (D2) et appliqués contre les seconds tronçons (79).
5. Batterie selon la revendication 3 ou 4, dans laquelle la plaque de protection (23) comporte un fond central (87), le bord périphérique (75) comprenant deux premiers segments (89) parallèles à la première direction (D1 ) et venus de matière avec le fond central (87) dans un premier matériau, et deux seconds segments (91 ) parallèles à la seconde direction (D2) et réalisés dans un second matériau moins rigide que le premier matériau.
6. Batterie selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les première et seconde directions (D1 , D2) forment entre elles un angle compris entre 60° et 120°.
7. Batterie selon l’une quelconque des revendications précédentes combinée à la revendication 2, dans laquelle la batterie (1 ) comprend :
- une cornière supérieure (101 ) s’étendant sur toute la périphérie de l’enveloppe (5), comprenant une première aile supérieure (103) plaquée contre le châssis (28) et solidaire du châssis (28), et une seconde aile supérieure (105) s’étendant en vis-à- vis du bord dressé (67) ;
- une cornière inférieure (107) s’étendant sur toute la périphérie de l’enveloppe (5), comprenant une première aile inférieure (109) plaquée contre le châssis (28) et solidaire du châssis (28), et une seconde aile inférieure (1 1 1 ) s’étendant en vis-à-vis du bord dressé (67).
8. Batterie selon la revendication 7, dans laquelle la première aile supérieure (103) de la cornière supérieure (101 ) et la première aile inférieure (109) de la cornière inférieure (107) sont superposées à distance l’une au-dessus de l’autre et présentent chacune une largeur supérieure à 30 mm.
9. Batterie selon la revendication 7 ou 8, dans laquelle la seconde aile supérieure (105) de la cornière supérieure (101 ) et la seconde aile inférieure (1 1 1 ) de la cornière inférieure (107) sont plaquées l’une contre l’autre et sont rigidement fixées l’une à l’autre.
10. Batterie selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les ailettes inférieures (27) forment un angle compris entre 30° et 60° par rapport à une direction normale (N) sensiblement perpendiculaire aux première et seconde directions (D1 , D2).
11. Batterie selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le châssis (28) comporte une plaque de protection supplémentaire (121 ) couvrant la plaque de protection (23), et délimitant avec la plaque de protection un volume supplémentaire (123), et des ailettes supplémentaires (125) logées dans le volume supplémentaire (123), les ailettes supplémentaires (125) s’étendant suivant une troisième direction (D3) et étant agencées pour transmettre des efforts entre la plaque de protection (23) et la plaque de protection supplémentaire (121 ).
12. Batterie selon la revendication 1 1 , dans laquelle la troisième direction (D3) forme avec la seconde direction (D2) un angle compris entre 60° et 120°.
13. Véhicule comprenant une batterie de stockage d’électricité (1 ) selon la revendication 1 1 ou 12, le véhicule ayant une direction longitudinale (L) d’avancement normal, la troisième direction (D3) formant un angle compris entre 30° et 60° par rapport à la direction longitudinale (L).
EP20734046.4A 2019-06-28 2020-06-25 Batterie de stockage d'électricité et véhicule Withdrawn EP3991238A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1907192A FR3098022B1 (fr) 2019-06-28 2019-06-28 Batterie de stockage d’électricité et véhicule
PCT/EP2020/067878 WO2020260482A1 (fr) 2019-06-28 2020-06-25 Batterie de stockage d'électricité et véhicule

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3991238A1 true EP3991238A1 (fr) 2022-05-04

Family

ID=68211034

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP20734046.4A Withdrawn EP3991238A1 (fr) 2019-06-28 2020-06-25 Batterie de stockage d'électricité et véhicule

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230014338A1 (fr)
EP (1) EP3991238A1 (fr)
CN (1) CN114008840A (fr)
FR (1) FR3098022B1 (fr)
WO (1) WO2020260482A1 (fr)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11996576B2 (en) * 2020-07-03 2024-05-28 Teijin Automotive Technologies, Inc. Impact resistant frame of battery containment system
US20220320657A1 (en) * 2021-03-31 2022-10-06 Ford Global Technologies, Llc Traction battery pack enclosure patch and enclosure patching method
CN116766935A (zh) * 2022-03-11 2023-09-19 宇通客车股份有限公司 一种具有电池舱底部碰撞防护结构的客车
CN115472968B (zh) * 2022-09-29 2023-12-26 厦门海辰储能科技股份有限公司 加强组件、液冷板、液冷板的制造方法及储能装置

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9196938B2 (en) * 2010-07-06 2015-11-24 Samsung Sdi Co., Ltd. Battery module
CN202205826U (zh) * 2011-08-25 2012-04-25 比亚迪股份有限公司 一种电池包及含有该电池包的电源系统
JP5652377B2 (ja) * 2011-11-17 2015-01-14 三菱自動車工業株式会社 電動車のバッテリーパック構造
WO2014061109A1 (fr) * 2012-10-16 2014-04-24 トヨタ自動車株式会社 Structure d'installation de cellule pour véhicule
US9054402B1 (en) * 2013-11-19 2015-06-09 Atieva, Inc. Electric vehicle battery pack protection system
JP5971235B2 (ja) * 2013-12-25 2016-08-17 トヨタ自動車株式会社 バッテリフレーム及び車両用電池搭載構造
DE102014107388A1 (de) * 2014-05-26 2015-11-26 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Unterbodeneinheit für ein Kraftfahrzeug
US10199697B2 (en) * 2016-05-25 2019-02-05 Ford Global Technologies, Llc Sealed battery pack designs
DE102016115037A1 (de) * 2016-08-12 2018-02-15 Thyssenkrupp Ag Batteriekasten mit seitlicher Verstärkung
DE102017110578A1 (de) * 2017-05-16 2018-11-22 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Kraftfahrzeug-Hochspannungs-Energiespeicher
CN108039434A (zh) * 2017-12-05 2018-05-15 北京普莱德新能源电池科技有限公司 一种一体式水冷动力电池箱
CN109103383A (zh) * 2018-09-06 2018-12-28 江苏卡耐新能源有限公司 一种动力电池包结构及装配方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2020260482A1 (fr) 2020-12-30
US20230014338A1 (en) 2023-01-19
FR3098022B1 (fr) 2021-05-28
FR3098022A1 (fr) 2021-01-01
CN114008840A (zh) 2022-02-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3991238A1 (fr) Batterie de stockage d'électricité et véhicule
EP2839524B1 (fr) Éléments de renforcement contre des efforts extérieurs pour une batterie d'alimentation de puissance
EP3277560B1 (fr) Châssis de véhicule léger ainsi qu'un véhicule muni d'un tel châssis
EP2488403B1 (fr) Structure de vehicule comprenant une batterie
FR3081261A1 (fr) Batterie et vehicule equipe d'une telle batterie
WO2019162583A1 (fr) Dispositif de protection de batterie en cas de choc lateral et vehicule equipe d'un tel dispositif
FR3001185A1 (fr) Vehicule terrestre et procede de fabrication d'un tel vehicule
FR2977554A1 (fr) Vehicule terrestre comportant un chassis a structure en nid d'abeille
EP3661812A1 (fr) Ensemble pare-chocs pour vehicule automobile
FR2572788A1 (fr) Structure porteuse composite
EP2997324B1 (fr) Structure de plancher pour une caisse de vehicule blinde
EP3562714A1 (fr) Système d'absorption de choc pour véhicule automobile
EP0937611A1 (fr) Poutre de pare-chocs de véhicule automobile
EP3774502B1 (fr) Véhicule comprenant un dispositif de protection de batterie destiné à coopérer avec la jante d'une roue
WO2022214742A1 (fr) Bac pour une batterie d'un vehicule terrestre
WO2020128193A1 (fr) Unité d'absorption d'énergie de choc pour dispositif de stockage d'énergie électrique
FR3066966B1 (fr) Dispositif d’entretoisement pour appui de roue de vehicule en choc arriere et vehicule presentant un tel dispositif
WO2022243615A1 (fr) Système de reprise d'effort sur une partie basse arrière d'un véhicule automobile
EP4323260A1 (fr) Véhicules de type hybride
FR3120046A1 (fr) Ensemble absorbeur de chocs pour véhicule automobile
EP3661814A1 (fr) Ensemble pare-chocs pour vehicule automobile
FR3087050A1 (fr) Boîtier de batterie

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20211229

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R079

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H01M0050200000

Ipc: H01M0050242000

GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: GRANT OF PATENT IS INTENDED

RIC1 Information provided on ipc code assigned before grant

Ipc: H01M 50/271 20210101ALI20230417BHEP

Ipc: H01M 10/6556 20140101ALI20230417BHEP

Ipc: H01M 10/625 20140101ALI20230417BHEP

Ipc: H01M 50/249 20210101ALI20230417BHEP

Ipc: H01M 50/204 20210101ALI20230417BHEP

Ipc: H01M 50/242 20210101AFI20230417BHEP

INTG Intention to grant announced

Effective date: 20230509

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20230920