EP4308396A1 - Structure de vehicule integrant des modules de batterie - Google Patents

Structure de vehicule integrant des modules de batterie

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Publication number
EP4308396A1
EP4308396A1 EP22709350.7A EP22709350A EP4308396A1 EP 4308396 A1 EP4308396 A1 EP 4308396A1 EP 22709350 A EP22709350 A EP 22709350A EP 4308396 A1 EP4308396 A1 EP 4308396A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
module
floor
face
vehicle structure
sheet
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.)
Pending
Application number
EP22709350.7A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Dragan KRSTIC
Nicolas FRESCAL
Arnaud Delaye
Sebastien CHOPARD
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.)
Stellantis Auto SAS
Original Assignee
Stellantis Auto 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 Stellantis Auto SAS filed Critical Stellantis Auto SAS
Publication of EP4308396A1 publication Critical patent/EP4308396A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K1/00—Arrangement or mounting of electrical propulsion units
    • B60K1/04—Arrangement or mounting of electrical propulsion units of the electric storage means for propulsion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D21/00—Understructures, i.e. chassis frame on which a vehicle body may be mounted
    • B62D21/15—Understructures, i.e. chassis frame on which a vehicle body may be mounted having impact absorbing means, e.g. a frame designed to permanently or temporarily change shape or dimension upon impact with another body
    • B62D21/157—Understructures, i.e. chassis frame on which a vehicle body may be mounted having impact absorbing means, e.g. a frame designed to permanently or temporarily change shape or dimension upon impact with another body for side impacts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D25/00—Superstructure or monocoque structure sub-units; Parts or details thereof not otherwise provided for
    • B62D25/20—Floors or bottom sub-units
    • B62D25/2009—Floors or bottom sub-units in connection with other superstructure subunits
    • B62D25/2036—Floors or bottom sub-units in connection with other superstructure subunits the subunits being side panels, sills or pillars
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K1/00—Arrangement or mounting of electrical propulsion units
    • B60K2001/003—Arrangement or mounting of electrical propulsion units with means for cooling the electrical propulsion units
    • B60K2001/005—Arrangement or mounting of electrical propulsion units with means for cooling the electrical propulsion units the electric storage means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K1/00—Arrangement or mounting of electrical propulsion units
    • B60K1/04—Arrangement or mounting of electrical propulsion units of the electric storage means for propulsion
    • B60K2001/0405—Arrangement or mounting of electrical propulsion units of the electric storage means for propulsion characterised by their position
    • B60K2001/0438—Arrangement under the floor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2306/00—Other features of vehicle sub-units
    • B60Y2306/01—Reducing damages in case of crash, e.g. by improving battery protection
    • 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

Definitions

  • the invention relates to electric motor vehicles comprising a body structure, this structure comprising a floor, and a battery under the floor supplying a driving machine.
  • the invention relates in particular to an arrangement of this battery with this floor, as well as a method of assembling this arrangement.
  • battery will be understood throughout the text of this document to mean an assembly comprising at least one battery module containing at least one electrochemical cell.
  • This battery optionally comprises electrical or electronic means for managing the electrical energy of this at least one module.
  • these modules When there are several modules, they are generally grouped together in a tray or casing and then form a battery pack, this battery pack being often designated by the English expression "battery pack", this casing generally containing an assembly interface, and connection terminals and forming an airtight space around the modules by enclosing them between a bottom and a lid.
  • This battery further comprises a means of cooling the module, for example a cooler in the form of a plate inserted between the bottom of the module and the bottom of the casing, or any other means.
  • This battery is generally fixed by bolting to the body structure, for example under the floor of the vehicle.
  • electrochemical cell will be understood throughout the text of this document to mean cells generating current by chemical reaction, for example of the lithium-ion (or Li-ion) type, of the Ni-Mh type, or Ni -Cd or lead or even fuel cells.
  • This battery is heavy, bulky, difficult to handle and to assemble on the structure of a vehicle, and requires numerous reinforcements inside the casing to stiffen the floor and the structure of the vehicle under which it is mounted, in particular to limit the sinking of the passenger compartment due to a side impact on the vehicle. Its attachment to the body structure must thus transmit significant forces in the event of a vehicle accident.
  • shock-sensitive elements of the battery for example the modules and the cooling means, are sufficiently far from the ground and protected against this type of shock by the bottom of the battery casing, a space sufficient being preserved between the bottom and these sensitive elements. But this distance is not without consequences on the dimensioning of the passenger compartment of the vehicle, since either it reduces it, or the vehicle is generally higher.
  • patent document US-A1-5501289 discloses a floor structure of an electric-powered vehicle, this floor comprising an upper part and a lower part in which the battery modules are housed. This lower part is bolted directly against the upper part of the floor. The passenger compartment is above the upper part of the floor.
  • This floor structure makes it possible to fix directly, that is to say without passing through intermediate fixings of the battery casing on the structure, crosspieces or stiffening beams of the structure of the vehicle on the lower part of the floor, and therefore to have a very rigid floor completely replacing the previously introduced battery casing.
  • this floor structure has a main drawback, in that the height of the battery remains large: the modules rest on their bottom, and need a lot of space on their top to let the cooling air, as well as the electrical connectors.
  • this floor requires a fairly high passenger compartment, which is not favorable, for example, to road holding, but also to energy saving since the drag of the vehicle in the air will be increased.
  • a secondary drawback is that the bottom of the modules is directly exposed to shocks coming from under the vehicle, remaining close to the ground, which requires a very robust and therefore heavy lower part of the floor and we find the problem of the difficulty to manipulate and assemble this sub- together (modules + lower part) on or, more precisely, under the vehicle structure.
  • the object of the invention is to remedy at least this main drawback by proposing a new vehicle structure.
  • the subject of the invention is a motor vehicle structure comprising:
  • a floor comprising a sheet having a lower face, and an opposite upper face intended to be oriented towards a passenger compartment of the vehicle, and
  • a battery module for storing electrical energy comprising a support face.
  • This structure comprises a fixing means fixing the battery module to the floor, the support face being pressed against the lower face of the sheet and in contact on this lower face.
  • the module is away from the rolling surface of the vehicle being directly in contact with the floor.
  • This floor does not need to be raised, the passenger compartment remains at its initial height, it is the module which is raised against the floor.
  • the cover of the battery pack casing as presented above is thus completely replaced by the floor, which frees up space at height to reassemble the module.
  • this distance is beneficial for the absorption of shocks coming from the rolling surface, for example due to obstacles or projectiles detached from the rolling surface by the wheels of the vehicle.
  • the heat emitted by the module during its operation is dissipated by the floor by thermal conduction.
  • a heat-conductive paste or a heat-conductive deformable element may be inserted between the lower face and the bearing face, so that no air gap is interposed between the module and the floor, thus promoting heat conduction over the entire support surface.
  • this floor comprises a fixed beam, at least over part of its length, directly on the underside.
  • This beam replaces the crosspieces or reinforcements of the battery pack casing as presented above.
  • the floor replaces the cover of this casing, and the beam or beams fixed directly to the floor allow a much better stiffening of the structure since there is no longer any force, or shock, having to pass through added fasteners, for example bolted as made to date.
  • this vehicle structure comprises a spar fixed directly to the underside and forming with the beam and the sheet a cell housing the battery module.
  • this module is perfectly protected by the beam and the spar vis-à-vis external impacts lateral to the vehicle, along an axis Y transverse to the vehicle.
  • this honeycomb structure provides maximum rigidity to the entire vehicle, so that it is no longer necessary to associate the slightest reinforcement with the module.
  • each module can then be introduced into a cell, independently of the other modules.
  • the beam is a crosspiece transverse to the spar and fixed at one of its ends directly to the spar.
  • this vehicle structure comprises a fairing plate remote from the module and covering a face of the module opposite to the bearing face, this fairing plate being fixed directly or indirectly to the waterproof floor.
  • this fairing plate is fixed directly to an underside of the beam.
  • this fairing plate is fixed directly to an underside of the spar.
  • this structure comprises two parallel beams, the beam, the sheet metal and the fairing plate, this assembly defining a sealed internal space housing the module.
  • the longitudinal members and the beam or beams ensuring, with the floor, the rigidity of the vehicle, the fairing plate can be thin and light, its mechanical strength being linked only to its ability to absorb shocks coming from the surface of the rolling, for example due to obstacles or projectiles detached from the rolling surface by the wheels of the vehicle.
  • the module is farther from the rolling surface, which leaves more possibility for the fairing plate to deform without affecting the module.
  • the beam comprises a first sealed passage for an electrical harness or a pipe.
  • the fairing plate comprises a second sealed passage for an electrical harness or a pipe.
  • the module comprises an electrical connection face of the module, opposite the support face, through which an electrical connection terminal emerges.
  • this module is mounted “upside down”: the connection terminals are oriented towards the rolling surface.
  • This arrangement allows, indirectly, to have a large bearing surface of the module against the floor, and therefore promotes the heat exchange between the module and the floor.
  • this structure comprises two modules and a busbar, this busbar having the shape of an arch electrically connecting a connection terminal of the first module to a connection terminal of the second module while by straddling the beam.
  • the floor comprises two walls defining between them a circulation volume of a heat transfer fluid, this volume being between the lower face and the upper opposite face, and opposite opposite the bearing face.
  • this volume forms a channel describing a serpentine.
  • this volume is uneven on the side of the upper face.
  • this volume is uneven on the side of the lower face.
  • the module comprises a degassing safety system in the event of thermal runaway of a cell of the module, this system being arranged so as to direct the hot gas in the direction of the volume .
  • the invention also relates to a method for assembling a vehicle structure as described above, this method comprising a first step of supplying an assembled sub-assembly comprising the beam and the spar fixed to the underside of the sheet, and supply of a module.
  • This upward orientation is not necessarily vertical. It can for example correspond, starting from the horizontal position of the floor, the upper face being oriented upwards, to a rotation of between 90° and 180°, for example 120°, for example 135°.
  • the invention also relates to the assembly means of a structure as described above, and configured to implement the steps of the method as described above, this assembly means comprising:
  • the fastening aid means is for example a screwdriver whose tightening torque is automatic.
  • the turning means is for example a manipulator comprising a cradle holding the structure, this cradle being articulated along an axis longitudinal to the vehicle and actuated in rotation by pneumatic or hydraulic or electric cylinders.
  • the means for installing the module is, for example, an automated manipulator arm, or a manipulator arm to assist an operator by relieving him of the weight of the module.
  • FIG 1 represents a schematic section of a structure of a vehicle according to one embodiment of the invention, in an orthonormal XYZ frame of reference of the vehicle, Z being the vertical axis, Y the transverse axis , and X the longitudinal axis of the vehicle oriented according to a forward direction of the vehicle. It will be noted that this definition of the WYZ orthonormal reference applies to all the text of this document.
  • FIG. 1 represents a schematic section of a structure of a vehicle according to an alternative embodiment of the invention, in the same orthonormal XYZ frame of the vehicle
  • FIG 3 represents a schematic section of a structure of a vehicle according to the embodiment of the invention of figure 1, in the same orthonormal XYZ frame of the vehicle but according to a different plane.
  • a floor 1 comprising a sheet 2 having a lower face 2i, and an opposite upper face 2s intended to be oriented towards a passenger compartment 3 of the vehicle, and
  • a battery module 4 for storing electrical energy comprising a support face 5.
  • This structure comprises a fixing means 6, 7 fixing the battery module 4 to the floor 1, the support face 5 being pressed against the lower face 2i of the sheet 2 and in contact on this lower face 2i.
  • This vehicle structure generally forms a cabin 3, between the floor 1 and a pavilion interconnected by uprights, but not necessarily. This may be the structure of an autonomous vehicle without a passenger or driver. The passenger compartment 3 will then be understood as the part of the structure located above the floor 1.
  • the battery module 4 is therefore now fixed directly to the floor 1 of the structure of the vehicle, which makes it possible to distance the module along the Z axis from a risk zone and from an energy limit.
  • the expression “directly attached to the floor 1" should be understood in the sense that the bearing face 5 is pressed against the lower face 2i of the sheet 2 and in contact on this lower face 2i.
  • the X axes, Y, Z are represented on each figure and their definition has already been given for figure 1.
  • the energy limit is a virtual horizontal plane that the elements of the battery 4, 13, 10 must not exceed under penalty of being too close to the rolling surface and therefore too sensitive to shocks coming from this surface of rolling.
  • this energy limit corresponds to the ground clearance of the vehicle if the battery is the lowest element of the vehicle, but can of course be dissociated otherwise.
  • the module 4 is turned “upside down”, considering the head as carrying electrical connection terminals, so that the electrochemical cells of the module are in contact with the floor 1, that is to say that the support face 5 does not include any electrical connection element.
  • the "low” or “high” references are to be taken in correlation with the terms “lower” and “upper” orienting the faces of the floor 1, with the exception of the method and its assembly means which will be described below. and which uses or includes means for turning the structure.
  • This module 4 comprises, for example, prismatic cells interconnected by inter-cell connection plates. It is advantageous to place the cells in contact with a cooling means, here the floor 1. But this invention is just as applicable for all the other architectures of module 4, and in particular the cylindrical cells, or in the form of pockets.
  • module 4 is itself prismatic but this is not mandatory.
  • the bearing surface 5 will ideally be flat but this is not obligatory either, it can be of any shape as long as it matches the lower surface 2i of the sheet 2. Indeed, as explained previously, it is advantageous to insert the thermal paste between the support face 5 and the lower face 2i, and to minimize the quantity used of this paste it is advantageous that the lower face 2i is in correspondence of shape with the support face 5.
  • the fixing means 6, 7 fixing the battery module 4 to the floor 1 comprises for example a screw (represented by an axis line 6) passing through a hole in the module 4, and whose threaded end cooperates with a nut 7 welded directly or indirectly under the floor 1 as illustrated in Figures 1 and 2.
  • This nut 7 is for example welded to the lower surface 2i or to a beam 8.
  • other fixing means 6, 7 are possible in substitution or in addition.
  • a heat-conductive paste or a heat-conductive deformable element may be inserted between the lower face 2i and the bearing face 5, this paste or deformable element comprising and/or consisting of an adhesive, for example of the polyurethane type, but other types of glue are possible.
  • the screw then serves, for example, to pre-hold the module 4 while the glue polymerizes or reticulates, or even the screw is not necessary if the assembly method according to the invention is applied and following the setting in place of the module, this process executes a temporization allowing time for the glue to polymerise.
  • This floor 1 comprises the fixed beam 8, at least over part of its length, directly on the underside 2i.
  • This beam 8 is for example a profile of stamped steel sheet having a "V" or “U” section, this section being closed by the lower face 2i of the sheet 2.
  • this beam 8 is spot welded simple or double electric welding on the underside 2i, but other fastening means are possible such as welds by adding metal, riveting, screwing, gluing.
  • the beam 8 is advantageous for the beam 8 to be made of a material based on the same metal as the floor 1, in particular steel, as are most vehicle structures. This makes it possible to avoid using expensive materials such as aluminum while providing much greater rigidity to the structure than aluminum, and in particular much greater than the battery pack casing as presented above.
  • This structure comprises for example a spar 9, along the X axis, fixed directly to the underside 2i and forming with the beam 8 and the sheet 2 a cell housing the battery module 4.
  • This spar 9, like the beam 8, will for example be fixed by electric spot welding.
  • this spar 9 is for example a stamped steel sheet.
  • This spar is, in a known manner, located near the bottom of the body, along the X axis and on one side of the body, and ensures the longitudinal rigidity of the structure.
  • This beam 8 is for example a transverse crosspiece, along the Y axis, to the spar 9, and fixed at one of its ends directly to the spar 9, for example by welding.
  • This beam 8 is both transverse and longitudinal.
  • Figures 1 and 2 illustrate a longitudinal beam 8
  • Figure 3 illustrates a transverse beam 8.
  • the transverse beams 8 are advantageously arranged to resist side impacts to vehicles, while the longitudinal beam(s) 8 are advantageously arranged to resist frontal or rear impacts.
  • This advantageous architecture makes it possible to weld these reinforcement beams 8 directly onto the structure and/or floor 1, which at iso inertia of the crosspiece allows much better performance for impact resistance than the case of the casing of the battery pack previously described (pack separated from the structure).
  • These beams 8 participate directly in the reinforcement of the structure since they are directly linked to the beams 9 and to the floor 1.
  • the efficiency of the beams 8 is improved because they are fixed to already structuring elements. This new contribution of stiffness makes it possible to improve the overall effectiveness of the structure with respect to shocks and to reduce the mass of the constituent parts of the structure.
  • This structure comprises a fairing plate 10 remote from the module 4 and covering a face of the module opposite 11a to the bearing face 5, this fairing plate 10 being fixed directly or indirectly to the floor 1 in a sealed manner.
  • This sealing is understood, throughout the text of this document, as being a sealing of an internal space between the floor 1 and the fairing plate 10 vis-à-vis attacks external to the module 4, for example splashes of water or mud, but also vis-à-vis toxic gases that can be emitted by the module 4, as long as this gas does not exceed a predetermined threshold pressure and/or a predetermined threshold temperature.
  • the module 4 being fixed directly to the floor 1 which itself forms a rigid structure, this makes it possible to lighten the fairing plate 10 since, unlike the prior art, this plate no longer has to support the weight of the modules 4, each module being able to exceed 13 Kg, even 60 Kg, the current trend being a clear increase in the weight of the module 4.
  • this fairing plate 10 is fixed directly to an underside of the beam 8, which allows fixing points in the central part of the fairing plate 10.
  • This fixing is for example a screwed assembly, sealed, so that the fairing plate can be dismantled for maintenance of the modules 4.
  • the structure provides its rigidity to the fairing plate 10, the latter can thus be thinned.
  • this fairing plate 10 is fixed directly to an underside 9i of the spar 9. This fixing is for example a screwed, sealed assembly, so that the fairing plate can be dismantled for maintenance of the modules 4.
  • the fixing means 6, 7 fixing the battery module 4 to the floor 1 can be common to the fixing of the fairing plate 10: a screw passes through the module 4 and the fairing plate 10.
  • the module 4 comprises a holed lug inserted between the fairing plate 10 and the lower face of the beam 8 or the lower face 9i of the spar 9, the screw passing through the lug by its hole, and the fairing plate 10 This arrangement has the advantage of saving a large number of screws.
  • This structure comprises for example two parallel beams 9, the beam 8, the sheet 2 and the fairing plate 10, this assembly delimiting the sealed internal space housing the module 4.
  • the beam 8 comprises for example a first sealed passage of an electrical harness or a pipe.
  • This electrical harness comprises, for example, busbars connected to a terminal of module 4, and/or a communication network harness for controlling the charging or discharging of module 4, and/or a sensor harness of module 4.
  • pipe is for example a heat transfer fluid pipe for cooling the module. Sealing always concerns that of the internal space.
  • the fairing plate 1 comprises a second sealed passage for the electrical harness or the pipe.
  • this fairing plate 10 may comprise a raised edge whose end is fixed to the floor 1, this raised edge comprising this second sealed passage.
  • the module 4 comprises an electrical connection face 11b of the module 4, opposite the support face 5, through which emerges an electrical connection terminal.
  • the face of the opposite module 11a can project beyond the face of the electrical connection 11b, so that the connection terminal does not protrude from the face of the opposite module 11a and remains away from the fairing plate 10.
  • This structure comprises for example two modules 4 and a busbar 12, this busbar 12 having the shape of an arch electrically connecting a connection terminal of the first module 4 to a connection terminal of the second module 4 while overlapping the beam 8.
  • the floor 1 comprises two walls P1, P2 defining between them a volume 13 for circulation of a heat transfer fluid, this volume 13 being between the lower face 2i and the upper opposite face 2s, and opposite the support face 5.
  • This volume 13 is for example part of a cooling circuit of the module 4.
  • This circuit further comprises a circulation pump, an exchanger, possibly a heater, and an expansion tank when this fluid is for example under liquid form, as well as a fluid circulation line connecting all of the aforementioned elements in a closed loop.
  • This circulation of the fluid for example glycol water, is done by actuating the circulation pump.
  • this floor 1 incorporates in its thickness the equivalent of a battery module 4 cooling plate.
  • This floor 1 comprises for example an architecture similar to the cooling plates of the battery modules: the two walls P1, P2 are for example two sheets welded to each other, or glued, the first sheet, possibly the largest of the two, serving as a structure and being flat, and the second being stamped with a shape so as to constitute a channel traversed by the fluid and describing a serpentine.
  • these two walls P1, P2 significantly increase the rigidity of the floor 1 compared to a floor made up of a simple sheet, even ribbed. Indeed, these two walls are fixed to each other at many places all along the serpentine-shaped channel preventing any relative sliding between the walls, while giving a thickness to the floor 1 by the spacing between the walls P1, P2 generated by the presence of the volume 13, which considerably increases the moment of inertia of the floor 1 and therefore its rigidity.
  • This rigidity in addition to the favorable effect on the impact resistance of the structure, also has a very beneficial effect on the durability of the tightness of the internal space, as well as on the tightness of the channel between the two walls P1, P2, because the relative movements between two welded sheets become impaired and a joint inserted between these two sheets in line with these welds, no longer works in shear.
  • this volume 13 of fluid (water) between the passenger compartment 3 and the modules is a favorable architecture with respect to fire resistance, if the cells of the module 4 generate for example a thermal runaway .
  • this coil will be uniformly distributed over the entire surface of the floor 1, including in areas where the lower face 2i is not opposite the support face, so that the floor 1 or a firewall.
  • Figure 1 illustrates this volume 13 uneven on the side of the upper face 2S.
  • This unevenness is understood as being the unevenness of the second sheet with respect to the first sheet.
  • the volume 13 takes part on the passenger compartment 3, leaving all the space to the module 4. But above all, this allows the support face 5 to be in contact on a flat surface of the floor 1, the lower face 2i. As already described, this makes it possible to minimize the quantity of thermal paste inserted between these two surfaces.
  • FIG. 2 illustrates this uneven volume 13 on the side of the lower face 2i.
  • the volume 13 in other words the cooling means of the module 4, is no longer close to the energy limit, and is in a position which completely protects it from shocks coming from the rolling surface.
  • this cooling means is a sensitive element of the battery which, in the event of malfunction, can cause a rise in temperature of the cells which in turn causes a thermal runaway of the cell.
  • this position of the cooling means also protects it from heat loss to the outside of the vehicle and also allows it to be better insulated from variations in outside temperature.
  • these cells, and in particular cells of the lithium-ion (or Li-ion) type are also sensitive to low temperatures, which reduces the charging capacity of the battery as well as the life of the cells.
  • This module 4 includes, for example, a degassing safety system in the event of thermal runaway of a cell of module 4, this system being arranged so as to direct the hot gas in the direction of volume 13.
  • Such security systems are known as such. There are several technologies, for example a fusible membrane beyond a temperature threshold and adhered around an opening made through the module, and masking this opening. Or a valve pushed by a spring and masking this same opening. Such safety systems are sometimes combined with module breathing systems, this breathing being there only to compensate for normal gas expansion or contraction. In all cases of thermal runaway of a cell, the hot gas generated will be evacuated from the module, and it is then advantageous to direct this hot gas against the volume 13 which acts as a firewall.
  • the floor 1 does not include the two walls P1, P2, but a cooling plate is inserted between the lower face 2i and the bearing face 5, this plate comprising a recess through which a heat transfer fluid passes.
  • the invention further relates to a method of assembling this vehicle structure, this method comprising:
  • Another subject of the invention is the means for assembling a structure as described above, and configured to implement the steps of the method as described above, this assembly means comprising:
  • modules can be pre-positioned in preparation on a specific OS or POM (Mechanical Storm Preparation) tool, then capped by the structure and then screwed.
  • OS Mechanism of Storm Preparation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Structure de véhicule automobile comprenant : - un plancher (1) comprenant une tôle (2) ayant une face inférieure (2i), et une face opposée supérieure (2s) destinée à être orientée vers un habitacle (3) du véhicule, - un module (4) de batterie pour le stockage d'énergie électrique comprenant une face d'appui (5), - un moyen de fixation (6, 7) fixant le module (4) de batterie au plancher (1), la face d'appui (5) étant plaquée contre la face inférieure (2i) de la tôle (2) et en contact sur cette face inférieure (2i).

Description

DESCRIPTION
TITRE : STRUCTURE DE VEHICULE INTEGRANT DES MODULES
DE BATTERIE
[001] La présente invention revendique la priorité de la demande française N°2102719 déposée le 18.03.2021 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence.
[002] L’invention concerne les véhicules à motricité électrique comprenant une structure de caisse, cette structure comprenant un plancher, et une batterie sous le plancher alimentant une machine motrice.
[003] L’invention concerne en particulier un agencement de cette batterie avec ce plancher, ainsi qu’un procédé d’assemblage de cet agencement.
[004] On comprendra par batterie, dans tout le texte de ce document, un ensemble comprenant au moins un module de batterie contenant au moins une cellule électrochimique.
[005] Cette batterie comprend éventuellement des moyens électriques ou électroniques pour la gestion d’énergie électrique de ce au moins un module. Quand il y a plusieurs modules, ils sont généralement regroupés dans un bac ou carter et forment alors un bloc batteries, ce bloc batteries étant souvent désigné par l’expression anglaise « pack batteries », ce carter contenant généralement une interface de montage, et des bornes de raccordement et formant un espace hermétique autour des modules en les enfermant entre un fond et un couvercle. Cette batterie comprend en outre un moyen de refroidissement du module, par exemple un refroidisseur en forme de plaque insérée entre le fond du module et le fond du carter, ou tout autre moyen. Cette batterie est généralement fixée par boulonnage à la structure de caisse, par exemple sous le plancher du véhicule.
[006] Par ailleurs, on comprendra par cellule électrochimique dans tout le texte de ce document, des cellules générant du courant par réaction chimique, par exemple de type lithium-ion (ou Li-ion), de type Ni-Mh, ou Ni-Cd ou plomb ou encore les piles à combustible.
[007] Cette batterie est lourde, encombrante, difficile à manipuler et à assembler sur la structure d’un véhicule, et nécessites de nombreux renforts à l’intérieur du carter pour rigidifier le plancher et la structure du véhicule sous laquelle elle est montée, notamment pour limiter l’enfoncement de l’habitacle dû à un choc latéral au véhicule. Sa fixation à la structure de caisse doit ainsi transmettre des efforts importants en cas d’accident du véhicule.
[008] Cette batterie est en outre exposée aux chocs provenant du dessous du véhicule car relativement proche du sol.
[009] Ce dernier aspect implique que les éléments sensibles aux chocs de la batterie, par exemple les modules et le moyen de refroidissement, soient suffisamment éloignés du sol et protégés contre ce type de choc par le fond du carter de la batterie, un espace suffisant étant préservé entre le fond et ces éléments sensibles. Mais cet éloignement n’est pas sans conséquences sur le dimensionnement de l’habitacle du véhicule, puisque soit il le réduit, soit le véhicule est globalement plus haut.
[010] Dans ce domaine, on connaît du document de brevet US-A1 -5501289 une structure de plancher d’un véhicule à propulsion électrique, ce plancher comprenant une partie supérieure, et une partie inférieure dans laquelle sont logés les modules de batterie. Cette partie inférieure est boulonnée directement contre la partie supérieure du plancher. L’habitacle se situe au-dessus de la partie supérieure du plancher.
[011] Cette structure de plancher permet de fixer directement, c’est-à-dire sans passer par des fixations intermédiaires du carter de la batterie sur la structure, des traverses ou poutres de rigidification de la structure du véhicule sur la partie inférieure du plancher, et donc d’avoir un plancher très rigide remplaçant complètement le carter de la batterie précédemment introduit.
[012] Malheureusement cette structure de plancher présente un inconvénient principal, par le fait que l’encombrement en hauteur de la batterie reste important : les modules reposent sur leur fond, et ont besoin de beaucoup de place sur leur dessus pour laisser passer de l’air de refroidissement, ainsi que les connectiques électriques. Ainsi ce plancher oblige à avoir un habitacle assez haut, ce qui n’est pas favorable, par exemple, à la tenue de route, mais également à l’économie d’énergie puisque la traînée du véhicule dans l’air sera augmentée.
[013] Un inconvénient secondaire est que le fond des modules est directement exposé aux chocs provenant du dessous du véhicule, en restant proche du sol, ce qui nécessite une partie inférieure du plancher très robuste et donc lourde et on retrouve la problématique de la difficulté à manipuler et à assembler ce sous- ensemble (modules + partie inférieure) sur ou, plus précisément, sous la structure du véhicule.
[014] Le but de l’invention est de remédier au moins à cet inconvénient principal en proposant une nouvelle structure de véhicule.
[015] A cet effet, l’invention a pour objet une structure de véhicule automobile comprenant :
- un plancher comprenant une tôle ayant une face inférieure, et une face opposée supérieure destinée à être orientée vers un habitacle du véhicule, et
- un module de batterie pour le stockage d’énergie électrique comprenant une face d’appui.
Cette structure comprend un moyen de fixation fixant le module de batterie au plancher, la face d’appui étant plaquée contre la face inférieure de la tôle et en contact sur cette face inférieure.
[016] Ainsi le module est éloigné de la surface de roulage du véhicule en étant directement en contact avec le plancher. Ce plancher n’a pas besoin d’être surélevé, l’habitacle reste à sa hauteur initiale, c’est le module qui est remonté contre le plancher. Le couvercle du carter du pack batterie tel que présenté précédemment est ainsi remplacé intégralement par le plancher ce qui permet de dégager de la place en hauteur pour remonter le module. En outre, cet éloignement est bénéfique pour l’absorption des chocs provenant de la surface de roulage, par exemple à cause d’obstacles ou de projectiles décollés de la surface de roulage par des roues du véhicule.
[017] La chaleur émise par le module lors de son fonctionnement est dissipée par le plancher par conduction thermique. On notera que, de façon à améliorer cette conduction thermique, on pourra insérer une pâte thermo-conductrice ou un élément déformable thermoconducteur entre la face inférieure et la face d’appui, de sorte qu’aucun vide d’air ne s’interpose entre le module et le plancher, favorisant ainsi la conduction thermique sur toute la surface d’appui.
[018] Selon un mode de réalisation de l’invention, ce plancher comprend une poutre fixée, au moins sur une partie de sa longueur, directement sur la face inférieure.
[019] Cette poutre remplace les traverses ou renforts du carter du pack batterie tel que présenté précédemment. Le plancher remplace le couvercle de ce carter, et la ou les poutres fixées directement au plancher permettent un bien meilleur rigidification de la structure puisqu’il n’y a plus aucun effort, ou choc, devant passer par des fixations rapportées, par exemple boulonnées telles que réalisées jusqu’à ce jour.
[020] Selon un mode de réalisation de l’invention, cette structure de véhicule comprend un longeron fixé directement sur la face inférieure et formant avec la poutre et la tôle une alvéole logeant le module de batterie.
[021] Ainsi ce module est parfaitement protégé par la poutre et le longeron vis-à- vis des chocs extérieurs latéraux au véhicule, selon un axe transversal Y au véhicule. De plus, cette structure alvéolaire apporte une rigidité maximale à tout le véhicule, de sorte qu’il n’est plus nécessaire d’associer le moindre renfort au module. Ainsi, s’il y a plusieurs modules, chaque module peut alors être introduit dans une alvéole, indépendamment des autres modules.
[022] Selon un mode de réalisation de l’invention, la poutre est une traverse transversale au longeron et fixée à une de ses extrémités directement au longeron.
[023] Selon un mode de réalisation de l’invention, cette structure de véhicule comprend une plaque de carénage distante du module et recouvrant une face du module opposée a à la face d’appui, cette plaque de carénage étant fixée directement ou indirectement au plancher de façon étanche.
[024] On comprendra par plaque de carénage, dans tout le texte de ce document, une plaque agencée de sorte à :
- faciliter l’écoulement d’un flux d’air provoqué par la vitesse du véhicule en marche, en évitant des pertes de charge aérodynamiques dues au franchissement d’obstacles à son écoulement, ces obstacles étant des éléments du véhicule, notamment des organes de batterie, moteur, structure de caisse, transmission, train roulant, et
- protéger ces éléments du véhicule contre des projectiles de la route, par exemple des projections d’eau.
[025] Selon un mode de réalisation de l’invention, cette plaque de carénage est fixée directement sur une face inférieure de la poutre.
[026] Selon un mode de réalisation de l’invention, cette plaque de carénage est fixée directement sur une face inférieure du longeron. [027] Selon un mode de réalisation de l’invention, cette structure comprend deux longerons parallèles, la poutre, la tôle et la plaque de carénage, cet ensemble délimitant un espace interne étanche logeant le module.
[028] Ainsi cette structure intègre entièrement la fonction du carter du pack batterie tel que présenté précédemment. Ce carter est supprimé.
[029] Les longerons et la ou les poutres assurant avec le plancher la rigidité du véhicule, la plaque de carénage peut être fine et légère, sa résistance mécanique n’étant liée qu’à son aptitude à absorber les chocs provenant de la surface de roulage, par exemple à cause d’obstacles ou de projectiles décollés de la surface de roulage par des roues du véhicule. En outre, comme vu précédemment, grâce à l’invention le module est plus éloigné de la surface de roulage, ce qui laisse plus de possibilité à la plaque de carénage de se déformer sans pour autant atteindre le module.
[030] Selon un mode de réalisation de l’invention, la poutre comprend un premier passage étanche d’un faisceau électrique ou d’une conduite.
[031] Selon un mode de réalisation de l’invention, la plaque de carénage comprend un second passage étanche d’un faisceau électrique ou d’une conduite.
[032] Selon un mode de réalisation de l’invention, le module comprend une face de raccordement électrique du module, opposée à la face d’appui, au travers de laquelle émerge une borne de raccordement électrique.
[033] Ainsi, par rapport à ce que l’homme du métier a l’habitude de faire, ce module est monté « à l’envers » : les borne de raccordement sont orientées vers la surface de roulage. Cette disposition permet, indirectement, d’avoir une grande surface d’appui du module contre le plancher, et donc favorise l’échange thermique entre le module et le plancher.
[034] Selon un mode de réalisation de l’invention, cette structure comprend deux modules et une barre omnibus, cette barre omnibus ayant une forme d’arche reliant électriquement une borne de raccordement du premier module à une borne de raccordement du deuxième module tout en chevauchant la poutre.
[035] Selon un mode de réalisation de l’invention, le plancher comprend deux parois définissant entre-elles un volume de circulation d’un fluide caloporteur, ce volume étant compris entre la face inférieure et la face opposée supérieur, et en vis-à-vis de la face d’appui. [036] Ainsi cette disposition permet :
- un refroidissement régi du module, et
- d’éloigner le volume de la surface de roulage, le mettant définitivement à l’abri des chocs provenant de la surface de roulage, et
- transforme le plancher en cloison anti-feu, et
- permet une régulation contrôlée de la température de l’habitacle, et
- rigidifie d’avantage le plancher.
[037] Selon un mode de réalisation de l’invention, ce volume forme un canal décrivant un serpentin.
[038] Selon un mode de réalisation de l’invention, ce volume est désaffleurant du côté de la face supérieure.
[039] Selon un mode de réalisation de l’invention, ce volume est désaffleurant du côté de la face inférieure.
[040] Selon un mode de réalisation de l’invention, le module comprend un système de sécurité de dégazage en cas d’emballement thermique d’une cellule du module, ce système étant agencé de sorte à diriger le gaz chaud en direction du volume.
[041] L’invention a également pour objet un procédé d’assemblage d’une structure de véhicule telle que précédemment décrite, ce procédé comprenant une première étape d’approvisionnement d’un sous ensemble assemblé comprenant la poutre et le longeron fixés sur la face inférieure de la tôle, et d’approvisionnement d’un module.
[042] Ce procédé exécute les étapes successives suivantes :
- une deuxième étape positionnant le sous ensemble assemblé de sorte que la face inférieure de la tôle soit tournée vers le haut,
- une troisième étape de mise en place du module dans l’alvéole, la face d’appui étant contre la face inférieure de la tôle,
- une quatrième étape de fixation du module au plancher par le moyen de fixation,
- une cinquième étape de retournement de la structure de véhicule ainsi assemblée de sorte que la face opposée supérieure soit orientée vers le haut.
[043] Ce procédé permet une mise en place facile des modules, par exemple un a un par un opérateur, ou simultanément par un bras manipulateur automatisé. La gravité permet alors au module de rester dans l’alvéole avant d’y être fixé. [044] On comprendra par haut, pour ce procédé et pour un moyen d’assemblage de ce procédé, une orientation par rapport au sol sur lequel repose le moyen d’assemblage configuré pour mettre en oeuvre les étapes du procédé tel que précédemment décrit.
[045] Cette orientation vers le haut n’est pas nécessairement verticale. Elle peut par exemple correspondre, en partant de la position du plancher à l’horizontale, la face supérieure étant orientée vers le haut, à une rotation comprise entre 90° et 180°, par exemple 120°, par exemple 135°.
[046] L’invention a également pour objet le moyen d’assemblage d’une structure telle que précédemment décrite, et configuré pour mettre en oeuvre les étapes du procédé tel que précédemment décrit, ce moyen d’assemblage comprenant :
- un moyen d’approvisionnement du sous ensemble assemblé comprenant la poutre et le longeron fixés sur la face inférieure de la tôle, et d’approvisionnement du module,
- un moyen de retournement du sous ensemble assemblé de sorte que la face inférieure de la tôle soit tournée vers le haut,
- un moyen de mise en place du module dans l’alvéole, la face d’appui étant contre la face inférieure de la tôle,
- un moyen d’aide à la fixation du module au plancher par le moyen de fixation.
[047] Le moyen d’aide à la fixation est par exemple une visseuse dont le couple de serrage est automatique. Le moyen de retournement est par exemple un manipulateur comprenant un berceau maintenant la structure, ce berceau étant articulé selon un axe longitudinal au véhicule et actionné en rotation par des vérins pneumatiques ou hydrauliques ou électriques.
[048] Le moyen de mise en place du module est par exemple un bras manipulateur automatisé, ou un bras manipulateur d’assistance à un opérateur le soulageant du poids du module.
[049] D’autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après d’un mode particulier de réalisation, non limitatif de l’invention, faite en référence aux figures dans lesquelles :
[050] [Fig 1] : représente une section schématique d’une structure d’un véhicule selon un mode de réalisation de l’invention, dans un repère XYZ orthonormé du véhicule, Z étant l’axe vertical, Y l’axe transversal, et X l’axe longitudinal du véhicule orienté selon un sens de marche avant du véhicule. On notera que cette définition du repère orthonormé WYZ s’applique à tout le texte de ce document.
[051] [Fig 2] : représente une section schématique d’une structure d’un véhicule selon une variante de réalisation de l’invention, dans le même repère XYZ orthonormé du véhicule
[052] [Fig 3] : représente une section schématique d’une structure d’un véhicule selon le mode de réalisation de l’invention de la figure 1, dans le même repère XYZ orthonormé du véhicule mais selon un plan différent.
[053] Il est à garder à l’esprit que les figures sont données à titre d'exemples et ne sont pas limitatives de l’invention. Elles constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l’invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. En outre, dans ce qui va suivre, il est fait référence à toutes les figures prises en combinaison. Quand il est fait référence à une ou des figures spécifiques, ces figures sont à prendre en combinaison avec les autres figures pour la reconnaissance des références numériques désignées. Les références des éléments inchangés ou ayant la même fonction sont communes à toutes les figures, et les variantes de réalisation.
[054] Ces figures divulguent une structure de véhicule automobile comprenant :
- un plancher 1 comprenant une tôle 2 ayant une face inférieure 2i, et une face opposée supérieure 2s destinée à être orientée vers un habitacle 3 du véhicule, et
- un module 4 de batterie pour le stockage d’énergie électrique comprenant une face d’appui 5. Cette structure comprend un moyen de fixation 6, 7 fixant le module 4 de batterie au plancher 1, la face d’appui 5 étant plaquée contre la face inférieure 2i de la tôle 2 et en contact sur cette face inférieure 2i.
[055] Cette structure de véhicule forme généralement un habitacle 3, entre le plancher 1 et un pavillon reliés entre eux par des montants, mais pas nécessairement. Cela peut-être la structure d’un véhicule autonome sans passager ni conducteur. L’habitacle 3 se comprendra alors comme la partie de la structure située au-dessus du plancher 1.
[056] Le module de batterie 4 est donc désormais fixé directement au plancher 1 de la structure du véhicule, ce qui permet d’éloigner selon l’axe Z le module d’une zone à risque et d’une limite énergie. L’expression « directement fixé au plancher 1 » doit se comprendre dans le sens où la face d’appui 5 est plaquée contre la face inférieure 2i de la tôle 2 et en contact sur cette face inférieure 2i. Les axes X, Y, Z sont représentés sur chaque figure et leur définition a déjà été donnée pour la figure 1.
[057] La limite d’énergie est un plan horizontal virtuel que les éléments de la batterie 4, 13, 10 ne doivent pas dépasser sous peine d’être trop rapprochés de la surface de roulage et donc trop sensibles aux chocs provenant de cette surface de roulage. Par exemple cette limite d’énergie correspond à la garde au sol du véhicule si la batterie est l’élément le plus bas du véhicule, mais peuvent être bien entendu dissociées dans le cas contraire.
[058] Comme on le verra par la suite, le module 4 est retourné « tête en bas », en considérant la tête comme porteuse de bornes de raccordement électrique, de manière à ce que les cellules électrochimiques du module soient en contact avec le plancher 1 , c’est-à-dire que la face d’appui 5 ne comprend aucun élément de raccordement électrique. Les références « bas » ou « haut » sont à prendre en corrélation avec les termes « inférieur » et « supérieur » orientant les faces du plancher 1 , à l’exception du procédé et de son moyen d’assemblage qui seront décrits ci-après et qui utilise ou comprennent un moyen de retournement de la structure.
[059] Ce module 4 comprend par exemple des cellules prismatiques reliées entre elles par des plaquettes de connexions inter cellules. Il est avantageux de placer les cellules en contact d’un moyen de refroidissement, ici le plancher 1. Mais cette invention est tout autant applicable pour toutes les autres architectures de module 4, et notamment les cellules cylindriques, ou sous forme de poches.
[060] Idéalement le module 4 est lui-même prismatique mais ce n’est pas obligatoire. La face d’appui 5 sera idéalement plane mais ce n’est pas obligatoire non plus, elle peut être de frome quelconque du moment qu’elle épouse la surface inférieure 2i de la tôle 2. En effet, comme expliqué précédemment, il est avantageux d’insérer la pâte thermique entre la face d’appui 5 et la face inférieure 2i, et pour minimiser la quantité utilisée de cette pâte il est avantageux que la face inférieur 2i soit en correspondance de forme avec la face d’appui 5.
[061] Le moyen de fixation 6, 7 fixant le module 4 de batterie au plancher 1 comprend par exemple une vis (représentée par un trait d’axe 6) traversant un trou du module 4, et dont l’extrémité filetée coopère avec un écrou 7 soudé directement ou indirectement sous le plancher 1 comme illustré sur les figures 1 et 2. Cet écrou 7 est par exemple soudé sur la surface inférieure 2i ou sur une poutre 8. [062] Mais d’autres moyens de fixation 6, 7 sont possibles en substitution ou en complément. Par exemple on pourra insérer une pâte thermo-conductrice ou un élément déformable thermoconducteur entre la face inférieure 2i et la face d’appui 5, cette pâte ou élément déformable comprenant et/ou étant constitué d’une colle par exemple de type polyuréthane, mais d’autres type de colle sont envisageables. La vis sert alors par exemple de pré maintien du module 4 le temps que la colle se polymérise ou se réticulise, voire la vis n’est pas nécessaire si l’on applique le procédé de montage selon l’invention et que suite à la mise en place du module ce procédé exécute une temporisation laissant le temps à la colle de polymériser.
[063] Ce plancher 1 comprend la poutre 8 fixée, au moins sur une partie de sa longueur, directement sur la face inférieure 2i. Cette poutre 8 est par exemple un profilé en tôle d’acier emboutie ayant une section en « V » ou en « U », cette section étant fermée par la face inférieure 2i de la tôle 2. En particulier cette poutre 8 est soudée par points de soudure électrique simples ou doubles sur la face inférieure 2i, mais d’autres moyens de fixation sont envisageables comme des soudures par apport de métal, des rivetages, vissage, collage.
[064] On notera qu’il est avantageux que la poutre 8 soit dans un matériau à base du même métal que le plancher 1 , en particulier en acier comme le sont la plupart des structures de véhicules. Cela permet d’éviter d’utiliser des matériaux chers comme l’aluminium tout en apportant une rigidité à la structure bien supérieure à l’aluminium, et en particulier bien supérieure au carter de pack batterie tel que présenté précédemment.
[065] Cette structure comprend par exemple un longeron 9, selon l’axe X, fixé directement sur la face inférieure 2i et formant avec la poutre 8 et la tôle 2 une alvéole logeant le module 4 de batterie. Ce longeron 9, comme la poutre 8, sera par exemple fixée par soudage par points électrique. Comme pour la poutre 8, ce longeron 9 est par exemple une tôle d’acier emboutie. Ce longeron est, de façon connue, situé à proximité du bas de caisse, selon l’axe X et sur un côté de la caisse, et assure la rigidité longitudinale de la structure.
[066] Cette poutre 8 est par exemple une traverse transversale, selon l’axe Y, au longeron 9, et fixée à une de ses extrémités directement au longeron 9, par exemple par soudage.
[067] Cette poutre 8 est tout aussi bien transversale que longitudinale. Les figures 1 et 2 illustrent une poutre 8 longitudinale, alors que la figure 3 illustre une poutre 8 transversale. [068] Les poutres 8 transversales sont avantageusement disposées pour résister aux chocs latéraux au véhicules, alors que la ou les poutres 8 longitudinales sont avantageusement disposées pour résister aux chocs frontaux ou arrières. Cette architecture avantageuse permet de souder ces poutres 8 de renfort directement sur la structure et/ou plancher 1 , ce qui à iso inertie de traverse permet une bien meilleure performance pour la résistance aux chocs que le cas du carter du pack batterie précédemment décrit (pack séparé de la structure). Ces poutres 8 participent directement aux renforcement de la structure puisqu’elles sont directement liées aux longerons 9 et au plancher 1. L’efficacité des poutres 8 est améliorée car elles sont fixées à des éléments déjà structurant. Ce nouvel apport de raideur permet d’améliorer l’efficacité global de la structure vis-à-vis des chocs et de réduire la masse des pièces constituantes de la structure.
[069] Cette structure comprend une plaque de carénage 10 distante du module 4 et recouvrant une face du module opposée 11a à la face d’appui 5, cette plaque de carénage 10 étant fixée directement ou indirectement au plancher 1 de façon étanche.
[070] Cette étanchéité se comprend, dans tout le texte de ce document, comme étant une étanchéité d’un espace interne compris entre le plancher 1 et la plaque de carénage 10 vis-à-vis des agressions extérieures au module 4, par exemple des projections d’eau ou de boue, mais aussi vis-à-vis de gaz toxiques pouvant être émis par le module 4, tant que ce gaz ne dépasse pas une pression seuil prédéterminée et/ou une température seuil prédéterminée.
[071] La distance entre la plaque de carénage 10 et le module 4 permet à la plaque de carénage 10 de se déformer en cas de choc, sans venir impacter le module 4. Ainsi les chocs sont absorbés. Plus cette distance est grande, moins la conception de cette plaque de carénage 10 est contrainte. Le fait que le plancher 1 remplace le couvercle des carters de pack batterie habituels permet d’augmenter cette distance tout en restant sous la limite d’énergie.
[072] En outre, le module 4 étant fixé directement au plancher 1 qui frome lui- même une structure rigide, cela permet d’alléger la plaque de carénage 10 puisque, contrairement à l’art antérieur, cette plaque n’a plus à supporter le poids des modules 4, chaque module pouvant dépasser les 13 Kg, voire les 60 Kg, la tendance actuelle étant une nette augmentation du poids du module 4.
[073] Par exemple cette plaque de carénage 10 est fixée directement sur une face inférieure de la poutre 8, ce qui permet des points de fixation en partie centrale de la plaque de carénage 10. Cette fixation est par exemple un assemblage vissé, étanche, de sorte que la plaque de carénage puisse être démontée pour maintenance des modules 4. Ainsi la structure apporte sa rigidité à la plaque de carénage 10, cette dernière pouvant être ainsi amincie.
[074] Alternativement ou en combinaison, cette plaque de carénage 10 est fixée directement sur une face inférieure 9i du longeron 9. Cette fixation est par exemple un assemblage vissé, étanche, de sorte que la plaque de carénage puisse être démontée pour maintenance des modules 4.
[075] En variante non illustrée, le moyen de fixation 6, 7 fixant le module 4 de batterie au plancher 1 peut être commun à la fixation de la plaque de carénage 10 : une vis traverse le module 4 et la plaque de carénage 10. Par exemple, le module 4 comprend une oreille trouée insérée entre la plaque de carénage 10 et la face inférieure de la poutre 8 ou la face inférieure 9i du longeron 9, la vis traversant l’oreille par son trou, et la plaque de carénage 10. Cette disposition a l’avantage d’économiser un nombre de vis important.
[076] Cette structure comprend par exemple deux longerons 9 parallèles, la poutre 8, la tôle 2 et la plaque de carénage 10, cet ensemble délimitant l’espace interne étanche logeant le module 4.
[077] La poutre 8 comprend par exemple un premier passage étanche d’un faisceau électrique ou d’une conduite. Ce faisceau électrique comprend par exemple des barres omnibus raccordé à une borne du module 4, et/ou un faisceau de réseau de communication pour le pilotage de la charge ou décharge du module 4, et/ou un faisceau de capteurs du module 4. La conduite est par exemple une conduite de fluide caloporteur pour refroidir le module. L’étanchéité concerne toujours celle de l’espace interne.
[078] Alternativement ou en combinaison, la plaque de carénage 1 comprend un second passage étanche du faisceau électrique ou de la conduite. En particulier, cette plaque de carénage 10 peut comprendre un bord relevé dont l’extrémité est fixée au plancher 1 , ce bord relevé comprenant ce second passage étanche.
[079] Ainsi dans tous les cas, ce faisceau électrique et/ou la conduite ne dépasse pas de la limite d’énergie.
[080] Le module 4 comprend une face de raccordement électrique 11 b du module 4, opposée à la face d’appui 5, au travers de laquelle émerge une borne de raccordement électrique. En particulier la face du module opposée 11a peut être en dépassement par rapport à la face de raccordement électrique 11 b, de sorte que la borne de raccordement ne dépasse pas de la face du module opposée 11a et reste éloignée de la plaque de carénage 10. [081] En effet le module étant « retourné », les bornes, connexions et les bus bar ou barres omnibus externes au module se retrouvent donc en vis-à-vis de la plaque de carénage 10.
[082] Cette structure comprend par exemple deux modules 4 et une barre omnibus 12, cette barre omnibus 12 ayant une forme d’arche reliant électriquement une borne de raccordement du premier module 4 à une borne de raccordement du deuxième module 4 tout en chevauchant la poutre 8.
[083] Cette disposition permet de ne pas altérer le moment d’inertie des poutres 8, nommé également moment quadratique, qui donc gardent leur rigidité originelle.
[084] En combinaison avec tout ce qui précède, le plancher 1 comprend deux parois P1 , P2 définissant entre-elles un volume 13 de circulation d’un fluide caloporteur, ce volume 13 étant compris entre la face inférieure 2i et la face opposée supérieur 2s, et en vis-à-vis de la face d’appui 5.
[085] Ce volume 13 fait par exemple partie d’un circuit de refroidissement du module 4. Ce circuit comprend en outre une pompe de circulation, un échangeur, éventuellement un réchauffeur, et un vase d’expansion lorsque ce fluide est par exemple sous forme liquide, ainsi qu’une conduite de circulation du fluide reliant en boucle fermée l’ensemble des éléments précités. Cette circulation du fluide, par exemple de l’eau glycolée, se fait par l’actionnement de la pompe de circulation.
[086] Ainsi ce plancher 1 intègre dans son épaisseur l’équivalent d’une plaque de refroidissement de module 4 de batterie. Ce plancher 1 comprend par exemple une architecture similaire aux plaques de refroidissement des modules de batterie : les deux parois P1, P2 sont par exemple deux tôles soudées l’une à l’autre, ou collées, la première tôle, éventuellement la plus grande des deux, servant de structure et étant plane, et la second étant emboutie avec une forme de façon à constituer un canal parcouru par le fluide et décrivant un serpentin.
[087] On notera que ces deux parois P1 , P2 augmentent nettement la rigidité du plancher 1 par rapport à un plancher constitué d’une simple tôle, même nervurée. En effet, ces deux parois sont fixées entre-elles à de nombreux endroits tout le long du canal en forme de serpentin empêchant tout glissement relatif entre les parois, tout en donnant une épaisseur au plancher 1 par l’écartement entre les parois P1 , P2 engendré par la présence du volume 13, ce qui augmente considérablement le moment d’inertie du plancher 1 et donc sa rigidité.
[088] Cette rigidité, outre l’effet favorable sur la résistance aux chocs de la structure, a en outre un effet très bénéfique sur la durabilité de l’étanchéité de l’espace interne, tout comme sur l’étanchéité du canal entre les deux parois P1, P2, car les mouvements relatifs entre deux tôles soudées deviennent nuis et un joint inséré autre ces deux tôles au droit de ces soudures, ne travaille plus en cisaillement.
[089] On notera également que la présence de ce volume 13 de fluide (eau) entre l’habitacle 3 et les modules est une architecture favorable par rapport à la résistance au feu, si les cellules du module 4 génèrent par exemple un emballement thermique.
[090] Avantageusement ce serpentin sera uniformément réparti sur toute la surface du plancher 1 , y compris dans des zones où la face inférieure 2i n’est pas en vis-à-vis de la face d’appui, de sorte que le plancher 1 soit une cloison pare- feu.
[091] Par exemple, la figure 1 illustre ce volume 13 désaffleurant du côté de la face supérieure 2S. Ce désaffleurement se comprend comme étant le désaffleurement de la seconde tôle par rapport à la première tôle. Ainsi le volume 13 prend en partie sur l’habitacle 3, laissant toute la place au module 4. Mais surtout, cela permet que la face d’appui 5 soit en contact sur une surface plane du plancher 1, la face inférieure 2i. Comme déjà décrit, cela permet de minimiser la quantité de pâte thermique insérée entre ces deux surfaces.
[092] En variante, la figure 2 illustre ce volume 13 désaffleurant du côté de la face inférieure 2i.
[093] Ainsi le volume 13, autrement dit le moyen de refroidissement du module 4, n’est plus à proximité de la limite d’énergie, et se trouve dans une position qui le protège complètement des chocs provenant de la surface de roulage. En effet, ce moyen de refroidissement est un élément sensible de la batterie qui, en cas de disfonctionnement, peut engendrer une élévation de température des cellules qui engendre à son tour un emballement thermique de la cellule.
[094] On notera en outre que cette position du moyen de refroidissement le protège également des déperditions thermiques vers l’extérieur du véhicule et aussi lui permet de mieux être isolé des variations de température extérieures. En effet, ces cellules, et en particulier les cellules de type lithium-ion (ou Li-ion), sont également sensibles au températures basses ce qui diminue la capacité en charge de la batterie tout comme la durée de vie des cellules.
[095] Qui plus est, la température de fonctionnement idéal du module 4 étant de 20°, cette implantation du moyen de refroidissement est tout à fait favorable à ce qu’il participe à une régulation thermique de l’habitacle 3 du véhicule. [096] Ce module 4 comprend par exemple un système de sécurité de dégazage en cas d’emballement thermique d’une cellule du module 4, ce système étant agencé de sorte à diriger le gaz chaud en direction du volume 13.
[097] De tels systèmes de sécurité sont connus en tant que tel. Il existe plusieurs technologies, par exemple une membrane fusible au-delà d’un seuil de température et adhérisée autour d’une ouverture pratiquée au travers du module, et masquant cette ouverture. Ou encore une soupape poussée par un ressort et masquant cette même ouverture. De tels systèmes de sécurité sont parfois combinés avec des systèmes de respiration des modules, cette respiration n’étant là que pour compenser une dilatation ou contraction normale des gaz. Dans tous les cas d’emballement thermique d’une cellule, le gaz chaud généré sera évacué du module, et il est alors avantageux de diriger ce gaz chaud contre le volume 13 qui fait office de cloison pare-feu.
[098] En variante, le plancher 1 ne comprend pas les deux parois P1, P2, mais une plaque de refroidissement est insérée entre la face inférieure 2i et la face d’appui 5, cette plaque comprenant un évidement parcouru par un fluide caloporteur.
[099] L’invention porte en outre sur un procédé d’assemblage de cette structure de véhicule, ce procédé comprenant :
- une première étape d’approvisionnement d’un sous ensemble assemblé comprenant la poutre 8 et le longeron 9 fixés sur la face inférieure 2i de la tôle 2, et d’approvisionnement d’un module 4,
- une deuxième étape positionnant le sous ensemble assemblé de sorte que la face inférieure 2i de la tôle 2 soit tournée vers le haut,
- une troisième étape de mise en place du module 4 dans l’alvéole, la face d’appui 5 venant accoster contre la face inférieure 2i de la tôle 2,
- une quatrième étape de fixation du module 4 au plancher par le moyen de fixation 6, 7,
- une cinquième étape de retournement de la structure de véhicule ainsi assemblée de sorte que la face opposée supérieure 2s soit orientée vers le haut.
[100] L’invention a également pour objet le moyen d’assemblage d’une structure telle que précédemment décrite, et configuré pour mettre en oeuvre les étapes du procédé tel que précédemment décrit, ce moyen d’assemblage comprenant :
- un moyen d’approvisionnement du sous ensemble assemblé comprenant la poutre 8 et le longeron 9 fixés sur la face inférieure 2i de la tôle 2, et d’approvisionnement du module 4, - un moyen de retournement du sous ensemble assemblé de sorte que la face inférieure 2i de la tôle soit tournée vers le haut,
- un moyen de mise en place du module 4 dans l’alvéole, la face d’appui 5 étant contre la face inférieure 2i de la tôle 2, - un moyen d’aide à la fixation du module 4 au plancher 1 par le moyen de fixation
6,7.
[101] Mais d’autres procédés de montage, connus, sont possibles, par exemple les modules peuvent être prépositionnés en préparation sur un outil spécifique OS ou POM (Préparation Orages Mécanique) puis coiffés par la structure puis vissés.

Claims

REVENDICATIONS
1. Structure de véhicule automobile comprenant :
- un plancher (1 ) comprenant une tôle (2) ayant une face inférieure (2i), et une face opposée supérieure (2s) destinée à être orientée vers un habitacle (3) du véhicule,
- un module (4) de batterie pour le stockage d’énergie électrique comprenant une face d’appui (5), caractérisé en ce que cette structure comprend un moyen de fixation (6, 7) fixant le module (4) de batterie au plancher (1 ), la face d’appui (5) étant plaquée contre la face inférieure (2i) de la tôle (2) et en contact sur cette face inférieure (2i).
2. Structure de véhicule automobile selon la revendication 1 , ce plancher (1) comprenant une poutre (8) fixée, au moins sur une partie de sa longueur, directement sur la face inférieure (2i).
3. Structure de véhicule automobile selon la revendication 2, comprenant un longeron (9) fixé directement sur la face inférieure (2i) et formant avec la poutre (8) et la tôle (2) une alvéole logeant le module (4) de batterie.
4. Structure de véhicule selon la revendication 3, la poutre (8) étant une traverse transversale au longeron (9) et fixée à une de ses extrémités directement au longeron (9).
5. Structure de véhicule selon l’une des revendications précédentes, comprenant une plaque de carénage (10) distante du module (4) et recouvrant une face du module opposée (11 a) à la face d’appui (5), cette plaque de carénage (10) étant fixée directement ou indirectement au plancher (1) de façon étanche.
6. Structure de véhicule selon la revendication 5 en combinaison avec la revendication 2, cette plaque de carénage (10) étant fixée directement sur une face inférieure de la poutre (8).
7. Structure de véhicule selon la revendication 5 ou 6 en combinaison avec la revendication 3, cette plaque de carénage (10) étant fixée directement sur une face inférieure (9i) du longeron (9).
8. Structure de véhicule selon la revendication 7 en combinaison avec la revendication 2 et la revendication 3, comprenant deux longerons (9) parallèles, la poutre (8), la tôle (2) et la plaque de carénage (10), cet ensemble délimitant un espace interne étanche logeant le module (4).
9. Structure de véhicule selon l’une des revendications précédentes, le plancher (1) comprenant deux parois (P1 , P2) définissant entre-elles un volume (13) de circulation d’un fluide caloporteur, ce volume (13) étant compris entre la face inférieure (2i) et la face opposée supérieur (2s), et en vis-à-vis de la face d’appui (5).
10. Procédé d’assemblage d’une structure de véhicule selon l’une des revendications précédentes en combinaison avec la revendication 3, ce procédé comprenant une première étape d’approvisionnement d’un sous ensemble assemblé comprenant la poutre (8) et le longeron (9) fixés sur la face inférieure (2i) de la tôle (2), et d’approvisionnement d’un module (4), caractérisé en ce qu’il exécute les étapes successives suivantes :
- une deuxième étape positionnant le sous ensemble assemblé de sorte que la face inférieure (2i) de la tôle (2) soit tournée vers le haut,
- une troisième étape de mise en place du module (4) dans l’alvéole, la face d’appui (5) venant accoster contre la face inférieure (2i) de la tôle (2),
- une quatrième étape de fixation du module (4) au plancher par le moyen de fixation (6, n
- une cinquième étape de retournement de la structure de véhicule ainsi assemblée de sorte que la face opposée supérieure (2s) soit orientée vers le haut.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3148769A1 (fr) * 2023-05-16 2024-11-22 Renault S.A.S Soubassement pour véhicule automobile et véhicule automobile comprenant un tel soubassement

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014201277A (ja) * 2013-04-09 2014-10-27 ユニプレス株式会社 電気自動車などに使用するバッテリー搭載構造
DE102017004162A1 (de) * 2017-04-28 2017-10-26 Daimler Ag Batteriemodul für einen Elektro- oder Hybrid-Omnibus

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2102719A5 (fr) 1970-08-18 1972-04-07 Daimler Benz Ag
US5501289A (en) 1993-01-22 1996-03-26 Nissan Motor Co., Ltd. Floor structure of electric vehicle
JP6794950B2 (ja) * 2017-07-14 2020-12-02 トヨタ自動車株式会社 車体構造
DE102019102049A1 (de) * 2019-01-28 2020-07-30 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Kraftfahrzeug mit einer Bodenbaugruppe und einer Speicherzellenbaugruppe
DE102019133496B3 (de) * 2019-12-09 2020-12-17 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Teilkarosserie für ein wenigstens teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014201277A (ja) * 2013-04-09 2014-10-27 ユニプレス株式会社 電気自動車などに使用するバッテリー搭載構造
DE102017004162A1 (de) * 2017-04-28 2017-10-26 Daimler Ag Batteriemodul für einen Elektro- oder Hybrid-Omnibus

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
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