EP4701882A1 - Caisson plat de batterie de traction de vehicule equipe d'un couvercle avec nervures de renfort inclinees - Google Patents

Abstract

Caisson de batterie de traction de véhicule automobile électrique ou hybride formant un ensemble plat sensiblement rectangulaire, présentant un axe longitudinal (A) comportant une direction avant du véhicule (AV), ce caisson (8) étant équipé d'une tôle métallique de couvercle fixée par son contour à un bac de batterie, qui présente des nervures réalisées dans son épaisseur, comprenant dans une partie centrale un renfort (20), et comprenant de chaque côté par rapport à l'axe longitudinal (A), sur au moins une partie de la longueur de ce couvercle, en partant vers l'extérieur du véhicule, d'abord des nervures longitudinales (30), puis des nervures inclinées (16) suivant une direction qui vers l'extérieur est tournée vers l'arrière de ce véhicule.

Description

DESCRIPTION

Titre : CAISSON PLAT DE BATTERIE DE TRACTION DE VEHICULE EQUIPE D’UN COUVERCLE AVEC NERVURES DE RENFORT INCLINEES

001 . La présente invention revendique la priorité de la demande française N°2304205 déposée le 26.04.2023 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence.

002. La présente invention concerne un caisson plat de batterie de traction de véhicule automobile électrique ou hybride équipé d’un couvercle présentant des nervures de rigidification, ainsi qu’un véhicule automobile comportant un tel caisson de batterie.

003. Certains véhicules automobiles électrique ou hybride comportent une batterie alimentant une machine électrique de traction qui est installée à plat sous le plancher du véhicule pour utiliser une grande surface disponible tout en disposant la masse en partie basse de la caisse afin d’obtenir une faible hauteur du centre de gravité du véhicule.

004. Un type de batterie de véhicule électrique connu, présenté notamment par le document CN-Y-200969361 , comprenant une forme plate, rectangulaire et allongée suivant la direction longitudinale du véhicule, comporte un caisson disposant d’un bac inférieur recevant les éléments électrochimiques. Un couvercle formé par une tôle sensiblement plate couvrant l’ensemble de la batterie, présente un contour fixé sur un rebord supérieur du bac pour réaliser l’étanchéité du caisson.

005. D’une manière générale pour limiter la masse du véhicule et son coût, et pour optimiser le volume intérieur disponible dans le caisson de batterie, on réalise le couvercle avec une tôle métallique relativement fine. Afin d’améliorer la rigidité du couvercle, notamment pour réduire l’amplitude des oscillations verticales de premier ordre de sa partie centrale, la tôle comporte un réseau de nervures embouties lui donnant une meilleure rigidité sans augmenter la masse. 006. Suivant un mode de réalisation présenté dans ce document, le couvercle de batterie comporte dans sa partie centrale deux nervures longitudinales parallèles, et de chaque côté, de manière symétrique par rapport à l’axe médian longitudinal, des nervures avant et des nervures arrière disposées en diagonale, présentant chacune une direction perpendiculaire qui est tournée vers le centre du couvercle. 007. Par ailleurs pour leur homologation les véhicules automobiles subissent des tests de chocs latéraux normalisés sur un poteau de petit diamètre qui concentre l’effort sur une surface réduite du côté du véhicule. Suivant les régions géographiques et les constructeurs, un type d’essai comporte un choc latéral suivant un axe incliné, formant l’arrière du véhicule un angle de 15° par rapport à sa direction transversale. Certains essais appliquent ce choc sur un seul point du côté du véhicule disposé sur l’axe passant par le conducteur, d’autres répètent cet essai plusieurs fois avec la même inclinaison sur la longueur du côté du caisson de batterie afin de tester sa résistance en tout point latéral.

008. Par ailleurs les longerons latéraux de la caisse du véhicule disposés à l’extérieur du caisson de batterie, présentent une résistance importante afin de protéger le caisson se trouvant derrière, qui comporte sur chaque côté un profil rigide protégeant les cellules électrochimiques.

009. Toutefois pour ce type d'essai de choc latéral, même si le caisson n’est pas déformé de manière plastique, on peut obtenir une transmission d’énergie dans le couvercle du caisson venant du choc, qui se propage sensiblement dans la direction avant de ce choc sur les parties plates entre les nervures, sans être arrêté de manière efficace par ces nervures.

010. En particulier pour le couvercle du caisson de batterie présenté par le document de l’art antérieur, comprenant des nervures disposées en diagonale et inversée entre l’avant et l’arrière, avec une série de chocs latéraux inclinés répartis sur tout le côté du caisson de batterie, certains de ces chocs vont émettre une énergie dans une direction sensiblement parallèle aux nervures.

011 . Cette énergie peut se propager dans la partie plate entre ces nervures, et atteindre directement le centre de la tôle de couvercle en le faisant vibrer verticalement avec une forte amplitude. Une vibration de trop grande amplitude du centre du couvercle peut poser des problèmes de contact de sa tôle avec les éléments électrochimiques contenus à l’intérieur, et entraîner des incidents comprenant des risques de dommage électrique et de départ d’incendie.

012. Un augmentation de la hauteur des nervures pour améliorer la rigidité de la tôle de couvercle, prend plus de place et réduit l’espace disponible pour la batterie disposée en dessous. 013. La présente invention a notamment pour but d’éviter ces problèmes de l’art antérieur.

014. Elle propose à cet effet un caisson de batterie de traction de véhicule automobile électrique ou hybride formant un ensemble plat sensiblement rectangulaire, présentant un axe longitudinal comportant une direction avant du véhicule, le caisson comprenant une tôle métallique de couvercle, fixée par son contour à un bac de batterie, qui dispose de nervures réalisées dans son épaisseur, ce caisson étant remarquable en ce que le couvercle comporte dans une partie centrale un renfort, et comporte de chaque côté par rapport à l’axe longitudinal, sur au moins une partie de la longueur de ce couvercle, en partant vers l’extérieur du véhicule, d’abord des nervures longitudinales, puis des nervures inclinées suivant une direction qui vers l’extérieur est tournée vers l’arrière de ce véhicule.

015. Un avantage de ce caisson de batterie est qu’en cas de choc latéral avec une inclinaison vers l’arrière sur un point quelconque du côté du véhicule, qui transmet une énergie sur le côté du couvercle de ce caisson suivant cette même direction, on obtient une transmission d’énergie passant principalement par les surfaces plates de la tôle de ce couvercle, qui arrive sensiblement perpendiculairement sur les nervures en diagonale.

016. La direction de propagation de l’énergie bloquée par les nervures inclinées se répartit alors de chaque côté sur les zones plates. L’énergie partant en direction du centre rencontre les nervures longitudinales qui les dévient à leur tour en évitant un accès directement vers le centre. On obtient à la fin un faible niveau d’énergie qui atteint le renfort central ce qui évite une vibration de grande amplitude de cette partie centrale.

017. On peut utiliser une tôle de couvercle présentant une épaisseur limitée ce qui réduit la masse et les coûts, et disposer le couvercle au plus près de la batterie ce qui permet d’optimiser le volume du caisson. On protège de manière simple et efficace, sans ajouter de composant de rigidification sur le couvercle qui augmenterait la masse et les coûts, une protection des éléments de batterie se trouvant à l’intérieur.

018. Le caisson de batterie de traction de véhicule électrique ou hybride selon l’invention peut comporter de plus une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. 019. Avantageusement, les nervures présentent une symétrie par rapport à l’axe longitudinal.

020. Avantageusement, le renfort central forme une nervure qui s’étend suivant l’axe longitudinal sur plus de la moitié de la longueur du couvercle, présentant des inclinaisons proches.

021 . Dans ce cas, avantageusement la nervure du renfort central présente dans sa section transversale une largeur comprise entre 60 et 120mm, et une hauteur comprise entre 5 et 15mm.

022. Avantageusement, le caisson comporte au moins deux nervures longitudinales réparties sur la longueur du couvercle.

023. Avantageusement, le caisson comporte plusieurs nervures inclinées réparties sur la longueur du couvercle.

024. Dans ce cas, les nervures inclinées peuvent présenter une inclinaison comprise entre 30 et 60° par rapport à la direction transversale du véhicule.

025. Avantageusement, chaque nervure inclinée ou longitudinale présente dans sa section transversale une hauteur comprise entre 2 et 6mm et une largeur comprise entre 30 et 50mm.

026. Avantageusement, la tôle de couvercle réalisée en acier présente une surface supérieure à 1 m² et une épaisseur inférieure à 1mm.

027. L’invention a aussi pour objet un véhicule automobile électrique ou hybride comportant une batterie intégrée dans un caisson comprenant l’une quelconque des caractéristiques précédentes, remarquable en ce que ce caisson est disposé à plat sous le plancher du véhicule entre les trains avant et arrière.

028. L’invention sera mieux comprise et d’autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d’exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels :

029. [Fig. 1] est une vue de dessus d’un test de chocs latéraux inclinés sur un véhicule électrique comportant un caisson de batterie selon l’invention ;

030. [Fig. 2] est une vue en coupe transversale de ce caisson de batterie ;

031 . [Fig. 3] est une vue de dessus du couvercle de caisson présentant un choc latéral incliné transmis à ce couvercle ; et

032. [Fig. 4] est une vue de détail en coupe transversale successivement du renfort longitudinal et des nervures latérales de ce couvercle. 033. Dans l’ensemble du document le côté supérieur ou dessus est relatif à la direction verticale pour un véhicule posé sur un sol horizontal.

034. La figure 1 présente un véhicule automobile électrique 2 disposé suivant un axe longitudinal A présentant un côté avant correspondant au sens de marche du véhicule, qui comporte une batterie de traction intégrée dans un caisson étanche 8 comprenant une forme plate sensiblement rectangulaire disposée sous le plancher du véhicule, entre les trains avant et arrière. Les bords latéraux du caisson de batterie 8 arrivent à une petite distance des côtés du véhicule 2 afin d’occuper une majeure partie de la surface du plancher.

035. Un banc de test normalisé de résistance aux chocs latéraux inclinés du véhicule 2, comporte une barre verticale 4 reliée de manière rigide à une masse 6 qui est projetée avec une vitesse V sur le côté du véhicule, dans une direction tournée vers l’arrière formant un angle de 15° par rapport à un axe transversal de ce véhicule.

036. On obtient une pénétration de la barre 4 sur le côté du véhicule 2 avec une déformation du longeron latéral de la caisse qui absorbe au moins en partie l’énergie transmise, en évitant une déformation plastique du caisson de batterie 8 se trouvant derrière. Toutefois une part d’énergie est transmise à ce caisson de batterie 8, sous forme d’onde de choc qui génère une déformation élastique de son couvercle.

037. Les figures 2, 3 et 4 présentent le caisson de batterie 8 comprenant un bac comportant une tôle inférieure 10 et deux longerons latéraux 12 formés par des profilés d’aluminium disposant de cellules fermées afin de présenter une grande résistance.

038. Une tôle supérieure de couvercle 14 couvrant ce bac, comporte un renfort central longitudinal 20, et de chaque côté des nervures longitudinales 30 et des nervures latérales inclinées 16 disposées de manière symétrique par rapport à l’axe longitudinal A. L’espace entre le renfort central 20 et les différentes nervures 16, 30 constitue une zone intermédiaire plate 26.

039. Le caisson 8 reçoit des cellules électrochimiques de batterie 18 qui sont fixées sur la tôle de plancher 10.

040. La tôle de couvercle 14 comporte sur sa périphérie une série de perçages 32 recevant des vis de serrage sur le contour du caisson 8 afin d’assurer une étanchéité sur ce contour, pour protéger les cellules intérieures 18 des projections et des coups.

041 . Le renfort central de couvercle 20, symétrique par rapport à l’axe longitudinal A, forme une nervure partant du côté avant du couvercle 14 pour s’étendre sur environ les trois quarts de sa longueur.

042. Le renfort central 20, détaillé figure 4 en haut, présente en coupe transversale une forme en arc de cercle bombé vers le haut, comprenant au milieu une hauteur maximum H comprise entre 5 et 15mm, et de chaque côté une remontée sur une hauteur H1 inférieure à 10mm pour arriver à la zone plate intermédiaire de couvercle 26. La largeur L1 du renfort central 20 séparant les deux extrémités de son arc de cercle est comprise entre 60 et 120mm.

043. Chaque nervure longitudinale 30 ou inclinée 16 présente, en coupe transversale détaillée figure 4 en bas, une face supérieure plate comprenant une hauteur comprise entre 2 et 6mm, qui se termine de chaque côté par une pente pour arriver sur la zone plate intermédiaire de couvercle 26. La largeur totale L2 des nervures longitudinales 30 ou inclinées 16 est comprise entre 30 et 50mm. 044. Pour chaque côté du couvercle 14 les nervures inclinées 16 comportent une inclinaison par rapport à la direction transversale du véhicule formant un angle compris entre 30 et 60°, avantageusement environ 45°, avec une direction qui en partant vers l’extérieur est tournée vers l’arrière de ce véhicule.

045. Chaque côté du couvercle 14 comporte deux nervures longitudinales courtes 30 réparties sur la longueur de ce couvercle, qui sont alignées sur un même axe disposé en partant de la nervure 20 environ au premier tiers de ce côté.

046. En partant de l’arrière on a deux nervures inclinées courtes, la première 16a disposée en face de la première nervure longitudinale 30a, la deuxième 16b disposée entre les deux nervures longitudinales 30a, 30b.

047. Suivant une direction transversale alignée sur l’avant du renfort 20, on a trois nervures avant inclinées 16 réparties sur la largeur, comprenant d’abord en partant du centre une nervure inclinée longue 16c puis deux nervures inclinées courtes 16d.

048. La figure 3 présente trois chocs latéraux inclinés en direction de l’arrière 40a, 40b, 40c, sur le côté gauche du véhicule, suivant les essais normalisés présentés figure 1 , entraînant une déformation de la caisse du véhicule, sans déformer le caisson 8 mais avec une onde de choc 34 transmise au couvercle 14 suivant la direction de ces impacts. La tôle de couvercle 14 formant un ensemble sensiblement plat présentant une grande surface, comporte un mode propre vibratoire vertical de sa partie centrale qui va être excité avec l’énergie reçue. 049. Les zones plates intermédiaires 26 de la tôle de couvercle 14 entre les nervures 16, 30 peuvent vibrer plus facilement par leur souplesse tout en transmettant l’énergie par propagation, alors que les différentes nervures fortement rigides constituent des obstacles à cette propagation.

050. Pour le choc le plus en avant 40a l’onde vient directement buter sur la nervure inclinée 16a la plus en avant disposée sensiblement perpendiculairement, elle doit se répartir des deux côtés parallèlement à cette nervure, la partie tournée vers l’intérieur du véhicule n’atteignant pas le centre du couvercle 14.

051 . Pour le choc du milieu 40b d’une manière similaire l’onde vient directement buter sur la deuxième nervure inclinée 16b, puis se répartit des deux côtés, la partie tournée vers l’intérieur du véhicule arrivant sur la première nervure longitudinale 30a qui l’empêche d’atteindre le centre du couvercle 14.

052. Pour le choc de l’arrière 40c l’onde arrive sur les deux nervures arrière inclinées 16d, une partie de l’onde part vers le centre du couvercle 14 pour être arrêtée par la deuxième nervure longitudinale 30b.

053. On obtient dans tous les cas de choc latéral incliné 40 un blocage de l’onde qui laisse peu d’énergie arriver vers le centre du couvercle 14, et une dispersion de cette énergie vers l’avant et l’arrière, loin de ce centre. La partie centrale du couvercle 14 reçoit un faible niveau d’énergie, son mode propre vibratoire est peu excité avec une amplitude d’oscillation limitée.

054. En particulier on peut former un couvercle 14 comprenant une surface de plus de 1 m², formé avec une tôle d’acier de moins d’un millimètre d’épaisseur. On réalise ainsi un couvercle 14 avec une tôle d’épaisseur limitée qui est disposé près des éléments électrochimiques intérieurs 18 tout en assurant leur protection, ce qui permet de réduire la masse et les coûts de ce couvercle, et optimise l’utilisation du volume intérieur du caisson 8.

Claims

REVENDICATIONS

1. Caisson de batterie de traction de véhicule automobile électrique ou hybride formant un ensemble plat sensiblement rectangulaire, présentant un axe longitudinal (A) comportant une direction avant du véhicule (AV), le caisson (8) comprenant une tôle métallique de couvercle (14), fixée par son contour à un bac de batterie, qui dispose de nervures (16, 30) réalisées dans son épaisseur, caractérisé en ce que le couvercle (14) comporte dans une partie centrale un renfort (20), et comporte de chaque côté par rapport à l’axe longitudinal (A), sur au moins une partie de la longueur de ce couvercle (14), en partant vers l’extérieur du véhicule, d’abord des nervures longitudinales (30), puis des nervures inclinées (16) suivant une direction qui vers l’extérieur est tournée vers l’arrière de ce véhicule.

2. Caisson de batterie selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les nervures (16, 30) présentent une symétrie par rapport à l’axe longitudinal (A).

3. Caisson de batterie selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le renfort central (20) forme une nervure qui s’étend suivant l’axe longitudinal (A) sur plus de la moitié de la longueur du couvercle (14).

4. Caisson de batterie selon la revendication 3, caractérisé en ce que la nervure du renfort central (20) présente dans sa section transversale une largeur comprise entre 60 et 120mm, et une hauteur comprise entre 5 et 15mm.

5. Caisson de batterie selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux nervures longitudinales (30) réparties sur la longueur du couvercle (14).

6. Caisson de batterie selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs nervures inclinées (16) réparties sur la longueur du couvercle (14), présentant des inclinaisons proches.

7. Caisson de batterie selon la revendication 6, caractérisé en ce que les nervures inclinées (16) présentent une inclinaison comprise entre 30 et 60° par rapport à la direction transversale du véhicule.

8. Caisson de batterie selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque nervure inclinée (16) ou longitudinale (30) présente dans sa section transversale une hauteur comprise entre 2 et 6mm et une largeur comprise entre 30 et 50mm.

9. Caisson de batterie selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tôle de couvercle (14) réalisée en acier présente une surface supérieure à 1m² et une épaisseur inférieure à 1 mm.

10. Véhicule automobile électrique ou hybride comportant une batterie intégrée dans un caisson (8) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ce caisson (8) est disposé à plat sous le plancher du véhicule (2) entre les trains avant et arrière.