FR2985690A3 - Battery for providing electrical supply to motor in e.g. hybrid car, has storage module utilized for storing electric power, and structural device arranged in battery, where structural device comprises removable structural part of frame - Google Patents
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Abstract
Description
Batterie de puissance structurelle pour véhicule automobile Domaine technique de l'invention L'invention concerne une batterie d'alimentation électrique destinée à être montée de manière démontable sur un châssis d'un véhicule automobile électrique ou hybride, comprenant un boîtier renfermant au moins un module de stockage d'énergie électrique. Elle sert à fournir une puissance électrique nécessaire à un moteur électrique d'entraînement. L'invention a pour objet également une partie non amovible de châssis de véhicule automobile apte à recevoir la batterie, un châssis comprenant la batterie et la partie non amovible de châssis, ainsi qu'un véhicule automobile. État de la technique Le stockage d'énergie électrique alimentant le moteur électrique pour la propulsion d'un véhicule automobile de type tout électrique ou à motorisation hybride en complément d'un moteur thermique, s'effectue classiquement par l'intermédiaire d'une batterie d'alimentation électrique pouvant être montée de manière démontable sur le châssis du véhicule. TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION The invention relates to a power supply battery intended to be removably mounted on a chassis of an electric or hybrid motor vehicle, comprising a housing enclosing at least one module. electrical energy storage. It serves to provide an electric power necessary for an electric drive motor. The invention also relates to a non-removable part of a motor vehicle chassis adapted to receive the battery, a chassis comprising the battery and the non-removable chassis part, and a motor vehicle. State of the art The storage of electrical energy supplying the electric motor for the propulsion of a motor vehicle of all-electric or hybrid engine type in addition to a heat engine is conventionally carried out via a battery power supply unit that can be removably mounted on the vehicle chassis.
La batterie comprend classiquement un boîtier renfermant au moins un module de stockage d'énergie électrique comprenant lui-même une pluralité de cellules élémentaires. Le nombre de cellules élémentaires et de modules de stockage permet d'obtenir une autonomie recherchée du véhicule. 2 9856 90 2 Le caractère démontable de la batterie, qui est autoporteuse en étant à la fois d'un seul tenant et porteuse des cellules élémentaires et des modules, permet de la rendre interchangeable ou remplaçable. La seule manipulation du boîtier suffit à extraire les modules de stockage hors du 5 véhicule et à les remonter sur celui-ci. Il est classiquement prévu des éléments de fixation de la batterie sur le châssis du véhicule, agencés pour permettre un démontage de la batterie. Selon une conception connue, le châssis du véhicule électrique ou 10 hybride, notamment le soubassement, est une structure de caisse similaire au châssis d'un véhicule à propulsion par un moteur thermique. Le châssis est indémontable, non amovible, solidaire à demeure du reste du véhicule, tandis que la batterie d'alimentation de puissance est un élément rapporté sur ce châssis fixe. Un tel mode de réalisation permet 15 de conserver une conception connue du châssis. Cependant, le poids de l'ensemble formé par la batterie est relativement important, de l'ordre de plusieurs centaines de kilogrammes. Cette masse supplémentaire ajoutée au châssis du véhicule implique que le 20 châssis doive en outre subir de nombreuses modifications et des ajouts de nombreux éléments de renforts. Ainsi, le véhicule est alourdi par l'ensemble formé par la batterie d'une part et par les moyens supplémentaires de renfort d'autre part. Aussi, ces modifications du châssis et la masse ajoutée ont une influence sur le comportement 25 routier du véhicule. Pour répondre à ces problématiques, il a été imaginé, à l'image des documents FR2944497, US5501289 et US6227322, un châssis indémontable incluant de manière permanente une batterie de puissance 30 dont le bac comprend des éléments structurels qui forment une partie de la structure de caisse. Le bac de la batterie fait donc partie intégrante du châssis à demeure. Cette solution ne présente aucune souplesse d'utilisation et de conception, notamment en ce qui concerne l'aménagement et la nature des modules de stockage d'électricité. The battery conventionally comprises a housing enclosing at least one electrical energy storage module itself comprising a plurality of elementary cells. The number of elementary cells and storage modules provides a desired autonomy of the vehicle. 2 9856 90 2 The demountable nature of the battery, which is self-supporting while being at one and the same time and carrying elementary cells and modules, makes it interchangeable or replaceable. The only manipulation of the housing is enough to extract the storage modules out of the vehicle and to go up on it. It is conventionally provided battery mounting elements on the vehicle chassis, arranged to allow disassembly of the battery. According to a known design, the chassis of the electric or hybrid vehicle, in particular the underbody, is a body structure similar to the chassis of a vehicle powered by a heat engine. The chassis is non-removable, non-removable, permanently attached to the rest of the vehicle, while the power supply battery is an element attached to this fixed frame. Such an embodiment makes it possible to maintain a known design of the chassis. However, the weight of the assembly formed by the battery is relatively large, of the order of several hundred kilograms. This additional mass added to the vehicle chassis means that the chassis must also undergo numerous modifications and additions of numerous reinforcing elements. Thus, the vehicle is weighed down by the assembly formed by the battery on the one hand and the additional means of reinforcement on the other hand. Also, these chassis modifications and the added mass have an influence on the vehicle's road behavior. To meet these problems, it has been imagined, like the documents FR2944497, US5501289 and US6227322, an indestructible frame permanently including a power battery 30 whose tray includes structural elements that form part of the structure of checkout. The battery tray is therefore an integral part of the permanent chassis. This solution has no flexibility of use and design, particularly with regard to the layout and nature of the power storage modules.
Un autre inconvénient principal est que cette solution ne permet pas de mettre en oeuvre des stratégies de gestion des véhicules basées sur des échanges de batterie. Or, il peut se révéler intéressant d'échanger une batterie lorsque son niveau d'énergie est faible contre une nouvelle batterie remplie d'énergie. Ceci peut être fait dans une station similaire à une station-service classique dans laquelle on remplit un réservoir de carburant d'un véhicule automobile. Le bac constitue un tronçon longitudinal du châssis sous l'habitacle occupant toute la largeur du véhicule. La batterie est donc configurée de sorte qu'elle encaisse la totalité des efforts mécaniques encaissés par le châssis au niveau du tronçon longitudinal de châssis le long duquel la batterie est montée. Le dimensionnement des éléments structurels du bac doit répondre à cette fonction, grevant le poids de la solution. La raideur de l'ensemble du châssis reste médiocre malgré tout le soin apporté et ne permet pas de répondre parfois aux attentes administratives au sujet de la sécurité en cas de choc. En cas de détérioration de la batterie ou d'un vieillissement, notamment en raison de problèmes au niveau des modules de stockage d'énergie électrique, le véhicule est inutilisable, sauf à prévoir un démontage complet du châssis du véhicule, ce qui est fastidieux et onéreux, voire impossible parfois. La plupart du temps, cette problématique rend rédhibitoire l'utilisation de cette solution. Another major disadvantage is that this solution does not allow to implement vehicle management strategies based on battery exchanges. However, it can be interesting to exchange a battery when its energy level is low against a new battery filled with energy. This can be done in a station similar to a conventional filling station in which a fuel tank of a motor vehicle is filled. The ferry is a longitudinal section of the chassis under the passenger compartment occupying the entire width of the vehicle. The battery is configured so that it cash all the mechanical forces received by the frame at the longitudinal frame section along which the battery is mounted. The sizing of the structural elements of the tank must meet this function, burdening the weight of the solution. The stiffness of the entire chassis remains mediocre despite all the care provided and does not meet sometimes the administrative expectations about safety in case of shock. In case of deterioration of the battery or aging, in particular due to problems with the electrical energy storage modules, the vehicle is unusable, except to provide for a complete disassembly of the vehicle chassis, which is tedious and expensive, sometimes impossible sometimes. Most of the time, this problem makes the use of this solution unacceptable.
En outre, les modules de stockage d'énergie électrique sont fixés au couvercle de la batterie qui n'entre pas dans la constitution des éléments structurels. Au contraire, il est pris soin de maintenir ces modules à distance des éléments structurels pour des raisons de refroidissement. Ces modules étant très lourds, il apparait de fortes vibrations mécaniques à des fréquences propres données lorsque le véhicule est utilisé. Pour tenter de limiter l'incidence de ce problème sur le confort et le comportement, il est nécessaire de renforcer encore plus les éléments structurels, alourdissant une fois de plus le châssis. Objet de l'invention Le but de la présente invention est de proposer une batterie d'alimentation électrique qui remédie aux inconvénients listés ci-dessus. Un premier aspect de l'invention concerne une batterie d'alimentation électrique destinée à être montée de manière démontable sur un châssis d'un véhicule automobile électrique ou hybride, comprenant un boîtier renfermant un module de stockage d'énergie électrique. La batterie comprend un dispositif de structure configuré de sorte à constituer une partie structurelle amovible du châssis. In addition, the electrical energy storage modules are attached to the battery cover which does not enter the constitution of the structural elements. On the contrary, care is taken to keep these modules away from the structural elements for cooling purposes. These modules being very heavy, it appears strong mechanical vibrations at eigenfrequencies given when the vehicle is used. In an attempt to limit the impact of this problem on comfort and behavior, it is necessary to further strengthen the structural elements, weighing down the chassis once again. OBJECT OF THE INVENTION The object of the present invention is to propose a battery for power supply which overcomes the disadvantages listed above. A first aspect of the invention relates to a power supply battery adapted to be removably mounted on a chassis of an electric or hybrid motor vehicle, comprising a housing enclosing an electrical energy storage module. The battery comprises a structure device configured to form a removable structural part of the frame.
Le dispositif de structure peut comprendre le module de stockage et des éléments de structure, le module de stockage étant fixé aux éléments de structure. Des éléments de structure peuvent comprimer mécaniquement le module de stockage par serrage de telle sorte que le module de stockage participe à la raideur du dispositif de structure. Le dispositif de structure peut comprendre un cadre structurel formant une partie périphérique du boîtier, le dispositif de structure comportant au moins deux longerons orientés dans une direction longitudinale de la batterie et deux traverses orientées dans une direction transversale de la batterie, les longerons et les traverses étant liés deux à deux. The structure device may comprise the storage module and structural elements, the storage module being fixed to the structural elements. Structural members may mechanically compress the clamping storage module such that the storage module participates in the stiffness of the structural device. The structural device may comprise a structural frame forming a peripheral portion of the housing, the structural device comprising at least two longitudinal members oriented in a longitudinal direction of the battery and two cross members oriented in a transverse direction of the battery, the side members and the cross members. being linked two by two.
Le dispositif de structure peut comporter au moins une poutre structurelle fixée au cadre structurel par ses extrémités, chaque poutre structurelle comprenant au moins un module de stockage et deux éléments de structure presseurs enserrant entre eux ce module de stockage par des éléments de serrage. Les deux éléments de structure presseurs peuvent être constitués par deux treillis respectivement supérieur et inférieur, décalés dans une direction verticale de la batterie et reliés entre eux par les éléments de serrage. Chaque poutre structurelle peut être orientée dans la direction longitudinale de la batterie, disposée entre deux longerons du cadre structurel et fixée par ses extrémités à deux traverses du cadre structurel. Le dispositif de structure peut comprendre un bac de réception formant une partie inférieure du boîtier, fixé au cadre structurel et à ladite au moins une poutre structurelle, de sorte que le bac de réception assure une transmission d'efforts mécaniques entre le cadre structurel et ladite au moins une poutre structurelle. Le bac de réception peut comprendre un fond muni d'au moins un élément rigidifiant orienté dans la direction transversale de la batterie. The structural device may comprise at least one structural beam fixed to the structural frame by its ends, each structural beam comprising at least one storage module and two pressing structure elements sandwiching said storage module with clamping elements. The two pressing structure elements can be constituted by two respectively upper and lower lattices, offset in a vertical direction of the battery and interconnected by the clamping elements. Each structural beam can be oriented in the longitudinal direction of the battery, arranged between two longitudinal members of the structural frame and fixed at its ends to two cross members of the structural frame. The structure device may comprise a receiving tray forming a lower part of the housing, fixed to the structural frame and to said at least one structural beam, so that the receiving tray ensures a transmission of mechanical forces between the structural frame and said at least one structural beam. The receiving tray may comprise a bottom provided with at least one stiffening element oriented in the transverse direction of the battery.
Les éléments de structure peuvent être formés dans un matériau électriquement conducteur, notamment dans une matière métallique. La batterie peut aussi comprendre un premier élément de reprise d'efforts, notamment de reprise d'un couple de flexion ou d'un effort de traction ou de compression parallèles à la direction transversale ou longitudinale du châssis, à une première extrémité de la batterie et un deuxième élément de reprise d'efforts, notamment de reprise d'un couple de flexion ou d'un effort de traction ou de compression parallèles à la direction transversale ou longitudinale du châssis, à une deuxième extrémité de la batterie, les première et deuxième extrémités étant opposées ou sensiblement opposées, le dispositif de structure reliant mécaniquement le premier élément de reprise et le deuxième élément de reprise. The structural elements may be formed of an electrically conductive material, in particular a metallic material. The battery may also comprise a first force-recovery element, in particular the resumption of a bending moment or of a tensile or compressive force parallel to the transverse or longitudinal direction of the chassis, at a first end of the battery and a second force-absorbing element, in particular of taking up a bending moment or a tensile or compressive force parallel to the transverse or longitudinal direction of the frame, at a second end of the battery, the first and second second ends being opposite or substantially opposite, the structure device mechanically connecting the first recovery element and the second recovery element.
Un deuxième aspect de l'invention concerne une partie non amovible de châssis de véhicule automobile, qui comprend un premier élément d'application d'efforts, notamment d'application d'un couple de flexion ou d'un effort de traction ou de compression parallèles à la direction transversale ou longitudinale du châssis, à une première extrémité de la batterie, et un deuxième élément d'application d'efforts, notamment d'application d'un couple de flexion ou d'un effort de traction ou de compression parallèles à la direction transversale ou longitudinale du châssis, à une deuxième extrémité de la batterie, les premier et deuxième éléments d'application d'efforts étant opposés ou sensiblement opposés dans une direction donnée du châssis. Un troisième aspect de l'invention concerne un châssis pour un véhicule automobile électrique ou hybride, comprenant une telle batterie d'alimentation électrique et une telle partie non amovible de châssis apte à recevoir la batterie et des éléments de fixation de la batterie sur la partie non amovible de châssis permettant un démontage de la batterie. La batterie et la partie non amovible de châssis peuvent être configurées de sorte que la batterie n'encaisse qu'une fraction du total des efforts mécaniques encaissés par le châssis au niveau du tronçon longitudinal de châssis le long duquel la batterie est montée, considéré dans la direction longitudinale du châssis, la fraction complémentaire du total des efforts mécaniques étant encaissée par la partie non amovible de châssis sur ce tronçon longitudinal. A second aspect of the invention relates to a non-removable portion of a motor vehicle frame, which comprises a first element for applying forces, in particular for applying a bending moment or a tensile or compressive force. parallel to the transverse or longitudinal direction of the chassis, at a first end of the battery, and a second force application element, in particular for applying a parallel bending moment or a parallel tensile or compressive force in the transverse or longitudinal direction of the chassis, at a second end of the battery, the first and second force application elements being opposite or substantially opposite in a given direction of the chassis. A third aspect of the invention relates to a chassis for an electric or hybrid motor vehicle, comprising such a power supply battery and such a non-removable chassis part adapted to receive the battery and battery fixing elements on the part. non removable frame allowing disassembly of the battery. The battery and the non-removable portion of the chassis can be configured so that the battery receives only a fraction of the total of the mechanical forces received by the chassis at the longitudinal frame section along which the battery is mounted, considered in the longitudinal direction of the chassis, the complementary fraction of the total mechanical forces being cashed by the non-removable part of the chassis on this longitudinal section.
La partie non amovible de châssis peut comprendre au moins deux longerons structurels orientés dans la direction longitudinale du châssis et disposés de part et d'autre de la batterie suivant la direction transversale du châssis. The non-removable portion of the frame may comprise at least two structural side members oriented in the longitudinal direction of the frame and disposed on either side of the battery in the transverse direction of the frame.
Un quatrième aspect de l'invention concerne un véhicule automobile électrique ou hybride comprenant une telle batterie et/ou une telle partie non amovible de châssis et/ou un tel châssis. Description sommaire des dessins D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés sur les dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d'un exemple de batterie selon l'invention, le couvercle étant retiré, - la figure 2 est une vue en perspective de la batterie lorsque le couvercle est en place, - la figure 3 est une vue équivalente à la figure 1, les modules et les moyens de régulation électrique étant retirés, ne conservant que le dispositif de structure, - la figure 4 est un éclaté de la constitution d'une poutre structurelle, - la figure 5 est un éclaté de la constitution du dispositif de structure, - les figures 6 et 7 sont des vues en coupe du dispositif de structure, suivant respectivement des directions longitudinale L et transversale T de la batterie, - les figures 8 et 9 sont des vues en coupe de la batterie (couvercle retiré), suivant respectivement les directions transversale T et longitudinale L de la batterie, - les figures 10 et 11 sont des vues en coupe d'un exemple de châssist selon l'invention, suivant respectivement des directions longitudinale X et transversale Y du châssis du véhicule. Description de modes préférentiels de l'invention La description est faite en référence à un repère orthonormé (X, Y, Z) associé classiquement au châssis d'un véhicule automobile, dans lequel X est la direction longitudinale avant-arrière du châssis (correspondant à la direction de déplacement du véhicule). Z est la direction verticale. Y est la direction transversale au châssis, orientée selon un axe droite- gauche horizontalement et perpendiculairement à X et Z. Pour la description de l'invention, on adoptera à titre non limitatif les orientations verticale, longitudinale et transversale liées à la batterie selon le repère orthonormé (V, L, T) lié à la batterie d'alimentation électrique (figure 1). Il est notamment prévu que le montage de la batterie soit tel que la direction longitudinale L associée à la batterie soit orientée parallèlement à la direction longitudinale X associée au châssis du véhicule. Toutefois, toute autre orientation de la batterie dans le plan horizontal du châssis peut être implémentée, par exemple en orientant la direction longitudinale L associée à la batterie parallèlement à la direction transversale Y associée au châssis du véhicule. A fourth aspect of the invention relates to an electric or hybrid motor vehicle comprising such a battery and / or such a non-removable chassis part and / or such a chassis. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Other advantages and features will become more clearly apparent from the following description of particular embodiments of the invention given by way of nonlimiting example and represented in the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a perspective view of an exemplary battery according to the invention, the cover being removed, - Figure 2 is a perspective view of the battery when the cover is in place, - Figure 3 is a view equivalent to the FIG. 1, the modules and electrical regulation means being removed, retaining only the structure device, FIG. 4 is an exploded view of the constitution of a structural beam, FIG. 5 is an exploded view of the constitution of the device. FIGS. 6 and 7 are sectional views of the structure device, respectively along longitudinal directions L and transverse directions T of the battery, FIGS. have sectional views of the battery (cover removed), respectively along the transverse directions T and longitudinal L of the battery, - Figures 10 and 11 are sectional views of an example of châssist according to the invention, respectively following longitudinal X and transverse directions Y of the vehicle chassis. DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS OF THE INVENTION The description is made with reference to an orthonormal reference (X, Y, Z) conventionally associated with the chassis of a motor vehicle, in which X is the longitudinal front-rear direction of the chassis (corresponding to the direction of movement of the vehicle). Z is the vertical direction. Y is the direction transverse to the frame, oriented along a right-left axis horizontally and perpendicularly to X and Z. For the description of the invention, the vertical, longitudinal and transverse orientations related to the battery according to the invention will be adopted without limitation. orthonormal reference (V, L, T) linked to the power supply battery (Figure 1). It is in particular provided that the mounting of the battery is such that the longitudinal direction L associated with the battery is oriented parallel to the longitudinal direction X associated with the chassis of the vehicle. However, any other orientation of the battery in the horizontal plane of the chassis can be implemented, for example by orienting the longitudinal direction L associated with the battery parallel to the transverse direction Y associated with the vehicle chassis.
Les figures 1 à 9 illustrent une batterie d'alimentation électrique 10 destinée à être montée de manière démontable sur un châssis d'un 2 9856 90 9 véhicule automobile électrique ou hybride, comme illustré sur les figures 10 et 11. La batterie 10 est destinée, une fois montée, à fournir la puissance électrique nécessaire à l'alimentation d'un moteur électrique d'entraînement du véhicule. La batterie 10 comprend essentiellement un 5 boîtier renfermant au moins un module de stockage d'énergie électrique 11. Chaque module de stockage d'énergie électrique 11 comprend lui-même une pluralité de cellules élémentaires, adjacentes selon L ou T ou superposées selon V, reliées électriquement en série et/ou en parallèle. Le nombre de cellules et de modules 11 permet d'obtenir une autonomie 10 recherchée du véhicule. La batterie 10 inclut également, à l'intérieur du boîtier, un moyen de régulation électrique 12 pour piloter la manière dont est délivrée la puissance électrique depuis les modules 11. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, la batterie 10 15 comprend un dispositif de structure (tel qu'illustré aux figures 1, 8 et 9) configuré de sorte à constituer une partie structurelle amovible du châssis. Ainsi, la batterie 10, par son dispositif de structure décrit plus loin, constitue une partie structurelle amovible du châssis du véhicule, le reste du châssis étant constituée par une partie complémentaire de 20 châssis apte à recevoir temporairement la batterie 10. Cette partie complémentaire de châssis est non amovible et reste donc solidaire à demeure du véhicule automobile, contrairement à la partie structurelle de châssis intégrée à la batterie 10 démontable. 25 De manière générale, le dispositif de structure comprend avantageusement ledit au moins un module de stockage 11 et des éléments de structure listés plus loin, chaque module de stockage 11 étant fixé aux éléments de structure. Ces modules 11 étant très lourds, la fixation entre les modules 11 et les éléments de structure permet de 30 créer une liaison mécanique limitant beaucoup les vibrations mécaniques des modules 11 (fréquences propres) susceptibles d'apparaître lorsque le véhicule est utilisé, améliorant le confort et le comportement sans nécessiter un poids de la batterie 10 excessif. Avantageusement, certains des éléments de structure exercent une compression mécanique sur ledit au moins un module de stockage 11 par serrage (selon la direction V), de telle sorte que chaque module de stockage 11 participe à la raideur du dispositif de structure. Par « raideur », on entend la caractéristique qui indique la résistance à la déformation élastique du dispositif de structure. Plus le dispositif de structure est raide, plus il faut lui appliquer un effort mécanique important pour obtenir une déformation donnée. Les modules de stockage 11 étant des pièces massiques très résistantes et rigides, le fait de les enserrer permet de conférer aux éléments de structure qui les enserrent une très grande raideur, ce qui est avantageux dans l'application visée. Autrement dit, les propriétés de rigidité et de masse des modules 11 sont exploitées avantageusement pour participer à la raideur du dispositif de structure. Cette raideur peut être très élevée en dépit de l'utilisation avantageuse d'éléments de structure simples, peu lourds et peu raides intrinsèquement. Figures 1 to 9 illustrate a power supply battery 10 to be removably mounted on a chassis of an electric or hybrid motor vehicle, as illustrated in Figures 10 and 11. The battery 10 is intended to once mounted, to provide the electrical power required to power an electric drive motor of the vehicle. The battery 10 essentially comprises a housing enclosing at least one electric energy storage module 11. Each electric energy storage module 11 itself comprises a plurality of elementary cells, adjacent according to L or T or superimposed along V, electrically connected in series and / or in parallel. The number of cells and modules 11 provides a desired range 10 of the vehicle. The battery 10 also includes, within the housing, an electrical regulating means 12 for controlling the manner in which electrical power is delivered from the modules 11. According to an essential characteristic of the invention, the battery 10 comprises a device structure (as shown in Figures 1, 8 and 9) configured to form a removable structural part of the frame. Thus, the battery 10, by its structure device described below, constitutes a removable structural part of the chassis of the vehicle, the remainder of the chassis being constituted by a complementary frame part adapted to temporarily receive the battery 10. This complementary part of chassis is non-removable and thus remains permanently attached to the motor vehicle, unlike the structural part of the integrated chassis battery 10 removable. In general, the structure device advantageously comprises said at least one storage module 11 and structure elements listed below, each storage module 11 being attached to the structural elements. Since these modules 11 are very heavy, the fixing between the modules 11 and the structural elements makes it possible to create a mechanical link that greatly limits the mechanical vibrations of the modules 11 (natural frequencies) that may appear when the vehicle is used, improving comfort. and the behavior without requiring an excessive battery weight. Advantageously, some of the structural elements exert a mechanical compression on said at least one storage module 11 by clamping (in the direction V), so that each storage module 11 participates in the stiffness of the structure device. By "stiffness" is meant the characteristic which indicates the resistance to elastic deformation of the structural device. The steeper the structural device, the more it is necessary to apply a significant mechanical force to obtain a given deformation. Since the storage modules 11 are very strong and rigid mass parts, the fact of enclosing them makes it possible to confer on the structural elements which enclose them a very great stiffness, which is advantageous in the intended application. In other words, the rigidity and mass properties of the modules 11 are exploited advantageously to participate in the stiffness of the structure device. This stiffness can be very high despite the advantageous use of simple structural elements, low weight and not very stiff intrinsically.
Le dispositif de structure comporte un cadre structurel formant une partie périphérique du boîtier. Le dispositif de structure, au niveau de ce cadre structurel, comporte ainsi au moins deux longerons 13 orientés dans la direction longitudinale L de la batterie 10 et au moins deux traverses 14 orientées dans la direction transversale T de la batterie 10. Les longerons 13 et les traverses 14 sont liés deux à deux pour former un cadre globalement rectangulaire, destiné à être placé dans un plan (X, Y) associé au châssis du véhicule. Les longerons 13 et les traverses 14 entrent dans la constitution des éléments de structure que le dispositif de structure comporte. 2 9 856 90 11 En complément du cadre structurel, le dispositif de structure comporte au moins une poutre structurelle fixée au cadre structurel par ses extrémités. Comme représenté sur la figure 4, chaque poutre structurelle comprend au moins un module de stockage 11 et deux éléments de structure 5 presseur enserrant entre eux ce module de stockage 11 par des éléments de serrage 21. Sur les figures, le dispositif de structure intègre trois poutres structurelles orientées parallèlement entre elles dans la direction longitudinale L de la batterie. Chaque poutre structurelle est disposée entre deux longerons 13 du cadre structurel et est fixée par ses 10 extrémités à deux traverses 14 du cadre structurel. Les trois poutres structurelles sont décalées entre elles suivant la direction transversale T. Chaque poutre structurelle présente une largeur (suivant la direction T) équivalente à la largeur d'un module 11 tandis qu'elle comprend une pluralité de modules 11 (ici quatre) échelonnés dans sa longueur suivant 15 la direction L. Ainsi, le dispositif de structure comprend douze modules 11 répartis globalement dans le plan (L, T) associé à la batterie 10. Pour la fixation des poutres structurelles, les traverses 14 sont équipées sur leur longueur de pieds verticaux 28 orientés selon la direction V, destinés à être traversés selon la direction longitudinale L par au moins une vis de 20 fixation 29 (figures 6 et 10). La figure 4 est une vue éclatée de la constitution d'une poutre structurelle. Dans la constitution de chaque poutre, les deux éléments presseurs sont constitués par un treillis supérieur 15 et un treillis inférieur 25 16, décalés dans la direction verticale V de la batterie et reliés entre eux par les éléments de serrage 21. Les éléments de serrage 21 peuvent être constitués par de simples tiges filetées de longueur ajustable, car ils ne participent pas directement à la raideur de la poutre structurelle. Sa raideur est conférée principalement par les treillis 15 et 16 et par les 30 quatre modules 11 qu'ils enserrent. Une plaque intermédiaire 17 peut être prévue à mi-hauteur de la poutre structurelle selon V pour stabiliser l'ensemble (figure 8). Les treillis 15 et 16 des différentes poutres structurelles entrent dans la constitution des éléments de structure que le dispositif de structure comporte. The structure device comprises a structural frame forming a peripheral portion of the housing. The structural device, at this structural frame, thus comprises at least two longitudinal members 13 oriented in the longitudinal direction L of the battery 10 and at least two cross members 14 oriented in the transverse direction T of the battery 10. The longitudinal members 13 and the cross members 14 are connected in pairs to form a generally rectangular frame, intended to be placed in a plane (X, Y) associated with the chassis of the vehicle. The longitudinal members 13 and crosspieces 14 form part of the structural elements that the structure device comprises. In addition to the structural frame, the structural device comprises at least one structural beam fixed to the structural frame at its ends. As shown in FIG. 4, each structural beam comprises at least one storage module 11 and two pressing structure elements sandwiching between them this storage module 11 by clamping elements 21. In the figures, the structural device integrates three structural beams oriented parallel to each other in the longitudinal direction L of the battery. Each structural beam is disposed between two longitudinal members 13 of the structural frame and is fixed at its ends to two cross members 14 of the structural frame. The three structural beams are shifted together in the transverse direction T. Each structural beam has a width (in the direction T) equivalent to the width of a module 11 while it comprises a plurality of modules 11 (here four) staggered in its length in the direction L. Thus, the structure device comprises twelve modules 11 distributed generally in the plane (L, T) associated with the battery 10. For fixing the structural beams, the cross members 14 are equipped along their length vertical feet 28 oriented in the direction V, to be traversed in the longitudinal direction L by at least one fastening screw 29 (Figures 6 and 10). Figure 4 is an exploded view of the constitution of a structural beam. In the constitution of each beam, the two pressing elements consist of an upper lattice 15 and a lower lattice 16, offset in the vertical direction V of the battery and interconnected by the clamping elements 21. The clamping elements 21 can be constituted by simple threaded rods of adjustable length, because they do not participate directly in the stiffness of the structural beam. Its stiffness is conferred mainly by the lattices 15 and 16 and by the four modules 11 which they enclose. An intermediate plate 17 may be provided at mid-height of the structural beam according to V to stabilize the assembly (FIG. 8). The lattices 15 and 16 of the various structural beams form part of the structural elements that the structure device comprises.
En complément du cadre structurel et des poutres structurelles, le dispositif de structure comprend un bac de réception 18 (figure 5) formant une partie inférieure du boîtier de la batterie 10. Le bac de réception 18 est fixé au cadre structurel par tout moyen, par exemple par soudage et/ou par vissage. Chaque poutre structurelle est également fixée par tout moyen, par exemple par vissage, au bac de réception 18. Il en résulte que le bac de réception 18 assure une transmission d'efforts mécaniques entre le cadre structurel et ladite au moins une poutre structurelle. Le bac de réception 18 participe donc à la raideur du dispositif de structure et permet encore de limiter les vibrations mécaniques des modules 11. Il comprend un fond 19 muni d'au moins un élément rigidifiant 20 orienté dans la direction transversale T de la batterie 10. Chaque élément rigidifiant 20 peut être constitué par une déformation locale du fond 19 de type bossage ou par un profilé rapporté. L'ensemble du bac de réception 18, par son fond 19 et ses faces longitudinales et transversales, entrent dans la constitution des éléments de structure que le dispositif de structure comporte. Le boîtier de la batterie qui renferme le(s) module(s) 11 est donc formé par la combinaison du cadre structurel, du bac de réception 18, et d'un couvercle 22 rapporté en partie supérieure et fixé au dispositif de structure, par exemple au cadre structurel. Le couvercle 22, dans cet exemple, n'entre pas dans la constitution du dispositif de structure précédemment décrit, mais ceci n'est pas limitatif. Un joint d'étanchéité 31 peut être interposé entre le cadre structurel et le couvercle 22.30 Les éléments de structure sont avantageusement formés dans un matériau électriquement conducteur, notamment dans une matière métallique. Une conductivité électrique entre le châssis et les cellules est possible sans nécessiter de nombreux câbles lourds et onéreux, notamment pour la mise à la masse des différents éléments. La structure assemblée pour créer le boîtier permet de former une cage de Faraday avec le soubassement métallique qui est situé juste au-dessus afin de limiter les champs magnétiques induits. In addition to the structural frame and the structural beams, the structure device comprises a receiving pan 18 (FIG. 5) forming a lower part of the battery box 10. The receiving pan 18 is fixed to the structural frame by any means, for example example by welding and / or screwing. Each structural beam is also fixed by any means, for example by screwing, to the receiving tray 18. As a result, the receiving tray 18 ensures a transmission of mechanical forces between the structural frame and said at least one structural beam. The receiving tray 18 thus contributes to the stiffness of the structural device and further limits the mechanical vibrations of the modules 11. It comprises a bottom 19 provided with at least one stiffening element 20 oriented in the transverse direction T of the battery 10 Each stiffening element 20 may be constituted by a local deformation of the bottom 19 of the boss type or by a reported section. The entire tray 18, its bottom 19 and its longitudinal and transverse faces, are part of the constitution of the structural elements that the structure device comprises. The housing of the battery which encloses the module (s) 11 is thus formed by the combination of the structural frame, the receiving tray 18, and a lid 22 attached at the top and fixed to the structural device, by example to the structural framework. The cover 22, in this example, does not enter into the constitution of the structure device described above, but this is not limiting. A seal 31 can be interposed between the structural frame and the cover 22.30. The structural elements are advantageously formed in an electrically conductive material, in particular in a metallic material. Electrical conductivity between the frame and the cells is possible without requiring many heavy and expensive cables, especially for the grounding of the various elements. The structure assembled to create the casing makes it possible to form a Faraday cage with the metal base which is located just above in order to limit the induced magnetic fields.
La batterie 10 précédemment décrite est destinée à être montée sur une partie complémentaire non amovible d'un châssis de véhicule automobile, en référence aux figures 10 et 11. Cette partie complémentaire constitue le reste du châssis, porté à demeure par le véhicule. La réunion de la partie complémentaire non amovible et de la partie structurelle amovible portée par la batterie 10 constitue le châssis dans son ensemble. La partie complémentaire non amovible de châssis comprend ainsi au moins un premier élément d'application d'efforts à une première extrémité de la batterie 10 et au moins un deuxième élément d'application d'efforts à une deuxième extrémité de la batterie 10. Les premier et deuxième éléments d'application d'efforts sont opposés ou sensiblement opposés dans une direction donnée du châssis. Les premier et deuxième éléments d'application d'efforts sont destinés à appliquer notamment : - un couple de flexion parallèle à la direction transversale Y du 25 châssis, - et/ou un couple de flexion parallèle à la direction longitudinale X du châssis, - et/ou un effort de traction ou de compression parallèle à la direction transversale Y du châssis, 30 - et/ou un effort de traction ou de compression parallèle à la direction longitudinale X du châssis. The battery 10 previously described is intended to be mounted on a non-removable complementary part of a motor vehicle frame, with reference to FIGS. 10 and 11. This complementary part constitutes the remainder of the chassis, permanently supported by the vehicle. The meeting of the non-removable complementary part and the removable structural part carried by the battery 10 constitutes the chassis as a whole. The non-removable frame complementary part thus comprises at least a first force application element at a first end of the battery 10 and at least a second force application element at a second end of the battery 10. first and second force application members are opposed or substantially opposed in a given direction of the frame. The first and second force application elements are intended to apply in particular: a bending moment parallel to the transverse direction Y of the frame, and / or a bending moment parallel to the longitudinal direction X of the frame; and / or a traction or compression force parallel to the transverse direction Y of the chassis, and / or a traction or compression force parallel to the longitudinal direction X of the chassis.
Un tel premier élément d'application d'efforts peut être constitué par une traverse avant 23 de châssis, disposée en avant par rapport à la batterie 10 dans la direction longitudinale X du châssis et à laquelle une traverse 14 ou un longeron 13 du cadre structurel, ou le bac 18, est par exemple fixé de manière démontable. Un tel deuxième élément d'application d'efforts peut être constitué par une traverse arrière 24 de châssis, disposée en arrière par rapport à la batterie 10 dans la direction X et à laquelle une traverse 14 ou un longeron 13 du cadre structurel, ou le bac 18, est par exemple fixé de manière démontable. Ces premier et deuxième éléments d'application d'efforts, solidaires de la partie complémentaire non amovible de châssis, sont donc opposés dans la direction longitudinale X du châssis. Such a first force-applying element may be constituted by a front cross-member 23 of chassis, arranged forward with respect to the battery 10 in the longitudinal direction X of the chassis and to which a cross-member 14 or a longitudinal member 13 of the structural frame , or the tray 18, is for example removably fixed. Such a second force-applying element may consist of a rear chassis cross-member 24 disposed rearwardly with respect to the battery 10 in the X direction and to which a cross-member 14 or a longitudinal member 13 of the structural frame, or the tray 18, is for example removably fixed. These first and second force application elements, integral with the complementary non-removable frame part, are therefore opposite in the longitudinal direction X of the chassis.
Alternativement ou en combinaison, un tel premier élément d'application d'efforts peut être constitué par un longeron droit 25 du châssis, disposé à droite par rapport à la batterie 10 dans la direction transversale Y du châssis et auquel une traverse 14 ou un longeron 13 du cadre structurel, ou le bac 18, est par exemple fixé de manière démontable. Un tel deuxième élément d'application d'efforts peut être constitué par un longeron gauche 26 de châssis, disposé à gauche par rapport à la batterie 10 dans la direction Y et auquel une traverse 14 ou un longeron 13 du cadre structurel, ou le bac 18, est par exemple fixé de manière démontable. Ces premier et deuxième éléments d'application d'efforts, solidaires de la partie complémentaire non amovible de châssis, sont donc opposés dans la direction transversale Y du châssis. La batterie 10 comprend réciproquement un premier élément de reprise d'efforts à une première extrémité de la batterie 10 et un deuxième élément de reprise d'efforts à une deuxième extrémité de la batterie 10. Le dispositif de structure de la batterie précédemment décrit relie mécaniquement le premier élément de reprise et le deuxième élément de reprise. Les premier et deuxième éléments de reprise sont destinés à la reprise notamment : - d'un couple de flexion parallèle à la direction transversale Y du 5 châssis, - et/ou d'un couple de flexion parallèle à la direction longitudinale X du châssis, - et/ou d'un effort de traction ou de compression parallèle à la direction transversale Y du châssis, 10 - et/ou d'un effort de traction ou de compression parallèle à la direction longitudinale X du châssis. Il ressort de ce qui précède que de tels premier et deuxième éléments de reprise peuvent être constitués par : 15 - des moyens de transmission d'efforts entre les longerons 13 du cadre structurel et les traverses 23, 24 ou les longerons 25, 26, - et/ou des moyens de transmission d'efforts entre les traverses 14 du cadre structurel et les traverses 23, 24 ou les longerons 25, 26, - et/ou des moyens de transmission d'efforts entre le bac de 20 réception 18 et les traverses 23, 24 ou les longerons 25, 26 ou toute autre élément du reste du châssis. Ces moyens de transmission d'efforts peuvent être constitués par des vis de fixation 27 entre le cadre structurel et la traverse avant 23 et/ou les 25 longerons 25, 26 réparties sur le pourtour du cadre structurel. Ils peuvent également comprendre un système de fixation rapide 30 à quart de tour d'une extrémité arrière du bac de réception 18 sur un élément de la partie complémentaire de châssis, notamment en arrière de la batterie 10 suivant X. 30 Suivant la conception et le choix des moyens de transmission, les première et deuxième extrémités de la batterie 10 équipées des premier et deuxième éléments de reprise d'efforts peuvent être opposées ou sensiblement opposées suivant la direction longitudinale L et/ou la direction transversale T de la batterie 10. La coopération entre les éléments d'application d'efforts portés par la partie complémentaire non amovible de châssis et les éléments de reprise d'efforts portés par la batterie 10 garantit que la transmission des efforts au sein du châssis se fait d'une partie avant du châssis (en avant de la batterie 10 suivant la direction X) à une partie arrière du châssis (en arrière de la batterie 10 suivant la direction X), ou réciproquement, par l'intermédiaire partiellement du dispositif de structure qui relie les éléments de reprise d'efforts. La transmission des efforts au sein du châssis se fait aussi d'une partie droite du châssis (à droite de la batterie 10 suivant la direction Y) à une partie gauche du châssis (à gauche de la batterie 10 suivant la direction Y), ou réciproquement, par l'intermédiaire partiellement du dispositif de structure qui relie les éléments de reprise d'efforts. Alternatively or in combination, such a first force application member may be constituted by a right spar 25 of the chassis, arranged to the right with respect to the battery 10 in the transverse direction Y of the frame and to which a cross member 14 or a spar 13 of the structural frame, or the tray 18, is for example fixed removably. Such a second force-applying element may be constituted by a left-hand chassis sill 26 disposed to the left with respect to the battery 10 in the Y direction and to which a cross-member 14 or a sill 13 of the structural frame, or the tray 18, is for example removably fixed. These first and second force application elements, integral with the complementary non-removable frame part, are therefore opposite in the transverse direction Y of the chassis. The battery 10 comprises reciprocally a first force-recovery element at a first end of the battery 10 and a second force-recovery element at a second end of the battery 10. The structure of the battery device described above mechanically connects the first recovery element and the second recovery element. The first and second recovery elements are intended for recovery, in particular: a bending moment parallel to the transverse direction Y of the frame, and / or a bending moment parallel to the longitudinal direction X of the frame, and / or a tensile or compressive force parallel to the transverse direction Y of the chassis, and / or a tensile or compressive force parallel to the longitudinal direction X of the chassis. It follows from the foregoing that such first and second return elements can be constituted by: - means for transmitting forces between the longitudinal members 13 of the structural frame and the crosspieces 23, 24 or the longitudinal members 25, 26, - and / or means for transmitting forces between the cross-members 14 of the structural frame and the cross-members 23, 24 or the longitudinal members 25, 26, and / or means for transmitting forces between the receiving container 18 and the crosspieces 23, 24 or the longitudinal members 25, 26 or any other element of the rest of the frame. These force transmission means may be constituted by fastening screws 27 between the structural frame and the front cross member 23 and / or the longitudinal members 25, 26 distributed around the perimeter of the structural frame. They may also comprise a quarter-turn quick fastening system of a rear end of the receiving tray 18 on an element of the frame complementary part, in particular behind the battery 10 according to X. According to the design and the choice of the transmission means, the first and second ends of the battery 10 equipped with the first and second force recovery elements may be opposite or substantially opposite in the longitudinal direction L and / or the transverse direction T of the battery 10. The cooperation between the force application elements carried by the non-removable complementary chassis part and the load-carrying elements carried by the battery 10 ensures that the transmission of forces within the chassis is made from a front part of the chassis (in front of the battery 10 in the X direction) to a rear part of the chassis (behind the battery 10 according to the saying X), or conversely, partially through the structure device which connects the force-recovery elements. The transmission of forces within the chassis is also from a straight portion of the chassis (to the right of the battery 10 in the Y direction) to a left portion of the chassis (to the left of the battery 10 in the Y direction), or reciprocally, through partially the structural device which connects the elements of recovery forces.
Les figures 10 et 11 illustrent ainsi un châssis pour un véhicule automobile électrique ou hybride, comprenant une telle batterie d'alimentation électrique 10 fixée par des éléments de fixation à une partie complémentaire de châssis apte à recevoir la batterie 10, notamment une partie de châssis telle que décrite aux paragraphes précédents. Ces éléments de fixation permettent un démontage de la batterie 10 et peuvent être communs avec tout ou partie des moyens de transmission d'efforts précédemment décrits. FIGS. 10 and 11 thus illustrate a chassis for an electric or hybrid motor vehicle, comprising such a power supply battery 10 fixed by fasteners to a complementary chassis part adapted to receive the battery 10, in particular a chassis part. as described in the previous paragraphs. These fasteners allow disassembly of the battery 10 and may be common with all or part of the force transmission means described above.
Sur ces figures, la partie complémentaire de châssis comprend au moins deux longerons 25, 26 structurels, respectivement gauche et droite, 2 9856 90 17 orientés dans la direction longitudinale X du châssis et disposés de part et d'autre de la batterie 10 suivant la direction transversale Y du châssis. Une telle disposition permet notamment que la batterie 10 n'encaisse qu'une fraction du total des efforts mécaniques encaissés par le châssis 5 au niveau du tronçon longitudinal de châssis le long duquel la batterie 10 est montée, considéré dans la direction longitudinale X du châssis. La fraction complémentaire du total des efforts mécaniques est alors encaissée par la partie complémentaire de châssis sur ce tronçon longitudinal, notamment par l'intermédiaire des longerons 25 et 26. La 10 fraction d'efforts encaissée par la batterie est de l'ordre de quelques dizaines de pourcent. Le schéma de passage des efforts mécaniques lorsqu'ils sont encaissés et transmis par le dispositif de structure correspond au trajet réversible 15 suivant : de la partie complémentaire non amovible de châssis vers le cadre structurel (en passant par les éléments d'application d'efforts et par les éléments de reprise d'efforts), puis vers les poutres structurelles et le bac 18, puis vers les modules 11. 20 Le boîtier et les treillis sont légers, avec une masse environ comprise entre 20 et 30 kg, en raison notamment du fait que ces éléments de structure peuvent être de simples profilés sans nuire à la raideur générale du dispositif de structure. In these figures, the complementary chassis part comprises at least two longitudinal members 25, 26, respectively left and right, 2 9856 90 17 oriented in the longitudinal direction X of the chassis and arranged on either side of the battery 10 according to the transverse direction Y of the chassis. Such an arrangement makes it possible in particular for the battery 10 to receive only a fraction of the total of the mechanical forces received by the chassis 5 at the longitudinal frame section along which the battery 10 is mounted, considered in the longitudinal direction X of the chassis . The additional fraction of the total of the mechanical forces is then cashed by the complementary part of the chassis on this longitudinal section, in particular by means of the longitudinal members 25 and 26. The fraction of forces collected by the battery is of the order of a few dozens of percent. The diagram of the passage of the mechanical forces when they are received and transmitted by the structure device corresponds to the reversible path 15: from the non-removable complementary part of the chassis to the structural frame (via the force application elements and by the force recovery elements), then to the structural beams and the tray 18, then to the modules 11. The housing and the lattices are light, with a mass of between 20 and 30 kg, mainly because because these structural elements can be simple profiles without harming the overall stiffness of the structural device.
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