FR2986374A1 - Parois de pack de batteries pour vehicule electrique de competition. - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un élément de batteries de stockage électrique, dit bac de batteries, pour véhicule à propulsion électrique, en particulier de compétition, comprenant un groupe de plusieurs cellules électrochimiques individuelles identiques entre elles. Ces cellules individuelles sont assemblées mécaniquement à l'intérieur d'un conteneur autoporteur fermé, électriquement isolant et étanche aux poussières, de façon à maintenir autour de chaque cellule une épaisseur d'air suffisante pour éviter la formation d'arc électrique en cas de contact entre elles. Selon l'invention, ce conteneur présente des parois comprenant une structure composite incluant une ou plusieurs couches mécaniques de fibres de carbone imprégnées de résine, et recouvertes du côté intérieur par au moins une couche de matériau diélectrique. Elle concerne en outre un véhicule comprenant un ensemble d'un ou plusieurs bacs de batteries de ce type, dans lesquels les cellules sont d'un type à parois électriquement et thermiquement conductrices, et sont agencés pour fournir une tension supérieure à 600 V.

Description

- 1 - « Parois de pack de batteries pour véhicule électrique de compétition » Introduction La présente invention concerne un élément de batteries de stockage électrique, dit bac de batteries, pour véhicule électrique, en particulier de compétition, comprenant un groupe de plusieurs cellules électrochimiques individuelles identiques entre elles et étant connectées électriquement en série et/ou en parallèle pour alimenter au moins un moteur électrique de propulsion. Selon l'invention, ces cellules individuelles sont assemblées mécaniquement et connectées électriquement à l'intérieur d'un conteneur autoporteur fermé, électriquement isolant et étanche aux poussières, de façon à maintenir autour de chaque cellule une épaisseur d'air suffisante pour éviter la formation d'arc électrique en cas de contact entre elles à la tension maximale existant au sein dudit bac de batteries.

Selon l'invention, ce conteneur présente des parois comprenant une structure composite incluant une ou plusieurs couches de fibres de carbone imprégnées de résine dites couches mécaniques, et recouvertes du côté intérieur par au moins une couche de matériau diélectrique. Elle concerne en outre un véhicule comprenant un ensemble d'un ou plusieurs bacs de batteries de ce type, dans lesquels les cellules sont d'un type à parois métalliques ou électriquement et thermiquement conductrices, ou d'une isolation électrique insuffisante pour éviter la formation d'arc électrique en cas de contact entre elles à la tension maximale existant au sein du bac de batteries, et sont agencés pour fournir une tension supérieure à 600 V.

Etat de la technique Les véhicules automobiles à propulsion électrique sont aussi anciens que ceux à moteur thermique, soit autour de la fin du XIXème siècle. L'industrie et le marché des véhicules électriques connaissent actuellement un développement important et croissant, plus particulièrement depuis une vingtaine d'années environ, en particulier pour des raisons de nature d'énergie et de pollution. - 2 - Des véhicules électriques de compétition existent depuis aussi longtemps, et ont fourni par exemple le premier véhicule à atteindre la vitesse de 100 km/h en 1899. Le stockage d'électricité constitue un problème majeur dans les véhicules électriques, entre autres pour des raisons de sécurité mais aussi de capacité rapportée au poids et à l'encombrement. Les batteries de traction de petits véhicules de manutention et les batteries de démarrage des véhicules à moteur thermiques étaient traditionnellement des batteries au plomb et acide. Depuis plusieurs années, les véhicules automobiles électriques de route et de compétition ont adopté des batteries de technologies différentes, qui fournissent une meilleure capacité par rapport à leur poids et leur encombrement, comme par exemple des batteries de type lithium-ion, ou nickel-métal hybride ou sodium. Un véhicule comprend en général un ensemble ou « pack » de batteries, comprenant un ou plusieurs bacs de batteries qui sont réalisés à partir de multiples cellules électrochimiques individuelles connectées entre elles en série, et possiblement aussi en parallèle. Dans le cas de la technologie lithium-ion, ces cellules individuelles fournissent chacune une tension de 3,6 V.

Ces cellules individuelles sont souvent de forme cylindrique allongée et sont empilées parallèlement les unes aux autres dans un conteneur rectangulaire formant un module, comme décrit par le document WO 2011/104792. Plusieurs modules sont assemblés pour former un pack complet, qui est assemblé et enfermé à l'intérieur d'une enveloppe commune.

Pour améliorer la compacité et faciliter l'évacuation de la chaleur, ces cellules sont parfois elles-mêmes d'une forme rectangulaire très aplatie, parfois appelées laminées, et sont empilées par leur grande surface dans un module, dont plusieurs exemplaires sont empilés comme des lames pour former un pack. De tels exemples sont décrits dans les documents EP 2 355 201 et W0201199703. Ce type de batteries donne des packs de forme prismatique très compacte. Cependant, un tel pack est d'un poids élevé qui peut représenter un problème d'équilibrage du véhicule. - 3 - En outre, la capacité importante et la compacité de l'ensemble peuvent causer une tendance à la surchauffe. Des dispositifs de canalisation de liquide réfrigérant permettant un refroidissement des éléments sont parfois prévus à l'intérieur du pack voire à l'intérieur des modules, comme décrit dans le document WO 2011/021843 ou le document EP 1 110 255. Ce circuit de refroidissement représente cependant une complexité supplémentaire et des risques de fuites, et nécessite des moyens de circulation tels qu'une pompe qui consomment de l'énergie et représentent un poids supplémentaire.

L'enveloppe de ce pack de batteries doit être prévue pour pouvoir résister à des contraintes mécaniques importantes, répétées ou instantanées. En effet, le total des cellules d'un pack représente un poids important, qui doit être solidement maintenu dans l'enveloppe quelles que soient les évolutions du véhicule. De plus, les cellules individuelles peuvent présenter un risque de réaction, par exemple dans le cas de la technologie lithium-ion sous la forme d'une surchauffe et d'une expansion brutale voire d'une explosion, en particulier en cas de dommage mécanique ou par court-circuit. Les risques de collision nécessitent de prévoir une enveloppe capable de résister à un certain niveau de choc, pour conserver une certaine sécurité même après endommagement du véhicule. Cette enveloppe doit aussi répondre à des contraintes importantes sur le plan électrique. En effet, la connexion de nombreuses cellules en série fournit une tension globale beaucoup plus élevée que celle d'une cellule individuelle. Ainsi, les véhicules électriques de type automobile particulière actuellement sur le marché sont de l'ordre de 200 à 300 V, par exemple de 144 V à partir de modules cylindriques métalliques pour le modèle « Insight » de la société Honda, ou de 288 V à 207 V à partir de modules plats de 43 V pour le modèle « Prius » de la société Toyota. Ces tensions élevées rendent nécessaire d'isoler les différents éléments entre eux et vis-à-vis de l'extérieur de façon à éviter les court circuits mais aussi contre la formation d'arcs électriques. Ces contraintes électriques se combinent aux contraintes mécaniques pour donner une complexité non négligeable lors de la conception et la fabrication. - 4 - Typiquement, les parties métalliques sont insérées dans des enveloppes isolantes, par exemple un plastique comme du polypropylène. Ces types de matériau présentent toutefois de faibles qualités mécaniques, et nécessitent une structure supplémentaire plus rigide et plus lourde, en général en métal donc conductrice. Les parois extérieures des cellules ou des modules sont parfois en métal. Elles sont alors prévues pour être insérées dans des modules en plastique isolant qui peuvent eux-mêmes être enfermés dans une structure métallique conductrice. Par exemple dans le modèle « Insight », plusieurs cellules cylindriques métalliques sont assemblées axialement, et forment un module cylindrique métallique. Plusieurs modules sont insérés dans un conteneur plastique, qui est lui-même fixé dans une structure métallique. Les cellules ou les modules sont parfois réalisés eux-mêmes en matière isolante. Par exemple pour le modèle « Prius », des modules prismatiques avec parois en plastique sont alors enfermés dans un conteneur métallique. En outre, les matériaux isolants rendent le refroidissement plus difficile, car ils transmettent mal la chaleur. De plus, la réalisation de circuits de liquide de refroidissement rend ce problème combiné encore plus complexe, et alourdit notablement la structure nécessaire, par exemple en raison des ouvertures de circulation mais aussi de la nature conductrice des liquides de refroidissement. Plus particulièrement pour les véhicules de compétition, le déploiement des premiers véhicules électriques sportifs, par exemple du type « Trophée Andros », a mis en évidence des besoins importants en énergie pour garantir les performances du véhicule sur la durée totale d'une épreuve. Ainsi, pour ce type de véhicule il faut embarquer 200 cellules Li-ion élémentaires pour garantir l'autonomie d'une course de 20 à 25 minutes. Avec un packaging classique, par exemple en utilisant les conteneurs plastiques formant des modules de six cellules côte à côte fournis par la société Saft et en les réunissant au sein d'une structure métallique, la masse totale est de 350 kg, ce qui représente un handicap conséquent en matière de d'accélération, de vitesse et d'autonomie dans le cadre d'une compétition automobile. -5 Un but de l'invention est d'améliorer les performances des véhicules électriques de compétition, de vitesse mais possiblement aussi d'autonomie, par exemple en améliorant le ratio énergie/masse des composants.

Des améliorations sont recherchées en particulier dans le domaine très spécifique de la compétition de vitesse sur circuit fermé sur une distance ou une durée déterminée de catégorie « Formule » et par exemple de type « Formule 3 ». Ces améliorations sont recherchées en particulier sur les points suivants : - résistance mécanique ; - résistance au claquage (c.-à-d. à la formation d'arc électrique) ; - énergie massique stockée ; - évacuation de la chaleur produite ; - sécurité en fonctionnement et en cas d'accident ; - facilité et coût de fabrication, en particulier à l'unité , - souplesse d'entretien ; - souplesse d'implantation au sein du véhicule ; - fiabilité de fonctionnement, et homogénéité sur toute la plage de vitesses et toute la durée d'utilisation. L'invention propose un élément de batteries de stockage électrique, dit bac de batteries, de stockage électrique pour véhicule électrique, en particulier de compétition, comprenant un groupe de plusieurs cellules électrochimiques individuelles identiques entre elles et étant connectées électriquement en série et/ou en parallèle pour alimenter au moins un moteur électrique de propulsion. Selon l'invention, ces cellules individuelles sont assemblées mécaniquement et connectées électriquement à l'intérieur d'un conteneur autoporteur, de préférence fermé et étanche aux poussières, électriquement isolant, selon un agencement déterminé pour maintenir autour de chaque cellule, et vis-à-vis de ses voisines et dudit conteneur une épaisseur d'air supérieure à une valeur déterminée pour éviter la formation d'arc électrique en cas de contact entre elles à la tension maximale existant au sein dudit bac de batteries. - 6 - En outre, ce conteneur présente des parois comprenant une structure composite incluant une ou plusieurs couches de fibres de carbone imprégnées de résine dites couches mécaniques, et recouvertes du côté intérieur par au moins une couche de matériau diélectrique.

De préférence, au moins une couche de matériau diélectrique est réalisée par une couche de fibres de verre imprégnées de résine et/ou une couche d'enduction d'une résine diélectrique, ainsi qu'une couche d'enduction réalisant une étanchéité à l'eau. Selon une particularité optionnelle, la structure composite des parois 10 verticales et/ou du fond du conteneur comprend en outre au moins une couche de fibres de kevlar imprégnées de résine. Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé un véhicule électrique, en particulier de compétition de vitesse sur circuit fermé, comprenant au moins un tel bac de batteries. 15 Plus particulièrement, un tel véhicule comprend un ensemble de batteries comprenant un ou plusieurs éléments de batteries tels qu'exposé ici, dans lequel le ou les groupes de cellules individuelles sont connectés et agencés pour fournir ensemble une tension supérieure à 600 V, notamment entre 700 V et 900 V, et par exemple aux environs de 800 V. Une tension 20 aussi élevée présente des inconvénients connus, mais permet par exemple de limiter les intensités et donc l'échauffement et le poids des composants et des circuits électriques. Selon une particularité, les cellules sont d'un type à parois métalliques 25 ou électriquement et thermiquement conductrices, ou d'une isolation électrique insuffisante pour éviter la formation d'arc électrique en cas de contact entre elles à la tension maximale existant au sein du bac de batteries. De préférence, de telles cellules sont utilisées telles quelles, et ne sont entourées par aucune couche isolante autre que leur paroi extérieure telle que 30 fournie par le fabricant. L'essentiel de l'isolation électrique entre les cellules est ainsi réalisée essentiellement par la couche d'air due à l'écartement des cellules. Ces caractéristiques se combinent avantageusement entre elles pour permettre d'exploiter l'écart existant entre les cellules en y faisant circuler un - 7 - courant de refroidissement de façon simple, et en particulier en n'utilisant que peu de moyens de circulation voire pas du tout. La simplicité et la fluidité de la trajectoire de l'air de refroidissement et son importante section de passage permettent en effet d'utiliser un écoulement dynamique naturellement créé par la vitesse du véhicule. Ainsi, il est même possible d'éviter d'avoir à implanter des moyens de circulation tels qu'une turbine de refroidissement. Optionnellement, il est prévu des circulateurs externes pouvant être appliqués momentanément sur les entrée ou sortie d'air lors des arrêts du véhicule au stand de préparation.

Or, ce type d'isolation par simple écartement et refroidissement par air nécessite un écart plus important, donc une compacité plus faible, que si les cellules étaient noyées ou renfermées dans des logements en matériau isolant autour duquel circule un liquide, comme c'est la tendance pour nombres de modules existants.

En particulier, le fabricant préconise un écart de 8 mm dans l'air pour un bon refroidissement , alors que des logements en plastique dans un conteneur, par exemple fourni par le même fabricant, permettent de se contenter d'une épaisseur inférieure valant environ 5 mm pour un refroidissement à l'eau. Cependant, en acceptant cet écart plus important, l'invention permet d'obtenir conjointement un poids moindre, et une plus grande facilité et souplesse de conception et de réalisation du pack de batteries. En outre, bien que la fibre de carbone soit connue pour réaliser des structures composites à la fois légères et résistantes, elle est bien connue aussi pour être un matériau conducteur, en particulier pour des tensions élevées comme celles utilisées classiquement pour la propulsion électrique et encore plus pour des tensions spécifiquement élevées comme celles envisagées dans l'invention. A titre d'exemple, le fabricant des cellules Saft du type VL41M préconise, dans le cas d'une isolation par couche d'air en atmosphère polluée, une résistance diélectrique fournie par la formule : tenue (en Volts)= 2xTension (Volts) + 2000 Pour une tension maximale de 800 V par rapport au véhicule, il faut donc prévoir une tenue de 3600 V. - 8 - Le fait de choisir d'utiliser un tel matériau conducteur pour renfermer des éléments générant une tension électrique élevée, en particulier lorsque ces éléments ne sont séparés des parois que par une épaisseur d'air, constitue ainsi un choix allant à l'encontre des tendances de l'homme du métier et des incitations des enseignements qui lui sont accessibles. Par exemple, il pourrait craindre que cet espace d'air ne permette la création d'un court circuit ou d'un arc électrique à travers des débris solides ou des vapeurs d'humidité.

De préférence, la structure composite d'une ou plusieurs parois verticales et/ou d'un fond du conteneur et/ou en au moins un point de fixation comprend en outre au moins un dispositif d'insert volumique ou une couche intérieure d'espacement formant une âme réalisée selon une forme de nid d'abeille orientée transversalement au plan de ladite structure composite, notamment en matériau de type aramide et par exemple du Nomex de la société Dupont De Nemours. En plus de la résistance mécanique apportée par la structure composite avec insertion d'une âme, dite aussi « sandwich », par exemple à la flexion et à l'enfoncement, la résistance thermique des aramides permet de conférer au bac une résistance à la chaleur qui améliore l'isolation thermique et prolonge la résistance au feu de l'ensemble de la paroi. Il peut s'agir par exemple de protéger le reste du véhicule en contenant les vapeurs chaudes de dégazage en cas de défaillance d'une cellule dans le cas d'une technologie lithium-ion, ou de protéger l'intérieur du bac des conditions extérieures en cas d'incendie ou d'explosion d'un bac voisin lors d'une collision. Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, le bac à batteries présente en outre les caractéristiques suivantes : d'une part les cellules individuelles présentent une forme allongée selon un axe longitudinal définissant deux extrémités opposées et sont agencées parallèlement entre elles et dans le même sens entre deux platines parallèles, chacune desdites cellules étant fixée aux deux platines respectives par ses deux extrémités opposées respectives ; et - 9 - d'autre part lesdites platines sont fixées, sur des parois du conteneur entourant les cellules transversalement auxdites platines, en différentes hauteurs de façon à ménager : - au delà d'une platine dite basse située du côté d'une extrémité des cellules portant un évent de dégazage, un espace normalement fermé dit de dégazage, apte à communiquer avec ledit évent de dégazage en cas de dégazage d'une cellule ; - entre les deux platines un espace de refroidissement communiquant avec des ouvertures d'aération ménagées dans lesdites parois ; et - au delà d'une platine dite haute située du côté d'une extrémité des cellules portant des bornes de connexion, un espace accessible renfermant un circuit de connexion des cellules entre elles. De préférence, le conteneur comporte une ou plusieurs ouvertures d'aération agencées pour permettre une circulation d'air entre elles et à travers le groupe de cellules individuelles, et en ce que la structure composite des parois comprend au moins une couche d'un matériau formant étanchéité à l'eau vers l'intérieur. Selon une particularité avantageuse pouvant être combinée avec les autres caractéristiques ici exposées, au moins une paroi du conteneur présente au moins un point de fixation agencé pour accueillir un organe mécanique de fixation dudit conteneur au sein d'un véhicule. Selon l'invention, ce point de fixation présente au moins une ouverture débouchant uniquement vers l'extérieur et entièrement isolée du côté intérieur, réalisée : - par un insert mécanique inclus entre deux couches mécaniques, ou - par un trou traversant débouchant vers l'intérieur sur un volume fermé par une coque en composite diélectrique fournissant une continuité diélectrique avec la couche diélectrique de la paroi principale.

Il est ainsi possible d'utiliser des organes mécaniques de fixation efficaces et standards, par exemple métalliques de type vis ou boulon expansible, rivet, ou goujon, tout en gardant un conteneur dont l'intérieur est protégé contre les arcs électriques, en particulier entre les cellules et ces organes mécaniques de fixation. - 10 - Des modes de réalisation variés de l'invention sont prévus, intégrant selon l'ensemble de leurs combinaisons possibles les différentes caractéristiques optionnelles exposées ici.

Liste des figures D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée d'un mode de mise en oeuvre nullement limitatif, et des dessins annexés sur lesquels : la FIGURE 1 est un schéma en perspective et en transparence d'un véhicule électrique de type « Formule 3 », illustrant un mode de réalisation de l'invention ; la FIGURE 2 est une vue en perspective en transparence et sans circuit de connexion, du bac de batteries avant droit du véhicule de la FIGURE 1 ; la FIGURE 3 est une vue en perspective du capot du bac de batteries avant droit du véhicule de la FIGURE 1 ; les FIGURE 4 et FIGURE 5 sont des vues sans capot, respectivement de côté et de dessus, du conteneur du bac de batteries avant droit du véhicule de la FIGURE 1 ; la FIGURE 6 est une vue en perspective des éléments de nid d'abeille formant l'âme des parois composite du conteneur du bac de batteries avant droit du véhicule de la FIGURE 1 ; la FIGURE 7 est une vue en section transversale des parois en composite du conteneur du bac de batteries avant droit du véhicule de la FIGURE 1, illustrant certains points de fixation sur ces parois ; la FIGURE 8 est une vue partielle en section transversale du capot du bac de batteries avant droit du véhicule de la FIGURE 1, dans son arête longitudinale ; la FIGURE 9 est une vue partielle en section transversale du conteneur du bac de batteries avant droit du véhicule de la FIGURE 1, dans un point de fixation sur la platine supérieure. - 11 - Description d'un mode de réalisation En FIGURE 1 est illustré un mode de réalisation actuellement préféré de l'invention, dans un véhicule électrique de compétition de vitesse sur circuit fermé de type « Formule 3 ».

Dans ce véhicule 1, les batteries sont réparties en éléments ou blocs constituant chacun un bac de batteries 11, 12 et 13, qui sont chacun réalisés sous la forme d'un élément fermé ou « pack » de batteries, assemblé mécaniquement. Typiquement, ces trois bacs sont connectés en série et fournissent ensemble une tension de 800 V. Ils incluent chacun leur propre électronique de gestion et/ou de surveillance des cellules. Deux de ces bacs dits simples sont implantés de part et d'autre du cockpit de pilotage, l'un 12 à droite et l'autre 13 à gauche. A l'arrière du cockpit est implanté un autre bac 11 dit double, qui présente une architecture regroupant deux sous-éléments 11a et 11b accolés dos à dos.

Ainsi qu'on le voit en FIGURE 2, les bacs simples 12, 13 comprennent un conteneur 121 doté d'un fond 1210 entouré de parois 1219 dites verticales. Ce conteneur 121 présente une ouverture vers le haut qui est fermée par un capot 122. Le conteneur ouvert 121 est réalisé étanche à l'eau voire à l'air, par exemple pour éviter les entrées d'eau et de poussières, et les risques de fuites en cas de détérioration de leur contenu. Au dessus du fond 1210, un espace de dégazage 128 est délimité par une platine basse 123 qui est fixée aux parois verticales 1219, de préférence de façon étanche à l'eau voire à l'air. Une platine haute 124 est fixée aux parois verticales 1219 au dessus de cette platine basse 123, de préférence de façon étanche à l'eau voire à l'air. Les cellules individuelles 129 du bac 12 sont maintenues entre ces deux platines 123 et 124 par leurs deux extrémités 1291 et 1292 de façon à maintenir entre elles un écart déterminé E29, par insertion dans des perforations des platines elles-mêmes, ou dans une grille perforée fixée sur chaque platine et qui entoure toutes les extrémités de cellules. - 12 - Dans ce mode de réalisation, les cellules 129 sont d'un type regroupant ses deux bornes 1295 sur une même extrémité 1291, par exemple des cellules lithium-ion à électrolyte liquide de type VL41M de la société Saft. Toutes les cellules 129 ont leur extrémité 1291 avec bornes située du côté de la platine haute 124 et dont les bornes 1295 traversent la platine haute 124. Sur sa face opposée aux cellules, la platine haute 124 porte le circuit de connexion 125 des cellules entre elles, ou « bus bar » en anglais. Ce circuit 125 est ainsi situé dans l'espace accessible 126 du conteneur 121 après retrait du capot 122, de préférence avec tout ou partie de l'électronique 127 de gestion et/ou de surveillance des cellules. L'ensemble de ce circuit 125, 127 est connecté à une prise de sortie 1278 située à l'extérieur du bac 12. Toutes les cellules 129 ont une autre extrémité 1292 avec un évent de dégazage située du côté de la platine basse 123, en communication avec l'espace de dégazage 128 par un orifice 1239 individuel pour chaque cellule 129. En temps normal, cet orifice de communication est obstrué par un opercule pare-feu d'une résistance limitée à la chaleur et/ou à la pression, par exemple un plastique fin ou un carton enduit ou vernis. En cas de surpression d'une cellule quelconque, ce qui constitue un risque de sécurité à gérer pour la technologie lithium-ion, l'évent de dégazage laisse échapper un gaz chaud et sous pression. Celui-ci ouvre l'opercule et peut se détendre dans l'espace de dégazage 128. il peut aussi s'échapper vers l'extérieur du conteneur par des évents 1280, formés par des ouvertures découpées dans sa paroi extérieure 1219 et obturées par une membrane étanche à l'eau mais qui peut céder sous la pression et/ou la chaleur. Les autres opercules isolent les autres cellules et évitent ainsi leur détérioration. Le bac 12 présente une ouverture d'aération d'entrée 1211 et une ouverture d'aération de sortie 1212, ici ménagées dans les parois verticales 1219 du conteneur 121. L'ouverture d'entrée 1211 est située de façon à recevoir une pression d'air dynamique positive par la vitesse de la voiture 1. L'ouverture de sortie 1212 est située sur le côté ou optionnellement à l'arrière, de préférence dans une zone de pression statique ou dynamique négative ou inférieure à celle d'entrée. Du seul fait de la vitesse du véhicule 1, cette différence de pressions provoque un courant d'air R12 entre l'ouverture - 13 - d'entrée 1211 et celle de sortie 1212, qui passe entre les différentes cellules de façon transversale à leur axe longitudinal 1290. Toutes les parois de ces bacs, c'est-à-dire y compris le fond et le capot sont réalisées de façon à fournir un contact électriquement isolant, et sont écartées des cellules individuelles et des connexions électriques d'une distance suffisante pour satisfaire aux contraintes de protection contre la formation d'arcs électriques pour la tension maximale utilisée. Plus précisément, le conteneur ouvert 121 et le capot 122 sont réalisés par superposition de couches et en particulier de matériau composite à base de fibres imprégnées de résine polymérisable, par exemple une résine de type epoxy. Typiquement, les différentes couches sont réalisées sous forme de « plis » successifs, pour la plupart faites de fibres préimprégnées de résine non 15 encore polymérisée appliquées dans un moule, par exemple un moule femelle. Le choix des composants et de l'ordre de succession des couches mises en oeuvre définit une « structure ». Ainsi qu'illustré aux FIGURE 7 à FIGURE 9, différentes structures S4, S6, S8, S11, S12 et S13 sont utilisées pour différentes parties du conteneur 121. La structure mise en oeuvre varie suivant 20 les zones concernées et les contraintes mécaniques devant être supportées par ces différentes zones. La composition de ces différentes structures est détaillée dans le tableau ci-dessous : - 14 - n°pli composants épaisseur (mm) S4 S8 Sll S12 S13 Cl tissu 2x2 carbone 200g/m2 0,23 90° 90° 90° 90° 90° C2 tissu 2x2 carbone 200g/m2 0,23 - 45° 45° 45° 45° C3 fibres carbone 0,18 - 0° 0° 0° 0° unidirectionnelles 156g/m2 C4 tissu 2x2 carbone 200g/m2 0,23 45° 45° 45° 45° 45° C5 film de colle 0,12 - - x x x C6 nid d'abeille Nomex 5 - - x - - C7 insert carbone 20x20 5 - - - x - C8 autre insert carbone - - - - x C9 film de colle 0,12 - - x x x C10 tissu 2x2 carbone 200g/m2 0,23 - 45° 45° 45° 45° C11 fibres carbone - 90° 90° 90° 90° unidirectionnelles 155g/m2 C12 Kevlar 176g/m2 0,22 45° 45° 45° 45° 45° C13 preimprégné verre 0,26 45° 45° 45° 45° 45° C14 preimprégné verre 0,26 90° 90° 90° 90° 90° épaisseur totale (mm) 0,94 2,02 7,26 7,26 Ainsi, qu'illustré en FIGURE 7, le fond 1210 et la partie principale des parois 1219 du conteneur 121, c'est-à-dire dans leur partie délimitant l'espace de dégazage 128 et l'espace de refroidissement 1230, présentent une structure Sll comprenant une âme C6 espaçant les autres couches, et en particulier les couches mécaniques Cl à C4 et C10 à C12, en deux « peaux ». Cette âme peut être réalisée de différentes façons, et est ici en Nomex sous forme de « nid d'abeille », c'est-à-dire des alvéoles hexagonales empilées et dont l'ouverture est transversale au plan de l'âme et des couches adjacentes.

Le haut des parois 1219 présente une structure S8 qui est similaire à 511 mais dépourvue d'âme. Les parois des parties moins sollicitées mécaniquement, par exemple l'entourage des ouvertures d'aération 1211 et 1112, sont réalisées selon une structure S4 comprenant des couches mécaniques Cl et C4 en fibres de carbone et kevlar C12, recouvertes par les couches isolantes et diélectriques - 15 - du côté intérieur, ici les couches C13 et C14 en fibre de verre et les couches de vernis C15 et résine C16. Comme illustré en FIGURE 9, certains points de fixation 1215 (ici les points de fixation du bac 121 sur le véhicule 1) sont réalisés en une structure S13, à l'aide d'un insert C8 qui est incorporé entre les deux peaux et débouche vers l'extérieur du conteneur 121 ou sur la tranche de la paroi, dans une direction écartée des cellules individuelles 129 et du circuit électrique 125 et 127.

Optionnellement, certains points de fixation 1215 sont réalisés de façon à être recouverts par la ou les couches diélectriques C13 à C16. Comme illustré en FIGURE 7 dans sa partie en haut à droite, certains points de fixation 1215 (ici les points de fixation du capot 122 sur le conteneur 121) sont réalisés en une structure S14, à l'aide d'un orifice traversant la paroi et accueillant un organe de fixation mécanique standard, comme une vis 1201 coopérant avec un cavalier de fixation F14 ou « romaine » dans cet exemple. Du côté de l'intérieur du conteneur 121, cet orifice débouche sur un espace fermé 1200 plus large que l'ouverture de l'orifice qui isole et étanchéifie ainsi le point de fixation. Cet espace 1200 est fermé par une coque incorporant les couches isolantes et diélectriques du côté intérieur, ici les couches C13 et C14 en fibre de verre et les couches de vernis C15 et résine C16. Cette coque est par exemple réalisée en incorporant un élément 1209 préformé en forme de coque après application des couches mécaniques C11 et C12 en fibres de carbone et avant application des couches diélectriques C13 à C16.

Comme illustré en FIGURE 7 dans sa partie en bas à droite, certains points de fixation 1215 (ici les points de fixation de la platine basse 123 sur les parois du conteneur 121) sont réalisés en une structure S12, à l'aide d'une ouverture traversante accueillant un insert F12, par exemple fixé dans un logement découpé dans l'âme C6 et qui est ainsi incorporé entre les deux peaux de la paroi 1219. Cet insert F12 supporte un organe de fixation mécanique qui retient et serre la platine 123 contre la paroi 1219 de façon étanche, par exemple par un joint 1206 par exemple en pâte. Cette fixation se fait par exemple par un boulon à vis 1204 et écrou 1205, dont l'un est prisonnier dans un logement 1238 ménagé dans l'épaisseur de la platine 123 - 16 - et étanché par exemple par un joint 1231 en pâte. Bien que non représentés ici, les points de fixation de la platine haute 124 sur les parois du conteneur 121 sont réalisés de façon similaire.

Le processus de réalisation total du conteneur 121 comprend par exemple les étapes suivantes : - draper les couches (plis Cl à C4) de la peau côté moule dans le moule femelle ; - compactage et cuisson en étuve ; - appliquer le film de colle C5 dans les zones Sll ; - appliquer l'âme C6 et les inserts F12, 1209 dans les zones Sll et respectivement S12 ; - appliquer le film de colle C9 ; - draper les couches (plis C9 à C14) de la peau côté opposé au moule ; - compactage et cuisson ; - démoulage ; - perçage des trous ; - collage des inserts externes ; - fixer les inserts auto taraudeurs dans les inserts ; - appliquer une ou deux couches de vernis C15 d'étanchéité et diélectrique sur les deux peaux, par exemple du Delton D8137, et optionnellement au moins une couche de résine diélectrique C16, par exemple une résine époxyde diélectrique bicomposant telle que la résine Axxon RE22891+RE2030 avec une tenue de 27 kV/mm.

Le capot 122 peut être réalisé de façon moins rigide, en fonction de sa forme et des contraintes qui en découlent. Ainsi qu'illustré en FIGURE 8, la composition de ses différentes structures peut varier suivant les régions, et est détaillée dans le tableau ci-30 dessous : - 17 - n°pli composants épaisseur (mm) CS6 CS8 CS9 CC1 tissu 2x2 carbone 200g/m2 0,23 90° 90° 90° CC2 fibres carbone 0,18 - 0° 0° unidirectionnelles 155g/m2 CC3 tissu 2x2 carbone 200g/m2 0,23 45° 45° 45° CC4 insert carbone - - x CC5 fibres carbone 0,18 0° 0° 0° unidirectionnelles 156g/m2 CC6 Kevlar 176g/m 2 0,22 45° 45° 45° CC7 preimprégné verre 0,26 45° 45° 45° CC8 preimprégné verre 0,26 90° 90° 90° épaisseur totale (mm) 0,94 2,02 Le processus de réalisation total du capot 122 comprend par exemple les étapes suivantes : - draper les couches (plis CC1 à CC3) de la peau côté moule dans le moule femelle ; - appliquer les inserts CC4 dans les zones CS9 (non représentées) ; - compactage ; - draper les couches (plis CC5 à CC8) de la peau côté opposé au moule ; - cuisson ; - démoulage ; - perçage des trous ; - appliquer un vernis diélectrique et/ou une résine diélectrique à l'intérieur du capot 122, par exemple du Delton D8137 et/ou résine époxyde diélectrique.

Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Elément de batteries de stockage électrique, dit bac de batteries (11, 12, 13), de stockage électrique pour véhicule électrique (1) (de compétition) comprenant un groupe de plusieurs cellules électrochimiques (129) individuelles identiques entre elles et étant connectées électriquement en série et/ou en parallèle pour alimenter au moins un moteur électrique de propulsion (19), caractérisé en ce que d'une part lesdites cellules individuelles sont assemblées mécaniquement et connectées électriquement à l'intérieur d'un conteneur (121, 122) autoporteur, électriquement isolant, selon un agencement déterminé pour maintenir autour de chaque cellule, et vis-à-vis de ses voisines et dudit conteneur une épaisseur d'air (E129) supérieure à une valeur déterminée pour éviter la formation d'arc électrique en cas de contact entre elles à la tension maximale existant au sein dudit bac de batteries ; et d'autre part ladite enveloppe comprend un conteneur (121) qui présente des parois (1219, 1210) comprenant une structure composite (S6, S8, S11, S12, S13, S14) incluant une ou plusieurs couches (C1, C2, C3, C4, C10, C11) de fibres de carbone imprégnées de résine dites couches mécaniques, et recouvertes du côté intérieur par au moins une couche (C13, C14, C15, C16) de matériau diélectrique.
2. 2. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'au moins une couche de matériau diélectrique est réalisée par une couche (C13, C14) de fibres de verre imprégnées de résine, et/ou une couche d'enduction (C15, C16) d'un vernis et/ou d'une résine diélectrique.
3. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la structure composite (S11, S12, S13) des parois 30 verticales (1219) et/ou du fond (1210) du conteneur (121) comprend en outre au moins une couche (C12) de fibres de kevlar imprégnées de résine.
4. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la structure composite (S11, S12, S13) d'une ou- 19 - plusieurs parois verticales (1219) et/ou d'un fond (1210) du conteneur (121) et/ou en au moins un point de fixation (1215) comprend en outre au moins un dispositif d'insert (F12, C8) volumique (en fibres de carbone imprégnées de résine) ou une couche intérieure d'espacement formant une âme (C6) réalisée selon une forme de nid d'abeille orientée transversalement au plan de ladite structure composite, notamment en matériau de type aramide.
5. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une paroi (1219) du conteneur (121) présente au moins un point de fixation (1215) agencé pour accueillir un organe mécanique de fixation (1201, F14, 1204, 1205) à la paroi (1219) dudit conteneur (121), ledit point de fixation présentant au moins une ouverture débouchant uniquement vers l'extérieur et entièrement isolée du côté intérieur, réalisée par un insert mécanique (F12) inclus entre deux couches mécaniques (C4, C10) ou par un trou traversant débouchant vers l'intérieur sur un volume (1200) fermé par une coque (1209, C12, C13, C14) comprenant un composite diélectrique fournissant une continuité diélectrique avec la couche diélectrique (C13, C14, C15, C16) de la paroi principale (1219).
6. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que d'une part les cellules individuelles (129) présentent une forme allongée selon un axe longitudinal (1290) définissant deux extrémités (1291, 1292) opposées et sont agencées parallèlement entre elles et dans le même sens entre deux platines (123, 124) parallèles, chacune desdites cellules étant fixée aux deux platines respectives par ses deux extrémités opposées respectives ; et d'autre part lesdites platines sont fixées, sur des parois (1219) du conteneur (121) entourant les cellules transversalement auxdites platines, en différentes hauteurs de façon à ménager : - au delà d'une platine dite basse (123) située du côté d'une extrémité (1292) des cellules portant un évent de dégazage, un espace normalement- 20 - fermé dit de dégazage (128), apte à communiquer avec ledit évent de dégazage en cas de dégazage d'une cellule ; - entre les deux platines un espace de refroidissement (1230) communiquant avec des ouvertures d'aération (1211, 1212) ménagées dans lesdites parois ; et - au delà d'une platine dite haute (124) située du côté d'une extrémité (1291) des cellules portant des bornes de connexion (1295), un espace accessible (126) renfermant un circuit de connexion (125) des cellules entre elles.
7. 7. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le conteneur comporte une ou plusieurs ouvertures d'aération (1211, 1212) agencées pour permettre une circulation d'air (R12) entre elles et à travers le groupe de cellules individuelles (129), et en ce que la structure composite (S6, S8, S11, S12, S13) des parois comprend au moins une couche d'un matériau formant étanchéité à l'eau vers l'intérieur.
8. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les cellules (129) sont d'un type à parois métalliques ou électriquement et thermiquement conductrices, ou d'une isolation électrique insuffisante pour éviter la formation d'arc électrique en cas de contact entre elles à la tension maximale existant au sein du bac de batteries (11, 12, 13).
9. 9. Ensemble de batteries comprenant un ou plusieurs éléments de batteries selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ou les groupes de cellules individuelles (129) sont connectés et agencés pour fournir ensemble une tension supérieure à 600 V, et notamment entre 700 V et 900 V.
10. 10. Véhicule électrique (1) comprenant au moins un bac de batteries (11, 12, 13) ou un ensemble de batteries selon l'une quelconque des revendications précédentes.