FR2993522A1 - Enveloppe pour le support d'un equipement electrique embarque dans un vehicule - Google Patents
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Abstract
L'invention à pour objet une enveloppe (1,10,20,30) pour le support et la protection d'un équipement électrique embarqué dans un véhicule automobile, ladite enveloppe (1,10,20,30) comprenant une paroi pleine entourant au moins partiellement ledit équipement. La principale caractéristique d'une enveloppe selon l'invention, est qu'au moins une zone (61) de ladite paroi est constituée par un polymère (62) entourant un insert métallique (51,52,53) poreux.
Description
ENVELOPPE POUR LE SUPPORT D'UN EQUI PEMENT ELECTRI QUE EMBARQUE DANS UN VEHI CULE L'invention se rapporte à une enveloppe pour le support d'un 5 équipement électrique embarqué dans un véhicule. Une telle enveloppe, qui peut être assimilée à un carter ou à un boitier de protection, est dimensionnée de manière sécuritaire vis-à-vis d'une possible montée en température et/ou d'un incendie accidentel de l'équipement électrique logé dans ladite enveloppe. L'équipement électrique peut revêtir toute forme, et peut par exemple être 10 représenté par un bac de batterie électrique, ou un circuit électrique destiné à l'électronique de puissance du véhicule. Pour clarifier la description, il est à préciser que les « zones polymériques » sont des zones comprenant l'insert métallique et le polymère surmoulé sur ledit insert, et que le boitier de la description détaillée est un cas 15 particulier de l'enveloppe selon l'invention. Les batteries lithium-ion, qui se caractérisent par une forte énergie spécifique alliée à une forte puissance spécifique en charge comme en décharge, sont des batteries qui devraient s'imposer dans les prochaines années au niveau de l'électro-mobilité. Comme tout système de stockage 20 d'énergie, les batteries lithium-ion sont des systèmes réactifs qui peuvent comporter des risques, si des réponses sécuritaires spécifiques ne sont pas apportées. Généralement, ces batteries sont logées dans une enveloppe placée sous le plancher du véhicule. Le risque majeur avec ce type de batterie, outre le risque électrique, 25 est l'emballement thermique qui pourrait être provoqué, par exemple, par un court-circuit. En effet, lors d'un court-circuit, le passage direct d'un très large courant électrique entre les électrodes d'une ou de plusieurs cellules, pourrait provoquer un point chaud, qui pourrait entrainer la décomposition de l'électrolyte dégageant des gaz, qui à terme pourraient s'enflammer et mettre 30 le feu à l'ensemble du système batterie. La spécificité des matériaux actifs des électrodes des batteries lithium-ions fait que le phénomène d'emballement thermique est un phénomène lent et progressif, qui s'auto entretient. L'emballement thermique du système batterie se propage de cellule en cellule lorsque la température est assez élevée pour l'initier. Dans le cadre du fonctionnement normal d'un système de batterie, le contrôle de la température se fait de façon continue au moyen d'un système électronique que l'on appelle le BMS (de l'anglais Battery Management System), ledit système régulant ladite température pour éviter toute surchauffe de la batterie. En revanche, lors d'un accident ou d'un feu externe à la batterie suffisamment long, le BMS n'est plus en mesure de contrôler la température, et un emballement thermique de la batterie pourrait alors se produire. Si le confinement de la batterie dans l'enveloppe était trop important, des risques d'explosion ne seraient pas à exclure. Dans ce cas, le seul moyen permettant d'enrayer ce processus d'emballement ainsi que les effets redoutés associés, est de pouvoir refroidir rapidement et efficacement le système batterie. Les enveloppes de protection selon l'invention, qui sont dimensionnées pour loger des équipements électriques et/ou électronique comme par exemple une batterie, sont conçus pour évacuer les effets dangereux associés à une montée en température et/ou à un incendie desdits équipements, et pour permettre une intervention rapide sur ces équipements afin de stopper le plus tôt possible ladite montée en température et/ou ledit incendie. Ces enveloppes permettent ainsi d'éviter une propagation de l'incendie qui se serait déclaré sur ces équipements, aux autres composants du véhicule, et empêchent également tout risque d'explosion par une accumulation de chaleur et de pression dans lesdites enveloppes. L'invention a pour objet une enveloppe pour le support et la protection d'un équipement électrique embarqué dans un véhicule automobile, ladite enveloppe comprenant une paroi pleine entourant au moins partiellement ledit équipement. La principale caractéristique d'une enveloppe selon l'invention est qu'au moins une zone de ladite paroi est constituée par un polymère entourant un insert métallique poreux. Une paroi pleine est une paroi dépourvue d'ouverture, et qui isole complètement l'équipement électrique. Une enveloppe selon l'invention est un terme général, qui peut tout aussi bien désigner un boitier complet et autonome, enserrant entièrement l'équipement électrique, qu'une paroi simple servant à fermer un logement du véhicule, destiné à recevoir ledit équipement. Ainsi, sous l'effet d'une montée brutale en température ou d'un incendie de l'équipement électrique, le polymère va avoir tendance à fondre et à découvrir l'insert métallique poreux, pour permettre d'évacuer la pression et les fumées accumulées dans l'enveloppe, et pour permettre d'injecter de l'eau dans ladite enveloppe pour stopper ladite montée en température ou ledit incendie. Autrement dit, chaque zone de l'enveloppe constituée par un polymère entourant un insert métallique poreux, va se convertir en un évent possédant la double fonction de pouvoir évacuer de la pression et des fumées, et de pouvoir servir de passage à une arrivée d'eau extérieure. Pour chaque zone de l'enveloppe constituée par un insert métallique poreux et un polymère, ledit insert est noyé dans ledit polymère, si bien que c'est le polymère arrangé sous la forme d'une paroi lisse, qui est visible au niveau de l'enveloppe. Un insert métallique poreux est une pièce métallique possédant au moins un orifice. Une enveloppe selon l'invention a surtout été développée pour supporter et protéger une batterie électrique de type lithium-ion, qui est susceptible de s'auto emballer suite à un court-circuit. Avantageusement, le polymère est surmoulé sur l'insert métallique. Par ce biais, il est possible d'attribuer tout type de forme à la zone de l'enveloppe constituée par l'insert métallique et le polymère, de manière à 20 l'adapter à la géométrie et aux dimensions de l'enveloppe. De façon préférentielle, le polymère est un polymère thermoplastique. Selon un premier mode de réalisation préféré d'une enveloppe selon l'invention, l'insert métallique est un grillage constitué d'une multiplicité de fils métalliques s'entrecroisant. Préférentiellement, ces fils se croisent à angle 25 droit. Selon un deuxième mode de réalisation préféré d'une enveloppe selon l'invention, l'insert métallique est une plaque comportant une pluralité d'ouvertures identiques, distribuées de façon régulière et homogène. Selon un troisième mode de réalisation préféré d'une enveloppe selon 30 l'invention, l'insert métallique est une mousse.
Préférentiellement, l'enveloppe comporte plusieurs zones distinctes, constituées chacune par un polymère entourant un insert métallique poreux. Cette configuration est privilégiée lorsque l'enveloppe est étendue et forme un boitier autonome. Dans ce cas, l'évacuation des fumées et de la pression s'effectuera de façon équilibrée et homogène, sans privilégier de direction particulière, et l'injection d'eau sera d'autant plus efficace qu'elle s'effectuera à partir d'une pluralité de sources constituées par ces zones. Selon un autre mode de réalisation préféré d'une enveloppe selon l'invention, ladite enveloppe est intégralement constituée par un polymère entourant un insert métallique poreux. Pour cette configuration, une montée en température brutale ou un incendie de l'équipement électrique, va transformer la totalité de l'enveloppe, permettant une évacuation massive des fumées et un arrosage important de l'équipement électrique à travers les ouvertures de l'insert métallique.
De façon avantageuse, l'enveloppe est conformée pour venir se fixer sous le plancher d'un véhicule automobile et pour supporter une batterie. En effet, les dimensions et l'encombrement de cette enveloppe sont prévus pour permettre à ladite enveloppe de supporter et protéger un bac de batterie, placé sous un véhicule. La dite enveloppe comporte donc des moyens de fixation destinés à coopérer avec des moyens de fixation complémentaires de d'un élément de structure du véhicule. Selon un autre mode de réalisation préféré d'une enveloppe selon l'invention, ladite enveloppe formant un boitier complet pour l'électronique de puissance.
L'invention a pour deuxième objet un véhicule dont la principale caractéristique est qu'il comporte au moins un équipement électrique logé dans une enveloppe conforme à l'invention. On donne ci-après, une description détaillée d'un mode de réalisation préféré d'une enveloppe selon l'invention en se référant aux figures 1A à 4D.
Les figures 1A, 1B et 1C sont des vues schématiques d'inserts métalliques pour différents mode de réalisation préférés d'une enveloppe selon l'invention, La figure 2 est une vue schématique en coupe d'une zone de la paroi d'une enveloppe selon l'invention, comprenant un insert métallique enrobé par un polymère, Les figures 3A et 3B sont deux vues de coté de deux modes de réalisation préférés d'une enveloppe formant boitier selon l'invention, Les figures 3C et 3D sont deux vues du dessous de deux modes de réalisation préférés d'une enveloppe formant boitier selon l'invention, En se référant aux figures 3A à 3D, une enveloppe 1,10,20,30 de support et de protection d'une batterie lithium-ion embarquée sur un véhicule automobile, forme un boitier parallélépipédique rectangle, destiné à venir se fixer à un emplacement du véhicule situé sous le plancher. Comme le montrent les figures 4A et 4B, un boitier 1,10,20,30 est constitué par deux parties 2,3,12,13 identiques, comprenant chacune un fond 4,5,14,15 surmonté par quatre bords perpendiculaires et de hauteur constante, lesdits bords délimitant un rectangle. Les deux parties 2,3,12,13 sont solidarisées l'une à l'autre au niveau de leurs bords respectifs, de manière à ce que leurs fonds 4,5,14,15 constituent leurs parties les plus éloignées l'une de l'autre. Cette solidarisation s'effectue au moyen d'un joint 6,16 inséré entre les extrémités libres des bords de chacune desdites parties 2,3,12,13. De cette manière, chaque boitier 1,10,20,30 entoure intégralement la batterie, en délimitant un espace clos et étanche. La principale caractéristique d'une enveloppe selon l'invention, est qu'elle comprend au moins une zone 61constituée par un insert métallique poreux 51,52,53 sur lequel a été surmoulé un polymère thermoplastique 62.
En se référant à la figure 1A, un premier mode 51 de réalisation préféré d'un insert métallique peut être constitué par un grillage, comportant une première série de fils parallèles entre eux et par une deuxième série de fils parallèles entre eux, les deux séries de fils étant perpendiculaires l'une par rapport à l'autre. Un tel insert métallique 51 présente une multiplicité d'ouvertures de forme carrée. En se référant à la figure 1 B, un deuxième mode 52 de réalisation préféré d'un insert métallique peut être représenté par une plaque de faible épaisseur, présentant une série d'ouvertures 54 identiques, réparties de façon homogène sur ladite plaque. Chaque ouverture 54 peut, par exemple, être rectangulaire, ronde, ovale, carrée ou triangulaire. En se référant à la figure 1C, un troisième mode 53 de réalisation préféré d'un insert métallique, peut être constitué par une mousse. En se référant à la figure 2, lorsque le polymère 62 est surmoulé, par exemple, autour d'une plaque métallique ajourée 52 pour constituer une zone 61 particulière du boitier, il vient occuper toutes les ouvertures 54 de ladite plaque 52 et entoure intégralement celle-ci. Autrement dit, la plaque métallique 52 est complètement noyée dans le polymère 62, si bien que seul ledit polymère 62 est visible. Le polymère 62 entourant l'insert métallique 52 est moulé, de manière à présenter une épaisseur, qui soit compatible avec l'épaisseur du reste du boitier 1,10,20,30. Autrement dit, chaque zone 61 du boitier 1,10,20,30 constituée par un insert métallique 52 poreux et un polymère 62 surmoulé autour dudit insert 52, doit posséder une épaisseur sensiblement égale à celle du reste du boitier, de façon à ce que le boitier résultant possède une épaisseur homogène, sans faiblesse structurelle due à une différence d'épaisseur. En se référant à la figure 3A, un premier mode de réalisation préféré d'un boitier 1 selon l'invention et destiné à loger une batterie électrique, peut par exemple, posséder deux zones 61 polymériques, placées sur un même 30 bord de l'une 3 des deux parties de ce boitier 1.
En se référant à la figure 3B, un deuxième mode de réalisation préféré d'un boitier 10 selon l'invention, peut intégralement être constitué par une paroi réalisée à partir d'un insert métallique poreux 51,52,53 et un polymère 62 surmoulé sur cet insert.
En se référant à la figure 3C, un troisième mode de réalisation préféré d'un boitier 20 selon l'invention, peut posséder cinq zones polymériques 61, placées au niveau du fond 5 apparent de l'une 3 des deux parties constitutives de ce boitier 20. En se référant à la figure 3D, un quatrième mode de réalisation 10 préféré d'un boitier 30 selon l'invention, peut posséder une seule zone polymérique 61 étendue, placée au niveau du fond 5 apparent de l'une 3 des deux parties constitutives de ce boitier 30. Ainsi, chaque zone 61 constituée par un insert métallique poreux 51,52,53 et par un polymère 62 surmoulé autour dudit insert, va se 15 transformer, sous l'effet d'une montée en température et/ou d'un incendie en un évent destiné, d'une part, à évacuer les fumées et la pression accumulées dans ledit boitier, et, d'autre part, à permettre un arrosage de ladite batterie de façon à stopper ladite montée en température et/ou ledit incendie. En effet, lorsque la température croît, le polymère de chaque zone 61 va fondre, pour 20 laisser apparaitre l'insert métallique 51,52,53 poreux. Les ouvertures de cet insert vont alors servir de passages pour assurer cette évacuation et pour permettre cet arrosage. Il est donc sous-entendu, que l'insert métallique 51,52,53 est par ailleurs relié de façon rigide au reste du boitier, pour éviter qu'il ne se désolidarise dudit boitier lorsque le polymère 62 fond. 25 Les principaux avantages d'un boiter selon l'invention, sont : Un gain de coût et de masse lié à la réduction de la partie métallique du boitier et par son remplacement avec un matériau polymère plus léger, 30 La réduction des problèmes de corrosion, grâce à l'implantation de zones en polymère, Une compatibilité électromagnétique assurée par l'insert métallique de chaque zone polymérique, Un renforcement du boitier et une amélioration des propriétés mécaniques dus à l'insert métallique.
De plus, les matériaux mis en oeuvre dans les boitiers selon l'invention, accroissent leur aspect sécuritaire, pour les raisons suivantes : Une partie de l'enveloppe extérieure étant en polymère, les risques d'électrocution sont réduits, dans le cas notamment où il y aurait des problèmes d'isolement de la batterie. Après l'intervention des pompiers pour arroser la batterie, le système batterie est sécurisé par le fait que l'insert métallique reste intègre, empêchant un accès direct au système batterie.
Claims (11)
- REVENDICATIONS1. Enveloppe (1,10,20,30) pour le support et la protection d'un équipement électrique embarqué dans un véhicule automobile, ladite enveloppe (1,10,20,30) comprenant une paroi pleine entourant au moins partiellement ledit équipement, caractérisée en ce qu'au moins une zone (61) de ladite paroi est constituée par un polymère (62) entourant un insert métallique (51 ,52,53) poreux.
- 2. Enveloppe selon la revendication 1, caractérisée en ce que le polymère (62) est surmoulé sur l'insert métallique (51,52,53).
- 3. Enveloppe selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le polymère (62) est un polymère thermoplastique.
- 4. Enveloppe selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'insert métallique est un grillage (51) constitué d'une multiplicité de fils métalliques s'entrecroisant.
- 5. Enveloppe selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'insert métallique est une plaque (52) comportant une pluralité d'ouvertures (54) identiques, distribuées de façon régulière et homogène.
- 6. Enveloppe selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'insert métallique est une mousse (53).
- 7. Enveloppe selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que l'enveloppe (1,10,20,30) comporte plusieurs zones (61) distinctes, constituées chacune par un polymère (62) entourant un insert métallique (51,52,53) poreux.
- 8. Enveloppe selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle est intégralement constituée par polymère (62) entourant un insert métallique (51,52,53) poreux.
- 9. Enveloppe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est conformée pour venir se fixer sous le plancher d'un véhicule automobile pour supporter une batterie.
- 10.Enveloppe selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle forme un boitier (1,10,20,30) complet pour l'électronique de puissance.
- 11.Véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comporte au moins un équipement électrique logé dans une enveloppe (1,10,20,30) conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 10.
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