FR3018747A3

FR3018747A3 - Dispositf de rangement d'un cable de charge pour un vehicule electrique ou hybride

Info

Publication number: FR3018747A3
Application number: FR1452455A
Authority: FR
Inventors: Sylvain Leirens
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2014-03-24
Filing date: 2014-03-24
Publication date: 2015-09-25

Abstract

La présente invention concerne un dispositif pour ranger un câble de charge d'un véhicule électrique ou hybride, le câble étant relié électriquement par une de ses extrémités à une fiche apte à être branchée dans une prise d'alimentation en courant électrique et, par son autre extrémité, à un chargeur disposé dans le véhicule. Le dispositif comporte des moyens de guidage du câble accueillant, lorsque le câble est rangé pour roulage, la portion immédiatement adjacente à la fiche. Le dispositif comporte également des moyens de maintien en tension du câble, lesdits moyens comportant au moins une poulie mobile dans laquelle passe à tout instant une portion du câble située entre les moyens de guidage et le chargeur, ainsi que des moyens élastiques de rappel reliant ladite poulie mobile à un point fixe d'attache au véhicule. La poulie et les moyens élastiques sont agencés de telle sorte que, lorsqu'on tire sur la fiche afin de la brancher dans la prise, le câble se déplace dans la poulie, tirant la poulie mobile dans un mouvement ayant une composante en translation auquel s'oppose les moyens élastiques de rappel. Application : véhicules électriques ou hybrides

Description

Dispositif de rangement d'un câble de charge pour un véhicule électrique ou hybride La présente invention concerne un dispositif pour ranger un câble de charge sous la caisse d'un véhicule électrique ou hybride.

Dans le contexte actuel de consensus autour du réchauffement climatique, la diminution des émissions de dioxyde de carbone (CO2) est un défi majeur auquel sont confrontés les constructeurs automobiles, les normes étant toujours plus exigeantes en la matière.

Outre l'amélioration constante des rendements des moteurs thermiques classiques, qui s'accompagne d'une baisse des émissions de CO2, les véhicules électriques (« EV » d'après la terminologie anglo-saxonne « Electric Vehicle ») et les véhicules hybrides thermique-électrique (« HEV » d'après la terminologie anglo-saxonne « Hybrid Electric Vehicle ») sont aujourd'hui considérés comme la solution la plus prometteuse pour diminuer les émissions de CO2. Différentes technologies de stockage de l'énergie électrique ont été testées dans les dernières années afin de répondre aux besoins des EV. Il apparaît aujourd'hui que les batteries à cellules lithium-ion (Li-ion) sont celles susceptibles de fournir le meilleur compromis entre la densité de puissance, qui favorise les performances en termes d'accélération notamment, et la densité d'énergie, qui favorise l'autonomie. Cependant, l'utilisation de cette technologie Li-ion pour constituer des batteries de traction pour EV n'est pas sans poser de nombreuses difficultés, notamment si l'on considère les niveaux de tension nécessaires, de l'ordre de 400 volts (V), ou encore si l'on considère les hauts niveaux de température générés par la migration exothermique des ions lithium entre les électrodes des cellules Li-ion, que ce soit à la décharge quand le véhicule roule ou à la charge lorsque le conducteur branche son véhicule à une borne de recharge.

De plus, à de tels niveaux de tension et de courant, les problèmes d'échauffement ne se limitent pas à la batterie. Ainsi, durant la recharge du véhicule, la puissance de charge peut varier de quelques kilowatts (kW) pour une recharge dite « normale » pouvant durer plusieurs heures, par exemple 3 kW, jusqu'à plusieurs dizaines de kilowatts pour une recharge dite « rapide » en quelque dizaines de minutes, par exemple 43 kW. A une telle puissance de charge, tout les éléments conducteurs impliqués dégagent une grande quantité de chaleur par effet joule et il est nécessaire de prendre en compte ce phénomène lors de la conception de l'ensemble de l'architecture électrique du véhicule. Par exemple, le câble de charge reliant le véhicule à la borne de charge doit être choisi de section suffisament importante et être agencé d'une manière permettant d'évacuer la chaleur de manière contrôlée. Il est connu de l'état de la technique, notamment de la demande de brevet US 2014/0034382 Ai, d'utiliser un câble de charge qui présente une forme en spirale dans un logement dédié à son rangement et comportant un capot de fermeture. La forme en spirale est obtenue par utilisation d'un matériau à mémoire de forme pour réaliser l'enveloppe isolante du câble de charge. Le câble de charge comporte une fiche à son extrémité, la fiche étant reliée par un câble tendeur relié à une poulie de traction. En vue de brancher son véhicule à une borne de charge, le conducteur ouvre le capot et tire sur la fiche, déroulant ainsi le câble tendeur hors de la poulie jusqu'à ce qu'il puisse brancher la fiche dans la borne. Le câble de charge prend alors partiellement une forme hélicoïdale conique. Une fois le véhicule rechargé, le conducteur débranche la fiche et la poulie ramène alors automatiquement le câble de charge à sa forme en spirale complète dans son logement de rangement. Un inconvénient de la solution selon US 2014/0034382 Al est tout d'abord la nécessité d'aboutir à un compromis entre la longueur du câble de charge de charge et l'encombrement de son logement de rangement : soit on se limite à un câble court et il est envisageable de l'intégrer au véhicule, soit on opte pour un câble long et il devient très difficile d'intégrer son logement au véhicule. Un autre inconvénient de la solution selon US 2014/0034382 Al 30 est de nature ergonomique : le conducteur doit manipuler par son extrémité un câble de charge formant un ressort très encombrant et très lourd s'il est compatible d'une recharge rapide. Encore un autre inconvénient de la solution selon US 2014/0034382 Al tient au fait que, lorsqu'on tire sur la fiche, il est très 35 probable que, sous l'effet de son poids important, une partie du câble de charge, notamment celle la plus éloignée de la fiche, ne prenne pas une forme hélicoïdale conique mais conserve une forme en spirale. Or, une telle forme en spirale, qui constitue un enroulement, n'est pas adaptée à l'évacutation efficace de la chaleur produite par effet joule, notamment en cas de charge rapide à plusieurs dizaines de kilowatts par heure, d'où un risque d'échauffement local à la base du câble qui peut être source de brûlures voire même d'incendie. En effet, la chaleur que peut dissiper un câble électrique est divisée par 10 lorsqu'il est enroulé.

L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvénients précités, notamment ceux liés à l'encombrement, au manque d'ergonomie et au risque d'échauffement. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif pour ranger un câble de charge d'un véhicule électrique ou hybride, le câble étant relié électriquement par une de ses extrémités à une fiche apte à être branchée dans une prise d'alimentation en courant électrique et, par son autre extrémité, à un chargeur disposé dans le véhicule. Le dispositif selon l'invention comporte des moyens de guidage du câble accueillant, lorsque le câble est rangé pour roulage, la portion immédiatement adjacente à la fiche. Le dispositif comporte également des moyens de maintien en tension du câble, lesdits moyens comportant au moins une poulie mobile dans laquelle passe à tout instant une portion du câble située entre les moyens de guidage et le chargeur, ainsi que des moyens élastiques de rappel reliant ladite poulie mobile à un point fixe d'attache au véhicule. La poulie et les moyens élastiques sont agencés de telle sorte que, lorsqu'on tire sur la fiche afin de la brancher dans la prise, le câble se déplace dans la poulie, tirant la poulie mobile dans un mouvement ayant une composante en translation auquel s'oppose les moyens élastiques de rappel. Dans un mode de réalisation, la poulie peut être formée par une glissière ayant une forme d'arceau et dans laquelle passe le câble. Dans un 30 autre mode de réalisation, la poulie peut être formée par une roue apte à pivoter autour de son axe et autour de laquelle passe le câble. Dans un mode de réalisation, les moyens élastiques de rappel peuvent inclure un enrouleur relié au point d'attache fixe dont le câble tendeur a son extrémité reliée à la poulie mobile. Dans un autre mode de 35 réalisation, les moyens élastiques de rappel peuvent inclure un ressort dont une extrémité est reliée à la poulie mobile et l'autre extrémité est reliée au point d'attache fixe. Avantageusement, les moyens de guidage peuvent comporter au moins un galet rotatif équipé d'un système de cliquet ou d'un système de 5 motorisation. Avantageusement là encore, le dispositif peut comporter, disposée entre les moyens de guidage et le chargeur, une unique poulie mobile agencée de telle sorte que : - lorsqu'il est rangé pour roulage, le câble s'étend en formant un 10 « U » ; - lorsqu'il est sorti pour recharge, le câble s'étend en formant un - J ». Avantageusement là encore, le dispositif peut comporter, disposés entre les moyens de guidage et le chargeur, une pluralité de poulies 15 agencées de telle sorte que : - lorsqu'il est rangé pour roulage, la portion du câble s'étendant entre les poulies forme un motif en serpentin ; - lorsqu'il est sorti pour recharge, la portion du câble s'étendant entre les poulies est droite. 20 La présente invention a également pour objet un véhicule électrique ou hybride comportant un tel dispositif, le câble s'étendant, lorsqu'il est rangé pour roulage, sous la caisse dudit véhicule. 25 Outre ses avantages en termes d'encombrement réduit et donc de facilité d'intégration sur le véhicule, puisqu'elle ne nécessite pas un logement dédié au rangement du câble lors du roulage, en termes d'ergonomie et en 30 termes d'absence de risque d'échauffement, la présente invention a encore pour principal avantage qu'elle ne nécessite pas un câble spécial, tout câble de section suffisante compte-tenu des puissances de charge envisagées pouvant être utilisé, même un câble de faible section si la charge rapide n'est pas envisagée. Elle est donc peu coûteuse à mettre en oeuvre. 35 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit faite en regard de dessins annexés qui représentent : - les figures la et lb illustrent, par des vues schématiques de dessous d'un véhicule, un exemple de réalisation selon l'invention dans lequel le câble est rangé suivant une configuration en « U » ; - les figures 2a, 2b et 2c illustrent, par des vues schématiques de dessous d'un véhicule, un autre exemple de réalisation selon l'invention dans lequel le câble est rangé suivant une configuration en serpentin ; - la figure 2d illustre, par une vue schématique, une variante de réalisation de la configuration en serpentin.

Dans les exemples de réalisation de l'invention qui suivent, le câble de charge est rangé en dessous du véhicule. Mais, suivant la longueur de câble et la puissance maximale de charge (qui dépend de la section du câble), il pourrait être stocké à un autre endroit, comme par exemple sous le capot moteur ou dans un plancher de coffre. En effet, l'encombrement est principalement lié à la longueur de câble et à sa puissance maximale de charge : plus la puissance acceptable pour le câble est élevée, plus sa section est importante, donc son volume, son poids, et les contraintes mécaniques associées.

Les figures la et lb illustrent un exemple de réalisation de l'invention dans lequel un véhicule 10 comprend un câble de charge 11 disposé sous sa caisse, connecté à une de ses extrémités à un chargeur 16 et se terminant à son autre extrémité par une fiche 15 apte à être branchée dans une prise de courant, non illustrée sur la figure. Comme illustré par la figure 1 a, le câble 11 est disposé en suivant une forme en « U » dans sa configuration rangée de roulage. Il est ainsi tiré profit de toute la surface disponible sous le véhicule 10, qui est en général 35 sensiblement plane. Le câble 11 est maintenu plaqué sous le véhicule 10 par un carter 17 en forme de « U » et est retenu par un enrouleur 12 muni d'un câble tendeur 13 qui permet de tendre le câble 11. Un support 14 en forme d'arceau de rayon r s'inscrivant dans le carter 17 joue le rôle de poulie pour le câble 11 et peut permettre de conserver la courbure du câble 11 à un niveau choisi afin de limiter la fatigue des matériaux. Cet arceau 14 peut intégrer tout type de système mécanique facilitant le glissement du câble 11, comme par exemple un revêtement glissant ou des roulettes. Lorsque le conducteur tire sur la fiche 15, le câble tendeur 13 se déroule hors de l'enrouleur 12 et laisse sortir le câble 11 du dessous du véhicule 10, par exemple au travers d'un guide-câble 18 formé de deux galet cylindriques et rotatifs autour de leur axe, entre lesquels passe le câble 11. Comme illustré par la figure 1 b, le câble 11 est alors disposé, dans une configuration de recharge, en suivant une forme en « J ». Les galets du guide-câble 18 peuvent être équipés d'un système de cliquet ou d'une motorisation permettant de bloquer le câble 11 dans la position choisie. Par exemple, on tire et on relâche la fiche 15 pour bloquer le rappel du câble, on tire à nouveau pour débloquer. En effet, il n'est pas nécessaire de sortir tout le câble 11, mais seulement la longueur nécessaire pour atteindre la borne de recharge, qui n'est pas illustrée sur la figure. Le câble 11 ne touche donc pas le sol et reste propre. Ainsi, en considérant que la distance entre l'extrémité du câble 11 connectée au chargeur 16 et sa portion pénétrant dans l'arceau 14 est égale à mètres, en considérant que la distance entre la portion du câble 11 sortant de l'arceau 14 et son extrémité se terminant par la fiche 15 est égale à /2 mètres, alors il est possible de sortir du dessous du véhicule 10 une longueur de câble 11 égale à //-F/2 mètres. Ainsi, par exemple, si //=2 mètres et /2=2,2 mètres, alors il est possible de sortir 4,2 mètres du câble 11. Le rayon r du demi-cercle est à choisir suivant les contraintes d'encombrement sous le véhicule et la courbure acceptable par le câble de puissance. Les figures 2a, 2b et 2c illustrent un exemple de réalisation de l'invention dans lequel un véhicule 10 comprend un câble de charge 21 35 disposé sous sa caisse, connecté à une de ses extrémités à un chargeur 26 et se terminant à son autre extrémité par une fiche 25 apte à être branchée dans une prise de courant, non illustrée sur la figure. Comme illustré par la figure 2a, le câble 21 est disposé en suivant une forme en serpentin sur sensiblement toute sa longueur dans sa 5 configuration rangée de roulage. Le câble 21 est maintenu dans cette configuration en serpentin grâce à des poulies à roue 20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f,20g et un galet 28. Au moins une partie des poulies sont mobiles, à savoir ici les poulies 20b, 20d et 20f, et retenues par des tendeurs 22a, 22b et 22c respectivement, par exemple des ressorts, reliés par leur autre 10 extrémité à un point fixe d'attache au véhicule 10. Les autres poulies, à savoir les poulies 20a, 20c, 20e et 20g, peuvent être maintenues fixes pour simplifier l'architecture. Le galet 28 maintient le câble 21 en contact avec la poulie de sortie 20g. Lorsque l'usager tire sur le câble de puissance, les poulies 15 mobiles se déplacent en translation et permettent de sortir la longueur de câble désirée. La poulie de sortie peut être équipée d'un système de cliquet permettant de bloquer le câble dans la position choisie, ou d'une motorisation. Comme illustré par la figure 2b, qui représente la situation où le câble 21 est sorti avec les poulies ayant leurs axes alignés, le câble 21 est 20 alors disposé, dans une configuration de recharge, en suivant une forme en serpentin sur une partie seulement de sa longueur et non plus sur sensiblement toute sa longueur. Ainsi, en considérant que la longueur de câble 21 entre les axes de deux poulies successives lorsque le câble 21 est rangé est //, en 25 considérant que n est le nombre de poulies et en considérant que, lorsque les poulies ont leurs axes alignés (comme illustré par la figure 2b), les axes de deux poulies adjacentes sont séparés d'une distance égale à 2r où r est le rayon des poulies, alors, en négligeant l'épaisseur du câble 21, il est possible de sortir une longueur maximale /,' de câble 21 telle que : 30 = (n - 1)11 Par exemple, si n = 5 et //=1 mètre, alors imax=4 mètres.

La figure 2c illustre une situation légèrement différente, dans laquelle le câble 21 est complètement sorti et les poulies de rayon r sont de part et d'autre du câble 21 tendu. Il est alors possible de sortir une longueur maximale /,' de câble de (en négligeant l'épaisseur du câble) : - 2)T ± (n - 1)11 Par exemple, si n=5, r=0,1 mètre, //=1 mètre, alors /m',z--.4,46 mètres.

Cependant, afin de limiter les contraintes mécaniques sur le câble 21 lorsqu'il est entièrement sorti, il peut être préférable que, lorsque les poulies 20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f et 20g ont leurs axes alignés, ceux-ci soient séparés d'une distance / supérieure à 2r. Dans ce cas, en considérant le schéma géométrique de la figure 2d qui illustre deux poulies successives, par exemple les poulies 20c et 20d, d'axes respectifs 0 et 0', où : - /' est la distance entre les axes de deux poulies adjacentes : = 00' - I et sont les projections du segment 00' sur les axes horizontal et vertical respectivment de la figure 2d ; - a est l'angle entre le câble 21 et la droite passant par les axes 0 et 0'; - 13 est l'angle entre la droite passant par les axes 0 et 0' et l'axe horizontal de la figure 2d ; - r est le rayon des poulies.

25 Alors, en négligeant l'épaisseur du câble 21, on a les relations suivantes : /3. tanP = 30 sin e< Alors, la longueur L de câble 21 entre les points A et A' des poulies 20c et 20d respectivement est donnée par : = 27.(0C r cos 0( Lorsque les poulies ont leurs axes alignés et le câble 21 est entièrement sorti, le schéma se simplifie car : (3 = 0 sin cc - 2711 car 1=1' Alors la longueur de câble Lo entre les points A et A' lorsque les poulies ont leurs axes alignés et le câble 21 est entièrement sorti est donnée par : Lc= ar X + / cos cez 15 Pour un ensemble de n poulies, il est donc possible de sortir une longueur maximale /max de câble telle que : imax = - 1)(1, - Ln) Par exemple, si n=5, f=0,1 mètre, 11=1 mètre, et 1=0,3 mètre, alors imale3,8 20 mètres. L'avantage principal de l'invention est donc que le câble de charge 25 n'est pas enroulé : il n'y a pas de contraintes thermiques additionnelles liées à l'enroulement à prendre en compte durant la charge, notamment durant la charge rapide à forte puissance, même lorsque le câble de puissance n'est que partiellement sorti. 10

Claims

REVENDICATIONS1. Dispositif pour ranger un câble de charge (11) d'un véhicule électrique ou hybride (10), le câble étant relié électriquement : - par une de ses extrémités, à une fiche (15, 25) apte à être branchée dans une prise d'alimentation en courant électrique, et ; - par son autre extrémité, à un chargeur (16, 26) disposé dans le véhicule ; le dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte : des moyens de guidage du câble (18, 28) accueillant, lorsque le câble est rangé pour roulage, la portion immédiatement adjacente à la o fiche ; des moyens (12, 13, 20a à 20g, 22a à 22c) de maintien en tension du câble, lesdits moyens comportant : o au moins une poulie mobile dans laquelle passe à tout instant une portion du câble située entre les moyens de guidage et le 15 chargeur ; o des moyens élastiques de rappel reliant ladite poulie mobile à un point fixe d'attache au véhicule ; la poulie et les moyens élastiques étant agencés de telle sorte que, lorsqu'on tire sur la fiche afin de la brancher dans la prise, le câble se 20 déplace dans la poulie, tirant la poulie mobile dans un mouvement ayant une composante en translation auquel s'oppose les moyens élastiques de rappel.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la poulie est 25 formée par une glissière ayant une forme d'arceau (14) et dans laquelle passe le câble.
3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la poulie est formée par une roue (20a) apte à pivoter autour de son axe et autour de 30 laquelle passe le câble.
4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens élastiques de rappel incluent un enrouleur (12) relié au point d'attache fixe dont le câble tendeur (13) a son extrémité reliée à la poulie mobile.
5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens élastiques de rappel incluent un ressort (22a, 22b, 22c) dont une extrémité est reliée à la poulie mobile et l'autre extrémité est reliée au point d'attache fixe.
6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de guidage (18) comportent au moins un galet rotatif (18) équipé d'un io système de cliquet ou d'un système de motorisation.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 4 ou 6, caractérisé en ce qu'il comporte, disposée entre les moyens de guidage (18) et le chargeur (16), une unique poulie mobile (14) agencée de telle 15 sorte que : - lorsqu'il est rangé pour roulage, le câble s'étend en formant un « U »; - lorsqu'il est sorti pour recharge, le câble s'étend en formant un « J ».
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 3 ou 5, 20 caractérisé en ce qu'il comporte, disposés entre les moyens de guidage (28) et le chargeur (26), une pluralité de poulies (20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f, 20g) agencées de telle sorte que : - lorsqu'il est rangé pour roulage, la portion du câble (21) s'étendant entre les poulies forme un motif en serpentin ; 25 - lorsqu'il est sorti pour recharge, la portion du câble s'étendant entre les poulies est droite.
9. Véhicule électrique ou hybride (10) comportant un dispositif selon l'une quelconque des revendication 7 ou 8, le câble s'étendant, lorsqu'il est 30 rangé pour roulage, sous la caisse dudit véhicule.