FR3089690A1 - Boitier pour dispositif de stockage d'énergie électrique pour véhicule automobile - Google Patents

Boitier pour dispositif de stockage d'énergie électrique pour véhicule automobile Download PDF

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Abstract

Boitier pour dispositif de stockage d'énergie électrique pour véhicule automobile L’invention concerne un boitier (16) pour dispositif de stockage d'énergie électrique pour véhicule automobile, ledit boitier étant configuré pour recevoir moins une cellule (14) de stockage d'énergie électrique, ce boitier comportant une paroi de fond (26), au moins un canal (50) pour une circulation d’un fluide de refroidissement, ledit canal (50) étant au moins partiellement formé par la paroi de fond (26), ledit canal (50) comporte un sillon (51) formé au moins en partie par la paroi de fond (26) et un capot (55) agencé pour fermer ce sillon (51) et former ainsi le canal (50) . Selon l’invention, le boitier (16) comporte un matériau ductile Figure pour l’abrégé : Figure 1

Description

Description
Titre de l'invention : Boîtier pour dispositif de stockage d'énergie électrique pour véhicule automobile
[0001] L'invention concerne un dispositif de stockage d'énergie électrique pour véhicule automobile, comprenant un boîtier et au moins une cellule de stockage d'énergie électrique reçue dans le boîtier. L’invention porte en particulier sur ledit boîtier. L’invention se rapporte également à un boîtier pour dispositif de stockage d'énergie électrique pour véhicule automobile
[0002] Dans le domaine automobile, il est connu de mettre en œuvre des batteries électriques sous forme de modules. Chaque module comporte une pluralité de cellules de stockages d’énergie électrique reçues dans un boîtier. Il est ainsi plus aisé de combiner les batteries électriques pour obtenir une capacité de charge souhaitée. Il est également plus aisé, de la sorte, de monter la batterie sur le véhicule automobile, les cellules de stockage étant protégées par le boîtier.
[0003] Le document US 2011/0206967 décrit un exemple de telle batterie. Dans cette demande, les cellules sont stockées dans des containers ayant des logements de réception des cellules. Une paroi des containers, destinées à être en contact avec une paroi d’un container voisin, présente des renfoncements formant une partie de conduit de circulation d’un fluide de refroidissement.
[0004] Bien qu’un tel container soit adapté pour contenir des cellules de stockages d’énergie électrique, la batterie est soumise à des contraintes mécaniques telles que des efforts de torsion ou de courbure, et à des conditions climatiques pouvant provoquer des cassures mécaniques et des risques de fuites du fluide de refroidissement de la batterie.
[0005] L’invention cherche donc à surmonter cet inconvénient et propose dispositif de stockage d'énergie électrique pour véhicule automobile, comprenant un boîtier avec une étanchéité améliorée évitant ainsi toute fuite du fluide de de refroidissement de la batterie.
[0006] Pour cela, l’invention propose un boîtier pour dispositif de stockage d'énergie électrique pour véhicule automobile, ledit boîtier étant configuré pour recevoir moins une cellule de stockage d'énergie électrique, ce boîtier comportant :
a. une paroi de fond, de préférence la paroi de fond comportant un matériau composite,
b. au moins un canal pour une circulation d’un fluide de refroidissement, ledit canal étant au moins partiellement formé par la paroi de fond,
c. ledit canal comporte un sillon formé au moins en partie par la paroi de fond et un capot agencé pour fermer ce sillon et former ainsi le canal. Selon l’invention, le boîtier comporte un matériau ductile.
[0007] Par matériau ductile il est entendu un matériau pouvant être étiré sans casser ou rompre. En d’autres termes un matériau malléable, élastique, étirable, flexible, souple ou encore extensible autrement dit ayant une aptitude à résister à la propagation d’une fissure ou cassure. Plus particulièrement, le matériau selon l’invention a de préférence un allongement à la rupture (A%) supérieur ou égal à 50% ou encore ayant une énergie nécessaire pour provoquer une cassure supérieure à 26 Pa, autrement dit, une limite élastique en traction supérieure à 26 Pa.
[0008] Par la suite, il est entendu que si un élément comporte un matériau, cela signifie que cet élément est réalisé dans ce matériau, autrement dit cet élément fabriqué à partir de ce matériau.
[0009] On peut aussi dire que le boîtier comporte un matériau lui donnant une capacité à se déformer, sans rompre, en cas de choc ; c’est-à-dire d’absorber une quantité d’énergie acceptable en cas de choc. Autrement dit, une forte capacité à se déformer plastiquement sans se rompre, la rupture se faisant lorsqu'un défaut telle une fissure ou cavité, induit par la déformation plastique, devient critique et se propage, le matériau présente donc une forte aptitude à résister à cette propagation.
[0010] L’allongement à la rupture, représenté par le terme « A% » est définit par la formule suivante :
[Math.l]
A% = 100£VLq
[0011] L «correspond à la longueur ultime, c'est-à-dire à la longueur de l’élément, ici l’élément du boîtier comprenant le matériau ductile, juste avant la rupture. Lo correspond à la longueur initiale, longueur de l’élément avant le début d’un essai de traction.
[0012] Comme dit précédemment, selon l’invention, le boîtier comprend un élément, pouvant être une paroi, une nervure ou encore un capot, ayant un allongement à la rupture supérieur ou égal à 50%. Le matériau ductile, c'est-à-dire pouvant supporter une grande déformation plastique a préférentiellement une capacité en traction supérieur à 50%. Ce matériau est préférentiellement un polymère non renforcé comme par exemple un polypropylène modifié ou encore n’importe quel polyamide polyéthylène comportant un certain pourcentage d’élastomères.
[0013] Ainsi, selon l’invention, le matériau permettra une légère déformation du boîtier tout en minimisant les contraintes mécaniques observées au niveau des raccords de tuyauterie et du capot empêchant ainsi toutes défaillances précoces et éventuelles fuites de fluide de refroidissement de la batterie.
[0014] D’autres mode de réalisation pris seul ou en combinaison proposent que :
a. une paroi latérale se raccorde à la paroi de fond, le canal étant au moins partiellement formé par la paroi de fond et/ou la paroi latérale.
b. ,1e boîtier comporte un deuxième matériau plus résistant que le matériau ductile.
c. le boîtier comprend au moins deux nervures reliées à la paroi de fond, le canal étant formé par la paroi de fond, les deux nervures et le capot ;
d. les nervures comportent un matériau ductile ;
e. la paroi de fond comporte un matériau ductile ;
f. le capot comporte un matériau ductile ;
g. une paroi latérale se raccorde à la paroi de fond, un élément de connexion fluidique étant agencé pour permettre de relier le canal avec un circuit externe de fluide de refroidissement, l’élément de connexion étant au moins partiellement surmoulé sur, ou avec, la paroi de fond ou la paroi latérale ;
h. chaque canal communique avec un élément de connexion associé, pour respectivement permettre l’alimentation ou l’évacuation de fluide réfrigérant du canal par le circuit externe ;
i. la paroi de fond comporte en outre un deuxième et troisième matériau chacun plus résistants que le matériau ductile.
[0015] Le matériau résistant a une limite élastique en traction supérieure à 350 MPa. Il peut se présenter, par exemple, sous la forme d’un matériau composite thermoplastique comportant des fibres de renforcement. Ces fibres peuvent, par exemple, être des fibres de carbone ou encore des fibres de verres. Le boîtier peut comporter en outre un troisième matériau servant de matériau d’assemblage qui permet de renforcer ladite structure du boîtier et de créer des interfaces pour l’assemblage. Ce matériau dit d’assemblage est préférentiellement un matériau plastique injectable. Ledit matériau d’assemblage a un module d’élasticité compris entre 4 GPa et 12 GPa et une limite élastique comprise entre 70 MPa et 150 MPa et donc est plus résistant que le matériau ductile également.
[0016] L’élément de connexion selon l’invention permet une connexion rapide et étanche du canal du boîtier avec le circuit externe. Cet élément est de plus facile à fabriquer avec le reste du boîtier, étant fixé par un surmoulage sur une paroi du boîtier.
[0017] Selon l’un des aspects de l’invention, l’élément de connexion comporte un embout avec au moins une gorge annulaire agencée pour recevoir un relief complémentaire d’un élément de connexion complémentaire de sorte que, lorsque les deux éléments de connexion sont assemblés, ils forment une connexion permettant au fluide de refroidissement de circuler entre le canal et le circuit externe.
[0018] Selon l’un des aspects de l’invention, l’embout comporte un flanc tronconique pour faciliter la coopération avec l’élément de connexion complémentaire.
[0019] Selon l’un des aspects de l’invention, l’embout est réalisé en aluminium, acier ou en matériau plastique.
[0020] Selon l’un des aspects de l’invention, l’embout comporte une rainure dans laquelle se trouve de la matière surmoulée.
[0021] Selon l’un des aspects de l’invention, l’embout est agencé à travers un orifice formé dans la paroi latérale et/ou la paroi de fond.
[0022] Selon l’un des aspects de l’invention, les éléments de connexion sont agencés pour être connectés l’un à l’autre par encliquetage
[0023] Selon l’un des aspects de l’invention, le canal ou chaque canal comporte un sillon formé par la paroi de fond et un capot agencé pour fermer ce sillon et former ainsi le canal, la fermeture se faisant notamment par soudure de ce capot sur la paroi de fond.
[0024] Selon l’un des aspects de l’invention, le capot est de forme longiligne.
[0025] Selon l’un des aspects de l’invention, le capot est sensiblement plan.
[0026] Selon l’un des aspects de l’invention, le capot comporte au moins un coude, pour épouser un coude du canal, notamment deux coudes.
[0027] Selon l’un des aspects de l’invention, l’une des extrémités du capot du canal est en regard de l’élément de connexion, dit Quick connect.
[0028] Selon l’un des aspects de l’invention, le sillon communique avec au moins un orifice, notamment une pluralité d’orifices, pour faire communiquer le fluide de refroidissement avec un ou plusieurs échangeurs thermiques.
[0029] Selon l’un des aspects de l’invention, ce ou ces échangeurs thermiques sont notamment chacun une plaque avec des canaux intérieurs pour la circulation de fluide de refroidissement.
[0030] Selon l’un des aspects de l’invention, chaque capot couvre moins de 10%, notamment 5%, de la superficie de la paroi de fond
[0031] L’invention concerne également un dispositif de stockage d'énergie électrique pour véhicule automobile, comprenant un tel boîtier et au moins une cellule de stockage d'énergie électrique, notamment une pluralité de cellules, reçue dans ledit boîtier.
[0032] Puis les raccords hydrauliques sont fixés de manière étanche à ce boîtier ou boîtier pour mettre en circulation le fluide de refroidissement dans les canaux du boîtier, fluide qui provient d’un circuit externe à ce boîtier
[0033] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés.
[0034] Les figures 1 à 5 sont des vues d’un exemple de mise en œuvre de l’invention.
[0035] Les figures 6 et 7 illustrent de manière schématique une section du boîtier selon l’invention.
[0036] L’invention porte sur un boîtier 16 qui est configuré pour recevoir des cellules de stockage d'énergie électrique comme illustré sur la figure 1. Ledit boîtier comporte une paroi de fond 26, la paroi de fond 26 comportant un matériau composite, des parois latérales 28 se raccordant à la paroi de fond 26 de manière à définir un logement pour recevoir les cellules de stockage d’énergie électrique et au moins un canal 50, ici au nombre de deux, pour une circulation d’un fluide de refroidissement, chaque canal 50 étant au moins partiellement formé par la paroi de fond 26.
[0037] Le boîtier 16 comprend en outre des éléments de connexion fluidique 100 agencés pour permettre de relier les canaux 50 avec un circuit externe de fluide de refroidissement non représenté, chaque élément de connexion 100 étant au moins partiellement surmoulé avec la paroi de fond ou la paroi latérale.
[0038] Ce boîtier 16 forme la partie inférieure du compartiment 12 qui, avec un couvercle, reçoit des cellules de batterie.
[0039] Ce boîtier 16 et le couvercle 18 sont par exemple réalisés chacun à partir d’une feuille en matériau composite, notamment comprenant des fibres de verre, éventuellement en variante des fibres de carbone ou d’une autre nature, pré-imprégnées d’une résine thermoplastique.
[0040] Comme visible sur les figures 4 et 5, chaque élément de connexion fluidique 100 du type à connexion rapide, ou en anglais « Quick connect », et comporte un embout 101 avec une gorge annulaire 102 agencée pour recevoir un relief complémentaire d’un élément de connexion complémentaire non représenté de sorte que, lorsque les deux éléments de connexion sont assemblés, ils forment une connexion permettant au fluide de refroidissement de circuler entre le canal 50 et le circuit externe.
[0041] Comme visible sur les figures 4 et 5, l’embout 101 comporte un flanc tronconique
104 pour faciliter la coopération avec l’élément de connexion complémentaire.
[0042] L’embout 101 est réalisé en aluminium par exemple.
[0043] L’embout comporte une ramure 105 dans laquelle se trouve de la matière surmoulée de la paroi 28.
[0044] L’embout est agencé à travers un orifice 105 formé dans la paroi latérale 28.
[0045] Les éléments de connexion sont agencés pour être connectés l’un à l’autre par encliquetage.
[0046] Le boîtier 16 comporte un canal 50 de distribution de fluide de refroidissement, ou fluide réfrigérant, et un canal 50 de collecte de fluide de refroidissement, chaque canal communiquant avec un élément de connexion associé, tel que décrit ci-dessus, pour respectivement permettre l’alimentation du canal de distribution par le circuit externe et l’évacuation de fluide réfrigérant par le circuit externe.
[0047] Comme illustré sur la figure 3, chaque canal 50 comporte un sillon 51 formé par la paroi de fond 26 et un capot 55 agencé pour fermer ce sillon 51 et former ainsi le canal 50, la fermeture se faisant notamment par soudure de ce capot sur la paroi de fond.
[0048] Comme illustré sur la figure 6, chaque canal 50 comporte un sillon 51 formé par la paroi de fond 26, celle-ci s’inscrivant dans un plan, deux nervures 57 faisant saillie du plan défini par la paroi de fond 26 et un capot 55 agencé pour fermer ce sillon 51 et former ainsi le canal 50, la fermeture se faisant notamment par soudure de ce capot sur chaque extrémité libre de chaque nervure 57. En effet, chaque nervure 57 comprend une extrémité étant au contact de la paroi de fond 26 et une extrémité libre étant agencé à l’opposé.
[0049] Selon l’invention, le boîtier 16 comprend un matériau ductile tel que défini ci-dessus ayant un allongement à la rupture supérieur ou égal à 50%, c'est-à-dire pouvant supporter une grande déformation plastique a préférentiellement une capacité en traction supérieur à 50%. Par exemple chaque nervure 57 peut être réalisée d’un tel matériau ductile, avec une extrémité surmoulé ou injectée sur la paroi de fond 26 et l’autre extrémité libre configurée pour accueillir le capot 55. Le capot 55 peut venir en butée contre chaque extrémité libre des nervures 57 et être soudé sur les extrémités agencé à l’opposé de la paroi de fond 26. Chaque nervure 57 peut comprendre en outre un épaulement 59 créant ainsi un logement pour recevoir le capot 55 comme illustré en figure 7. Selon l’invention, le capot 55 peut être aussi réalisé en matériau ductile.
[0050] La paroi de fond 26 étant donné qu’elle doit supporter les cellules de stockage d’énergie électrique, il convient que cette paroi soit réalisée en un deuxième matériau à savoir un deuxième matériau résistant ayant une limite élastique en traction supérieure à 350 MPa. La paroi de fond 26 peut être réalisé d’un troisième matériau dit d’assemblage ayant notamment un module d’élasticité compris entre 4 GPa et 12 GPa et une limite élastique comprise entre 70 MPa et 150 MPa. Ainsi la paroi de fond 26 est plus résistant que le matériau ductile.
[0051] Ainsi pour résumer le boîtier 16 selon l’invention comprend au moins deux matériau, un premier matériau ductile et un deuxième matériau plus résistant que le premier matériau. Le boîtier 16 peut comprendre en outre un troisième matériau. Le capot 55 et les nervures 57 peuvent être réalisés dans le premier matériau ductile tandis que la paroi de fond 26 et les parois latérales 28 peuvent être réalisées dans un deuxième matériaux plus résistant voire comprendre un troisième matériau aussi plus résistant que le matériau ductile.
[0052] Ainsi la totalité, du boîtier 16 est fabriquée en combinant un matériau ductile, au niveau de chaque canal 50, à savoir les capots 55 et les nervures 57, un matériau résistant (ou de haute raideur) et éventuellement un matériau d’assemblage pour la paroi de fond 26 et les parois latérales 28. Cette combinaison particulière de matériaux permet de résister aux fortes charges ainsi qu’aux contraintes de températures tout en assurant une étanchéité optimale. De plus, elle permet de mieux protéger la batterie d’éventuels chocs dus à des jets de pierres et/ou de cailloux lors de l’utilisation du véhicule.
[0053] Chaque capot 55 est de forme longiligne et est sensiblement plan.
[0054] Chaque capot 55 comporte, pour épouser un coude du canal, notamment deux coudes 56.
[0055] L’une des extrémités du capot du canal 50 est en regard de l’élément de connexion 100.
[0056] Le sillon 51 communique avec une pluralité d’orifices 65, pour faire communiquer le fluide de refroidissement avec un ou plusieurs échangeurs thermiques 60.
[0057] Ces échangeurs thermiques 60 sont notamment chacun une plaque 61 avec des canaux intérieurs pour la circulation de fluide de refroidissement.
[0058] Chaque capot 55 couvre moins de 10%, notamment 5%, de la superficie de la paroi de fond 26.
[0059] Le liquide de refroidissement mis en œuvre dans ce cas peut notamment être un réfrigérant liquide à base de dioxyde de carbone, comme du R744 par exemple, du 2, 3, 3, 3-tétrafluoropropène (ou HEO-1234yf) ou du 1, 1, 1, 2-tétrafluoroéthane (ou R134a). Le liquide de refroidissement peut également être un nanofluide. Le liquide de refroidissement peut encore être de l’eau, incluant éventuellement des additifs

Claims (1)

  1. Revendications [Revendication 1] Boîtier (16) pour dispositif de stockage d'énergie électrique pour véhicule automobile, ledit boîtier étant configuré pour recevoir moins une cellule (14) de stockage d'énergie électrique, ce boîtier comportant a. une paroi de fond (26), b. au moins un canal (50) pour une circulation d’un fluide de refroidissement, ledit canal (50) étant au moins partiellement formé par la paroi de fond (26), c. ledit canal (50) comporte un sillon (51) formé au moins en partie par la paroi de fond (26) et un capot (55) agencé pour fermer ce sillon (51) et former ainsi le canal (50) caractérisé en ce que le boîtier (16) comporte un matériau ductile. [Revendication 2] Boîtier (16) pour dispositif de stockage d'énergie électrique selon la revendication 1 dans lequel le boîtier (16) comporte en outre un deuxième matériau plus résistant que le matériau ductile. [Revendication 3] Boîtier (16) pour dispositif de stockage d'énergie électrique selon l’une des revendications précédentes dans lequel, le boîtier (16) comprend au moins deux nervures (57) reliées à la paroi de fond (26), le canal (51) étant formé par la paroi de fond (26), lesdites nervures (57) et le capot (55). [Revendication 4] Boîtier (16) pour dispositif de stockage d'énergie électrique selon la revendication 3 dans lequel lesdites nervures (57) comportent le matériau ductile [Revendication 5] Boîtier (16) pour dispositif de stockage d'énergie électrique selon l’une des revendications précédentes dans lequel la paroi de fond (26) comporte en outre un deuxième et troisième matériau chacun plus résistants que le matériau ductile. [Revendication 6] Boîtier (16) pour dispositif de stockage d'énergie électrique selon l’une des revendications précédentes dans lequel le capot (55) comporte le matériau ductile. [Revendication 7] Boîtier (16) pour dispositif de stockage d'énergie électrique selon l’une des revendications précédentes dans lequel une paroi latérale (28) se raccorde à la paroi de fond (26), un élément de connexion fluidique (100) étant agencé pour permettre de relier le canal (50) avec un circuit externe de fluide de refroidissement, l’élément de connexion (100) étant
    au moins partiellement surmoulé sur la paroi de fond (26) ou la paroi latérale (28). [Revendication 8] Boîtier (16) pour dispositif de stockage d'énergie électrique selon la revendication 7 dans lequel chaque canal (50) communique avec un élément de connexion (100) associé, pour respectivement permettre l’alimentation ou l’évacuation de fluide réfrigérant du canal (50) par le circuit externe. [Revendication 9] Boîtier (16) pour dispositif de stockage d'énergie électrique selon l’une des revendications précédentes dans lequel une paroi latérale (28) se raccorde à la paroi de fond (26), ledit canal étant au moins partiellement formé par la paroi de fond (26) et la paroi latérale (28). [Revendication 10] Dispositif de stockage d'énergie électrique pour véhicule automobile, comprenant un boîtier (16) selon l’une des revendications précédentes et au moins une cellule (14) de stockage d'énergie électrique, notamment une pluralité de cellules (14), reçue dans ledit boîtier (16).
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