FR3141657A1

FR3141657A1 - Coffre de stockage d’énergie

Info

Publication number: FR3141657A1
Application number: FR2211566A
Authority: FR
Inventors: Gilles Mulato
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2022-11-07
Filing date: 2022-11-07
Publication date: 2024-05-10

Abstract

L’invention concerne un dispositif de stockage d’énergie (200) pour véhicule automobile (100), comprenant un châssis (210) qui délimite un espace de stockage d’énergie, des moyens de fixation du châssis au véhicule automobile, et des moyens de connexion adaptés à alimenter le véhicule automobile en énergie. Selon l’invention, le châssis délimite un coffre, et les moyens de fixation sont adaptés à se fixer au toit ou à des barres de toit du véhicule automobile. Figure pour l’abrégé : Fig.1

Description

Coffre de stockage d’énergie

Domaine technique de l'invention

La présente invention concerne de manière générale l’augmentation de l’autonomie des véhicules automobiles.

Elle concerne plus particulièrement un dispositif de stockage d’énergie pour véhicule automobile, comprenant un châssis qui délimite une espace de stockage d’énergie, des moyens de fixation du châssis au véhicule automobile, et des moyens de connexion adaptés à alimenter le véhicule automobile en énergie.

Elle concerne aussi un véhicule automobile équipé d’un tel dispositif de stockage d’énergie.

L’invention trouve une application particulièrement avantageuse dans les véhicules électriques ou dans les véhicules à hydrogène.

Etat de la technique

Dans un souci de préservation de l’environnement et de diminution des couts de fabrication des véhicules, on cherche à diminuer l’utilisation des matières premières rares, et à optimiser les dépenses d’énergie d’un véhicule automobile.

La majorité des trajets effectués avec des véhicules automobiles nécessite moins de 50% de la quantité d’énergie stockée au sein du véhicule. Ce stockage d’énergie coûte donc inutilement cher en matières premières, en masse et en encombrement lors la construction du véhicule, mais également en consommation d’énergie lors de l’utilisation du véhicule.

Afin d’éviter de systématiquement transporter cette énergie inutile, une solution consiste à réduire la capacité de stockage d’énergie du véhicule et à créer des systèmes de stockage d’énergie additionnels pouvant être ultérieurement rapporté sur le véhicule. Lors d’une utilisation nécessitant une autonomie importante, le système de stockage d’énergie peut ainsi être ajouté au véhicule existant et augmenter sa capacité de stockage d’énergie.

Cette solution permet de diminuer le coût, la masse et les problèmes d’encombrement intérieur du véhicule initial. Le système de stockage pourrait être loué en garage afin d’être partagé entre plusieurs usagers, permettant ainsi d’utiliser moins de matières premières par usager.

Le document WO2011031916A2 présente pour cela une remoque autopropulsée pour le rechargement d’un véhicule électrique.

Cette solution, bien qu’efficace, est chère et encombrante. De plus, la remorque engendre des risques de sécurité importants.

Présentation de l'invention

Afin de remédier aux inconvénients précités de l’état de la technique, la présente invention propose un coffre de stockage d’énergie pouvant être monté sur le toit d’un véhicule automobile.

Plus particulièrement, on propose selon l’invention un dispositif de stockage d’énergie pour véhicule automobile tel que défini dans l’introduction, dans lequel le châssis délimite un coffre et dans lequel les moyens de fixation du coffre sont adaptés à se fixer au toit ou à des barres de toit du véhicule automobile.

Ainsi, grâce à l’invention, le dispositif de stockage d’énergie est monté directement sur le toit du véhicule et permet d’augmenter l’autonomie du véhicule facilement et en toute sécurité.

Ce système est en effet peu encombrant puisqu’il n’augmente pas la longueur totale du véhicule, et il ne nécessite pas de roues ce qui diminue ses frais d’entretien.

D’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives du dispositif de stockage d’énergie conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes :

le coffre loge au moins une batterie d’accumulateurs électriques ;
le coffre loge au moins un réservoir de fluide ;
les moyens de fixation comportent un système mobile adapté à autoriser un déplacement du coffre par rapport au véhicule automobile entre une position d’utilisation et une position de chargement du coffre sur le véhicule automobile, et un système de verrouillage du coffre en position d’utilisation ;
le système mobile est adapté à coulisser dans une glissière du véhicule automobile ;
le système mobile comporte une partie de support du coffre, une partie de coulissement dans les glissières, et au moins une liaison pivot permettant à la partie de coulissement de pivoter par rapport à la partie de support ;
les moyens de fixation supérieurs comportent au moins un vérin adapté à amortir le pivotement entre la partie de support et la partie de coulissement ;
le coffre comporte une paroi protectrice isotherme ; et
il est prévu des moyens de refroidissement configurés pour refroidir l’intérieur du coffre.

L’invention porte aussi sur un véhicule automobile comportant un dispositif de stockage d’énergie tel que précité.

Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.

Description détaillée de l'invention

La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d’exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l’invention et comment elle peut être réalisée.

Sur les dessins annexés :

est une vue schématique d’un véhicule automobile équipé d’un dispositif de stockage d’énergie selon l’invention, représenté dans une position d’utilisation ;

est une vue schématique du véhicule automobile de la , dans lequel le dispositif de stockage d’énergie est représenté en cours de chargement ;

est une vue schématique du véhicule automobile de la , dans lequel le dispositif de stockage d’énergie est représenté en position de chargement ;

est une vue schématique du dispositif de stockage d’énergie de la ;

est une vue schématique des moyens de fixation du dispositif de stockage d’énergie de la ; et

est une vue schématique d’une variante de réalisation des moyens de fixation de la .

En préliminaire, on notera que les termes « avant » et « arrière » seront utilisés pour le coffre compte tenu de sa position sur le véhicule automobile. La partie avant du coffre correspond alors à la partie la plus proche de l’avant du véhicule automobile, et la partie arrière du coffre correspond à la partie la plus proche de l’arrière du véhicule automobile.

Sur la , on a représenté schématiquement un véhicule automobile 100 équipé d’un groupe motopropulseur (non visible) et d’un dispositif de stockage d’énergie 200 externe.

Le groupe motopropulseur comportera par exemple un moteur (de préférence électrique), une chaîne de traction pour renvoyer le couple issu du moteur vers les roues motrices du véhicule, et un dispositif de stockage interne d’énergie.

Sur la , on a représenté schématiquement une coupe transversale du dispositif de stockage d’énergie 200 externe, qui fait plus précisément l’objet de la présente invention.

Le dispositif de stockage d’énergie 200 comprend un coffre 210 présentant extérieurement une forme similaire à un coffre de toit prévu pour recevoir des sacs et valises.

Ce coffre comporte une enveloppe rigide qui a une fonction de châssis et qui est adaptée à être hermétiquement fermée de façon à délimiter intérieurement un espace de stockage d’énergie 212. Ici, ce coffre est réalisé en matière plastique.

Pour augmenter les performances aérodynamiques du véhicule automobile 100, la partie avant du coffre 210 peut être équipée d’un ou de plusieurs déflecteurs.

Afin de pouvoir se fixer au-dessus du véhicule automobile 100, le dispositif de stockage d’énergie 200 comprend des moyens de fixation 220 configurés pour fixer le coffre 210 au toit ou à des barres de toit du véhicule automobile 100.

Grâce à cette disposition, la longueur et la largeur du véhicule automobile 100 ne sont pas impactées. La hauteur totale du véhicule augmente en revanche d’une valeur inférieure à la hauteur d’un coffre de toit classique. Par exemple, la hauteur du dispositif de stockage d’énergie 200 peut être comprise entre 160 et 200 mm.

Ces moyens de fixation pourraient par exemple se présenter sous la forme de crochets adaptés à s’accrocher fixement sur les barres de toit du véhicule ou sur le véhicule, par exemple sur les bords supérieurs des ouvertures de portières.

Toutefois, ici, de manière à pouvoir mettre facilement le dispositif de stockage d’énergie 200 sur le véhicule automobile 100 et l’enlever tout aussi facilement, les moyens de fixation 220 comportent un système mobile permettant d’offrir au coffre 210 une mobilité par rapport au véhicule automobile 100 et un guidage, entre une position d’utilisation du véhicule et une position de chargement du coffre 210 sur le véhicule automobile 100. Le dispositif de stockage d’énergie 200 peut en effet peser jusque 120 kg.

Sur la , le véhicule automobile 100 est représenté schématiquement équipé du dispositif de stockage d’énergie 200. Le dispositif de stockage d’énergie 200 y est représenté en position d’utilisation. Sur la , le dispositif de stockage d’énergie 200 est représenté en position de chargement sur le véhicule automobile 100. Sur la , le dispositif de stockage d’énergie 200 est représenté en position intermédiaire entre ses positions de chargement et d’utilisation.

Les moyens de fixation 220 sont donc ici configurés pour assister le montage du dispositif de stockage d’énergie 200 sur le toit du véhicule automobile 100.

Ces moyens de fixation 220 sont par exemple adaptés à être fixés sur les barres de toit 110. On notera à ce propos que les barres de toit 110 pourront être mises en place lors de la construction du véhicule automobile 100. D’une manière alternative, les barres de toit 110 pourront être mises en place plus tard, par exemple préalablement à l’installation du dispositif de stockage d’énergie 200.

De manière habituelle, les barres de toit 110 sont utilisées par deux, dans le sens de la longueur du véhicule et de manière symétrique.

De manière avantageuse, les barres de toit 110 comportent chacune une glissière 111 dans laquelle il est possible de faire coulisser le coffre 210.

Comme le montre la , ces deux glissières 111 sont ici formées par des rainures qui s’étendent sur une partie au moins de la longueur de chaque barre de toit, et qui débouchent sur l’extrémité arrière de chacune de ces barres de toit. Ici, ces rainures sont prévues en creux dans les faces en regard des barres de toit. Elles présentent des faces inférieures et supérieures en regard, qui sont planes.

Les moyens de fixation 220 du coffre 210 comportent alors un système mobile 225 prévu pour coulisser dans ces glissières 111.

Ici, ce système mobile 225 comprend une partie de support 221 adaptée à être fixée au coffre 210. Cette partie de support 221 peut typiquement être formée de trois barres métalliques soudées en U et vissées sous le coffre 210.

Le système mobile 225 comporte également une partie de coulissement 222 adaptée à coulisser dans les glissières 111. Cette partie de coulissement 222 peut typiquement être formée de deux barres métalliques 226 solidarisées aux extrémités des branches du U et portant des roulettes 227 engagées dans les glissières 111.

La liaison entre les barres métalliques 226 de cette partie de coulissement 222 et la partie de support 221 forme de préférence une liaison pivot 223 permettant à la partie de coulissement 222 de pivoter par rapport à la partie de support 221 autour d’un axe orthogonal à l’axe de coulissement des glissières.

Sur la , le dispositif de stockage d’énergie 200 est représenté en position de chargement, adossé au véhicule automobile 100. Dans cette position, la partie de support 221 du système mobile 225 est fixée au coffre 210. Les roulettes 227 de la partie de coulissement 222 du système mobile 225 sont engagées dans les glissières 111. Les deux parties de coulissement 222 et de support 221 sont alors inclinées l’une par rapport à l’autre d’un angle supérieur à 45 degrés.

Cette configuration permet d’engager les roulettes 227 dans les glissières 111 du véhicule automobile 100 sans avoir à porter le dispositif de stockage d’énergie 200.

Sur la , un utilisateur porte le dispositif de stockage d’énergie 200 par l’arrière afin de l’installer sur le toit du véhicule. Grâce aux moyens de fixation 220, dans cette position, l’utilisateur ne porte en pratique que la moitié du poids du coffre 210. Ainsi, le montage du coffre peut-il être effectué par une personne seule.

Lorsque le dispositif de stockage d’énergie 200 est en hauteur et que la partie de support 221 s’étend dans le plan de la partie de coulissement 222, les roulettes 227 peuvent alors coulisser dans les glissières 111 facilement jusqu’à la position illustrée sur la . Pour faciliter le coulissement du coffre 210 dans les glissières 111, ces dernières peuvent éventuellement comporter d'autres roulettes 112.

Reste que lorsque le coffre 210 est particulièrement lourd, la moitié de son poids reste une charge difficile à soulever.

Alors, de manière alternative, comme le montre la , il est possible d’équiper le dispositif de stockage d’énergie 200 de moyens pour assister l’utilisateur au montage du dispositif de stockage d’énergie 200 en allégeant la masse ressentie par l’utilisateur et/ou en favorisant le coulissement des roulettes 227 dans les glissières 111.

Typiquement, le système mobile 225 peut comporter un ou plusieurs vérins 224. Ici, deux vérins 224 sont utilisés. Chaque vérin comporte une tige qui coulisse dans un fourreau, l’extrémité libre de la tige et celle du fourreau étant fixés respectivement sur la partie de support 221 et sur la partie de coulissement 222 du système mobile 225, ou inversement.

Les vérins 224 peuvent être des vérins simple effet ; ainsi ils accompagnent le mouvement de montée du dispositif de stockage d’énergie 200, et ralentissent sa descente.

En variante, on pourrait utiliser des vérins électriques de façon à pouvoir, non plus assister mais remplacer l’utilisateur lorsqu’il s’agit de remonter le coffre au-dessus du toit.

Ici, comme le montre encore la , pour faciliter le relevage du dispositif de stockage d’énergie 200, les barres 226 de la partie de coulissement 222 peuvent être raccordées à une partie avant des barres de toit 110, grâce à des ressorts 113. Les ressorts 113, qui s’étendent dans les glissières, permettent alors d’exercer une force de rappel vers l’avant pour faciliter le coulissement des roulettes 227.

Afin d’éviter un déplacement du dispositif de stockage d’énergie 200 non souhaité lorsque le véhicule automobile 100 roule, il est prévu de pouvoir bloquer le dispositif de stockage d’énergie 200 dans sa position d’utilisation. Pour cela, il est prévu un système de verrouillage mécanique configuré pour bloquer le système mobile 225.

Par exemple, il est prévu ici quatre vis de verrouillage disposées à la verticale sur chaque barre de toit 110. Les vis, ainsi disposées et une fois vissées, empêchent le système mobile 225 de coulisser dans les glissières 111.

Pour que le système de verrouillage ne soit pas déverrouillable facilement, il est prévu ici d’utiliser des vis sécurisées. Les vis sécurisées ont un embout ou une empreinte associée à une clé de verrouillage/déverrouillage particulière.

Pour faciliter la fabrication du système de verrouillage, il peut être prévu une vingtaine de systèmes de verrouillage différents, c’est-à-dire de types de vis sécurisées et de clés différentes.

L’espace de stockage d’énergie 212 est prévu pour contenir une source d’énergie quelconque.

A titre d’exemple, si le véhicule automobile 100 est du type électrique, le coffre 210 logera alors au moins une batterie d’accumulateurs électriques. Cette batterie d’accumulateurs électriques peut par exemple être passive et ne pas contenir d’électronique.

Si le véhicule est du type à hydrogène, le coffre 210 logera alors au moins un réservoir pour contenir ce fluide sous phase liquide ou gazeuse.

En variante, le coffre pourrait loger un réservoir et une batterie d’accumulateurs.

Quoiqu’il en soit, il est prévu des moyens pour amener l’énergie issue de cette source vers le groupe motopropulseur du véhicule.

Ici, cette alimentation est réalisée grâce à des moyens de connexion 230 équipant le coffre 210.

Afin de pouvoir enlever le dispositif de stockage d’énergie 200 du véhicule automobile 100, il est prévu de pouvoir débrancher ces moyens de connexion 230, qui sont alors qualifiés de « déconnectables ». Pour cela, il est prévu que les moyens de connexion 230 comportent un connecteur 231 configuré pour être branché sur une trappe de raccordement 121 prévue sur le véhicule automobile 100.

Le branchement étant ici réalisé à l’extérieur du véhicule (de préférence au niveau du toit), le connecteur 231 est étanche afin de garantir la sécurité du véhicule automobile 100 et du dispositif de stockage d’énergie 200.

On pourra prévoir que la trappe de raccordement 121 soit directement intégrée dans les barres de toit 110.

Comme le montre la , le véhicule automobile 100 comporte en outre des moyens de connexion internes 120 permettant de transporter l’énergie de la trappe de raccordement 121 jusqu’à la zone voulue.

Si le véhicule est de type électrique, les moyens de connexion internes comportent des câbles électriques connectés à une prise de courant prévue dans la trappe de raccordement 121. Les moyens de connexion 230 du coffre 210 comportent pour leur part un câble électrique connecté à une fiche électrique (par exemple à quatre broches) qui forme le connecteur 231 et qui est adaptée à s’enficher dans la prise de courant.

Si le véhicule automobile 100 contient une batterie d’accumulateurs électriques interne, les moyens de connexion internes 120 peuvent transmettre l’énergie électrique à la batterie d’accumulateurs électriques interne du véhicule automobile 100. D’une manière alternative, les moyens de connexion internes 120 peuvent transmettre l’énergie électrique directement au moteur.

Dans l’éventualité où le véhicule est du type à hydrogène, les moyens de connexion 230 équipant le coffre 210 peuvent comprendre des tuyaux adaptés à transporter le fluide, et le connecteur étanche 231 peut être un embout adapté à se brancher sur une prise de fluide équipant le véhicule.

Si le véhicule automobile 100 contient un réservoir intérieur, les moyens de connexion internes 120 au véhicule automobile 100 peuvent transmettre le fluide venant de cette prise vers le réservoir intérieur. D’une manière alternative, les moyens de connexion internes 120 peuvent transmettre le fluide directement à une pile à combustible du groupe motopropulseur.

En variante, si le véhicule comportait un moteur à combustion interne et si le coffre renfermait un réservoir de carburant, les moyens de connexion internes 120 pourraient transmettre le carburant directement au moteur à combustion interne ou à un réservoir interne du véhicule.

La trappe de raccordement 121 et les moyens de connexion internes 120 peuvent être inclus dans le véhicule automobile 100 lors de la fabrication. D’une manière alternative, la trappe de raccordement 121 et les moyens de connexion internes 120 peuvent être rajoutés en après-vente sur un véhicule automobile 100 n’en possédant initialement pas.

Une batterie d’accumulateurs électriques doit être à une température comprise entre 5°C et 45°C pour un fonctionnement optimum. Pour éviter que le dispositif de stockage d’énergie 200 soit sensible aux températures extérieures, le coffre 210 peut comporter une paroi protectrice isotherme 211. La paroi protectrice isotherme 211 peut notamment comporter de l’isorel. Elle permet d’isoler thermiquement l’espace de stockage d’énergie 212, par exemple lorsque le véhicule automobile 100 est au soleil. Elle est donc placée de manière à revêtir au moins la face supérieure du coffre.

Dans le cas où le dispositif de stockage d’énergie 200 comprend une batterie d’accumulateurs électriques, la batterie d’accumulateurs électriques pourra être rechargée grâce à une charge lente ou une charge rapide.

Dans le cas de la charge rapide, la batterie d’accumulateurs électriques est susceptible de subir une hausse de température importante. Il est alors préférentiellement prévu un système de refroidissement de l’intérieur du coffre 210.

Le système de refroidissement peut fonctionner par convection. Par exemple, il peut comporter un ventilateur, et ainsi refroidir l’intérieur du coffre 210 en amenant de l’air frais extérieur à l’intérieur du coffre 210.

Le système de refroidissement peut sinon fonctionner par conduction. Par exemple, il peut refroidir les batteries d’accumulateurs avec un circuit d’eau froide comportant des tuyaux et une pompe permettant d’amener de l’eau froide d’un réservoir d’eau froide jusqu’au contact du dispositif de stockage d’énergie 200.

La présente invention n’est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté, mais l’homme du métier saura y apporter toute variante conforme à l’invention.

A titre d’exemple, on pourrait prévoir que le dispositif de stockage d’énergie 200 soit fixé directement sur le toit d’un véhicule automobile 100.

Dans un autre mode de réalisation, le dispositif de stockage d’énergie 200 pourrait n’avoir qu’une seule position, la position d’utilisation.

On pourrait par exemple prévoir que le dispositif de stockage d’énergie 200 soit vissé directement sur des barres de toit 110.

Claims

Dispositif de stockage d’énergie (200) pour véhicule automobile (100), comprenant :
- un châssis qui délimite un espace de stockage d’énergie (212),
- des moyens de fixation (220) du châssis au véhicule automobile (100), et
- des moyens de connexion (230) adaptés à alimenter le véhicule automobile (100) en énergie,
caractérisé en ce que :
- le châssis délimite un coffre (210), et
- les moyens de fixation (220) sont adaptés à se fixer au toit ou à des barres de toit (110) du véhicule automobile (100).
Dispositif de stockage d’énergie (200) selon la revendication 1, dans lequel le coffre (210) loge au moins une batterie d’accumulateurs électriques.
Dispositif de stockage d’énergie (200) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le coffre (210) loge au moins un réservoir de fluide.
Dispositif de stockage d’énergie (200) selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel les moyens de fixation (220) comportent :
- un système mobile adapté à autoriser un déplacement du coffre (210) par rapport au véhicule automobile (100) entre une position d’utilisation et une position de chargement du coffre (210) sur le véhicule automobile (100), et
- un système de verrouillage du coffre (210) en position d’utilisation.
Dispositif de stockage d’énergie (200) selon la revendication 4, dans lequel le système mobile (225) est adapté à coulisser dans une glissière (111) du véhicule automobile (100).
Dispositif de stockage d’énergie (200) selon la revendication 5, dans lequel le système mobile (225) comporte une partie de support (221) du coffre (210), une partie de coulissement (222) dans les glissières (111), et au moins une liaison pivot (223) permettant à la partie de coulissement (222) de pivoter par rapport à la partie de support (221).
Dispositif de stockage d’énergie (200) selon la revendication 6, dans lequel les moyens de fixation (220) supérieurs comportent au moins un vérin (224) adapté à amortir le pivotement entre la partie de support (221) et la partie de coulissement (222).
Dispositif de stockage d’énergie (200) selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel le coffre (210) comporte une paroi protectrice isotherme.
Dispositif de stockage d’énergie (200) selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel il est en outre prévu des moyens de refroidissement configurés pour refroidir l’intérieur du coffre (210).
Véhicule automobile (100) caractérisé en ce qu’il comporte un dispositif de stockage d’énergie conforme à l’une des revendications 1 à 9.