FR3159931A1 - Châssis pour bloc-batterie de traction de véhicule automobile avec section structurelle extrudée - Google Patents

Châssis pour bloc-batterie de traction de véhicule automobile avec section structurelle extrudée

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Mathieu BESSONE
Julien CARRIE
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Qinomic
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Abstract

L’invention concerne un châssis pour bloc-batterie de véhicule automobile comportant un cadre rectangulaire (110) formé de deux longerons (111) et de deux traverses (112) fixés au niveau de leurs extrémités, lesdits longerons et lesdites traverses étant constitués par des profilés métalliques de même section comportant chacun :- une portion supérieure d’étanchéité (PSE) s'étendant verticalement et présentant une face supérieure prévue pour accueillir de manière étanche le pourtour périphérique d’un couvercle supérieur ; et- une portion de connexion (PC) s’étendant en dessous de ladite portion supérieure d’étanchéité en saillant latéralement de part et d’autre de cette dernière suivant des débords latéraux externe et interne sur lesquels sont destinés à être fixés des supports d’attache au soubassement de caisse et des modules de batterie (200, 200’) ;chaque dit profilé comporte également une portion inférieure de garde au sol (PGS) s’étendant verticalement en dessous de ladite portion de connexion. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 6

Description

Châssis pour bloc-batterie de traction de véhicule automobile avec section structurelle extrudée
La présente invention concerne les véhicules automobiles à motricité électrique dotés d’un bloc-batterie de propulsion. Elle vise en particulier un châssis pour un tel bloc-batterie de véhicule automobile.
Les véhicules automobiles à propulsion électrique sont de plus en plus populaires en raison de leur impact environnemental réduit, de leur coût d'exploitation souvent inférieur, et des avancées constantes dans la technologie des batteries, améliorant l'autonomie et la performance des véhicules électriques.
Les campagnes de sensibilisation du public sur les avantages environnementaux et économiques de cette technologie ainsi que les restrictions de circulation mises en œuvre dans de nombreuses agglomérations encouragent également les propriétaires de véhicules automobiles dotés de moteurs à combustion interne à les convertir en véhicules à propulsion électrique en y intégrant une chaîne de traction électrique et une batterie en remplacement du moteur thermique et du réservoir de carburant.
Une telle conversion désignée couramment sous l’appellation de « Rétrofit automobile » permet ainsi aux propriétaires de véhicules plus anciens de pouvoir continuer à les utiliser dans des zones réglementées dites à faibles émission (ZFE) tout en bénéficiant des avantages de la propulsion électrique, tels que la réduction des émissions, la diminution des coûts de carburant, et souvent une maintenance plus simple.
La batterie de propulsion d’un véhicule automobile à motricité électrique comporte classiquement plusieurs modules de batterie comprenant chacun une pluralité de cellules électrochimiques aptes à générer du courant par réaction chimique (ces cellules pouvant par exemple être de type Li-ion, de type Ni-Mh, ou bien Ni-Cd).
Ces modules de batterie sont montés sur un châssis métallique pour former un bloc-batterie plus communément désigné par l’expression anglaise « battery pack » et comprenant également un couvercle supérieur et un plancher inférieur rapportés fixement sur ce châssis et recouvrant respectivement par le dessus et par le dessous ces modules de batterie, des prises de raccordement électrique et des dispositifs de refroidissement à circulation fluidique, ainsi que des moyens électriques ou électroniques pour la gestion d’énergie électrique de ces modules.
Un tel bloc-batterie est couramment implanté fixement sous le soubassement de caisse du véhicule afin de ne pas impacter l’habitabilité de ce véhicule tout en assurant une autonomie suffisante. Une telle implantation s’avère par ailleurs souvent obligatoire concernant les véhicules convertis à la propulsion électrique dits « rétrofités » pour lesquels les modifications structurelles doivent être limitées à la fois pour des raisons de coût et d’homologation.
Pour être homologués en Europe, ces blocs-batterie doivent ainsi être conformes à la réglementation ECE R100 exigeant qu’ils satisfassent à une série de tests mécaniques, électriques et environnementaux.
Devant être capable de résister à des efforts mécaniques très importants simulant des collisions frontales, arrières ou latérales (respect notamment de critères d’enfoncement longitudinaux et transversaux) afin d’éviter tout risque de court-circuit ou de fuite d’électrolyte, les châssis de ces blocs-batterie sont couramment constitués par plusieurs pièces de tôles embouties de géométrie différente, obtenues chacune à partir de matrices dédiées, et assemblées les unes aux autres.
Développés spécifiquement pour le modèle de véhicule sur lequel ils doivent être implantés, ces châssis sont ainsi relativement couteux en termes de conception et de fabrication, ce qui s’avère particulièrement problématique pour les acteurs de la filière du « rétrofit » électrique dont l’objectif est de proposer des kits de conversion électrique à des prix incitatifs.
On connaît également du document EP 3 379 598 B1, un châssis métallique pour un tel bloc-batterie comportant un cadre rectangulaire formé de deux longerons longitudinaux et de deux traverses transversales fixés les uns aux autres par soudage au niveau de leurs extrémités.
Les longerons et les traverses formant ce cadre sont constitués par des profilés métalliques de même section, formés dans un alliage d’aluminium par un processus d’extrusion thermomécanique, et comportant chacun :
- une portion supérieure d’étanchéité s'étendant verticalement et présentant une face supérieure prévue pour accueillir de manière étanche le pourtour périphérique du couvercle supérieur du bloc-batterie ;et
- une portion de connexion s’étendant en dessous de la portion supérieure d’étanchéité en saillant latéralement de part et d’autre de cette dernière, respectivement d’un débord latéral externe et d’un débord latéral interne sur lesquels sont respectivement destinés à être fixés par boulonnage les supports d’attache de ce bloc-batterie au soubassement de caisse du véhicule et une première extrémité des modules de batterie.
Formant la périphérie extérieure du châssis, la portion de connexion des profilés constituant le cadre subit une très forte sollicitation en compression pendant le processus de collision. Cette portion de connexion est donc configurée pour absorber en se déformant une grande partie de l’énergie générée lors d’une telle collision, de sorte à protéger efficacement les modules de batterie fixés en évitant leur écrasement qui pourrait provoquer la détérioration de certaines de leurs cellules et engendrer un risque d’électrocution ou de brûlures chimiques pour les passagers.
Ce châssis métallique comprend également un élément de renfort longitudinal, s’étendant longitudinalement entre les deux traverses du cadre auxquelles ses extrémités sont soudées, et sur lequel est destinée à être fixée par boulonnage la seconde extrémité des modules de batterie.
Le châssis comprend en outre une pluralité d’éléments de renfort transversaux s’étendant transversalement en s’entrecroisant avec l’élément de renfort longitudinal entre les deux longerons du cadre auxquels leurs extrémités sont soudées, de sorte à délimiter des logements d’accueil pour ces modules de batterie.
Le coût de développement et de fabrication d’un tel châssis s’avère nettement inférieur à celui d’un châssis classique, ce qui le rend particulièrement adapté au « rétrofit » électrique. De par sa conception, ses dimensions et son compartimentage peuvent en outre être facilement ajustés de sorte à permettre l’implantation dudit châssis sur une grande variété de soubassements de véhicules automobiles et/ou d’accueillir une gamme étendue de modules de batterie issus de fournisseurs différents.
Ce type de châssis n’assure toutefois pas une protection efficace de certains éléments sensibles du bloc-batterie (tels que notamment les modules de batterie) en cas par exemple de soulèvement du véhicule avec un cric rouleur prenant appui sur le cadre du châssis ou bien encore lors des franchissements ou des descentes de trottoirs par le véhicule.
La présente invention vise donc à améliorer la situation.
Elle propose à cet effet un châssis pour bloc-batterie de véhicule automobile comportant un cadre rectangulaire formé de deux longerons longitudinaux et de deux traverses transversales fixés les uns aux autres au niveau de leurs extrémités, lesdits longerons et lesdites traverses étant constitués par des profilés métalliques de même section comportant chacun :
- une portion supérieure d’étanchéité s'étendant verticalement et présentant une face supérieure prévue pour accueillir de manière étanche le pourtour périphérique d’un couvercle supérieur dudit bloc-batterie ; et
- une portion de connexion s’étendant en dessous de ladite portion supérieure d’étanchéité en saillant latéralement de part et d’autre de cette dernière, respectivement d’un débord latéral externe et d’un débord latéral interne sur lesquels sont respectivement destinés à être fixés des supports d’attache au soubassement de caisse dudit véhicule et des modules de batterie.
Selon l’invention, chaque dit profilé comporte également une portion inférieure de garde au sol s’étendant verticalement en dessous de ladite portion de connexion.
La présence d’une telle portion inférieure de garde au sol permet de protéger le bloc-batterie (en particulier les modules de batterie et certains autres éléments sensibles tels que des canalisations de circulation fluidique des dispositifs de refroidissement et les faisceaux d’alimentation électrique) en cas par exemple de soulèvement du véhicule avec un cric rouleur prenant appui sur le cadre du châssis ou bien encore lors des franchissements ou des descentes de trottoirs par le véhicule.
De manière à équilibrer la section dans le processus d’extrusion thermomécanique permettant de fabriquer les profilés, ladite portion inférieure de garde au sol s’étend de préférence à l’aplomb de ladite portion supérieure d’étanchéité et sur une largeur égale à celle de cette portion supérieure d’étanchéité.
Afin d’assurer une parfaite étanchéité au niveau des jonctions entres les portions inférieures de garde au sol des longerons et des traverses, ladite portion inférieure de garde au sol de chaque extrémité d’un dit longeron est assemblée avantageusement suivant un plan de soudage vertical avec la portion inférieure de garde au sol de l’extrémité correspondante d’une dite traverse.
De sorte à assurer une protection optimale des éléments sensibles du bloc-batterie, ladite portion inférieure de garde au sol s’étend préférentiellement sur une hauteur supérieure ou égale à 10 millimètres.
De manière à équilibrer la section dans le processus d’extrusion thermomécanique permettant de fabriquer les profilés, ladite portion inférieure de garde au sol s’étend avantageusement à l’aplomb de ladite portion supérieure d’étanchéité et sur une largeur égale à celle de cette portion supérieure d’étanchéité.
Pour des raisons de facilité de construction, ladite portion inférieure de garde au sol comprend une enveloppe extérieure de section rectangulaire formant son profil extérieur et définissant une cavité intérieure.
Afin d’améliorer sa résistance mécanique, ladite portion inférieure de garde au sol peut comprendre au moins une nervure plate de renfort s’étendant entre deux pans opposés de son enveloppe extérieure de sorte à diviser sa cavité intérieure en une pluralité de sous-cavités.
Pour assurer un meilleur équilibre de la section lors du processus de réalisation des profilés de sorte à limiter les déformations lors de leur refroidissement, mais également de limiter le nombre d’outillages nécessaires au maintien de ces profilés durant les phases d’usinage de leurs extrémités, lesdits débords latéraux externe et interne de ladite portion de connexion sont de préférence symétriquement identiques vis-à-vis du plan vertical médian de ladite portion supérieure d’étanchéité.
Afin notamment de rediriger, en cas de collision suivant une direction longitudinale ou transversale, une partie des efforts de flexion longitudinaux ou transversaux subis par les profilés formant le cadre vers la partie basse de ce cadre, ladite portion de connexion comprend avantageusement une enveloppe extérieure formant son profil extérieur et définissant une cavité intérieure, ladite enveloppe extérieure présentant en section une forme de rectangle biseauté dont les deux sommets latéraux inférieurs sont constitués par deux pans inclinés formant avec l’horizontale un angle d’inclinaison.
Pour un résultat optimum, cet angle d’inclinaison θ est par exemple compris entre 15 et 30°.
De sorte à réaliser la fermeture étanche des portions supérieures d’étanchéité des traverses, la portion supérieure d’étanchéité de chaque extrémité d’un dit longeron est assemblée préférentiellement suivant un plan de soudage longitudinal vertical avec la portion supérieure d’étanchéité de l’extrémité correspondante d’une dite traverse.
Afin de privilégier la transmission des efforts des longerons vers les traverses ou vice-versa en cas de choc selon une direction transversale ou longitudinale, au moins une partie de la portion de connexion de chaque extrémité d’un dit longeron est avantageusement assemblée suivant un plan de soudage vertical avec une partie respective de la portion de connexion de l’extrémité correspondante d’une dite traverse.
De manière à améliorer la résistance mécanique du châssis en cas de choc mais également pour faciliter la fixation des modules de batterie à ce châssis, ce dernier peut comporter également au moins un élément de renfort métallique s’étendant longitudinalement ou transversalement à l’intérieur du cadre entre les deux dits longerons ou entre les deux dites nervures de ce cadre auxquels ses deux extrémités sont fixées par soudage.
Afin de réduire le coût de développement et de fabrication du châssis, chaque dit élément de renfort est avantageusement constitué dans un profilé métallique de section identique à celle desdits longerons et desdites traverses.
L’invention vise également sous un deuxième aspect un bloc-batterie prévu pour être implanté fixement contre le soubassement de caisse d’un véhicule automobile et comportant un tel châssis et plusieurs modules de batterie montés sur ce châssis.
L’invention vise enfin sous un troisième aspect un véhicule automobile comportant un tel bloc-batterie.
L’exposé de l’invention sera maintenant poursuivi par la description détaillée de plusieurs exemples de réalisation, donnée ci-après à titre illustratif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
-FIG. 1représente une vue éclatée en perspective d’un bloc-batterie pour véhicule automobile comportant un châssis selon l’invention ;
-FIG. 2est une vue en perspective en configuration montée du bloc-batterie de laFIG. 1, sur laquelle certains éléments dont la couverture supérieure ont été omis afin de faciliter la lecture ;
-FIG. 3représente une vue en perspective du châssis selon l’invention du bloc-batterie des figures 1 et 2 ;
-FIG. 4est une vue éclatée en perspective du châssis de laFIG. 3;
-FIG. 5représente une vue de la section des éléments profilés constituant le châssis de laFIG. 3;
-FIG. 6est une vue en coupe de la portion d’extrémité avant du bloc-batterie des figures 1 et 2, prise selon un plan longitudinal vertical ;
-FIG. 7,FIG. 8etFIG. 9représentent des vues du profil en section des éléments profilés constituant un châssis selon plusieurs variantes de réalisation de l’invention ; et
-FIG. 10est une vue en perspective en configuration montée d’un bloc-batterie doté du châssis selon l’invention mais comportant des modules de batterie différents du bloc-batterie des figures 1 et 2, vue sur laquelle certains éléments dont la couverture supérieure ont été omis afin de faciliter la lecture.
Les figures 1 et 2 représentent un bloc-batterie 1 destiné à être implanté sous le soubassement de caisse d’un véhicule automobile non représenté, notamment dans le cadre de l’installation d’un kit d’électrification de ce véhicule.
On définit par rapport à ce bloc-batterie 1 un repère orthogonal XYZ comprenant trois axes perpendiculaires deux à deux, à savoir :
- un axe X, définissant une direction longitudinale, horizontale, parallèle au sol et confondu avec la direction générale de déplacement du véhicule
- un axe Y, définissant une direction transversale, horizontale, également parallèle au sol et qui avec l'axe X définit un plan XY horizontal, et
- un axe Z, définissant une direction verticale, perpendiculaire au sol ainsi qu’au plan XY horizontal.
Dans la suite de la description et en référence au repère défini ci-dessus, les termes « longitudinal » ou « longitudinalement » feront référence à une direction parallèle à l’axe X, les termes « transversal » ou « transversalement » feront référence à une direction parallèle à l’axe Y, et les termes « vertical » ou « verticalement » feront référence à une direction parallèle à l’axe Z.
D’autre part et par convention, les termes « inférieur », « supérieur », « avant » et « arrière » s’entendront par rapport à l’orientation générale du bloc-batterie 1 dans sa configuration montée sur un véhicule. Les termes « inférieur » et « bas » indiqueront une proximité avec le sol plus importante selon la direction verticale que les termes « supérieur » ou « haut ». Le terme « avant » indiquera un positionnement orienté vers le devant d’un véhicule selon la direction horizontale et le terme « arrière » indiquera un positionnement orienté vers l’arrière d’un véhicule selon la même direction horizontale.
En référence aux figures 1 et 2, le bloc-batterie 1 comporte :
- un châssis 100 selon l’invention définissant un volume interne Vi et que l’on décrira plus en détails par la suite ;
- plusieurs modules de batterie 200 montés fixement sur ce châssis 100 ;
- plusieurs dispositifs de refroidissement 300 rapportés chacun fixement contre la face inférieure d’un module de batterie correspondant 200 ;
- un boîtier d’électronique de puissance 400 ;
- un pontet support 500 portant ce boîtier électronique de puissance 400 ;
- plusieurs systèmes électroniques de contrôle 600 des modules de batterie 200 ;
- plusieurs tresses rigides de raccordement électrique 700 assurant le raccordement électrique à haute tension entre les modules de batterie 200 et le boîtier d’électronique de puissance 400 ;
- un couvercle supérieur 800 recouvrant les modules de batterie 200, le boîtier d’électronique de puissance 400 ainsi que les systèmes électroniques de contrôle 600 ;
- plusieurs brides d’étanchéité 900 extérieures ;
- au moins une prise de branchement électrique 1000 ;
- plusieurs supports d’attache 1100 permettant de fixer rigidement le bloc-batterie 1 contre le soubassement de caisse du véhicule ; et
- deux demi-planchers inférieurs 1200 s’étendant en dessous des modules de batterie 200.
Logés dans le volume interne Vi du châssis 100, les modules de batterie 200 comportent chacun une pluralité de cellules électrochimiques aptes à générer du courant par réaction chimique.
Chaque dispositif de refroidissement 300 comprend une plaque froide 310 recouvrant un serpentin (non visible) dans lequel circule un liquide de refroidissement destiné à absorber et dissiper la chaleur générée pendant le fonctionnement du bloc-batterie 1.
Le boîtier d’électronique de puissance 400 intègre des composants électroniques, tels que des onduleurs, pour convertir l'énergie électrique stockée dans les modules de batterie 200 en une forme utilisable par la chaîne de traction électrique du véhicule.
Tel qu’illustré par laFIG. 1, le pontet support 500 comporte deux jambages latéraux 510 fixés par boulonnage aux parties latérales internes du châssis 100 ainsi qu’un tablier 520 surplombant les modules de batterie 200 et sur lequel est fixé le boîtier de puissance 400 de sorte à le maintenir à l’écart de ces modules de batterie 200.
Désignés couramment sous l’acronyme anglais BMS pour « Battery Management System », les systèmes électroniques de contrôle 600 assurent l’équilibrage des charges de toutes les cellules d’un même bloc-batterie 200 afin d’empêcher les sous-tensions ou les surtensions.
Le couvercle supérieur 800 présente plusieurs orifices 810 traversés par les conduites d’entrée 320 et de sortie 330 des serpentins des dispositifs de refroidissement 300. Rapportées fixement contre la face extérieure de ce couvercle 800 au niveau des orifices 810, les brides d’étanchéité 900 extérieures permettent d’assurer la liaison étanche entre ces conduites d’entrée 320 et de sortie 330 et des tuyaux souples non représentés de raccordement au circuit fluidique de refroidissement du véhicule.
Destinées à assurer le raccordement électrique entre le bloc-batterie et la chaîne de traction électrique du véhicule, la ou les prises de branchement électrique 1000 sont rapportées fixement contre une paroi extérieure d’extrémité longitudinale du châssis110 comme on le verra plus en détails par la suite.
S’étendant depuis le pourtour périphérique extérieur du châssis 100, les supports d’attache 1100 sont quant à eux destinés à assurer la fixation du bloc-batterie 1 contre le soubassement de caisse du véhicule 100.
Enfin, les deux-demi-planchers 1200 constitués à partir de feuilles de tôle découpées sont rapportés fixement de manière étanche contre le châssis 100, chacun en dessous d’un module de batterie 200 correspondant de sorte à le protéger.
On va maintenant décrire en détail le châssis selon l’invention 100 en référence aux figures 3 à 5.
Le châssis 100 comporte un cadre métallique rectangulaire 110 formé de deux longerons longitudinaux 111 et de deux traverses transversales 112 fixés les uns aux autres par soudage au niveau de leurs extrémités.
Comme on peut le remarquer en particulier sur les figures 3 et 4, les longerons 111 et les traverses 112 formant ce cadre 110 sont constitués par des profilés métalliques présentant en section un profil P identique (voirFIG. 5) et obtenus par un processus d’extrusion mécanique à partir d’une même filière.
En référence à cetteFIG. 5, chaque profilé 111, 112 comporte une portion supérieure d’étanchéité PSE orientée verticalement et présentant une face supérieure FPSEprévue pour recevoir de manière étanche le pourtour périphérique du couvercle de couverture supérieur 800 du bloc-batterie 1 (l’étanchéité étant obtenue par l’intermédiaire d’un joint ou d’un cordon de jointure non représenté et interposé entre cette face supérieure FPSEet ce couvercle 800).
La portion supérieure d’étanchéité PSE comprend une enveloppe extérieure de section rectangulaire EPSEformant son profil extérieur et définissant une cavité intérieure.
Cette portion supérieure d’étanchéité PSE comprend également de manière avantageuse au moins une nervure plate de renfort s’étendant entre deux pans opposés de cette enveloppe extérieure EPSEde sorte à diviser cette cavité intérieure en une pluralité de sous-cavités.
La présence de telles nervures de renfort permet d’améliorer la résistance mécanique de cette portion supérieure d’étanchéité PSE en cas de collision suivant une direction longitudinale ou transversale, de sorte à limiter sa courbure en flexion (ces nervures de renfort absorbant une partie de l’énergie du choc).
Une telle structure permet ainsi de limiter la masse de la portion supérieure d’étanchéité PSE tout en lui permettant de présenter une excellente résistance mécanique.
En l’espèce, la portion supérieure d’étanchéité PSE comprend une unique nervure plate de renfort horizontale NHPSEs’étendant au niveau de son plan horizontal médian entre les deux pans latéraux verticaux de l’enveloppe extérieure EPSE, de sorte à diviser sa cavité intérieure en deux sous-cavités superposées de dimensions identiques.
Selon des variantes de réalisation non représentées, le nombre et/ou l’agencement des nervures plates de renfort peuvent varier.
La portion supérieure d’étanchéité PSE pourrait ainsi comprendre par exemple au moins une nervure plate de renfort s’étendant verticalement entre les deux pans supérieur et inférieur de l’enveloppe extérieure EPSE.
Cette portion supérieure d’étanchéité PSE pourrait également comprendre au moins une nervure plate de renfort s’étendant en biais (c’est-à-dire ni verticalement ni horizontalement) entre les deux pans latéraux verticaux ou entre les pans supérieur et inférieur de l’enveloppe extérieure EPSE.
On notera que la largeur lPSEde la portion supérieure d’étanchéité PSE (et donc de cette face supérieure FPSE) sera de préférence supérieure ou égale à 20 millimètres afin d’obtenir une surface de jointage suffisante pour garantir une parfaite étanchéité.
On notera également que la hauteur hPSEde cette portion supérieure d’étanchéité PSE sera de préférence supérieure ou égale à 65 millimètres de sorte à permettre l’implantation d’une ou plusieurs prises de branchement électrique 1000 contre sa face externe tel qu’illustré par laFIG. 6.
De nouveau en référence à laFIG. 5, chaque profilé 111, 112 comporte également une portion de connexion PC orientée horizontalement et s’étendant en dessous de la portion supérieure d’étanchéité PSE en saillant latéralement de part et d’autre de cette dernière, respectivement d’un débord latéral externe DEPCet d’un débord latéral interne DIPCde préférence symétriquement identiques vis-à-vis du plan vertical médian de la portion supérieure d’étanchéité PSE.
Cette portion de connexion PC est destinée, d’une part à absorber la majeure partie de l’énergie générée en cas de collision selon une direction longitudinale ou transversale, et d’autre part à permettre la fixation des modules de batterie 200 et des supports d’attache 1100 sur le cadre 110 ainsi que celle des traverses 112 de ce cadre 110 directement sur des éléments structurels du soubassement de caisse du véhicule.
La portion de connexion PC comprend une enveloppe extérieure EPCformant son profil extérieur et définissant une cavité intérieure. Cette enveloppe extérieure EPC présente en section une forme de rectangle biseauté dont les deux sommets latéraux inférieurs sont constitués par deux pans inclinés PPCformant avec l’horizontale un angle d’inclinaison θ compris avantageusement entre 15 et 30°. La présence de tels plans inclinés PPC permet notamment de rediriger, en cas de collision suivant une direction longitudinale ou transversale, une partie des efforts de flexion longitudinaux ou transversaux subis par les profilés 111, 112 formant le cadre 110 vers la partie basse de ce cadre 110.
Tout comme la portion supérieure d’étanchéité PSE, cette portion de connexion PC comprend également de manière avantageuse au moins une nervure plate de renfort s’étendant entre deux pans opposés de cette enveloppe extérieure PPCde sorte à diviser sa cavité intérieure en une pluralité de sous-cavités.
La présence de telles nervures de renfort permet d’améliorer la résistance mécanique de cette portion de connexion PC en cas de collision suivant une direction longitudinale ou transversale, de sorte à limiter sa courbure en flexion (ces nervures de renfort absorbant alors une partie de l’énergie du choc).
Une telle structure permet ainsi de limiter la masse de la portion de connexion PC tout en lui permettant de présenter une excellente résistance mécanique.
En l’espèce et tel qu’illustré par laFIG. 5, la portion de connexion PC comprend une nervure plate de renfort horizontale NHPCs’étendant au niveau de son plan horizontal médian entre les deux pans latéraux verticaux de l’enveloppe extérieure EPC, ainsi que deux autres nervures plates de renfort verticales respectivement interne NVIPCet externe NVEPCs’étendant verticalement entre les pans supérieur et inférieur (avantageusement au niveau des intersections entre le pan inférieur et les deux pans inclinés PPC) et latéralement de part et d’autre de la portion supérieure d’étanchéité PSE, de sorte à diviser sa cavité intérieure en six sous-cavités.
Comme on peut le remarquer notamment sur les figures 3 et 4, les débords externes DEPC des longerons 111 sont pourvus de perçages traversés par des plots creux d’attache 120 soudés sur le pourtour de ces perçages et destinés à assurer la fixation par boulonnage des supports d’attache 1100 sur le cadre 110.
Toujours en référence à ces figures 3 et 4, les débords externes DEPC des traverses 112 sont également pourvus de perçages traversés par des plots creux d’attache 120 soudés sur le pourtour de ces perçages et destinés à assurer la fixation par boulonnage de ces traverses 112 sur des éléments structurels du soubassement de caisse du véhicule.
Afin de permettre d’assurer la fixation de ces supports d’attaches 1100 et de ces éléments structurels du soubassement de caisse sur ces traverses 112 tout en garantissant les jeux de montage avec ces derniers, le débord externe DEPC des profilés 111, 112 s’étend préférentiellement sur une largeur lD Ed’au moins 50 millimètres (voirFIG. 5).
Par ailleurs, ce débord externe DEPC étant le premier impacté en cas de collision, on comprend que plus sa largeur sera importante, plus celui-ci pourra absorber une portion importante de l’énergie de ce choc. Afin d’obtenir un compromis optimal entre le volume occupé par le cadre 110 et l’absorption d’énergie, cette largeur lD Esera ainsi avantageusement comprise entre 55 et 65 millimètres.
Comme on peut le remarquer notamment sur les figures 3, 4 et 6, les débords internes DIPC des traverses 112 sont pourvus de perçages sur lesquels sont sertis des écrous 130 permettant d’assurer la fixation par boulonnage sur le châssis 100 d’une première extrémité longitudinale des modules de batterie 200 à l’aide de vis V.
Afin de permettre d’assurer la fixation de ces modules de batterie 200 sur le cadre 110 tout en garantissant les jeux de montage avec ces derniers, le débord interne DIPC des profilés 111, 112 s’étend préférentiellement sur une largeur lD Id’au moins 30 millimètres (voirFIG. 5).
On notera également que la hauteur hPC de la portion de connexion PC sera de préférence supérieure ou égale à 30 millimètres de sorte à permettre d’assurer une protection efficace des dispositifs de refroidissement 300 s’étendant sous les modules de batterie 200.
Selon l’invention, chaque profilé 111, 112 comporte enfin une portion inférieure de garde au sol PGS s’étendant verticalement en dessous de la portion de connexion PC.
Cette portion inférieure de garde au sol PGS comprend une enveloppe extérieure de section rectangulaire EPGSformant son profil extérieur et définissant une cavité intérieure. Elle est en l’espèce dépourvue de nervure de renfort.
La présence d’une telle portion inférieure de garde au sol PGS permet de protéger le bloc-batterie 1 (en particulier les modules de batterie 200 et certains autres éléments sensibles tels que les serpentions des dispositifs de refroidissement 300 et les faisceaux d’alimentation électrique) en cas par exemple de soulèvement du véhicule avec un cric rouleur prenant appui sur le cadre 110 du châssis 100 ou bien encore lors des franchissements ou des descentes de trottoirs par le véhicule.
Afin d’assurer une protection optimale, la hauteur hPGSde cette portion inférieure de garde au sol PGS sera de préférence supérieure ou égale à 10 millimètres et avantageusement comprise entre 10 et 20 millimètres.
Par ailleurs et de manière à équilibrer la section dans le processus d’extrusion thermomécanique permettant de fabriquer les profilés 111, 112, cette portion inférieure de garde au sol PGS s’étend préférentiellement à l’aplomb de la portion supérieure d’étanchéité PSE et sur une largeur lPGSégale à celle lPSEde cette portion supérieure d’étanchéité PSE.
Tel qu’illustré par les figures 3 et 4, les extrémités 111A, 112A des longerons 111 et des traverses 112 sont usinées pour s’imbriquer les unes aux autres par complémentarité de forme de sorte à permettre leur soudage.
Plus précisément, le pan latéral interne de la portion supérieure d’étanchéité PSE de chaque extrémité usinée 111A d’un longeron 111 est assemblé suivant un plan de soudage longitudinal vertical avec la tranche de la portion supérieure d’étanchéité PSE de l’extrémité usinée correspondante 112A d’une traverse 112, de sorte à réaliser la fermeture étanche de la cavité intérieure de ces portions supérieures d’étanchéité PSE des traverses 112 sur lesquelles viennent se rapporter la ou les prises de branchement électrique 1000 du bloc-batterie 1 (une telle isolation fluidique des portions supérieures d’étanchéité PSE des traverses 112 vis-à-vis de celles des longerons 111 permettant d’éviter tout risque de court-circuit).
La tranche du tronçon interne TIPC de la portion de connexion PC de chaque extrémité usinée 111A d’un longeron 111 (c.à.d. le tronçon s’étendant en débord du côté interne à partir de la nervure de renfort verticale interne NVIP C) est quant à elle assemblée suivant un plan de soudage vertical en biais à 45° vis-à-vis des directions longitudinales et transversales avec la tranche du tronçon interne TIPC de la portion de connexion PC de l’extrémité usinée correspondante 112A d’une traverse 112.
Un tel assemblage des tronçons internes TIPCrespectifs des extrémités usinées 111A, 112A des longerons 111 et des traverses 112 permet d’assurer à la fois une transmission partielle des efforts longitudinaux subis par les traverses 112 vers les longerons 111 en cas de choc longitudinal, et également une transmission partielle des efforts transversaux subis par les longerons 111 vers les traverses 112 en cas de choc selon une direction transversale.
Les tranches coplanaires des tronçons central TCPC et externe TEPCde la portion de connexion PC de chaque extrémité usinée 111A d’un longeron 111 (c.à.d. les tronçons s’étendant respectivement entre les deux nervures de renfort verticales interne NVIP Cet externe NVEP C, et en débord du côté externe à partir de la nervure de renfort verticale externe NVEP C) sont quant à elles assemblées suivant un plan de soudage transversal vertical avec la nervure de renfort verticale interne NVIP Cformant la limite interne des tronçons central TCPC et externe TEPCde la portion de connexion PC de l’extrémité usinée correspondante 112A d’une traverse 112.
Un tel assemblage des tronçons centraux TCPC et externes TEPCrespectifs de la portion de connexion PC des extrémités usinées 111A, 112A des longerons 111 et des traverses 112 permet comme illustré par cetteFIG. 4, d’implanter des plots creux d’attache 120 sur les débords externes DEPC des traverses 112 au plus près des zones de coin du cadre 110 mais également de privilégier la transmission des efforts longitudinaux subis par les traverses 112 vers les longerons 111 en cas de choc selon une direction longitudinale.
Selon des variantes de réalisation non représentées, les tranches coplanaires des tronçons central TCPCet externe TEPCde la portion de connexion PC de chaque extrémité usinée 111A d’une traverse 112 peuvent être assemblées suivant un plan de soudage longitudinal vertical avec la nervure de renfort verticale interne NVIP Cformant la limite interne des tronçons central TCPCet externe TEPCde la portion de connexion PC de l’extrémité usinée correspondante 111A d’un longeron 111.
Un tel assemblage des tronçons centraux TCPCet externes TEPCrespectifs de la portion de connexion PC des extrémités usinées 111A, 112A des longerons 111 et des traverses 112 permet d’implanter des plots creux d’attache 120 sur les débords externes DEPCdes longerons 111 au plus près des zones de coin du cadre 110 mais également de privilégier la transmission des efforts transversaux subis par les longerons 111 vers les traverses 112 en cas de choc selon une direction transversale.
De manière générale et afin de privilégier la transmission des efforts des longerons vers les traverses 112 ou vice-versa en cas de choc selon une direction transversale ou longitudinale, au moins une partie de la portion de connexion PC de chaque extrémité 111A d’un longeron 111 sera avantageusement assemblée suivant un plan de soudage vertical avec une partie respective de la portion de connexion PC de l’extrémité correspondante 112A d’une traverse 112.
Enfin, la tranche de la portion inférieure de garde au sol PGS de chaque extrémité usinée 111A d’un longeron 111 est assemblée suivant un plan de soudage transversal vertical avec le pan latéral interne de la portion inférieure de garde au sol PGS de l’extrémité usinée correspondante 112A d’une traverse 112, de sorte à réaliser la fermeture étanche de la cavité intérieure de ces portions inférieures de garde au sol PGS des longerons 111.
En référence de nouveau à laFIG. 3, le châssis 100 comprend également de préférence au moins un élément de renfort métallique 140 s’étendant longitudinalement ou transversalement à l’intérieur du cadre 110 entre les deux longerons 111 ou entre les deux nervures 112 de ce cadre auxquels ses deux extrémités sont fixées par soudage.
Ce ou ces renforts métalliques 140 sont avantageusement constitués par des profilés métalliques présentant en section un même profil P que celui des longerons 111 et des traverses 112 du cadre 110, de sorte à réduire le coût de développement et de fabrication du châssis 100 (utilisation d’une seule et unique filière d’extrusion pour la fabrication de l’ensemble des profilés 111, 112 et 140 de ce châssis 100).
En l’espèce et comme on peut le remarquer sur les figures 3 et 4, le châssis 100 comprend un unique renfort 140 s’étendant transversalement entre les deux zones centrales des longerons 111 du cadre 110.
Les débords interne DIPC et externe DEPCde ce renfort transversal 140 sont pourvus de perçages sur lesquels sont sertis des écrous 130 permettant d’assurer la fixation par boulonnage sur le châssis 100 de la seconde extrémité longitudinale des modules de batterie 200.
On remarquera en outre que ces débords interne DIPC et externe DEPCdu renfort transversal 140 sont pourvus d’échancrures oblongues de passage 141 traversées par les conduites d’entrée 320 et de sortie 330 des serpentins des dispositifs de refroidissement 300.
On notera à cette occasion que le fait que ces débords interne DIPC et externe DEPCsoient symétriquement identiques permet d’équilibrer la section lors du processus de réalisation par extrusion des profilés 111, 112 et 140 de sorte à limiter les déformations lors de leur refroidissement, mais également de limiter le nombre d’outillages nécessaires au maintien de ces profilés durant les phases d’usinage de leurs extrémités.
On notera également que les quatre côtés de la bordure périphérique de la face supérieure de chaque demi-plancher rectangulaire 1200 sont respectivement rapportés fixement et de manière étanche par soudage contre la face inférieure du débord interne d’une traverse 112 correspondante, contre les faces inférieures des débords internes DIPCdes moitiés correspondantes des longerons 111 et contre la face inférieure du débord interne DIPCou externe DEPCdu renfort transversal 140, de sorte à isoler fluidiquement les modules de batterie 200 vis-à-vis des projections d’eau.
Tel qu’illustré par laFIG. 4, les extrémités 140A du renfort transversal 140 sont usinées pour s’imbriquer par complémentarité de forme sur les zones centrales des deux longerons 111 du cadre 110, de sorte à permettre leur soudage.
En variante, le nombre et/ou l’agencement des nervures plates de renfort à l’intérieur des profilés 111, 112 et 140 peuvent varier.
LaFIG. 7illustre un profil en section P’ d’un profilé semblable à celui de laFIG. 5à l’exception de sa portion de connexion PC’ qui est dépourvue de nervure plate de renfort horizontale telle que NHPCet comprend seulement les deux nervures plates de renfort verticales respectivement interne NVIPCet externe NVEPCs’étendant verticalement entre les pans supérieur et inférieur (avantageusement au niveau des intersections entre le pan inférieur et les deux pans inclinés PPC) et latéralement de part et d’autre de la portion supérieure d’étanchéité PSE, de sorte à diviser sa cavité intérieure en trois sous-cavités.
LaFIG. 8illustre un profil en section P’’ d’un profilé semblable à celui de laFIG. 5à l’exception de sa portion de connexion PC’’ qui est dépourvue de nervure plate de renfort horizontale telle que NHPCet comprend une première nervure plate de renfort verticale centrale NVCPCs’étendant au niveau de son plan vertical médian entre les pans supérieur et inférieur, ainsi que deux autres nervures plates de renfort interne NVIPCet externe NVEPCs’étendant verticalement et symétriquement l’une de l’autre vis-à-vis de ce plan vertical médian chacune entre le pan supérieur et un pan incliné PPCcorrespondant, de sorte à diviser sa cavité intérieure en quatre sous-cavités.
Selon d’autres variantes de réalisation non représentées, la portion de connexion PC pourrait comprendre par exemple au moins une nervure plate de renfort s’étendant en biais (c.-à-d. ni verticalement ni horizontalement) entre les deux pans latéraux verticaux, entre les pans supérieur et inférieur, ou encore entre le pan supérieur et l’un des pans inclinés PPCde l’enveloppe extérieure EPC.
On notera également que les profilés 111, 112 et 140 pourraient également présenter en section une enveloppe extérieure de forme différente.
Selon encore d’autres variantes de réalisation non représentées, la portion inférieure de garde au sol PGS pourrait comprendre au moins une nervure plate de renfort s’étendant entre deux pans opposés de son enveloppe extérieure EPGSde sorte à diviser sa cavité intérieure en une pluralité de sous-cavités.
LaFIG. 9illustre ainsi un profil en section P’’’ d’un profilé semblable à celui de laFIG. 5à l’exception de sa portion de connexion PC’’’ dont les débords externe et interne DEPCet DI’’’PC ne sont pas symétriquement identiques : le débord interne DI’’’PC étant ainsi moins large que le débord externe DEPCtandis que son sommet latéral inférieur n’est pas biseauté.
En outre, les nervures plates de renfort verticales interne NVIPCet externe NVEPCsont alignées verticalement avec les pans latéraux interne et externe de la portion supérieure d’étanchéité PSE et de la portion de garde au sol PGS.
On notera enfin à l’appui de laFIG. 10illustrant un bloc-batterie 1’ intégrant des modules de batterie 200’ différents de ceux 200 du bloc-batterie 1 que le volume interne Vi du châssis 100 selon l’invention peut être aisément modulé pour s’adapter à la réception de modules de batterie de différentes dimensions et/ou orientés autrement tels que ces modules 200’, en adaptant les longueurs des longerons 111 et/ou des traverses 112 et/ou en modifiant le nombre et/ou l’agencement d’éléments de renforts tels que 140.
De nombreuses autres variantes sont également possibles et on rappellera à cet égard que l’invention ne se limite pas aux formes de réalisation décrites et représentées, mais englobe également toutes les variantes d’exécution à la portée de l'homme du métier.

Claims (16)

  1. Châssis (100) pour bloc-batterie (1, 1’) de véhicule automobile comportant un cadre rectangulaire (110) formé de deux longerons longitudinaux (111) et de deux traverses transversales (112) fixés les uns aux autres au niveau de leurs extrémités, lesdits longerons (111) et lesdites traverses (112) étant constitués par des profilés métalliques de même section comportant chacun :
    - une portion supérieure d’étanchéité (PSE) s'étendant verticalement et présentant une face supérieure (FPSE) prévue pour accueillir de manière étanche le pourtour périphérique d’un couvercle supérieur (800) dudit bloc-batterie (1, 1’) ; et
    - une portion de connexion (PC, PC’, PC’’, PC’’’) s’étendant en dessous de ladite portion supérieure d’étanchéité (PSE) en saillant latéralement de part et d’autre de cette dernière, respectivement d’un débord latéral externe DEPCet d’un débord latéral interne DIPCsur lesquels sont respectivement destinés à être fixés des supports d’attache (1100) au soubassement de caisse dudit véhicule et des modules de batterie (200, 200’) ;
    caractérisé en ce que chaque dit profilé comporte également une portion inférieure de garde au sol (PGS) s’étendant verticalement en dessous de ladite portion de connexion (PC, PC’, PC’’, PC’’’).
  2. Châssis (100) pour bloc-batterie (1, 1’) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite portion inférieure de garde au sol (PGS) s’étend à l’aplomb de ladite portion supérieure d’étanchéité (PSE) et sur une largeur (lPGS) égale à celle (lPSE) de cette portion supérieure d’étanchéité (PSE).
  3. Châssis (100) pour bloc-batterie (1, 1’) selon l’une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite portion inférieure de garde au sol (PGS) de chaque extrémité (111A) d’un dit longeron (111) est assemblée suivant un plan de soudage vertical avec la portion inférieure de garde au sol (PGS) de l’extrémité correspondante (112A) d’une dite traverse (112).
  4. Châssis (100) pour bloc-batterie (1, 1’) selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite portion inférieure de garde au sol (PGS) s’étend sur une hauteur supérieure ou égale à 10 millimètres.
  5. Châssis (100) pour bloc-batterie selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite portion inférieure de garde au sol (PGS) s’étend à l’aplomb de ladite portion supérieure d’étanchéité (PSE) et sur une largeur (lPGS) égale à celle (lPSE) de cette portion supérieure d’étanchéité (PSE).
  6. Châssis (100) pour bloc-batterie (1, 1’) selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite portion inférieure de garde au sol (PGS) comprend une enveloppe extérieure de section rectangulaire (EPGS) formant son profil extérieur et définissant une cavité intérieure.
  7. Châssis (100) pour bloc-batterie (1, 1’) selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite portion inférieure de garde au sol (PGS) comprend au moins une nervure plate de renfort s’étendant entre deux pans opposés de son enveloppe extérieure (EPGS) de sorte à diviser sa cavité intérieure en une pluralité de sous-cavités.
  8. Châssis (100) pour bloc-batterie (1, 1’) selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lesdits débords latéraux externe (DEPC) et interne (DIPC) de ladite portion de connexion (PC;PC’;PC’’) sont symétriquement identiques vis-à-vis du plan vertical médian de ladite portion supérieure d’étanchéité (PSE).
  9. Châssis (100) pour bloc-batterie (1, 1’) selon l’une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ladite portion de connexion (PC, PC’, PC’’, PC’’’) comprend une enveloppe extérieure (EPC) formant son profil extérieur et définissant une cavité intérieure, ladite enveloppe extérieure (EPC) présentant en section une forme de rectangle biseauté dont les deux sommets latéraux inférieurs sont constitués par deux pans inclinés (PPC) formant avec l’horizontale un angle d’inclinaison (θ).
  10. Châssis (100) pour bloc-batterie (1, 1’) selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit angle d’inclinaison (θ) est compris entre 15 et 30°.
  11. Châssis (100) pour bloc-batterie (1, 1’) selon l’une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la portion supérieure d’étanchéité (PSE) de chaque extrémité (111A) d’un dit longeron (111) est assemblée suivant un plan de soudage longitudinal vertical avec la portion supérieure d’étanchéité (PSE) de l’extrémité correspondante (112A) d’une dite traverse (112).
  12. Châssis (100) pour bloc-batterie (1, 1’) selon l’une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu’au moins une partie de la portion de connexion (PC, PC’, PC’’, PC’’’) de chaque extrémité (111A) d’un dit longeron (111) est assemblée suivant un plan de soudage vertical avec une partie respective de la portion de connexion (PC, PC’, PC’’, PC’’’) de l’extrémité correspondante (112A) d’une dite traverse (112).
  13. Châssis (100) pour bloc-batterie (1, 1’) selon l’une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu’il comporte également au moins un élément de renfort métallique (140) s’étendant longitudinalement ou transversalement à l’intérieur du cadre (110) entre les deux dits longerons (111) ou entre les deux dites nervures (112) de ce cadre auxquels ses deux extrémités sont fixées par soudage.
  14. Châssis (100) pour bloc-batterie (1, 1’) selon la revendication 13, caractérisé en ce que chaque dit élément de renfort (140) est constitué dans un profilé métallique de section identique à celle desdits longerons (111) et desdites traverses (112).
  15. Bloc-batterie (1, 1’) prévu pour être implanté fixement contre le soubassement de caisse d’un véhicule automobile et comportant un châssis (100) et plusieurs modules de batterie (200, 200’) montés sur ce châssis (100) ;
    caractérisé en ce que ledit châssis (100) est conforme à l’une des revendications 1 à 14.
  16. Véhicule automobile comportant un bloc-batterie (1, 1’) selon la revendication 15.
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