WO2020099752A1 - Compartiment pour dispositif de stockage d'energie electrique pour vehicule automobile - Google Patents

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WO2020099752A1
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Sergio Da Costa Pito
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Valeo Systemes Thermiques
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    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the invention relates to an electrical energy storage device for a motor vehicle, comprising a housing and at least one electrical energy storage cell received in the housing.
  • the invention also relates to a compartment for an electrical energy storage device for a motor vehicle.
  • each module includes a plurality of electrical energy storage cells received in a housing. It is thus easier to combine electric batteries to obtain a desired charge capacity. It is also easier, in this way, to mount the battery on the motor vehicle, the storage cells being protected by the housing.
  • the battery box which houses the battery modules, must protect the battery cells in the event of an accident and / or exposure to fire.
  • thermosetting composites resist fire well.
  • SMC thermosetting composites
  • the object of the invention is to provide an electrical energy storage device for a motor vehicle which is improved, in particular when exposed to a fire.
  • the invention thus relates to a compartment for an electric energy storage device for a motor vehicle, this compartment being arranged to receive at least one cell (14) for storing electric energy, this compartment being made at least partially of composite material.
  • this composite material being formed by a multilayer structure comprising for example sheets of glass or carbon fibers impregnated in particular with thermoplastic resin, this composite material comprising a fire barrier made of flame retardant material.
  • the invention makes it possible to have a compartment which meets the fire-fighting requirements, in a relatively economical manner while allowing the mass of the compartment not to be increased since thermoplastic material can be used.
  • This compartment advantageously forms the lower part of a housing which, with a cover, receives battery cells.
  • This compartment and the cover are for example each made from a sheet of composite material, in particular comprising glass fibers, optionally alternatively carbon or other fibers, pre-impregnated with a thermoplastic resin .
  • the fire barrier is an outer layer of the compartment, in particular a layer facing the bottom of the vehicle.
  • a second fire barrier is provided in the form of an inner layer of the compartment, in particular a layer facing the battery modules to be housed in the compartment.
  • two barriers can be provided on the two sides, inside and outside, of the compartment so as to reinforce the fire protection of the compartment.
  • the fire barrier is formed by one of the following elements: a fire film, especially of plastic, in particular thermoplastic, with suitable adjuvants,
  • a layer comprising aramid for example a woven layer, a metal layer or film.
  • the compartment has a bottom wall facing the battery modules, the fire barrier extending over the entire bottom wall, in particular on the outside thereof.
  • the compartment has a side wall and the fire barrier also extends over this side wall.
  • the fire barrier is a layer integrated into a multilayer structure of the composite material.
  • the invention also relates to a method for producing a compartment according to one of the preceding claims, in which the fire barrier is formed at the same time as the other layers of the multilayer structure.
  • the fire barrier is formed after the multilayer structure, by assembling the layer with the already formed multilayer structure.
  • the multilayer structure is formed by pressure and temperature setting of the different layers together, the resin, in particular the thermoplastic resin, infiltrating into the sheets in particular sheets of glass fibers or of carbon.
  • FIG. 6 is a sectional view of a bottom wall of a compartment according to an example of the invention.
  • Figures 1 and 2 illustrate a first example 10 of an electrical energy storage device for a motor vehicle.
  • the motor vehicle can in particular be a car, a truck, a bus.
  • the electrical energy storage device 10 comprises a housing 12 and cells 14 for storing electrical energy.
  • the cells 14 are for example electrically connected in series.
  • the housing 12 is formed, as is more visible in FIG. 1, of a lower compartment 16 and of an insert 18 intended to close the housing 12 to protect the cells 14.
  • the insert 18 is here a cover, which covers a housing 20 defined by part 16.
  • the compartment 16 has the shape of a bowl, with a bottom wall 26, side walls 28 and a flange 30.
  • the compartment 16 which is arranged to receive the electrical energy storage cells comprises:
  • the bottom wall 26 the bottom wall comprising a composite material, side walls 28 connecting the bottom wall 26,
  • each channel 50 being at least partially formed by the bottom wall 26, fluid connection elements 100 arranged to allow the channels 50 to be connected with an external coolant circuit not shown, each connection element 100 being at least partially molded with the bottom wall or the side wall.
  • This compartment 16 forms the lower part of the case 12 which, with a cover, receives battery cells.
  • This compartment 16 and the cover 18 are for example each made from a sheet of composite material, in particular comprising glass fibers, optionally alternatively carbon or other fibers, pre-impregnated with a resin thermoplastic.
  • each fluid connection element 100 of the quick connect type or in English "Quick connect" and comprises an end piece 101 with an annular groove 102 arranged to receive a complementary relief of a complementary connection element not shown so that, when the two connection elements are assembled, they form a connection allowing the coolant to circulate between the channel 50 and the external circuit.
  • the tip 101 has a frustoconical side 104 to facilitate cooperation with the complementary connection element.
  • the tip 101 is made of aluminum for example.
  • the endpiece has a groove 105 in which there is material overmolded from the wall 28.
  • the endpiece is arranged through an orifice 105 formed in the side wall 28.
  • connection elements are arranged to be connected to each other by snap-fastening.
  • the compartment 16 comprises a channel 50 for distributing coolant, or refrigerant, and a channel 50 for collecting coolant, each channel communicating with an associated connection element, as described above, to respectively allow the 'supply of the distribution channel by the external circuit and the evacuation of refrigerant fluid by the external circuit.
  • Each channel 50 has a groove 51 formed by the bottom wall 26 and a cover 55 arranged to close this groove 51 and thus form the channel 50, the closure being effected in particular by welding this cover to the bottom wall, as illustrated in Figure 3.
  • Each cover 55 is of elongated shape and is substantially planar.
  • Each cover 55 comprises, to match an elbow of the channel, in particular two elbows 56.
  • connection element One of the ends of the cover of the channel 50 is opposite the connection element
  • the groove 51 communicates with a plurality of orifices 65, to communicate the cooling fluid with one or more heat exchangers 60.
  • These heat exchangers 60 are in particular each a plate 61 with internal channels for the circulation of cooling fluid.
  • Each cover 55 covers less than 10%, in particular 5%, of the area of the bottom wall 26.
  • each cover 55 is made of plastic.
  • the coolant used in this case can in particular be a liquid refrigerant based on carbon dioxide, such as R744 for example, 2, 3, 3, 3-tetrafluoropropene (or HFO-1234yf) or 1, 1 , 1, 2-tetrafluoroethane (or R-134a).
  • the coolant can also be a nanofluid.
  • the coolant can also be water, possibly including additives.
  • the compartment 16 is made of composite material, this composite material being formed by a multilayer structure comprising for example sheets 79 of glass or carbon fibers impregnated with thermoplastic resin, this material composite comprising a fire barrier 80 in flame retardant material.
  • This compartment forms the lower part of the housing 12 which, with the cover, receives battery cells.
  • the fire barrier 80 is an outer layer of the compartment 16, in particular a layer facing the bottom of the vehicle.
  • a second fire barrier is provided in the form of an inner layer of the compartment, in particular a layer facing the battery modules to be housed in the compartment.
  • two barriers can be provided on the two sides, inside and outside, of the compartment so as to reinforce the fire protection of the compartment.
  • the fire barrier 80 is formed by one of the following elements:
  • a fire-resistant film in particular plastic, in particular thermoplastic, with suitable additives, and / or
  • the fire barrier 80 extending over the entire bottom wall, in particular on the outside thereof.
  • the compartment has a side wall and the fire barrier 80 also extends over this side wall 28.
  • the fire barrier is a layer integrated into a multilayer structure of the composite material.
  • the fire barrier is formed at the same time as the other layers of the multilayer structure, for example.

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Abstract

L'invention concerne un compartiment pour dispositif (16) de stockage d'énergie électrique pour véhicule automobile, ce compartiment étant agencé pour recevoir moins une cellule de stockage d'énergie électrique, ce compartiment étant réalisé au moins partiellement en matériau composite, notamment ce matériau composite étant formée par une structure multicouches comprenant par exemple des feuilles (79) de fibres de verre ou de carbone imprégnées notamment de résine thermoplastique, ce matériau composite comprenant une barrière anti-feu (80) notamment en matériau ignifuge.

Description

COMPARTIMENT POUR DISPOSITIF DE STOCKAGE D'ENERGIE ELECTRIQUE
POUR VEHICULE AUTOMOBILE
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 se rapporte également à un compartiment pour dispositif de stockage d'énergie électrique pour véhicule automobile.
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.
La demande US 2011/0206967 A 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.
Par ailleurs le boîtier de la batterie, boîtier qui loge les modules de batterie, se doit de protéger les cellules de la batterie en cas d’accident et / ou d’exposition au feu.
Les boîtiers de batterie actuels sont principalement constitués de métaux, par exemple acier ou aluminium. Les solutions métalliques sont lourdes et conductrices de la chaleur, ce qui peut poser un problème pour maintenir des températures internes basses pendant les tests réglementaires et éviter le risque d'emballement des cellules de batterie.
Par ailleurs, les composites thermodurcissables (SMC) résistent bien au feu. Néanmoins, ils restent coûteux et ne sont pas adaptés à la production en série en raison du temps de cycle de production long.
Le but de l’invention est de proposer un dispositif de stockage d’énergie électrique pour véhicule automobile qui soit amélioré, notamment à l’exposition à un feu. L’invention a ainsi pour objet un compartiment pour dispositif de stockage d'énergie électrique pour véhicule automobile, ce compartiment étant agencé pour recevoir moins une cellule (14) de stockage d'énergie électrique, ce compartiment étant réalisé au moins partiellement en matériau composite, notamment ce matériau composite étant formée par une structure multicouches comprenant par exemple des feuilles de fibres de verre ou de carbone imprégnées notamment de résine thermoplastique, ce matériau composite comprenant une barrière anti-feu en matériau ignifuge.
L’invention permet d’avoir un compartiment qui répond aux exigences anti-feu, de manière relativement économique tout en permettant de ne pas augmenter la masse du compartiment car de la matière thermoplastique peut être utilisée.
Ce compartiment forme avantageusement la partie inferieure d’un boîtier qui, avec un couvercle, reçoit des cellules de batterie.
Ce compartiment et le couvercle 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-impré gnées d’une résine thermoplastique.
Selon l’un des aspects de l’invention, la barrière anti-feu est une couche extérieure du compartiment, notamment une couche tournée vers le fond du véhicule.
Selon l’un des aspects de l’invention, une deuxième barrière anti-feu est prévue sous la forme d’une couche intérieure du compartiment, notamment une couche tournée vers les modules de batterie à loger dans le compartiment. Ainsi deux barrières peuvent être prévues sur les deux faces, intérieur et extérieur, du compartiment de sorte à renforcer la protection au feu du compartiment.
Selon l’un des aspects de l’invention, la barrière anti-feu est formée par l’un des éléments suivants : un film anti-feu, notamment en plastique, notamment thermoplastique, avec des adjuvants appropriés,
une couche comportant de l’aramide, par exemple couche en tissé, une couche ou film en métal.
Selon l’un des aspects de l’invention, le compartiment comporte une paroi de fond en regard des modules de batterie, la barrière anti-feu s’étendant sur toute la paroi de fond, notamment sur l’extérieur de celle-ci.
Selon l’un des aspects de l’invention, le compartiment comporte une paroi latérale et la barrière anti-feu s’étend également sur cette paroi latérale.
Selon l’un des aspects de l’invention, la barrière anti-feu est une couche intégrée dans une structure multicouche du matériau composite.
L’invention concerne encore un procédé pour réaliser un compartiment selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la barrière anti- feu est formée en même temps que les autres couches de la structure multicouches.
Selon l’un des aspects de l’invention, la barrière anti-feu est formée postérieurement à la structure multicouche, par assemblage de la couche avec la structure multicouche déjà formée.
Selon l’un des aspects de l’invention, la structure multicouche est formée par pression et mise en température des différentes couches entre elles, la résine, notamment la résine thermoplastique, s’infiltrant dans les feuilles notamment des feuilles de fibres de verre ou de carbone.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels :
- les figures 1 à 5 sont des vues d’un exemple de mise en œuvre de l’invention,
- la figure 6 est une vue en coupe d’une paroi de fond d’un compartiment selon un exemple de l’invention.
Les figures 1 et 2 illustrent un premier exemple 10 de dispositif de stockage d’énergie électrique pour véhicule automobile. Le véhicule automobile peut notamment être une voiture, un camion, un bus. Le dispositif de stockage d’énergie électrique 10 comporte un boîtier 12 et des cellules 14 de stockage d’énergie électrique. Les cellules 14 sont par exemple montées électriquement en série.
Le boîtier 12 est formé, comme cela est plus visible sur la figure 1, d’un compartiment 16 inferieur et d’une pièce rapportée 18 destinée à fermer le boîtier 12 pour protéger les cellules 14. La pièce rapportée 18 est ici un couvercle, qui vient recouvrir un logement 20 défini par la partie 16.
Le compartiment 16 a une forme de cuvette, avec une paroi fond 26, des parois latérales 28 et une collerette 30.
Le compartiment 16 qui est agencé pour recevoir les cellules de stockage d'énergie électrique, comporte :
la paroi de fond 26, la paroi de fond comportant un matériau composite, des parois latérales 28 se raccordant la paroi de fond 26,
des canaux 50 pour une circulation d’un fluide de refroidissement, chaque canal 50 étant au moins partiellement formé par la paroi de fond 26, 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.
Ce compartiment 16 forme la partie inférieure du boitier 12 qui, avec un couvercle, reçoit des cellules de batterie.
Ce compartiment 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.
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.
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.
L’embout 101 est réalisé en aluminium par exemple.
L’embout comporte une rainure 105 dans laquelle se trouve de la matière surmoulée de la paroi 28.
L’embout est agencé à travers un orifice 105 formé dans la paroi latérale 28.
Les éléments de connexion sont agencés pour être connectés l’un à l’autre par encliquetage.
Le compartiment 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.
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, comme illustré sur la figure 3.
Chaque capot 55 est de forme longiligne et est sensiblement plan.
Chaque capot 55 comporte, pour épouser un coude du canal, notamment deux coudes 56.
L’une des extrémités du capot du canal 50 est en regard de l’élément de connexion
100.
Le sillon 51 communique avec une pluralité d’orifices 65, pour faire communiquer le fluide de refroidissement avec un ou plusieurs échangeurs thermiques 60.
Ces échangeurs thermiques 60 sont notamment chacun une plaque 61 avec des canaux intérieurs pour la circulation de fluide de refroidissement. Chaque capot 55 couvre moins de 10%, notamment 5%, de la superficie de la paroi de fond 26.
Selon l’un des aspects de l’invention, chaque capot 55 est réalisé en matière plastique.
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 HFO-1234yf) ou du 1, 1, 1, 2-tétrafluoroéthane (ou R- 134a). Le liquide de refroidissement peut également être un nanofluide. Le liquide de refroidissement peut encore être de l’eau, incluant éventuellement des additifs.
Comme illustré sur la figure 6 à titre d’exemple, le compartiment 16 est réalisé en matériau composite, ce matériau composite étant formée par une structure multicouches comprenant par exemple des feuilles 79 de fibres de verre ou de carbone imprégnées de résine thermoplastique, ce matériau composite comprenant une barrière anti-feu 80 en matériau ignifuge.
Ce compartiment forme la partie inférieure du boîtier 12 qui, avec le couvercle, reçoit des cellules de batterie.
La barrière anti-feu 80 est une couche extérieure du compartiment 16, notamment une couche tournée vers le fond du véhicule.
Selon l’un des aspects de l’invention non illustré, une deuxième barrière anti-feu est prévue sous la forme d’une couche intérieure du compartiment, notamment une couche tournée vers les modules de batterie à loger dans le compartiment. Ainsi deux barrières peuvent être prévues sur les deux faces, intérieur et extérieur, du compartiment de sorte à renforcer la protection au feu du compartiment.
Selon l’un des aspects de l’invention, la barrière anti-feu 80 est formée par l’un des éléments suivants :
un film anti-feu, notamment en plastique, notamment thermoplastique, avec des adjuvants appropriés, et/ou
une couche comportant de l’aramide, par exemple couche en tissé, et/ou une couche ou film en métal. La barrière anti-feu 80 s’étendant sur toute la paroi de fond, notamment sur l’extérieur de celle-ci.
Selon l’un des aspects de l’invention, le compartiment comporte une paroi latérale et la barrière anti-feu 80 s’étend également sur cette paroi latérale 28.
Selon l’un des aspects de l’invention, la barrière anti-feu est une couche intégrée dans une structure multicouche du matériau composite.
La barrière anti- feu est formée en même temps que les autres couches de la structure multicouches, par exemple.

Claims

REVENDICATIONS
1. Compartiment pour dispositif (16) de stockage d'énergie électrique pour véhicule automobile, ce compartiment étant agencé pour recevoir moins une cellule (14) de stockage d'énergie électrique, ce compartiment étant réalisé au moins partiellement en matériau composite, notamment ce matériau composite étant formée par une structure multicouches comprenant par exemple des feuilles (79) de fibres de verre ou de carbone imprégnées notamment de résine thermoplastique, ce matériau composite comprenant une barrière anti-feu (80) notamment en matériau ignifuge.
2. Compartiment selon la revendication précédente, dans lequel la barrière anti-feu est une couche extérieure du compartiment (16), notamment une couche tournée vers le fond du véhicule.
3. Compartiment selon la revendication précédente, dans lequel une deuxième barrière anti-feu est prévue sous la forme d’une couche intérieure du compartiment, notamment une couche tournée vers les modules de batterie à loger dans le compartiment.
4. Compartiment selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la barrière anti-feu est formée par l’un des éléments suivants : un film anti-feu, notamment en plastique, notamment thermoplastique, avec des adjuvants appropriés,
une couche comportant de l’aramide, par exemple couche en tissé, une couche ou film en métal.
5. Compartiment selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le compartiment comporte une paroi de fond en regard des modules de batterie, la barrière anti-feu s’étendant sur toute la paroi de fond, notamment sur l’extérieur de celle-ci.
6. Compartiment selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le compartiment comporte une paroi latérale et la barrière anti-feu s’étend également sur cette paroi latérale.
7. Compartiment selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la barrière anti-feu est une couche intégrée dans une structure multicouche du matériau composite.
8. Procédé pour réaliser un compartiment selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la barrière anti- feu est formée en même temps que les autres couches de la structure multicouches.
9. Procédé pour réaliser un compartiment selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel la barrière anti-feu est formé postérieurement à la structure multicouche, par assemblage de la couche avec la structure multicouche déjà formée.
10. Procédé selon l’une des deux revendications précédentes, dans lequel la structure multicouche est formée par pression et mise en température des différentes couches entre elles, la résine, notamment la résine thermoplastique, s’infiltrant dans les feuilles notamment des feuilles de fibres de verre ou de carbone.
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