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Title:
ENERGY ABSORBING DEVICE FOR FASTENING A TRACTION BATTERY OF AN ELECTRIC OR HYBRID VEHICLE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2014/140463
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention concerns a device for mounting a traction battery to the body of an electric or hybrid vehicle. It comprises a parallelepiped-shaped hollow-body housing comprising, on one of the faces of same, a main slot turned in the longitudinal direction of the vehicle, and a plurality of secondary slots intersecting the main slot at right angles, all turned in the transverse direction of the vehicle. It also comprises a pin comprising a rod and a broad head, the rod passing through the body of the housing via the main slot in same, the broad head bearing, under the effect of the weight of the battery, on the face of the housing comprising the slots. The pin is capable of moving longitudinally to the vehicle in the main slot in case of a frontal impact between the vehicle and a first obstacle. The pin is capable of moving transversely to the vehicle into one of the secondary slots in case of a side impact between the vehicle and a second obstacle. Application: electric or hybrid vehicles

Inventors:
HELARY, Bernard (18 rue Pasteur, Versailles, F-78000, FR)
Application Number:
FR2014/050530
Publication Date:
September 18, 2014
Filing Date:
March 07, 2014
Export Citation:
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Assignee:
RENAULT S.A.S (13-15 quai Le Gallo, Boulogne-billancourt, F-92100, FR)
International Classes:
B60K1/04; F16F7/12
Foreign References:
FR2979078A1
JPH07117490A
DE102011081710A1
JP2010100207A
JP3022085B2
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Claims:
REVENDICATIONS

Dispositif pour monter une batterie (B) de traction à la caisse d'un véhicule (C) électrique ou hybride, le dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte :

- un boîtier (BO) à corps creux de forme parallélépipédique comportant sur l'une de ses faces :

o une fente principale orientée selon la direction longitudinale au véhicule, et ;

o une pluralité de fentes secondaires sécantes à angle droit avec la fente principale, toutes orientées selon la direction transversale au véhicule, et ;

- un pion (P) comportant une tige (D) et une tête large (T), la tige traversant le corps du boîtier par sa fente principale, la tête large prenant appui, sous l'effet du poids de la batterie, sur la face du boîtier comportant les fentes ;

de telle sorte que :

- le pion est apte à se déplacer longitudinalement au véhicule dans la fente principale en cas de choc frontal entre le véhicule et un premier obstacle, et/ou ;

- le pion est apte à se déplacer transversalement au véhicule dans l'une des fentes secondaires en cas de choc latéral entre le véhicule et un second obstacle.

Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que, deux fentes secondaires contiguës étant séparées par une languette (L), ladite languette a son extrémité adjacente à la fente principale de forme ogivale.

Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le boîtier (BO) comporte en son corps creux un élément de mousse (A).

Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le boîtier (BO) est fait au moins partiellement d'un métal, notamment de l'aluminium.

5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'élément de mousse est fait au moins partiellement d'une mousse de type polyuréthane. 6. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'élément de mousse (A) comporte :

- une fente disposée sensiblement en regard de la fente principale du boîtier, et/ou ;

- une fente disposée sensiblement en regard de chacune des fentes secondaires.

7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les fentes de l'élément de mousse (A) :

- sont interrompues par des éléments de pontage, et/ou ;

- ont une paroi interne, apte à être au contact de la tige (D) du pion (P), à profil dentelé.

8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que :

- le boîtier (BO) est solidaire de la caisse du véhicule (C), et ;

- le pion (P) est solidaire de la batterie (B).

9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que :

- le boîtier (BO) est solidaire de la batterie (B), et ;

- le pion (P) est solidaire de la caisse du véhicule (C).

10. Véhicule électrique ou hybride comportant un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes.

Description:
DISPOSITIF A ABSORPTION D'ENERGIE POUR FIXER UNE BATTERIE DE TRACTION D'UN VEHICULE ELECTRIQUE OU HYBRIDE

La présente invention concerne un dispositif à absorption d'énergie pour monter une batterie de traction sous la caisse d'un véhicule électrique ou hybride.

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

Outre l'amélioration constante des rendements des moteurs thermiques classiques, qui s'accompagne d'une baisse des émissions de CO2, les véhicules électriques (« EV » d'après la terminologie anglo-saxonne « Electric Vehicle ») et les véhicules hybrides thermique-électrique (« HEV » d'après la terminologie anglo-saxonne « Hybrid Electric Vehicle ») sont aujourd'hui considérés comme la solution la plus prometteuse pour diminuer les émissions de CO2.

Différentes technologies de stockage de l'énergie électrique ont été testées dans les dernières années afin de répondre aux besoins des EV. Il apparaît aujourd'hui que les batteries à cellules lithium-ion (Li-ion) sont celles qui permettent d'obtenir le meilleur compromis entre la densité de puissance, qui favorise les performances en termes d'accélération notamment, et la densité d'énergie, qui favorise l'autonomie. Cependant, l'utilisation de cette technologie Li-ion pour constituer des batteries de traction pour EV n'est pas sans poser de nombreuses difficultés, notamment si l'on considère les niveaux de tension nécessaires, de l'ordre de 400 volts (V), les hauts niveaux de température générés par la migration exothermique des ions lithium entre les électrodes des cellules Li-ion, ou encore l'encombrement et la masse des batteries Li-ion, qui oscille généralement entre 200 et 300 kilogrammes (kg) pour un EV polyvalent à 4 places aux standards actuels. Il est connu de l'état de la technique, notamment du brevet JP3022085, de fixer une batterie de traction d'un véhicule sous le plancher de caisse du véhicule. Ainsi, ce brevet divulgue un cadre de support permettant d'accrocher la batterie sous le plancher en regard de la route. Un inconvénient majeur de cette solution apparaît en cas de choc latéral, la quantité d'énergie cinétique à absorber étant énorme si l'on considère qu'une batterie de traction pèse actuellement plusieurs centaines de kilogrammes. En effet, cette solution propose de fixer le cadre de support en dessous du plancher du véhicule au moyen d'un boulon vissé dans un « écrou plaque », le boulon passant dans un orifice percé dans un élément de sous-caisse du véhicule. Une première fente de largeur inférieure au diamètre de l'orifice et du boulon est disposée en avant de l'orifice, de manière à autoriser un déplacement du cadre et de la batterie en cas de choc important à l'avant du véhicule, le boulon coulissant en force dans cette première fente trop étroite, la déformation de la fente absorbant une grande partie de l'énergie cinétique de la batterie. De même, une seconde fente de largeur inférieure au diamètre de l'orifice est disposée en arrière de l'orifice, de manière à autoriser un déplacement du cadre et de la batterie en cas de choc important à l'arrière du véhicule, le boulon coulissant en force dans cette seconde fente trop étroite, la déformation de la fente absorbant une grande partie de l'énergie cinétique de la batterie.

Mais, comme a pu le constater la demanderesse durant des tests auxquels elle a soumis des véhicules, un tel dispositif est inefficace en cas de choc latéral important ou en cas de chocs multiples, comme par exemple un choc frontal suivi d'un choc latéral, ce qui est souvent le cas lors des accidents à vitesse élevée. Dans des conditions extrêmes de test de choc latéral contre un poteau, la demanderesse a même pu constater la rupture pure et simple de tous les points de fixation et la chute de la batterie sous le véhicule, ceci quel que soit le nombre de points de fixation : compte-tenu de la masse de la batterie, l'énergie cinétique à absorber comme l'effort d'intrusion sont trop importants. Cela complique considérablement les opérations d'évacuation de l'épave par les services spécialisés. L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvénients précités, notamment d'empêcher la chute de la batterie en cas de choc latéral ou de choc multiple, même très important, de manière à ne pas compliquer les opérations d'évacuation de l'épave. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif pour monter une batterie de traction à la caisse d'un véhicule électrique ou hybride. Il comporte un boîtier à corps creux de forme parallélépipédique comportant sur l'une de ses faces une fente principale orientée selon la direction longitudinale au véhicule, ainsi qu'une pluralité de fentes secondaires sécantes à angle droit avec la fente principale, toutes orientées selon la direction transversale au véhicule. Il comporte également un pion comportant une tige et une tête large, la tige traversant le corps du boîtier par sa fente principale, la tête large prenant appui, sous l'effet du poids de la batterie, sur la face du boîtier comportant les fentes. Le pion est apte à se déplacer longitudinalement au véhicule dans la fente principale en cas de choc frontal entre le véhicule et un premier obstacle. Le pion est apte à se déplacer transversalement au véhicule dans l'une des fentes secondaires en cas de choc latéral entre le véhicule et un second obstacle.

Dans un mode de réalisation préférentiel, deux fentes secondaires contiguës peuvent être séparées par une languette ayant son extrémité adjacente à la fente principale de forme ogivale.

Dans un mode de réalisation préférentiel, le boîtier peut comporter en son corps creux un élément de mousse.

Par exemple, le boîtier peut être fait au moins partiellement d'un métal, notamment de l'aluminium. L'élément de mousse peut être fait au moins partiellement d'une mousse de type polyuréthane.

Dans un mode de réalisation préférentiel, l'élément de mousse peut comporter une fente disposée sensiblement en regard de la fente principale du boîtier et/ou une fente disposée sensiblement en regard de chacune des fentes secondaires.

Avantageusement, les fentes de l'élément de mousse peuvent être interrompues par des éléments de pontage et/ou peuvent avoir une paroi interne, celle au contact de la tige du pion, à profil dentelé. Dans un mode de réalisation, le boîtier peut être solidaire de la caisse du véhicule et le pion peut être solidaire de la batterie. Dans un autre mode de réalisation, le boîtier peut être solidaire de la batterie et le pion peut être solidaire de la caisse du véhicule.

La présente invention a également pour objet un véhicule électrique ou hybride comportant un tel dispositif.

La présente invention a encore pour principal avantage d'être simple, légère, peu coûteuse et peu encombrante. De plus, elle facilite la réparabilité du véhicule après choc, puisque seuls les boîtiers et les pions selon l'invention sont à remplacer; ils peuvent donc être conçus comme des pièces démontables du panier de réparation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit faite en regard de dessins annexés qui représentent :

- les figures 1 a et 1 b illustrent, par une vue du dessous d'un véhicule, un exemple d'intégration d'un dispositif selon la présente invention ;

- les figures 2a, 2b et 2c illustrent, par des vues en perspective, le même exemple de dispositif selon l'invention ;

- les figures 3a et 3b illustrent également, par des vues en coupe, le même exemple de dispositif selon l'invention ;

- la figure 4 illustre, par une vue en coupe, un exemple de réalisation particulier d'un élément de la présente invention ;

- les figures 5a et 5b illustrent, par des vues en coupe, deux exemples d'intégration sur un véhicule d'un dispositif selon l'invention.

Les figures 1 a et 1 b illustrent, par une vue de dessous, une batterie B fixée sous un véhicule C grâce à un exemple de dispositif selon la présente invention, en conditions normales d'utilisation hors choc. Les figures 2a, 2b et 2c illustrent, par des vues en perspective, le même exemple de dispositif selon l'invention. Les figures 3a et 3b illustrent également, par des vues dans un plan de coupe a-a représenté par la figure 2a, le même exemple de dispositif selon l'invention, avant montage pour la figure 3a et après montage pour la figure 3b.

La batterie B comporte, fixés solidairement sur sa partie supérieure, des pions P. Dans le présent exemple de réalisation, les pions P sont au nombre de six, mais il faut bien comprendre que ce nombre peut varier, notamment en fonction des dimensions et de la masse de la batterie B. Comme illustré par la figure 2c, chaque pion P comporte une tige D se terminant à une de ses extrémités par une tête large T. Les extrémités des tiges D opposées aux têtes T sont les extrémités fixées solidairement à la batterie B. Chacune des tiges D des pions P passe au travers d'un boîtier porteur BO quasiment indéformable, chacun des boîtiers porteurs BO étant fixé solidairement à un élément de sous-caisse du véhicule C. L'un des boîtiers porteurs BO selon la présente invention fait l'objet d'un zoom en figure 1 b, toujours en conditions normales d'utilisation hors choc.

Les boîtiers porteurs BO ont la forme générale d'un parallélépipède creux dont cinq faces sont faites d'un matériau métallique, de l'aluminium par exemple, et dont une des deux faces de plus grande surface est ouverte. Chaque boîtier porteur BO comporte, sur sa face de plus grande surface opposée à la face ouverte, des languettes L disposées parallèlement deux à deux. Les languettes L forment un motif de fentes « en fourchette » pour le cheminement du pion P entre lesdites languettes L : une fente principale est orientée suivant la direction longitudinale au véhicule C, alors que des fentes secondaires sont orientées selon la direction transversale au véhicule C. Par ailleurs, un élément de mousse A rigide quoique déformable plastiquement, de type polyuréthane par exemple, est emboîté en force dans chacun des boîtiers porteurs BO, en passant par sa plus grande face ouverte opposée aux languettes L. Dans le mode de réalisation de la figure 2a, l'élément de mousse A comporte lui aussi des fentes formant un motif « en fourchette » sensiblement identique au motif formé par la fente principale et les fentes secondaires du boîtier porteur BO, quoique formé de fentes de largeur inférieure pour s'opposer au déplacement du pion P, de sorte que les deux motif de fentes s'alignent sensiblement après emboîtement.

Mais dans un autre mode de réalisation comme celui illustré par la figure 4 qui représente l'élément de mousse selon le plan de coupe b-b de la figure 2a, l'élément de mousse A peut non seulement comporter une fente sensiblement alignée avec la fente principale du boîtier porteur BO pour le cheminement du pion P en cas choc frontal, ainsi que des fentes sensiblement alignés avec les fentes secondaires du boîtier porteur BO pour le cheminement du pion P en cas de choc latéral, mais il peut également comporter des pontages en mousse et/ou une paroi interne, c'est-à-dire la paroi en mousse au contact de la tige D du pion P, à profil dentelé s'opposant au cheminement du pion P dans lesdites fentes, de manière à absorber plus d'énergie.

En conditions normales d'utilisation hors choc, les languettes L servent de support à la batterie B, les têtes T des pions P prenant appui sur lesdites languettes L : les pions P sont disposés avec leurs têtes T vers le haut et au-dessus des boîtiers porteur BO, leurs tiges D traversent les boîtiers porteurs BO, les extrémités des tiges D opposées aux têtes T étant solidaires de la batterie B. La force d'appui des têtes T sur les languettes L résulte naturellement du poids de la batterie B. Par conséquent, dans le présent exemple de réalisation à six pions P, l'enveloppe en aluminium des boîtiers porteurs BO est d'une épaisseur suffisante pour que 6 x 4 = 24 languettes L au total puissent, avec une marge de sécurité importante, supporter la masse élevée de la batterie B. Par exemple, pour une batterie dont la masse est de l'ordre de 250 kg, une épaisseur de l'enveloppe des boîtiers porteurs BO de l'ordre 3 à 4 millimètres (mm) suffit. Mais dans d'autres modes de réalisation de la présente invention qui comporteraient plus de six pions, il serait possible de diminuer cette épaisseur.

En cas de choc frontal ou de choc arrière, la fente principale sert de guide pour le déplacement forcé de la batterie B et surtout des pions P relativement aux boîtiers porteurs BO dans un plan horizontal et une direction longitudinale au véhicule C, les pions P déformant plastiquement l'élément de mousse A dans les boîtiers porteurs BO, voire même rompant les pontages que peut former l'élément de mousse A sur le chemin des pions P en déplacement, absorbant ainsi l'énergie cinétique de la batterie B. Après ce déplacement forcé, grâce à la tête large T des pions P qui reste en appui sur les languettes L, la batterie B reste solidaire du véhicule C.

De manière similaire, en cas de choc latéral ou de choc multiple, comme par exemple un choc frontal suivi d'un choc latéral ou le contraire, les fentes secondaires servent de guide pour le déplacement forcé de la batterie B et surtout des pions P relativement aux boîtiers porteurs BO dans un plan horizontal et une direction transversale au véhicule C, les pions P déformant plastiquement l'élément de mousse A dans les boîtiers porteurs BO, voire même rompant les pontages que peut former l'élément de mousse A sur le chemin des pions P en déplacement, absorbant ainsi l'énergie cinétique de la batterie B. Dans un mode de réalisation illustré par la figure 2b, les extrémités des languettes L peuvent avoir une forme ogivale de manière à faciliter la pénétration des pions P dans les fentes secondaires. Après ce déplacement forcé, grâce à la tête large T des pions P qui reste en appui sur les languettes L, la batterie B reste solidaire du véhicule C.

Il n'échappera pas à l'homme du métier que, selon le mode de réalisation, les boîtiers porteurs BO peuvent également être portés par la batterie B, auquel cas les pions P sont solidaires d'un élément en sous-caisse du véhicule C. Par exemple, comme illustré par la figure 5b, les boîtiers porteurs BO peuvent, dès leur fabrication, être intégrés à la structure de la batterie B : les pions P sont alors solidaires de la caisse du véhicule C, les boîtiers porteurs BO sont quant à eux solidaires de la batterie B, avec laquelle ils glissent en cas de choc. Dans un autre mode de réalisation, illustré par la figure 5a, les boîtiers porteurs BO peuvent, dès leur fabrication, être intégrés à la structure du véhicule C : les boîtiers porteurs BO sont solidaires de la caisse du véhicule C, les pions P sont quant à eux solidaires de la batterie B, avec laquelle ils glissent en cas de choc.

Avantageusement, une jonction fusible ou un coupe-circuit, non représentés sur les figures, peuvent tirer partie du déplacement relatif entre la batterie B et le véhicule C en cas de choc, de sorte à fournir une déconnexion automatique, mécanique et irréversible de la liaison électrique entre la batterie B et le véhicule C. II n'échappera pas non plus à l'homme du métier que, en fonction des contraintes d'architecture du véhicule, des contraintes de montage en usine, des contraintes de démontage en après-vente, des contraintes de remplacement de la batterie, par exemple les batteries pouvant être échangées dans une station d'échange rapide, ou encore des conditions d'utilisation, de multiples variantes de réalisation de la présente invention sont possibles.

L'invention décrite précédemment a encore pour principal avantage que, sur des véhicules commercialisés soit avec une motorisation thermique, soit avec une motorisation électrique, elle permet de réduire au maximum la variété des caisses puisqu'elle minimise les renforcements à ajouter sur la structure du véhicule ; de ce point de vue, l'intégration des boîtiers porteurs selon l'invention à la structure de la batterie est préférable.