ELECTRIC SINGLE-SEATER VEHICLE.

Domaine de l'invention

[0001] La présente invention concerne les véhicules à propulsion électrique. Elle concerne plus précisément l'architecture des véhicules de sport monoplace à propulsion électrique. Etat de la technique

[0002] L'utilisation de monoplaces à propulsion électrique, type Formule E, existe depuis plusieurs années. Dans ce type de véhicule le moteur thermique est remplacé par un moteur électrique et le réservoir de carburant par une batterie. L'architecture du véhicule correspond sensiblement à une voiture monoplace classique de type Formule 3 ou 1. Le châssis et la carrosserie sont constitués de structure en nid d'abeille, en composites carbone (tissus de carbone à matrice époxy), kevlar ou aluminium, le tout formant une coque. La première monoplace de ce type, est la F1 McLaren MP4 / 1 dessinée par John Barnard en 1981.

[0003] L'utilisation de matériaux composites comporte cependant plusieurs inconvénients qui sont brièvement décrits ci-dessous.

[0004] Impact environnemental : les composites sont réalisés à partir de tissus de fibres tissées (carbone, kevlar ou autres), imprégnés de matrice polymère thermodurcissable. Pour les véhicules de course, cette matrice est typiquement constituée d'une résine époxy et d'un durcisseur. La toxicité provient principalement des agents de durcissement et des produits chimiques qu'ils contiennent, BPA (Bisphénol A) ou MDA (4,4'-diaminodiphénylméthane) par exemple. Ces trois éléments ne sont plus conformes à la réglementation européenne REACH. La matrice polymère thermodurcissable, liquide avant moulage, change de structure durant sa mise en forme. Il se produit alors une réaction de polycondensation tridimensionnelle, irréversible, et qui empêche par définition tout recyclage des pièces ainsi produites.

[0005] Sécurité : Les composites époxyde carbones sont très rigides par rapport a leur masse, mais possèdent un allongement à la rupture très faible. Lors d'un crash, la structure composite dissipe l'énergie en créant des fissures et des fragments coupants. Cette fragmentation représente un danger direct pour les pilotes et les spectateurs sur les bords de pistes. Lors d'un accrochage en course, des morceaux de carbones coupants peuvent se détacher de la coque et se disperser sur sur la piste. Ces corps étrangers constituent également un danger pour les autres véhicules, en coupant notamment l'enveloppe des pneus, ce qui peut entraîner leur éclatement. Après chaque accrochage, les courses doivent être interrompues et la piste méticuleusement nettoyée.

[0006] Un autre problème de sécurité a pour cause le fait que les fibres des composites carbones conduisent l'électricité, ce qui est peu compatible avec les courants forts et les hauts voltages circulant dans les propulsions de voitures électriques. Un risque d'électrocution est important pour les pilotes, mais aussi pour les intervenants dans les stands et des équipements spéciaux isolants sont nécessaires.

[0007] Affichage statique : De par les renforts et la structure tridimensionnelle de leur matrice, les composites sont opaques dans le spectre visible, ce qui limite l'affichage de messages a un motif fixe du départ a la fin de la course ou de couleurs sur la coque. Un affichage dynamique, c.à.d. la possibilité de modifier l'information pendant une course, n'est donc pas possible avec les coques de l'état de la technique.

[0008] Coûts : les coques carbones sont produites à l'unité par infusion en autoclave sous vide. Le temps de fabrication est long, les investissements pour le matériel de transformation sont importants et l'énergie mise en jeu est coûteuse. Le contrôle unitaire des pièces engendre des coûts élevés. Au final le coût de ces véhicules de course est très élevé. Ce type de construction ultra légère est réservé aux voitures de course et à quelques « supercars » à diffusion limitée.

[0009] Dans les monoplaces électriques la batterie de stockage d'énergie est positionnée à l'arrière du pilote, en lieu et place du réservoir d'essence que l'on trouve dans les Formules 3 et Formules 1 sport proto. En cas de crash avant (qui représente une majorité des accidents pour les monoplaces), la décélération brusque induit un transfert de masse vers l'avant. Les batteries, dont la masse est importante, sont alors propulsées vers l'avant, directement dans le dos du pilote. Pour réduire ce risque la batterie peut être solidement arrimée en position fixe sur le châssis mais dans ce cas la masse de l'ensemble est augmentée, ce qui réduit les performances du véhicule.

[0010] Refroidissement batterie : Contrairement à un réservoir d'essence, la batterie d'un véhicule électrique est un stockage électro chimique d'énergie exothermique à l'utilisation. La batterie doit être refroidie et le centre de la monoplace est l'endroit le plus confiné et de ce fait le plus difficile à refroidir avec de l'air extérieur provenant de l'avancement du véhicule. Pour cette raison, dans certains véhicules électriques on recourt à un refroidissement des cellules de la batterie dans un bain huile diélectrique. Cette solution présente I avantage d'un refroidissement uniforme mais l'inconvénient d'augmenter la masse de l'ensemble, à cause de l'huile embarquée

[0011] La cellule composite carbone proprement dite absorbe l'énergie de choc en se désagrégeant. Elle est conçue comme une coque ultra rigide, très résistante en compression et en anti pénétration d'éléments extérieur. Ainsi sur tous les véhicules sportifs à coque de carbone, l'absorption d'énergie se fait principalement par la zone de crash cône avant, et les trapèzes de suspensions.

[0012] Les monoplaces de circuit de l'état de la technique étant des propulsions, les masses importantes comme le moteur, la batterie, la boite de vitesse, le différentiel et la transmission, sont situées à l'arrière du pilote. L'axe arrière supporte ainsi une masse plus importante que l'axe avant. A l'accélération, cette configuration est excellente pour passer la puissance, mais a tendance à déséquilibrer la voiture dans toutes les autres allures. Le contrôle par le pilote peut devenir difficile avec une voiture déjà déséquilibrée par conception

[0013] La publication EP 0 854 818 B1 décrit un véhicule routier ultra-léger.

[0014] La publication FR 2 925 447 A3 décrit un dispositif de positionnement d'un bac à batterie dans un véhicule et un véhicule comportant un tel dispositif.

[0015] La publication AU 2008 200 543 A1 décrit un système pour un véhicule électrique solaire.