EP3513446A1 - Dispositif d'interconnexion électrique d'éléments de batterie, et batterie d'accumulateurs pourvue d'un tel dispositif - Google Patents

Dispositif d'interconnexion électrique d'éléments de batterie, et batterie d'accumulateurs pourvue d'un tel dispositif

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EP3513446A1
EP3513446A1 EP17771799.8A EP17771799A EP3513446A1 EP 3513446 A1 EP3513446 A1 EP 3513446A1 EP 17771799 A EP17771799 A EP 17771799A EP 3513446 A1 EP3513446 A1 EP 3513446A1
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EP
European Patent Office
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battery
connection plane
magnet
contact
ribbon
Prior art date
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Pending
Application number
EP17771799.8A
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German (de)
English (en)
Inventor
Roger Pellenc
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Pellenc SAS
Original Assignee
Pellenc SAS
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Publication date
Application filed by Pellenc SAS filed Critical Pellenc SAS
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Pending legal-status Critical Current

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    • H01F7/02—Permanent magnets [PM]
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    • H01F7/0252—PM holding devices
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    • H01M50/502—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
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    • H01M50/502—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
    • H01M50/521—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing characterised by the material
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    • H01M50/514—Methods for interconnecting adjacent batteries or cells
    • H01M50/517—Methods for interconnecting adjacent batteries or cells by fixing means, e.g. screws, rivets or bolts
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a device for interconnecting battery cells and a battery equipped with such a device.
  • the battery cells are accumulators of electrical energy placed in series and / or in parallel for the formation of a storage battery.
  • the series and / or parallel of the battery elements makes it possible to supply electrical energy with a voltage and a current adapted to an electrical equipment for which the battery is intended.
  • the interconnection of the battery elements also allows their concomitant charging in electrical energy.
  • the present invention finds applications for the power supply of electrical equipment or electroportatff tools. Elfe also finds applications for the power supply of light vehicles, such as electric lawn mowers or for road vehicles, for example. In general, the invention finds applications for any battery using juxtapose battery elements and in particular cylindrical cells.
  • the batteries may comprise standard battery elements, generally in the form of cylinders, juxtaposed and electrically connected by means of interconnecting electrical conductors.
  • standard element shapes exist such as, for example, prismatic shapes that can also be used in battery assembly.
  • the quality of the electrical contacts between the battery cells and the interconnection conductors is not a critical parameter when the battery must deliver only small currents, for example, a few amps.
  • a very weak current dissipates a negligible power in the contact even with a relatively high contact resistance.
  • this power being proportional to the square of the current flowing through the contact, it is understood that it is quickly very important for strong currents.
  • the energy lost by high resistance contacts then becomes significant. It also increases with the number of contacts existing within the battery, and because of the two terminals, positive and negative, each battery element.
  • known batteries consisting of 12 lithium-ion elements in series and 8 elements in parallel, or 96 battery elements totai, delivering, at a nominal voltage of 44 volts, a total current that can be greater than 45 amps, or so greater than 5.6 amperes at each battery cell contact in operation, for a power of 2000 Watts.
  • Particularly reduced contact resistance can be achieved by spot welding the interconnect conductor directly to the terminals of the battery cells.
  • a spot weld has, in fact, a particularly weak contact resistance, generally between 0.08 and 0.13 milli-ohms.
  • batteries with soldered battery elements have a high cost of dismantling at the end of their life, because of difficulties in separating soldered battery cells.
  • a combination of conductive copper or aluminum tracks and mild steel container battery element poses compatibility problems for making welds. Better compatibility is obtained with steel or nickel tracks but at the cost of a prohibitive electrical resistivity. Improved shock and vibration immunity is achieved by replacing the solder contact between the interconnecting conductors and the terminals of the battery cells by a pressure contact.
  • Document FR 2 920 913 shows a battery in which interconnection strips have contact zones held against the terminals of the battery elements by elastic pressure means. This is, for example, flexible tabs that press the contact areas against the battery cells.
  • the contact resistance between the interconnect strips and the battery cells in this case depends on the amount of pressure exerted on these parts to keep them in contact.
  • the present invention aims to provide a reliable device for electrical interconnection of battery elements not having the limitations of known connection devices.
  • Another object is to provide an electrical interconnection device with a low contact resistance between contact areas and battery cells to be connected.
  • One goal is still to propose an electrical interconnection device adapted to high power batteries, for example batteries capable of delivering a power of 2000 or 3000 watts.
  • Another object of the invention is to propose such an interconnection device involving only a limited increase in the weight of the battery.
  • an aim is to propose an interconnection device having a lower manufacturing cost than known devices, and in particular, a lower manufacturing cost than a solder interconnection.
  • the invention proposes a device for the electrical interconnection of battery cells comprising at least one electrical conductor strip with at least one contact zone for a battery cell, and at least one permanent magnet associated with it. contact area and configured for application of the contact area on a terminal of a battery cell by magnetic interaction with the battery cell.
  • the zone of contact of the ribbon has a ribbon embossing relief, the embossing relief forming a receptacle for a magnet,
  • the magnet is housed in said magnet receptacle
  • Such an interconnection device is intended for battery elements with terminals of a material having ferromagnetic properties, or terminals associated with a ferromagnetic material, that is to say a material on which the magnet can exert an attractive force.
  • the embossing relief forms a receptacle for the magnet when it matches the shape of at least a portion of the magnet, so as to achieve, with this part, a junction by complementarity of form or a junction by friction, ents.
  • the Interconnection device may comprise a plurality of conductive ribbons and each ribbon may comprise a plurality of contact zones.
  • a total number of contact zones corresponding to the number of terminals of the battery elements can be
  • the contact zone of the invention Due to the configuration of the contact zone of the invention, it is possible to reduce or even cancel an airgap distance between the magnet and the battery element against which the magnet applied the contact zone. It is thus possible to use contact areas and small magnets by limiting the weight of these magnets, and ensuring satisfactory electrical contact.
  • the use of a magnet to maintain the contact areas confers the terminals of the battery elements ensures a reliable electrical contact, insensitive to shock and vibration. Indeed, such contacts allow a relative freedom of movement of the elements relative to each other depending on the stresses of the battery while maintaining contact at the contact areas.
  • each contact zone may comprise an opening surrounded by an electrical contact surface.
  • the opening may be, for example, in the form of a simple hole, made in the conductive strip in the middle of the contact zone This hole may be formed at the time of embossing the relief, by one end of the punch crossing the conductive ribbon.
  • the opening of the contact zone makes it possible to provide a contact with multiple points. It is considered that the contact is multiple-pointed when the terminal surface of a battery element, which generally has a certain convexity, comes into contact with the contact area not at a single point but at a plurality of points, for example a crown of points surrounding the a journeyage. It results in a lower electrical contact resistance
  • the device may further comprise, for each contact zone, a magnetic flux guide associated with the permanent magnet.
  • the magnetic flux guide without considerably increasing the weight of the interconnection device enables to channel the magnetic flux lines of the magnet and to strengthen its action on the battery elements. A better support of the contact areas on the battery cells is thus obtained, as well as a lower electrical contact reslstanos. Smaller and lighter magnets can also be implemented.
  • the interconnection device may further comprise, for each contact zone, a crimping armature of the magnet on the embossing relief.
  • the crimping armature is preferably arranged around the magnet receptacle that constitutes the embossing relief.
  • the crimping frame thus ensures a good maintenance of the magnet in its housing and therefore a good electrical contact, in deprt shock or vibration that could suffer the electric battery.
  • the crimping armature may constitute the magnetic flux guide. This feature makes it possible to simplify crimping and to simplify the interconnection device.
  • the magnet may have a cylindrical shape
  • the crimping armature may be a ring coaxial with the magnet and surrounding the magnet. More specifically, a portion of the ribbon which forms the receptacle for the magnet may be interposed between the crimp armature and the magnet for crimping the magnet in its receptacle.
  • the crimp reinforcement in particular when it forms a magnetic flux guide, may also be in the form of a capsule or a "pot" covering one of the poles of the permanent magnet. realization makes it possible to further strengthen the action of the magnet.
  • the contact zone may be configured to extend substantially along a connection plane and at least one of the magnet and the magnetic flux guide may be arranged to flush with the connection plane.
  • This configuration has the particularity of canceling the air gap between the magnet or the magnetic fiow guide, and the terminal of the battery element on which the contact zone is applied.
  • the reduction, or even the cancellation of the gap makes it possible to maximize the attraction forces of the magnet and to increase the contact pressure exerted by the magnet II in response to a lower electrical contact resistance and a possibility to use smaller and lighter magnets.
  • the magnetic flux guide may preferably be one of a soft iron guide and a magnetic guide. If it is a magnetic guide, its action is combined with that of the magnet, while reinforcing the island of Calmant
  • the conductor ribbon of the interconnection device of the invention needs to have no elastic property, nor any spring effect, to apply the contact areas on the battery cells.
  • the application is simply due to magnetic forces.
  • the electrical conductive strip may comprise a copper strip or be constituted by a thin and light copper strip.
  • the ribbon can be made of a material having weak magnetic characteristics and especially a very low resistivity so as to limit the energy losses both at the contact zones and also in the connector ribbon. can thus be made in metallic materials such as silver, aluminum, gold, or other non-magnetic substrates of greater resistivity, such as nickel or brass, corn preferentially coated with gold, aluminum, gold or silver, copper or aluminum.
  • Copper has the particularity of excellent electrical conductivity.
  • the conductive ribbon can be thin while maintaining a low electrical resistance.
  • the electrical conductor strip may have, for example, a thickness of between 50 and 200 microns. The fineness of the ribbon also makes it easily deformable and ductile to accompany the contacting of the contact zone with a terminal of a battery element without exerting a restoring force likely to oppose the action of the magnet.
  • the electrically conductive ribbon may still have a silver plating.
  • the silver plating may have a thickness of the order of 2 micrometers, for example.
  • the electrical conductor tape may have an elongated strip shape with a plurality of transverse appendages and substantially copanar, each appendix being provided with a contact zone.
  • Such a conformation of the ribbon proves particularly suitable for battery elements arranged according to a regular matrix.
  • the invention also relates to an electric storage battery comprising a plurality of battery cells having connection terminals and at least one interconnection device, as described above, interconnecting terminals of the battery cells. .
  • the battery may comprise at least one connection plane, each element of the battery having a terminal located in the connection plane.
  • the electrical interconnection device between them terminals of several battery elements located in the connection plane.
  • the battery elements are in the form of bars each end of which forms an electrical terminal
  • the battery can have two connection planes in which are located respectively the opposite electrical terminals of each battery element.
  • the battery elements may be cylindrical elements extending perpendicularly to the connection planes.
  • the battery may further comprise at least one electrical isolator having cutouts associated with terminals of the battery cells. In that case,
  • the electrical interconnection device may have an electrically conductive ribbon extending substantially along a ribbon plane, the ribbon plane being substantially parallel to the connection plane,
  • the interconnection device may have a plurality of contact zones, the contact areas protruding on the ribbon plane towards the connection plane,
  • At least one of the embossing relief, a magnet housed in a receptacle formed by the embossing relief, and a magnetic flux guide associated with the magnet may come m contact with a terminal of a battery element in the connection plane, respectively extend fun through perforations of the electrical insulator.
  • connection plane and the plane of the electrically conductive ribbon forming the interconnection device are shifted by a distance equal to or slightly greater than the thickness of the electrical insulator.
  • the insulator may comprise an electrically insulating matérlau plate, the electrically insulating matérlau plate extending between the mban plane and the connection plane, it may in particular be in the form of a plate of plastic material the perforations are adapted to the shapes and dimensions of the embossing reliefs of the contact zones or of the magnetic flux guides of which the contact zones are provided
  • each battery element may have, as mentioned above, a first terminal located in the first connection plane and a second terminal located in the second connection plane.
  • at least one electrical interconnection device may be associated with each of the first connection plane and the second connection plane, each interconnection device mutually relaying terminals of several battery elements located in the foreground. connection, respectively in the second plane
  • Figure 1 is a very simplified illustration of an electric battery part according to the invention and using an interconnection device according to the invention.
  • Figure 2 is a section of a portion of an Interconnection device according to the invention.
  • Figure 3 is a schematic section of a portion of an interconnect device of the invention and constituting an alternative embodiment.
  • Figure 4 is a schematic section of a portion of an interconnection device "informs to Plnvention and constituting another varlante embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic section of part of an interconnection device according to the invention and constituting yet another variant embodiment,
  • FIG. 6 is perspective of an interconnection device according to the invention.
  • FIG. 7 is an exploded view showing an electric battery according to the invention and using interconnection devices comparable to that of FIG. 6.
  • FIG. 1 shows a storage battery 10 comprising two battery cells 12. If, for example, they are lithium-ion battery elements in standard 18650 format, the battery cells are in the form of cylinders whose ends form respectively a positive terminal 14+ and a negative terminal 14-. The battery cells 12 are juxtaposed and the positive and negative terminals 14+ and 14- of each battery element are respectively arranged in a first and a second connection plane 16a, 18b.
  • FIG. 1 also shows an interconnection device 20 extending in the first connection plane 16a and interconnecting the positive and negative terminals 14+ and 14- of the two battery cells 12.
  • the interconnection device comprises an electrically conductive strip 22 provided with two contact zones 30.
  • the contact areas are in electrical contact with the positive and negative terminals 14+ and 14- of the battery elements in the first connection plane 16a.
  • the oorttact zone disk is provided with a permanent magnet 32 which provides the mechanical contact of the corresponding contact zone 30 with a terminal of a battery cell.
  • the magnet 32 exerts magnetic attraction forces on the terminals 14+, 14-, generally comprising a material attracted by the magnet, to ensure the maintenance of the electrical contact between the terminal of the element and the associated contact zone .
  • the section of FIG. 2 shows a possibility of producing a contact zone 30 of an interconnection device 20.
  • This section is produced here at the positive terminal 14+ of a battery element 12, in a longitudinal plane of the element comprising the axis of the magnet 32.
  • the section would however similar at the terminal 14- of the element 12.
  • the electrical conductive strip 22 has a relief of The embossing relief forms here a bowl 42 and constitutes a receptacle for the magnet 32.
  • the embossing relief is formed by stamping or embossing a copper foil forming the conductive strip 22.
  • the magnet has a cylindrical shape, and the bowl 42 of the embossing reiief 34 has a depth sufficient to fully receive the magnet 32.
  • the electrical contact with the terminal 14+ of the battery element 12, partially shown, is formed by a portion of the contact zone 30 corresponding to the bottom of the bowl forming the stamping point 34. This part of the contact constitutes an electrical contact surface.
  • the magnet 32 is held in its housing by a crimping frame 36 in the form of a mild steel ring. More specifically, the ring is, in the exemplary embodiment illustrated, both the crimp armature and a magnetic flux guide.
  • the ring of mild steel perniet indeed to press the side walls of the housing formed by the reiief stamping 34 against the magnet 32. It also allows to guide the magnetic flux lines of the magnet from a face opposite to the battery element to the battery cell.
  • the crimp frame which forms a magnetic fiow guide, coexists with the magnet 32 and surrounds the magnet.
  • the crimp armature 38 has no magnetic flux guide function it can also be made of plastic or aluminum.
  • the crimping armature 36 can also be made of a magnetic material and itself constitute a magnet which participates in the action of the magnet 32 housed in the embossing relief 34,
  • the battery element 12 comprises an insulating sheath 13 of small thickness, whose role is to avoid short circuits between the positive pole and the container of the battery element generally constituting the negative pole.
  • an air gap between the magnetic flux guide and the terminal 14+ of the battery element may be zero when the contact zone 30 is applied against the terminal 14+. It reduces the air gap of the magnet which is located at a distance from the terminal 14+, being separated from this terminal by the conductive strip 22, and thus improves the contact force between the magnet 32 and the terminal 14+, and therefore the contact between the connector ribbon 22 and the terminal 14+ in the connection plane 16a.
  • the electrical conductive tape 22 is a copper ribbon, for example copper C11000, of a thickness of 0.1 mm, coated with a silver layer with a thickness of 2 microns.
  • the magnet is a nickel-plated NdFeB magnet which is housed in a bowl 42 with a 5 mm diameter and a depth of 2 mm.
  • the crimp armature is an S235 steel ring nickel plated with an outer diameter of 6.2 mm and a thickness of 2 mm.
  • An embodiment of the contact zone according to Figure 2 is adapted in particular to the mtm in contact with a flat contact surface of the contact area, with a terminal of a battery element also flat.
  • the area of an electrical contact surface between the contacting mm of the interconnection device and the terminal of the battery may, however, be limited when the surface of the terminal 14 +, 14- of the battery element 12 has a slightly domed and convex shape.
  • the contact may indeed be limited to a point of tangency of the connection plane 16a, 16b, with the apex of the terminal 14+, 14- of the battery element 12.
  • Figure 3 is here schematically.
  • the contact zone 30 of FIG. 3 is similar to that of FIG. 1, except that the contact zone surrounds an openwork 38 formed at the bottom of the bowl 42 of the embossing topping 34.
  • the openwork 38 is preferably a circular hole, centered preferably at the bottom of the bowl 42, made by punching and concomitantly with the realization of embossing relief.
  • the presence of the opening allows an annular distribution of the contact surface in the contact area 30, including when the terminal 14+, 14- of the battery element is slightly curved.
  • FIG 4 also made schematically, shows yet another possibility of producing a contact zone 30 according to the invention.
  • the electrical conductive strip 22 of the interconnection device has a stamping relief 34 in the form of a small sleeve 44 defining a circular slot for the reception of the magnet 32.
  • the sleeve 44 is formed in one piece with the electrical conductor strip 22. It stands perpendicularly to the connection plane 16a, 18b, opposite the contact zone 30, that is to say on a face of the electrically conductive ribbon 22 opposite the ribbon face coming into contact with a terminal 14+, 14- of the battery element 12.
  • the crimping of the magnet 32 takes place by means of a crimp reinforcement 36 in the form of a soft iron ring which goes around the sleeve 44 and which presses the sleeve on the magnet 32, the ring of soft iron, as for the embodiments of the previous figures, also serves as a magnetic flux guide.
  • the contact between the interconnection device 20 and a terminal 14+, 14- of the battery element 12 is by an annular contact surface of the contact zone 30 which surrounds the magnet
  • the magnet 32 is flush with the connection plane 16a, 16b defined by the contact surface of the contact zone 30.
  • This characteristic is particularly advantageous insofar as an air gap, that is, say a spacing between the magnet and the contact terminal of the battery element can be very small or even damaged. it results in an improved efficiency of the magnet and a greater attraction force applying the contact zone 30 against the element of
  • the gap between the magnet 32 and a terminal 14+, 14- of the battery element 12, in the embodiments of FIGS. 2 and 3, is equal to the thickness of the electrical conductor ribbon 22.
  • FIG. 4 makes it possible to position the magnet 32 either flush with a connection plane 16a, 18b of the contact zone 30 or with very slight withdrawal from the connection plane. A gap of zero or less than 0.1 mm can be obtained.
  • FIG. 5 also made in a schematic manner, shows yet another possibility of producing a contact zone 30. It constitutes a simple variant of that of FIG. 4.
  • the embossing relief 34 of the contact zone of FIG. 5 is identical to that of the contact zone of FIG. 4.
  • the crimping reinforcement 36 is not a ring but a crimping pot or capsule that comes to capant hungry 32. In the example described, it is a soft iron capsule.
  • the realization of a crimping frame mm in the form of a capeule or a pot makes it possible to better channel the magnetic flux lines of the magnet towards the battery element when the crimping armature 36 is used as a magnet. magnetic flux guide.
  • the use of a crimping reinforcement in the form of a capsule of a given depth makes it possible to finely adjust the position of the magnet 32 with respect to the connection plane 16a, 16b, iora of the
  • the magnet has a face flush with the connection plane 18a, 16b.
  • Figure 8 shows an interconnection device 20 according to the invention and provided for a plurality of battery cells.
  • the device of FIG. 6 comprises an electrically conductive strip 22 in the form of an elongated central strip 50 extending along a main axis 62 and provided with a plurality of appendices 54.
  • the appendices 54 extending radially on either side of the central strip 50, and perpendicular to the main axis 52.
  • Each appendix 54 is provided at its end with a contact zone 30 provided with a magnet 32.
  • the configuration of the contact zones corresponds to for example, in FIG. 2 or 3.
  • FIG. 7 shows, in the form of an exploded view, a storage battery 10 according to the invention comprising a plurality of interconnection devices 20.
  • the storage battery 10 of FIG. 7 also comprises a plurality battery cells 12 arranged here according to a regular matrix of 10 lines and 12 coionnes.
  • the individual battery cells 12 are cylindrical in shape and have terminals 14+, 14 at their ends.
  • the terminals of the opposite ends of the battery cells define two connection planes 16a, 16b.
  • the battery elements 12 are alternately mounted with their positive terminal 14+ in the first connection plane 16a, respectively in the second connection plane 16b, then with their negative terminal 14- in the first connection plane 16a, respectively in the second connection plane 16b.
  • the successive battery elements are two to two mounted head to tail.
  • all batteries say the same column have a terminal of same polarity in the first connection plane 18a, respectively in the second connection plane 18b.
  • Interconnection devices 20 are provided for interconnecting 14 +, 14- terminals of battery cells 12 in each connection plane 16a, 16b.
  • the devices comparable to FIG. 8, have main axes 52 which are aligned with the columns of battery elements.
  • the contact zones 30 of the interconnection devices 20 here have cutouts 38 identical to those of FIG. 3, so as to favor an annular contact.
  • Each interconnection device 20 is provided for parallel connection of the battery cells of the same column and for serially connecting the battery cells of two consecutive columns.
  • the same interconnection device 20 interconnects all the positive terminals 14 + of the battery cells of a column of battery cells and connects all the negative terminals 14 to the elements of the battery. battery of the adjacent column.
  • the device also connects the positive terminals 14+ of the battery cells of a column, to the negative terminals 14- battery cells of the adjacent column.
  • Special interconnection devices 20 are mounted on the end columns 1 and 12. They constitute the terminal interconnection devices of the battery which will then be connected to the positive and negative terminals of the battery.
  • the interconnection devices comprise electrical conductor strips 22 extending in ribbon planes, not referenced, and parallel to the connection planes 18a, 16b.
  • Isolators 60a, 60b are respectively assigned between the ribbon planes and the connection planes 16a, 16b.
  • the insulators are in the form of plates of an insulating material, for example plastic. They are pierced with a plurality of perforations 62 in the form of transverse holes and dimensioned to receive the embossing relief of the contact zones 30 of the interconnection device, as well as the crimping magnet and reinforcement respectively associated with the contact zones.
  • each contact zone 30 of each Interconnection device is associated with an openwork 82 of an insulator 60a, 60b.
  • the contact areas 30 extend through the jets 62 to reach the terminals 14+, 14- of the battery cells 12 in the contact planes 16a, 16b.
  • Insulators 60a and 60b also have a mechanical function of supporting and maintaining relative elements relative to each other, and with respect to the interconnection devices.
  • a number of known battery cells have a negative terminal in the form of an outer metal casing which extends from one end of the cylindrical body from the battery element to the opposite end having the positive terminal of the same battery cell. The two terminals of such a battery element can thus coexist in the same connection plane.
  • All of the elements 12 of the battery 10 of FIG. 7 can be housed in a not shown battery case.
  • the housing can be designed in a light manner in that it does not have to contain support forces interconnecting devices on hss battery cells.
  • the interconnection devices 20 are held in place by the magnetic forces that the magnets 32 of the contact zones 30 exert on the battery elements 12.
  • the interlinking devices easily allow relative movements of the battery elements relative to one another, but also small relative movements of sliding between the contact zones and the terminals of the battery cells, while maintaining the contact between the contact zones and the terminals, there is thus no risk of fatigue at the contact and therefore no risk of breaking contact in use of the battery.
  • the battery cells thus contribute to maintaining the cohesion of the

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Abstract

L'invention concerne un dispositif d'interconnexion (20) d'éléments de batterie (12) comprenant m moins un ruban conducteur électrique (22) avec au moins une zone de contacte (30) pour élément de batterie, et eu moins un aimant (32), permanent, associé à la zone de contact (30) et configuré pour une application de la zone de contact (30) sur une borne (14+) d'un élément de batterie (12) par Interaction magnétique avec l'élément da batterie. Conformément à l'invention : - la zone de contact (30) du ruban présent un relief d'emboutissage (34) du ruban, le relief d'emboutissage (34) formant un réceptacle peur aimant - l'aimant (32) est logé dans ledit réceptacle pour aimant L'invention concerne également une batterie d'accumulateur disant la dispositif d'interconnexion. Application aux batteries d'alimentation d'outils électroportatifs, notamment.

Description

Dispositif d'Interconnexion électrique d'éléments de batterie et batterie d'accumulateurs pourvue d'un tel dispositif
Domaine technique
La présente invention concerne un dispositif d'interconnexion d'éléments de batterie et une batterie équipée d'un tel dispositif.
Les éléments de batterie sont des accumulateurs d'énergie électrique mis en série et/ou en paraiièle pour la formation d'une batterie d'accumulateurs. La mise en série et /ou en paraiièle des éléments de batterie permet de fournir une énergie électrique avec une tension et un courant adaptés à un équipement électrique auquel est destiné la batterie. L'interconnexion des éléments de batterie permet aussi leur recharge concomitante en énergie électrique.
La présente invention trouve des applications pour l'alimentation en énergie d'équipements électriques ou d'outils électroportatffs. Elfe trouve également des applications pour l'alimentation en énergie de véhicules iégers, tels que des tondeuses électriques ou pour l'alimentation de véhicules routiers, par exemple. De manière générale, d'invention trouve des applications pour toute batterie utilisant des éléments de batterie juxtaposes et en particulier des cellules cylindriques.
Etat de la technique antérieure
Des avancées Importantes dans le capacité des batteries électriques et la réduction de leur poids, ont généralisé l'utilisation de moteurs électriques dans des équipements ou des outils traditionnellement équipée de moteurs thermiques. Ceci est la cas, par exemple, d'équipements électriques ou d'outils teis que des tondeuses, des sécateurs, des taille-haies, des tronçonneuses ou des souffleurs. Selon les équipements ou outils considérés, la batterie peut être fixée sur l'équipement, peut être Intégrée dans le corps de l'outil, ou peut être portée à la ceinture ou au dos d'un utilisateur. Les batteries électriques peuvent être dédiées â un outil spécifique ou peuvent être adaptables à différents outils.
Les batteries peuvent comporter des éléments de batterie standard, généralement sous la forme de cylindres, juxtaposés et reliés électriquement au moyen de conducteurs électriques d'interconnexion. D'autres formes d'élément» standards existent comme, par exemple, des formes prismatiques qui peuvent aussi être utilisées dans l'assemblage de batteries.
La qualité des contacts électriques entre les éléments de batterie et les conducteurs d'interconnexion n'est pas un paramétre critique lorsque la batterie ne doit délivrer que de faibles courants, de quelques mHilampères, par exemple. En effet, la puissance F dissipée au niveau d'un contact de résistance R pour la fourniture d'un courant I est donnée par la loi d'Ohm : P=R*I2, Ainsi, un très faible courant dissipe une puissance négligeable dans le contact même avec une résistance de contact relativement élevée. Par contre, cette puissance étant proportionnelle au carré du courant qui traverse le contact, on comprend qu'elle est rapidement très importante pour des courants forts. L'énergie perdue par des contacts de résistance élevée devient alors non négligeable. Elle augmente par ailleurs avec le nombre de contacts existant au sein de la batterie, et en raison des deux bornes, positive et négative, de chaque élément de batterie.
Ceci est le cas, par exemple, pour des batteries devant délivrer des puissances égales à 2000W, voire davantage, possédant un nombre d'éléments de batteries élevé pouvant atteindre plusieurs dizaines d'éiéments avec des courante de plusieurs ampères traversant chaque contact Ceci est encore davantage le cas pour des batteries comprenant des centaines, voire des miniers d'éléments.
Typiquement, des batteries connues constituées de 12 éléments Lithium-Ion en série et 8 éléments en parallèle, soit 96 éléments de batterie au totai, délivrant, sous une tension nominale de 44 volts, un courant total pouvant être supérieur é 45 Ampères, soit donc supérieur â 5,6 ampères au niveau de chaque contact d'élément de batterie en fonctionnement, pour une puissance de 2000 Watts.
Ainsi, pour des batteries de forte puissance, ii est nécessaire de prendre des précautions pour limiter la résistance électrique entre les zones de contact du conducteur d'interconnexion et les bornes des éléments de batterie. Un courant important traversant ces parties serait en effet, susceptible de générer un échauffement inacceptable par effet joule si la résistance de contact est élevée, mais surtout une énergie dissipée Inutilement au détriment de l'autonomie de travail de l'outil ou de l'équipement branché sur la batterie.
Une résistance de contact particulièrement réduite peut être obtenue par un soudage électrique par point du conducteur d'interconnexion directement sur les bornes des éléments de batterie. Une soudure par point présente, en effet, une résistance de contact particulièrement feible, comprise généralement entre 0,08 et 0,13 milli-ohms.
En revanche une telle soudure a pour désavantages de posséder une faible surface de contact et d'être sensible aux vibrations et aux choce. Compte tenu du nombre importent d'éléments de batterie, dans des batteries puissantes, la multiplication des soudures par point se fait ainsi au détriment de la Habilité de la batterie. En effet les sollicitations de choc et de vibrations sur un tel ensemble conduisent à des phénomènes de fatigue au niveau des contacts générant progressivement des fissures sur les pointe de soudure. Les fissures ont tendance à provoquer une oxydation des points de soudure qui conduit, d'une part, è augmenter considérablement leur résistance de contact et, d'autre part, à induire une rupture partielle ou totale du contact Ces phénomènes peuvent rendre la batterie inopérante. Des courts-circuits dommageables peuvent également résulter des phénomènes de fatigue des contacts.
L'utilisation de batteries de forte puissance avec des contacts soudés pose ainsi problème sur des tondeuses électriques ou pour des outils exposés aux chocs et aux vibrations.
Par ailleurs les batteries à éléments de batterie soudés présentent un coût de démantèlement élevé en fin de vie, en raison de difficultés à séparer des éléments de batterie soudés.
Enfin, une combinaison de pistes conductrices en cuivre ou en aluminium et des élémente de batterie à conteneur en acier doux pose des problèmes de compatibilité pour la réalisation de soudures. Une meilleure compatibilité est obtenue avec des pistes en acier ou en nickel mais au prix d'une résistivité électrique rédhibitoire. Une meilleure Immunité aux chocs et aux vibrations est obtenue en remplaçant le contact par soudure antre conducteurs d'interconnexion et tes bornes des éléments de batterie par un contact par pression.
Le document FR 2 920 913 montra une batterie dans laquelle des bandes d'interconnexion présentent des zones de contact maintenues contre les bornes des éléments de batterie par des moyens élastiques de pression. Il s'agit, par exemple, de languettes flexibles qui pressent les zones de contact contre les éléments de batterie.
La résistance de contact entre les bandes d'interconnexion et les éléments de batterie dépend dans ce cas de l'importance de la pression exercée sur ces parties pour les maintenir en contact.
Un contact de qualité nécessite donc des moyens à ressort de raideur élevée pour générer des forces d'appui Importantes.
Là encore, l'utilisation de ressorts puissants ne pose pas de problème lorsque le nombre d'éiéments de batterie à Irnerconnecter est faible. Elle devient en revanche problématique pour des batteries avec un grand nombre d'éiéments de batterie. En effet, la somme des forces d'appui des zones de contact sur les bornes des éléments de batterie génère un effort mécanique de réaction non négiigeable sur le bottier de la batterie qui entoure les éléments de batterie, ii est ainsi nécessaire de prévoir une structure de support et un boîtier dimensionnés pour contenir sans déformation la pression cumulée des ressorts.
Cette solution s'avère peu satisfaisante pour des batteries portées au dos ou à la ceinture d'un utilisateur. Le poids et le volume supplémentaires qu'occasionne l'adaptation du bottier de batteries aux contraintes mécaniques, va en effet â rencontre d'un objectif générai d'alléger les batteries et de les rendre compactes.
Une autre solution encore est d'utiliser des aimants permanents dans les pôles positifs et négatifs des éléments de batterie pour les connecter entre eux. A titre d'illustration on peut citer le document US2008/0220293, qui prévoit d'intégrer des aimants permanents aux pôles positif et négatif de fins éléments prismatiques de batterie. Les aimants exercent une force magnétique d'attraction qui permet un empilage d'éléments de batterie et leur connexion a un contact magnétique.. Le courant circule directement à travers l'aimant permanent, c'est-à-dire à travers un matérlau connus pour sa résistance électrique relativement élevée. Exposé de l'Invention
La présente Invention a pour but de proposer un dispositif d'interconnexion électrique d'éléments de batterie fiable ne présentant pas les limitations des dispositifs de connexion connus.
Un autre but est de proposer un dispositif d'interconnexion électrique avec une faible résistance de contact entre des zones de contact et des éléments de batterie à connecter.
Un but est encore de proposer un dispositif d'interconnexion électrique adapté à des batteries de forte puissance, par exemple des batteries capables de délivrer une puissance de 2000 ou de 3000 watt.
Un autre but encore de l'Invention est de proposer un tel dispositif d'Interconnexion n'impliquant qu'une augmentation limitée du poids de la batterie.
Enfin, un but est de proposer un dispositif d'interconnexion présentant un coût de fabrication plus faible que les dispositifs connus, et en particulier, un coût de fabrication plus faible qu'une interconnexion par soudure.
Pour atteindre ces bute, l'invention propose un dispositif d'interconnexion électrique d'éléments de batterie comprenant au moins un ruban conducteur électrique avec au moins une zone de contact pour élément de batterie, et au moins un aimant, permanent, associé à ia zone de contact et configuré pour une application de ia zone de contact sur une borne d'un élément de batterie par interaction magnétique avec l'élément de batterie. Conformément à l'invention :
- la zone de contact du ruban présente un relief d'emboutissage du ruban, le relief d'emboutissage formant un réceptacle pour aimant,
- l'aimant est logé dans ledit réceptacle pour aimant
Un tel dispositif d'interconnexion est destiné à des éléments de batterie avec des bornes en un matériau présentant des propriétés ferromagnétiques, ou des bornes associées à un matériau ferromagnétique, c'est-à-dire un matériau sur lequel l'aimant puisse exercer une force d'attraction.
On considère que le relief d'emboutissage forme un réceptacle pour l'aimant lorsqu'il épouse la forme d'au moins une partie de l'aimant, de manière à réaliser, avec cette partie, une jonction par complémentarité de forme ou une jonction par frottem,ents.
Dans la description qui suit, et sauf précision contraire, I est fait référence à un unique ruban conducteur et une unique zone de contact de ce ruban. On gardera toutefois à l'esprit qu'il ne s'agit que d'une simplification de Pexpoeé mais que le dispositif d'Interconnexion peut comporter une pluralité de rubans conducteurs et chaque ruban peut comporter une pluralité de zones de contact. En particulier, pour l'interconnexion des éléments d'une batterie, un nombre total de zones de contact correspondant au nombre de bornes dos éléments de batterie peut être
Grâce â la configuration de la zone de contact de l'invention, El est possible de réduire, voire d'annuler une distance d'entrefer entre l'aimant et l'élément de batterie contre lequel l'aimant appliqua la zone de contact. Il est ainsi possible de recourir à des zones de contact et des aimants de petite dimension en limitant le poids de oes aimants, et en garantissant un contact électrique satisfaisant.
En outre, l'utilisation d'un aimant pour maintenir les zones de contact confre les bornes des éléments de batterie permet de garantir un contact électrique fiable, peu sensible aux chocs et aux vibrations. En effet, de tels contacts autorisent une liberté de mouvement relative des éléments les uns par rapport aux autres en fonction des sollicitations de la batterie tout en maintenant le contact au niveau des zones de contact.
Le relief de la zone de contact est formé d'une seule pièce par emboutissage du ruban. L'emboutissage peut avoir lieu, par exemple, au moyen d'une matrice et d'un poinçon adaptés au relief, et à la taille de l'aimant devant prendre place dans le réceptacle formé par le relief. De manière préférentielle, chaque zone de contact peut comporter un ajourage entouré par une surface de contact électrique. L'ajourage peut se présenter, par exemple, sous la forme d'un simple trou, pratiqué dans le ruban conducteur au milieu de la zone de contact Ce trou peut être formé au moment de l'emboutissage du relief, par une extrémité du poinçon traversant le ruban conducteur.
Outre de réduire davantage encore l'entrefer entre l'aimant et la borne de l'élément batterie contre lequel la zone de contact est appliquée, notamment lorsque la borne est convexe, l'ajourage de la zone de contact permet de procurer un contact à points multiples. On considère que le contact est à pointe multiples lorsque ta surface de la borne d'un élément de batterie, qui présente généralement une certaine convexité, vient en contact avec la zone de contact non pas en un point unique mais en une pluralité de pointe, par exemple une couronne de points entourant l'ajourage. Il en résuite une plus faible résistance électrique de contact
Selon une particularité intéressante de l'Invention, le dispositif peut comporter en outre, pour chaque zone de contact, un guide de flux magnétique associé à l'aimant permanent Le guide de flux magnétique, sans augmenter considérablement le poids du dispositif d'interconnexion permet de canaliser les lignes de flux magnétique de l'aimant et de renforcer son action sur les éléments de batterie. Un meilleur appui des zones de contact sur les éléments de batteries est ainsi obtenu, de môme qu'une plus faible réslstanos électrique de contact Des aimants de plus petite taille et plus légers peuvent aussi être mis en œuvre.
Par ailleurs, le dispositif d'interconnexion peut encore comporter, pour chaque zone de contact, une armature de sertissage de l'aimant sur le relief d'emboutissage. L'armature de sertissage est disposée de préférence autour du réceptacle pour aimant que constitue le relief d'emboutissage. L'armature de sertissage permet ainsi de garantir un bon maintien de l'aimant dans son logement et donc un bon contact électrique, en déprt de chocs ou de vibrations que pourrait subir la batterie électrique. De manière avantageuse, l'armature de sertissage peut constituer le guide de flux magnétique. Cette caractéristique permet de simplifier le sertissage et d'aiiéger le dispositif d'icteroonnexion.
Selon une réalisation particulière du dispositif de l'invention, l'aimant peut présenter une forme cylindrique, et l'armature de sertissage peut être un anneau coaxial à l'aimant et entourant l'aimant. Plus précisément une partie du ruban qui forme le réceptacle pour l'aimant, peut être intercalée entre i'armature de sertissage et l'aimant, pour le sertissage de i'aimant dans son réceptacle.
L'armature de sertissage, en particulier lorsqu'elle forme un guide de flux magnétique, peut encore se présenter sous la forme d'une capsule ou d'un "pot" recouvrant l'un des pôles de i'aimant permanent Cette forme de réalisation permet de renforcer encore davantage l'action de i'aimant.
De manière particulièrement avantageuse, la zone de contact peut ôtre configurée pour s'étendre sensiblement selon un plan de connexion et au moins l'un de i'aimant et du guide de flux magnétique peut être disposé pour affleurer au plan de connexion.
Cette configuration présente la particularité d'annuler l'entrefer entre i'aimant ou le guide de fiux magnétique, et la borne de l'élément de batterie sur lequel est appliquée la zone de contact.
La réduction, voire l'annulation de l'entrefer permet de maximiser les forces d'attraction de l'aimant et d'augmenter la pression de contact qu'exerce l'aimant II en résufte une résistance de contact électrique plus faible et une possibilité d'utiliser des aimants plus petits et plus légers.
Le guide de fiux magnétique peut être, de préférence, l'un parmi un guide en fer doux et un guide aimanté. S'il s'agit d'un guide aimanté, son action se conjugue à celle de i'aimant, tout en renforçant ceile de Calmant
Contrairement aux dispositifs connus, le ruban conducteur du dispositif d'interconnexion de l'Invention n'a besoin de présenter aucune propriété élastique, ni aucun effet de ressort, pour appliquer les zones de contact sur les éléments de batterie. L'application est simplement due aux forces magnétiques. Ainsi, et de manière avantageuse te ruban conducteur électrique peut comporter un ruban de cuivre ou être constitué par un ruban de cuivre mince et léger. Selon d'autres possibilités le ruban peut être réalisé en une matière présentant de faibles caractéristiques magnétiques et surtout une très faible résistivité de façon à limiter Ees pertes d'énergie à la fois au niveau des zones de contact mais aussi dans le ruban connecteur, il peut être ainsi réalisé dans des matières métalliques telles que l'argent, l'aluminium, l'or, ou d'autres substrats non magnétiques de résistivité plus Importante, tels que le nickel ou le laiton, maïs préférentiellement recouverts d'or, d'argent, de cuivre ou d'aluminium.
Le cuivre, présente la particularité d'une excellente conductibilité électrique. Le ruban conducteur peut donc être fin tout en conservant une faible résistance électrique. Le ruban conducteur électrique peut présenter, par exemple, une épaisseur comprise entre 50 et 200 micromètres. La finesse du ruban le rend également facilement déformable et ductile pour accompagner la mise en contact de la zone de contact avec une borne d'un élément de batterie sans exercer de force de rappel susceptible de s'opposer à l'action de l'aimant,
ii en résulte un contact fiable avec une résistance électrique faible.
Le ruban conducteur électrique peut encore présenter un plaquage en argent. Le plaquage en argent peut présenter une épaisseur de l'ordre de 2 micromètres, par exemple.
Selon une réalisation particulière du ruban conducteur électrique, celui-ci peut présenter une forme de bande allongée avec une pluralité d'appendices transverses et sensiblement copianaires, chaque appendice étant pourvu d'une zone de contact. Une telle conformation du ruban s'avère adapté en particulier à des éléments de batterie disposes selon une matrice régulière.
L'invention concerne également une batterie d'accumulateurs électriques comprenant une pluralité d'éléments de batterie présentant des bornes de connexion et au moins un dispositif d'interconnexion, tel que décrit ci-dessus, et reliant entre elles des bornes des éléments de batterie.
Selon une possibilité de réalisation de la batterie, celle-ci peut comporter au moins un plan de connexion, chaque élément de la batterie présentant une borne située dans le plan de connexion. Dans ce cas, le dispositif d'Interconnexion électrique reile, entre-elles, des bornes de plusieurs éléments de batterie situées dans le plan de connexion.
Lorsque les éléments de batterie se présentent sous la forme de barreaux dont chaque extrémité forme une borne électrique, la batterie peut présenter deux plans de connexions dans lesquels se situent respectivement les bornes électriques opposées de chaque élément de batterie.
Dans ce cas, et selon une possibilité de réalisation de la batterie de l'Invention, les éléments de batterie peuvent être des éléments cylindriques s'étendant perpendiculairement aux plans de connexion.
La batterie peut encore comporter au moins un isolateur électrique présentant des ajourages associés à des bornes des éléments de batterie. Dans ce cas,
- le dispositif d'interconnexion électrique peut présenter un ruban conducteur électrique s'étendant pour l'essentiel selon un plan de ruban, le plan de ruban étant sensiblement parallèle au plan de connexion,
- le dispositif d'interconnexion peut présenter une pturaiité de zones de contact, les zones de contact faisant saillie sur le plan de ruban en direction du plan de connexion,
- pour chaque zone de contact, au moins l'un du relief d'emboutissage, d'un aimant logé dans un réceptacle formé par le relief d'emboutissage, et d'un guide de flux magnétique associé à l'aimant, peuvent venir m contact avec une borne d'un élément de batterie dans le plan de connexion, en s'étendent respectivement à travers fun des ajourages de l'isolateur électrique.
Dans ce mode de réalisation, le plan de connexion et le plan du ruban conducteur électrique formant le dispositif d'Interconnexion sont décalés d'une distance égale ou iégérement supérieure à l'épaisseur de l'isolateur électrique. Ainsi, seules les zones de contact en relief atteignent les bornes de éléments de batterie, sans risque de court-circuit, y compris lors d'une déformation accidentelle du ruban conducteur du dispositif de connexion.
L'isolateur peut comporter une plaque de matérlau isolant électrique, la plaque de matérlau isolant électrique s'étendant entre le plan de mban et le plan de connexion, il peut en particulier se présenter sous la forme d'une plaque de matière plastique dent les ajourages sont adapte aux formas et dimensions des reliefs d'emboutissage des zones de contact ou des guides de flux magnétiques dont sont pourvues les zones de contact
Dans une configuration particuiÎàre de fa batterie, présentant un premier plan de connexion et un deuxième plan de connexion, le deuxième plan de connexion étant opposé au premier plan de connexion et sensiblement paraliéle au premier plan de connexion, chaque élément de batterie peut présenter, comme évoqué précédemment, une première borne située dans le premier plan de connexion et une deuxième borne située dans le deuxième plan de connexion. Dans ce cas, au moins un dispositif d'Interconnexion électrique peut être associé à chacun du premier plan de connexion et du deuxième plan de connexion, chaque dispositif d'interconnexion rellant entre-elles des bornes de plusieurs éléments de batterie situées dans le premier plan de connexion, respectivement dans le deuxième plan
D'autres caractéristiques et avantages de l'Invention rassortent de la description qui suit, en références aux figures des dessins. Cette description est donnée à titre purement iliustratif et non limitatif.
Brève description des figures
La figure 1, est une illustration très simplifiée d'une partie de batterie électrique conforme à l'invention et utilisant un dispositif d'interconnexion conforme à l'invention.
La figure 2 est une section d'une partie d'un dispositif d'Interconnexion conforme â l'invention.
La figure 3 est une section à caractère schématique d'une partie d'un dispositif d'interconnexion cartforme à l'invention et constituant une variante de réalisation. La figure 4 est une section à caractère schématique d'une partie d'un dispositif d'Interconnexion «informe à Plnvention et constituant une autre varlante de réalisation. La figure 5 est une section à caractère schématique d'une partie d'un dispositif d'Irrterconnexion conforme à {'invention et constituant encore une autre varlante de réalisation,
La figure 6 est perspective d'un dispositif d'interconnexion conforme à l'invention. La figure 7 est un éclaté montrant une batterie électrique conforme à l'invention et utilisant des dispositifs d'interconnexion comparables à ceiui de la figure 6.
Les dessins des figures sont représentées en échelle libre.
Description détaillée de modes do mise en oeuvre de l'Invention.
Dans la description qui suit, des parties identiques ou similaires des différentes figures portent les mêmes références pourfacHitsr le report d'une figure à l'autre.
La figure 1 montre une batterie d'accumulateurs 10 comprenant deux éléments de batterie 12. If s'agit par exemple d'éléments de batterie Lithium-ion au format standard 18650, Les éléments de batterie se présentent sous la forme de cylindres dont les extrémités forment respectivement une borne positive 14+ et une borne négative 14-. Les éléments de batterie 12 sont juxtaposés et les bornes positive et négative 14+ et 14- de chaque éiément de batterie sont agencées respectivement dans un premier et un deuxième plan de connexion 16a, 18b.
Les deux éléments de batterie de la figure 1, sont orientés "tète bêche" de sorte que dans chaque plan de connexion on trouve une borne positive de l'un des éléments de batterie et une borne négative de l'autre éiément de batterie. Une telle disposition des éléments de batterie se prête en particulier à leur mise en série. La figure 1 montre également un dispositif d'interconnexion 20 s'étendant dans le premier plan de connexion 16a et rellant entre elles les bornes positive et négative 14+ et 14- des deux éléments de batterie 12.
Le dispositif d'interconnexion comprend un ruban conducteur électrique 22 pourvu de deux zones de contact 30. Les zones de contact sont en contact électrique avec les bornes positive et négative 14+ et 14- des éléments de batterie dans le premier plan de connexion 16a. On peut noter que disque zone de oorttact est pourvue d'un aiment 32, permanent, qui assure le contact mécanique de la zone de contact 30 correspondante avec une borne d'un élément de batterie. L'aimant 32 exerce des forces magnétiques d'attraction sur les bornes 14+, 14-, comprenant généralement un matérlau attiré par l'aimant, pour assurer le maintien du contact électrique entre la borne de l'élément et la zone de contact associée.
La section de la figure 2 montre une possibilité de réalisation d'une zone de contact 30 d'un dispositif d'interconnexion 20. Cette section est réalisée ici au niveau de la borne positive 14+ d'un élément de batterie 12, dans un plan longitudinal de l'élément comprenant l'axe de l'aimant 32. La section serait toutefois similaire au niveau de la borne 14- de l'élément 12. Dans la zone de contact 30, le ruban conducteur électrique 22 présente un relief d'emboutissage 34. Le relief d'emboutissage forme ici une cuvette 42 et constitue un réceptacle pour l'aimant 32. Le relief d'emboutissage est formé par emboutissage ou matriçege d'une feuille de cuivre formant le ruban conducteur 22.
Dans j'exemple de la figure 2, l'aimant présente une forme cyiindrlque, et la cuvette 42 du reiief d'emboutissage 34 présente une profondeur suffisante pour y recevoir entièrement l'aimant 32.
Le contact électrique avec la borne 14+ de i'éfément de batterie 12, partiellement représenté, se M par une partie de la zone de contact 30 correspondant au fond de la cuvette forment le reiief d'emboutissage 34. Cette partie de la zone de contact constitue une surface de contact électrique.
L'aimant 32 est maintenu dans son logement par une armature de sertissage 36 sous la forme d'une bague en acier doux. Plus précisément, la bague constitue, dans l'exemple de réalisation illustré, à la fois l'armature de sertissage et un guide de flux magnétique. La bague en acier doux perniet en effet de presser les parois latérales du logement formé par le reiief d'emboutissage 34 contre l'aimant 32. Elle permet également d'orienter les lignes de flux magnétique de l'aimant depuis une face opposée à l'élément de batterie vers l'élément de batterie.
De manière avantageuse, l'armature de sertissege, qui forme un guide de fiux magnétique, est coexiste à l'aimant 32 et entoure l'aimant. Lorsque l'armature de sertissage 38 n'a pas de fonction de guide de flux magnétique elle peut également être réalisée en matière plastique ou en aluminium.
L'armature de sertissage 36 peut aussi être réalisée en un matérlau magnétique et constituer elle-même un aimant qui participe à l'action de l'aimant 32 logé dans le relief d'emboutissage 34,
On peut noter aussi que l'élément de batterie 12 comporte une gaine isolante 13 de faible épaisseur, dont le rôle est d'éviter des courts-circuits entre le pôle positif et le conteneur de l'élément de batterie constituant généralement le pôle négatif.
Dans le cas de le figure 2 la zone de contact 30, correspondant ici au fond de la cuvette formée par le relief d'emboutissage 34, La zone de contact s'étend selon le premier plan de connexion 18a. On peut noter qu'un bord de l'armature de sertissage 36 adjacente au plan de connexion 16a vient affleurer le plan de connexion.
Ainsi lorsque l'armature de sertissage sert de guide de flux magnétique, un entrefer entre le guide de flux magnétique et la borne 14+ de l'élément de batterie peut être nul lorsque la zone de contact 30 est appliquée contre la borne 14+. Elle réduit l'entrefer de i'aimant qui est situé lui â distance de la borne 14+, étant séparé de cette borne par te ruban conducteur 22, et améliore ainsi la force de contact entre l'aimant 32 et la borne 14+, et donc le contact entre le ruban connecteur 22 et la borne 14+ dans le plan de connexion 16a.
Dans l'exemple décrit le ruban conducteur électrique 22, est un ruban de cuivre, par exemple de cuivre C11000, d'une épaisseur de 0,1 mm, revêtu d'une couche d'argent d'une épaisseur de 2 micromètres. L'aimant est un aimant de type NdFeB nickelé qui vient se loger dans une cuvette 42 d'un dlamètre de 5 mm et d'une profondeur de 2 mm. L'armature de sertissage est une bague en acier S235 nickelée d'un dlamètre extérieur de 6,2 mm et d'une épaisseur de 2 mm.
Ces valeurs ne sont pas limitatives. Une réalisation de la zone de contact selon la figure 2, est adaptée notamment à la mtm en contact d'une surface de contact plane de la zone de contact, avec une borne d'un élément de batterie également plane.
L'aire d'une surface de contact électrique entre la mm de contact du dispositif d'interconnexion et la borne de la batterie risque toutefois d'être limitée lorsque la surface de Ea borne 14+, 14- de l'élément de batterie 12 présente une forme légèrement bombée et convexe. Le contact risque en effet d'être limité à un point de tangence du plan de connexion 16a, 16b, avec l'apex de la borne 14+, 14- de l'élément de batterie 12.
Pour augmenter l'aire de la surface de contact, et ainsi réduire encore davantage la résistance électrique de contact, y compris pour des batteries avec des bornes qui ne sont pas parfaitement planes, une réalisation de la zone de contact conforme à la figure 3 est proposée. La figure 3 est réalisée ici de façon schématique.
La zone de contact 30 de la figure 3 est similaire à celle de la figure 1, à ceci près que la zone de contact entoure un ajourage 38 pratiqué au fond de la cuvette 42 du relief d'embœjtissage 34. L'ajourage 38 est de préférence un trou circulaire, centré de préférence au fond de la cuvette 42, pratiqué par poinçonnage et de manière concomitante avec la réalisation du relief d'emboutissage.
La présence de l'ajourage permet une répartition annulaire de la surface de contact dans la zone de contact 30, y compris lorsque la borne 14+, 14- de l'élément de batterie est légèrement bombé.
La figure 4, réalisée elle aussi de façon schématique, montre encore une autre possibilité de réalisation d'une zone de contact 30 conforme à l'invention. Le ruban conducteur électrique 22 du dispositif d'Interconnexion présente un relief d'emboutissage 34 sous la forme d'un petit manchon 44 définissant un iogement circulaire pour la réception de l'aimant 32. Le manchon 44 est formé d'une seule pièce avec le ruban conducteur électrique 22. il se dresse perpendiculairement au plan de connexion 16a, 18b, à l'opposé de la zone de contact 30, c'est à dire sur une face du ruban conducteur électrique 22 opposée lia face du ruban venant en contact avec une borne 14+, 14- de !" élément de batterie 12.
Le sertissage de l'aimant 32 a lieu au moyen d'une armature de sertissage 36 sous la forme d'une bague de fer doux qui fait le tour du manchon 44 et qui vient serrer le manchon sur l'aimant 32, La bague de fer doux, comme pour les exemples de réalisation des figures précédentes, sert également de guide de flux magnétique.
Le contact entre le dispositif d'interconnexion 20 et une borne 14+, 14- de l'élément de batterie 12 se fait par une surface de contact annulaire de la zone de contact 30 qui entoure l'aimant
On peut noter sur la figure 4 que l'aimant 32 affleure au plan de connexion 16a, 16b défini par la surface de contact de la zone de contact 30, Cette caractéristique est particulièrement avantageuse dens la mesure où un entrefer c'est-à-dire un espacement entre l'aimant et la borne de contact de l'élément de batterie peut être très faible, voire nui. il en résuite une efficacité améliorée de l'aimant et une force d'attraction pius grande appliquant la zone de contact 30 contre l'élément de
A titre de comparaison, l'entrefer entre l'aimant 32 et une borne 14+, 14- de l'élément de batterie 12, dans les modes de réalisation des figures 2 et 3, est égal à l'épaisseur du ruban conducteur électrique 22.
Le mode de réalisation de la figure 4 permet de positionner l'aimant 32 soit à fleur d'un plan de connexion 16a, 18b de la zone de contact 30 soit en très léger retrait du plan de connexion. Un entrefer nul ou d'une épaisseur inférieure à 0,1mm peut être obtenu.
La figure 5, elle aussi réalisée de façon schématique, montre encore une autre possibilité de réalisation d'une zone de contact 30. Elle constitue une simple variante de celle de la figure 4.
Le relief d'emboutissage 34 de la zone de contact de la figure 5 est Identique è celui de la zone de contact de la figura 4. A la différence de la figure 4, toutefois, l'armature de sertissage 36 n'est pas une bague mais un pot ou une capsule de sertissage qui vient coiffer faimant 32. Dans l'exemple décrit, il s'agit d'une capsule en fer doux. La réalisation d'une armature de sertissage mm la forme d'une capeule ou d'un pot permet de mieux canaliser encore les lignes de flux magnétiques de l'aimant vers l'élément de batterie lorsque l'armature de sertissage 36 est utilisée comme guide de flux magnétique. Par ailleurs, compte tenu d'une hauteur du manchon 44 Inférieure à celle de l'aimant l'utilisation d'une armature de sertissage sous la forme d'une capsule de profondeur déterminée, permet d'ajuster finement la position de l'aimant 32 par rapport au plan de connexion 16a, 16b, iora du
Dans l'exemple de la figure 5, l'aimant présente une face affleurant le plan de connexion 18a, 16b.
La figure 8 montre un dispositif d'interconnexion 20 conforme à l'invention et prévu pour une pluralité d'éléments de batterie. Le dispositif de la figure 6 comprend un ruban conducteur électrique 22 sous la forme d'une bande centrale 50, allongée, s'étendant selon un axe principal 62 et pourvue d'une pluralité d'appendices 54. Les appendices 54 s'étendant radlalement de part et d'autre de la bande centrale 50, et perpendiculairement à l'axe principal 52. Chaque appendice 54 est pourvu en son extrémité d'une zone de contact 30 pourvue d'un aimant 32. La configuration des zones de contact correspond, par exemple, à ceHe des figures 2 ou 3.
La figure 7 montre, sous la forme d'un éclaté, une batterie d'accumulateurs 10, conforme à l'invention, comprenant une pluralité de dispositifs d'interconnexion 20. La batterie d'accumulateurs 10 de la figure 7 comprend également une pluralité d'éléments de batterie 12 agencées ici selon une matrice régulière de 10 lignes et de 12 coionnes. Les éléments de batterie individuels 12 ont de forme cylindrique et présentent des bornes 14+, 14- en leurs extrémités. Les bornes des extrémités opposées des éléments de batterie définissent deux plans de connexion 16a, 16b. Dans une môme ligne les éléments de batterie 12 sont alternativement montées avec leur borne positive 14+ dans le premier plan de connexion 16a, respectivement dans le deuxième plan de connexion 16b, puis avec leur borne négative 14- dans le premier plan de connexion 16a, respectivement dans le deuxième plan de connexion 16b. En d'autres termes dans une même ligne les éléments de batteries successifs sont deux a deux montés tête-bêche. En revanche, toutes les batteries dire une même colonne présentent une borne de môme polarité dans !e premier plan de connexion 18a, respectivement dans le deuxième plan de connexion 18b.
Des dispositifs d'interconnexion 20 sont prévus pour interconnecter des bornes 14+,14- d'éléments de batterie 12 dans chaque plan de connexion 16a,16b Les dispositifs, comparables à la figure 8, présentent des axes principaux 52 qui sont alignés avec les colonnes d'éiéments de batterie.
Les zones de contact 30 des dispositifs d'Interconnexion 20 présentent ici des ajourages 38 identiques à ceux de la figure 3, de manière à favoriser un contact annulaire.
Chaque dispositif dlnterconnexion 20 est prévu pour connecter en paraiidle les éléments de batterie d'une même colonne et pour connecter en série les éléments de batteries de deux colonnes consécutives. A titre d'exemple illustratif, un même dispositif d'interconnexion 20 relie entre elles toutes les bornes positives 14+ des éléments de batterie d'une colonne d'éléments de batterie et relie entre-elles toutes les bornes négatives 14- des éléments de batterie de la colonne adjacente. Le dispositif relie aussi les bornes positives 14+ des éléments de batterie d'une colonne, aux bornes négatives 14- des éléments de batterie de la colonne adjacente.
Des dispositifs d'interconnexion 20 particuliers sont montés sur les colonnes d'extrémité 1 et 12. Ils constituent les dispositifs d'Interconnexion terminaux de la batterie qui seront ensuft» relies aux bornes positive et négative de la batterie.
Les dispositifs d'interconnexion comportent des rubans conducteurs électriques 22 s'étendant selon des plans de ruban, non référencés, et parallèles aux plans de connexion 18a, 16b.
Entre les plans de ruban et les plans de connexion 16a, 16b sont respectivement agences des Isolateurs 60a, 60b. Les isolateurs se présentent sous la forme de plaques d'un matérlau isolant, par exemple en matière plastique. Ils sont percés d'une pluralité d'ajourages 62 sous le forme de trous transversaux et dlmensionnés pour recevoir le relief d'emboutissage des zones de contact 30 du dispositif d'interconnexion, ainsi que l'aimant et rarmature de sertissage associés respectivement aux zones de contact.
Ainsi chaque zone de contact 30 de chaque dispositif d'Interconnexion est associée à un ajourage 82 d'un isolateur 60a, 60b. Lorsque la batterie est assemblée les zones de contact 30 s'étendent â travers les ajouragea 62 pour atteindre les bornes 14+, 14- des éléments de batterie 12 dans les plans de contact 16a, 16b. Les isolateurs 60a et 60b ont aussi une fonction mécanique de support et de maintien relatif des éléments les uns par rapport aux autres, et par rapport aux dispositifs d'interconnexion.
Les isolateurs 60a, 60b associés le cas échéant à la gaine isolante 13 des éiémentB de batterie 12, vislble sur lee figures 2 à 5, permettent d'éviter une mise en contact non souhaitée d'un ruban conducteur électrique 22 d'un dispositif d'interconnexion 20 avec les deux bornes d'un môme élément de batterie 12. En effet un certain nombre d'éléments de batterie connus présentent une borne négative sous la forme d'un boîtier métallique extérieur qui s'étend depuis une extrémité du corps cylindrique de l'élément de batterie jusqu'à rextrémité opposée comportant la borne positive du même élément de batterie. Les deux bornes d'un tel élément de batterie peuvent ainsi coexister dans un môme plan de connexion.
L'ensemble des éléments 12 de la batterie 10 de la figure 7 peuvent être logés dans un carter de batterie non représenté. Le carter peut être conçu de manière légère dans la mesure où il n'a pas à contenir de forces d'appui des dispositifs d'interconnexion sur hss éléments de batterie. Le maintien en place des dispositifs d'Interconnexion 20 a lieu par les forces magnétiques que les aimants 32 des zones de contact 30 exercent sur les éléments de batterie 12.
Lors de vibrations ou de chocs, les dispositifs dlnterconnexion autorisent aisément des mouvements relatifs des éléments de la batterie les uns par rapport aux autree mais aussi de faibles mouvements relatifs de glissement entre les zones de contact et les bornes des éléments de batterie, tout en maintenant le contact entre les zones de contact et les bornes, il n'y a ainsi aucun risque de fatigue au niveau du contact et donc aucun risque de rupture du contact en utilisation de la batterie. Les éléments de batterie contribuent ainsi au maintien de la cohésion de la

Claims

Revendications
1) Dispositif d'interconnexion (20) d'éléments de batterie (12) comprenant au moine un ruban conducteur électrique (22) avec au moins une zone de contact (30) pour élément de batterie, et au moins un aimant (32), permanent, associé à la zone de contact (30) et configuré pour une application de (a zone de contact (30) sur une borne (14, 14+, 14-) d'un élément de batterie (12) par interaction magnétique avec l'élément de batterie, caractérisé en ce que :
- la zone de contact (30) du ruban présente un relief d'emboutissage (34) du ruban, le relief d'emboutissage (34) formant un réceptacle pour aimant
- l'aimant (32) est logé dans ledit réceptacle pour aimant
2) Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la zone de contact (22) présente un ajourage (38).
3) Dispositif selon i'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une armeture de sertissage (36) de i'aimant (32) sur le relief d'emboutissage (34).
4) Dispositif selon la revendication 3, dans lequel ('armature de sertissage (36) constitue un guide de flux magnétique.
5) Dispositif selon la revendication 4, dans lequel l'aimant permanent présente une forme cylindrique, et dans lequel l'armature de sertissage (36) forme un anneau coaxlal à l'aimant permanent et entourant l'aimant permanent.
6) Dispositif selon la revendication 4, dans lequel rarmature de sertissage (36) forme une capsule recouvrant l'un des potes de l'aimant permanent
7) Dispositif selon rune quelconque des revendications 4 à 6, dans lequel la zone de contact (30) s'étend sensiblement selon un plan de connexion (16, 16a, 16b) et dans lequel au moins l'un de l'aimant permanent et du guide de flux magnétique affleure au plan de connexion (16, 16a, 16b). 8) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, dans lequel le guide de flux magnétique est l'un parmi un guide en fer doux et un guide aimanté.
9) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la ruban conducteur électrique (22) comprend un ruban de cuivre.
10) Dispositif selon is revendication 9, dans lequel la ruban conducteur électrique (22) présente un plaquage en argent.
11) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le ruban conducteur électrique (22) présente une épaisseur comprise entre 50 et 200 micromètres.
12) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans toque! le ruban conducteur électrique (22) présente une forme de bande aiiongée (50) avec une pluralité d'appendices (54) transverses et sensiblement coplanaires, chaque appendice étant pourvu d'une zone de contact (30).
13) Batterie d'accumulateurs électriques comprenant une pluralité d'éléments de batterie (12) présentant des bornes de connexion (14, 14+, 14-) et au moins un dispositif d'Interconnexion (20) rellant entre elles des bornes d'éléments de batterie, le dispositif d'interconnexion (20) étant conforme à l'une quelconque des revendications précédentes.
14) Batterie d'accumulateurs électriques selon la revendication 13, présentant au moins un plan de connexion (16,16a, 16b) et dans laquelle :
- chaque élément de batterie (12) présente une borne (14, 14+, 14-) située dans le plan de connexion et,
- le dispositif d'interconnexion électrique relie, entre-elles, des bornes de plusieurs éléments de batterie, situées dans ledit plan de connexion.
15) Batterie d'accumulateurs selon la revendication 14, dans laquelle les éléments de batterie (12) sont des éléments cylindriques s'étendent perpendiculairement au plan de connexion (16,16a, 16b). 16) Batterie d'accumulateurs selon l'une quelconque des revendications 14 ou 15, comprenant au moins un isolateur électrique (60a, 60b) présentant des ajourages (62) associés â des bornes (14+, 14-) des éléments de batterie (12), et dans laquelle :
- le dispositif d'Interconnexion (20) électrique présente un ruban conducteur électrique s'étendant pour l'essentiel selon un plan de ruban, le plan de ruban étant sensiblement parallèle au plan de connexion (iea,18b),
- le dispositif d'interconnexion présente une piuraiité de zones de contact (30), faisant saillie sur le plan de ruban en direction du plan de connexion (16a, 16b),
- pour chaque zone de contact, au moins l'un du relief d'emboutissage (34), d'un aimant (32) logé dans un réceptacle formé par le relief d'emboutissage, et d'un guide de flux magnétique associé à l'aimant permanent, vient en contact avec une borne (14+, 14-) d'un élément de batterie (12) dans le plan de connexion, en s'étendent respectivement à travers un ajourage (62) de l'isolateur électrique.
17) Batterie d'accumulateurs selon la revendication 16, dans laquelle l'isolateur (60a, 60b) comprend une plaque de matérlau isolant électrique, la plaque de matérlau isolant électrique s'étendant entre le plan de ruban et le plan de connexion.
18) Batterie d'accumulateurs selon l'une quelconque des revendications 14 à 17, présentant un premier plan de connexion (16a) et un deuxième plan de connexion (16b), le deuxième plan de connexion étant opposé au premier plan de connexion et sensiblement parallèle au premier plan de connexion, dans laquelle chaque élément de batterie (12) présente une première borne (14+.14-) située dans le premier plan de connexion (16a) et une deuxième borne située (14-.14+) dans le deuxième plan de connexion (16b), et comprenant au moins un le dispositif d'interconnexion (20) associé à chacun du premier plan de connexion et du deuxième plan de connexion, chaque dispositif d'interconnexion rellant entre-eiles des bornes de plusieurs éléments de batterie situées dans le premier plan de connexion, respectivement dans le deuxième plan de connexion.
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