EP4006944A1 - Switchable electrical connection system - Google Patents
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- EP4006944A1 EP4006944A1 EP21209651.5A EP21209651A EP4006944A1 EP 4006944 A1 EP4006944 A1 EP 4006944A1 EP 21209651 A EP21209651 A EP 21209651A EP 4006944 A1 EP4006944 A1 EP 4006944A1
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- H01H2085/209—Modular assembly of fuses or holders, e.g. side by side; combination of a plurality of identical fuse units
Definitions
- the present invention relates to the field of systems comprising automatically disconnectable parts. It can particularly apply to electrical power supply devices comprising at least one electrical energy storage unit, such as a battery. It finds a particularly advantageous application in the field of the supply of electrical energy for devices powered by lithium-ion batteries.
- electrical power supply devices comprising at least one electrical energy storage unit, such as a battery. It finds a particularly advantageous application in the field of the supply of electrical energy for devices powered by lithium-ion batteries.
- other technologies of units, able to be disconnected are concerned; it may for example be systems comprising units having an electrical function other than the single function of storing electricity. For example, they may be systems comprising one or more electric motors or electric generators.
- a multitude of devices are electrically powered by electrical power supply devices comprising electrical energy storage units, such as batteries, and in particular lithium-ion batteries.
- electrical energy storage units such as batteries, and in particular lithium-ion batteries.
- a storage unit can more particularly experience overheating, or even thermal runaway, during which the temperature of the unit rises abnormally. There is then a risk of propagating the operating fault in the electrical power supply device, for example from the storage unit to other units, or even to the rest of the device.
- various electrical switching systems make it possible to electrically isolate a defective storage unit, by means of electronic or electromagnetic actuators.
- an electromagnetic actuator has an electrical connection configuration of the storage unit and an electrical disconnection configuration of the storage unit.
- the change from the connection configuration to the disconnection configuration of the actuator can be activated by the temperature, for example during an overheating of the storage unit.
- the actuator has an effect on a pack of storage units, so when a cell is defective, a plurality of them is systematically deactivated. And this involves temperature sensors that are penalizing in terms of cost and reliability and necessarily limited in terms of detection finesse, because they are necessarily localized.
- the figures 1A and 1B also show an example of a fuse device suitable for equipping electrical appliances.
- the Figure 1A provides an example of a first configuration of this device, configuration in which electrical continuity is ensured along the device.
- a first, upper part comprises a spring 81 held compressed between a fusible base 82 and a plate 83 which is itself applied to a conductive rod 84 extending in a second, lower part of the device. In this situation, the device conducts electricity.
- the figure 1B gives a second configuration of this device, the latter having then tripped due to temperature rise. Indeed, the fuse base 82 has melted and no longer produces its effect of compressing the spring 81. The latter is relaxed and, in opposition to the second spring 85, the plate 83 is raised, so that there is no longer contact with the rod 84, and therefore more electrical continuity along the device.
- the document US 2019/148099 A1 describes for example an assembly comprising a thermal fuse acting as an electrical connector below a threshold temperature and a role as a disconnection system when this same threshold temperature is reached. More precisely, the thermal fuse is made up of solder joints which, below the threshold temperature, hold a connection element against a support by gluing.
- This assembly has the disadvantage of imposing a large portion of thermal fuse so that the latter effectively maintains the connection element against the support when the temperature is below the threshold temperature and therefore potentially of presenting problems related to inertia. temperature and creep previously mentioned.
- An object of the present invention is therefore to provide a system, in particular for the power supply, but not only, improving the disconnection of an electrical component during a malfunction which results in a temperature rise beyond of a threshold temperature.
- connection element is elastically deformable in bending with a bending deformation stress applied by the retention device in the first configuration by pressing on the connection element.
- the fuse element is a bulky portion
- a retention device which advantageously comprises a potentially more localized fuse element thanks to the bending work, therefore with a reduced quantity of fusible material. This promotes a reduction in thermal inertia and creep phenomena. In addition, tripping to trip can be sudden because the balance of the first configuration is quickly broken.
- improved electrical contacts are also preferably allowed, with a reduction in losses by heating, as occurs in the case of figures 1A and 1B by the presence of intermediate parts, such as bearing plates on the helical spring.
- a malfunction of a unit for example overheating or thermal runaway, can be propagated in particular by thermal conduction, and/or by electrical connections, for example between electricity storage units. of the same floor. Additionally, if a storage unit remains in operation during a malfunction, gases may be ejected from the unit and spread to attack other storage units.
- the storage unit can be electrically disconnected from the carrier. Operation of the unit can thus be stopped in the event of overheating, or even thermal runaway.
- the at least one unit is in a state of less thermal connection with the support, and the at least one unit is not electrically connected to the support.
- the main propagation vectors of an operating fault in the device, or even in the apparatus comprising it, are cut off.
- Another aspect relates to an apparatus comprising at least one system according to the first aspect.
- One of the electrical components can be used for the electrical supply and the device incorporating it can include at least one component electrically powered by the other component.
- Another aspect relates to a method for disconnecting a first electrical component and a second electrical component.
- a blocking of movement is released, hitherto operated by a retention device, so as to authorize a movement of a connection element which hitherto put in electrical continuity a first connector present on the first member and a second connector present on the second member.
- this movement of the connecting element includes changing its shape by springing back to a non-bending or less bending-stressed position.
- the term “on” does not necessarily mean “directly on”.
- a part or a member A is resting "on" a part or a member B
- these parts or members A and B can either be in direct contact or be supported one on the other via one or more other parts.
- the same is true for other expressions such as for example the expression "A acts on B” which can mean “A acts directly on B” or “A acts on B via one or more other parts ".
- the expression "A is electrically connected with B” can mean that A is directly connected to B or else indirectly via another element, for example via a fuse or a switch.
- the term mobile corresponds to a rotational movement or to a translational movement or else to a combination of movements, for example the combination of a rotation and a translation.
- the term “united” used to qualify the connection between two parts means that the two parts are linked/fixed with respect to each other, according to at least one degree of freedom. For example, if it is indicated that two parts are integral in translation along a Y direction, this means that the parts can be movable relative to each other, possibly according to several degrees of freedom, excluding the freedom in translation along the Y direction. In other words, if we move a part along the Y direction, the other piece makes the same move.
- melting temperature is meant a temperature level from which a material passes from the solid state to the liquid state. This temperature threshold is well defined for a given material, the pressure conditions being little variable and therefore impacting the temperature at the margin. In general, it will be possible to choose a material whose melting temperature corresponds to a safety threshold temperature from which an electrical disconnection of the electrical component is required.
- an element “based” on a material A is understood to mean an element comprising this material A only or this material A and possibly other materials.
- the element comprises a material A and an envelope configured to contain the element A, the envelope being able to be formed of at least one material distinct from the material A.
- a parameter "substantially equal/greater/less than” a given value means that this parameter is equal/greater/less than the given value, to within plus or minus 10%, or even within plus or minus 5%, of this value.
- the “longitudinal” direction may in particular correspond to the main direction of the relative movement of the storage unit with respect to the support.
- the “longitudinal” direction may also correspond to the main extension direction of the storage unit.
- Internal means the elements or faces facing the interior of the device
- exital means the elements or faces facing the exterior of the device.
- the storage unit having a central axis A, “internal” designates the elements or the faces facing this axis, and “external” designates the elements or the faces facing away from this central axis.
- the device comprising the system of the invention can be configured to be electrically powered by a lithium-ion battery whose unit or units form the cells.
- the system comprises one or even several storage unit(s) 1.
- the storage units in the case of electrical energy storage, form elementary bricks of electrical storage, also called accumulators or cells. These units can be connected in parallel and/or in series to form a power supply assembly, commonly referred to as a battery module.
- a set of modules connected in series or in parallel generally constitutes a battery pack, of higher voltage and capacity.
- the system further comprises a support 2, forming a second electrical member, configured to be electrically connected to the storage unit 1. It further comprises that there is preferably a physical connection of the storage unit 1 to bracket 2
- An operating fault may more particularly be overheating, or even thermal runaway.
- the system is therefore more particularly configured to electrically disconnect the storage unit 1 according to its temperature.
- the system When the temperature in the system, and more particularly the temperature of the storage unit 1, is below the threshold temperature, the system is in an active situation, that is to say it is a conductor of electricity so as to put the first member and the second member (typically a storage unit and its support) in electrical continuity.
- the temperature of the storage unit 1 can rise above a threshold temperature from which it is desired to trigger an electrical disconnection of the unit.
- the system comprises at least one fuse element, having a predefined melting temperature, and which can be thermally connected to the storage unit 1, by direct contact or via the environment between the fuse element and the storage unit.
- the temperature of the fuse element can in turn rise above its melting temperature which here corresponds to the threshold temperature triggering a deformation movement of a connecting element then passing into a second configuration in which there is no longer any electrical continuity between unit 1 and support 2.
- Storage unit 1 is not electrically connected to support 2 in the second configuration. Thus, the operation of the storage unit 1 can be interrupted in the event of overheating. The risk of propagation of the operating fault by short-circuit, or by ejection of gas from the faulty storage unit, is thus avoided. As these gases are generally corrosive in nature, their risk of emission into the system is minimized.
- the melting temperature is greater than or equal to a maximum normal operating temperature of the unit 1.
- This temperature is the threshold from which one is overheated.
- the threshold temperature may be greater than or equal to the overheating temperature, or even the thermal runaway temperature of the storage unit 1.
- the melting temperature is between the overheating temperature and the temperature of thermal runaway of the storage unit.
- the disconnection of the storage unit is performed before its thermal runaway.
- the melting temperature is below 120°C, preferably below 100°C.
- the melting temperature can for example be substantially between 60° C. and 120° C., this range of temperatures being particularly suited to the example in which the storage units are lithium-ion batteries.
- the melting temperature can for example be substantially equal at 80°C.
- the fuse element is made up of welds, it is mainly the increase in the temperature of the welds themselves and of the connection element 3, linked to the passage of current in these elements. , which can cause the fuse element to melt.
- the temperature at which the fuse element reacts is therefore more local and is less representative of the temperature of the element to be protected, unit 1.
- the fuse element is mainly sensitive to variations thermics of unit 1, the element that we seek to protect.
- the present invention therefore has the advantage of proposing a trippable system that trips only when there is a risk of damage to the unit 1.
- the support 2 comprises at least a second connector 21, the latter being complementary to a first connector 11 of the unit.
- the second connectors of support 2 can be connected in series and/or in parallel by a power bus (designated in English by “ busbar ”) of support 2.
- a power bus generally consists of a set of bars or conductive tracks on a printed circuit, for example copper.
- the connectors 21 of the support 2 can be connected in series and/or in parallel by any type of power network. They are here simply schematized in the form of organs passing through the support.
- connectors and electrical conductors of the system can be adapted to correspond to the nominal and maximum currents that can be delivered by the storage unit(s) 1.
- the support 2 comprises a power bus, for example a busbar.
- the support 2 comprises a power bus in the form of a printed circuit, for example a battery management system (commonly abbreviated BMS, English for “ Battery Management System ”).
- BMS battery management system
- the power supply device thus makes it possible to increase the functionalities of a BMS, and in particular to allow passive securing of a BMS.
- This exemplary embodiment is particularly suitable for stationary or on-board electrical power supply devices of large size.
- the unit 1 is in the form of an elongated element, for example cylindrical, and comprising a front face 13, a rear face 14 opposite the front face 13, and, between these two faces, a wall 15.
- the rear face carries a pad which forms a second connector 12 corresponding to a positive pole of the storage unit 1 while the front face carries a conductive surface which forms a first connector 11 corresponding to the negative polarity of the 'unity.
- both poles can be equipped with a system.
- connection element 3 is attached to the front face 13 of the unit (for example by gluing or by welding) so as, ultimately, to put it in electrical continuity with a support 2, in the situation visible at picture 3 .
- the figure 2 corresponds for example to a situation before assembly of the unit 1 on its support 2.
- the connecting element 3 projects from the face 13 towards the outside of the unit 1 and has a proximal end 34 which can serve as a contact zone 31 with the corresponding electrical pole of the unit 1, and a distal end 33 that can serve as a contact zone 32 with the support 2.
- the connecting element 3 has an extension along which it is deformable in bending.
- the connecting element 3 comprises, or consists of, at least one blade.
- the blade can be in the form of a foil which is an easy arrangement to implement for electric accumulators.
- the blade may be made of an electrically conductive material, in particular based on copper or nickel-plated steel.
- the element 3 is secured to the face 13 of the unit 1 by a base 5 which is optionally in one piece and preferably made from a single material with the element 3.
- the latter is presented in the shape of an elongated element having a folding zone corresponding to the proximal end 34 between a portion forming the base 5 and a portion forming the connection element 3 itself.
- base 5 is conductive and electrically connected to element 3.
- the assembly With the bending zone, the assembly has a V-shape.
- element 3 is effectively deformed. Indeed, the angular sector formed by the V profile is more open than in a rest position of the element 3. To maintain the element 3 in this separated position relative to the base 5, a retention device 4 is placed implemented.
- the retention device 4 imposes a pressing force on the connecting element 3 having the effect of causing contact by pressure of the connecting element 3 with the first connector 11 on the one hand and the second connector 21 on the other hand.
- the electrical contact is therefore ensured by the mechanical support of two conductive surfaces - the surfaces of the connection element 3 and of the first connector 11 on the one hand, and of the connection element 3 and of the second connector 21 on the other hand - , these two surfaces not being structurally linked.
- the retention device 4 is stressed in compression to oppose an elastic return of the connecting element 3. It can be used to form a triangulated assembly between the element 3, the device 4 and a fixed point with respect to one of the electrical organs.
- the retention device 4 exerts its support on the intermediate element 3 on an intermediate zone of the latter, between the distal end 33 and the proximal end 34.
- This arrangement makes it possible to preserve an additional freedom of elastic deformation of the element 3 in a portion comprising its distal end 33.
- the system cooperates this time also with a second electrical member, in the form of support 2.
- This cooperation comprises a support of a contact zone 32 of the element 3 (here at its distal end 33) with a face of the support 2.
- this cooperation takes place by deforming the connecting element 3 between the zone of the latter where the retention device 4 is applied and the distal end 33, so as to produce an elastic support of the distal portion of element 3 on the face of support 2.
- the picture 3 does not present in detail the configuration of the support 2 which, as indicated previously, can be an element connected or integrated into a connection bus of a plurality of energy storage units. It may be a printed circuit board, and the support 2 typically includes a connector at which the electrical connection is made by the system comprising the connection element 3.
- first configuration corresponds to a normal operating situation of the device, in the sense that the first electrical member and the second electrical member are electrically connected by the connecting element 3.
- first configuration corresponds to a normal operating situation of the device, in the sense that the first electrical member and the second electrical member are electrically connected by the connecting element 3.
- this is a configuration in which the unit 1 provides an electrical power supply or is electrically recharged.
- the retention device 4 comprises, or consists of, a fusible element which has a melting temperature ensuring the (preferably irreversible) collapse of the mechanical resistance of the retention device when the melting temperature is exceeded; the term "cross" means a temperature of the fuse element from and beyond this melting temperature from a lower temperature.
- the figure 4 provides an illustration of a second configuration in which unit 1 and carrier 2 are electrically disconnected. To this end, the retention device 4 no longer performs its retention function in the bent position of the connecting element 3 and the latter folds back in the direction of the unit, so that the second contact surface 32 does not is no longer applied to the face of support 2.
- the figure 5 shows in more detail the layout of the electrical connection system of the invention in the configuration of the picture 2 .
- the cooperation of the connecting element 3 with the retention device 4 takes place on a support zone 37 of the element 3 located intermediately between the distal end 33 and the proximal end 34 of the element. 3, and this cooperation takes place with one end 44 of the retention device 4, for example in the form of an arm 41 comprising a longitudinal extension between the end 44 and an opposite end 43.
- the latter is retained at the level of the face 13 of the unit; in the illustration, by way of indication, this retention is effected by a stop portion 51 of the base 5 to which the element 3 is connected.
- the stop 51 is configured to produce a second point of force application on the device 4, so as to maintain it even though the element 3 imposes a constraint on it tending to fold this element 3 into the undeformed position.
- the latter comprises a curved portion which can optimize the electrical contact with the connector of the support 2.
- the device 4 comprises, or even consists of, a piece of a fusible material. Thus, when the melting temperature is exceeded, this part melts and no longer performs the retention function.
- the retention device comprises an arm 41 in two parts, namely a first arm portion 42a applied to the abutment 51 and a second arm portion 42b applied to the bearing zone 37 of the connecting element 3.
- the two portions 42a, 42b are joined by a fuse element 45. This time, it is the junction normally ensured by the element fuse 45 between the two portions 42a, 42b of arm 41 which will melt in an abnormal temperature situation.
- the effect is identical to the previous case, namely a release of the connection element 3 and an electrical disconnection of the unit from the support 2.
- the figure 7 provides an additional variant in which the fuse element 45 is a junction portion between an end 43 of the arm 41 and an area for mounting the arm 41 on the unit 1.
- the arm 41 is applied to the support zone 37 of the connection element 3. It will be understood that when the fuse element 45 melts, the stop function that it operates on the arm 41 disappears and the connecting element 3 is released, so that the system joins its second configuration, in which there is an electrical trip.
- the preferably beveled shape of the connection zone between 42a and 42b facilitates the separation of these portions under the force applied by the element 3.
- a variant not shown consists in providing, as an alternative or in addition to the case of the figure 7 , a fuse element 45 securing the connection of the second end 44 of the arm 41 with the connecting element 3.
- FIG. 8 Another variant, presented at the figure 8 , is close to the embodiments of the figures 2 to 7 in that the retention device 4 comprises an arm.
- the base 5 is more elongated on the face 13 of the unit 1, so as to improve or facilitate the mounting of the system on this face 13.
- the mounting surface is in fact increased. For example, this can be useful to allow an electric welding head to pass through to ensure the electrical and mechanical connection between unit 1 and connection element 3.
- connection element 3 can be in the form of a blade deformed from a bending zone, for example secured to the first electrical member, at a first end of the blade. It is possible to use a plurality of blades 35 as in the case of figures 9A and 9B . It may in fact be desirable to increase the contact surface between the connection element 3 and at least one of the first electrical member and the second electrical member. In these figures, these contacts are numerous and each has a contact pressure ensured by the elasticity of the connection element 3, for example to increase the allowable currents. It is thus possible to adapt the number of contacts to the current to be conveyed by limiting the voltage drop and therefore the losses.
- the Figure 9B presents an example of electrical connection element 3 in top view. It comprises a plurality of blades 35, extending radially from a junction zone 36 of a proximal end 34 of each of the blades 35.
- the blades 35 are regularly distributed over a given angular sector, preferably over an angular sector of 360°, like flower petals.
- Such an element 3 can cooperate with the support 2 and the unit 1 as shown in the figure 9A : the junction portion 36 is secured to the face 13 of the unit 1 for example by one or more assembly points 39, in particular electric or laser welding.
- a zone of each blade, intermediate between the proximal end 34 and the distal end 33, is applied to a counter-support element, which can be in the form of an arm 41, and which is here fuse so as to form the fuse element 45, and which protrudes from the face 13.
- the fuse counter-support element 45 can for example also be a ring, circular or not. As for the arm defined in the previous figures, this ring is advantageously significantly elongated in the direction in which it bears on the blade, relative to its thickness.
- each of the blades 35 deforms in bending. Being thus curved, the distal end 33 of each blade 35 straightens towards the face of the support 2 so as to make electrical contact with the latter.
- the blades are evenly distributed over the circumference and the ring is left free.
- the composition of the support forces results in a longitudinal stressing of the ring, therefore according to its largest dimension. The first configuration of the system is thus carried out.
- the first connector 11 was located on the face 13 of the unit.
- the embodiment shown in figure 10 is another arrangement in which the electrical continuity is effected by a first contact zone 31 of the element 3 on the side wall 15 of the unit, which is then an electrical conduction element, forming the first connector 11 , corresponding to a polarity of the storage unit.
- the distal end 33 is connected to a first connector 21 of the support 2.
- this could be the negative polarity.
- the shape of the connectors 21, 22 illustrated is purely schematic.
- the connecting element 3 therefore extends around the unit, for example with at least one blade.
- the connecting element 3 comprises a plurality of blades 35 applied to the side wall 15 at separate locations.
- at least two blades 35 are present and diametrically opposed around the unit.
- more than two blades are present and distributed around the unit, and preferably regularly distributed angularly around the unit.
- the plurality of lugs having a spring function makes it possible to ensure a plurality of electrical contacts in parallel during a maintained contact pressure. This ensures a very low parasitic resistance making it possible to pass the current levels of the storages in particular based on lithium-ion accumulators.
- figure 10 also illustrates the ability for carrier 2 to connect a plurality of units. This can be done by the same side of the support 2.
- Each blade 35 of the embodiment of the figure 10 has a distal end 33 connected to a first connector 21 of the support 2.
- the first connector 21 can be a track of a printed circuit or any other electrically conductive portion.
- the distal end 33 can be anchored in the support 2.
- Each blade 35 extends from the face of the support 2 towards the unit 1 so that the proximal end 34 of each blade 35 is arranged facing the side wall 15 of the unit.
- advantage is taken of a bending deformation of each strip 35 to fold them against the side wall 15. They are held there by a fusible element 45.
- the blades 35 can be replaced by a single deformable portion in the form of a deformable crown in bending; or the blades 35 can be integral with a common crown-shaped base.
- the fuse element 45 may be common to several blades 35.
- it may be an annular member traversing the periphery of the unit to surround the blades thereon.
- fuse element 45 is an unbonded ring. It is preferably subjected to a longitudinal tensile force therefore according to its largest dimension due to its retention of the blades. Merging any point in the ring releases all of the blades.
- the side wall 15 may have a recess 16, for example in the form of a groove, and each blade 35 may have a notch 38 capable of being inserted into the recess 16. An obstacle relationship can thus be formed between each blade 35 and unity. This can strengthen the bond between these two pieces. This situation is represented in the figure 10 , corresponding moreover to the first configuration of the system of the invention.
- a transition to the second configuration takes place during the melting of the fuse element(s) 45.
- the released blades then have a natural tendency to move away laterally from the wall 15 so that there is no longer contact the unit and the connection element 3.
- the variant presented at the figure 11A and at the figure 11B differs little from the previous case.
- a lateral cooperation (and here also by obstacle) is always formed there between the blades 35 and a part of the surface 15 of the unit 1.
- the fuse element 45 is placed at another place, preferably close to the distal end of the blades 35 to limit the moment of force necessary for fixing by the fusible part, located here far from the point of bending of the blade 35.
- Such a positioning ensures a constant controlled pressure on all the contact points electric.
- the elasticity of the blades makes it possible to insert the unit 1 at the end of an assembly process.
- the fuse element 45 can be made in the form of a ring which maintains the blades 35 by default in the deformed position so as to delimit an insertion volume of the unit.
- This annular fuse element 45 can be received in a recess, preferably formed by crimping, on the blade or blades 35 making it possible to retain the ring on one side and forming an effective contact zone on the wall 15 of the unit of the other side.
- the support is for example made up of a printed circuit board and the blades can be simply soldered (for example with tin) or fixed in a traversing manner on the latter. On insertion, each blade deforms slightly until the unit comes into the first position. Preferably, in this situation, the cooperation of a recess 16 of the unit with a notch 38 of the blade blocks the assembly.
- At least the embodiments illustrated in figure10 and at the figure 11A have the advantage that all the units are in the same direction and not mounted head to tail as is often the case in battery packs made from small cylindrical accumulators.
- all the vents for evacuating internal gases in the event of overpressure are located on the same side, which simplifies the design of the circuit for evacuating these gases outside the battery pack,
- the accumulators can be put in place by insertion before or after the placement of the part 45 and the blades 35 and according to the elasticity of the latter.
- the presence of a groove at the level of the wall 15 of an accumulator corresponds to a standard for certain cylindrical accumulators; this groove comes from the manufacturing process and we take advantage of it here for another need.
- Such grooves 15 exist on small cylindrical accumulators, for example of 18650 or 21700 format, that is to say 18 mm (respectively 21 mm) in diameter and 65 mm (respectively 70 mm) long.
- the positive terminal 11 is fitted with an insulating peripheral seal ensuring the electrical insulation of the terminal 11 with respect to the case 17 and the sealing of the accumulator, and the terminal provided with its seal is crimped in the housing 17.
- the groove 15 is a result of this crimping operation, to provide support for the seal.
- figure 11B gives an example of the deployment of the blades 35 breaking the unit.
- the fuse element 45 has previously released the blades by its melting. This mechanism is similar to that of figure 10 .
- the material of the fuse element or elements it is possible to opt for an insulating material. Indeed, in an electrical application, the electrical connection in the first position is made at the level of the connection elements 11, 12 and not at the level of the fuse element(s).
- Using an insulating material has the advantage in this context of avoiding any problem linked to the differences in electrical potential between the elements in contact with the retention system.
- These materials have the advantage of having a low melting temperature compared to the materials usually used in fuse systems.
- a melting temperature of the material of the fuse element(s) of between 60 and 120°C is chosen. These temperatures have the advantage of being compatible with the temperatures that can be tolerated by the various elements of the system and in particular unit 1.
- a material belonging to the group of polymers is chosen.
- This group is characterized by its richness and allows great flexibility in the choice of the melting temperature of the material for making the fuse element.
- This group is also characterized by its richness in terms of deformation and resistance properties, and thus confers great freedom with regard to the shape of the fusible element.
- polyethylene it is possible in particular to use polyethylene.
- the solid-to-liquid transition temperature can be adjusted by the density and the implementation process of this material, for example between 70 and 80°C.
- Polyethylene has long molecules and the phase transition is not very marked in temperature. To have a smoother transition, smaller molecules can be used, for example to form a fusible adhesive.
- the figure 16 provides an example of mechanical behavior of polyolefins, which are polymers of alkenes, as a function of temperature. Around 80°C, the Young's modulus of this material collapses, reflecting the phase transition.
- the maximum temperature in normal operation is typically of the order of 60° C., while the temperature of the first reaction leading to runaway of the battery is of the order of 100° C. C, so that the melting temperature of the material forming the fuse element is in this case well positioned between these two values.
- the invention proposes a system improving the electrical disconnection of a unit during an operating fault, and minimizing the contact resistances with respect to existing solutions.
- the figure 12 is an illustration of the circuiting of a plurality of first electrical components, here in the form of units 1.
- Circuit 6 comprises a plurality of units connected in parallel between a first terminal 61 and a second terminal 62 of circuit 6 which is typically organized on the second electrical member, and in particular on a support 2.
- a system 63 of disconnectable electrical connection is implemented. It is understood from the configuration illustrated that if the system 63 trips, the corresponding unit is deactivated while leaving the other units operational.
- the figures 13A and 13B give another circuit illustration 6, but this time the units are connected in series. As in the case of the previous figure, each unit is associated with a system 63.
- the system 63 in question is configured to place its connecting element 3 in a configuration ensuring that the circuit is maintained closed for the other units.
- the circuit is configured to short-circuit the faulty unit and directly connect the two units between which the faulty unit is located.
- the first electrical component may itself be formed of a plurality of elementary components, for example a plurality of electricity storage units.
- a disconnectable connection system can be connected to a power line of a set of units, for example a battery pack.
- connection element 3 is mounted on a support 2 at one end and it is applied at its other end to a connector 11 of a unit 1.
- a retention device 4 for example in the form of a fuse arm, is arranged so as to retain the element 3 in the electrically deformed position resting on the connector 11.
- a flow of current can take place between two terminals 61, 62 of an electrical circuit thus formed.
- the Figure 14B corresponds to the second configuration of the system, the retention device 4 no longer having effect.
- Connector 11 of unit 1 is no longer connected to it and the unit is disconnected.
- a third connector 7 is, in this second configuration, in contact with the connection element 3.
- the connection element 3 is configured to be applied to the third connector 7 in the second configuration. This leads to a direct connection of the terminals 61, 62 corresponding to a short-circuiting of the unit itself.
- the previous solution is particularly suitable in cases where the connecting element is arranged between one of the faces of the unit and one of the faces of the support.
- FIGS. 15A and 15B a preferred arrangement is shown in figures 15A and 15B .
- a third connector 7 is arranged so that the connecting element 3, for example in the form of a blade 35, is framed on one side by the side wall 15 of the unit 1 and, on the other side, by the third connector 7.
- the figure 15A shows the system of the invention in its first configuration, the slat(s) 35 being in contact with the wall 15 of the unit 1.
- the third connector 7 is not in contact with any of the slats 35.
- the third connector 7 can be any electrically conductive element with a configuration suitable for good cooperation with the connection element 3. Typically, it can be mounted on the support 2, and generally on the second electrical organ. It provides a second circuit configuration, alternative to a first circuit configuration formed in the first system configuration, and in which the unit is electrically active with respect to its support.
- the invention is not limited to the embodiments described above and extends to all the embodiments covered by the invention.
- the storage units shown in the drawings are cylindrical in shape. Provision can be made for the device 1 to be adapted to storage units of various formats and sizes.
Abstract
Système de raccordement électrique disjonctable apte à relier électriquement un premier connecteur (11) d'un premier organe et un deuxième connecteur (21) d'un deuxième organe, comprenant :- un élément de raccordement (3) comprenant une première zone de contact (31) avec le premier connecteur (11) et une deuxième zone de contact (32) avec le deuxième connecteur (21), et présentant première configuration dans laquelle l'élément de raccordement (3) met en continuité électrique le premier connecteur (11) et le deuxième connecteur (21), et d'autre part une deuxième configuration dans laquelle l'élément de raccordement (3) ne les met pas en continuité électrique- un dispositif de rétention (4) comprenant un élément fusible (45) présentant une température de fusion, pour libérer l'élément de raccordement (3) lorsque la température de l'élément fusible (45) franchit la température de fusion.Disconnectable electrical connection system capable of electrically connecting a first connector (11) of a first member and a second connector (21) of a second member, comprising:- a connection element (3) comprising a first contact zone ( 31) with the first connector (11) and a second contact zone (32) with the second connector (21), and having a first configuration in which the connection element (3) places the first connector (11) in electrical continuity and the second connector (21), and on the other hand a second configuration in which the connection element (3) does not put them in electrical continuity- a retention device (4) comprising a fuse element (45) having a melting temperature, to release the connection element (3) when the temperature of the fuse element (45) exceeds the melting temperature.
Description
La présente invention concerne le domaine des systèmes comprenant des parties déconnectables automatiquement. Elle peut particulièrement s'appliquer à des dispositifs d'alimentation électrique comprenant au moins une unité de stockage d'énergie électrique, telle qu'une batterie. Elle trouve pour application particulièrement avantageuse le domaine de la fourniture d'énergie électrique pour des appareils alimentés par des batteries lithium-ion. Cependant, d'autres technologies d'unités, aptes à être déconnectées, sont concernées ; il peut par exemple s'agir de systèmes comprenant des unités ayant une fonction électrique autre que la seule fonction de stockage d'électricité. Par exemple, il peut s'agir de systèmes comportant un ou plusieurs moteurs électriques ou générateurs électriques.The present invention relates to the field of systems comprising automatically disconnectable parts. It can particularly apply to electrical power supply devices comprising at least one electrical energy storage unit, such as a battery. It finds a particularly advantageous application in the field of the supply of electrical energy for devices powered by lithium-ion batteries. However, other technologies of units, able to be disconnected, are concerned; it may for example be systems comprising units having an electrical function other than the single function of storing electricity. For example, they may be systems comprising one or more electric motors or electric generators.
Une multitude d'appareils est alimentée électriquement par des dispositifs d'alimentation électrique comprenant des unités de stockage d'énergie électrique, telles que des batteries, et notamment des batteries lithium-ion. Lors de la vie d'un appareil, des défauts de fonctionnement des unités de stockage peuvent survenir. Une unité de stockage peut plus particulièrement subir une surchauffe, voire un emballement thermique, durant lesquels la température de l'unité s'élève anormalement. Un risque est alors de propager le défaut de fonctionnement dans le dispositif d'alimentation électrique, par exemple de l'unité de stockage à d'autres unités, voire au reste de l'appareil.A multitude of devices are electrically powered by electrical power supply devices comprising electrical energy storage units, such as batteries, and in particular lithium-ion batteries. During the life of a device, malfunctions of storage units may occur. A storage unit can more particularly experience overheating, or even thermal runaway, during which the temperature of the unit rises abnormally. There is then a risk of propagating the operating fault in the electrical power supply device, for example from the storage unit to other units, or even to the rest of the device.
Afin de limiter cela, il existe des dispositifs d'alimentation électrique visant à isoler électriquement l'unité de stockage lors d'un défaut de fonctionnement. Il est notamment connu de l'état de la technique, des dispositifs fusibles dans lesquels chaque unité de stockage est reliée à un jeu de barres par un fil fusible. Lorsqu'un fil fusible dépasse une température-seuil prédéterminée suite à un niveau de courant excessif, le fil fusible fond et déconnecte électriquement l'unité de stockage correspondante du jeu de barres.In order to limit this, there are power supply devices aimed at electrically isolating the storage unit during an operating fault. It is particularly known from the state of the art, fuse devices in which each storage unit is connected to a busbar by a fuse wire. When a fuse wire exceeds a predetermined threshold temperature following an excessive current level, the fuse wire melts and electrically disconnects the corresponding storage unit from the busbar.
Par ailleurs, différents systèmes de commutation électrique permettent d'isoler électriquement une unité de stockage défectueuse, par le biais d'actionneurs électroniques ou électromagnétiques. Il est notamment connu de l'état de la technique des dispositifs d'alimentation électrique dans lesquels un actionneur électromagnétique présente une configuration de connexion électrique de l'unité de stockage et une configuration de déconnexion électrique de l'unité de stockage. Le passage de la configuration de connexion à la configuration de déconnexion de l'actionneur peut être activé par la température, par exemple lors d'une surchauffe de l'unité de stockage. L'actionneur a un effet sur un pack d'unités de stockage, si bien que lorsqu'une cellule est défectueuse, une pluralité d'entre elles est systématiquement désactivée. Et cela implique des capteurs de température pénalisants en termes de coût et de fiabilité et forcément limités en termes de finesse de détection, car forcément localisés.In addition, various electrical switching systems make it possible to electrically isolate a defective storage unit, by means of electronic or electromagnetic actuators. It is in particular known from the state of the art of electrical power supply devices in which an electromagnetic actuator has an electrical connection configuration of the storage unit and an electrical disconnection configuration of the storage unit. The change from the connection configuration to the disconnection configuration of the actuator can be activated by the temperature, for example during an overheating of the storage unit. The actuator has an effect on a pack of storage units, so when a cell is defective, a plurality of them is systematically deactivated. And this involves temperature sensors that are penalizing in terms of cost and reliability and necessarily limited in terms of detection finesse, because they are necessarily localized.
Ces dispositifs restent en pratique limités pour freiner la propagation d'un défaut de fonctionnement.These devices remain in practice limited to slowing down the propagation of an operating fault.
Les
La
Bien que fonctionnant de manière purement mécanique, un tel dispositif n'est pas exempt d'inconvénients. Premièrement, la masse de matière fusible est élevée, au détriment de la rapidité de déclenchement de la disjonction, l'inertie thermique étant importante. Un fluage de la partie fusible est par ailleurs possible. Ainsi, ce dispositif n'exclut pas une absence de déclenchement malgré le dépassement de la température au-delà du seuil prévu. Deuxièmement, ce dispositif est complexe et met en oeuvre une pluralité de pièces dans les zones de contact qui sont autant de surfaces de pertes électriques.Although operating purely mechanically, such a device is not free from drawbacks. Firstly, the mass of fusible material is high, to the detriment of the tripping speed, the thermal inertia being high. Creep of the fusible part is also possible. Thus, this device does not exclude an absence of triggering despite the temperature being exceeded beyond the planned threshold. Secondly, this device is complex and implements a plurality of parts in the contact zones which are as many electrical loss surfaces.
Le document
D'une manière générale, il existe un besoin pour améliorer la déconnexion d'un organe électrique relativement à un autre organe électrique quand des conditions de température limites sont dépassées.In general, there is a need to improve the disconnection of an electrical component relative to another electrical component when limit temperature conditions are exceeded.
Un objet de la présente invention est donc de proposer un système, notamment pour l'alimentation électrique, mais pas seulement, améliorant la déconnection d'un organe électrique lors d'un défaut de fonctionnement qui se traduit par une élévation de température au-delà d'une température-seuil.An object of the present invention is therefore to provide a system, in particular for the power supply, but not only, improving the disconnection of an electrical component during a malfunction which results in a temperature rise beyond of a threshold temperature.
Les autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à l'examen de la description suivante et des dessins d'accompagnement. Il est entendu que d'autres avantages peuvent être incorporés.The other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from a review of the following description and the accompanying drawings. It is understood that other benefits may be incorporated.
Pour atteindre cet objectif, selon un premier aspect, on prévoit un système de raccordement électrique disjonctable apte à relier électriquement un premier connecteur d'un premier organe électrique et un deuxième connecteur d'un deuxième organe électrique différent du premier organe électrique, ledit système comprenant :
- un élément de raccordement comprenant une première zone de contact avec le premier connecteur et une deuxième zone de contact avec le deuxième connecteur, l'élément de raccordement présentant d'une part une première configuration dans laquelle l'élément de raccordement est apte à mettre en continuité électrique le
premier connecteur 11 et le deuxième connecteur, et d'autre part une deuxième configuration dans laquelle l'élément de raccordement ne met pas en continuité électrique le premier connecteur et le deuxième connecteur, l'élément de raccordement étant déformable élastiquement de sorte à être déformé dans la première configuration et de sorte à ne pas être déformé ou moins déformé dans la deuxième configuration ; - un dispositif de rétention comprenant au moins un élément fusible présentant une température de fusion, le dispositif de rétention étant configuré pour maintenir l'élément de raccordement dans la première configuration lorsque la température de l'élément fusible est en dessous de la température de fusion, et pour libérer l'élément de raccordement lorsque la température de l'élément fusible franchit la température de fusion de sorte à le placer dans la deuxième configuration.
- a connection element comprising a first zone of contact with the first connector and a second zone of contact with the second connector, the connection element having on the one hand a first configuration in which the connection element is able to electrical continuity between the
first connector 11 and the second connector, and on the other hand a second configuration in which the connecting element does not bring the first connector and the second connector into electrical continuity, the connecting element being elastically deformable so to be deformed in the first configuration and so as not to be deformed or less deformed in the second configuration; - a retention device comprising at least one fuse element having a melting temperature, the retention device being configured to maintain the connection element in the first configuration when the temperature of the fuse element is below the melting temperature, and to release the connection element when the temperature of the fuse element exceeds the melting temperature so as to place it in the second configuration.
Avantageusement, l'élément de raccordement est déformable élastiquement en flexion avec une contrainte de déformation en flexion appliquée par le dispositif de rétention dans la première configuration par appui sur l'élément de raccordement.Advantageously, the connection element is elastically deformable in bending with a bending deformation stress applied by the retention device in the first configuration by pressing on the connection element.
Alors que selon le cas du fusible représenté aux
De manière avantageuse, on permet aussi de préférence des contacts électriques améliorés, avec une diminution de pertes par échauffement, comme cela se produit dans le cas des
Dans le cas d'accumulateurs, un défaut de fonctionnement d'une unité, par exemple une surchauffe ou un emballement thermique, peut se propager notamment par conduction thermique, et/ou par les raccords électriques par exemple entre des unités de stockage d'électricité d'un même étage. En outre, si une unité de stockage reste en fonctionnement lors d'un défaut de fonctionnement, des gaz peuvent être éjectés de l'unité et se propager pour attaquer d'autres unités de stockage.In the case of accumulators, a malfunction of a unit, for example overheating or thermal runaway, can be propagated in particular by thermal conduction, and/or by electrical connections, for example between electricity storage units. of the same floor. Additionally, if a storage unit remains in operation during a malfunction, gases may be ejected from the unit and spread to attack other storage units.
L'unité de stockage peut être déconnectée électriquement du support. Le fonctionnement de l'unité peut ainsi être stoppé lors d'une surchauffe, voire d'un emballement thermique.The storage unit can be electrically disconnected from the carrier. Operation of the unit can thus be stopped in the event of overheating, or even thermal runaway.
De préférence, dans la deuxième configuration, l'au moins une unité est dans un état de moindre connexion thermique avec le support, et l'au moins une unité n'est pas raccordée électriquement au support. Ainsi, les principaux vecteurs de propagation d'un défaut de fonctionnement dans le dispositif, voire dans l'appareil le comprenant, sont coupés.Preferably, in the second configuration, the at least one unit is in a state of less thermal connection with the support, and the at least one unit is not electrically connected to the support. Thus, the main propagation vectors of an operating fault in the device, or even in the apparatus comprising it, are cut off.
Un autre aspect concerne un appareil comprenant au moins un système selon le premier aspect. L'un des organes électriques peut servir à l'alimentation électrique et l'appareil l'intégrant peut comporter au moins un organe alimenté électriquement par l'autre organe.Another aspect relates to an apparatus comprising at least one system according to the first aspect. One of the electrical components can be used for the electrical supply and the device incorporating it can include at least one component electrically powered by the other component.
Un autre aspect concerne un procédé de déconnexion d'un premier organe électrique et d'un deuxième organe électrique. Au-delà d'une température de fusion d'un élément fusible, on libère un blocage de mouvement, opéré jusqu'alors par un dispositif de rétention, de sorte à autoriser un déplacement d'un élément de raccordement qui mettait jusqu'alors en continuité électrique un premier connecteur présent sur premier organe et un deuxième connecteur présent sur deuxième organe. Avantageusement, ce déplacement de l'élément de raccordement comprend une modification de sa forme par un retour élastique en une position non contrainte en flexion ou moins contrainte en flexion.Another aspect relates to a method for disconnecting a first electrical component and a second electrical component. Beyond a fusion temperature of a fusible element, a blocking of movement is released, hitherto operated by a retention device, so as to authorize a movement of a connection element which hitherto put in electrical continuity a first connector present on the first member and a second connector present on the second member. Advantageously, this movement of the connecting element includes changing its shape by springing back to a non-bending or less bending-stressed position.
Les buts, objets, ainsi que les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description détaillée d'un mode de réalisation de cette dernière qui est illustré par les dessins d'accompagnement suivants dans lesquels :
- La
figure 1A est une première vue d'un dispositif selon l'état de la technique, en configuration de conduction électrique. - La
figure 1B et une deuxième vue de ce dispositif dans une deuxième configuration, de disjonction électrique. - La
figure 2 représente un premier mode de réalisation, dans lequel le système n'est pas encore en continuité avec le deuxième organe électrique, l'élément de raccordement n'étant pas au contact de ce dernier. - La
figure 3 représente une configuration du premier mode de réalisation, correspondant à une première configuration dans laquelle il y a continuité électrique entre un premier organe et un deuxième organe grâce au système. - La
figure 4 représente ce même mode de réalisation dans la deuxième configuration dans laquelle il n'y a plus continuité électrique entre le premier organe et le deuxième organe. - La
figure 5 représente un détail du système dans la configuration de lafigure 2 . - La
figure 6 représente une variante de la figure précédente. - La
figure 7 représente une autre variante de lafigure 5 . - La
figure 8 représente une autre variante de lafigure 5 . - La
figure 9A donne une illustration en vue de profil d'un deuxième mode de réalisation. - La
figure 9B est une vue de dessus d'un élément de raccordement utilisable dans le deuxième mode de réalisation. - La
figure 10 représente un troisième mode de réalisation. - La
figure 11A représente une variante du troisième mode de réalisation. - La
figure 11B représente un cas de deuxième configuration correspondant au mode de réalisation de lafigure 11A . - La
figure 12 représente un exemple de circuit électrique mettant en œuvre l'invention et dans lequel tous les systèmes sont dans la première configuration. - La
figure 13A représente un autre exemple de circuits électriques, dans laquelle tous les systèmes sont dans la première configuration. - La
figure 13B représente le cas de la figure précédente, avec un système dans la deuxième configuration. - La
figure 14A représente un autre mode de réalisation du système, illustré dans la première configuration. - La
figure 14B représente le mode de réalisation de la figure précédente, dans la deuxième configuration. - La
figure 15A représente un autre mode de réalisation, dans la première configuration du système. - La
figure 15B représente le mode de réalisation de la figure précédente, dans la deuxième configuration. - La
figure 16 représente une courbe d'évolution du module d'élasticité d'un matériau utilisable pour l'élément fusible en fonction de la température.
- The
Figure 1A is a first view of a device according to the state of the art, in electrical conduction configuration. - The
figure 1B and a second view of this device in a second configuration, of electrical disjunction. - The
figure 2 represents a first embodiment, in which the system is not yet in continuity with the second electrical member, the connecting element not being in contact with the latter. - The
picture 3 - The
figure 4 represents this same embodiment in the second configuration in which there is no electrical continuity between the first member and the second member. - The
figure 5 represents a detail of the system in the configuration of thepicture 2 - The
figure 6 represents a variant of the previous figure. - The
figure 7 represents another variant of thefigure 5 . - The
figure 8 represents another variant of thefigure 5 . - The
figure 9A gives an illustration in side view of a second embodiment. - The
Figure 9B is a top view of a connecting element usable in the second embodiment. - The
figure 10 represents a third embodiment. - The
figure 11A represents a variant of the third embodiment. - The
figure 11B represents a case of second configuration corresponding to the embodiment of thefigure 11A . - The
figure 12 represents an example of an electrical circuit implementing the invention and in which all the systems are in the first configuration. - The
Figure 13A represents another example of electrical circuits, in which all systems are in the first configuration. - The
Figure 13B represents the case of the previous figure, with a system in the second configuration. - The
Figure 14A shows another embodiment of the system, illustrated in the first configuration. - The
Figure 14B represents the embodiment of the previous figure, in the second configuration. - The
figure 15A represents another embodiment, in the first configuration of the system. - The
figure 15B represents the embodiment of the previous figure, in the second configuration. - The
figure 16 represents a curve of evolution of the modulus of elasticity of a material usable for the fuse element as a function of temperature.
Les dessins sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l'invention. Ils constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l'invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. En particulier, les dimensions relatives de l'appareil et du système ne sont pas représentatives de la réalité.The drawings are given by way of examples and do not limit the invention. They constitute schematic representations of principle intended to facilitate understanding of the invention and are not necessarily at the scale of practical applications. In particular, the relative dimensions of the device and the system are not representative of reality.
Avant d'entamer une revue détaillée de modes de réalisation de l'invention, sont énoncées ci-après des caractéristiques purement optionnelles qui peuvent éventuellement être utilisées en association ou alternativement :
- le dispositif de rétention 4 comprend un organe allongé de maintien de l'élément de raccordement 3 en une position déformée dans la première configuration, l'organe allongé comprenant l'élément fusible 45 ; ainsi le dispositif de rétention peut comporter, ou consister en, un organe allongé, en ce sens qu'il présente une dimension longue selon la direction de reprise d'effort de flexion (ou pour lequel le vecteur force de reprise de la flexion par l'organe a une composante pour le moins majoritaire selon sa dimension longitudinale). Il peut s'agir d'un bras ou d'une bague comme on le verra plus loin. Au moins dans une section longitudinale (correspondant à sa forme dans un plan défini par sa dimension longitudinale et une autre dimension), la dimension longitudinale est la plus grande; si l'organe a la forme d'une bague, pour le moins l'épaisseur de la bague est inférieure à la dimension longitudinale. Cet organe est typiquement plus haut que large. Par exemple, il a une dimension longitudinale supérieure à au moins l'une de ses autres dimensions, par exemple au moins trois fois supérieure, voire au moins 10 fois.
- Il est ainsi possible que l'organe allongé présente une dimension longitudinale au moins trois fois supérieure à au moins une autre de ses dimensions ;
- l'organe allongé présente éventuellement une dimension longitudinale telle que, dans la première configuration, la composante selon la dimension longitudinale d'une force d'exercice de la contrainte de déformation en flexion soit au moins majoritaire ;
- le dispositif de rétention 4 peut comprendre
un bras 41 qui forme au moins en partie l'organe allongé.Le bras 41 est ainsi un organe de maintien de l'élément de raccordement 3 en une position déformée dans la première configuration,le bras 41 comprenant l'élément fusible 45. De préférence le bras a une dimension longitudinale supérieure à ses autres dimensions, par exemple au moins trois fois supérieure, voire au moins 10 fois ; et cette direction longitudinale est celle de reprise de l'effort de flexion ; le bras est ainsi relativement petit ou de faible section par rapport à sa fonction mécanique ; il dispose d'une faible inertie thermique s'il est en matériau fusible lui-même, ou peut être tenu dans la première configuration par un élément fusible de taille réduite (comme un point de colle fusible, ou avec une zone fusible de section sensiblement égale à celle du bras).Le bras 41 peut avoir une section transversale circulaire ; le bras 41, ou l'organe de maintien allongé en général, s'applique sur unezone 37 de l'élément de raccordement 3 qui est intermédiaire entre une extrémité distale 33 et une extrémité proximale 34 de l'élément de raccordement 3. On préserve ainsi une capacité de déformation en flexion à un bout du bras, pour son application souple sur l'un des organes.le bras 41 42a, 42b de bras jointes par l'élément fusible 45. Cette solution peut ne mettre en oeuvre qu'une petite quantité de matière fusible.comporte deux portions - la deuxième zone de contact 32 comprend une extrémité distale 33 de l'élément de raccordement 3.
- la première zone de
contact 31 comprend une extrémité proximale 34 de l'élément de raccordement 3.L'élément 3 peut donc être un élément s'étendant entre les deux organes. - Eventuellement, l'une des extrémités de l'élément 3 est fixée sur l'un des deux organes et le reste aussi bien dans la première configuration que dans la deuxième.
- l'au moins un élément fusible est isolant électriquement.
- l'au moins un élément fusible présente une température de fusion inférieure ou égale à 120°C (et de préférence à 100°C) ; la température de fusion peut être comprise entre 60°C et 120°C.
- l'élément de raccordement 3 comprend au moins une lame flexible.
- Il y a une pluralité de lames présentant chacune une extrémité proximale et une extrémité distale, les extrémités proximales étant jointives par une portion de jonction 36, la portion de jonction 36 étant fixée sur le premier organe, l'élément fusible 45 comprenant un élément de contre-appui sur une zone de chacune des lames 35 dans la première configuration, la zone étant située hors de l'extrémité proximale.
- le système comprend alternativement une pluralité de lames 35 présentant chacune une extrémité proximale et une extrémité distale, les extrémités proximales étant jointives par une portion de jonction 36, l'élément fusible 45 étant configuré pour coller la portion de jonction 36 sur le premier organe dans la première configuration.
- Le système comprend un élément de contre-appui sur une zone de chacune des lames 35 dans la première configuration, la zone étant située hors de l'extrémité proximale.
- la au moins une lame 35 comporte une extrémité distale 33 apte à être ancrée au deuxième organe et une extrémité proximale 34 apte à être appliquée sur le premier connecteur 11 dans la première configuration, l'élément fusible 45 étant configuré pour solidariser l'extrémité proximale 34 et le
premier connecteur 11. - Le système comprend une pluralité de lames (35), l'élément fusible (45) étant configuré pour solidariser toutes les lames (35) et le premier connecteur (11) dans la première configuration et pour libérer toutes les lames (35) dans la deuxième configuration.
- l'au moins un élément fusible 45 est à base de polyoléfine.
- éventuellement, l'élément fusible est configuré de sorte que la température de fusion soit comprise entre une température de surchauffe et une température d'emballement thermique de l'au moins une unité de stockage,
- la température de fusion peut-être comprise entre 60°C et 120°C.le système comprend un troisième connecteur 7, et l'élément de raccordement 3 est configuré pour mettre en continuité électrique le deuxième connecteur 21 et le troisième connecteur 7 dans la deuxième configuration, et est configuré pour ne pas mettre en continuité électrique le deuxième connecteur 21 et le troisième connecteur 7 dans la première configuration.
- le premier organe électrique est l'un parmi une unité 1 de stockage d'énergie électrique et
un support 2 de l'unité, et dans lequel le deuxième organe électrique est l'autre parmi l'unité 1 de stockage d'énergie électrique et lesupport 2 del'unité 1. l'unité 1 comprend une faceavant 13 en regard d'une face dusupport 2 dans la première configuration, une face arrière 14 opposée à la première face et une paroi latérale 15 joignant la face avant et la face arrière ;le support 2 comprend un circuit imprimé ;- l'appareil comprend une pluralité d'unités.
- dans un mode de réalisation, le support comprend un circuit imprimé, et plus particulièrement un système de contrôle de batterie (communément abrégé BMS, de l'anglais Battery Management System).
- the
retention device 4 comprises an elongate member for holding theconnection element 3 in a deformed position in the first configuration, the elongate member comprising thefuse element 45; thus the retention device may comprise, or consist of, an elongated member, in the sense that it has a long dimension according to the direction of recovery of the bending force (or for which the force vector of recovery of the bending by the organ has a component that is at the very least majority according to its longitudinal dimension). It can be an arm or a ring as we will see later. At least in a longitudinal section (corresponding to its shape in a plane defined by its longitudinal dimension and another dimension), the longitudinal dimension is the greatest; if the member has the shape of a ring, at least the thickness of the ring is less than the longitudinal dimension. This organ is typically taller than it is wide. For example, it has a longitudinal dimension greater than at least one of its other dimensions, for example at least three times greater, or even at least 10 times. - It is thus possible for the elongated member to have a longitudinal dimension at least three times greater than at least one other of its dimensions;
- the elongated member optionally has a longitudinal dimension such that, in the first configuration, the component along the longitudinal dimension of a force for exerting the bending deformation stress is at least predominant;
- the
retention device 4 may comprise anarm 41 which at least partially forms the elongated member. Thearm 41 is thus a member for holding theconnection element 3 in a deformed position in the first configuration, thearm 41 comprising thefuse element 45. Preferably the arm has a longitudinal dimension greater than its other dimensions, for example at least three times higher, or even at least 10 times; and this longitudinal direction is that of recovery of the bending force; the arm is thus relatively small or of small cross-section relative to its mechanical function; it has low thermal inertia if it is made of fusible material itself, or can be held in the first configuration by a fuse element of reduced size (such as a point of fusible glue, or with a fusible zone of section substantially equal to that of the arm).Arm 41 may have a circular cross-section; - the
arm 41, or the elongate holding member in general, bears on azone 37 of the connectingelement 3 which is intermediate between adistal end 33 and aproximal end 34 of the connectingelement 3. thus preserves a capacity for deformation in flexion at one end of the arm, for its flexible application on one of the organs. - the
arm 41 comprises two 42a, 42b joined by thearm portions fusible element 45. This solution may only use a small quantity of fusible material. - the
second contact zone 32 comprises adistal end 33 of the connectingelement 3. - the
first contact zone 31 comprises aproximal end 34 of theconnection element 3. Theelement 3 can therefore be an element extending between the two members. - Optionally, one of the ends of the
element 3 is fixed to one of the two members and remains so both in the first configuration and in the second. - the at least one fuse element is electrically insulating.
- the at least one fuse element has a melting temperature of less than or equal to 120° C. (and preferably 100° C.); the melting temperature can be between 60°C and 120°C.
- the connecting
element 3 comprises at least one flexible blade. - There are a plurality of blades each having a proximal end and a distal end, the proximal ends being joined by a
junction portion 36, thejunction portion 36 being fixed to the first member, thefuse element 45 comprising a counter-support on a zone of each of theblades 35 in the first configuration, the zone being located outside the proximal end. - the system alternately comprises a plurality of
blades 35 each having a proximal end and a distal end, the proximal ends being joined by ajunction portion 36, thefuse element 45 being configured to bond thejunction portion 36 to the first member in the first setup. - The system includes a counter-bearing element on a zone of each of the
blades 35 in the first configuration, the zone being located outside the proximal end. - the at least one
blade 35 has adistal end 33 capable of being anchored to the second organ and aproximal end 34 capable of being applied to thefirst connector 11 in the first configuration, thefuse element 45 being configured to secure theproximal end 34 and thefirst connector 11. - The system comprises a plurality of blades (35), the fuse element (45) being configured to secure all the blades (35) and the first connector (11) in the first configuration and to release all the blades (35) in the second setup.
- the at least one
fuse element 45 is based on polyolefin. - optionally, the fuse element is configured so that the melting temperature is between an overheating temperature and a thermal runaway temperature of the at least one storage unit,
- the melting temperature may be between 60°C and 120°C. the system comprises a
third connector 7, and theconnection element 3 is configured to bring thesecond connector 21 and thethird connector 7 in the second configuration, and is configured so as not to place thesecond connector 21 and thethird connector 7 in the first configuration in electrical continuity. - the first electrical member is one of an electrical
energy storage unit 1 and asupport 2 of the unit, and wherein the second electrical member is the other of the electricalenergy storage unit 1 andsupport 2 ofunit 1. - the
unit 1 comprises afront face 13 facing one face of thesupport 2 in the first configuration, arear face 14 opposite the first face and aside wall 15 joining the front face and the rear face; -
support 2 comprises a printed circuit; - the apparatus includes a plurality of units.
- in one embodiment, the support comprises a printed circuit, and more particularly a battery control system (commonly abbreviated BMS, from the English Battery Management System ).
Dans la suite de la description, le terme « sur » ne signifie pas nécessairement « directement sur ». Ainsi, lorsque l'on indique qu'une pièce ou qu'un organe A est en appui « sur » une pièce ou un organe B, cela ne signifie pas que les pièces ou organes A et B soient nécessairement en contact direct l'une avec l'autre. Ces pièces ou organes A et B peuvent être, soit en contact direct, soit être en appui l'une sur l'autre par l'intermédiaire d'une ou plusieurs autres pièces. Il en est de même pour d'autres expressions telles que par exemple l'expression « A agit sur B » qui peut signifier « A agit directement sur B » ou « A agit sur B par l'intermédiaire d'une ou plusieurs autres pièces». L'expression « A est raccordée électriquement avec B » peut signifier que A est directement raccordée sur B ou bien indirectement par le biais d'un autre élément, par exemple via un fusible ou un interrupteur.In the rest of the description, the term “on” does not necessarily mean “directly on”. Thus, when it is indicated that a part or a member A is resting "on" a part or a member B, this does not mean that the parts or members A and B are necessarily in direct contact with each other. with the other. These parts or members A and B can either be in direct contact or be supported one on the other via one or more other parts. The same is true for other expressions such as for example the expression "A acts on B" which can mean "A acts directly on B" or "A acts on B via one or more other parts ". The expression "A is electrically connected with B" can mean that A is directly connected to B or else indirectly via another element, for example via a fuse or a switch.
Le terme mobile correspond à un mouvement de rotation ou à un mouvement de translation ou encore à une combinaison de mouvements, par exemple la combinaison d'une rotation et d'une translation.The term mobile corresponds to a rotational movement or to a translational movement or else to a combination of movements, for example the combination of a rotation and a translation.
Le terme « solidaire » utilisé pour qualifier la liaison entre deux pièces signifie que les deux pièces sont liées/fixées l'une par rapport à l'autre, selon au moins un degré de liberté. Par exemple, s'il est indiqué que deux pièces sont solidaires en translation selon une direction Y, cela signifie que les pièces peuvent être mobiles l'une par rapport à l'autre, possiblement selon plusieurs degrés de liberté, à l'exclusion de la liberté en translation selon la direction Y. Autrement dit, si on déplace une pièce selon la direction Y, l'autre pièce effectue le même déplacement.The term “united” used to qualify the connection between two parts means that the two parts are linked/fixed with respect to each other, according to at least one degree of freedom. For example, if it is indicated that two parts are integral in translation along a Y direction, this means that the parts can be movable relative to each other, possibly according to several degrees of freedom, excluding the freedom in translation along the Y direction. In other words, if we move a part along the Y direction, the other piece makes the same move.
On entend par température de fusion, un niveau de température à partir duquel un matériau passe de l'état solide à l'état liquide. Ce seuil de température est bien défini pour un matériau donné, les conditions de pression étant peu variables et impactant donc à la marge la température. D'une manière générale, on pourra choisir un matériau dont la température de fusion correspond à une température-seuil de sécurité à partir de laquelle une déconnexion électrique de l'organe électrique est requise.By melting temperature is meant a temperature level from which a material passes from the solid state to the liquid state. This temperature threshold is well defined for a given material, the pressure conditions being little variable and therefore impacting the temperature at the margin. In general, it will be possible to choose a material whose melting temperature corresponds to a safety threshold temperature from which an electrical disconnection of the electrical component is required.
On entend par un élément « à base » d'un matériau A, un élément comprenant ce matériau A uniquement ou ce matériau A et éventuellement d'autres matériaux. Par exemple, l'élément comprend un matériau A et une enveloppe configurée pour contenir l'élément A, l'enveloppe pouvant être formée d'au moins un matériau distinct du matériau A.An element “based” on a material A is understood to mean an element comprising this material A only or this material A and possibly other materials. For example, the element comprises a material A and an envelope configured to contain the element A, the envelope being able to be formed of at least one material distinct from the material A.
On entend par un paramètre « sensiblement égal/supérieur/inférieur à » une valeur donnée, que ce paramètre est égal/supérieur/inférieur à la valeur donnée, à plus ou moins 10% près, voire à plus ou moins 5% près, de cette valeur.A parameter "substantially equal/greater/less than" a given value means that this parameter is equal/greater/less than the given value, to within plus or minus 10%, or even within plus or minus 5%, of this value.
Dans la description détaillée qui suit, il pourra être fait usage de termes tels que « longitudinal », « transversal », « avant », « arrière », « intérieur », « extérieur ». Ces termes doivent être interprétés de façon relative en relation avec la position relative des composants du dispositif d'alimentation. La direction « longitudinale » peut notamment correspondre à la direction principale du déplacement relatif de l'unité de stockage par rapport au support. La direction « longitudinale » peut en outre correspondre à la direction d'extension principale de l'unité de stockage.In the detailed description which follows, use may be made of terms such as “longitudinal”, “transverse”, “front”, “rear”, “interior”, “exterior”. These terms should be interpreted relatively in relation to the relative position of the components of the power device. The “longitudinal” direction may in particular correspond to the main direction of the relative movement of the storage unit with respect to the support. The “longitudinal” direction may also correspond to the main extension direction of the storage unit.
« Interne » désigne les éléments ou les faces tournées vers l'intérieur du dispositif, et « externe » désigne les éléments ou les faces tournées vers l'extérieur de l'appareil. Selon un exemple, l'unité de stockage présentant un axe central A, « interne » désigne les éléments ou les faces tournées vers cet axe, et « externe » désigne les éléments ou les faces tournées à l'opposé de cet axe central."Internal" means the elements or faces facing the interior of the device, and "external" means the elements or faces facing the exterior of the device. According to one example, the storage unit having a central axis A, “internal” designates the elements or the faces facing this axis, and “external” designates the elements or the faces facing away from this central axis.
On donne, dans un premier temps, des indications générales sur les fonctionnalités et sur certains composants du système et de l'appareil de l'invention.First, general indications are given on the functionalities and on certain components of the system and of the apparatus of the invention.
Les illustrations fournissent des exemples de réalisation de l'invention en rapport avec des unités de stockage d'énergie électrique. Cependant, il est rappelé que cette application n'est pas limitative. D'autres applications électriques sont possibles, notamment pour la connexion et la déconnexion d'organes tels que des moteurs ou des générateurs. Les modes de réalisation ici détaillés sont transposables mutatis mutandis à toute autre application électrique.The illustrations provide exemplary embodiments of the invention in relation to electrical energy storage units. However, it is recalled that this application is not limiting. Other electrical applications are possible, in particular for the connection and disconnection of components such as motors or generators. The embodiments detailed here can be transposed mutatis mutandis to any other electrical application.
Plus particulièrement, dans le cas des stockages électriques, l'appareil comprenant le système de l'invention peut être configuré pour être alimenté électriquement par une batterie lithium-ion dont la ou les unités forment les cellules.More particularly, in the case of electrical storage, the device comprising the system of the invention can be configured to be electrically powered by a lithium-ion battery whose unit or units form the cells.
Dans cette application de stockage d'énergie électrique, le système comprend une, voire plusieurs unité(s) de stockage 1. Les unités de stockage 1, dans le cas du stockage d'énergie électrique, forment des briques élémentaires de stockage électrique, aussi appelées accumulateurs ou cellules. Ces unités peuvent être connectées en parallèle et/ou en série pour constituer un ensemble d'alimentation, communément appelé module de batterie. Un ensemble de modules raccordés en série ou en parallèle constitue généralement un pack-batterie, de tension et de capacité plus importantes.In this electrical energy storage application, the system comprises one or even several storage unit(s) 1. The
Le fonctionnement qui suit est décrit à titre non limitatif pour une unité de stockage 1 formant un premier organe électrique. Le système comprend en outre un support 2, formant un deuxième organe électrique, configuré pour être raccordé électriquement à l'unité de stockage 1. Il comprend, en outre, qu'il y a de préférence une solidarisation physique de l'unité de stockage 1 au support 2The following operation is described on a non-limiting basis for a
Un défaut de fonctionnement peut plus particulièrement être une surchauffe, voire un emballement thermique. Le système est donc plus particulièrement configuré pour déconnecter électriquement l'unité de stockage 1 en fonction de sa température.An operating fault may more particularly be overheating, or even thermal runaway. The system is therefore more particularly configured to electrically disconnect the
Lorsque la température dans le système, et plus particulièrement la température de l'unité de stockage 1, est inférieure à la température-seuil, le système est en situation active, c'est-à-dire qu'il est conducteur d'électricité de sorte à mettre en continuité électrique le premier organe et le deuxième organe (typiquement une unité de stockage et son support).When the temperature in the system, and more particularly the temperature of the
Lors du défaut de fonctionnement, un des organes, tel que l'unité de stockage 1 d'un dispositif d'alimentation électrique, peut surchauffer. Classiquement, lorsque qu'une unité de stockage 1 est raccordée électriquement à son support 2, ce défaut peut se propager dans le système, voire au reste de l'appareil. Les principaux vecteurs de propagation du défaut, par exemple entre différentes unités de stockage 1, sont :
- la conduction thermique par les conducteurs électriques du système,
- la conduction thermique par les pièces structurelles du système, par
exemple son support 2, - une propagation électrique, par exemple un défaut de court-circuit interne d'une unité de stockage peut se transformer en défaut de court-circuit externe pour les unités du même étage,
- la convection naturelle,
- la convection forcée des gaz éjectés par une unité de stockage en défaut,
- les projections de composés chimiques; le rayonnement et les départs de feu issus de l'unité de stockage en défaut.
- thermal conduction by the electrical conductors of the system,
- thermal conduction by the structural parts of the system, for example its
support 2, - electrical propagation, for example an internal short-circuit fault of a storage unit can turn into an external short-circuit fault for the units on the same floor,
- natural convection,
- forced convection of gases ejected by a faulty storage unit,
- splashes of chemical compounds; radiation and fire outbreaks from the faulty storage unit.
Lors du défaut de fonctionnement, la température de l'unité de stockage 1 peut s'élever au-dessus d'une température-seuil à partir de laquelle on souhaite déclencher une déconnexion électrique de l'unité. Pour ce déclenchement, le système comprend au moins un élément fusible, présentant une température de fusion prédéfinie, et qui peut être relié thermiquement à l'unité de stockage 1, par contact direct ou via l'environnement entre l'élément fusible et l'unité de stockage. Par conduction et/ou convection thermique et/ou rayonnement, la température de l'élément fusible peut à son tour s'élever au-dessus de sa température de fusion qui correspond ici à la température-seuil déclenchant un mouvement de déformation d'un élément de raccordement passant alors dans une deuxième configuration dans laquelle il n'y a plus de continuité électrique entre l'unité 1 et le support 2.During the operating fault, the temperature of the
L'unité de stockage 1 n'est pas raccordée électriquement au support 2 dans la deuxième configuration. Ainsi, le fonctionnement de l'unité de stockage 1 peut être interrompu en cas de surchauffe. Le risque de propagation du défaut de fonctionnement par court-circuit, ou par éjection de gaz issus de l'unité de stockage en défaut, est ainsi évité. Ces gaz étant généralement de nature corrosive, leur risque d'émission dans le système est minimisé.
De par la déconnexion électrique, le système est sécurisé. Ainsi, le risque qu'une surchauffe de l'unité de stockage en défaut se propage à d'autres unités de stockage 1 ou à d'autres éléments du système est limité.Due to the electrical disconnection, the system is secure. Thus, the risk of overheating of the faulty storage unit spreading to
De préférence, la température de fusion est supérieure ou égale à une température normale maximale de fonctionnement de l'unité 1. Cette température est le seuil à partir duquel on est en surchauffe. La température-seuil peut être supérieure ou égale à la température de surchauffe, voire à la température d'emballement thermique de l'unité de stockage 1. Plus préférentiellement encore, la température de fusion est comprise entre la température de surchauffe et la température d'emballement thermique de l'unité de stockage. Ainsi, la déconnexion de l'unité de stockage est effectuée avant son emballement thermique. Avantageusement, la température de fusion est inférieure à 120°C, préférentiellement inférieure à 100°C. La température de fusion peut par exemple être sensiblement comprise entre 60°C et 120°C, cette gamme de températures étant particulièrement adaptée à l'exemple selon lequel les unités de stockages sont des batteries lithium-ion. La température de fusion peut par exemple être sensiblement égale à 80°C.Preferably, the melting temperature is greater than or equal to a maximum normal operating temperature of the
Il est à noter que dans les systèmes où l'élément fusible est constitué de soudures, c'est principalement l'augmentation de la température des soudures elles-mêmes et de l'élément de raccordement 3, liée au passage du courant dans ces éléments, qui peut provoquer la fonte de l'élément fusible. La température à laquelle réagit l'élément fusible est donc plus locale et est moins représentative de la température de l'élément à protéger, l'unité 1. Dans les systèmes décrits dans la présente invention, l'élément fusible est principalement sensible aux variations thermiques de l'unité 1, élément que l'on cherche à protéger. La présente invention présente donc l'avantage de proposer un système disjonctable ne disjonctant que lorsqu'il y a un risque d'endommagement de l'unité 1.It should be noted that in systems where the fuse element is made up of welds, it is mainly the increase in the temperature of the welds themselves and of the
Le support 2 comprend au moins un deuxième connecteur 21, ce dernier étant complémentaire d'un premier connecteur 11 de l'unité. En présence de plusieurs unités, les deuxièmes connecteurs du support 2 peuvent être reliés en série et/ou en parallèle par un bus de puissance (désigné en anglais par « busbar ») du support 2. Un bus de puissance consiste généralement en un jeu de barres ou en des pistes conductrices sur un circuit imprimé, par exemple en cuivre. Notons que les connecteurs 21 du support 2 peuvent être reliés en série et/ou en parallèle par tout type de réseau de puissance. Ils sont ici simplement schématisés sous forme d'organes traversant le support.The
Notons que la nature et les dimensions des connecteurs et des conducteurs électriques du système peuvent être adaptés pour correspondre aux courants nominaux et maximums pouvant être délivrés par la ou les unité(s) de stockage 1.Note that the nature and dimensions of the connectors and electrical conductors of the system can be adapted to correspond to the nominal and maximum currents that can be delivered by the storage unit(s) 1.
Selon un exemple, le support 2 comprend un bus de puissance, par exemple un jeu de barres. On verra que, selon l'exemple illustré en
L'impact de l'unité de stockage 1 en défaut sur le reste du dispositif 1, voire de l'appareil, peut ainsi être minimisé. Cet exemple de réalisation est particulièrement adapté aux dispositifs d'alimentation électrique stationnaires ou embarqués, de grande taille.The impact of the
Les modes de réalisation illustrés aux
Dans le premier exemple fourni à la
Bien entendu, le système de l'invention peut s'appliquer aussi bien à une disjonction électrique d'un pôle positif ou d'un pôle négatif d'une unité ou de tout autre organe électrique. Éventuellement, les deux pôles peuvent être équipés d'un système.Of course, the system of the invention can be applied just as well to an electrical disjunction of a positive pole or of a negative pole of a unit or of any other electrical component. Optionally, both poles can be equipped with a system.
Dans la situation de la
L'élément de raccordement 3 présente une extension suivant laquelle il est déformable en flexion. Dans un mode de réalisation, l'élément de raccordement 3 comprend, ou consiste en, au moins une lame. Par exemple, la lame peut être sous la forme d'un clinquant qui est une disposition facile à mettre en oeuvre pour des accumulateurs électriques. Par exemple, la lame peut être en matériau électriquement conducteur, notamment à base de cuivre ou d'acier nickelé. Dans l'exemple de la
Une description plus structurelle de l'élément 3 et du dispositif 4 sera donnée en référence à différentes options et vues détaillées fournies aux
On notera que le montage initial du système sur l'unité 1 n'est pas limitatif ; d'autre part, le système de l'invention peut être solidaire du support 2 plutôt que de l'unité.It will be noted that the initial assembly of the system on the
Dans le cas de la
Avantageusement, le dispositif de rétention 4 exerce son appui sur l'élément intermédiaire 3 sur une zone intermédiaire de ce dernier, entre l'extrémité distale 33 et l'extrémité proximale 34. Cette disposition permet de préserver une liberté de déformation élastique supplémentaire de l'élément 3 dans une portion comprenant son extrémité distale 33. Ainsi, dans la situation de la
La
On comprend que la configuration de la
En résumé, dans la première position présentée à la
La
La
Eventuellement, au niveau de l'extrémité distale de l'élément 3, ce dernier comporte une portion recourbée qui peut optimiser le contact électrique avec le connecteur du support 2.Suivant une possibilité, le dispositif 4 comprend, voire consiste en, une pièce d'un matériau fusible. Ainsi, lors du dépassement de la température de fusion, cette pièce fond et n'assure plus la fonction de rétention.Optionally, at the distal end of the
Une variante est donnée à la
La
Une variante non représentée consiste à prévoir, en alternative ou en complément du cas de la
Une autre variante, présentée à la
Comme vu précédemment, l'élément de raccordement 3 peut se présenter sous la forme d'une lame déformée depuis une zone de pliage, par exemple solidaire du premier organe électrique, à une première extrémité de la lame. On peut mettre en oeuvre une pluralité de lames 35 comme dans le cas des
À cette fin, la
Un tel élément 3 peut coopérer avec le support 2 et l'unité 1 comme le montre la
On comprend que si l'élément de contre-appui fusible 45fond, la pluralité de lames ne forme plus un ensemble courbé et n'est plus en contact avec la face du support 2. Cette reprise d'une forme de repos supprime le contact avec le support 2. La fusion de n'importe quel point de la bague ouvre la bague qui n'assure alors plus la fonction de contre-appui pour les lames.It is understood that if the fuse element against abutment 45fond, the plurality of blades no longer forms a curved assembly and is no longer in contact with the face of the
Dans les exemples qui ont précédé, le premier connecteur 11 était situé sur la face 13 de l'unité. Le mode de réalisation représenté à la
Dans cette situation, l'élément de raccordement 3 s'étend donc autour de l'unité par exemple avec au moins une lame. Dans la configuration de la
On notera que la
Chaque lame 35 du mode de réalisation de la
Éventuellement, l'élément fusible 45 peut être commun à plusieurs lames 35. Par exemple, il peut s'agir d'un organe annulaire parcourant le pourtour de l'unité pour ceinturer les lames sur celle-ci. De manière préférée, l'élément fusible 45 est un anneau non collé. Il est préférentiellement soumis à un effort de traction longitudinal donc selon sa plus grande dimension de par sa rétention des lames. La fusion de n'importe quel point de l'anneau libère la totalité des lames. Éventuellement, la paroi latérale 15 peut présenter un retrait 16, par exemple sous forme de gorge, et chaque lame 35 peut présenter un cran 38 apte à s'insérer dans le retrait 16. Une relation par obstacle peut ainsi être formée entre chaque lame 35 et l'unité. Cela peut renforcer la liaison entre ces deux pièces. Cette situation est représentée à la
Un passage à la deuxième configuration s'effectue lors de la fusion du ou des éléments fusibles 45. Les lames libérées ont alors une tendance naturelle à s'écarter latéralement de la paroi 15 si bien qu'il n'y a plus de contact entre l'unité et l'élément de raccordement 3.A transition to the second configuration takes place during the melting of the fuse element(s) 45. The released blades then have a natural tendency to move away laterally from the
La variante présentée à la
En effet, on peut réaliser l'élément fusible 45 sous forme d'un anneau qui maintient par défaut les lames 35 en position déformée de sorte à délimiter un volume d'insertion de l'unité. Cet élément fusible annulaire 45 peut être reçu dans un creux, de préférence formé par sertissage, sur la ou les lames 35 permettant de retenir l'anneau d'un côté et formant une zone de contact efficace sur la paroi 15 de l'unité de l'autre côté.Indeed, the
Le support est par exemple constitué d'une carte à circuits imprimés et les lames peuvent être simplement soudées (par exemple à l'étain) ou fixées de manière traversante sur cette dernière. Lors de l'insertion, chaque lame se déforme légèrement jusqu'à ce que l'unité parvienne dans la première position. De préférence, dans cette situation, la coopération d'un retrait 16 de l'unité avec un cran 38 de la lame bloque l'ensemble.The support is for example made up of a printed circuit board and the blades can be simply soldered (for example with tin) or fixed in a traversing manner on the latter. On insertion, each blade deforms slightly until the unit comes into the first position. Preferably, in this situation, the cooperation of a
Pour des applications à des unités de stockage, pour le moins les modes de réalisation illustrés à la
Les accumulateurs peuvent être mis en place par insertion avant ou après la mise en place de la pièce 45 et des lames 35 et selon l'élasticité de celles-ci. La présence d'une gorge au niveau de la paroi 15 d'un accumulateur correspond à un standard pour certains accumulateurs cylindriques ; cette gorge est issue du procédé de fabrication et on en tire ici profit pour un autre besoin. De telles gorges 15 existent sur les petits accumulateurs cylindriques, par exemple de format 18650 ou 21700, c'est-à-dire de 18 mm (respectivement 21 mm) de diamètre et de 65 mm (respectivement 70 mm) de long. Pour ces accumulateurs, la borne positive 11 est munie d'un joint périphérique isolant assurant l'isolation électrique de la borne 11 par rapport au boîtier 17 et l'étanchéité de l'accumulateur, et la borne munie de son joint est sertie dans le boîtier 17. La gorge 15 est une résultante de cette opération de sertissage, pour réaliser un appui pour le joint.The accumulators can be put in place by insertion before or after the placement of the
Ainsi, la
En ce qui concerne le matériau du ou des éléments fusibles, il est possible d'opter pour un matériau isolant. En effet, dans une application électrique, la connexion électrique dans la première position se fait au niveau des éléments de connexion 11, 12 et non au niveau du ou des éléments fusibles. Utiliser un matériau isolant présente l'avantage dans ce contexte d'éviter tout problème lié aux différences de potentiel électrique entre les éléments au contact du système de rétention.As regards the material of the fuse element or elements, it is possible to opt for an insulating material. Indeed, in an electrical application, the electrical connection in the first position is made at the level of the
Ces matériaux ont l'avantage de présenter une température de fusion basse en comparaison avec les matériaux habituellement utilisés dans les systèmes à fusible. Avantageusement, on opte pour une température de fusion du matériau du ou des éléments fusibles comprise entre 60 et 120°C. Ces températures présentent l'avantage d'être compatibles avec les températures supportables par les différentes éléments du système et notamment l'unité 1.These materials have the advantage of having a low melting temperature compared to the materials usually used in fuse systems. Advantageously, a melting temperature of the material of the fuse element(s) of between 60 and 120°C is chosen. These temperatures have the advantage of being compatible with the temperatures that can be tolerated by the various elements of the system and in
Préférentiellement, on opte pour un matériau appartenant au groupe des polymères. Ce groupe se caractérise par sa richesse et permet une grande souplesse dans le choix de la température de fusion du matériau pour la confection de l'élément fusible. Ce groupe se caractérise également par sa richesse en matière de propriétés de déformation et de résistance, et confère ainsi une grande liberté en ce qui concerne la forme de l'élément fusible.Preferably, a material belonging to the group of polymers is chosen. This group is characterized by its richness and allows great flexibility in the choice of the melting temperature of the material for making the fuse element. This group is also characterized by its richness in terms of deformation and resistance properties, and thus confers great freedom with regard to the shape of the fusible element.
Parmi les polymères, on peut notamment utiliser du polyéthylène. La température de transition solide liquide peut être ajustée par la densité et le processus de mise en œuvre de ce matériau, par exemple entre 70 et 80°C. Le polyéthylène a des molécules longues et la transition de phase n'est pas très marquée en température. Pour avoir une transition plus franche, on peut avoir recours à des molécules plus petites, par exemple pour former une colle fusible. Dans ce contexte, la
Dans une application à des accumulateurs lithium-ion, la température maximale en fonctionnement normal est typiquement de l'ordre de 60°C alors que la température de première réaction amenant à l'emballement de l'accumulateur est de l'ordre de 100°C, si bien que la température de fusion du matériau formant l'élément fusible est dans ce cas bien positionnée entre ces deux valeurs.In an application to lithium-ion batteries, the maximum temperature in normal operation is typically of the order of 60° C., while the temperature of the first reaction leading to runaway of the battery is of the order of 100° C. C, so that the melting temperature of the material forming the fuse element is in this case well positioned between these two values.
Au vu de la description qui précède, il apparaît clairement que l'invention propose un système améliorant la déconnection électrique d'une unité lors d'un défaut de fonctionnement, et minimisant les résistances de contact par rapport aux solutions existantes.In view of the preceding description, it clearly appears that the invention proposes a system improving the electrical disconnection of a unit during an operating fault, and minimizing the contact resistances with respect to existing solutions.
La
Les
Dans tous les cas, on notera que le premier organe électrique peut être lui-même formé d'une pluralité d'organes élémentaires, par exemple une pluralité d'unités de stockage d'électricité. Par exemple, un système de raccordement disjonctable peut être raccordé à une ligne électrique d'un jeu d'unités, par exemple un pack de batteries.In all cases, it will be noted that the first electrical component may itself be formed of a plurality of elementary components, for example a plurality of electricity storage units. For example, a disconnectable connection system can be connected to a power line of a set of units, for example a battery pack.
Pour mettre en œuvre la continuité de service évoquée précédemment, en référence notamment aux
Dans le cas de la
La
La solution précédente est particulièrement adaptée dans les cas de figure pour lesquels l'élément de raccordement est disposé entre l'une des faces de l'unité et l'une des faces du support.The previous solution is particularly suitable in cases where the connecting element is arranged between one of the faces of the unit and one of the faces of the support.
Dans les situations pour lesquelles élément de raccordement 3 s'étend latéralement relativement à l'unité, une disposition préférentielle est représentée aux
À l'inverse, dans la deuxième configuration du système illustrée à la
D'une manière générale, le troisième connecteur 7 peut être tout élément conducteur d'électricité de configuration adaptée à une bonne coopération avec l'élément de raccordement 3. Typiquement, il peut être monté sur le support 2, et de manière générale, sur le deuxième organe électrique. Il assure une deuxième configuration du circuit, alternative à une première configuration de circuit formée dans la première configuration du système, et dans laquelle l'unité est électriquement active vis-à-vis de son support.In general, the
L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation précédemment décrits et s'étend à tous les modes de réalisation couverts par l'invention.The invention is not limited to the embodiments described above and extends to all the embodiments covered by the invention.
Les différentes
Les unités de stockage illustrées dans les dessins sont de forme cylindrique. On peut prévoir que le dispositif 1 soit adapté à des unités de stockage de format et de taille variés.The storage units shown in the drawings are cylindrical in shape. Provision can be made for the
- 1.1.
- UnitéUnity
- 11.11.
- Premier connecteurFirst connector
- 12.12.
- Autre connecteurother connector
- 13.13.
- Face avantFront face
- 14.14.
- Face arrièreBack side
- 15.15.
- Paroi latéraleside wall
- 16.16.
- RetraitWithdrawal
- 2.2.
- SupportSupport
- 21.21.
- Deuxième connecteurSecond connector
- 22.22.
- Autre connecteurother connector
- 3.3.
- Elément de raccordementConnection element
- 31.31.
- Première zone de contactFirst contact area
- 32.32.
- Deuxième zone de contactSecond contact zone
- 33.33.
- Extrémité distaleDistal end
- 34.34.
- Extrémité proximaleProximal end
- 35.35.
- LameBlade
- 36.36.
- Portion de jonctionJunction portion
- 37.37.
- Zone d'appuiSupport area
- 38.38.
- Crannotch
- 39.39.
- Point d'assemblageassembly point
- 4.4.
- Dispositif de rétentionRetention device
- 41.41.
- BrasArms
- 42a, 42b.42a, 42b.
- Portion de brasarm portion
- 43.43.
- Première extrémitéFirst end
- 44.44.
- Deuxième extrémitéSecond end
- 45.45.
- Elément fusiblefuse element
- 5.5.
- BaseBase
- 51.51.
- ButéeStopper
- 6.6.
- CircuitCircuit
- 61.61.
- Première borneFirst terminal
- 62.62.
- Deuxième borneSecond terminal
- 63.63.
- SystèmeSystem
- 7.7.
- Troisième connecteurThird connector
- 81.81.
- Premier ressortFirst spring
- 82.82.
- Base fusiblefuse base
- 83.83.
- PlateauPlateau
- 84.84.
- TigeStem
- 85.85.
- Deuxième ressortSecond spring
Claims (18)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR2012145A FR3116647B1 (en) | 2020-11-25 | 2020-11-25 | System with at least one mobile unit |
Publications (2)
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---|---|
EP4006944A1 true EP4006944A1 (en) | 2022-06-01 |
EP4006944B1 EP4006944B1 (en) | 2023-10-18 |
Family
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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---|---|
EP (1) | EP4006944B1 (en) |
FR (1) | FR3116647B1 (en) |
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DE102009046489A1 (en) * | 2009-11-06 | 2011-05-12 | Robert Bosch Gmbh | Protection device for electrical circuit, has spring element exhibiting two areas that are flexibly connected with each other, where one of areas is mechanically connected with carrier element i.e. conductor plate |
KR101505865B1 (en) * | 2013-11-25 | 2015-03-25 | 만도헬라일렉트로닉스(주) | Surface mounted thermal fuse for electronic device |
US20190148099A1 (en) | 2016-07-15 | 2019-05-16 | Brose Fahrzeugteile Gmbh & Co, Kommanditgesellschaft, Wuerzburg | Electronic assembly with thermal fuse, an electric motor and a drive of a motor vehicle |
EP3588622A1 (en) * | 2018-06-21 | 2020-01-01 | Littelfuse, Inc. | Disc fuse |
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- 2020-11-25 FR FR2012145A patent/FR3116647B1/en active Active
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2021
- 2021-11-22 EP EP21209651.5A patent/EP4006944B1/en active Active
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR3116647B1 (en) | 2024-03-01 |
FR3116647A1 (en) | 2022-05-27 |
EP4006944B1 (en) | 2023-10-18 |
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