FR2943462A1 - Structure de raccordement pour raccorder de maniere externe des elements de batterie - Google Patents
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Abstract
L'invention porte sur une structure de raccordement pour raccorder de manière externe des éléments de batterie (20, 40), comprenant au moins un bloc d'alliage de graphite de raccordement (30) servant de pont pour une connexion électrique entre deux éléments de batterie (20, 40) en configuration en série ou en parallèle. Le bloc d'alliage de graphite de raccordement (30) est connecté directement et par contact étroit à des bornes d'électrode (21, 42) en métal nickel ou nickelées des éléments de batterie (20, 40) de manière à réaliser une connexion à conductivité électrique élevée entre les éléments (20, 40) sans utiliser de procédures de soudage classiques. Le bloc d'alliage de graphite de raccordement (30) est moins cher et moins sensible à l'oxydation ; au contraire, le bloc d'alliage de graphite de raccordement (30) et aussi bien les bornes d'électrodes négative (22, 42) que positive (21, 41) des éléments de batterie (20, 40), toutes deux faites en métal nickelé, vont se dissoudre les uns dans les autres tandis qu'ils sont en contact mutuel de façon à former un alliage miscible de carbone-nickel, garantissant ainsi une décharge amortie de courant de forte intensité grâce à la réduction de résistance de la connexion externe.
Description
STRUCTURE DE RACCORDEMENT POUR RACCORDER DE MANIÈRE EXTERNE DES ELEMENTS DE BATTERIE La présente invention porte sur une structure de raccordement pour raccorder de manière externe des éléments de batterie, laquelle ne comporte pas de soudure, est résistante à l'oxydation et peut fournir une connexion de conductivité élevée parmi de nombreux éléments de batterie.
Les ensembles de batterie de puissance élevée existants sont principalement construits par raccordement de multiples éléments de batterie en série, en parallèle, ou en série et parallèle par des tôles de raccordement. Les bornes d'électrode positive et négative des éléments de batterie respectifs sont normalement faites de nickel ou de métal nickelé, et comme le sont les tôles de raccordement, en raison de l'avantage du fait que le nickel est résistant à l'oxydation et donc plus sûr pour de longues utilisations. Quant aux éléments de batterie 11 dans un ensemble de batterie classique, comme montré sur les Figures 1 et 2, qu'ils soient dans la configuration en série ou en parallèle, ils sont tous raccordés par une tôle de raccordement 10 soudée aux bornes d'électrode métalliques 12 des éléments de batterie 11 par plusieurs points de soudure 13 qui pourraient réduire la résistance de contact externe de l'ensemble de batterie. Il est à noter que la technologie de raccordement ci-dessus pour un élément de batterie classique peut raccorder électriquement deux éléments de batterie par des tôles de raccordement en nickel par soudage par points ; mais ceci souffre de nombreux inconvénients tels que : 1. Après avoir été utilisées pendant une longue période, les tôles de raccordement en nickel seront toujours en fin de compte oxydées ou contaminées par des matières étrangères, augmentant ainsi la résistance électrique des tôles de raccordement. 2. Les tôles de raccordement en nickel sont connectées aux bornes d'électrode des éléments de batterie par des points de soudure typiquement dans de petites zones de contact, conduisant à une résistance de contact élevée, provoquant ainsi l'augmentation de la température des bornes d'électrode des éléments de batterie ainsi que des points de soudure, et des pertes de puissance supplémentaires des éléments de batterie pendant les processus de rechargement ou de déchargement. 3. Les tôles de raccordement en nickel sont chères ; et le processus de soudure est chronophage et exigeant en main d'oeuvre, rendant la technologie classique de raccordement de batterie non rentable. La présente invention vise donc à atténuer et/ou éviter les inconvénients décrits ci-dessus. L'objectif premier de la présente invention est de proposer une structure de raccordement pour raccorder de manière externe des éléments de batterie selon la présente invention, qui utilise principalement au moins un bloc d'alliage de graphite de raccordement servant de pont pour raccorder deux éléments de batterie en série ou en parallèle. Selon la présente invention, le bloc d'alliage de graphite de raccordement est connecté en contact direct aux bornes d'électrode des éléments de batterie pour réaliser une connexion de conductivité élevée sans utiliser les procédures de soudage classiques. De plus, le bloc d'alliage de graphite de raccordement est moins cher en comparaison avec le nickel, de telle sorte que le coût de production peut être grandement réduit.
Un objectif secondaire de la présente invention est de proposer une structure de raccordement pour raccorder de manière externe des éléments de batterie qui utilise principalement un bloc d'alliage de graphite de raccordement pour raccorder électriquement deux éléments de batterie en série ou en parallèle. Le bloc d'alliage de graphite de raccordement est en lui-même résistant à l'oxydation. Après un contact mutuel étroit, le bloc d'alliage de graphite de raccordement et les bornes d'électrode positive et négative des éléments de batterie commenceront un processus de dissolution l'un dans l'autre, à savoir le processus suivant lequel des particules de carbone du bloc d'alliage de graphite de raccordement remplacent les matières étrangères sur les surfaces des bornes d'électrode positive et négative des éléments de batterie de façon à remplir les vides dans les surfaces métalliques des bornes d'électrode positive et négative des éléments de batterie jusqu'à former un alliage miscible carbone-nickel, garantissant ainsi une décharge amortie de courant de forte intensité due à la réduction de la résistance de connexion externe. Dans le but d'atteindre les objectifs ci-dessus, l'invention porte sur une structure de raccordement pour raccorder de manière externe des éléments de batterie en serte, caractérisée par le fait qu'elle comprend : comprend : un premier élément de batterie comprenant sur son extérieur une borne d'électrode positive et une borne d'électrode négative, toutes deux faites d'un métal nickelé et servant de bornes de sortie de puissance du premier élément de batterie ; au moins un bloc d'alliage de graphite de raccordement qui est fait d'un alliage de graphite choisi dans le groupe constitué par le graphite d'argent, le graphite de cuivre et le graphite d'argent-cuivre et est connecté à la borne d'électrode positive du premier élément de batterie ; et û un second élément de batterie comprenant sur son extérieur une borne d'électrode positive et une borne d'électrode négative, toutes deux faites d'un métal nickelé et servant de bornes de sortie de puissance du second élément de batterie, la borne d'électrode négative du second élément de batterie étant connectée au bloc d'alliage de graphite de raccordement de façon à raccorder en série le premier élément de batterie et le second élément de batterie. Un ressort et une plaque de support peuvent être utilisés pour pousser le bloc d'alliage de graphite de raccordement en contact étroit avec les premier et second éléments de batterie. La borne d'électrode négative du premier élément de batterie et la borne d'électrode positive du second élément de batterie peuvent chacune être connectées à une borne de graphite comme borne de sortie de puissance finale de ceux-ci, les bornes de graphite comprenant chacune dans leur intérieur un fil servant de fil de sortie de puissance de celles-ci.
L'invention porte en outre sur une structure de raccordement pour raccorder de manière externe des éléments de batterie en parallèle, caractérisée par le fait qu'elle comprend : û un premier élément de batterie comprenant sur son extérieur une borne d'électrode positive et une borne d'électrode négative, toutes deux faites d'un métal nickelé et servant de bornes de sortie de puissance du premier élément de batterie ; û au moins un premier bloc de graphite de raccordement qui est fait d'un alliage de graphite choisi dans le groupe constitué par le graphite d'argent, le graphite de cuivre et le graphite d'argent-cuivre et est connecté à la borne d'électrode positive du premier élément de batterie ; û un second élément de batterie comprenant sur son extérieur une borne d'électrode positive et une borne d'électrode négative, toutes deux faites d'un métal nickelé et servant de bornes de sortie de puissance du second élément de batterie, la borne d'électrode positive du second élément de batterie étant connectée au premier bloc de graphite de raccordement ; et û au moins un second bloc de graphite de raccordement qui est fait d'un alliage de graphite choisi dans le groupe constitué par le graphite d'argent, le graphite de cuivre et le graphite d'argent-cuivre et est connecté à la borne d'électrode négative du premier élément de batterie et à la borne d'électrode négative du second élément de batterie de façon à raccorder en parallèle les premier et second éléments de batterie. Deux ensembles de ressorts et de plaques de support peuvent être utilisés pour pousser contre les premier et second blocs d'alliage de graphite de raccordement, respectivement, dans le but de mettre en contact étroit les premier et second éléments de batterie. La présente invention sera facilement comprise à partir de la description suivante prise conjointement avec les dessins l'accompagnant, qui montrent, à des fins d'illustration uniquement, les modes de réalisation préféré selon la présente invention. Sur les dessins : la Figure 1 est une vue partielle en perspective d'un ensemble de batterie classique qui est construit par raccordement d'éléments de batterie en série par une tôle en nickel ;
la Figure 2 est une vue structurale d'un autre ensemble de batterie classique qui est construit par raccordement d'éléments de batterie en parallèle par une tôle en nickel ;
la Figure 3 est une vue schématique d'une structure de raccordement pour raccorder de manière externe des éléments de batterie en série au moyen d'un bloc d'alliage de graphite de raccordement ;
la Figure 4 est une vue schématique d'une structure de raccordement pour raccorder de manière externe des éléments de batterie en parallèle au moyen d'un bloc d'alliage de graphite de raccordement ; 20 la Figure 5-1 montre les bornes d'électrode respectives de l'élément de batterie qui sont contaminées par des matières étrangères sur une surface de celles-ci, conformément à la présente 25 invention ;
la Figure 5-2 montre les matières étrangères qui sont remplacées par des particules de carbone après que le bloc d'alliage de graphite de raccordement a été mis 30 en contact avec la surface de la borne d'électrode, conformément à la présente invention ; 10 15 û la Figure 6 est une vue de côté montrant comment les éléments de batterie sont raccordés en série et en parallèle au moyen du bloc d'alliage de graphite de raccordement selon la présente invention pour construire un ensemble de batterie ; et
û la Figure 7 est une vue de côté montrant deux éléments de batterie polymère de type en sachet de café faits d'une feuille d'aluminium sont raccordés en série au moyen de la structure de raccordement selon la présente invention.
Si l'on se réfère à la Figure 3, on peut voir que, lorsque deux éléments de batterie sont raccordés en série, entre un premier et un second élément de batterie 20, 40, au moins un bloc d'alliage de graphite de raccordement est raccordé pour améliorer la conductivité électrique entre les premier et second éléments de batterie 20, 40.
Le premier élément de batterie 20 est un élément de batterie cylindrique et comprend sur son extérieur, sur ses deux extrémités, une borne d'électrode positive 21 et une borne d'électrode négative 22, toutes deux faites d'un métal nickelé et servant de bornes de sortie de puissance du premier élément de batterie 20. Le bloc d'alliage de graphite de raccordement 30 est fait d'un alliage de graphite choisi dans le groupe constitué par le graphite d'argent (alliage argent-carbone), le graphite de cuivre (alliage cuivre-carbone), et le graphite argent-cuivre (alliage argent-cuivrecarbone). Le bloc d'alliage de graphite de raccordement 30 est connecté électriquement et par contact étroit à la borne d'électrode positive 21 du premier élément de batterie 20. Le second élément de batterie 40 comprend sur son extérieur, sur ses deux extrémités, une borne d'électrode positive 41 et une borne d'électrode négative 42 toutes deux faites d'un métal nickelé et servant de bornes de sortie de puissance du second élément de batterie 40. La borne d'électrode négative 42 du second élément de batterie 40 est connectée électriquement et par contact étroit au bloc d'alliage de graphite de raccordement 30. Un ressort 50 et une plaque de support 51 sont utilisés pour pousser le bloc d'alliage de graphite de raccordement 30 en contact étroit avec les premier et second éléments de batterie 20, 40. Ainsi, les premier et second éléments de batterie 20, 40 sont raccordés en série. De plus, la borne d'électrode négative 22 du premier élément de batterie 20 et la borne d'électrode positive 41 du second élément de batterie 40 peuvent chacune être connectées à une borne de graphite 401, 402 comme borne de sortie de puissance finale de ceux-ci. Chacune des bornes de graphite 401, 402 comprend dans son intérieur un fil 403, 404 servant de fil de sortie de puissance de celles-ci. Si l'on se réfère en outre à la Figure 4, on peut voir que, lorsque deux éléments de batterie sont raccordés en parallèle, un premier bloc d'alliage de graphite de raccordement et un second bloc d'alliage de graphite de raccordement sont utilisés pour réaliser une connexion électrique en parallèle entre le premier élément de batterie et le second élément de batterie dans le but d'améliorer la conductivité électrique entre les premier et second éléments de batterie.
Le premier élément de batterie 60 est un élément de batterie cylindrique et comprend sur son extérieur, sur ses deux extrémités, une borne d'électrode positive 61 et une borne d'électrode négative 62, toutes deux faites d'un métal nickelé et servant de bornes de sortie de puissance du premier élément de batterie 60. Le premier bloc d'alliage de graphite de raccordement 70 est fait d'un alliage de graphite choisi dans le groupe constitué par le graphite d'argent (alliage argent-carbone), le graphite de cuivre (alliage cuivre-carbone) et le graphite d'argent-cuivre (alliage argentcuivre-carbone). Le premier bloc d'alliage de graphite de raccordement 70 est connecté électriquement et par contact étroit à la borne d'électrode positive 61 du premier élément de batterie 60. Le second élément de batterie 80 est un élément de batterie cylindrique et comprend sur son extérieur, sur ses deux extrémités, une borne d'électrode positive 81 et une borne d'électrode négative 82, toutes deux faites d'un métal nickelé et servant de bornes de sortie de puissance du second élément de batterie 80. La borne d'électrode positive 81 du second élément de batterie 80 est connectée électriquement et par contact étroit au premier bloc d'alliage de graphite de raccordement 70.
Le second bloc d'alliage de graphite de raccordement 90 est fait d'un alliage de graphite choisi dans le groupe constitué par le graphite d'argent (alliage argent-carbone), le graphite de cuivre (alliage cuivre-carbone) et le graphite d'argent-cuivre (alliage argent- cuivre-carbone). Le second bloc d'alliage de graphite de raccordement 90 est connecté à la borne d'électrode négative 62 du premier élément de batterie 60 et à la borne d'électrode négative 82 du second élément de batterie 80.
Deux ensembles de ressorts 50a, 50b et de plaques de support 51a, 51b sont utilisés pour pousser respectivement sur les premier et second blocs d'alliage de graphite de raccordement 70, 90, dans le but de réaliser un contact étroit entre les premier et second éléments de batterie 60, 80. Ainsi, les premier et second éléments de batterie 60, 80 sont raccordés en parallèle. De plus, les premier et second blocs d'alliage de graphite de raccordement 70, 90 comprennent chacun dans leur intérieur un fil 405, 406 servant de fil de sortie de puissance de ceux-ci. Ce qui est mentionné ci-dessus constitue le résumé de la relation structurelle et de positionnement des composants respectifs du mode de réalisation préféré selon la présente invention. Quant à la fonction de la présente invention, la présente invention utilise principalement des blocs d'alliage de graphite de raccordement pour raccorder directement les éléments de batterie en série ou en parallèle sans avoir à utiliser les procédures de soudage classiques, améliorant ainsi la conductivité de la connexion et réduisant les coûts de production grâce à l'élimination de la procédure de soudage classique. Il est à noter que, si l'on se réfère à la Figure 5-1, on peut voir que la borne d'électrode négative 22 et la borne d'électrode positive 41 des premier et second éléments de batterie 20, 40 sont toutes deux faites d'un métal nickelé, des matières étrangères 500 ou des oxydes 200 adhèrent sur l'une des surfaces de chacune des bornes d'électrode positive et négative 41, 22, les matières étrangères 500 ou les oxydes 200 augmenteront la résistance à la connexion durant le processus de déchargement des premier et second éléments de batterie 20, 40 tout en réduisant l'efficacité de puissance de déchargement des éléments de batterie. Si l'on se réfère à la Figure 3 et à la Figure 5-2, montrant comment réaliser une connexion à conductivité élevée entre des éléments de batterie, on peut voir que le bloc d'alliage de graphite de raccordement 30 est électriquement connecté aux bornes d'électrode positive et négative 41, 22 des premier et second éléments de batterie 20, 40 ; le bloc d'alliage de graphite de raccordement 30 est en lui-même résistant à l'oxydation, et le bloc d'alliage de graphite de raccordement 30 et les bornes d'électrode positive et négative 41, 22 des premier et second éléments de batterie 20, 40 vont se dissoudre l'un dans l'autre après un contact mutuel, c'est-à-dire que les particules de carbone 600 du bloc d'alliage de graphite de raccordement 30 remplaceront les matières étrangères 500 ou les oxydes 200 sur les bornes d'électrode négative et positive 41, 22 faites de métal nickelé pour remplir les vides dans les bornes d'électrode positive et négative 41, 22 et ensuite former un alliage miscible carbone-nickel, améliorant ainsi la conductivité de connexion entre le bloc d'alliage de graphite de raccordement, 30, le premier élément de batterie 20 et le second élément de batterie 40. En d'autres termes, après que l'ensemble de batterie selon la présente invention a été mis en circuit, un courant électrique circulera entre le premier élément de batterie 20, le bloc d'alliage de graphite de raccordement 30 et le second élément de batterie 40 de manière amortie à travers la structure de raccordement pour raccorder de manière externe des éléments de batterie selon la présente invention, sans être affecté par la résistance inhérente provoquée par les oxydes 200 ou les matières étrangères 500, réduisant ainsi non seulement la résistance à la connexion externe entre les premier et second éléments de batterie 20, 40, mais facilitant également la décharge avec succès des premier et second élément de batterie 20, 40. Si l'on se réfère à la Figure 6, on peut voir que, lorsque plusieurs éléments de batterie 301 sont raccordés en série, en parallèle ou en série et parallèle pour construire un ensemble de batterie haute puissance 300 par plusieurs blocs d'alliage de graphite de raccordement 302 de la présente invention, étant donné que les blocs d'alliage de graphite de raccordement 302 vont se dissoudre dans les bornes d'électrode positive et négative toutes deux faites d'un métal nickelé pour améliorer la conductivité de connexion entre les éléments de batterie respectifs 301, la perte de puissance de la résistance externe de l'ensemble de batterie 300 est comparativement inférieure à celle d'un ensemble de batterie classique dans lequel les éléments de batterie sont raccordés par des tôles en nickel par soudage par points. De manière évidente, la résistance externe de l'ensemble de batterie qui est construit en utilisant la technologie de raccordement de la présente invention, est relativement faible, et la résistance de contact des éléments de batterie 301 et des blocs d'alliage de graphite de raccordement 302 est réduite, ce qui conduit à une réduction de la température de fonctionnement. En d'autres termes, les pertes de déchargement de l'ensemble de batterie qui est construit en utilisant la technologie de la présente invention sont réduites, et la puissance de l'ensemble de batterie peut être délivrée de façon amortie avec une efficacité élevée.
En plus des éléments de batterie à boîtier métallique cylindriques, comme montré sur la Figure 7, la présente invention est également applicable à des éléments de batterie polymère de type en sachet de café (coffee bagged battery cell) en feuilles d'aluminium. Les électrodes positive et négative des éléments de batterie polymère de type en sac de café sont normalement formées par estampage en languettes d'électrode faites de métal nickelé, comme montré sur la Figure 7. Lorsque deux éléments de batterie polymère de type en sachet de café 101, 102 sont raccordés en série, un bloc d'alliage de graphite de raccordement 30 est utilisé pour connecter électriquement les languettes d'électrode positive et négative 105, 106 des deux éléments de batterie respectives 101, 102. Il est à noter que les éléments de batterie à boîtier métallique diffèrent seulement de par leur forme des éléments de batterie polymère de type en sachet de café , c'est-à-dire qu'il n'y a pas de différence dans les effets de connexion électrique. En d'autres termes, la technologie de la présente invention est indépendante de la configuration interne des éléments de batterie tant que les bornes d'électrode positive et négative des éléments de batterie sont faites d'un métal nickelé, et donc que les éléments de batterie peuvent être raccordés par les blocs d'alliage de graphite de raccordement de la présente invention pour réaliser une connexion externe de conductivité élevée des éléments de batterie. Bien que différents modes de réalisation selon la présente invention ont été représentés et décrits, il est entendu pour l'homme de métier que d'autres modes de réalisation peuvent être réalisés sans s'écarter du domaine de définition de la présente invention.
Claims (5)
- REVENDICATIONS1 - Structure de raccordement pour raccorder de manière externe des éléments de batterie en série, 5 caractérisée par le fait qu'elle comprend : û un premier élément de batterie (20) comprenant sur son extérieur une borne d'électrode positive (21) et une borne d'électrode négative (22), toutes deux faites d'un métal nickelé et servant de bornes de sortie de 10 puissance du premier élément de batterie (20) ; û au moins un bloc d'alliage de graphite de raccordement (30) qui est fait d'un alliage de graphite choisi dans le groupe constitué par le graphite d'argent, le graphite de cuivre et le graphite d'argent-cuivre et 15 est connecté à la borne d'électrode positive (21) du premier élément de batterie (20) ; et û un second élément de batterie (40) comprenant sur son extérieur une borne d'électrode positive (41) et une borne d'électrode négative (42), toutes deux faites 20 d'un métal nickelé et servant de bornes de sortie de puissance du second élément de batterie (40), la borne d'électrode négative (42) du second élément de batterie (40) étant connectée au bloc d'alliage de graphite de raccordement (30) de façon à raccorder en 25 série le premier élément de batterie (20) et le second élément de batterie (40).
- 2 - Structure de raccordement pour raccorder de manière externe des éléments de batterie en série selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'un ressort 30 (50) et une plaque de support (51) sont utilisés pour pousser le bloc d'alliage de graphite de raccordement (30) en contact étroit avec les premier et second éléments de batterie (20, 40).
- 3 - Structure de raccordement pour raccorder de manière externe des éléments de batterie en série selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la borne d'électrode négative (22) du premier élément de batterie (20) et la borne d'électrode positive (41) du second élément de batterie (40) sont chacune connectées à une borne de graphite comme borne de sortie de puissance finale de ceux-ci, les bornes de graphite comprenant chacune dans leur intérieur un fil servant de fil de sortie de puissance de celles-ci.
- 4 - Structure de raccordement pour raccorder de manière externe des éléments de batterie en parallèle, caractérisée par le fait qu'elle comprend : û un premier élément de batterie (60) comprenant sur son extérieur une borne d'électrode positive (61) et une borne d'électrode négative (62), toutes deux faites d'un métal nickelé et servant de bornes de sortie de puissance du premier élément de batterie (60) ; û au moins un premier bloc de graphite de raccordement (70) qui est fait d'un alliage de graphite choisi dans le groupe constitué par le graphite d'argent, le graphite de cuivre et le graphite d'argent-cuivre et est connecté à la borne d'électrode positive (61) du premier élément de batterie (60) ; û un second élément de batterie (80) comprenant sur son extérieur une borne d'électrode positive (81) et une borne d'électrode négative (82), toutes deux faites d'un métal nickelé et servant de bornes de sortie de puissance du second élément de batterie (80), la borne d'électrode positive (81) du second élément de batterie (80) étant connectée au premier bloc de graphite de raccordement (70) ; etau moins un second bloc de graphite de raccordement (90) qui est fait d'un alliage de graphite choisi dans le groupe constitué par le graphite d'argent, le graphite de cuivre et le graphite d'argent-cuivre et est connecté à la borne d'électrode négative (62) du premier élément de batterie (60) et à la borne d'électrode négative (82) du second élément de batterie (80) de façon à raccorder en parallèle les premier et second éléments de batterie (60, 80).
- 5 - Structure de raccordement pour raccorder de manière externe des éléments de batterie en parallèle selon la revendication 4, caractérisée par le fait que deux ensembles de ressorts (50a, 50b) et de plaques de support (51a, 51b) sont utilisés pour pousser contre les premier et second blocs d'alliage de graphite de raccordement (70, 90), respectivement, dans le but de mettre en contact étroit les premier et second éléments de batterie (60, 80).
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