FR3085554A1 - Systeme de liaison electrique et bloc batteries comprenant ce systeme - Google Patents

Abstract

système de liaison électrique vissée (1) entre une barre conductrice (2) et un support conducteur, comprenant le support conducteur, et la barre conductrice (2) entourée d'une protection isolante (4) laissant une extrémité (5) de la barre conductrice (2) nue, ce système comprenant en outre une vis (6) serrant cette extrémité (5) nue sur le support, et un capot (7) électriquement isolant entourant l'extrémité nue (5) en ne laissant apparaitre que la tête (8) de vis (6) et une surface de contact électrique (9) de la barre conductrice (2) en correspondance avec une surface de contact électrique (10) du support, ce capot (7) comprenant en outre un moyen de maintien (11) de la vis (6) dans une position de préassemblage et une protubérance (12) recouvrant au moins en partie le support.

Description

SYSTEME DE LIAISON ELECTRIQUE ET BLOC BATTERIES COMPRENANT CE SYSTEME [0001] La présente invention concerne un système de liaison électrique, notamment dans le domaine des véhicules à propulsion hybride ou électrique comprenant des batteries de traction.

[0002] Ces véhicules comportent une ou des batteries de traction (ou propulsion) reliées à un réseau de puissance pour alimenter les moteurs électriques de traction (ou de propulsion).

[0003] On comprendra par batterie, dans tout le texte de ce document, un ensemble comprenant au moins un module de batterie contenant au moins une cellule électrochimique. Cette batterie comprend éventuellement des moyens électriques ou électroniques pour la gestion d’énergie électrique de ce au moins un module. Lorsqu’il y a plusieurs modules, ils sont regroupés dans un carter hermétique et forment alors un bloc batterie, ce bloc batterie étant souvent désigné par l’expression anglaise « pack batteries », ce carter contenant généralement une interface de montage, et des bornes de raccordement.

[0004] Par ailleurs, on comprendra par cellule électrochimique dans tout le texte de ce document, des cellules générant du courant par réaction chimique, par exemple de type lithium-ion (ou Li-ion), de type Ni-Mh, ou Ni-Cd ou encore plomb.

[0005] La capacité et la puissance de ces batteries sont en constante augmentation, notamment grâce à la technologie lithium-ion « Li-ion », et dans un espace disponible réduit comme dans le domaine automobile, ces batteries doivent avoir un encombrement le plus faible possible. Il est alors connu d’utiliser des barres conductrices, ou bus barre pour l’expression anglaise, reliant des parties actives de la batterie entre-elles, par exemple reliant électriquement les pôles des modules les uns aux autres. Ces barres conductrices, le plus souvent en cuivre ou en aluminium de section rectangulaire, ont l’avantage d’être rigide et de pouvoir ainsi passer non seulement de fortes intensités de courant, mais aussi de passer dans des espaces réduits sans pour autant créer de risques de court-circuit avec son environnement.

[0006] Ces barres conductrices ont donc une liaison électrique à chacune de leurs extrémités, en particulier une liaison vissée.

[0007] L’opération d’assemblage, tout comme une opération de maintenance, des bloc batteries est délicate car les modules de batterie sont déjà chargés en courant, et des risques d’arcs électriques ou de court-circuit sont présents et peuvent porter atteinte à la sécurité de l’opérateur procédant à cet assemblage, ou dégrader les cellules ou les modules du bloc batteries. Ces risques apparaissent notamment par la présence de la vis de la liaison électrique, en matériaux conducteur, qui peut échapper des mains de l’opérateur, ou encore par une différence de potentiel entre un outil de l’opérateur (ou sa main) et une partie non isolée du bloc batteries.

[0008] Pour remédier à ce problème, il est connu du document de brevet W0-A12017167531 un assemblage vissé de bus barre dont la vis est imperdable, le bus barre ayant une gaine isolante retenant la vis avant qu’elle ne soit vissée.

[0009] Mais cet assemblage vissé n’est pas optimal, car bien que la chute de la vis soit limitée, les risques d’arc électrique subsistent avec le support sur lequel se visse le bus barre.

[0010] Le but de l’invention est de remédier à cet inconvénient, notamment en réduisant l’encombrement de tels systèmes de centrage.

[0011] A cet effet, l’invention a pour objet un système de liaison électrique vissée entre une barre conductrice et un support conducteur, ce système comprenant le support conducteur, et la barre conductrice entourée d’une protection isolante laissant une extrémité de la barre conductrice nue, ce système comprenant en outre une vis serrant cette extrémité nue sur le support, tel que ce système comprend un capot électriquement isolant entourant l’extrémité nue en laissant apparaître la tête de vis et une surface de contact électrique de la barre conductrice en correspondance avec une surface de contact électrique du support, ce capot comprenant en outre un moyen de maintien de la vis dans une position de pré-assemblage et une protubérance recouvrant au moins en partie le support.

[0012] On comprendra dans tout le texte de ce document par protection isolante, une protection électriquement isolante quelle que soit sa technologie et sa matière : Cela peut être des carters rigides clipsés sur la barre conductrice en une ou plusieurs parties, une gaine entourant la barre conductrice, de simple obstacles empêchant tout contact entre la barre conductrice et la main d’un opérateur ou un outil ou une pièce, notamment la vis, susceptible de tomber sur la barre conductrice lors d’une opération de montage. Cette protection peut recouvrir partiellement la barre conductrice, en laissant des petites surfaces de la barre conductrice apparentes mais suffisamment petites pour rester inaccessibles pour la main de l’opérateur, ses outils, la vis, l’extrémité nue s’entendant comme l’extrémité de la barre conductrice non protégée par cette protection isolante.

[0013] De même, la protubérance recouvrant au moins en partie le support doit se comprendre dans tout le texte de ce document comme une protubérance faisant obstacle au contact entre le support et la main de l’opérateur ou ses outils ou la vis hors du capot.

[0014] On comprendra dans tout le texte de ce document par surface de contact électrique de la barre conductrice en correspondance avec la surface de contact électrique du support, la surface de contact entre le support et la barre lorsque ces derniers sont assemblés et vissés.

[0015] On comprendra dans tout le texte de ce document par moyen de maintien de la vis dans une position de pré-assemblage, tout moyens permettant de maintenir la vis (et donc de l’empêcher de tomber) dans une position de livraison avant son vissage, de sorte que, par exemple, sa partie filetée ne dépasse pas de la surface de contact électrique de la barre conductrice. La barre conductrice est alors livrée avec la vis et le capot, la vis étant maintenue dans le capot de protection. Un tel moyen de maintien est divulgué par exemple, dans le document de brevet WO-A1-2017167531 déjà cité, et comprend des rétrécissements de diamètre dans un passage du diamètre de la tête de vis du capot, mais d’autres solutions sont envisageables en utilisant un frottement du capot sur le filetage de la vis, ou encore un point de colle de faible adhérence entre la vis et le capot, ou encore des clips du capot pris dans le filetage de la vis.

[0016] Ainsi ce capot permet de sécuriser l’assemblage de la barre conductrice sur le support en minimisant le risque d’arc électrique lors de l’opération de cet assemblage : Le capot maintient la vis tout en isolant le plus possible l’extrémité de la barre conductrice, en laissant apparaître des surfaces fonctionnelles (tête de vis ou surface de contact électrique de la barre conductrice) qui seront recouvertes ou inaccessibles après l’opération d’assemblage.

[0017] En outre, après cette opération d’assemblage (vissage), le capot isole au moins en partie le support, ce qui permet de sécuriser les opération d’assemblages suivantes ou les opérations de contrôle ou de maintenance.

[0018] Dans un mode de réalisation de l’invention, la surface de contact électrique du support se prolonge par une surface tridimensionnelle non isolée, la protubérance recouvrant cette surface tridimensionnelle non isolée.

[0019] On comprendra dans tout le texte de ce document par surface tridimensionnelle, une surface qui se prolonge de façon non coplanaire, par exemple une surface formant une équerre, dont l’une des deux branches est la surface de contact électrique du support.

[0020] Ainsi cette protubérance permet d’isoler des parties du support qui sont difficiles à isoler par des moyens embarqués par le support, ou de façon peu économique, en particulier lorsque ce support est un conducteur sortant d’un module d’un bloc batterie, ce conducteur pouvant avoir des formes complexes.

[0021] Selon un mode de réalisation de l’invention, la protubérance est plus grande que la surface tridimensionnelle non isolée, le capot isolant étant ainsi apte à recouvrir d’autres types de support.

[0022] Cette caractéristique permet de standardiser le capot, qui peut ainsi être utilisé pour différents types de supports sans avoir à modifier le capot et ses outillages de fabrication.

[0023] Selon un mode de réalisation de l’invention, la protubérance présente une symétrie par rapport à l’axe de la vis.

[0024] Cette caractéristique permet d’avoir un même capot utilisable pour un montage à droite ou à gauche d’un module de batterie, par exemple.

[0025] Selon un mode de réalisation de l’invention, le moyen de maintien de la vis comprend un alésage formé dans le capot pour le passage du diamètre de la tête de vis, cet alésage étant d’une longueur telle qu’il permette un enfoncement de la tête de vis d’au moins 5 mm après vissage.

[0026] On comprendra dans tout le texte de ce document par enfoncement, en considérant la tête de vis comme une partie supérieure et le corps de la vis comme une partie inférieur, la distance séparant la partie supérieure de la tête de vis de l’extrémité supérieure de l’alésage, lorsqu’une partie inférieure de la tête de vis est en contact avec la barre conductrice.

[0027] Cette caractéristique est l’enfoncement minimal pour garantir une isolation de la tête de vis par l’air contenu dans l’alésage, à un taux d’humidité maximal de 70%, pour des batteries haute tension type automobile, c’est-à-dire des tensions continues de l’ordre de 500 V.

[0028] Selon une caractéristique particulaire de l’invention, cet alésage est d’une longueur telle qu’il permet un enfoncement de la tête de vis entre 10 et 15 mm, préférentiellement 11mm, et d’un diamètre maximal de 11mm.

[0029] Ainsi, l’isolation est garantie même si l’air a un taux d’humidité de 100%. Mais surtout, le diamètre de l’alésage limité à 11mm au maximum permet d’éviter l’introduction d’un doigt de l’opérateur.

[0030] Selon un mode de réalisation de l’invention, la protubérance comprend un plan formant un angle avec la surface de contact électrique entre 10 et 90°.

[0031] Selon un mode de réalisation de l’invention, le capot est réalisé par une continuité de matière de la protection isolante de la barre conductrice.

[0032] Selon une caractéristique particulaire de l’invention, le capot est en matière plastique injectée et est surmoulé ou clipsé autour de l’extrémité de la barre conductrice nue.

[0033] L’invention porte également sur un bloc batterie comprenant un système de liaison électrique tel que précédemment décrit.

[0034] Selon un mode de réalisation, ce bloc batteries comprend un module de batterie, le support étant un conducteur électrique relié à l’un des pôles électriques du module.

[0035] L’invention porte également sur un véhicule comprenant un bloc batteries tel que succinctement précédemment décrit, notamment un véhicule à propulsion hybride ou électrique.

[0036] D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description des exemples de réalisation non limitatifs qui vont suivre, faite en référence aux figures 1 à 3 annexées, qui représentent :

- Figure 1 : le système de liaison électrique selon l’invention, sans le support, et avec la vis en position de pré-montage.

- Figure 2 : le support sortant, selon un mode de réalisation de l’invention, d’un module d’un bloc batteries.

- Figure 3 : Le système de liaison électrique selon l’invention, complet et vissé sur le support de la figure 2.

[0037] La figure 1 représente donc un système de liaison électrique vissée 1 entre une barre conductrice 2 et un support conducteur 3. La barre conductrice 2 est par exemple une barre rigide, c’est-à-dire non déformable lors d’une opération de montage de la barre 2, en aluminium ou en cuivre.

[0038] Ce support 3 n’est représenté que sur les figures 2 et 3, et est un conducteur en liaison électrique avec un pôle + ou un pôle - d’un module 17 d’un bloc batteries, mais pourrait tout aussi bien être en liaison avec un connecteur du bloc batterie, ou tout autre dispositif électrique du bloc batterie. L’application ne se limite pas à un bloc batteries et ce système peut être appliqué dans des réseaux de forte puissance, comme le réseau de transport d’électricité public.

[0039] Toujours sur la figure 1, ce système comprend le support conducteur 3, et la barre conductrice 2 entourée d’une protection isolante 4 laissant une extrémité 5 de la barre conductrice 2 nue. La protection isolante 4 représentée sur la figure 1 est avantageusement une gaine isolante, mais comme explicité précédemment la protection isolante 4 est également envisagée comme des carters rigides clipsés sur la barre conductrice 2 en une ou plusieurs parties, ou de simple obstacles empêchant tout contact avec la main d’un opérateur ou un outil ou une pièce, notamment une vis 6, susceptible de tomber sur la barre conductrice 2 lors d’une opération de montage, ces obstacles étant fixés sur la barre conductrices 2 ou sur une autre pièce environnante.

[0040] Ce système comprend en outre la vis 6 serrant cette extrémité nue 5 sur le support 3, et comprend un capot 7 électriquement isolant entourant l’extrémité nue 5 en laissant apparaître la tête 8 de vis et une surface de contact électrique 9 de la barre conductrice 2 en correspondance avec une surface de contact électrique 10 du support 3.

[0041] En particulier, et comme illustré sur la figure 1, le capot 7 ne laisse apparaître que la tête 8 de vis 6 et la surface de contact électrique 9 de la barre conductrice 2, minimisant ainsi le risque d’apparition d’arc électriques puisque, après l’opération de vissage, la vis 6 sera inaccessible (enfoncée dans le capot 7 et donc protégée d’un contact électrique avec la main d’un opérateur de montage ou de ses outils) et la surface de contact électrique 9 sera recouverte par le support 3, support 3 lui-même isolé par d’autres dispositifs.

[0042] On comprendra par « laisse apparaître », dans tout le texte de ce document, toute partie de l’extrémité 5 de la barre conductrice 2 non isolée ou de la vis 6, et visible à l’œil nu avec le capot 7 fixé sur la barre conductrice 2 et lorsque cette extrémité 5 n’est pas encore vissée sur le support 3.

[0043] Le capot 7 est réalisé par exemple par une continuité de matière de la protection isolante 4 de la barre conductrice 2. Mais l’exemple de la figure 1 illustre une variante où le capot 7 est en matière plastique injectée et est surmoulé ou clipsé autour de l’extrémité 5 de la barre conductrice 2 nue. Cette dernière configuration apporte l’avantage de ne pas complexifier le procédé de gainage de la barre conductrice 2 tout en permettant de choisir un matériau différent de celui de la gaine, notamment ayant des propriétés mécaniques plus élevées (dureté, cisaillement) adaptées à la présence d’un outil saillant et agressif de l’opérateur, ou adaptées à la fonctionnalité d’un moyen de maintien 11 décrit ci-après.

[0044] Ce capot 7 comprend en outre le moyen de maintien 11 de la vis 6 dans une position de pré-assemblage et une protubérance 12 recouvrant au moins en partie le support 3. La figure 1 illustre la protubérance 12 par une extension de la matière du capot 7 vers le support 3 pour rajouter au capot 7 une fonction d’isolation du support 3. Mais en variante, le capot 7 peut être en deux parties dont l’une est la protubérance 12 qui est alors rapportée et fixée sur l’autre partie du capot 7.

[0045] Le moyen de maintien 11, illustré sur la figure 1, comprend des rétrécissements de diamètre dans un passage du diamètre de la tête 8 de vis 6 du capot 7, et utilise des propriétés élastiques de la matière du capot 7 pour que ces rétrécissements maintiennent la vis 6 à la position de pré-assemblage par frottement avec la tête 8 de vis 6 sans l’empêcher de pouvoir être vissée. La tête 8 de vis 6 peut également être maintenue entre deux rétrécissements, l’un étant sous la tête 8 de vis 6 et l’autre au-dessus, la déformation du rétrécissement lors du vissage de la vis 6 permettant le passage de la tête 8 de vis 6. Mais d’autres solutions sont envisageables comme précédemment explicité.

[0046] La vis 6 de la figure 1 est représentée en position de pré-assemblage : la partie filetée de la vis 6 ne dépasse pas de la surface de contact électrique 9 de la barre conductrice 2.

[0047] En considérant la tête 8 de vis 6 comme une partie supérieure (Haut) et le corps (la partie filetée) de la vis 6 comme une partie inférieur (bas), la position de préassemblage correspond à une position haute de la vis 6 avant son vissage, et donc avant son enfoncement, dans le capot 7.

[0048] La figure 2 illustre le support 3. La surface de contact électrique 10 du support 3 se prolonge par une surface tridimensionnelle 13 non isolée, et la protubérance 12 recouvre cette surface tridimensionnelle 13 non isolée comme nous le verrons avec la figure 3. Ce support 3 est illustré ici comme un conducteur relié à un pôle positif d’un module 17 d’un bloc batteries (non représenté). La barre conductrice 2 relie par exemple ce support 3 à un autre pôle d’un second module (non représenté) du bloc batterie, ou a une borne de connexion du bloc batterie. Plus particulièrement, le support 3 a ici la forme d’une barre conductrice présentant plusieurs pliages sur sa largeur donnant une silhouette en forme de « Z » : une extrémité du Z comprend la surface de contact électrique 10 du support 3, l’autre extrémité du Z pénètre dans le module 17 et est électriquement isolée, la partie du Z reliant les deux extrémités comprenant la surface tridimensionnelle 13 non isolée. Ce support 3 est à proximité du module 17, si bien que les surfaces qui ne sont pas recouvertes par le capot 7 sont recouvertes par le module 17, de sorte que ce support 3 soit inaccessible pour la main de l’opérateur après vissage de la barre conductrice 2 sur le support 3. La forme de la protubérance 12 est à adapter en fonction de la forme de la surface tridimensionnelle 13.

[0049] Mais, pour éviter une diversité importante de capots, et comme illustré par la figure 3, la protubérance 12 est plus grande que la surface tridimensionnelle 13 non isolée, le capot isolant 7 étant ainsi apte à recouvrir d’autres types de support 3. Pour la même raison, la protubérance 12 présente une symétrie par rapport à l’axe de la vis 6.

[0050] En particulier, lorsque le module 17 comprend au moins deux pôles, l’un étant à une extrémité du module, le second étant à l’autre extrémité du module, on peut avoir une dissymétrie entre les différents supports 3 du module 17 pour chacun des pôles. Dans cet exemple, le capot 7 sera identique quel que soit le support du module 17 envisagé, le capot 7 recouvrant la surface tridimensionnelle 13 pour les deux supports 3 dissymétriques.

[0051] La figure 3 divulgue en outre le moyen de maintien 11 de la vis 6, comprenant un alésage 14 formé dans le capot 7 pour le passage du diamètre de la tête 8 de vis 6, cet alésage 14 étant d’une longueur telle qu’il permette un enfoncement 15 de la tête 8 de vis d’au moins 5 mm après vissage.

[0052] Un mode préféré est un enfoncement 15 de la tête 8 de vis 6 entre 10 et 15 mm, préférentiellement 11mm, le diamètre 16 de l’alésage 14 étant au maximum de 11mm.

[0053] La protubérance 12 comprend un plan formant un angle avec la surface de contact électrique 9 de 90°, mais peut être comprise entre 10 et 90°, selon l’inclinaison de la surface tridimensionnelle 13 par rapport à la surface de contact électrique 9.

[0054] On notera que le vissage de la vis 6 peut s’effectuer indifféremment dans le support 3, ce support 3 intégrant alors un filetage dans un trou du support 3 pour la vis 6, ou dans le module 17, ce module 17 intégrant alors un filetage dans un trou du module 17 pour la vis 6.

[0055] Le procédé d’assemblage de ce système de liaison électrique vissée 1 comporte les étapes suivantes :

- une première étape de gainage de la barre conductrice 2

- une deuxième étape de mise en place du capot 7 sur la barre conductrice 2

- une troisième étape de mise en place de la vis 6 dans sa position de pré-montage dans le capot 7, si cela n’a pas déjà été fait avant la deuxième étape,

- une quatrième étape de livraison d’un ensemble comprenant la barre conductrice 2 et le capot 7 et la vis 6 assemblés selon les étapes précédentes, à une ligne d’assemblage de bloc batteries,

- une cinquième étape de positionnement de l’extrémité 5 nue sur le support 3,

- une sixième étape de vissage de la vis 6 dans le support 3 ou dans le module 17 jusqu’à ce que la tête 8 de vis 6 soit en contact avec la barre conductrice 2 et/ou ayant atteint un couple de serrage seuil.

[0056] Ce système de liaison 1 trouve une application particulière dans les bloc batteries, plus particulièrement des véhicules à propulsion hybride ou électrique.

Claims (10)

1. Revendications

   1. Système de liaison électrique vissée (1) entre une barre conductrice (2) et un support conducteur (3), ce système comprenant le support conducteur (3), et la barre conductrice (2) entourée d’une protection isolante (4) laissant une extrémité (5) de la barre conductrice (2) nue, ce système comprenant en outre une vis (6) serrant cette extrémité (5) nue sur le support (3), caractérisé en ce que ce système (1) comprend un capot (7) électriquement isolant entourant l’extrémité nue (5) en laissant apparaître la tête (8) de vis et une surface de contact électrique (9) de la barre conductrice (2) en correspondance avec une surface de contact électrique (10) du support (3), ce capot (7) comprenant en outre un moyen de maintien (11) de la vis dans une position de préassemblage et une protubérance (12) recouvrant au moins en partie le support (3).
2. 2. Système de liaison électrique selon la revendication 1, la surface de contact électrique (10) du support (3) se prolongeant par une surface tridimensionnelle (13) non isolée, caractérisé en ce que la protubérance (12) recouvre cette surface tridimensionnelle (13) non isolée.
3. 3. Système de liaison électrique selon la revendication 2, caractérisé en ce que la protubérance (12) est plus grande que la surface tridimensionnelle (13) non isolée, le capot isolant (7) étant ainsi apte à recouvrir d’autres types de support.
4. 4. Système de liaison électrique selon la revendication 3, caractérisé en ce que la protubérance (12) présente une symétrie par rapport à l’axe de la vis (6).
5. 5. Système de liaison électrique selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen de maintien (11) de la vis (6) comprend un alésage (14) formé dans le capot (7) pour le passage du diamètre de la tête (8) de vis (6), cet alésage (14) étant d’une longueur telle qu’il permette un enfoncement (15) de la tête (8) de vis (6) d’au moins 5 mm après vissage.
6. 6. Système de liaison électrique selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen de maintien (11) de la vis (6) comprend un alésage (14) formé dans le capot (7) pour le passage du diamètre de la tête (8) de vis (6), cet alésage (14) étant d’une longueur telle qu’il permette un enfoncement (15) de la tête (8) de vis (6) entre 10 et 15 mm, préférentiellement 11mm, et d’un diamètre (16) maximal de 11mm.
7. 7. Système de liaison électrique selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la protubérance (12) comprend un plan formant un angle avec la surface de contact électrique (9) entre 10 et 90°.
8. 8. Système de liaison électrique selon l’une des revendications précédentes, caractérisé 5 en ce que le capot (7) est réalisé par une continuité de matière de la protection isolante (4) de la barre conductrice (2).
9. 9. Système de liaison électrique selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le capot (7) est en matière plastique injectée et est surmoulé ou clipsé autour de l’extrémité (5) de la barre conductrice (2) nue.

   fO
10. 10. Bloc batterie caractérisé en ce qu’il comprend un système de liaison électrique selon l’une des revendications précédentes.