FR3086116A1 - BUS ELECTRICAL CONNECTION BARS ESPECIALLY FOR VEHICLE ELECTRIC BATTERY PACKS - Google Patents
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Abstract
Le bus barre (2) comprend une barre de conduction électrique (20) et au moins un connecteur à vis (21) agencé sur une extrémité (201) de la barre, l'extrémité de barre ayant un trou de passage de vis (203), le connecteur à vis comprenant un capot d'isolation électrique (210) et une vis de fixation (211) ayant une tête et une tige de vis, le capot recouvrant l'extrémité de barre et ayant un conduit de passage de vis (213), et la vis de fixation étant logée dans le conduit de passage de vis. Conformément à l'invention, la tige de vis à un bout de guidage lisse qui prolonge une portion filetée de la tige de vis, le bout de guidage lisse ayant un diamètre extérieur inférieur à celui de la portion filetée.The bus bar (2) comprises an electrical conduction bar (20) and at least one screw connector (21) arranged on one end (201) of the bar, the bar end having a screw passage hole (203 ), the screw connector comprising an electrical insulation cover (210) and a fixing screw (211) having a head and a screw rod, the cover covering the bar end and having a screw passage duct ( 213), and the fixing screw being housed in the screw passage duct. According to the invention, the screw rod has a smooth guide end which extends a threaded portion of the screw rod, the smooth guide end having an outside diameter smaller than that of the threaded portion.
Description
BUS BARRES DE CONNEXION ÉLECTRIQUE NOTAMMENT POUR LES PACKS DE BATTERIE ÉLECTRIQUE DE VÉHICULE [001] L’invention concerne de manière générale le domaine de la connexion électrique de puissance. Plus particulièrement, l’invention se rapporte à des bus barres de connexion électrique notamment pour l'interconnexion électrique de modules de stockage électrique dans les packs de batterie électrique haute tension de traction pour les véhicules électrifiés, comme les véhicules électriques et les véhicules hybrides.BUS ELECTRICAL CONNECTION BARS IN PARTICULAR FOR VEHICLE ELECTRIC BATTERY PACKS [001] The invention relates generally to the field of electrical power connection. More particularly, the invention relates to bus bars for electrical connection, in particular for the electrical interconnection of electrical storage modules in high-tension traction electric battery packs for electrified vehicles, such as electric vehicles and hybrid vehicles.
[002] Les packs de batterie électrique haute tension comprennent une pluralité de modules de stockage électrique qui doivent être interconnectés entre eux, habituellement en série pour obtenir la haute tension voulue. Les bus barres, qui sont réalisables avec une section rectangulaire mince, ont l’avantage de demander moins de place que les câbles électriques pour passer dans des zones étroites entre les modules. Les bus barres, typiquement en cuivre, peuvent également offrir de meilleurs rayons de courbure que les câbles électriques qui sont plus rigides. Un jeu de deux bus barres est nécessaire pour chaque connexion en série de deux modules, respectivement pour la connexion des bornes de polarité positive et celles de polarité négative. Plusieurs jeux de bus barres sont donc habituellement nécessaires pour interconnecter l'ensemble des modules du pack de batterie électrique haute tension.The high-voltage electric battery packs include a plurality of electrical storage modules which must be interconnected with each other, usually in series to obtain the desired high voltage. Busbars, which can be made with a thin rectangular section, have the advantage of requiring less space than electrical cables to pass through narrow areas between modules. Bus bars, typically made of copper, can also offer better radii of curvature than electric cables which are more rigid. A set of two busbars is required for each series connection of two modules, respectively for the connection of the positive polarity terminals and those of the negative polarity. Several busbar sets are therefore usually necessary to interconnect all the modules of the high-voltage electric battery pack.
[003] La Fig.1 montre un bus barre de la technique antérieure, utilisé dans un pack de batterie électrique haute tension de véhicule électrique. Le bus barre, référencé 1, comporte une barre 10 de conduction électrique et un connecteur électrique à vis 11 à chacune des extrémités de celle-ci. La barre 10 est en cuivre, a une section rectangulaire et est recouverte d'un revêtement plastique d'isolation électrique. La barre 10 est courbée et torsadée pour correspondre à un trajet d'interconnexion entre les modules de stockage électrique et se loger dans l'espace disponible.Fig.1 shows a bar bus of the prior art, used in a high voltage electric battery pack of an electric vehicle. The bus bar, referenced 1, comprises an electrical conduction bar 10 and an electrical screw connector 11 at each of the ends thereof. The bar 10 is made of copper, has a rectangular section and is covered with a plastic coating of electrical insulation. The bar 10 is curved and twisted to correspond to an interconnection path between the electrical storage modules and to be housed in the available space.
[004] Dans l'état de la technique, comme visible à la Fig. 1, il est connu d'avoir un capot isolant 110, ou boîtier, qui protège électriquement la tête de la vis et l'extrémité conductrice du connecteur à vis 11. La protection électrique est nécessaire car la haute tension des packs de batterie électrique est généralement de plusieurs centaines de volts.In the state of the art, as visible in FIG. 1, it is known to have an insulating cover 110, or casing, which electrically protects the head of the screw and the conductive end of the screw connector 11. Electrical protection is necessary because the high voltage of the electric battery packs is usually several hundred volts.
[005] La fixation à la visseuse des connecteurs à vis sur les bornes de connexion électrique des modules peut poser des difficultés dans l'état de la technique. En effet, un outillage spécifique peut parfois s'avérer nécessaire pour garantir un positionnement correct de la vis avant vissage et un engagement adéquat de celle-ci dans un orifice taraudé de la borne de connexion du module.Fixing the screw connectors on the electrical connection terminals of the modules can pose difficulties in the state of the art. Indeed, specific tools may sometimes be necessary to guarantee correct positioning of the screw before screwing and adequate engagement of the latter in a tapped hole in the connection terminal of the module.
[006] Par ailleurs, la tolérance de positionnement des modules de stockage électrique introduit une incertitude dimensionnelle sur la distance entre deux bornes à connecter. Les bus barres peuvent manquer de flexibilité pour un rattrapage de tolérance, notamment lorsque ceux-ci sont de petite longueur. Une tolérance de positionnement de l'ordre de 1,5 mm, voire sensiblement plus, est usuelle dans des packs de batterie électrique.Furthermore, the positioning tolerance of the electrical storage modules introduces dimensional uncertainty over the distance between two terminals to be connected. Bus bars may lack flexibility for a tolerance catch, especially when they are short. A positioning tolerance of the order of 1.5 mm, or even substantially more, is usual in electric battery packs.
[007] De plus, un risque de contact électrique indésirable, entraînant un possible courtcircuit lors du montage du bus barre, est présent lorsque la tige de vis est saillante sans protection électrique, comme l'extrémité filetée saillante 111 à la Fig. 1.In addition, a risk of undesirable electrical contact, causing a possible short circuit during assembly of the bus bar, is present when the screw rod protrudes without electrical protection, like the protruding threaded end 111 in FIG. 1.
[008] Par EP1932224A1, il est connu un bus barre placé contre un connecteur électrique. Le bus barre possède une forme en U dont la partie basse est en contact avec le connecteur. Un organe de serrage est utilisé pour serrer le bus barre contre le connecteur électrique. L'organe de serrage comporte plusieurs pièces dont une pièce qui repose à l’intérieur du U du bus barre et une pièce qui est plaquée contre la partie ouverte du U du bus barre. Il est formé ainsi un petit rail avec une portion du bus barre qui est entourée par l’organe de fixation. De plus, une vis de serrage ayant une extrémité conçue pour un meilleur montage est utilisée pour relier les différentes parties de l’organe de fixation. La vis de serrage comporte un filetage sur ladite extrémité, filetage qui est prévu pour le serrage de la vis.By EP1932224A1, it is known a bus bar placed against an electrical connector. The bus bar has a U-shape, the lower part of which is in contact with the connector. A clamping member is used to clamp the busbar against the electrical connector. The clamping member has several parts including a part which rests inside the U of the bus bar and a part which is pressed against the open part of the U of the bus bar. A small rail is thus formed with a portion of the bus bar which is surrounded by the fixing member. In addition, a clamping screw having one end designed for better mounting is used to connect the different parts of the fastener. The clamping screw has a thread on said end, a thread which is provided for tightening the screw.
[009] Il est souhaitable de proposer un bus barre ne présentant pas les inconvénients susmentionnés de la technique antérieure et qui soit bien adapté notamment pour l'interconnexion électrique des modules de stockage d'électricité dans des packs de batterie électrique haute tension de véhicule électrique.It is desirable to provide a bus bar not having the aforementioned drawbacks of the prior art and which is well suited in particular for the electrical interconnection of electricity storage modules in high voltage electric battery packs of an electric vehicle .
[0010] Selon un premier aspect, l’invention concerne un bus barre de connexion électrique comprenant une barre de conduction électrique et au moins un connecteur électrique à vis qui est agencé à une extrémité de barre de la barre de conduction électrique, l'extrémité de barre ayant un trou de passage de vis, le connecteur à vis comprenant un capot d'isolation électrique et une vis de fixation ayant une tête de vis et une tige de vis, le capot d'isolation électrique recouvrant l'extrémité de barre et ayant un conduit de passage de vis, et la vis de fixation étant logée dans le conduit de passage de vis. Conformément à l'invention, la tige de vis a un bout de guidage lisse qui prolonge une portion filetée de la tige de vis, le bout de guidage lisse ayant un diamètre extérieur inférieur à celui de la portion filetée.According to a first aspect, the invention relates to an electrical connection bus bar comprising an electrical conduction bar and at least one electrical screw connector which is arranged at one bar end of the electrical conduction bar, the end bar having a screw through hole, the screw connector comprising an electrical insulation cover and a fixing screw having a screw head and a screw rod, the electrical insulation cover covering the bar end and having a screw passage conduit, and the fixing screw being housed in the screw passage conduit. According to the invention, the screw rod has a smooth guide end which extends a threaded portion of the screw rod, the smooth guide end having an outer diameter smaller than that of the threaded portion.
[0011] Selon une caractéristique particulière, le trou de passage de vis aménagé dans l'extrémité de barre est un trou oblong.According to a particular characteristic, the screw passage hole arranged in the bar end is an oblong hole.
[0012] Selon une autre caractéristique particulière, le conduit de passage de vis a une section oblongue.According to another particular characteristic, the screw passage conduit has an oblong section.
[0013] Selon encore une autre caractéristique particulière, le capot d'isolation électrique comporte un orifice d'accès à la tête de vis de fixation qui est de forme oblongue.According to yet another particular characteristic, the electrical insulation cover comprises an orifice for access to the head of the fixing screw which is of oblong shape.
[0014] Selon encore une autre caractéristique particulière, le conduit de passage de vis comporte une portion en excroissance assurant un maintien en position de la vis de fixation dans le conduit de passage de vis.According to yet another particular characteristic, the screw passage conduit has a protruding portion ensuring that the fixing screw is held in position in the screw passage conduit.
[0015] Selon encore une autre caractéristique particulière, la barre de conduction électrique est en cuivre ou aluminium et comprend un revêtement d'isolation électrique.According to yet another particular characteristic, the electrical conduction bar is made of copper or aluminum and comprises an electrical insulation coating.
[0016] Selon encore une autre caractéristique particulière, la tête de vis est du type dit « Torx » ou « étoilée ».According to yet another particular characteristic, the screw head is of the so-called "Torx" or "star" type.
[0017] L'invention concerne aussi un pack de batterie électrique comprenant au moins un bus barre tel que décrit brièvement ci-dessus et un véhicule comprenant un tel pack de batterie électrique.The invention also relates to an electric battery pack comprising at least one bus bar as briefly described above and a vehicle comprising such an electric battery pack.
[0018] D’autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée ci-dessous d’une forme de réalisation particulière de l’invention, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :Other advantages and characteristics of the present invention will appear more clearly on reading the detailed description below of a particular embodiment of the invention, with reference to the accompanying drawings, in which:
- la Fig.1 est une vue en perspective d'un bus barre de connexion électrique de la technique antérieure, utilisé dans un pack de batterie électrique haute tension ;- Fig.1 is a perspective view of an electrical connection bus bar of the prior art, used in a high voltage electric battery pack;
- la Fig.2 est une vue partielle en perspective d'une forme de réalisation particulière du bus barre de connexion électrique selon l'invention ;- Fig.2 is a partial perspective view of a particular embodiment of the bus electrical connection bar according to the invention;
- les Figs.3A à 3D sont respectivement des vues de dessus, de gauche et de droite et une coupe longitudinale du bus barre de connexion électrique de la Fig.2 ;- Figs.3A to 3D are respectively top, left and right views and a longitudinal section of the bus electrical connection bar of Fig.2;
- la Fig.4 est une vue en coupe partielle d'une vis de fixation comprise dans un connecteur à vis situé à chaque extrémité du bus barre de la Fig.2 ;- Fig.4 is a partial sectional view of a fixing screw included in a screw connector located at each end of the bus bar of Fig.2;
- la Fig.5 est une vue de dessus d'une extrémité dénudée de connexion électrique du bus barre de la Fig.2 ; et- Fig.5 is a top view of a stripped end of the electrical connection of the bus bar of Fig.2; and
- la Fig.6 est une vue partielle en coupe d’un connecteur électrique à vis compris dans le bus barre de la Fig.2.- Fig.6 is a partial sectional view of an electrical screw connector included in the bus bar of Fig.2.
[0019] En référence aux Figs.2 à 5, il est maintenant décrit en détail une forme de réalisation particulière 2 d'un bus barre selon l'invention, destinée à une application dans un pack de batterie électrique haute tension de véhicule électrique.Referring to Figs.2 to 5, there is now described in detail a particular embodiment 2 of a bus bar according to the invention, intended for application in a high voltage electric battery pack of an electric vehicle.
[0020] Le bus barre 2 comporte une barre de conduction électrique 20 et deux connecteurs électriques à vis 21 qui sont agencés à des extrémités respectives de la barre de conduction électrique 20.The bus bar 2 comprises an electrical conduction bar 20 and two electrical screw connectors 21 which are arranged at respective ends of the electrical conduction bar 20.
[0021] En référence plus particulièrement à la Fig.2, la barre 20 est typiquement en cuivre ou aluminium, a une section rectangulaire et est recouverte d'un revêtement d'isolation électrique 200. L'extrémité 201 de la barre 20 est dénudée et est recouverte partiellement par un capot 210 du connecteur électrique à vis 21. Une face inférieure 202 de l'extrémité dénudée 201 reste non recouverte par le capot 210 et est apte à assurer un contact électrique avec une borne de connexion électrique d'un module de stockage d'électricité du pack de batterie électrique haute tension. Un trou de passage de vis 203 est percé, typiquement par poinçonnage, dans l'extrémité dénudée 201 pour le passage d'une vis de fixation 211 qui est logée et maintenue en position haute dans le capot 210.Referring more particularly to Fig.2, the bar 20 is typically of copper or aluminum, has a rectangular section and is covered with an electrical insulation coating 200. The end 201 of the bar 20 is stripped and is partially covered by a cover 210 of the electrical screw connector 21. A lower face 202 of the stripped end 201 remains not covered by the cover 210 and is capable of ensuring electrical contact with an electrical connection terminal of a module for storing electricity from the high-voltage electric battery pack. A screw passage hole 203 is drilled, typically by punching, in the stripped end 201 for the passage of a fixing screw 211 which is housed and held in the high position in the cover 210.
[0022] Le capot 210 du connecteur électrique à vis 21 est formé ici dans un matériau plastique souple tel qu’un polyamide (PA). Le capot 210 peut comporter une ou plusieurs portions surmoulées sur la barre 20 et l'extrémité dénudée 201, telles que la portion 212, de façon à assurer la liaison mécanique du capot 210 sur la barre 20.The cover 210 of the electrical screw connector 21 is formed here in a flexible plastic material such as a polyamide (PA). The cover 210 may include one or more overmolded portions on the bar 20 and the stripped end 201, such as the portion 212, so as to ensure the mechanical connection of the cover 210 on the bar 20.
[0023] La vis de fixation 211, mieux visible à la Fig.4, comporte une tête de vis 2110 et une tige de vis. La tige de vis comprend une portion filetée 2111 et un bout de guidage lisse (non fileté) 2112 qui prolonge la portion filetée 2111 et forme l'extrémité de ladite tige de vis. Le bout de guidage lisse 2112 est dit ici « bout pilote >>. Un diamètre extérieur D0 du bout pilote 2112 est sensiblement inférieur à celui D1 de la portion filetée 2111.The fixing screw 211, better visible in Fig.4, has a screw head 2110 and a screw rod. The screw rod comprises a threaded portion 2111 and a smooth (non-threaded) guide end 2112 which extends the threaded portion 2111 and forms the end of said screw rod. The smooth guide end 2112 is here called "pilot end". An outside diameter D0 of the pilot end 2112 is substantially less than that D1 of the threaded portion 2111.
[0024] La tête de vis 2110 est ici du type dit « Torx », ou « étoilée », et comprend une collerette 2113 qui fixe un diamètre extérieur maximum D2 de la tête 2110.The screw head 2110 is here of the so-called "Torx" or "star" type, and includes a flange 2113 which fixes a maximum outside diameter D2 of the head 2110.
[0025] La vis de fixation 211 est logée dans le capot 210 et est maintenue en position haute dans celui-ci. La vis de fixation 211 est logée dans un conduit de passage de vis 213 qui est aménagé dans le capot 210. Un orifice de passage de visseuse 214, aménagé dans la partie supérieure du capot 210, communique avec le conduit de passage de vis 213 et fournit un passage à la visseuse pour une prise avec la tête de vis 2110. L'orifice de passage de visseuse 214 est ainsi un orifice d'accès à la tête de vis 2110. Le conduit de passage de vis 213 et l'orifice de passage de visseuse 214 sont tous deux de forme oblongue. La forme oblongue de l'orifice de passage de visseuse 214 est visible à la Fig.3A.The fixing screw 211 is housed in the cover 210 and is held in the high position therein. The fixing screw 211 is housed in a screw passage conduit 213 which is arranged in the cover 210. A screw passage opening 214, arranged in the upper part of the cover 210, communicates with the screw passage conduit 213 and provides a passage to the screwdriver for engagement with the screw head 2110. The screw driver passage opening 214 is thus an access opening to the screw head 2110. The screw passage duct 213 and the screwdriver passage 214 are both oblong. The oblong shape of the screwdriver opening 214 is visible in Fig.3A.
[0026] Le maintien en position haute de la vis de fixation 211 dans le conduit de passage de vis 213 est rendu possible par la présence d’une ou plusieurs portions en excroissance 215 formées dans la paroi du conduit de passage de vis 213.Maintaining the fixing screw 211 in the high position in the screw passage conduit 213 is made possible by the presence of one or more protruding portions 215 formed in the wall of the screw passage conduit 213.
[0027] La portion en excroissance 215 est montrée aux Figs.2 et 6. Comme bien visible à la Fig.6, la tête de vis 2110 est en butée contre la portion en excroissance 215, au niveau de la face inférieure de la collerette 2113, et la vis de fixation 211 est ainsi maintenue en position haute. Lors du serrage du connecteur électrique à vis 21 sur la borne de connexion électrique du module de stockage électrique, la portion en excroissance 215 cède sous l’effort exercé par la visseuse et ne s’oppose plus à la descente de la vis de fixation 211 dans le conduit de passage de vis 213 de section oblongue, à travers le trou de passage de vis 203 et vers le trou taraudé de la borne de connexion électrique.The protruding portion 215 is shown in Figs.2 and 6. As clearly visible in Fig.6, the screw head 2110 abuts against the protruding portion 215, at the level of the lower face of the flange 2113, and the fixing screw 211 is thus held in the high position. When tightening the electrical screw connector 21 on the electrical connection terminal of the electrical storage module, the protruding portion 215 yields under the force exerted by the screwdriver and no longer prevents the descent of the fixing screw 211 in the screw passage conduit 213 of oblong section, through the screw passage hole 203 and towards the tapped hole of the electrical connection terminal.
[0028] Bien entendu, d'autres solutions sont possibles et connues de l'homme du métier pour maintenir la vis de fixation 211 en position haute dans le conduit de passage de vis 213. Ce maintien en position haute de la vis de fixation 211 évite un court-circuit éventuel lors du montage du bus barre 2, la tige de la vis étant contenue dans le capot 210 en matériau isolant.Of course, other solutions are possible and known to those skilled in the art for maintaining the fixing screw 211 in the high position in the screw passage conduit 213. This holding in the high position of the fixing screw 211 avoids a possible short circuit during mounting of the bus bar 2, the screw rod being contained in the cover 210 made of insulating material.
[0029] Comme bien visible à la Fig.5, le trou de passage de vis 203 est un trou oblong. Conformément à l'invention, la forme oblongue du trou de passage de vis 203 autorise le rattrapage de la tolérance de positionnement des modules de stockage électrique. Ainsi, par exemple, un trou de passage de vis 203 oblong de D3 x D4 = 6,5 x 8,5 mm, pour une vis au standard M6, permet de récupérer un intervalle de tolérance total de 3,6 mm environ, compte-tenu qu'un bus barre comprend deux connecteurs électriques à vis 21 et en considérant un jeu de 0,2 mm pour une tolérance de perçage par poinçonnage du trou de passage de vis 203.As clearly visible in Fig.5, the screw through hole 203 is an oblong hole. According to the invention, the oblong shape of the screw passage hole 203 allows the positioning tolerance of the electrical storage modules to be taken up. Thus, for example, a 203 oblong screw passage hole of D3 x D4 = 6.5 x 8.5 mm, for an M6 standard screw, allows to recover a total tolerance interval of approximately 3.6 mm, account provided that a bus bar comprises two electrical screw connectors 21 and considering a clearance of 0.2 mm for a drilling tolerance by punching the screw passage hole 203.
[0030] Conformément à l'invention, le bout pilote 2112 de la vis de fixation 211 a une 5 fonction de guidage et garantit une insertion correcte de la vis de fixation 211 dans le trou taraudé de la borne de connexion électrique du module de stockage d'énergie. Lors de la descente de la vis de fixation 211, grâce à son bout pilote 2112, celle-ci est dirigée dans le trou taraudé de la borne de connexion électrique.According to the invention, the pilot end 2112 of the fixing screw 211 has a guiding function and guarantees correct insertion of the fixing screw 211 into the tapped hole of the electrical connection terminal of the storage module of energy. When the fixing screw 211 is lowered, thanks to its pilot tip 2112, it is directed into the tapped hole of the electrical connection terminal.
[0031] Les formes oblongues du trou de passage de vis 203, du conduit de passage de 10 vis 213 et de l'orifice de passage de visseuse 214 et le bout pilote 2112 de la vis de fixation 211 garantissent un montage correct du bus barre 2 sur le module de stockage électrique. En particulier, le conduit de passage de vis 213 de forme oblongue laisse la vis de fixation 211 descendre et être guidée à l’intérieur du capot 210 et l'orifice de passage de visseuse 214 de forme oblongue autorise l'engagement de la visseuse dans la tête de 15 vis 2110, ici de type « Torx >>, jusqu’à la fin du vissage de la vis de fixation 211.The oblong shapes of the screw passage hole 203, the passage passage for 10 screws 213 and the screw driver passage opening 214 and the pilot end 2112 of the fixing screw 211 guarantee correct mounting of the bus bar 2 on the electrical storage module. In particular, the oblong-shaped screw passage conduit 213 lets the fixing screw 211 descend and be guided inside the cover 210 and the oblong-shaped screw driver passage orifice 214 allows the screwdriver to be engaged in the head of 15 screws 2110, here of the “Torx” type, until the end of the screwing of the fixing screw 211.
[0032] L’invention ne se limite pas à la forme de réalisation particulière qui a été décrite ici à titre d’exemple. L’homme du métier, selon les applications de l’invention, pourra apporter différentes modifications et variantes entrant dans le champ de protection de l’invention.The invention is not limited to the particular embodiment which has been described here by way of example. Those skilled in the art, depending on the applications of the invention, can make different modifications and variants falling within the scope of protection of the invention.
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2018
- 2018-09-17 FR FR1858351A patent/FR3086116B1/en active Active
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