FR3099296A1 - METHOD FOR MANUFACTURING AN ELECTRIC OR HYBRID VEHICLE BATTERY CELL - Google Patents
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Abstract
Procédé de fabrication d’une cellule (2) de batterie de traction d’un véhicule automobile, comprenant sur une face supérieure (4) deux plots de contact électrique (6), chaque plot (6) recevant un dispositif de vissage (12) d’une liaison électrique interne à la batterie, pour chaque plot (6) ce procédé comportant une étape de fixation du dispositif de vissage (12) sur la surface d’un support (10), formant un connecteur comprenant une position particulière du dispositif de vissage (12) sur cette surface correspondant à un type de batterie à produire, puis une étape de fixation du support (10) sur le plot de contact (6). Figure 3A method of manufacturing a traction battery cell (2) of a motor vehicle, comprising on an upper face (4) two electrical contact pads (6), each pad (6) receiving a screwing device (12) an internal electrical connection to the battery, for each pad (6) this method comprising a step of fixing the screwing device (12) on the surface of a support (10), forming a connector comprising a particular position of the device screwing (12) on this surface corresponding to a type of battery to be produced, then a step of fixing the support (10) on the contact pad (6). Figure 3
Description
La présente invention concerne un procédé de fabrication d’une cellule de batterie de traction d’un véhicule automobile, ainsi qu’une cellule produite avec un tel procédé, une batterie comportant ces cellules et un véhicule automobile équipé d’une batterie comportant ces cellules.The present invention relates to a method of manufacturing a traction battery cell of a motor vehicle, as well as a cell produced with such a method, a battery comprising these cells and a motor vehicle equipped with a battery comprising these cells .
Les véhicules automobiles électriques ou hybrides comportent une batterie de stockage d’énergie électrique, constituée par des modules reliés entre eux en série ou en parallèle, chaque module étant formé par un assemblage de cellules reliées entre elles.Electric or hybrid motor vehicles comprise an electrical energy storage battery, consisting of modules connected together in series or in parallel, each module being formed by an assembly of cells connected together.
De cette manière on réalise des sous-ensembles de base constitués par les modules, pouvant délivrer chacun une tension et une intensité dépendant du couplage en série ou en parallèle de ses cellules dans le module.In this way, basic subassemblies are produced consisting of the modules, each of which can deliver a voltage and an intensity depending on the coupling in series or in parallel of its cells in the module.
Ensuite suivant les besoins de chaque véhicule hybride ou électrique on assemble des modules pour former une batterie, en reliant ces modules entre eux en série ou en parallèle suivant la configuration que l’on veut donner pour ces véhicules.Then, depending on the needs of each hybrid or electric vehicle, modules are assembled to form a battery, by connecting these modules to each other in series or in parallel depending on the configuration you want to give for these vehicles.
On réalise de cette manière à partir de cellules identiques standard, qui peuvent être produites en grande série de manière économique, différentes configurations de batteries adaptées à une gamme de véhicules, comprenant chacune une tension, une capacité et des dimensions qui lui sont propres.In this way, from standard identical cells, which can be mass-produced economically, different battery configurations suitable for a range of vehicles, each comprising a voltage, a capacity and dimensions which are specific to it, are produced.
Par ailleurs un type de batterie connu, présenté notamment par le document EP-A1-2958165, comporte un ensemble de cellules plates qui sont empilées les unes à côté des autres avec un serrage transversal donné par un ressort, pour obtenir une tenue mécanique de cet ensemble et une conductivité thermique permettant un refroidissement.Furthermore, a known type of battery, presented in particular by the document EP-A1-2958165, comprises a set of flat cells which are stacked next to each other with a transverse tightening given by a spring, to obtain a mechanical strength of this together and a thermal conductivity allowing cooling.
Chaque cellule présente aux extrémités de sa face supérieure allongée, de manière symétrique, un plot de contact électrique formant un pôle positif ou négatif, comprenant chacun un dispositif de fixation recevant une liaison électrique permettant de relier ces cellules entre elles. En particulier on utilise des barres de connexion internes, appelées « busbar » en langue anglaise, formant des lames rigides qui se vissent sur les dispositifs de fixation des plots pour relier les cellules entre elles.Each cell has at the ends of its elongated upper face, in a symmetrical manner, an electrical contact pad forming a positive or negative pole, each comprising a fixing device receiving an electrical connection making it possible to connect these cells together. In particular, internal connection bars, called “busbars”, are used, forming rigid blades which are screwed onto the fixing devices of the studs to connect the cells together.
Toutefois la position symétrique des plots de contact sur ce type de cellule, recevant chacun un dispositif de fixation positionné de la même manière, donne des cellules et des modules qui peuvent être disposés indifféremment dans un sens ou dans l’autre sans changer la position de ces fixations, avec les mêmes barres de connexion qui s’adaptent dans tous les cas.However, the symmetrical position of the contact pads on this type of cell, each receiving a fixing device positioned in the same way, gives cells and modules which can be arranged indifferently in one direction or the other without changing the position of these bindings, with the same connection bars that fit in all cases.
Lors de l’assemblage des modules pour fabriquer différents types de batteries adaptées à des véhicules variés, nécessitant pour chacune une disposition spécifique des modules, on peut obtenir des erreurs de montage de ces modules. La batterie ne présente alors pas les caractéristiques attendues.When assembling the modules to manufacture different types of batteries suitable for various vehicles, each requiring a specific arrangement of the modules, errors in the assembly of these modules can be obtained. The battery then does not have the expected characteristics.
La présente invention a notamment pour but d’éviter ces inconvénients de la technique antérieure.The object of the present invention is in particular to avoid these drawbacks of the prior art.
Elle propose à cet effet un procédé de fabrication d’une cellule de batterie de traction d’un véhicule automobile, comprenant sur une face supérieure deux plots de contact électrique, chaque plot recevant un dispositif de vissage d’une liaison électrique interne à la batterie, ce procédé étant remarquable en ce que pour chaque plot il comporte une étape de fixation du dispositif de vissage sur la surface d’un support, formant un connecteur comprenant une position particulière du dispositif de vissage sur cette surface correspondant à un type de batterie à produire, puis une étape de fixation du support sur le plot de contact.It proposes for this purpose a method of manufacturing a traction battery cell of a motor vehicle, comprising on an upper face two electrical contact pads, each pad receiving a device for screwing an electrical connection internal to the battery , this method being remarkable in that for each stud it comprises a step of fixing the screwing device on the surface of a support, forming a connector comprising a particular position of the screwing device on this surface corresponding to a type of battery with produce, then a step of fixing the support on the contact pad.
Un avantage de ce procédé est qu’en disposant pour plusieurs cellules d’un même module le dispositif de fixation en des endroits différents sur la connexion, on peut ainsi différencier les cellules dans un même module, ou différencier les modules formés.An advantage of this method is that by having the fixing device for several cells of the same module in different places on the connection, it is thus possible to differentiate the cells in the same module, or to differentiate the modules formed.
De plus en adaptant la géométrie de jeux de barres de connexion suivant le type de batterie correspondant chacun à un modèle de véhicule, on réalise de manière simple et économique un moyen de contrôle empêchant l’assemblage sur ces barres de modules ne correspondant pas, ce qui évite des erreurs de montage.In addition, by adapting the geometry of the connection busbars according to the type of battery each corresponding to a vehicle model, a means of control is produced in a simple and economical manner preventing the assembly on these bars of modules which do not correspond, this which avoids assembly errors.
Le procédé selon l’invention, et une cellule formée avec ce procédé, peuvent de plus comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles.The method according to the invention, and a cell formed with this method, may further comprise one or more of the following characteristics, which may be combined with each other.
Avantageusement, le dispositif de vissage comporte un goujon fixé perpendiculairement sur une plaque constituant le support.Advantageously, the screwing device comprises a pin fixed perpendicularly to a plate constituting the support.
Dans ce cas, avantageusement le goujon est fixé sur la plaque par une soudure utilisant une décharge électrique.In this case, the stud is advantageously fixed to the plate by welding using an electric discharge.
Avantageusement, le support présentant un contour correspondant à celui du plot, est soudé sur ce contour par une soudure laser.Advantageously, the support having a contour corresponding to that of the pad, is welded to this contour by laser welding.
Avantageusement, les plots étant disposés aux extrémités de la face supérieure de la cellule qui est allongée suivant un axe principal, les dispositifs de vissage sont suivant cet axe principal, positionnés sur chaque plot vers l’intérieur ou vers l’extérieur de la cellule.Advantageously, the studs being arranged at the ends of the upper face of the cell which is elongated along a main axis, the screwing devices are along this main axis, positioned on each stud towards the inside or the outside of the cell.
Avantageusement, les plots étant disposés aux extrémités de la face supérieure de la cellule qui est allongée suivant un axe principal, pour chaque plot les dispositifs de vissage sont dans la direction transversale positionnés d’un côté ou de l’autre de l’axe principal.Advantageously, the studs being arranged at the ends of the upper face of the cell which is elongated along a main axis, for each stud the screwing devices are in the transverse direction positioned on one side or the other of the main axis. .
L’invention a aussi pour objet un module comportant deux cellules comprenant l’une quelconque des caractéristiques précédentes, comprenant deux plots des deux cellules qui sont reliés entre eux, remarquable en ce que les positions des dispositifs de vissage sur ces deux plots sont différents entre eux.The invention also relates to a module comprising two cells comprising any one of the preceding characteristics, comprising two studs of the two cells which are interconnected, remarkable in that the positions of the screwing devices on these two studs are different between them.
Avantageusement, les dispositifs de vissage des deux plots sont disposés suivant une diagonale d’une surface rectangulaire formée par ces deux plots.Advantageously, the screwing devices of the two studs are arranged along a diagonal of a rectangular surface formed by these two studs.
L’invention a de plus pour objet une batterie de traction de véhicule automobile électrique ou hybride, comportant des modules comprenant l’une quelconque des caractéristiques précédentes.The invention further relates to a traction battery for an electric or hybrid motor vehicle, comprising modules comprising any one of the preceding characteristics.
L’invention a de plus pour objet un véhicule automobile électrique ou hybride équipé d’une batterie de traction comportant des cellules comprenant l’une quelconque des caractéristiques précédentes.A further subject of the invention is an electric or hybrid motor vehicle equipped with a traction battery comprising cells comprising any one of the preceding characteristics.
L’invention sera mieux comprise et d’autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d’exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels :The invention will be better understood and other characteristics and advantages will appear more clearly on reading the description below given by way of example, with reference to the appended drawings in which:
La figure 1 présente une cellule 2 comprenant une forme parallélépipédique, comportant une face supérieure sensiblement plate 4, allongée suivant un axe principal A. Par la suite la direction axiale correspond à cet axe principal A des cellules 2, la direction transversale étant perpendiculaire à cette direction axiale.FIG. 1 presents a cell 2 comprising a parallelepipedal shape, comprising a substantially flat upper face 4, elongated along a main axis A. Subsequently, the axial direction corresponds to this main axis A of the cells 2, the transverse direction being perpendicular to this axial direction.
Chaque extrémité de la face supérieure 4 reçoit de manière symétrique par rapport à un axe transversal B, un plot de contact électrique 6 de forme rectangulaire, présentant l’un un pôle positif et l’autre un pôle négatif de la cellule.Each end of the upper face 4 receives symmetrically with respect to a transverse axis B, an electrical contact pad 6 of rectangular shape, one having a positive pole and the other a negative pole of the cell.
Chaque plot de contact 6 comporte un goujon vertical fileté 12, dont la base est soudée au milieu de ce plot.Each contact pad 6 comprises a threaded vertical stud 12, the base of which is welded to the middle of this pad.
On obtient de cette manière une cellule symétrique pouvant être mise indifféremment dans un sens ou dans l’autre sens sans changer la barre de connexion de la batterie, à cause de la symétrie des goujons 12 des pôles positif et négatif.In this way, a symmetrical cell is obtained which can be put in either direction in one direction or the other without changing the battery connection bar, because of the symmetry of the studs 12 of the positive and negative poles.
La figure 2 présente sur le premier schéma une première étape pour chaque plot 6, de préparation d’un connecteur particulier constituant un sous-ensemble, comprenant une plaque rectangulaire 10 formant un support correspondant au contour du plot, recevant par soudure un goujon vertical 12 fixé en un endroit particulier de cette plaque.Figure 2 shows in the first diagram a first step for each stud 6, of preparing a particular connector constituting a subassembly, comprising a rectangular plate 10 forming a support corresponding to the contour of the stud, receiving by welding a vertical stud 12 fixed in a particular place of this plate.
Avantageusement on soude le goujon 12 avec une soudure par décharge électrique, notamment par décharge de condensateur, en formant à l’extrémité inférieure du goujon une pointe mise en appui sur la surface supérieure de la plaque 10, puis en faisant passer un fort courant électrique sur cette pointe qui réalise localement une fusion du métal sur les deux pièces, et en appliquant une pression verticale sur le goujon pour le positionner.Advantageously, the stud 12 is welded with an electric discharge weld, in particular by capacitor discharge, by forming at the lower end of the stud a point resting on the upper surface of the plate 10, then by passing a strong electric current on this tip which locally fuses the metal on the two parts, and by applying vertical pressure on the stud to position it.
Ce type de soudure permet de positionner le goujon 12 en un endroit quelconque de la plaque 10, en utilisant par exemple une commande numérique de positionnement sur la machine de soudure permettant de réaliser automatiquement le positionnement particulier.This type of welding makes it possible to position the pin 12 at any location on the plate 10, for example by using a digital positioning control on the welding machine making it possible to automatically carry out the particular positioning.
Le deuxième schéma de la figure 2 présente l’assemblage du connecteur, la plaque 10 s’ajustant sur le contour du plot 6, avec une pression appliquée sur ce plot, puis une soudure 14 de la plaque sur ce contour afin de réaliser à la fois une tenue mécanique forte, et une conduction électrique entre les deux surfaces plates en appui l’une sur l’autre.The second diagram of Figure 2 shows the assembly of the connector, the plate 10 fitting on the outline of the stud 6, with pressure applied to this stud, then a weld 14 of the plate on this outline in order to achieve the both a strong mechanical strength, and electrical conduction between the two flat surfaces resting on one another.
Avantageusement on réalise la soudure du contour 14 par une soudure laser, qui a pour avantage de ne pas transmettre de chaleur à proximité de cette soudure.Advantageously, the contour 14 is welded by laser welding, which has the advantage of not transmitting heat close to this weld.
On notera que les plaques 10 étant toutes identiques, on réalise de manière standard la soudure de toutes les plaques sur les plots 6, quel que soit le positionnement du goujon 12.It will be noted that the plates 10 being all identical, all the plates are welded to the studs 6 in a standard manner, regardless of the positioning of the stud 12.
On obtient de cette manière une cellule 2 comprenant un positionnement particulier de ses deux dispositifs de vissage formés par les deux goujons 12, adapté pour la préparation d’un type de module regroupant plusieurs cellules, correspondant à un modèle de batterie à assembler.In this way, a cell 2 is obtained comprising a particular positioning of its two screwing devices formed by the two studs 12, suitable for the preparation of a type of module grouping together several cells, corresponding to a battery model to be assembled.
La figure 3 présente une première cellule 20 d’un module comprenant les goujons 12 des connecteurs disposés suivant l’axe principal A, axialement vers le côté extérieur de la plaque 10 pour un premier dispositif de vissage, et vers le côté intérieur pour le deuxième dispositif de vissage.FIG. 3 shows a first cell 20 of a module comprising the studs 12 of the connectors arranged along the main axis A, axially towards the outer side of the plate 10 for a first screwing device, and towards the inner side for the second screwing device.
En pratique on peut réaliser les deux mêmes connecteurs, puis les souder sur les plots 6 en positionnant les deux goujons 12 vers le même côté axial.In practice, the same two connectors can be made, then welded to the pads 6 by positioning the two studs 12 towards the same axial side.
La deuxième cellule 22 du même module comporte les deux goujons 12 soudés sur la plaque 10 du même côté axial, dans la direction transversale ces deux goujons étant fixés de part et d’autre de l’axe principal A.The second cell 22 of the same module comprises the two studs 12 welded to the plate 10 on the same axial side, in the transverse direction these two studs being fixed on either side of the main axis A.
La préparation des cellules 2 recevant les goujons 12 dans des positions particulières, peut se faire directement chez le fabricant de cellules, ou par la suite chez un fournisseur préparant ces cellules pour l’assemblage des batteries.The preparation of the cells 2 receiving the studs 12 in particular positions, can be done directly at the cell manufacturer, or subsequently at a supplier preparing these cells for the assembly of the batteries.
On obtient en assemblant les deux cellules 20, 22 l’une contre l’autre pour former le module, des positions différentes des goujons 12 aux extrémités de ce module, qui ne sont pas symétriques à la fois dans la direction de l’axe principal A et de l’axe transversal B.By assembling the two cells 20, 22 one against the other to form the module, different positions of the studs 12 at the ends of this module are obtained, which are not symmetrical both in the direction of the main axis A and transverse axis B.
A partir de barres de connexion spécifiques adaptées pour la batterie recevant ce module, comprenant des perçages particuliers correspondant aux positions des goujons 12, on ne peut pas retourner une cellule 20, 22, ou inverser les deux cellules entre elles, sans donner un mauvais positionnement des goujons ne correspondant pas à ces barres. Tout mauvais montage est impossible.From specific connection bars adapted for the battery receiving this module, comprising particular holes corresponding to the positions of the studs 12, it is not possible to turn a cell 20, 22, or reverse the two cells between them, without giving a bad positioning. studs not matching these bars. Any wrong assembly is impossible.
La figure 4 présente une batterie comprenant un empilage de six modules reliés en série, comprenant chacun deux cellules 2 reliées en parallèle, formant un rectangle serré dans la longueur par des tiges 30 encadrant cette batterie.FIG. 4 shows a battery comprising a stack of six modules connected in series, each comprising two cells 2 connected in parallel, forming a rectangle tightened in length by rods 30 framing this battery.
Les tiges 30 réalisent un serrage entre une plaque d’extrémité droite 32 prenant appui sur la dernière cellule 2, et une plaque d’extrémité gauche 34 comprimant des ressorts 38 qui prennent appui sur une plaque intermédiaire 36 en contact avec la première cellule. Les ressorts 38 permettent d’appliquer un effort constant de serrage pendant la durée de vie de la batterie, garantissant notamment un maintien mécanique de l’ensemble et une conduction thermique entre les cellules 2.Rods 30 clamp between a right end plate 32 resting on the last cell 2, and a left end plate 34 compressing springs 38 which rest on an intermediate plate 36 in contact with the first cell. The springs 38 make it possible to apply a constant clamping force during the life of the battery, guaranteeing in particular mechanical retention of the assembly and thermal conduction between the cells 2.
Les goujons 12 des cellules 2 sont de chaque côté de la batterie, alignés sur une même ligne transversale disposée vers le côté axialement extérieur de chaque plaque 10. Sur chaque module dans la direction transversale les goujons 12 sont fixés vers l’extérieur du module. De cette manière on ne peut pas retourner une cellule 2 dans un module sans modifier la position de ses goujons 12.The studs 12 of the cells 2 are on each side of the battery, aligned on the same transverse line arranged towards the axially outer side of each plate 10. On each module in the transverse direction the studs 12 are fixed towards the outside of the module. In this way, a cell 2 cannot be turned over in a module without modifying the position of its studs 12.
Un circuit électrique formé par des barres de connexion plates 42, 44 découpées dans des tôles conductrices, avec des perçages recevant les goujons 12 serrés par des écrous 46, comporte en partant d’une extrémité de ce circuit, une barre courte 42 reliant les deux pôles d’un premier module de la batterie.An electrical circuit formed by flat connection bars 42, 44 cut out of conductive sheets, with holes receiving studs 12 tightened by nuts 46, comprises, starting from one end of this circuit, a short bar 42 connecting the two poles of a first battery module.
On a ensuite de l’autre côté de ce premier module, une barre longue 44 reliant quatre pôles des deux modules juxtaposés. On continue ensuite de la même manière avec des barres longues 44, pour finir à la fin du circuit par une barre courte 42 reliant deux pôles du dernier module.Then, on the other side of this first module, there is a long bar 44 connecting four poles of the two juxtaposed modules. We then continue in the same way with long bars 44, ending at the end of the circuit with a short bar 42 connecting two poles of the last module.
La figure 5 présente un côté d’une batterie comprenant six modules reliés en série, comportant chacun deux cellules 2 reliées en parallèle.Figure 5 shows one side of a battery comprising six modules connected in series, each comprising two cells 2 connected in parallel.
Sur chaque extrémité d’un module, les goujons 12 sont fixés dans la direction transversale à l’extérieur de ce module, suivant une diagonale du rectangle formé par les deux plaques 10 juxtaposées. On alterne les directions des diagonales de manière à avoir sur une même plaque longue 44, les diagonales dans deux directions différentes, formant un angle entre elles.On each end of a module, the studs 12 are fixed in the transverse direction outside this module, along a diagonal of the rectangle formed by the two juxtaposed plates 10. The directions of the diagonals are alternated so as to have on the same long plate 44, the diagonals in two different directions, forming an angle between them.
En différenciant l’autre extrémité des modules, on empêche un retournement de ces modules qui donnerait une position différente des goujons 12.By differentiating the other end of the modules, a reversal of these modules is prevented, which would give a different position to the studs 12.
De plus on obtient sur chaque pôle des modules les deux goujons 12 disposés suivant une diagonale de l’ensemble de la surface de contact des deux plaques 10, ce qui répartit mieux la pression entre la barre 42, 44 et ces plaques des pôles en favorisant la conductivité électrique entre eux.In addition, on each pole of the modules are obtained the two studs 12 arranged along a diagonal of the entire contact surface of the two plates 10, which better distributes the pressure between the bar 42, 44 and these pole plates by promoting electrical conductivity between them.
La figure 6 présente sur chaque extrémité de module les goujons 12 fixés suivant une diagonale, ces deux goujons étant disposés dans la direction transversale à l’extérieur du module. Pour chaque barre longue 44 reliant deux modules, les deux diagonales sont disposées suivant une même direction. On répartit aussi bien la pression entre la barre 42, 44 et les plaques 10 des pôles.Figure 6 shows on each module end the studs 12 fixed along a diagonal, these two studs being arranged in the transverse direction outside the module. For each long bar 44 connecting two modules, the two diagonals are arranged in the same direction. The pressure is equally distributed between the bar 42, 44 and the plates 10 of the poles.
La figure 7 présente sur chaque extrémité de module les goujons 12 fixés suivant une diagonale, dans la direction transversale un goujon étant disposé vers l’extérieur du module et l’autre vers l’intérieur.Figure 7 shows on each module end the studs 12 fixed along a diagonal, in the transverse direction one stud being disposed towards the outside of the module and the other towards the inside.
Pour chaque barre longue 44 reliant deux modules, les deux diagonales sont disposées suivant une même direction.For each long bar 44 connecting two modules, the two diagonals are arranged in the same direction.
On peut de la même manière choisir d’autres dispositions permettant d’éviter l’inversion d’une cellule 2 dans un même module, ou une inversion de modules, à partir de barres 42, 44 particulières adaptées à un type de batterie à assembler.One can in the same way choose other provisions making it possible to avoid the inversion of a cell 2 in the same module, or an inversion of modules, from bars 42, 44 particular adapted to a type of battery to be assembled .
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