FR3106439A1

FR3106439A1 - Connecteur électrique pour pile à combustible

Info

Publication number: FR3106439A1
Application number: FR2000517A
Authority: FR
Inventors: Bilal NAIM
Original assignee: Faurecia Systemes dEchappement SAS
Current assignee: Faurecia Systemes dEchappement SAS
Priority date: 2020-01-20
Filing date: 2020-01-20
Publication date: 2021-07-23
Anticipated expiration: 2040-01-20
Also published as: FR3106439B1

Abstract

Connecteur électrique pour pile à combustible Connecteur (1) électrique pour la mesure de(s) tension(s) de cellule d’une pile à combustible (P), comprenant au moins une touche (2), apte à assurer un contact électrique avec la tranche d’une plaque (B) de pile à combustible (P), un support (3) de ladite au moins une touche (2) et un moyen (4) de transport électrique apte à transporter le potentiel électrique de chaque au moins une touche (2), où le support (3) comprend au moins un râteau (31) comprenant un manche (33) et au moins une dent (32), accueillant une touche (2) à son extrémité distale. Figure pour l'abrégé : Figure 1

Description

Connecteur électrique pour pile à combustible

La présente invention concerne le domaine des connecteurs électriques et plus particulièrement les connecteurs électriques aptes à venir mesurer un potentiel individuellement pour chaque plaque d’une pile à combustible, afin de pouvoir contrôler le bon état de chacune des cellules constituantes de la pile à combustible.

Il est connu pour tester le bon état des cellules d’une pile à combustible, comprenant un empilement de plaques, de venir mesurer le potentiel de chaque plaque, typiquement en venant réaliser un contact sur la tranche de chaque plaque. Une telle plaque est typiquement une plaque bipolaire qui réunit dos à dos la cathode d’une cellule et l’anode de la cellule immédiatement adjacente. La tranche, métallique, de la plaque est en contact électrique avec ladite cathode et ladite anode. Aussi, la différence entre les potentiels de deux plaques bipolaires consécutives est la tension produite par la cellule située entre lesdites deux plaques. Cette tension est indicative du bon état de la cellule. Le bon état d’une pile résultant du bon état moyen ou cumulé des cellules composant la pile, une surveillance simultanée de l’état de toutes les cellules est avantageuse pour connaître l’état de la pile.

Il convient pour cela de disposer d’un connecteur apte à venir en contact avec la tranche de chacune des plaques afin de pouvoir transmettre le potentiel de laplaque à une unité de traitement.

Si la surveillance d’une pile à combustible est réalisée en fonctionnement, la pile à combustible étant embarquée sur un véhicule, il convient de réaliser un contact entre le connecteur et une tranche de plaque qui soit maintenu y compris en conditions de fortes vibrations.

Il est connu pour réaliser cette fonction, un connecteur qui assure le contact connecteur/plaque et son maintien au moyen d’une pince/clip, typiquement à ressort, enserrant l’épaisseur d’une plaque et s’y accrochant par friction.

Une telle approche présente plusieurs inconvénients. Un premier inconvénient est de nécessiter d’adapter la forme du profil de la tranche des plaques à celui de la pince/clip. Un autre inconvénient est lié à l’évolution des épaisseurs de plaque qui deviennent de plus en plus réduites et pour lesquelles la mise en place d’une pince/clip par friction risque d’endommager la plaque. Un autre inconvénient est que les pinces/clips nécessitent un positionnement précis relativement aux plaques, peu compatible avec la variabilité de la position relative des plaques.

Aussi il est recherché un nouveau paradigme de connecteur palliant ces inconvénients.

Pour cela, l’invention a pour objet un connecteur électrique pour la mesure de(s) tension(s) de cellule d’une pile à combustible, comprenant au moins une touche, apte à assurer un contact électrique avec la tranche d’une plaque de pile à combustible, un support de ladite au moins une touche et un moyen de transport électrique apte à transporter le potentiel électrique de chaque au moins une touche, où le support comprend au moins un râteau comprenant un manche et au moins une dent, accueillant une touche à son extrémité distale.

Des caractéristiques ou des modes de réalisation particuliers, utilisables seuls ou en combinaison, sont :

- une touche présente une section en « V », l’ouverture du « V » étant tournée vers la plaque,

- la surface intérieure du « V » comprend un matériau conducteur et la surface extérieure du « V » comprend un matériau isolant,

- un râteau comprend entre 1 et 20 dents, préférentiellement 10,

- un connecteur comprend autant de touches que de plaques,

- un râteau est conformé de manière à ce qu’une dent présente relativement à une plaque un premier angle, mesuré dans le plan d’une plaque, au moins tel que le manche ne puisse pas venir en contact avec une plaque avant que toutes les touches ne soient en contact avec leur plaque, préférentiellement compris entre 1,5° et 5° et encore préférentiellement compris entre 2° et 5°,

- une dent présente une longueur comprise entre 5 et 15 mm, préférentiellement égale à 10 mm,

- un manche présente, relativement aux plaques, un deuxième angle, mesuré dans le plan d’une plaque, compris entre -20° et +45°, préférentiellement compris entre 0° et 15° et encore préférentiellement compris entre 7° et 13°,

- une dent et/ou un manche est déformable de manière à pouvoir accommoder une variation de dimension et/ou de position d’une plaque, préférentiellement de manière élastique,

- le support comprend encore au moins un moyen élastique apte à appliquer audit au moins un râteau un effort de rappel en direction de la pile,

- un manche est articulé autour d’un axe perpendiculaire au plan des plaques et le moyen élastique comprend un ressort circulaire,

- le moyen élastique peut être sélectivement comprimé de manière à appliquer les touches contre les plaques ou relâché de manière à dégager les touches,

- le moyen de transport électrique comprend un fil par touche, reliant la touche à un moyen de connexion.

Dans un deuxième aspect de l’invention, une pile à combustible comprend un tel connecteur.

L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faite uniquement à titre d’exemple, et en référence aux figures en annexe dans lesquelles :

montre une vue perspective d’un mode de réalisation de l’invention disposé sur un empilement partiel d’une pile à combustible,

montre une vue perspective selon un autre point de vue du même mode de réalisation de l’invention seul,

montre une vue perspective détaillée des touches du même mode de réalisation,

montre une vue sectionnelle des touches relativement à la tranche d’une plaque,

montre un schéma, dans le plan d’une plaque, figurant les angles d’un connecteur.

En référence à la figure 1, une pile P est figurée par un empilement partiel de plaques B. Les plaques B sont séparées par des membranes intercalées entre deux plaques B. Une plaque B est amincie au niveau de sa tranche. Ainsi une plaque B qui présente typiquement une épaisseur de 0,6 mm présente une épaisseur de 0, 2 mm au niveau de sa tranche. Deux plus, deux plaques B successives sont séparées par une membrane qui, avec ses joints, présente une épaisseur de 0, 4 mm. Aussi une tranche présente une épaisseur de 0, 2 mm et est séparée de la tranche adjacente par un espace de 0,8 mm, ce qui la rend avantageusement accessible par une touche 2. Un connecteur 1 selon l’invention est disposé sur ladite pile P. Ce connecteur 1 comprend au moins une touche 2, ici au nombre de 10. Une telle touche 2 est apte à assurer un contact électrique avec la tranche d’une plaque B. Le connecteur 1 comprend encore un support 3 supportant ladite au moins une touche 2. Le connecteur 1 comprend encore un moyen 4 de transport électrique apte à transporter le potentiel électrique mesuré par chaque au moins une touche 2 jusqu’à une unité de traitement (non représentée).

Selon une caractéristique, le support 3 comprend une structure en forme de râteau 31. Ce râteau 31 comprenant un manche 33 et un peigne 38 portant au moins une dent 32. Chaque dent 32 porte une touche 2 à son extrémité distale. Toutes les dents 32 sont sensiblement parallèles entre elles et espacées d’une distance sensiblement égale à la distance entre deux plaques B. Toutes les dents 32 sont disposées sur un peigne 38, par exemple rectiligne, avantageusement disposé perpendiculairement au plan des plaques B. Le râteau 31 comporte encore un manche 33 fixé sensiblement perpendiculairement au peigne 38. Le râteau 31 permet ainsi d’appliquer simultanément toutes les touches 2 qu’il porte contre autant de tranches de plaques B en regard des touches 2.

Selon une autre caractéristique, plus particulièrement visible à la figure 3, une touche 2 présente une section en « V », l’ouverture du « V » étant tournée vers la plaque B. Ce « V » peut par exemple se prolonger de manière prismatique selon une direction sensiblement alignée avec la tranche des plaques B. Une telle forme en « V », l’ouverture du « V » étant nettement plus large que l’épaisseur d’une tranche de plaque B, permet d’attraper ladite tranche de plaque B, y compris dans le cas où ladite tranche est déplacée latéralement selon une direction perpendiculaire au plan de la plaque B, du fait des tolérances tant des plaques B que de leur assemblage, et permet ensuite de venir autocentrer une touche 2 sur une tranche de plaque B afin d’assurer un meilleur contact électrique.

Selon une autre caractéristique, plus particulièrement visible à la figure 4, la largeur du « V » au niveau de l’ouverture maximale est avantageusement multiple, selon un facteur multiplicatif compris entre 1 et 3, préférentiellement compris entre 1,5 et 2,5 et encore préférentiellement sensiblement égal à 2, de l’épaisseur de la tranche d’une plaque B. Ainsi pour une épaisseur de plaque B égale à 0,2 mm, la largeur de l’ouverture d’une touche 2 peut être égale à 0,5 mm. Deux plaques B étant distantes de 0,8 mm, ceci conduit à des touches 2 adjacentes en contact.

Selon une autre caractéristique, la surface intérieure 22 du « V » comprend un matériau conducteur et la surface extérieure 21 du « V » comprend un matériau isolant. Le matériau conducteur assure la conduction électrique avec la tranche métallique de la plaque B afin de venir relever son potentiel. Le matériau électrique est connecté à un fil 41 appartenant au moyen de transport 4 et associé de manière unique à la touche 2. Le matériau isolant électrique recouvre avantageusement la totalité de la surface extérieure 21 de la touche 2 et permet ainsi d’éviter tout court-circuit préjudiciable en cas de contact entre deux touches 2 voisines. Un tel contact est rendu possible par la proximité des touches 2 et leur mobilité rendue possible par une souplesse des dents 32 porteuses.

Selon une autre caractéristique avantageuse, telle qu’illustrée à la figure 4, la partie extérieure 22, isolante, outrepasse légèrement sur la partie intérieure 21.

Selon une autre caractéristique, un râteau 31 comprend entre 1 et 20 dents 32, et donc autant de touches 2. Le fait de disposer plusieurs dents 32 / touches 2 sur un même râteau 31 est avantageux en ce qu’il permet de les manœuvrer simultanément. Un trop grand nombre de dents 32 / touches 2 rend l’ensemble délicat à manœuvrer et augmente sa fragilité. Aussi un nombre préféré de dents 32 / touches 2 est de 10.

Selon une autre caractéristique, toutes les dents 32 / touches 2 d’un râteau 31 sont avantageusement alignées selon une droite. Cette droite est préférentiellement sensiblement perpendiculaire aux plaques B.

Selon une autre caractéristique, au moins une dent est décalée.

Selon une autre caractéristique, afin de gagner de la place, chaque dent est décalée relativement à ses voisines. Ainsi, par exemple, les dents sont disposées selon un V. Alternativement, les dents sont disposées en quinconce. Autrement dit, toutes les dents 32 / touches 2 d’un râteau 31 sont avantageusement alignées alternativement selon n droites. Ainsi par exemple, avec deux droites, les dents 32 paires sont alignés sur une première droite et les dents impaires sont alignées sur une deuxième droite. Les deux/n droites sont préférentiellement sensiblement perpendiculaires aux plaques B.

Vu la fonction d’un tel connecteur 1, il est avantageux de tester toutes les cellules. Aussi il convient qu’un connecteur 1 comprenne autant de touches 2 que de plaques B. Une pile à combustible P peut comprendre jusqu’à plusieurs centaines de plaques B. Compte tenu de la limitation du nombre de dents 32 / touches 2 par râteau 31, un connecteur 1 peut contenir plusieurs râteaux 31. De manière illustrative pour une pile P de 100 plaques B, un connecteur 1 comprend 10 râteaux 31 de 10 dents 32. Une pile P de 150 plaques B nécessite un connecteur 1 comprenant 15 râteaux de 10 dents 32 ou 10 râteaux de 15 dents 32 ou encore 25 râteaux de 6 dents 32. D’autres configurations sont encore possibles avec des râteaux comprenant des nombres de dent différents l’un de l’autre.

Selon une autre caractéristique, plus particulièrement illustré à la figure 5, un râteau 31 est conformé de manière à ce qu’une dent 32 présente relativement à une plaque B un angle α faible, afin qu’une touche 2 accoste doucement la plaque B. Cet angle α est mesuré dans le plan de la plaque B. Il convient cependant de prévoir une certaine latitude afin que le peigne 38 du râteau 31 ne vienne pas buter contre la tranche d’une plaque B à l’accostage. Il faut donc à minima que l’extrémité proximale d’une dent 32 soit éloignée de la plaque B d’au moins le décalage maximal D en hauteur que peuvent présenter les plaques B du fait de leur tolérances dimensionnelles et d’assemblage. En référence à la figure 5, il est supposé que la plaque B est la plus basse, tandis que la plaque B’ est le plus haute. Elles sont ainsi séparées d’une hauteur D. Ainsi, le décalage maximal D en hauteur entre deux plaques B étant de 0,2 mm, l’angle α doit être supérieur à arcsin (D/L), où L est la longueur d’une dent 32. Aussi, pour que le peigne 38 et le manche 33 du râteau 31 ne puisse pas venir en contact avec une plaque B’, la plus haute, avant que toutes les touches 2 ne soient en contact avec leur plaque B homologue/en regard, y compris la plus basse, l’angle α doit présenter une valeur au moins égale à la valeur seuil arcsin (D/L). A titre illustratif, pour D = 0,2 mm et L = 10 mm, cet angle seuil est égal à 1,14°. Aussi il est avantageusement retenu un angle α compris entre 1,5° et 5° et encore préférentiellement compris entre 2° et 5°.

Selon une autre caractéristique, une dent 32 présente une longueur comprise entre 5 et 15 mm, préférentiellement égale à 10 mm.

De même une touche 2 présente une longueur, selon une direction parallèle à la tranche de la plaque B, comprise entre 5 et 15 mm, préférentiellement égale à 10 mm. La hauteur d’une touche 2, selon une direction parallèle au plan d’une plaque B et perpendiculaire à la tranche de la plaque B peut aussi être comprise entre 5 et 15 mm, et préférentiellement égale à 10 mm.

Selon une autre caractéristique, un manche 33 présente, relativement à la tranche d’une plaque B, un angle β, mesuré dans le plan de la plaque B. Un angle β nul, le manche 33 étant parallèle à la tranche, permet de maximiser la force d’appui exercée par une touche 2 sur une plaque B, particulièrement lorsqu’est appliqué sur le manche 33 du râteau 31 un couple. De plus un angle β faible diminue d’autant la hauteur du connecteur 1 en débordement de la pile P. Un angle de 10° présente d’autres avantages. Aussi, l’angle β est compris entre -20 et 45°, préférentiellement compris entre 0 et 15° et encore préférentiellement entre 7 et 13°.

Selon une autre caractéristique, une dent 32 et/ou un manche 33 sont déformables. Ceci permet d’accommoder une variation de dimension et/ou de position d’une plaque B. Cette déformation est préférentiellement élastique afin que la dent 32 et/ou le manche 33 revienne en position lors du retrait de l’appui et de plus cette élasticité contribue à maintenir l’appui de la touche 2 contre la plaque B. La déformabilité des dents 32 et/ou des manches 33 permet d’accommoder une variation de position relative des plaques B tant selon une direction perpendiculaire au plan des plaques B, où elle coopère avec le « V » des touches 2, que selon une direction comprise dans le plan des plaques B.

Selon une autre caractéristique, le support 3 comprend encore un moyen élastique 34. Ce moyen peut être de toute forme ou matière, tant qu’il est apte à appliquer audit au moins un râteau 31 un effort de rappel en direction de la pile P, soit un effort appliquant les touches 2 contre les tranches des plaques B.

Selon un mode de réalisation plus particulièrement illustré, un manche 33 est articulé autour d’un axe perpendiculaire au plan des plaques B et le moyen élastique 34 est un ressort circulaire ou spirale apte à appliquer un couple de rotation autour dudit axe. Le support 3 comprend encore avantageusement un porte manche 35 ou porte axe de rotation 35, avantageusement fixé à la pile P. Selon le mode de réalisation illustré une extrémité du moyen élastique 34 est solidaire et/ou confondue avec le manche 33 et l’autre extrémité 37 est actionnable pour comprimer le moyen élastique 34 et blocable dans un moyen d’arrêt 36 permettant de la retenir alors que le moyen élastique 34 est comprimé.

L’utilisation d’un tel moyen élastique 34 permettant d’appliquer un effort/couple au râteau 31, qui permet d’appliquer un effort maintenu sur les touches 2. Ceci permet de garantir un maintien du contact entre touche 2 et plaque B, même en présence de vibrations.

Selon un mode de réalisation, un moyen élastique 34 est utilisé pour chaque râteau 31. Alternativement, un moyen élastique 34 est commun à plusieurs, voir à tous les râteaux 31 d’un connecteur 1.

Selon une autre caractéristique, le moyen élastique 34 peut être sélectivement comprimé de manière à appliquer les touches 2 contre les plaques B ou relâché de manière à dégager les touches 2. Selon le mode de réalisation illustré, ceci est réalisé en accrochant l’extrémité 37 dans l’encoche de la pièce 36 en position comprimé ou en retirant l’extrémité 37 de l’encoche de manière à détendre le moyen élastique 34.

Selon une autre caractéristique, le moyen 4 de transport électrique comprend un fil 41 par touche 2. Ce fil 41 relie la touche 2 à un moyen de connexion (non représenté) permettant la connexion à une unité de traitement. Chaque fil 41 est relié à la partie conductrice 22 d’une touche 2 et porte le potentiel d’une plaque B jusqu’à l’unité de traitement. Un fil 41 est donc avantageusement isolé.

A l’exception de la partie conductrice 22 d’une touche 2 et de la partie conductrice d’un fil 41 qui sont avantageusement réalisé en matériau métallique, l’ensemble des composants d’un connecteur 1, moyen élastique 34 inclus, sont préférentiellement réalisés en matériau plastique.

L’invention concerne encore une pile à combustible P comprenant un connecteur 1 selon l’un quelconque des modes de réalisation décrits précédemment.

L’invention a été illustrée et décrite en détail dans les dessins et la description précédente. Celle-ci doit être considérée comme illustrative et donnée à titre d’exemple et non comme limitant l’invention à cette seule description. De nombreuses variantes de réalisation sont possibles.

1 : connecteur,

2 : touche,

21 : extérieur,

22 : intérieur,

3 : support,

31 : râteau,

32 : dent,

33 : manche,

34 : moyen élastique,

35 : porte manche,

36 : arrêt moyen élastique,

37 : extrémité moyen élastique,

38 : peigne,

4 : moyen de transport,

41 : fil,

B, B’ : plaque,

P : pile

Claims

Connecteur (1) électrique pour la mesure de(s) tension(s) de cellule d’une pile à combustible (P), comprenant au moins une touche (2), apte à assurer un contact électrique avec la tranche d’une plaque (B) de pile à combustible (P), un support (3) de ladite au moins une touche (2) et un moyen (4) de transport électrique apte à transporter le potentiel électrique de chaque au moins une touche (2),caractérisé en ce quele support (3) comprend au moins un râteau (31) comprenant un manche (33) et au moins une dent (32), accueillant une touche (2) à son extrémité distale.
Connecteur (1) selon la revendication précédente, où une touche (2) présente une section en «V», l’ouverture du «V» étant tournée vers la plaque (B).)
Connecteur (1) selon la revendication précédente, où la surface intérieure (22) du « V » comprend un matériau conducteur et la surface extérieure (21) du « V » comprend un matériau isolant.
Connecteur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, où un râteau (31) comprend entre 1 et 20 dents (32), préférentiellement 10.
Connecteur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant autant de touches (2) que de plaques (B).
Connecteur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, où un râteau (31) est conformé de manière à ce qu’une dent (32) présente relativement à une plaque (B) un premier angle (α), mesuré dans le plan d’une plaque (B), au moins tel que le manche (33) ne puisse pas venir en contact avec une plaque (B) avant que toutes les touches (2) ne soient en contact avec leur plaque (B), préférentiellement compris entre 1,5° et 5° et encore préférentiellement compris entre 2° et 5°.
Connecteur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, où une dent (32) présente une longueur comprise entre 5 et 15 mm, préférentiellement égale à 10 mm.
Connecteur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, où un manche (33) présente, relativement aux plaques (B), un deuxième angle (β), mesuré dans le plan d’une plaque (B), compris entre -20° et +45°, préférentiellement compris entre 0° et 15° et encore préférentiellement compris entre 7° et 13°.
Connecteur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, où une dent (32) et/ou un manche (33) est déformable de manière à pouvoir accommoder une variation de dimension et/ou de position d’une plaque (B), préférentiellement de manière élastique.
Connecteur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, où le support (3) comprend encore au moins un moyen élastique (34) apte à appliquer audit au moins un râteau (31) un effort de rappel en direction de la pile (P).
Connecteur (1) selon la revendication précédente, où un manche (33) est articulé autour d’un axe perpendiculaire au plan des plaques (B) et le moyen élastique (34) comprend un ressort circulaire.
Connecteur (1) selon l’une quelconque des deux revendications précédentes, où le moyen élastique (34) peut être sélectivement comprimé de manière à appliquer les touches (2) contre les plaques (B) ou relâché de manière à dégager les touches (2).
Connecteur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, où le moyen (4) de transport électrique comprend un fil (41) par touche (2), reliant la touche (2) à un moyen de connexion.
Pile à combustible (P) comprenant un connecteur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes.