FR3129785A1

FR3129785A1 - Batterie électrique à configuration verticale

Info

Publication number: FR3129785A1
Application number: FR2112789A
Authority: FR
Inventors: Alexandre VALLETTE
Original assignee: Capacite
Current assignee: Capacite
Priority date: 2021-12-01
Filing date: 2021-12-01
Publication date: 2023-06-02
Also published as: WO2023099566A1

Abstract

L’invention concerne une batterie électrique (1), comportant : un premier étage (2) et un deuxième étage (3) comportant chacun une pluralité de cellules (21, 31) de charges électriques présentant chacune des faces d’extrémités (21a, 21b, 31a, 31b) opposées et pourvues chacune d’une borne de contact ; le deuxième étage étant superposé au premier étage ; au moins une première carte de circuit imprimé (4) disposée entre le premier étage et le deuxième étage, la première carte de circuit imprimé étant pourvue d’une pluralité d’éléments de connexion électrique (5), chacun situé en vis-à-vis d’une borne de contact d’une cellule; caractérisée en ce que la première carte de circuit imprimé comporte une portion principale dans laquelle sont formées une pluralité d’encoches (43) définissant chacune une languette (44) élastiquement déformable, chaque élément de connexion électrique étant disposé sur l’une des languettes. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 1

Description

Batterie électrique à configuration verticale

L’invention concerne le domaine des batteries électriques des véhicules. Plus spécifiquement, l’invention concerne le domaine de l’interconnexion électrique des cellules de charge électrique d’une batterie électrique.

Les batteries électriques, notamment dans le cas des véhicules électriques, consistent généralement en un assemblage de cellules de charge électrique, également appelées accumulateurs. Lorsqu’ils sont interconnectés, en série ou en parallèles, ces accumulateurs permettent de délivrer une puissance électrique, par exemple destinée à alimenter électriquement les équipements du véhicule ou encore son moteur.

Dans ce contexte, lorsqu’il s’agit d’une batterie d’un vélo à assistance électrique, les cellules sont usuellement juxtaposées pour former un unique bloc, lequel peut alors être logé dans un boîtier pouvant être fixé au cadre d’un vélo électrique, sur le tube principal, ou encore au niveau d’un porte-bagage, ou encore être rangé dans un sac prévu à cet effet. Pour autant, cette solution n’est pas satisfaisante, dans la mesure où tous les vélos ne sont pas nécessairement prévus d’une fixation permettant d’attacher le boîtier. De plus, cette fixation peut ne pas être suffisamment sécurisée, ce qui impose à l’utilisateur de détacher et d’emporter la batterie dès qu’il quitte son vélo. Enfin, ce boîtier présente un encombrement important qui peut être gênant pour l’utilisateur lors de sa circulation.

Ce problème d’encombrement est par ailleurs transposable au domaine des véhicules automobiles électriques et hybrides, dans la mesure où l’emplacement requis dans une voiture pour une batterie susceptible de conférer au véhicule une autonomie satisfaisante est particulièrement important.

Dans ce contexte, il existe un besoin pour d’autres configurations géométriques de batterie, comme des batteries à orientation verticale. Une telle configuration permettrait en effet d’agencer une batterie dans un ou plusieurs tubes du cadre d’un vélo, d’une trottinette, ou encore à différents emplacements du châssis d’un véhicule automobile.

De façon concomitante, il existe un besoin pour une batterie dans laquelle les cellules sont interconnectées sans opération de soudage, afin de pouvoir faciliter l’assemblage et le démontage de cette batterie, et de permettre des opérations de remplacement de cellules usagées dans le cadre d’une opération de maintenance ou de reconditionnement de la batterie.

Il existe ainsi un besoin pour une batterie présentant une configuration géométrique verticale et qui soit simple à assembler, à réparer et à reconditionner. L’invention s’inscrit dans ce contexte et vise à répondre à ce besoin.

A ces fins, l’invention a pour objet une batterie électrique, comportant :

Un premier étage comportant une pluralité de cellules de charges électriques, chaque cellule présentant des faces d’extrémités situées sur des côtés opposés de la cellule, chaque face d’extrémité étant pourvue d’une borne de contact ;
Un deuxième étage comportant une pluralité de cellules de charges électriques, chaque cellule présentant des faces d’extrémités situées sur des côtés opposés de la cellule, chaque face d’extrémité étant pourvue d’une borne de contact, le deuxième étage étant superposé au premier étage ;
au moins une première carte de circuit imprimé disposée entre des faces d’extrémités des cellules du premier étage et des faces d’extrémités des cellules du deuxième étage, la première carte de circuit imprimé étant pourvue d’une pluralité d’éléments de connexion électrique, chacun des éléments de connexion électrique étant situé en vis-à-vis d’une borne de contact d’une cellule du premier étage ou du deuxième étage.

L’invention est caractérisée en ce que la première carte de circuit imprimé comporte une portion principale dans laquelle sont formées une pluralité d’encoches, chaque encoche définissant une languette élastiquement déformable par rapport à la portion principale, chaque élément de connexion électrique étant disposé sur l’une des languettes de la première carte de circuit imprimé.

On comprend ainsi que l’agencement en étages des cellules permet, en comparaison avec une configuration en bloc unique, de diminuer les dimensions longitudinale et latérale de la batterie et d’augmenter sa hauteur, de sorte à obtenir une batterie présentant une configuration géométrique sensiblement verticale, comme un cylindre. Afin de permettre une interconnexion des étages entre eux, une partie des élément de connexion électrique est disposée sur l’une des faces de la première carte de circuit imprimé et l’autre partie des éléments de connexion électrique est disposée sur la face opposée de la première carte de circuit imprimée. L’utilisation d’une carte de circuit imprimé disposée entre ces étages permet ainsi de réaliser des montages en série ou en parallèle des étages entre eux. En outre, la formation, au moyen des encoches, de languettes élastiquement déformables permet de maintenir un contact entre les éléments de connexion électrique de la première carte de circuit imprimé et les bornes de contact des cellules du premier étage et du deuxième étage sans nécessiter de soudure, ce qui autorise le remplacement d’une ou plusieurs cellules lorsqu’elles sont usagées.

On entend par « cellule de charge électrique » un dispositif élémentaire, par exemple électrochimique, de stockage d’électricité, pouvant se décharger et être chargé. Chaque cellule peut être de type lithium, par exemple de type lithium-ion ou de type lithium-polymère. Chaque cellule peut par exemple être de forme globalement cylindrique, les bornes de contact étant prévues sur chaque face d’extrémité délimitant le cylindre, l’une de ces bornes étant une borne dite positive et l’autre étant une borne négative. On entend par « orientation d’une cellule de charge électrique » l’orientation des bornes positive et négative et on entend par « axe d’une cellule de charge électrique » un axe passant par la borne positive et par la borne négative.

On entend par « carte de circuit imprimé » une carte de circuit imprimé, ou PCB (de l’anglais Printed Circuit Board), pourvue de pistes électriques interconnectant les éléments de connexion. De préférence, la première carte de circuit imprimé pourra comporter un ensemble de pistes électriques reliant l’une de ses faces à l’autre de ces saces, de sorte que l’une des faces puisse collecter la puissance électrique stockée dans chacune des cellules électriques de charge de l’un des premier et deuxième étages et la transmettre à l’autre des premier et deuxième étages.

Avantageusement, les cellules de chacun des premier et deuxième étages sont juxtaposées les unes autres, par exemple selon un agencement matriciel, circulaire ou en quinconce, notamment de sorte que leurs bornes de contact situées en vis-à-vis de la première carte de circuit imprimé soient coplanaires.

Avantageusement, les cellules d’un même étage présentent une orientation identique. De préférence, les cellules du premier étage et les cellules du deuxième étage présentent une orientation identique. En d’autres termes, toutes les cellules de l’un des premier et deuxième étages verront leurs bornes positives disposées en vis-à-vis de la première carte de circuit imprimé et toutes les cellules de l’autre des premier et deuxième étages verront leurs bornes négatives disposées en vis-à-vis de la première carte de circuit imprimé.

Avantageusement, la batterie comporte un boîtier dans lequel sont logés les premier et deuxième étages et la première carte de circuit imprimé.

Avantageusement toujours, la batterie comporte une carte de circuit imprimé distale supérieure et une carte de circuit imprimé distale inférieure, chacune de ces cartes de circuit imprimé distales étant pourvue d’une pluralité d’éléments de connexion électrique et comportant une portion principale dans laquelle sont formées une pluralité d’encoches, chaque encoche définissant une languette élastiquement déformable par rapport à la portion principale, chaque élément de connexion électrique étant disposé sur l’une des languettes de cette carte de circuit imprimé distale. Le cas échéant, les premier et deuxième étages et la première carte de circuit imprimé pourront être agencés entre les cartes de circuit imprimés distales supérieure et inférieure en leur étant électriquement reliés. Si on le souhaite, l’une des cartes de circuit imprimé distales supérieure et inférieure pourra être relié ou pourra supporter un connecteur de sortie apte à collecter la puissance électrique stockée dans chacune des cellules électriques de charge des premier et deuxième étages et/ou un système électronique de gestion de la batterie (également nommé BMS, de l’anglais Battery Management System).

Dans un mode de réalisation de l’invention, chacun des éléments de connexion électrique de la carte de circuit imprimé distale supérieure pourra être situé en vis-à-vis d’une borne de contact d’une cellule du premier étage, opposée à la borne de contact de cette cellule située en vis-à-vis d’un élément de connexion électrique de la première carte de circuit imprimé et chacun des éléments de connexion électrique de la carte de circuit imprimé distale inférieure pourra être situé en vis-à-vis d’une borne de contact d’une cellule du deuxième étage, opposée à la borne de contact de cette cellule située en vis-à-vis d’un élément de connexion électrique de la première carte de circuit imprimé.

Dans un autre mode de réalisation de l’invention, la batterie pourra comporter un ou plusieurs étages de cellules de charge électriques interposés entre le premier étage et la carte de circuit imprimé distale supérieure et/ou entre le deuxième étage et la carte de circuit imprimé distale inférieure.

Avantageusement, la première carte de circuit imprimé est agencée par rapport aux cellules des premier et deuxième étages de sorte que chaque cellule de l’un des premier et deuxième étages créé un effort mécanique sur l’une des languettes dirigé vers l’autre des premier et deuxième étages, et chaque languette de la première carte de circuit imprimé, en vis-à-vis de laquelle est située une borne de contact d’une cellule du premier étage ou du deuxième étage, forme un ressort présentant une force de rappel dirigée vers cette cellule. En d’autres termes, une partie des languettes de la première carte de circuit imprimé est ainsi pliée vers l’un des premier et deuxième étages tandis que l’autre partie de ces languettes est pliée vers l’autre des premier et deuxième étages de sorte que la première carte de circuit imprimé soit comprimée entre les cellules de ces étages.

Avantageusement, chaque cellule du premier étage est décalée axialement vis-à-vis de chacune des cellules du deuxième étage. Par exemple, l’axe de chaque cellule du premier étage pourra passer entre les axes de deux cellules voisines du deuxième étage. Selon cette caractéristiques, les languettes en contact avec les bornes des cellules du première étage sont alternées avec les languettes en contact avec les bornes des cellules du deuxième étage, de sorte que chaque languette puisse être pliée par l’une des cellules d’un étage sans être gênée par une cellule de l’autre étage.

Dans un exemple de réalisation de l’invention, chaque encoche de la première carte de circuit imprimé présente une forme en U. Le cas échéant, les encoches pourront être orientées radialement, vers un centre de la première carte de circuit imprimé. Dans cet exemple, on pourra par exemple prévoir que les lignes de pliage des languettes soient situées sensiblement à une même distance dudit centre. En variante, les encoches pourront être agencées les une après les autres, par exemple le long d’un cercle.

Avantageusement, chaque élément de connexion est pourvu d’une bosse réalisée dans un matériau conducteur d’électricité venant en contact avec la borne de contact d’une des cellules du premier étage ou du deuxième étage. Cette bosse peut par exemple être réalisée par dépôt du matériau conducteur d’électricité en fusion, par exemple de l’étain, au niveau d’une terminaison d’une piste électrique située sur la languette. Ce mode de réalisation permet de faciliter le contact entre la piste électrique et la borne de contact dans le cas où la borne de contact est plane.

Dans un autre mode de réalisation de l’invention, la borne de contact de chaque cellule destinée à venir en contact avec l’un des éléments de connexion fait saillie de la face d’extrémité de la cellule. Dans ce cas, le premier élément de connexion peut être plan.

Dans un mode de réalisation de l’invention, la batterie comporte une entretoise pourvue d’un réceptacle dans lequel est logée la première carte de circuit imprimé, l’entretoise comportant une première et une deuxième pluralités d’orifices agencées de part et d’autre dudit réceptacle, chaque orifice des première et deuxième pluralités d’orifices étant agencé en vis-à-vis d’une languette de la première carte de circuit imprimé et recevant une face d’extrémité d’une cellule du premier étage, respectivement du deuxième étage. De préférence, le réceptacle présente une forme complémentaire à celle de la première carte de circuit imprimé, la première carte de circuit présentant par exemple un pourtour ondulé.

Avantageusement, l’entretoise comporte un premier organe de séparation comportant ladite première pluralité d’orifices et un deuxième organe de séparation comportant ladite deuxième pluralité d’orifices, lesdits orifices étant notamment traversants, chaque organe de séparation comportant un logement et les organes de séparations étant assemblés l’un à l’autre de sorte que lesdits logements viennent en vis-à-vis pour former ledit réceptacle.

Avantageusement, chacun des premier et deuxième organes de séparation comporte une pluralité de cavités formées chacune dans cet organe de séparation et venant en vis-à-vis d’un orifice de l’autre des premier et deuxième organes de séparation. Chaque cavité autorise ainsi un débattement de la languette de la première carte de circuit imprimé, située en vis-à-vis de cet orifice, vers cet organe de séparation.

Dans un mode de réalisation de l’invention, la première carte de circuit imprimé comporte un perçage central. Le cas échéant, la batterie comporte une tige centrale de liaison passant entre les cellules du première étage, traversant ledit perçage central et passant entre les cellules du deuxième étage, et des organes de serrage coopérant avec ladite tige centrale pour exercer un effort mécanique sur le premier étage orienté vers le deuxième étage et pour exercer un effort mécanique sur le deuxième étage orienté vers le premier étage.

Avantageusement, chaque extrémité de la tige centrale de liaison passe au travers d’une platine, pouvant être formée par une paroi d’un boîtier de la batterie ou par une carte de circuit imprimé distale, et coopère avec l’un des organes de serrage pour contraindre ladite plane de sorte qu’elle exerce un effort mécanique sur l’étage situé du côté de cette extrémité et orienté vers l’autre étage. Par exemple, cet effort pourra être exercé directement sur cet étage si cet étage est disposé directement entre ladite platine et la première carte de circuit imprimé. En variante, cet effort pourra être un effort répercuté par un ou plusieurs étages intermédiaires interposés entre ladite platine et cet étage.

Si on le souhaite, ladite extrémité pourra être filetée et ledit organe de serrage pourra comporter une rondelle et un boulon.

Avantageusement, ladite entretoise comporte une pluralité de perçages périphériques, débouchant ou non, et la batterie comporte une pluralité de tiges périphériques de liaison agencées autour des premier et deuxième étages et traversant chacune l’un des perçages périphériques. Ces tiges périphériques participent ainsi au maintien de la batterie tout en s’opposant à des mouvements de rotation axiaux des étages entre eux.

Dans un mode de réalisation de l’invention, la batterie comporte une carte de circuit imprimé supplémentaire s’étendant le long des premier et deuxième étages et de façon sensiblement perpendiculaire avec la première carte de circuit imprimé, et un connecteur électrique reliant la première carte de circuit imprimé avec la carte de circuit imprimé supplémentaire. Avantageusement, la carte de circuit imprimé supplémentaire peut être reliée à une carte de circuit imprimé distale supportant ou étant reliée à un système électronique de gestion de la batterie. Selon un exemple, la première carte de circuit imprimé pourra comporter une excroissance s’étendant vers la carte de circuit imprimé supplémentaire, le connecteur électrique comportant une lame ressort s’étendant depuis l’excroissance, en étant connectée à une piste de la première carte de circuit imprimé, vers la carte de circuit imprimé supplémentaire pour venir au contact d’une piste de cette carte de circuit imprimé supplémentaire.

Dans un mode de réalisation de l’invention, la batterie comporte :

au moins un troisième étage comportant une pluralité de cellules de charges électriques, chaque cellule présentant des faces d’extrémités situées sur des côtés opposés de la cellule, chaque face d’extrémité étant pourvue d’une borne de contact, le troisième étage étant superposé au deuxième étage ;
au moins une deuxième carte de circuit imprimé disposée entre des faces d’extrémités des cellules du deuxième étage et des faces d’extrémités des cellules du troisième étage, la carte de circuit imprimé étant pourvue d’une pluralité d’éléments de connexion électrique, chacun des éléments de connexion électrique étant situé en vis-à-vis d’une borne de contact d’une cellule du deuxième étage ou du troisième étage.

Le cas échéant, la batterie est caractérisée en ce que la deuxième carte de circuit imprimé comporte une portion principale dans laquelle sont formées une pluralité d’encoches, chaque encoche définissant une languette élastiquement déformable par rapport à la portion principale, chaque élément de connexion électrique étant disposé sur l’une des languettes de la deuxième carte de circuit imprimé.

La présente invention est maintenant décrite à l’aide d’exemples uniquement illustratifs et nullement limitatifs de la portée de l’invention, et à partir des dessins annexés, dessins sur lesquels les différentes figures représentent :

représente, schématiquement et partiellement, une vue en perspective d’une batterie électrique selon un mode de réalisation de l’invention ;

représente, schématiquement et partiellement, une vue en éclaté de la batterie électrique de la ;

représente, schématiquement et partiellement, une vue en coupe de la batterie électrique de la ;

représente, schématiquement et partiellement, une vue selon une autre coupe de la batterie électrique de la ;

représente, schématiquement et partiellement, un organe de séparation de la batterie électrique de la ; et

représente, schématiquement et partiellement, une carte de circuit imprimé de la batterie électrique de la .

Dans la description qui suit, les éléments identiques, par structure ou par fonction, apparaissant sur différentes figures conservent, sauf précision contraire, les mêmes références. En outre, les termes « supérieur », « inférieur », « haut » et « bas » doivent être interprétés dans le contexte de l’orientation de la batterie électrique telle qu’elle a été représentée, correspondant à une utilisation normale de cette batterie, comme par exemple lorsqu’elle est montée dans un tube principal d’un cadre d’un vélo à assistance électrique.

On a représenté en une vue partielle d’un batterie électrique 1 par exemple destinée à être intégrée à l’intérieur d’un cadre d’un vélo à assistance électrique, notamment dans un tube principal. La représente un éclaté de cette batterie électrique 1 et les et représentent chacune une vue en coupe, selon deux plans diamétraux P1 et P2, de cette batterie électrique 1.

La batterie 1 comporte un premier étage 2, dit inférieur, et un deuxième étage 3, dit supérieur et superposé au premier étage 2.

Chaque étage 2 et 3 comporte une pluralité de cellules de charge électrique 21, respectivement 31, les cellules d’un même étage étant juxtaposées les unes aux autres. Dans l’exemple décrit, chaque cellule 21 et 31 est un accumulateur de type lithium-ion de forme cylindrique et présentant une face d’extrémité supérieure 21a, 31a et une face d’extrémité inférieure 21b, 31b, pourvues chacune d’une borne de contact plane positive ou négative. Les faces supérieures 21a, 31a des cellules d’un même étage 2,3 sont coplanaires, de même que les faces inférieures 21b, 31b des cellules d’un même étage 2,3.

Tel que représenté en et , chaque étage 2 et 3 comporte quatre cellules 21, 31, toutes orientées de façon identique, la borne positive étant située au niveau d’une face supérieure 21a, 31a et la borne négative étant située au niveau d’une face inférieure 21b, 31b. En outre, les cellules d’un même étage sont agencées en carré. La présente invention ne se limite pas à cette orientation, ce nombre et cet agencement et on pourra indifféremment prévoir que les cellules présentent des orientations diverses, dans un même étage ou d’un étage à l’autre ou encore que les étages comportent un nombre distinct de cellules ou présentent des agencements distincts.

Afin d’interconnecter les cellules 21 du premier étage 2 avec les cellules 31 du deuxième étage 3, la batterie 1 comporte une première carte de circuit imprimé 4 interposée entre les faces inférieures 31b des cellules 31 du deuxième étage 3 et les faces supérieures 21a des cellules 21 du premier étage 2. Cette carte de circuit imprimé 4 est représentée seule en .

Cette carte de circuit imprimé 4 comporte des éléments de connexion 5, prévus sur la face inférieure 41 et la face supérieure 42 de la carte 4 et destinés à venir en vis-à-vis des bornes des faces inférieures 31b et des faces supérieures 21a. La carte 4 est ainsi pourvue d’une pluralité de pistes électriques, formant différentes couches externes et internes de cette carte 4, et permettant de relier les éléments de connexion 5 entre eux.

La carte de circuit imprimé 4 comporte une portion principale dans laquelle ont été découpées une pluralité d’encoches 43, en l’occurrence huit, chacune présentant une forme de U et toutes étant orientées radialement vers un centre de la carte 4. Chacune des encoches 43 définit une languette 44, reliée à la portion principale par une seule de ses arêtes. Chaque languette 44 est ainsi élastiquement déformable par rapport à la portion principale et forme un ressort présentant une force de rappel ramenant la languette 44 vers la portion principale lorsqu’un effort est exercé sur cette languette 44. Chaque languette 44 peut ainsi indifféremment être pliée vers le premier étage 2 ou vers le deuxième étage 3.

Chaque élément de connexion électrique 5 est formé sur l’une des languettes 44, soit du côté de la face inférieure 41 soit de la face supérieure 42, et comporte à cet effet une bosse en étain disposée au niveau d’une terminaison d’une piste électrique de la carte 4 s’étendant sur cette languette 44.

On constate, au vu de la , que seules certaines de languettes 44 sont pourvues, sur leur face supérieure 42, d’un élément de connexion électrique 5. Plus précisément, les languettes 44 pourvues d’un élément de connexion électrique 5 sur leur face supérieure 42 sont alternées avec les languettes 44 pourvues d’un élément de connexion électrique 5 sur leur face inférieure 41.

La batterie électrique 1 comporte une entretoise 6 formé par un premier organe de séparation inférieur 61, interposé entre le premier étage 2 et la carte de circuit imprimé 4, et d’un deuxième organe de séparation supérieur 62, interposé entre le deuxième étage 3 et la carte de circuit imprimé 4. Ces organes de séparation 61 et 62 sont de forme identique, de sorte qu’un seul de ces organes a été représenté en .

Chaque organe de séparation 61, 62 comporte un logement 63, les logements 63 venant en vis-à-vis, lorsque les organes de séparation 61 et 62 sont assemblés, pour définir un réceptacle dans lequel est logé la première carte de circuit imprimé 4. On notera que, dans l’exemple décrit, les organes de séparation 61, 62 peuvent être assemblés en faisant correspondre les logements 63 par une rotation d’un quart de tour de l’un des organes 61 ou 62, l’autre restant fixe. De la sorte, le pourtour du réceptacle ainsi obtenu est sensiblement identique à celui de la première carte de circuit imprimé 4, à savoir un pourtour de profil sensiblement ondulé, ce qui permet de prévenir toute rotation de cette carte 4 dans le réceptacle.

Chaque organe de séparation 61 et 62 comporte une pluralité d’orifices traversants 64, en l’occurrence quatre, venant en vis-à-vis des languettes 44 pourvues d’un élément de connexion électrique 5 sur leur face inférieure 41, respectivement supérieure 42. Chaque orifice traversant 64 des organe de séparation 61 et 62 est ainsi destiné à être traversés par l’une des cellules 21 ou 31 de l’étage inférieur 2, respectivement supérieur 3, de sorte que la face supérieure 21a, respectivement inférieure 31b, de cette cellule vienne en vis-à-vis de l’élément de connexion électrique 5 prévu sur la languette 44 s’étendant en regard de cet orifice 64.

On notera que l’assemblage des organes de séparation 61, 62 est réalisé de sorte que les orifices 64 de l’un de ces organes soient décalés axialement avec les orifices 64 de l’autre de ces organes, les cellules 21 du premier étage 2 étant ainsi, après assemblage de la batterie 1, également décalées axialement avec les cellules 31 du deuxième étage 3.

Par ailleurs, chaque organe de séparation 61 et 62 comporte une pluralité de cavités 65 usinées dans le logement 63, entre les orifices traversants 64 de cet organe. Chaque cavité 65 d’un organe de séparation vient ainsi, une fois les organes de séparation 61 et 62 assemblés, en vis-à-vis d’un orifice 64 de l’autre organe de séparation et donc d’une languette 44. De la sorte, chaque languette 44 de la première carte de circuit imprimé 4 peut être pliée dans la cavité 65 en vis-à-vis de laquelle elle est agencée, sans que son débattement dans cette cavité 65 ne soit gêné par l’une des cellules 21 ou 22.

Les organes de séparation 61 et 62 présentent chacun un perçage 66, ces perçages venant en alignement avec un perçage 45 prévu dans la première carte de circuit imprimé 4 lorsque les organes 61 et 62 sont assemblés et que la carte 4 est logée dans son réceptacle.

La batterie comporte une carte de circuit imprimé distale inférieure 71 disposée en dessous du premier étage 2 et une carte de circuit imprimé distale supérieure 72 disposée au-dessus du deuxième étage 3.

Ces cartes de circuit imprimé distales 71 et 72 ont été réalisées de façon similaire à la première carte de circuit imprimé 4 et comportent une pluralité d’encoches 73 définissant des languettes 74 formant chacune un ressort et étant pourvue d’un élément de connexion électrique 5.

Chaque carte de circuit imprimé distale 71 et 72 vient en vis-à-vis de l’étage inférieur 2, respectivement supérieur 3, de sorte que la face inférieure 21b, respectivement supérieure 31b, de chaque cellule 21 et 31 de cet étage vienne en vis-à-vis de l’élément de connexion électrique 5 prévu sur l’une des languettes 74 de cette carte. Dans l’exemple décrit, les cartes de circuit imprimé distales 71 et 72 comportent moins de languettes 74 que la première carte de circuit imprimé 4, étant entendu que ces cartes pourraient être identiques, une partie seulement des languettes 74 des cartes distales 71 et 72 étant alors employées.

On pourrait envisager d’ajouter un organe de séparation, identique aux organes 61 et 62, en regard de ces cartes de circuit imprimé distales 71 et 72 pour améliorer le positionnement des cellules 21 et 31.

La batterie électrique 1 comporte une tige centrale 8 (non représentée en ) traversant des perçages 75 réalisés dans les cartes de circuit imprimés distales 71 et 72 et les perçages 45 et 66. Chaque extrémité de la tige centrale 8 est filetée et coopère avec un organe de serrage 9, en l’occurrence formé par une rondelle et un boulon (uniquement représenté en et ).

Comme représenté en et , lorsqu’il est serré, chaque organe de serrage 9 exerce un effort mécanique sur la carte de circuit imprimé distale 71 ou 72 contre laquelle il est plaqué, cet effort étant orienté vers l’autre carte de circuit imprimé distale. Ces deux efforts sont répercutés sur les cellules 21 et 31 des premier et deuxième étages 2 et 3, chacune de ces cellules 21 et 31 exerçant, au niveau de sa face inférieure 21b, respectivement supérieure 31a, un effort sur la languette 74 de la carte de circuit imprimé distale en vis-à-vis de laquelle elle est disposée. Chaque languette 74 est ainsi déformée élastiquement par l’une des cellules 21 et 31 en étant poussée vers l’extérieur de la batterie 1. L’effort créé par cette cellule sur cette languette 74 étant orienté vers l’extérieur de la batterie 1, la force de rappel du ressort formé par cette languette 74 s’exerce donc vers l’intérieur de la batterie 1, ce qui vient maintenir un contact entre la borne de cette cellule et l’élément de connexion électrique 5 porté par cette languette 74.

De façon similaire, chacune des cellules 21 et 31 des premier et deuxième étage 2 et 3 exerce, au niveau de sa face supérieure 21a, respectivement inférieure 31b, un effort sur la languette 44 de la première carte de circuit imprimé 4 en vis-à-vis de laquelle elle est disposée, cet effort étant orienté vers l’autre étage. Chaque languette 44 est ainsi déformée élastiquement par l’une des cellules 21 et 31 d’un des étages 2 et 3 en étant poussée vers l’autre étage. La force de rappel du ressort formé par cette languette 44 s’exerce donc vers cette cellule 21 ou 31, ce qui vient maintenir un contact entre la borne de cette cellule et l’élément de connexion électrique 5 porté par cette languette 44, la première carte de circuit imprimé 4 étant en outre comprimée entre les premier et deuxième étages 2 et 3.

En alternative à l’exemple décrit, les organes de serrage 9 pourraient être plaqués contre des platines solidaires des cartes de circuit imprimé distales 71 et 72, l’effort exercé par ces organes de serrage 9 s’exerçant alors sur ces platines pour être répercuté sur les cartes de circuit imprimé distales 71 et 72. De même, un ou plusieurs étages de cellules électriques supplémentaires, par exemple cinq ou six, pourraient être interposés entre chacun des premier et deuxième étages 2 et 3 et l’une des cartes de circuit imprimé distales 71 et 72, les étages étant interconnectés deux à deux par des cartes de circuit imprimés supplémentaires semblables à la première carte de circuit imprimé 4. On comprend ainsi que les efforts exercés par les organes de serrage 9 se répercuteront d’étage en étage jusqu’à la première carte de circuit imprimé 4 pour venir contraindre l’ensemble de la batterie électrique 1 et maintenir les contacts électriques entre les bornes des cellules de chaque étage et les éléments de connexion électriques portés par les languettes des cartes de circuit imprimé.

On notera que chacun des organes de séparation 61 et 62 comporte des perçages périphériques débouchant 67, la batterie électrique 1 pouvant ainsi comporter des tiges périphériques (non représentés) traversant ces perçages périphériques afin de participer au maintien de la batterie électrique 1 et d’assurer un positionnement correct de ses différents éléments.

Dans l’exemple décrit, l’une et/ou l’autre des cartes de circuit imprimé distales 71 et 72 supporte un connecteur de sortie apte à collecter la puissance électrique stockée dans les cellules 21 et 31 et un système électronique de gestion de la batterie électrique 1.

Afin de permettre à ce système d’opérer des fonctions de surveillance, de diagnostic et/ou de protection des différentes cellules 21 et 31, la batterie électrique 1 comporte une carte de circuit imprimé supplémentaire 10, s’étendant le long des premier et deuxième étages 2 et 3 de façon perpendiculaire aux cartes de circuit imprimé 4, 71 et 72. Chacune de ces cartes 4, 71 et 72 peut ainsi comporter une excroissance sur laquelle est monté un connecteur de type lame ressort et venant au contact de la carte 10.

La description qui précède explique clairement comment l'invention permet d'atteindre les objectifs qu'elle s'est fixée, à savoir obtenir une batterie électrique présentant une configuration géométrique verticale et qui soit simple à assembler, à réparer et à reconditionner, en superposant plusieurs étages de cellules de charge entre lesquels sont interposées des cartes de circuit imprimé, chaque carte étant équipée de languettes élastiquement déformables recevant des éléments de connexion électriques destinés à être en contact avec les bornes de contact des cellules des étages entourant cette carte. On comprend ainsi que qu’une compression exercée de part et d’autre de la batterie permet alors de former et de maintenir, sans soudure, des contacts entre les éléments de connexion et les bornes de contact.

En tout état de cause, l'invention ne saurait se limiter aux modes de réalisation spécifiquement décrits dans ce document, et s'étend en particulier à tous moyens équivalents et à toute combinaison techniquement opérante de ces moyens. On pourra par exemple envisager d’autres types de cellules de charge électrique, comme des cellules de type lithium polymère. On pourra également envisager d’autres formes d’encoches et de languettes et d’autres modes de répartition de ces languettes sur une carte de circuit imprimé. On pourra encore envisager que les éléments de connexion supportés par les languettes soient plans et que les bornes de connexion des cellules présentent une forme de bosse. On pourra encore envisager d’autres modes de maintien et de compression de la batterie électrique, et notamment des modes n’employant pas de tiges de liaison mais un boîtier équipé de protubérances internes venant exercer un effort sur les cartes de circuit imprimé distales.

Claims

Batterie électrique (1), comportant :
Un premier étage (2) comportant une pluralité de cellules (21) de charges électriques, chaque cellule présentant des faces d’extrémités (21a, 21b) situées sur des côtés opposés de la cellule, chaque face d’extrémité étant pourvue d’une borne de contact ;

Un deuxième étage (3) comportant une pluralité de cellules (31) de charges électriques, chaque cellule présentant des faces d’extrémités (31a, 31b) situées sur des côtés opposés de la cellule, chaque face d’extrémité étant pourvue d’une borne de contact, le deuxième étage étant superposé au premier étage ;

au moins une première carte de circuit imprimé (4) disposée entre des faces d’extrémités des cellules du premier étage et des faces d’extrémités des cellules du deuxième étage, la première carte de circuit imprimé étant pourvue d’une pluralité d’éléments de connexion électrique (5), chacun des éléments de connexion électrique étant situé en vis-à-vis d’une borne de contact d’une cellule du premier étage ou du deuxième étage;
caractérisée en ce que la première carte de circuit imprimé comporte une portion principale dans laquelle sont formées une pluralité d’encoches (43), chaque encoche définissant une languette (44) élastiquement déformable par rapport à la portion principale, chaque élément de connexion électrique étant disposé sur l’une des languettes de la première carte de circuit imprimé.
Batterie (1) selon la revendication précédente, dans laquelle la première carte de circuit imprimé (4) est agencée par rapport aux cellules (21, 31) des premier et deuxième étages (2, 3) de sorte que chaque cellule de l’un des premier et deuxième étages créé un effort mécanique sur l’une des languettes (44) dirigé vers l’autre des premier et deuxième étages, et dans laquelle chaque languette de la première carte de circuit imprimé, en vis-à-vis de laquelle est située une borne de contact d’une cellule du premier étage ou du deuxième étage, forme un ressort présentant une force de rappel dirigée vers cette cellule.
Batterie (1) selon la revendication précédente, dans laquelle chaque cellule (21) du premier étage (2) est décalée axialement vis-à-vis de chacune des cellules (31) du deuxième étage (3).
Batterie (1) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle chaque élément de connexion (5) est pourvu d’une bosse réalisée dans un matériau conducteur d’électricité venant en contact avec la borne de contact d’une des cellules (21, 31) du premier étage (2) ou du deuxième étage (3).
Batterie (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle comporte une entretoise (6) pourvue d’un réceptacle dans lequel est logée la première carte de circuit imprimé (4), l’entretoise comportant une première et une deuxième pluralités d’orifices (64) agencées de part et d’autre dudit réceptacle, chaque orifice des première et deuxième pluralités d’orifices étant agencé en vis-à-vis d’une languette (44) de la première carte de circuit imprimé et recevant une face d’extrémité (21a, 31b) d’une cellule (21, 31) du premier étage (2), respectivement du deuxième étage (3).
Batterie (1) selon la revendication précédente, dans laquelle l’entretoise (6) comporte un premier organe de séparation (61) comportant ladite première pluralité d’orifices (64) et un deuxième organe de séparation (62) comportant ladite deuxième pluralité d’orifices (64), chaque organe de séparation comportant un logement (63) et les organes de séparations étant assemblés l’un à l’autre de sorte que lesdits logements viennent en vis-à-vis pour former ledit réceptacle.
Batterie (1) selon la revendication précédente, dans laquelle chacun des premier et deuxième organes de séparation (61, 62) comporte une pluralité de cavités (65) formées chacune dans cet organe de séparation et venant en vis-à-vis d’un orifice (64) de l’autre des premier et deuxième organes de séparation.
Batterie (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la première carte de circuit imprimé (4) comporte un perçage central (45), en ce qu’elle comporte une tige centrale de liaison (8) passant entre les cellules (21) du première étage (2), traversant ledit perçage central et passant entre les cellules (31) du deuxième étage (3), et en ce qu’elle comporte des organes de serrage (9) coopérant avec ladite tige centrale pour exercer un effort mécanique sur le premier étage orienté vers le deuxième étage et pour exercer un effort mécanique sur le deuxième étage orienté vers le premier étage.
Batterie (1) selon la revendication précédente lorsqu’elle dépend de l’une des revendications 5 à 7, caractérisée en ce que ladite entretoise (6) comporte une pluralité de perçages périphériques (67) et en ce qu’elle comporte une pluralité de tiges périphériques de liaison agencées autour des premier et deuxième étages (2, 3) et traversant chacune l’un des perçages périphériques.
Batterie (1) selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu’elle comporte une carte de circuit imprimé supplémentaire (10) s’étendant le long des premier et deuxième étages (2, 3) et de façon sensiblement perpendiculaire avec la première carte de circuit imprimé (4), et en ce qu’elle comporte un connecteur électrique reliant la première carte de circuit imprimé avec la carte de circuit imprimé supplémentaire.
Batterie (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle comporte :
au moins un troisième étage comportant une pluralité de cellules de charges électriques, chaque cellule présentant des faces d’extrémités situées sur des côtés opposés de la cellule, chaque face d’extrémité étant pourvue d’une borne de contact, le troisième étage étant superposé au deuxième étage (3) ;

au moins une deuxième carte de circuit imprimé disposée entre des faces d’extrémités (31a) des cellules (31) du deuxième étage (3) et des faces d’extrémités des cellules du troisième étage, la carte de circuit imprimé étant pourvue d’une pluralité d’éléments de connexion électrique (5), chacun des éléments de connexion électrique étant situé en vis-à-vis d’une borne de contact d’une cellule du deuxième étage ou du troisième étage
caractérisée en ce que la deuxième carte de circuit imprimé comporte une portion principale dans laquelle sont formées une pluralité d’encoches, chaque encoche définissant une languette élastiquement déformable par rapport à la portion principale, chaque élément de connexion électrique étant disposé sur l’une des languettes de la deuxième carte de circuit imprimé.