FR3134476A1 - Dispositif de connexion électrique à résistance au feu accrue - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un dispositif (1) de connexion électrique comprenant un élément conducteur (2) s’étendant longitudinalement, revêtu d’une gaine (3) thermiquement isolante réalisée dans un matériau comprenant du polyaryle-éther-cétone. Figure pour l’abrégé : Fig. 1
Description
La présente invention concerne le domaine technique des dispositifs de connexion électrique, et trouve une application avantageuse dans le domaine des packs batteries de véhicules automobiles électriques, sans que cela ne soit limitatif.
Il est connu de l’art antérieur des dispositifs de connexion électrique comprenant un élément conducteur s’étendant longitudinalement, par exemple sous forme d’une tresse, d’un câble, d’un feuillard multicouche ou monocouche, et revêtu d’une gaine thermiquement isolante.
Dans ce domaine d’application, l’élément conducteur est par nature flexible ou rigide pour être conformé pour suivre un chemin spécifique en vue de réaliser la connexion électrique en tant que telle entre deux appareils. L’élément conducteur est par exemple constitué de cuivre ou d’aluminium, plaqué, étamé ou nickelé, ou d’autres matériaux conducteurs parfois en alternance.
L’élément conducteur est isolé thermiquement par l’extrusion périphérique d’une gaine en matériau approprié, tel que du PVC dit « haute performance » en ce qu’il résiste par exemple à une température de l’ordre de 125°C.
Dans le domaine de la conductivité électrique automobile, notamment au niveau des packs batteries de véhicules électriques ou encore des bus barres de puissance mises en œuvre dans ces véhicules, il est connu que la gaine soit réalisée en polyamide PA 11, PA 12 ou PVC qui satisfait la norme UL94V-0 d’inflammabilité des matériaux plastiques. Notamment, l’indice V-0 exige que la combustion verticale s’arrête au bout de 10 secondes, les écoulements étant autorisés mais ne doivent pas être brûlés.
Cependant, dans le domaine des véhicules électriques, la nouvelle réglementation en vigueur à savoir le règlement ECE R.100 Rev.2 / UNR100 (Prescriptions uniformes relatives à l’homologation des véhicules électriques à batteries en ce qui concerne les prescriptions particulières applicables à la construction, à la sécurité fonctionnelle et aux dégagements d’hydrogène) qui définit les modalités de sécurité en cas d’incendie d’un véhicule électrique, exige qu’en cas d’incendie du véhicule, les batteries doivent fonctionner encore pendant 5 min pour permettre l’évacuation des passagers.
En particulier, l’essai conforme à la norme R100 a pour objet de vérifier la sécurité de fonctionnement de la batterie (SRSEE) en cas d’exposition à un feu venu de l’extérieur du véhicule à la suite, par exemple, d’une perte de carburant par un véhicule (soit le véhicule lui-même soit un véhicule se trouvant à proximité). Le conducteur et les passagers doivent alors disposer d’assez de temps (5 min) pour évacuer le véhicule.
Pour satisfaire ladite norme R100, certaines sociétés tentent d’isoler thermiquement l’ensemble du pack batteries avec des composants ayant une faible inflammabilité, tel que le polyamide PA 12 satisfaisant la norme UL94V 0.
Cette solution complexe ne donne pas entière satisfaction en ce que les dispositifs de connexion électrique et les bus barres de puissance qui cheminent hors du pack batteries à travers le véhicule ne sont donc pas concernés par ladite isolation renforcée.
Le Demandeur a également constaté que les gaines des dispositifs de connexion électrique réalisées en PA11, PA12 ou PVC ne permettant pas de satisfaire la norme R 100.
Sans toutefois savoir s’ils permettent de satisfaire la norme R100, il existe d’autres dispositifs de connexion électrique isolés thermiquement par une gaine en matériau minéral, par exemple du type mica, mais leur mise en œuvre est complexe et onéreuse.
L’un des buts de l’invention est de pallier les inconvénients de l’art antérieur en proposant un dispositif de connexion électrique, de préférence utilisé pour relier les packs batteries ou en tant que barres de puissance et d’interconnexion électrique, qui permet de satisfaire la norme R 100, en résistant à 500° environ pendant au moins 5 min, sous une tension électrique supérieure à 500 V sans claquage diélectrique.
À cet effet, et selon l’invention, il a été mis au point un dispositif de connexion électrique comprenant un élément conducteur s’étendant longitudinalement, et revêtu d’une gaine thermiquement isolante réalisée dans un matériau comprenant du polyarylène-éther-cétone (PAEK), également désigné polyaryle-éther-cétone.
De manière connue en soi, les PAEK sont constitués de noyaux aromatiques (aryl) liés par un atome d’oxygène (éther) et/ou par un groupe carbonyle (cétone). Leurs propriétés dépendent principalement du rapport éther/cétone. Dans les abréviations utilisées dans le présent texte, A désigne une fonction aryle, E désigne une fonction éther et K désigne une fonction cétone. Dans la suite, ces abréviations seront utilisées à la place des noms d’usage pour désigner les composés auxquels elles se rapportent.
Le Demandeur a effectué des tests et a constaté que le dispositif de connexion selon l’invention permet de satisfaire la norme R100 en ce qu’il résiste à 500°C pendant 5 min.
De préférence, le PAEK est présent dans le matériau selon une fraction massique d’au moins 50% par rapport au poids total de matériau, plus préférentiellement d’au moins 80%, et encore plus préférentiellement d’au moins 95% à 100%. Le matériau peut être constitué (100%), ou essentiellement constitué de PAEK, étant entendu que la teneur de 100% est à nuancer avec la présence éventuelle d’additifs en tout genre, aussi bien chimique que mécanique, par exemple des fibres de carbone, ou d’impuretés.
Selon des formes de réalisation différentes, le PAEK est choisi parmi :
- Un poly-éther-cétone (PEK), comprenant des motifs du type de la formule I suivante :
- Un poly-éther-éther-cétone (PEEK), comprenant des motifs du type de la formule II suivante :
- Un poly-éther-cétone-cétone (PEKK), comprenant des motifs du type de la formule III suivante :
- Un poly-éther-éther-cétone-cétone (PEEKK), comprenant des motifs du type de la formule IV suivante :
Bien entendu, d’autres arrangements du groupe carbonyle et de l’atome d’oxygène sont toutefois possibles, sans sortir du cadre de l’invention.
Selon un mode de réalisation préféré, le PAEK du matériau constituant la gaine comprend du PEKK, ou des copolymères de PEKK. Le PEKK offre l’avantage de présenter une résistance à la température encore plus élevée que d’autres PAEK, notamment le PEEK ou le PEK, ce qui le rend d’autant plus utile pour la réalisation de la gaine mise en œuvre dans l’invention qui nécessite de résister aux fortes chaleurs dégagées lors d’un incendie.
Selon d’autres caractéristiques avantageuses, prises seules ou en combinaison :
- l’élément conducteur est sous la forme d’un feuillard, ou d’un méplat/profilé rigide ;
- le feuillard est multicouche, par exemple du type avec une âme en aluminium entre deux couches de cuivre ;
- le feuillard est réalisé en cuivre ;
- la gaine est extrudée autour de l’élément conducteur.
- l’élément conducteur est sous la forme d’un feuillard, ou d’un méplat/profilé rigide ;
- le feuillard est multicouche, par exemple du type avec une âme en aluminium entre deux couches de cuivre ;
- le feuillard est réalisé en cuivre ;
- la gaine est extrudée autour de l’élément conducteur.
Les caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront mieux de la description suivante, donnée à titre d’exemple non limitatif, en référence à l’unique figure annexée, dans laquelle :
En référence aux figures 1 et 2, l’invention concerne un dispositif (1) de connexion électrique bien connu de l’homme du métier en ce qu’il comprend un élément conducteur (2) de l’électricité s’étendant longitudinalement, revêtu d’une gaine (3) thermiquement isolante extrudée autour de l’élément conducteur (2).
Ce type de dispositif (1) de connexion est principalement utilisé dans le domaine de la transmission d’énergie, de remplacement de câbles, de barres omnibus rigides, dans des appareils électriques (armoires, disjoncteurs, onduleurs) tableaux électriques basse tension, transformateurs (connexion entre le jeu de barres et le transformateur), dans les connexions électriques automobiles, par exemple dans des packs batteries de véhicules.
L’élément conducteur (2) du dispositif (1) peut être sous la forme d’une tresse métallique, d’un câble, ou de tout autre élément conducteur approprié. Selon la forme de réalisation illustrée à la l’élément conducteur (2) comprend par exemple un seul feuillard de cuivre ou d’aluminium, nu ou plaqué, étamé ou nickelé, ou présentant une âme en aluminium revêtue sur ses deux faces de cuivre, ou une âme en cuivre revêtue sur ses deux faces d’aluminium, ou bien comme illustré à la , l’élément conducteur (2) comprend un empilement de feuillard (4), par exemple en cuivre ou aluminium, ou en alternance cuivre/aluminium, présentant par exemple une largeur allant de 9 à 120 mm, avec chaque feuillard (4) présentant une épaisseur comprise par exemple entre 0,5 mm et 1 mm.
L’invention réside en ce que la gaine (3) est réalisée dans un matériau comprenant du polyarylène-éther-cétone (PAEK), également désigné polyaryle-éther-cétone.
De préférence, le matériau peut être constitué (100%), ou essentiellement constitué de PAEK, étant entendu que la teneur de 100% est à nuancer avec la présence éventuelle d’additifs en tout genre, par exemple des fibres de carbone, ou d’impuretés.
Le PAEK du matériau constituant la gaine (3) comprend du PEKK, ou des copolymères de PEKK. Le PEKK offre l’avantage de présenter une résistance à la température encore plus élevée que d’autres PAEK, notamment le PEEK ou le PEK, ce qui le rend d’autant plus utile pour la réalisation de la gaine (3) mise en œuvre dans l’invention qui nécessite de résister aux fortes chaleurs dégagées lors d’un incendie.
Le dispositif (1) testé est soumis à une exposition directe et indirecte à une flamme produite par la combustion d’un carburant commercial, selon les exigences de l’annexe 8E du règlement n°100 (Rev2) de la CEE-ONU (ECE R100 Rev2).
Selon ce test, le dispositif (1) est soumis à un feu de nappe direct pendant 70 secondes. Par la suite, le dispositif (1) est exposé à un feu indirect pendant 60 secondes (interposition d’un écran en briques réfractaires).
Le résultat de ce test a permis de démontrer que le dispositif (1) pouvait résister à 500°C pendant 5 minutes, sous une tension électrique supérieure à 500 V sans claquage diélectrique, lui permettant de satisfaire la norme R100. Par résister, on entend que la gaine (3) garde son intégrité et assure la fonction d’isolation thermique de l’élément conducteur (2), l’élément conducteur lui continuant à assurer la fonction de conduction électrique.
Claims (7)
- Dispositif (1) de connexion électrique comprenant un élément conducteur (2) s’étendant longitudinalement, revêtu d’une gaine (3) thermiquement isolante caractérisé en ce que la gaine (3) isolante est réalisée dans un matériau comprenant du polyaryle-éther-cétone.
- Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu e le polyaryle-éther-cétone est présent dans le matériau selon une fraction massique d’au moins 50% par rapport au poids total de matériau, plus préférentiellement d’au moins 80%, et encore plus préférentiellement d’au moins 95% à 100%.
- Dispositif (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau comprend du poly-éther-cétone-cétone
- Dispositif (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’élément conducteur (2) est sous la forme d’un feuillard (4) ou d’un méplat ou profilé rigide.
- Dispositif (1) selon la revendication 4, caractérisé en ce que le feuillard (4) est multicouche.
- Dispositif (1) selon l’une des revendications 4 à 5, caractérisé en ce que le feuillard (4) est réalisé en cuivre ou en aluminium.
- Dispositif (1) selon l’une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que la gaine (3) est extrudée autour de l’élément conducteur (2).
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