FR3166245A3 - - Structure d'assemblage de borne pour une cellule de batterie formant un bloc de borne auto-retenu et procédé d'assemblage d'une telle structure d'assemblage de borne - Google Patents

- Structure d'assemblage de borne pour une cellule de batterie formant un bloc de borne auto-retenu et procédé d'assemblage d'une telle structure d'assemblage de borne

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FR3166245A3 FR2409636A FR2409636A FR3166245A3 FR 3166245 A3 FR3166245 A3 FR 3166245A3 FR 2409636 A FR2409636 A FR 2409636A FR 2409636 A FR2409636 A FR 2409636A FR 3166245 A3 FR3166245 A3 FR 3166245A3
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Hangjune CHOI
Johan BAYLAC
Evan TOMLINSON
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Abstract

L'invention concerne une structure d'assemblage de borne (10) pour une cellule de batterie (100), comprenant une borne (20) ayant un corps central (21) délimité radialement, par rapport à un axe de référence (A), par une portion périphérique (22) ayant un contour fermé ; un support de borne (30) formant un cadre fermé entourant une ouverture centrale (31), le support de borne (30) comprenant une portion d'épaulement (32) délimitant radialement l'ouverture centrale (31) et une portion supérieure (33) érigée au moins en partie axialement, le support de borne (30) délimitant un espace interne (34) configuré pour recevoir la borne (20) dans une position d'assemblage de la structure d'assemblage de borne (10) ; un isolant (40) pour assurer l'isolation électrique entre la borne (20) et le support de borne (30) ; dans laquelle la portion supérieure (33) du support de borne (30) est déformée (330) pour maintenir, avec la portion d'épaulement (32), au moins la borne (20), la bague d'étanchéité (50) et l’isolant (40). (Fig. 8)

Description

Structure d'assemblage de borne pour une cellule de batterie formant un bloc de borne auto-retenu et procédé d'assemblage d'une telle structure d'assemblage de borne Domaine technique de l’invention
L'invention se rapporte généralement au domaine technique des cellules de batterie, en particulier des cellules de batterie prismatiques, et concerne plus spécifiquement le domaine technique de la fabrication d'accessoires de batterie pour les véhicules à énergie nouvelle, et plus particulièrement une structure de couvercle supérieur de batterie de puissance.
L'invention concerne plus spécifiquement une structure d'assemblage de borne pour une cellule de batterie et un procédé d'assemblage d'une telle structure d'assemblage de borne.
 État de la technique antérieure
Les véhicules automobiles à traction ou propulsion électrique ou hybride comprennent un ou plusieurs modules de batteries connectés à un réseau électrique pour alimenter un moteur électrique (traction ou propulsion).
Les modules de batterie sont regroupés dans un boîtier et forment ensemble un bloc-batterie, ce boîtier contient généralement une interface de montage et des bornes de connexion.
Chaque module de batterie est un ensemble comprenant plusieurs cellules électrochimiques générant du courant par réaction chimique, par exemple de type lithium-ion (ou Li-ion), ou de type Ni-Mh, ou Ni-Cd ou plomb.
Dans certaines configurations, il est possible de ne pas avoir de modules dans la batterie, une configuration communément appelée "cell-to-pack" (CTP). En fait, les conceptions "cell-to-pack" intègrent les cellules de batterie directement dans le bloc-batterie, éliminant les modules intermédiaires afin d'améliorer la densité énergétique et de simplifier la fabrication.
Une cellule électrochimique comprend notamment un empilement d'électrodes positives connectées entre elles et un empilement d'électrodes négatives connectées entre elles, l'électrode positive et l'électrode négative individuelles sont placées alternativement, chaque paire d'électrodes positives et négatives est séparée par des feuilles de séparateur, l'ensemble formant un "empilement". Les électrodes positives sont connectées entre elles au niveau d'une borne positive par l'intermédiaire de languettes positives, et les électrodes négatives sont connectées entre elles au niveau d'une borne négative par l'intermédiaire de languettes négatives. Plus particulièrement, un pied de borne est associé à chaque polarité et les languettes d'électrodes de la même polarité sont généralement soudées à un pied de borne de la borne correspondante.
Chaque empilement électrochimique est logé dans un boitier métallique de la cellule électrochimique associée. Le boitier est généralement en aluminium. Une fois les empilements électrochimiques intégrés dans un godet métallique du boitier, une plaque formant un couvercle pour la cellule électrochimique est soudée au laser sur le godet pour réaliser la connexion structurelle et sceller la cellule électrochimique de manière à fermer le boitier.
Il est courant d'assembler, en série et/ou en parallèle, plusieurs cellules électrochimiques afin de produire des modules de batterie, ou des packs de batterie dans les conceptions "cell-to-pack", à l'aide d'un dispositif d'interconnexion assurant un contact électrique entre les bornes de deux cellules électrochimiques adjacentes. Les batteries lithium-ion (Li-ion) sont actuellement les plus utilisées dans des véhicules électriques. Une batterie Li-ion est un ensemble d'accumulateurs Li-ion, c'est-à-dire de cellules, connectés en série ou en parallèle dans des modules. Les cellules peuvent être cylindriques, prismatiques ou de type poche.
La borne fait partie intégrante d’une cellule de batterie. Le procédé d'assemblage traditionnel de la borne consiste à assembler la borne dans un trou d'assemblage du couvercle supérieur du boitier correspondant, puis à former une structure de connexion relativement complexe entre la borne et le couvercle supérieur par soudage, rivetage ou moulage par injection afin de relier de manière fixe la borne au couvercle supérieur de manière mécanique, mais isolée électriquement. Cependant, le processus de formation d'une structure de connexion est relativement compliqué et les propriétés du matériau du couvercle supérieur doivent être prises en compte, ce qui rend le processus de conception et de fabrication du couvercle supérieur de la batterie encombrant, avec pour conséquence un problème de faible efficacité et de coût de production élevé lors de la fabrication du couvercle supérieur de la batterie.
Les bornes, avec leur polarité positive et négative, forment également une zone de connexion électrique particulièrement large et encombrante. Il est donc toujours nécessaire de réduire la compacité de cette zone tout en optimisant sa performance électrique, l'objectif étant d'améliorer l'efficacité volumétrique.
L'efficacité volumétrique d'un élément de batterie prismatique est le rapport entre le volume de l'empilement d'électrodes et le volume de la boîte minimale dans laquelle la cellule peut être entièrement enfermée. On considère que plus l'efficacité volumétrique est élevée, meilleure est la conception.
Cependant, les solutions connues dans la technique antérieure impliquent souvent un grand nombre de pièces pour fixer une borne au logement de la cellule et nécessitent des processus d'assemblage et de fabrication parfois complexes.
La présente invention vise à remédier à tout ou partie des inconvénients de l'état de la technique en proposant notamment une structure d'assemblage de borne dans laquelle la procédure d'assemblage est simplifiée et le temps de mise en place réduit.
Un autre objectif de l'invention est d'augmenter l'efficacité volumétrique de la cellule de la batterie.
Selon un premier aspect de l'invention, une structure d'assemblage de borne pour une cellule de batterie est fournie, comprenant au moins :
  • une borne ayant un corps central délimité radialement, par rapport à un axe de référence, par une portion périphérique ayant un contour fermé ;
  • un support de borne formant un cadre fermé entourant une ouverture centrale, le support de borne comprenant une portion d'épaulement délimitant radialement l'ouverture centrale et une portion supérieure érigée au moins en partie axialement, le support de borne délimitant un espace interne configuré pour recevoir la borne dans une position d'assemblage de la structure d'assemblage de borne ;
  • un isolant pour assurer l'isolation électrique entre la borne et le support de borne ;
la portion supérieure du support de borne est déformée pour maintenir fixement au moins la borne et l’isolant, la portion d'épaulement participant à ce maintien.
Grâce à cette combinaison de caractéristiques, une simple étape de déformation du support de borne permet d'assembler la structure de l'assemblage de borne pour former un bloc de borne auto-retenu. Les éléments empilés, comprenant au moins la borne et l'isolant, sont pressés axialement à l'intérieur de l'espace interne entre deux parties du support de borne : la portion d'épaulement et la portion supérieure.
Dans un mode de réalisation, la déformation de la portion supérieure du support de borne est une déformation mécanique, de préférence de manière à rapprocher axialement une portion d’extrémité de la portion supérieure à la portion d'épaulement.
Dans un mode de réalisation, dans la position d'assemblage de la structure d'assemblage de borne, au moins une partie de la portion supérieure du support de borne et une partie de la portion périphérique de la borne ont un chevauchement axial, par rapport à l'axe de référence, de préférence continu le long du contour fermé. En fait, dans une telle combinaison de caractéristiques, la structure d'assemblage de borne est agencée de telle sorte que, dans la position d'assemblage, une portion d'extrémité distale de la portion supérieure délimite, après déformation, une ouverture ayant un diamètre strictement inférieur au diamètre externe du contour fermé circulaire de la portion périphérique de la borne. La borne peut avoir un diamètre extérieur supérieur au diamètre intérieur du support de borne après déformation, ce qui crée un chevauchement métallique entre la borne et le support de borne sur la face supérieure. Par conséquent, il renforce la structure et ajoute de la rigidité à la portion supérieure.
Dans un mode de réalisation, la structure de l'assemblage de borne comprend une bague d'étanchéité entourant radialement l'ouverture centrale du support de borne et placée entre au moins une portion d'épaulement du support de borne et une partie de la portion périphérique de la borne, la déformation de la portion supérieure du support de borne maintenant, avec la portion d'épaulement, la borne, l'isolant et la bague d'étanchéité. Dans cette configuration, la structure d'assemblage de borne comprend une bague d'étanchéité pour assurer l'étanchéité et l'isolation électrique entre la borne et le support de borne.
Dans un mode de réalisation, dans la position d'assemblage de la structure d'assemblage de borne, la portion périphérique de la borne est supportée par la portion d'épaulement du support de borne. Il est entendu que ce soutien peut être direct ou indirect. Par exemple, dans le cas où la bague d'étanchéité est placée entre la portion périphérique de la borne et la portion d'épaulement du support de borne.
Dans un mode de réalisation, l'isolant entoure radialement le corps central de la borne et est conçu pour être placé contre une partie de la portion périphérique de la borne sur un côté externe, à l'opposé du côté interne orienté vers la portion d'épaulement, dans la position d'assemblage.
Dans un mode de réalisation, l'isolant présente une portion de bord, qui est plus haute que la surface supérieure de la borne à l'étape d'empilement, la portion de bord couvrant au moins partiellement la déformation de la portion supérieure du support de borne dans la position d'assemblage de la structure d'assemblage de borne, la portion de bord ayant de préférence une forme de beignet, positionnée axialement à un niveau inférieur de la surface supérieure de borne et expansée concentriquement avec la borne dans la position d'assemblage de la structure d'assemblage de borne.
Dans un mode de réalisation, la borne et le support de borne sont électriquement conducteurs, de préférence métalliques.
Dans un mode de réalisation, la portion supérieure du support de borne est déformée par une presse mécanique ou une machine à riveter orbitale.
Dans un mode de réalisation, la portion périphérique est formée par une portion saillante radialement à partir du corps central de la borne.
Dans un mode de réalisation, la borne a une forme annulaire, la portion périphérique étant annulaire.
Dans un mode de réalisation, le dispositif de support de borne a une forme annulaire.
Dans un mode de réalisation, l'isolant a une forme annulaire.
Dans un mode de réalisation, la bague d'étanchéité a une forme annulaire.
Dans un mode de réalisation, la structure d'assemblage de borne a une forme annulaire. Dans une telle configuration, la borne, le support de borne, l'isolant et la bague d'étanchéité, le cas échéant, ont chacun une forme annulaire.
Dans un mode de réalisation, une partie inférieure du corps central pénètre axialement à travers l'ouverture centrale, dans la position d'assemblage.
Selon un autre aspect de l'invention, un procédé d'assemblage d'une structure d'assemblage de borne tel que décrit ci-avant pour une cellule de batterie est fourni, comprenant :
  • l'empilement d'au moins la borne, de préférence la bague d'étanchéité, l'isolant et le support de borne de sorte que la borne et l'isolant sont reçus en position empilée, au moins en partie, dans l'espace interne dudit support de borne ;
  • la déformation de la partie supérieure du support de borne pour retenir, avec la portion d'épaulement, au moins la borne et l'isolant, et de préférence également la bague d'étanchéité, le cas échéant.
Dans un mode de réalisation, l'étape de déformation de la portion supérieure du support de borne consiste à déformer mécaniquement la portion supérieure de la borne.
Dans un mode de réalisation, lors de l'étape de déformation, la portion supérieure est déformée en rapprochant axialement une portion d’extrémité de la portion supérieure de la partie d'épaulement.
Dans un mode de réalisation, au cours de l'étape de déformation, la portion d'extrémité de la portion supérieure est déformée de manière à s'approcher de l'axe de référence principal.
Dans un mode de réalisation, au cours de l'étape de déformation, la portion d'extrémité de la portion supérieure est déformée de manière à recouvrir axialement, au moins partiellement, la portion périphérique de la borne.
Dans un mode de réalisation, après l'étape de déformation de la portion supérieure du support de borne, le procédé d'assemblage de la structure de l'ensemble de borne comprend une étape de soudage de la structure de l'assemblage de borne formant un bloc de borne auto-retenu à un couvercle de la cellule de batterie.
Dans un mode de réalisation, la structure de l'assemblage de borne comprend une bague d'étanchéité qui est empilée avec la borne et l'isolant pendant l'étape d'empilement, de sorte que la borne, l'isolant et la bague d'étanchéité sont reçus en position empilée, au moins en partie, dans l'espace interne dudit support de borne.
Dans un mode de réalisation, l'isolant présente une portion de bord qui est plus haute que la surface supérieure de la borne à l'étape d'empilement, le procédé comprenant une étape consistant à couvrir au moins partiellement la déformation de la portion supérieure du support de borne par une étape de déformation, de préférence avec de la chaleur et une force mécanique, pour changer la portion de bord en forme de beignet, positionnée axialement à un niveau inférieur de la surface supérieure de la borne et expansée concentriquement avec la borne dans la position d'assemblage de la structure d'assemblage de borne.
Dans un mode de réalisation, l'étape de déformation de la portion supérieure du support de borne est réalisée par emboutissage ou pressage.
 Brève description des figures
D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention ressortiront à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation spécifique de l'invention, en référence aux figures annexées, qui illustrent :
  • FIG. 1: une vue schématique d'une cellule de batterie selon un premier mode de réalisation ;
  • FIG. 2: une vue isométrique en coupe et en perspective d'une structure d'assemblage de borne fixée à un couvercle supérieur de la cellule de batterie selon le premier mode de réalisation ;
  • FIG. 3: une vue en perspective isométrique et éclatée de la structure de l'assemblage de borne selon le premier mode de réalisation ;
  • FIG. 4: une vue en coupe verticale de laFIG. 3;
  • FIG. 5: une vue en perspective isométrique du support de borne selon le premier mode de réalisation ;
  • FIG. 6: une vue en coupe verticale de laFIG. 5;
  • FIG. 7: une vue isométrique en perspective et en coupe de la structure d'assemblage de borne selon le premier mode de réalisation lors de la mise en œuvre du procédé d'assemblage d'une telle structure d'assemblage de borne, en position empilée ;
  • FIG. 8: une vue en coupe de l'assemblage selon laFIG. 7, au cours du procédé d'assemblage, en position empilée juste avant la déformation par une presse ;
  • FIG. 9: une vue similaire à laFIG. 8, après déformation par la presse ;
  • FIG. 10: une vue isométrique en perspective et en coupe de la structure d'assemblage de borne selon le premier mode de réalisation, après déformation du support de borne ;
  • FIG. 11: une vue de la structure d'assemblage de borne selon le premier mode de réalisation et d'un couvercle supérieur, avant soudage ;
  • FIG. 12: une vue de la structure d'assemblage de borne soudée au couvercle supérieur selon le premier mode de réalisation ;
  • FIG. 13: une vue en coupe verticale longitudinale d'un couvercle supérieur comportant deux structures d'assemblage de borne selon le premier mode de réalisation, la première des deux structures d'assemblage de borne étant associée à la borne de polarité positive, l'autre des deux structures d'assemblage de borne étant associée à la borne de polarité négative ;
  • FIG. 14: une vue détaillée de laFIG. 13;
  • FIG. 15: une vue détaillée de laFIG. 13;
  • FIG. 16: une vue isométrique en coupe et en perspective d'une structure d'assemblage de borne dans un deuxième mode de réalisation ;
  • FIG. 17: une vue en coupe verticale d'une partie d'une cellule de batterie, au niveau d'une structure d'assemblage de borne fixée à un couvercle supérieur, selon le deuxième mode de réalisation ;
  • FIG. 18: une vue en coupe de la structure d'assemblage de borne de laFIG. 16, pendant le procédé d'assemblage, en position empilée et juste avant la déformation du bord supérieur de l'isolant par une presse à chaud ;
  • FIG. 19: une vue similaire à laFIG. 18, après déformation de l'isolant par une presse à chaud ;
  • FIG. 20: une vue en coupe verticale longitudinale d'un couvercle supérieur comportant deux structures d'assemblage de borne selon le deuxième mode de réalisation, la première des deux structures d'assemblage de borne étant associée à la borne de polarité positive, l'autre des deux structures d'assemblage de borne étant associée à la borne de polarité négative ;
  • FIG. 21: une vue détaillée de laFIG. 20;
  • FIG. 22: une vue détaillée de laFIG. 20;
  • FIG. 23: une vue en coupe verticale longitudinale d'un couvercle supérieur comprenant deux structures d'assemblage de borne selon un troisième mode de réalisation, la première des deux structures d'assemblage de borne étant associée à la borne de polarité positive, l'autre des deux structures d'assemblage de borne étant associée à la borne de polarité négative ;
  • FIG. 24: une vue détaillée de laFIG. 23;
  • FIG. 25: une vue détaillée de laFIG. 23.
Pour plus de clarté, les numéros de référence correspondants renvoient aux mêmes parties ou à des parties correspondantes dans chacune des figures.
Dans la description et les revendications, par souci de clarté, les termes longitudinal, transversal et vertical sont adoptés en référence au trièdreX,YetZreprésenté sur les figures.
Description détaillée des modes de réalisation
Une "batterie" (non illustrée) est définie comme une pluralité de cellules électrochimiques100connectées électriquement les unes aux autres. Selon un exemple particulier de batterie, la pluralité de cellules électrochimiques100est disposée sous la forme d'un ou plusieurs assemblages, chaque assemblage comprenant une pluralité de cellules électrochimiques100connectées électriquement entre elles et reliées mécaniquement entre elles par un système de jonction, tel que des plaques de jonction (non illustrées).
Une cellule électrochimique100comprend, en particulier dans une cellule prismatique, plusieurs couches d'électrodes positives connectées entre elles électriquement en parallèle et plusieurs couches d'électrodes négatives connectées entre elles électriquement en parallèle, et des séparateurs pour assurer des isolations électriques entre chaque couche d'électrode positive et la couche d'électrode négative placées alternativement, connus sous le nom d'"empilement"140. Ces empilements d'électrodes140sont placés à l'intérieur d'un logement ou d'un boîtier130pour délimiter mécaniquement la cellule. Les électrodes positives groupées se connectent à la borne positive d'une cellule électrochimique, et les électrodes négatives groupées se connectent à la borne négative. En d'autres termes, une cellule de batterie prismatique comprend généralement au moins une pile140d'électrodes, deux collecteurs de courant (positif et négatif) et deux pluralités groupées de pattes d'électrodes flexibles150pour les électrodes positives et les électrodes négatives qui relient cet empilement140d'électrodes positives (cathodes) à l'un (positif) des collecteurs de courant et cet empilement d'électrodes négatives (anodes) à l'autre collecteur de courant (négatif).
Les figures 1 à 15 illustrent la structure d'un assemblage de borne dans un premier mode de réalisation.
Comme le montrent laFIG. 1et laFIG. 13, la cellule électrochimique 100 a une forme prismatique et le boîtier 130 correspondant consiste en un godet 120 fermé par un couvercle 110.
La structure du couvercle supérieur110de la batterie décrite dans le présent mode de réalisation comprend le couvercle supérieur110et deux structures d'assemblage de borne(10,10A,10B) sur un même couvercle supérieur110et sont respectivement équipées d'une structure d'assemblage de borne positive10Aet d'une structure d'assemblage de borne négative10Bpour former une structure de couvercle supérieur solidaire de la cellule.
La structure d'assemblage de borne10(indifféremment positive ou négative sur cette figure), comprend une borne20ayant un corps central21délimité radialement, par rapport à un axe de référenceA, par une portion périphérique22ayant un contour fermé, la borne20étant dans un ou des matériaux conducteurs. Le corps central est généralement en forme de disque. Une telle portion périphérique22est formée par une portion faisant saillie radialement à partir du corps central21de la borne20.Comme le montre laFIG. 1, le groupe de languettes150de même polarité dans les empilements140est connecté à la borne associée10. Dans ce mode de réalisation, la borne20a une forme annulaire, la borne20ayant une forme qui est symétrique en rotation par rapport à l'axe de référenceAdans les positions d'empilement et d'assemblage.
La structure d'assemblage de borne10comprend également un support de borne30qui forme un cadre fermé entourant une ouverture centrale31, le support de borne30comprenant une portion d'épaulement32délimitant radialement l'ouverture centrale31et une portion supérieure33érigée au moins en partie axialement, le support de borne30délimitant un espace interne34conçu pour recevoir la borne20dans une position d'assemblage de la structure d'assemblage de borne10.
Le support de borne30comprend également un collier de maintien35à partir de laquelle s'étendent la portion d'épaulement32et la portion supérieure33. Ce collier de maintien35délimite extérieurement le contour extérieur annulaire fermé dont la dimension radiale est configurée pour être ajustée à un diamètre interne d'un trou correspondant111du couvercle supérieur110afin d'être fixés ensemble dans une position de fixation dans laquelle la structure d'assemblage de borne10ferme ledit trou111. Le collier de maintien35entoure radialement l'épaulement32et la portion supérieure33.
Le support de borne30est en métal, par exemple en aluminium ou en acier inoxydable, et est formé d'une seule pièce. Il convient de choisir un métal de préférence compatible avec le soudage LASER et inerte par rapport aux réactions électrochimiques à l'intérieur de la cellule100. En d'autres termes, le collier de maintien35, l'épaulement32et la portion supérieure33sont formés d'une seule pièce. Dans ce mode de réalisation, le support de borne30a une forme annulaire, la borne20ayant une forme qui est symétrique en rotation par rapport à l'axe de référenceAdans les positions d'empilement et d'assemblage.
La portion périphérique22de la borne20a un contour circulaire fermé avec un diamètre externe strictement supérieur au diamètre interne de l'ouverture centrale31du support de borne30.De cette manière, lorsque la borne20pénètre axialement dans l'espace interne34du support de borne30, la borne20est maintenue sur un côté interne22Bpar la portion d'épaulement32du support de borne30.Dans les positions empilées et assemblées, la borne20et le support de borne30sont positionnés coaxialement l'un par rapport à l'autre. Dans une telle configuration, en position d'assemblage de la structure d'assemblage de borne10, la portion périphérique22de borne20est en appui contre la portion d'épaulement32du support de borne30.
La structure d'assemblage de borne10comprend également un isolant40pour assurer l'isolation électrique entre la borne20et le support de borne30, étant donné que le support de borne30et la borne20sont électriquement conducteurs. L'isolant40a une forme annulaire, qui est symétrique en rotation par rapport à l'axe de référenceAdans les positions d'empilement et d'assemblage. Le matériau de l'isolant est de préférence un plastique technique comme le PPS, le PA+GF, etc. Ce matériau doit être hautement non conducteur électriquement et résistant à la chaleur pour que le soudage par faisceau LASER puisse être appliqué aux bornes et au collier de maintien.
La structure d'assemblage de borne10comporte une bague d'étanchéité50entourant radialement l'ouverture centrale31du support de borne30.La bague d'étanchéité50a une forme annulaire, qui est symétrique en rotation par rapport à l'axe de référenceAdans les positions d'empilement et d'assemblage. La bague d'étanchéité50est placé, plus particulièrement interposé, sur une partie axiale et radiale, entre la portion d'épaulement32du support de borne30et la portion périphérique22de la borne20.Le matériau de la bague d'étanchéité est de préférence un caoutchouc technique tel que l'élastomère FKM, l'élastomère PFA, etc. Ce matériau doit être très élastique en cas de compression à long terme, résistant à la chaleur, résistant aux produits chimiques et très durable à long terme.
La structure d'assemblage de borne10est composée d'un nombre très limité de pièces, à savoir quatre pièces qui sont la borne20, le support de borne30, l'isolant40,et la bague d'étanchéité50. La structure d'assemblage de borne10a donc une conception relativement simple.
Conformément à l'invention, une déformation330de la portion supérieure33du support de borne30est effectuée pour maintenir/soutenir de manière sûre la borne20, l'isolant40et la bague d'étanchéité50, la portion d'épaulement32participant à ce maintien.
Grâce à cette configuration, le procédé d'assemblage d'une telle structure d'assemblage de borne10est également simplifié, comme cela sera expliqué plus en détail dans la description suivante.
Le procédé d'assemblage de la structure d'assemblage de borne10comprend une étape d'empilement du support de borne30, de la bague d'étanchéité50, de la borne20et de l'isolant40de sorte que la bague d'étanchéité50, la borne20et l'isolant40sont chacun reçus en position empilée, au moins en partie, dans l'espace interne34dudit support de borne30.
Lors de l'étape d'empilement, la portion supérieure33du support de borne30s'étend généralement verticalement de manière à présenter une forme généralement cylindrique, une portion d'extrémité distale de la portion supérieure33délimitant une ouverture33 'à travers laquelle les pièces, c'est-à-dire la bague d'étanchéité50, la borne20et l'isolant40, sont insérées pour être placées dans l'espace interne34du support de borne30.
L'étape d'empilement comprend une première sous-étape de positionnement de la bague d'étanchéité50dans l'espace interne34dudit support de borne30.
La bague d'étanchéité50comprend une portion annulaire cylindrique51dont l'axe correspond à l'axe de référenceAdans les positions d'empilement et d'assemblage et dont le diamètre extérieur est sensiblement égal au diamètre intérieur de l'ouverture centrale31.La bague d'étanchéité50comprend également une portion annulaire horizontale52s'étendant à partir de la partie cylindrique51et qui vient s'appuyer contre une surface horizontale de la portion d'épaulement32face à l'espace intérieur34, sachant qu'un diamètre extérieur de la portion horizontale52est strictement supérieur au diamètre intérieur de l'ouverture centrale31.Dans une telle configuration, en position empilée (mais aussi en position d'assemblage obtenue après déformation), la bague d'étanchéité50et le support de borne30sont positionnés coaxialement l'un par rapport à l'autre de sorte que la bague d'étanchéité50est directement supportée par la portion d'épaulement32à la fois axialement au moyen de la portion horizontale52et radialement au moyen de la portion cylindrique axiale ou verticale51de la bague d'étanchéité50.
L'étape d'empilement comprend ensuite une deuxième sous-étape consistant à positionner la borne20dans l'espace interne34du support de borne30.
Comme spécifié précédemment, la portion périphérique22de la borne20présente un contour circulaire fermé avec un diamètre externe strictement supérieur à un diamètre interne de l'ouverture centrale31du support de borne30.De cette manière, lorsque la borne20pénètre axialement dans l'espace interne34du support de borne30, la borne20est maintenue sur un côté interne22Bpar la portion d'épaulement32du support de borne30.En raison de la présence de la bague d'étanchéité50, la portion périphérique22de la borne20entre en contact et est directement soutenue par la bague d'étanchéité50, en particulier axialement contre la partie horizontale52de la bague d'étanchéité50. Dans une telle position empilée, la borne20, la bague d'étanchéité50et le support de borne30sont positionnés coaxialement l'un par rapport à l'autre et la portion périphérique22de la borne20est indirectement supportée par la portion d'épaulement32du support de borne30puisque la bague d'étanchéité50est interposée entre ladite borne20et le support de borne30.
La borne20comprend une portion inférieure211qui s'étend axialement à un niveau verticalement inférieur à la portion périphérique22. Cette portion inférieure211a une forme cylindrique et s'étend axialement de manière à pénétrer à travers l'ouverture centrale31, en position d'empilement et d'assemblage. Le diamètre extérieur de cette portion inférieure211est inférieur ou égal au diamètre intérieur de la portion cylindrique51de la bague d'étanchéité50. En raison de la présence de la bague d'étanchéité50, la portion inférieure211de la borne20est séparée d'une extrémité distale de la portion d'épaulement32par la portion cylindrique51de la bague d'étanchéité50.
L'étape d'empilement comprend ensuite une troisième sous-étape consistant à positionner l'isolant40dans l'espace interne34du support de borne30.
L'isolant40entourant radialement le corps central21de la borne20est agencé pour être placé contre une partie annulaire de la portion périphérique22de la borne20, sur un côté externe22A, opposé au côté interne22Borienté vers la portion d'épaulement32, dans les positions empilées et d'assemblage.
L'isolant40a donc une forme tubulaire qui s'étend axialement entre :
  • une extrémité inférieure40Bayant un diamètre interne supérieur ou égal à un diamètre externe de la portion périphérique22et un diamètre externe inférieur ou égal à un diamètre interne du support de borne 30 pris localement axialement au niveau du collier de maintien 35 ou à une extrémité proximale de la partie supérieure 33 ; et
  • une extrémité supérieure40A.
Lors de l'opération d'empilement, l'isolant40est déposé dans l'espace interne34de l'espace interne34du support de borne et vient s'appuyer contre la portion d'épaulement32qui le maintient axialement, tout comme elle maintient axialement la bague d'étanchéité50et la borne20.Dans cette position d'empilement, l'isolant40est positionné de manière à entourer radialement la borne20, qui est elle-même entourée radialement par la portion supérieure33du support de borne30.De cette manière, l'isolant40est positionné entre la borne20et le support de borne30en particulier la portion supérieure (33du support de borne30) sur une portion axiale s'étendant au moins d'une extrémité inférieure axiale de la portion périphérique22à une extrémité supérieure axiale de la borne20. L'isolant assure donc l'isolation entre la borne20et le support de borne30.
Une fois l'étape d'empilement réalisée, on obtient l'assemblage illustré à laFIG. 7. L'étape d'empilement est ensuite suivie d'une étape de déformation de la portion supérieure33du support de borne30pour retenir, avec la portion d'épaulement32, la borne20, l'isolant40et, le cas échéant comme c'est le cas dans cette réalisation, la bague d'étanchéité50.
Après l'étape de déformation de la portion supérieure33du support de borne30, le procédé d'assemblage de la structure d'assemblage de borne10comprend une étape de soudage de la structure d'assemblage de borne10formant un bloc de borne auto-retenu au couvercle110de la cellule de batterie100.
L'étape de déformation est réalisée par un outil de déformation200, par exemple une presse. La structure d'assemblage de borne10est positionnée sur une base ou une matrice de support201de l'outil de déformation200et un élément mobile202de l'outil de déformation200formant un poinçon est arrangé pour presser la structure d'assemblage de borne10.
Lors de sa descente, la portion supérieure33du support de borne30vient en appui contre une rampe de guidage de déformation203du poinçon202de l'outil de déformation200et guide la déformation330lors de la descente du poinçon202dans le sens d'une réduction de la distance entre le poinçon202et la matrice de support201de l'outil de déformation200.
Lors de cette opération, la portion supérieure33du support de borne est déformée de manière à se rapprocher axialement de la portion d'épaulement32, de sorte que la portion supérieure33et la portion d'épaulement32pincent ou prennent en sandwich l’assemblage superposé de la bague d'étanchéité50, de la borne20, en particulier de la portion périphérique22de la borne20, et de l'isolant50.
En d'autres termes, au cours de l'étape de déformation, la portion supérieure33est déformée en rapprochant axialement une extrémité de la portion supérieure33de la portion d'épaulement et radialement de l'axe de référence principalA.
Il en résulte qu'une extrémité distale de la portion supérieure33délimite, après déformation, une ouverture33 'ayant un diamètre strictement inférieur au diamètre externe du contour circulaire fermé de la portion périphérique22de la borne20.
Pour assurer ce support axial dans la position d'assemblage de la structure d'assemblage de borne10, après la déformation de la portion supérieure33, il y a un chevauchement axial entre la portion supérieure33du support de borne30et la portion périphérique22de la borne20, ce chevauchement étant annulaire et continu sur ce périmètre annulaire.
On obtient alors un bloc de borne auto-retenu arrangé pour être fixé dans le couvercle110. Ainsi, lors d'une telle étape d'assemblage, la portion supérieure33est déformée330pour retenir, avec la portion d'épaulement32, la bague d'étanchéité50, la borne20et l'isolant40, respectivement dans la direction axiale de la portion d'épaulement32à la portion supérieure33.
Une fois la structure d'assemblage de borne10obtenue, formant ainsi un bloc de borne auto-retenu délimité sur sa périphérie annulaire par le collier de maintien35du support de borne30, le procédé d'assemblage comprend une étape de fixation de ladite structure d'assemblage de borne10sur le couvercle110de la cellule de batterie100.
Comme décrit précédemment, le collier de maintien35délimite extérieurement un contour extérieur annulaire fermé dont la dimension radiale est conçue pour être ajustée à un diamètre interne d'un trou correspondant111du couvercle supérieur110afin d'être fixés ensemble dans une position de fixation dans laquelle la structure d'assemblage de borne10ferme ledit trou111.
Dans ce mode de réalisation, l'étape de fixation est une étape de soudage de la structure de l'assemblage de borne10au couvercle110de la cellule de batterie100, c'est-à-dire que le bord extérieur périphérique du collier de maintien35est soudé au bord intérieur du trou111du couvercle110de la cellule de batterie100.
Ainsi, lors de l'étape de fixation :
  • la structure d'assemblage de borne10formant un bloc de borne auto-retenu est insérée dans le trou111du couvercle11 0 ;
  • un soudage par faisceau laser est appliqué sur tout le périmètre de l'interface des deux parties que sont le support de borne30de la structure d'assemblage de borne10et le couvercle110de la cellule de batterie100.
Il est entendu que certaines différences de conception peuvent faciliter le processus et/ou le coût en fonction du produit selon l'invention.
La structure d'assemblage de borne10a une forme qui est symétrique en rotation par rapport à l'axe de référenceAdans les positions empilée et d'assemblage, de sorte que la position angulaire de la structure d'assemblage de borne10pendant l'étape de fixation n'est pas une contrainte.
En position d'assemblage de la borne structurée10, on obtient une borne20en forme de disque, dont l'épaisseur axiale ou verticale délimite substantiellement l'épaisseur de la borne structurée10, et s'étend entre une face inférieure de contact ouverte vers l'intérieur de la cellule100et une face supérieure ouverte vers l'extérieur et permettant de connecter la cellule au circuit électrique associé.
La borne20en forme de disque est entourée radialement par le support de borne30, qui le maintient fermement dans l'espace annulaire serré axialement entre la portion d'épaulement32et la portion supérieure33du support de borne30.L'isolant40et la bague50assurent l'isolation électrique entre la borne20et le support de borne30et empêchent également tout jeu entre les pièces.
Grâce à l'invention, il est donc possible d'obtenir une structure d'assemblage de borne10sous la forme d'un bloc de borne auto-retenu pour lequel le procédé ou le processus d'assemblage est plus simple et plus rapide. Il est également possible d'obtenir une structure d'assemblage de borne10plus mince, de sorte que l'efficacité volumétrique de la cellule de batterie prismatique associé peut être améliorée.
Les figures 16 à 22 illustrent la structure d'un assemblage de borne dans un deuxième mode de réalisation. Ce mode de réalisation diffère essentiellement du premier mode de réalisation en ce que l'isolant40comprend une portion de bord401qui est une extension de l'extrémité supérieure40Ade l'isolant40. En position d'empilement, la portion de bord401fait saillie axialement par rapport à l'espace interne34. En position d'empilement et de non-assemblage, la portion de bord401est plus haute que la surface supérieure de la borne20.
Une fois l'étape de déformation effectuée par un outil de déformation200, la portion de bord401s'étend de manière annulaire et continue en tant que projection axiale par rapport à la portion supérieure33déformée, et également par rapport à la borne20.
L'étape de déformation est ensuite suivie d'une étape de formation réalisée par un outil de formation200 'constitué dans ce mode de réalisation d'un pistolet thermique, arrangé pour former la portion de bord401, et plus particulièrement dans ce mode de réalisation, pour aplanir la portion de bord401sur la surface extérieure de la portion supérieure33. Le pistolet thermique200 'chauffe la portion du bord401de l'isolant40et ramollit l’endroit où la chaleur est transférée et produit une déformation plastique en fonction de la forme de la surface chauffée par le pistolet thermique, ainsi que de la forme de la surface extérieure de la portion supérieure33. Lors de cette étape de déformation de la portion de bord401de l'isolant40, la déformation330de la portion supérieure33du support de borne30est recouverte au moins partiellement par la portion de bord401de l'isolant40, de préférence sous l'effet de la chaleur et d'une force mécanique, pour donner à la portion de bord401de l'isolant40une forme d’anneau, positionné axialement à un niveau inférieur de la surface supérieure de la borne20et étendu concentriquement avec la borne20dans la position d'assemblage de la structure d'assemblage de borne.
Avec une telle étape de formation dans le procédé d'assemblage, la portion de bord401de l'isolant40s'étire et recouvre plus largement le support de borne30et, par conséquent, améliore la distance de séparation électrique et la distance de fuite entre la borne20et le support de borne30,qui doivent être strictement isolés électriquement.
Dans un autre mode de réalisation, il est possible d'effectuer simultanément les étapes de déformation et de formation. Il est également possible que l'outil de déformation200et l'outil de formation200 'soient le même outil.
Les figures 23 à 25 illustrent la structure d'un assemblage de borne selon un troisième mode de réalisation. Ce mode de réalisation diffère essentiellement du deuxième mode de réalisation en ce que le support de borne est obtenu à partir d'une plaque annulaire. La portion supérieure33et la portion d'épaulement32sont séparées par le collier de maintien35, qui est obtenu à partir d'un pli dans la plaque annulaire.
L'avantage d'une telle configuration est qu'elle est simple et facile à obtenir, le support de borne étant particulièrement simple à fabriquer et peu coûteux.
Bien entendu, la présente invention, telle qu'elle est exposée, est donnée à titre d'exemple. Il est entendu que les personnes compétentes dans le domaine peuvent être en mesure de réaliser différentes variantes de l'invention sans sortir du cadre de l'invention.
Par exemple, dans ces modes de réalisation, l'étape de déformation est réalisée par pression, mais elle peut également être réalisée par emboutissage/estampage, rivetage ou rivetage orbital.
Il est souligné que toutes les caractéristiques, telles qu’elles se dégagent pour un homme du métier à partir de la présente description, des dessins et des revendications attachées, même si concrètement elles n’ont été décrites qu’en relation avec d’autres caractéristiques déterminées, tant individuellement que dans des combinaisons quelconques, peuvent être combinées à d’autres caractéristiques ou groupes de caractéristiques divulguées ici, pour autant que cela n’a pas été expressément exclu ou que des circonstances techniques rendent de telles combinaisons impossibles ou dénuées de sens.

Claims (15)

  1. Structure d'assemblage de borne (10) pour une cellule de batterie (100), comprenant au moins :
    • une borne (20) ayant un corps central (21) délimité radialement, par rapport à un axe de référence (A), par une portion périphérique (22) ayant un contour fermé ;
    • un support de borne (30) formant un cadre fermé entourant une ouverture centrale (31), le support de borne (30) comprenant une portion d'épaulement (32) délimitant radialement l'ouverture centrale (31) et une portion supérieure (33) érigée au moins en partie axialement, le support de borne (30) délimitant un espace interne (34) configuré pour recevoir la borne (20) dans une position d'assemblage de la structure d'assemblage de borne (10) ;
    • un isolant (40) pour assurer l'isolation électrique entre la borne (20) et le support de borne (30) ;
    dans laquelle la portion supérieure (33) du support de borne (30) est déformée (330) pour maintenir fixement au moins la borne (20) et l’isolant (40), la portion d'épaulement (32) participant à ce maintien.
  2. Structure d'assemblage de borne (10) selon la revendication 1, dans laquelle, dans la position d'assemblage de la structure d'assemblage de borne (10), au moins une partie de la portion supérieure (33, 330) du support de borne (30) et une partie de la portion périphérique (22) de la borne (20) ont un chevauchement axial, par rapport à l'axe de référence (A), de préférence continu le long du contour fermé.
  3. Structure d'assemblage de borne (10) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle elle comprend une bague d'étanchéité (50) entourant radialement l'ouverture centrale (31) du support de borne (30) et placée entre, au moins une partie de la portion d'épaulement (32) du support de borne (30) et une partie de la portion périphérique (22) de la borne (20), la déformation (330) de la portion supérieure (33) du support de borne (30) maintenant, avec la portion d'épaulement (32), la borne (20), l’isolant (40) et la bague d'étanchéité (50).
  4. Structure d'assemblage de borne (10) selon l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle, dans la position d'assemblage de la structure d'assemblage de borne (10), la portion périphérique (22) de la borne (20) est supportée par la portion d'épaulement (32) du support de borne (30).
  5. Structure d'assemblage de borne (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l’isolant (40) entoure radialement le corps central (21) de la borne (20) et est agencé pour être placé contre une partie de la portion périphérique (22) de la borne (20) sur un côté externe (22A), opposé au côté interne (22B) orienté vers la portion d'épaulement (32), dans la position d'assemblage.
  6. Structure d'assemblage de borne (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la borne (20) et le support de borne (30) sont électriquement conducteurs, de préférence métalliques.
  7. Structure d'assemblage de borne (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la portion supérieure (33) du support de borne (30) est déformée par une presse mécanique ou une machine à riveter orbitale.
  8. Structure d'assemblage de borne (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la portion périphérique (22) est formée par une portion saillante radialement à partir du corps central (21) de la borne (20).
  9. Structure d'assemblage de borne (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la borne (20) a une forme annulaire, la portion périphérique (22) étant annulaire, et la structure d'assemblage de borne (10) a une forme annulaire.
  10. Structure d'assemblage de borne (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle une partie inférieure (211) du corps central (21) pénètre axialement à travers l'ouverture centrale (31), en position d'assemblage.
  11. Procédé d'assemblage d'une structure d'assemblage de borne (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes pour une cellule de batterie (100), comprenant :
    • l'empilement d'au moins la borne (20), l’isolant (40) et le support de borne (30) de sorte que la borne (20) et l’isolant (40) sont reçus en position empilée, au moins en partie, dans l'espace interne (34) dudit support de borne (30) ;
    • la déformation de la portion supérieure (33) du support de borne (30) pour retenir, avec la portion d'épaulement (32), au moins la borne (20) et l’isolant (40).
  12. Procédé d'assemblage d'une structure d'assemblage de borne (10) selon la revendication précédente, dans lequel après l'étape de déformation de la portion supérieure du support de borne (30), il comprend une étape de soudage de la structure d'assemblage de borne (10) formant un bloc de borne auto-retenu à la plaque de couvercle (110) de la cellule de batterie (100).
  13. Procédé d'assemblage d'une structure d'assemblage de borne (10) selon la revendication 11 ou 12, dans lequel la structure d'assemblage de borne (10) comprend une bague d'étanchéité (50) qui est empilée avec la borne (20) et l’isolant (40) pendant l'étape d'empilement, de sorte que la borne (20), l’isolant (40) et la bague d'étanchéité (50) sont reçus en position empilée, au moins en partie, dans l'espace interne (34) dudit support de borne (30).
  14. Procédé d'assemblage d'une structure d'assemblage de borne (10) selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, dans lequel l’isolant (40) présente une portion de bord (401), qui est plus haute qu'une surface supérieure de la borne (20) à l'étape d'empilement, le procédé comprenant une étape consistant à couvrir au moins partiellement la déformation (330) de la portion supérieure (33) du support de borne (30) par une étape de déformation, de préférence à l'aide de chaleur et d'une force mécanique, afin de transformer la portion de bord (401) en forme de beignet, positionnée axialement à un niveau inférieur de la surface supérieure de la borne (20) et expansée concentriquement avec la borne (20) dans la position d'assemblage de la structure d'assemblage de borne.
  15. Procédé d'assemblage d'une structure d'assemblage de borne (10) selon l'une quelconque des revendications 11 à 14, dans lequel l'étape de déformation de la portion supérieure (33) du support de borne (30) est réalisée par emboutissage ou pressage.
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