Brevet FR2912000A1 — publié le 20080801

La présente invention concerne les câbles de raccordement de pôles de batteries qui sont destinés à relier entre elles des cellules galvaniques. De tels câbles de raccordement, encore appelés câblots sont destinés à conduire des courants relativement importants (de l'ordre de 300 Ah à 1800 Ah) et doivent présenter une faible résistance électrique. Ces câbles comprennent un faisceau constitué d'une pluralité de fils conducteurs électriques dont les deux extrémités sont solidarisées avec un connecteur muni d'un orifice, permettant la connexion avec l'un des pôles de la batterie, l'ensemble étant complètement entouré par un matériau d'isolation. D'une manière générale, ces câbles de raccordement ont un entraxe de 75 à 300 mm (distance entre l'axe des orifices des deux connecteurs d'extrémités) ; pour l'équipement de terminaux, ces longueurs peuvent être comprises entre 800 mm et 1500 mm. D'autre part, la section du faisceau de fils conducteurs est relativement importante, comprise entre 16 mm2 et 150 mm2. En particulier, pour des batteries fixes, cette section est généralement comprise entre 70 et 120 mm2 ; pour des batteries de traction, par exemple des batteries de chariots élévateurs, cette section est généralement comprise entre 16 et 70 mm2. Ces câbles de raccordement de pôles de batteries sont des câbles spéciaux destinés à la conduction de courants forts. Pour des raisons de sécurité, ils nécessitent d'être intégralement recouverts d'un matériau d'isolation. D'autre part, la liaison entre les connecteurs d'extrémités et les extrémités du faisceau de câble doit être aussi parfaite que possible afin de limiter la résistance électrique et assurer une bonne résistance mécanique. Le document US-4 049 335 décrit une technique classique pour fabriquer un tel câble de raccordement de pôles de batteries. Dans ce document, le câble de raccordement comporte un faisceau composé d'une multiplicité de fils fins équipé, à ses deux extrémités, d'un connecteur muni d'un orifice. Pour la fabrication du câble, chaque connecteur est ici constitué d'une gaine tubulaire en cuivre dans laquelle est introduite une partie du faisceau partiellement dénudée au préalable. Ensuite, la gaine de cuivre est comprimée et aplatie avec le faisceau de manière à réaliser l'assemblage des deux éléments. Un orifice est alors ménagé dans la zone aplatie de la gaine de cuivre. Enfin, le pourtour de l'orifice reçoit une matière de brasage afin d'améliorer l'assemblage des éléments et la conductivité électrique. Les extrémités du câble de raccordement ainsi réalisées sont ensuite recouvertes d'une matière isolante par une technique de moulage-injection. L'orifice réalisé dans le connecteur permet à ce dernier de venir se positionner sur une vis ménagée dans le pôle d'accumulateur et d'être pressé au moyen d'un écrou de serrage. Cependant, l'assemblage entre le connecteur rapporté et le faisceau de fils fins n'est pas optimal. De plus, la partie aplatie du câble est constituée de deux couches de matière extérieures prenant en sandwich le faisceau de fils et cette structure, non homogène, peut provoquer des desserrements de l'écrou, en particulier sur les accumulateurs non stationnaires disposés dans des véhicules, soumis à des secousses en répétition. L'extrémité du câble n'est alors plus raccordée efficacement au pôle d'accumulateur ce qui conduit à des défauts de conduction électrique, et à des échauffements allant parfois jusqu'à la formation d'étincelles. Pour remédier à ces inconvénients, le document EP-1 101 255 propose un câble de raccordement dont les connecteurs se présentent sous la forme de plaques assemblées par soudage aux ultra-sons avec les extrémités du faisceau de fils. De manière classique, les extrémités dénudées du faisceau de fils fins sont ensuite enveloppées par un matériau d'isolation. Cette technologie apporte différents avantages par rapport à la précédente décrite ci-dessus, en particulier en terme de réduction de matière, de résistance, de qualité de conductivité électrique, de tenue mécanique dans le temps et de rapidité de fabrication. Cependant, la liaison de type soudage, par une action d'apport d'énergie sous forme de chaleur, provoque la liquéfaction des deux matériaux à assembler, au niveau de leur plan de joint ; et au cours du refroidissement, les matériaux fondus se mixtent et s'assemblent par liaison moléculaire. Or, cette opération de recristallisation engendre fatalement, après refroidissement, une structure moléculaire et métallographique différente de celle d'origine des deux composants à assembler. Dans la pratique, cette zone modifiée est dénommée ZAT (Zone Affectée Thermiquement). L'effet pervers de cette ZAT a pour caractéristique, de par la modification de la métallographie des matériaux dans cette zone, de créer notamment des microfissures, de la pollution et un troisième type de matériau, ce qui entraîne : - un abaissement des caractéristiques mécaniques de la liaison par rapport aux caractéristiques du matériau de base, - de ne plus permettre aucune pérennité de ces caractéristiques mécaniques dans le temps, par la présence des microfissures qui, sous l'action des sollicitations des composants assemblés, vont se développer dans le temps jusqu'à la rupture, - d'abaisser dans la zone de liaison les caractéristiques électriques et diélectriques des matériaux de base, et - de créer des destructions chimiques par effet de pile entre le troisième matériau et le matériau de base dans l'environnement d'utilisation. De plus, il est très difficile de souder ensemble deux matériaux différents, si bien que d'une manière très générale, les câbles de raccordement actuellement sur le marché comportent un faisceau de fils fins en cuivre, associé à des connecteurs d'extrémités également en cuivre, du fait de la bonne conductivité électrique de ce matériau, mais ce qui rend ces câbles de raccordement relativement onéreux, du fait du prix du cuivre sur le marché. Les demanderesses ont développé une nouvelle structure de câble de raccordement de pôles de batteries ayant pour but de remédier à ces inconvénients. Ce câble de raccordement de pôles de batteries est constitué de manière classique d'un faisceau formé d'une pluralité de fils conducteurs électriques dont les extrémités sont chacune solidarisées avec un connecteur permettant la connexion avec l'un des pôles de la batterie, lequel connecteur, également réalisé en matériau conducteur, comporte une première partie pour sa solidarisation avec l'extrémité du faisceau, et une seconde partie plane munie d'un orifice adapté pour sa solidarisation avec ledit pôle de batterie, ledit faisceau et lesdits connecteurs étant complètement entourés par un matériau d'isolation. Conformément à l'invention, la première partie du connecteur est en forme générale de tube délimitant un orifice cylindrique au sein duquel est logée l'extrémité du faisceau de fils conducteurs, ce tube étant solidarisé avec ladite extrémité de faisceau par une technique d'assemblage par magnétoformage . La mise en oeuvre d'une telle technique d'assemblage électromagnétique, connue en elle-même dans d'autres domaines, mais pas du tout dans le secteur très traditionnel concerné par la présente invention, permet d'obtenir une liaison non plus moléculaire et métallographique, mais atomique, sans apport de chaleur. Le champ magnétique mis en oeuvre autour des pièces à assembler est spécialement défini et construit pour la présente application spécifique. Ce champ provoque la création de forces qui vont assurer la percussion des pièces à assembler, à très haute vitesse ; l'impact provoqué par cette rencontre entraîne, par sa puissance, la décohésion atomique des atomes des molécules des surfaces de contact. Les électrons de chaque noyau sont arrachés de leur orbite et viennent se repositionner sur des orbites différentes de celles d'origine. Après recombinaison, l'équilibre et la stabilité de la matière sont à nouveau assurés. On arrive ainsi à obtenir un assemblage de grande qualité entre l'extrémité du faisceau de fils conducteurs et les connecteurs d'extrémité, de nature totalement différente des assemblages classiques. L'assemblage en question est en particulier dépourvu de ZAT. Il n'entraîne pas ou peu de microfissures, ni de pollution ; il permet aussi d'obtenir une excellente conductibilité et d'excellents résultats de comportement au passage du courant, ainsi que d'excellents résultats en terme de tenue mécanique. L'assemblage correspondant peut d'autre part être réalisé très rapidement, ce qui permet d'obtenir des cadences de fabrication très élevées. Pour obtenir un assemblage performant, la partie tubulaire du connecteur présente avantageusement un diamètre interne nominal, avant assemblage, compris entre 1,10 et 1,20 fois le diamètre nominal de l'extrémité du faisceau de fils ; d'autre part, le diamètre externe nominal de cette partie tubulaire de connecteur est avantageusement compris entre 1,45 et 1,65 fois le diamètre nominal de ladite extrémité de faisceau, l'épaisseur de la paroi de ladite partie tubulaire étant de l'ordre de 1,8 mm. Dans une forme de réalisation préférée, la seconde partie plane du connecteur, munie de l'orifice permettant la fixation au pôle de batterie, est réalisée monobloc avec la première partie tubulaire. La technique d'assemblage électromagnétique mise en oeuvre permet également très avantageusement de solidariser entre eux des matériaux différents du cuivre, traditionnellement utilisé dans la présente application, et également des matériaux de nature'différente. En particulier, selon une première forme de réalisation possible, le câble de batterie conforme à l'invention comprend un faisceau constitué de fils en aluminium, associé à des connecteurs d'extrémité également en aluminium. Dans une seconde forme de réalisation intéressante, le faisceau est constitué de fils en cuivre, et les connecteurs d'extrémité sont en aluminium. L'invention concerne également le procédé de fabrication de ce câble de raccordement de pôles de batterie, lequel procédé consiste à insérer chaque extrémité dénudée du faisceau de fils conducteurs dans la première partie en forme de tube d'un connecteur, puis à mettre en oeuvre autour de ladite partie tubulaire, un champ électromagnétique annulaire intense appliqué en quelques micro-secondes, apte à créer des forces magnétiques adaptées pour provoquer le rétreint à grande vitesse du diamètre d'une partie au moins de la longueur de ladite partie tubulaire, par déformation plastique, pour obtenir l'assemblage recherché. Le niveau d'énergie du champ électromagnétique correspondant est avantageusement compris entre 6 et 8 kJ, appliqué pendant un temps de l'ordre de 10 à 20 micro-secondes, en fonction du diamètre du faisceau de fils. L'invention sera encore illustrée, sans être aucunement limitée, par la description suivante en association avec les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue générale en perspective d'une pluralité de batteries reliées les unes aux autres en parallèle au moyen de câbles de raccordement conformes à l'invention ; - la figure 2 est une vue en perspective de l'une des extrémités d'un câble de raccordement conforme à l'invention, en cours de fabrication, avant assemblage du connecteur d'extrémité avec l'extrémité dénudée du faisceau de fils conducteurs ; - la figure 3 est une vue en coupe selon 3-3 de la figure 2 ; - la figure 4 est une vue schématique illustrant l'application du champ électromagnétique pour assembler le connecteur et l'extrémité du faisceau de fils conducteurs ; - la figure 5 est une vue en perspective de l'extrémité du câble de raccordement montré figure 2, après mise en oeuvre du champ électromagnétique et assemblage du connecteur avec l'extrémité du faisceau de fils conducteurs ; - la figure 6 est une vue en coupe selon 6-6 de la figure 5 ; - la figure 7 est une vue en perspective du câble de raccordement constitué du faisceau de fils conducteurs aux extrémités dénudées duquel sont fixés les deux connecteurs, avant enrobage de ces derniers par un matériau d'isolation ; - la figure 8 est une vue en perspective du câble de raccordement de la figure 7, après enrobage des connecteurs d'extrémités par le matériau d'isolation. La figure 1 montre une pluralité de batteries 1 reliées en parallèle par des câbles de raccordement 2 (ou câblots) conformes à la présente invention, constitués chacun d'un faisceau de fils conducteurs 3 aux deux extrémités duquel sont fixés des organes connecteurs 4. Les organes connecteurs 4 sont munis d'un orifice 5 permettant leur raccordement sur les pôles en forme de trous taraudés des batteries 1, par l'intermédiaire de vis 7. La fabrication. des câbles de raccordement 2 conformes à l'invention est décrite ci-après en liaison avec les figures 2 à 8. Pour réaliser un tel câble 2, on dénude les deux extrémités 8 d'un faisceau de fils conducteurs 3 revêtu d'un matériau d'isolation 9 (par exemple une matière plastique de type PVC ou du caoutchouc) ; tel qu'illustré sur les figures 2 et 3, on introduit chacune de ces extrémités dénudées 8 dans la partie tubulaire 10 d'un connecteur d'extrémité 4 préalablement préparé ; on soumet ensuite l'ensemble extrémité 8 de faisceau 3/partie tubulaire 10 de connecteur 4 à l'action d'un champ électromagnétique annulaire adapté pour assurer leur assemblage (figures 4, 5 et 6) ; et enfin les extrémités de câbles ainsi obtenues sont enrobées par un matériau d'isolation (figures 7 et 8). Le faisceau isolé 3 comprend une multiplicité de fils fins en matériau conducteur, par exemple en cuivre ou en aluminium. En particulier, ce faisceau 3 peut être constitué d'une multiplicité de fils fins ayant chacun un diamètre compris entre 20/100ème et 60/100ème de mm. Par exemple, pour des fils ayant un diamètre de 20/100ème de mm, on peut utiliser environ : - 780 fils pour fabriquer un faisceau 3 ayant une section de 25 mm2, - 1100 fils pour fabriquer un faisceau 3 ayant une section de 35 mm2, - 1550 fils pour fabriquer un faisceau 3 ayant une section de 50 mm2, -2200 fils pour fabriquer un faisceau 3 ayant une section de 70 mm2, 2950 fils pour fabriquer un faisceau 3 ayant une section de 95 mm2. Chaque connecteur 4 est également réalisé en matériau conducteur, par exemple en cuivre ou en aluminium. Ce connecteur 4 comporte une première partie tubulaire 10, délimitant un orifice cylindrique 11, pour sa solidarisation avec l'une des extrémités dénudées du faisceau 3, et une seconde partie plane 12, réalisée monobloc avec la première partie 11, munie de l'orifice 5 pour sa solidarisation avec le pôle de la batterie 1. Pour obtenir un assemblage optimal : - le diamètre interne nominal d de la partie tubulaire 10 du connecteur 4, avant assemblage avec l'extrémité dénudée 8 du faisceau de fils conducteurs 3 est compris entre 1,10 et 1,20 fois le diamètre nominal a de l'extrémité 8 dénudée dudit faisceau de fils 3 (figure 3) ; - le diamètre externe nominal p de ladite partie tubulaire 10 de connecteur 4 est compris entre 1,45 et 1,65 fois le diamètre nominal a dudit faisceau 3, et - l'épaisseur de la partie tubulaire 10 du connecteur 4 est de l'ordre de 1,8 mm, ceci quelle que soit la section dudit faisceau de fils conducteurs 3. L'extrémité dénudée 8 du faisceau 3 est enfoncée au maximum dans l'orifice cylindrique 11 de la partie tubulaire 10 du connecteur 4, dont la longueur est comprise entre 5 et 20 mm, et le champ électromagnétique d'assemblage est appliqué annulairement, sur toute ou pratiquement toute la longueur de la partie tubulaire 10 du connecteur 4 (figure 4). La technique d'assemblage par magnétoformage utilise une bobine, appelée coi! , produisant un champ électromagnétique très puissant et très bref pour générer des forces mécaniques aptes à provoquer une déformation à froid d'un matériau métallique Comme illustré schématiquement sur la figure 4, une machine de magnétoformage comprend essentiellement un générateur 13 associé à un ensemble de capacités 14 et à une bobine 15 disposée ici à l'extérieur de la pièce tubulaire 10 à déformer. Par décharge des capacités 14 à travers la bobine 15 en quelques micro- secondes, il est produit une brève impulsion magnétique intense qui induit des courants dans la pièce placée dans la bobine. Le courant induit circulant en surface de la pièce 10, et celui de la bobine 15, génèrent des forces de répulsion radiales qui provoquent la déformation du métal à très grande vitesse. Le champ électromagnétique est appliqué pendant un temps de 10 à 20 micro- secondes pour réaliser l'assemblage. Le niveau d'énergie utilisé peut être compris entre 6 et 8 kJ pour créer le champ magnétique dans la bobine 15, ceci en fonction du diamètre du faisceau de fils 3. Par exemple, on peut mettre en oeuvre une énergie de l'ordre de 7 kJ pour un câble de 25 mm2, et de 7,5 kJ pour un câble de 70 mm2. On peut pour cela utiliser une machine de magnétoformage de type MPW30 proposée par la Société PULSAR WELDING LTD. On obtient après assemblage un câble de raccordement dont l'une des extrémités est illustrée sur les figures 5 et 6. Suite à cet assemblage, le diamètre externe c de la partie tubulaire 10 du connecteur 4 est sensiblement réduit par rapport à son diamètre nominal p avant assemblage. De même, du fait de la compression réalisée, le diamètre de l'extrémité 8 du faisceau 3 est également réduit par rapport au diamètre nominal a. Un tel assemblage s'avère très performant et montre à l'examen une absence de ZAT au niveau de la zone de liaison entre le faisceau de fils 3 et la partie tubulaire 10 de connecteur. Les tests de résistance mécanique et de conductivité réalisés s'avèrent très positifs. En outre, ce type de technique de fixation autorise l'assemblage de matériaux difficilement ou non soudables, du genre aluminium/aluminium ou cuivre/aluminium. On peut donc envisager de réaliser des câbles de raccordement comportant un faisceau de fils conducteurs 3 en cuivre, associé à des connecteurs d'extrémités 4 en aluminium, ou encore un faisceau de fils conducteurs en aluminium associé à des connecteurs d'extrémités 4 en aluminium. Après assemblage, les extrémités du câble de raccordement sont placées dans un moule d'injection pour recevoir un enrobage 16 de matière isolante genre PVC ou 5 caoutchouc par exemple. On obtient le câble de raccordement 2 totalement isolé illustré sur la figure 8 et apte à être utilisé pour le raccordement de pôles de batteries tel qu'illustré sur la figure 1. REVENDICATIONS - 1.- Câble de raccordement de pôles de batterie destiné à relier des cellules galvaniques, lequel câble (2) comprend un faisceau (3) constitué d'une pluralité de fils conducteurs électriques dont les deux extrémités (8) sont chacune solidarisées avec un connecteur (4) permettant la connexion avec l'un des pôles de la batterie (1), lequel connecteur (4), également réalisé en matériau conducteur, comporte une première partie (10) pour sa solidarisation avec l'extrémité (8) correspondante dudit faisceau (3), et une seconde partie (12), plane, munie d'un orifice (5) adapté pour sa solidarisation avec ledit pôle de batterie, ledit faisceau (3) et lesdits connecteurs (4) étant complètement entourés par un matériau d'isolation (9, 16), caractérisé en ce que ladite première partie (10) de connecteur (4) est en forme générale de tube délimitant un orifice cylindrique (11) au sein duquel est logée ladite extrémité (8) de faisceau (3), ledit tube (10) étant solidarisé avec ladite extrémité (8) de faisceau (3) par une technique d'assemblage par magnétoformage . 2.- Câble de batterie selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre interne nominal (d), avant assemblage, de la partie tubulaire (10) du connecteur (4) est compris entre 1,10 et 1,20 fois le diamètre nominal (a) de l'extrémité (8) du faisceau de fils (3), et en ce que le diamètre externe nominal (p) de ladite partie tubulaire (10) est compris entre 1,45 et 1,65 fois le diamètre nominal (a) de ladite extrémité (8) de faisceau (3), l'épaisseur (b) de paroi de ladite partie tubulaire (10) étant de l'ordre de 1,8 mm. 3.- Câble de batterie selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la seconde partie plane (12) du connecteur (4), munie de l'orifice (5) permettant la fixation au pôle de batterie (1), est réalisée monobloc avec la première partie tubulaire (10). 4.- Câble de batterie selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend un faisceau (3) constitué de fils en aluminium, associé à des connecteurs (4) également en aluminium. 5.- Câble de batterie selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend un faisceau (3) constitué de fils en cuivre, associé à des connecteurs (4) en aluminium. 6.- Procédé de fabrication d'un câble de raccordement de pôles de batterie comprenant un faisceau (3) constitué d'une pluralité de fils conducteurs électriques dont les deux extrémités (8) sont solidarisées avec un connecteur (4) permettant la connexion à l'un des pôles de la batterie (1), lequel connecteur (4), également réalisé en matériau conducteur, comporte une première partie (10) en forme de tube pour sasolidarisation avec ladite extrémité (8) de faisceau (3) et une seconde partie plane (12), munie d'un orifice (5) adapté pour sa solidarisation avec ledit pôle de batterie, lequel procédé consiste, partant d'un faisceau (3) préalablement entouré d'un matériau d'isolation (9), à insérer chaque extrémité dénudée (8) dudit faisceau (3) dans ladite première partie en forme de tube (10) d'un connecteur (4), puis à mettre en oeuvre autour de ladite partie tubulaire (10), un champ électromagnétique annulaire intense appliqué en quelques micro-secondes, apte à créer des forces magnétiques adaptées pour provoquer le rétreint à grande vitesse du diamètre d'une partie au moins de la longueur de ladite partie tubulaire (10), par déformation plastique, pour obtenir l'assemblage recherché. 7.- Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il consiste à appliquer un champ électromagnétique dont le niveau d'énergie est compris entre 6 et 8 kJ, pendant un temps de l'ordre de 10 à 20 micro-secondes, pour réaliser la solidarisation du connecteur (4) avec l'extrémité (8) du faisceau (3).