Brevet FR2954998A1 — publié le 20110708

SYSTEME DE CONNEXION POUR UN ACCUMULATEUR ELECTRIQUE La présente invention concerne un système de connexion pour des accumulateurs électriques, utilisés en particulier pour la traction sur un véhicule électrique ou hybride, ainsi qu'un véhicule automobile comprenant ce système de connexion. Les véhicules électriques ou hybrides comprennent pour délivrer l'énergie électrique de traction du véhicule, des accumulateurs électriques ou batteries comportant des éléments disposés en série comme des cellules électrochimiques, ou des condensateurs de forte capacité appelés super-condensateurs. Les accumulateurs électriques ont une durée de vie variable en fonction de l'utilisation qui en est faite. La capacité de charge des accumulateurs électriques et leur durée de vie, en particulier pour les accumulateurs électrochimiques, peut dépendre fortement de leur température d'utilisation et de stockage. Une température élevée de stockage ou d'utilisation des accumulateurs électriques peut entraîner une baisse importante de leur capacité de charge ainsi que de leur durée de vie. L'autonomie du véhicule peut être fortement affectée. De plus les accumulateurs électriques représentant généralement un coût élevé, le coût total d'exploitation du véhicule augmente de manière significative. En particulier les cellules au lithium-ion peuvent avoir une durée de vie 25 fortement diminuée en cas de stockage ou de fonctionnement à des températures élevées. Une élévation importante de température peut aussi dans certains cas devenir dangereuse, avec des risques d'inflammation ou d'explosion. Pour assurer un suivi individuel des cellules composant les 30 accumulateurs électriques, il est connu de coller sur le flanc de chaque cellule un capteur de température. Les différents capteurs de température sont ensuite reliés individuellement par des fils électriques à une unité de contrôle, qui peut ainsi enregistrer la température des cellules. Un problème qui se pose est qu'il faut d'abord disposer chaque capteur de température sur sa cellule, puis ensuite assurer le câblage des capteurs pour les relier à l'unité de contrôle. Ces différentes opérations demandent du temps, il faut appliquer notamment le capteur de température à un endroit précis. De plus du fait du grand nombre d'opérations difficilement automatisable comme la dépose des capteurs et le câblage, à effectuer manuellement, on a des risques de défaillance provenant par exemple de mauvaises connexions électriques. Pour faciliter la mise en place des capteurs de température, un moyen de maintien connu présenté notamment par le document US-A1-20030223474, comprend une carte comportant un circuit électrique, et un capteur de température connecté électriquement à ce circuit pour transmettre des informations, qui est relié thermiquement par un conducteur thermique à une cellule d'un accumulateur électrique pour mesurer sa température. Pour cet accumulateur électrique, il faut prévoir de plus un dispositif de connexion des bornes des cellules, pour conduire le courant électrique de stockage d'énergie. Les différents systèmes séparés de connexions électriques pour le stockage d'énergie comme pour les informations des capteurs, nécessitent différentes manipulations pour les mettre en place. De plus ils nécessitent aussi un espace important, et comportent un coût élevé. La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure, et de proposer un système permettant d'assurer les différentes connexions électriques, qui soit simple, économique et fiable. Elle propose à cet effet un système de connexion pour un accumulateur électrique comprenant une série de cellules comportant chacune des bornes de connexion recevant le courant de charge de l'accumulateur, caractérisé en ce que le système de connexion comprend une plaque de connexion comportant des liaisons électriques formant des circuits se raccordant sur les bornes des cellules, cette plaque de connexion supportant de plus des capteurs de température fixés au préalable, de manière à ce qu'une fois la plaque mise en position sur les cellules, les capteurs soient disposés à proximité des cellules pour pouvoir en mesurer la température. Un avantage de ce système de connexion est que l'on peut par une opération rapide et simple d'installation de la plaque de connexion, à la fois relier les bornes des cellules aux circuits de raccordement, et mettre en place les capteurs de température dans des positions précises à proximité de chaque cellule, permettant de mesurer de manière définie la température de ces cellules. Le système de connexion selon l'invention peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. Avantageusement, le capteur de température est relié thermiquement à la cellule par une pâte comportant une bonne conductibilité thermique. Avantageusement, la plaque de connexion comporte des barres de liaison reliant chacune deux cellules entre elles, formant les circuits de raccordement des bornes des cellules, ces barres de liaison étant intégrées dans une matière isolante constituant la plaque de connexion. Avantageusement, la plaque de connexion comporte des logements recevant les capteurs de température. Avantageusement, la plaque de connexion comporte des circuits électriques reliés à des pattes de connexion des capteurs de température, pour transmettre les informations de température des cellules à un réseau électrique extérieur. Les boîtiers des capteurs de température peuvent être disposés sur une face de la plaque de connexion tournée du côté des cellules, les pattes de connexion des capteurs traversant cette plaque pour être reliées aux circuits électriques disposés sur l'autre face de la plaque. Selon un mode de réalisation, la plaque de connexion forme un plan qui repose sur la face supérieure des cellules, cette plaque comportant des moyens de positionnement de ces cellules. Selon une application particulière, l'accumulateur électrique comporte des cellules au lithium-ion. L'invention a aussi pour objet un véhicule automobile électrique ou hybride, disposant d'une machine électrique de traction alimentée par des accumulateurs électriques comportant un système de connexion comprenant l'une quelconque des caractéristiques précédentes. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d'un accumulateur électrique selon l'invention, comportant des cellules au lithium-ion ; - la figure 2 est une vue détail de la plaque de connexion de l'accumulateur électrique ; et - la figure 3 est une vue de détail de cette plaque de connexion, montrant l'implantation d'un capteur de température. Les figures 1 et 2 présentent un accumulateur électrique 1 comprenant des cellules 2 au lithium-ion ayant chacune la forme d'un cylindre disposé verticalement. Les cellules 2 sont alignées suivant deux rangées sur une plaque de base 4 formant un support, comprenant des centrages recevant la base de ces cellules. La partie supérieure des cellules 2 forme un plan parallèle à la plaque de base 4, qui reçoit une plaque de connexion 10 posée dessus. La plaque de connexion 10 comporte aussi des moyens de centrage des cellules 2, elle est reliée à la plaque de base 4 pour former un cadre maintenant en position l'ensemble de ces cellules. La plaque de connexion 10 comporte deux séries de barres de liaison 12, chaque barre comprenant à ses extrémités un perçage 14. La plaque de connexion 10 comporte de plus un isolant recouvrant les barres de liaison 12. On peut avantageusement réaliser de manière économique la plaque de connexion 10 par surmoulage d'une matière plastique sur les barres de liaison 12. On notera que les figures 1 et 2 présentent en transparence les barres de liaison 12, à travers la matière d'isolation de la plaque de connexion 10. Chaque barre de liaison 12 est connectée par ses perçages d'extrémités 14, à un pôle positif d'une cellule 2 et à un pôle négatif de la cellule voisine disposée dans la même rangée, de manière à former une chaîne continue allant d'une extrémité à l'autre de la plaque de connexion 10. La chaîne revient ensuite sur l'autre rangée de cellules 2, pour connecter toutes les cellules de l'accumulateur électrique 1 en série. Chaque extrémité de la chaîne comprenant les barres de liaison 12, comporte une borne de connexion extérieure 16, permettant le raccordement de cette chaîne au circuit d'alimentation d'un onduleur qui contrôle le courant envoyé à une machine électrique de traction d'un véhicule électrique ou hybride. La figure 3 présente la plaque de connexion 10 vue en transparence, comprenant un perçage 18 entre chaque couple de perçages 14 des barres de liaison 10, prévus pour la connexion à une même cellule 2. Un capteur de température 20 est placé dans chaque perçage 18 formant un logement, le boîtier de ce capteur étant tourné vers le côté inférieur comportant les cellules 2. Le capteur de température 20 comporte trois pattes de connexion 24 tournées vers le haut, qui traversent la plaque de connexion 10. Le dessus de la plaque de connexion 10 comporte des circuits électriques 22 gravés sur la surface, du style circuit imprimé, comprenant des perçages dans lesquelles sont insérées les pattes de connexion 24 des capteurs de température 20, puis raccordées par soudure sur ces circuits. On forme ainsi au préalable un sous-ensemble comprenant la plaque de connexion 10 équipée des barres de liaison 12, et des capteurs de température 20 qui sont maintenus en position par la soudure de leurs pattes de connexion 24. Ce sous-ensemble est facile à fabriquer et à tester pour s'assurer du bon positionnement de tous les composants, et de la qualité des différentes connexions. Une fois la plaque de connexion mise en place au dessus des cellules 2 dans sa position de montage, le boîtier de chaque capteur de température 20 se trouve positionné de manière précise sensiblement au milieu de sa cellule, et juste au dessus de la face supérieure de cette cellule. Une pâte thermique déposée au préalable sur la cellule 2 ou sur le capteur de température 20, vient noyer le boîtier de ce capteur et assure une bonne conductibilité thermique entre la cellule et le boîtier, de manière à délivrer une mesure précise de la température de la cellule. Le capteur de température 20 peut ensuite transmettre par le circuit électrique 22 l'information de la température de la cellule 2, à un réseau électrique extérieur relié à une unité de contrôle. La plaque de connexion 10 intégrant à la fois les connexions de puissance pour la charge des cellules 2, le maintien des capteurs de température 20 et leurs circuits électriques 22 de connexion, constitue un système de raccordement simple et économique. Il permet de placer rapidement et de manière précise l'ensemble des capteurs de température 20, ce qui garantit des mesures de température fiables. De plus la qualité des connexions des capteurs de températures 20 est assurée, et le montage de l'ensemble est simple. En variante, la plaque de connexion 10 comprenant les barres de liaison 12 pour les connexions de puissance des cellules 2, peut recevoir un support comportant les capteurs de température 20, comme un circuit imprimé, qui serait fixé sur cette plaque. De cette manière on forme aussi un sous-ensemble comprenant à la fois les connexions de puissance et les capteurs de température 20. Le système de connexion suivant l'invention est particulièrement adapté 30 pour des cellules électrochimiques au lithium-ion, qui demandent une surveillance importante de leur température pour assurer leur durée de vie ainsi que la sécurité. D'une manière générale, l'accumulateur électrique 1 peut comporter d'autres éléments électrochimiques 2 demandant une surveillance de la température, notamment des éléments au plomb, au nickel-métal hydrure (Ni-MH), ou au nickel-zinc (Ni-Zn). L'accumulateur électrique 1 peut aussi comporter des super-capacités. REVENDICATIONS1 ù Système de connexion pour un accumulateur électrique (1) comprenant une série de cellules (2) comportant chacune des bornes de connexion recevant le courant de charge de l'accumulateur, caractérisé en ce que le système de connexion comprend une plaque de connexion (10) comportant des liaisons électriques (12) formant des circuits se raccordant sur les bornes des cellules (2), cette plaque de connexion supportant de plus des capteurs de température (20) fixés au préalable, de manière à ce qu'une fois la plaque mise en position sur les cellules (2), les capteurs soient disposés à proximité des cellules pour pouvoir en mesurer la température. 2 ù Système de connexion suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur de température (20) est relié thermiquement à la cellule (2), par une pâte comportant une bonne conductibilité thermique. 3 ù Système de connexion suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la plaque de connexion (10) comporte des barres de liaison (12) reliant chacune deux cellules (2) entre elles, formant les circuits de raccordement (14) des bornes des cellules (2), ces barres de liaison (12) étant intégrées dans une matière isolante constituant la plaque de connexion. 4 ù Système de connexion suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la plaque de connexion (10) comporte des logements (18) recevant les capteurs de température (20). 5 ù Système de connexion suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la plaque de connexion (10) comporte des circuits électriques (22) reliés à des pattes de connexion (24) des capteurs de température (20), pour transmettre les informations de température des cellules à un réseau électrique extérieur. 6 ù Système de connexion suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les boîtiers des capteurs de température (20) sont disposés sur une face de la plaque de connexion (10) tournée du côté des cellules (2), les pattes deconnexion (24) des capteurs traversant cette plaque pour être reliées aux circuits électriques (22) disposés sur l'autre face de la plaque. 7 ù Système de connexion suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la plaque de connexion (10) forme un plan qui repose sur la face supérieure des cellules (2), cette plaque comportant des moyens de positionnement de ces cellules. 8 ù Système de connexion suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'accumulateur électrique (1) comporte des cellules (2) au lithium-ion. 9 ù Véhicule automobile électrique ou hybride disposant d'une machine électrique de traction alimentée par des accumulateurs électriques (1), caractérisé en ce que ces accumulateurs électriques comportent un système de connexion réalisé suivant l'une quelconque des revendications précédentes.