Brevet FR3100929A1 — publié le 20210319

L’invention concerne une batterie électrique (1), comportant : une pluralité de cellules de charges électriques (2), chaque cellule présentant des faces d’extrémités (21, 22) situées sur des côtés opposés de la cellule, chaque face d’extrémité étant pourvue d’une borne de contact (23) ; au moins une première carte de circuit imprimé (41) disposée au droit des faces d’extrémités situées de l’un des côtés des cellules, la carte de circuit imprimé étant pourvue d’une pluralité de premiers éléments de connexion électrique (43), chacun des premiers éléments de connexion électrique étant situé en vis-à-vis d’une des bornes de contact des cellules; caractérisée en ce que la première carte de circuit imprimé comporte une portion principale (44) dans laquelle sont formées une pluralité d’encoches (45), chaque encoche définissant une languette (46) élastiquement déformable par rapport à la portion principale, chaque premier élément de connexion électrique étant disposé sur l’une des languettes de la première carte de circuit imprimé. Figure pour l’abrégé : Fig. 1 BATTERIE ELECTRIQUE DE VEHICULE L’invention concerne le domaine des batteries électriques des véhicules. Plus spécifiquement, l’invention concerne le domaine de l’interconnexion électrique des cellules de charge électrique d’une batterie électrique. Les batteries électriques, notamment dans le cas des véhicules électriques, consistent généralement en un assemblage de cellules de charge électrique, également appelées accumulateurs. Lorsqu’ils sont interconnectés, en série ou en parallèles, ces accumulateurs permettent de délivrer une puissance électrique, par exemple destinée à alimenter électriquement les équipements du véhicule ou encore son moteur. Afin d’interconnecter les cellules, il est connu d’employer des rubans de connexion, soudés à chaque borne de chaque cellule. Cette solution n’est toutefois pas satisfaisante, dans la mesure où elle impose un grand nombre d’opérations de soudage et empêche de démonter la batterie, par exemple pour remplacer des cellules usagées dans le cadre d’une opération de maintenance ou de reconditionnement de la batterie. Une autre solution connue, du document FR3071671, consiste à interconnecter les cellules au moyen de deux cartes de circuit imprimé disposées de part et d’autre des cellules, chacune étant pourvue d’éléments de connexion électrique destinés chacun à venir en contact avec une borne de contact de l’une des cellules. Les batteries étant soumises à des chocs ou des vibrations, en particulier lorsque les véhicules dans lesquelles elles sont installées circulent sur une route irrégulière, les éléments de connexion sont généralement conçus pour être élastiquement déformables, de sorte à maintenir un contact avec les cellules. Ces éléments de connexion sont ainsi soudés ou brasés à la carte électronique. Cette solution n’est pas non plus satisfaisante, dans la mesure où la carte électronique équipée de tels éléments de connexion est complexe à fabriquer. En outre, les éléments de contact élastiquement déformables de type à ressort ne sont pas capables d’assurer un contact pour tous les types de vibrations ou de chocs. Le choix des éléments de contact peut ainsi s’avérer fastidieux et coûteux. Il existe ainsi un besoin pour une batterie dans laquelle le contact entre les cellules de charge électrique et une carte de circuit imprimé est résistant aux vibrations, la batterie étant simple à assembler et à reconditionner. L’invention s’inscrit dans ce contexte et vise à répondre à ce besoin. A ces fins, l’invention a pour objet une batterie électrique, comportant : une pluralité de cellules de charges électriques, chaque cellule présentant des faces d’extrémités situées sur des côtés opposés de la cellule, chaque face d’extrémité étant pourvue d’une borne de contact ; au moins une première carte de circuit imprimé disposée au droit des faces d’extrémités situées de l’un des côtés des cellules, la carte de circuit imprimé étant pourvue d’une pluralité de premiers éléments de connexion électrique, chacun des premiers éléments de connexion électrique étant situé en vis-à-vis d’une des bornes de contact des cellules; L’invention est caractérisée en ce que la première carte de circuit imprimé comporte une portion principale dans laquelle sont formées une pluralité d’encoches, chaque encoche définissant une languette élastiquement déformable par rapport à la portion principale, chaque premier élément de connexion électrique étant disposé sur l’une des languettes de la première carte de circuit imprimé. On comprend ainsi que la formation, au moyen des encoches, de languettes élastiquement déformables permet de maintenir un contact entre les premiers éléments de connexion électrique de la première carte de circuit imprimé et les bornes de contact des cellules sans nécessiter d’éléments de contact spécifiquement conçus pour résister aux vibrations et chocs que pourrait subir la batterie. En d’autres termes, il est possible d’utiliser des éléments de contact particulièrement simples et standard, ce qui permet de simplifier la conception de la batterie et de diminuer son coût. En outre, il est possible de prévoir des encoches spécifiquement conçues pour un régime vibratoire particulier, l’élasticité des languettes pouvant ainsi être définie selon un besoin précis, par exemple en adaptant leurs dimensions. Enfin, l’utilisation d’une carte de circuit imprimé à la place de rubans de connexion soudés aux cellules autorise le remplacement d’une ou plusieurs cellules lorsqu’elles sont usagées. On entend par « cellule de charge électrique » un dispositif élémentaire, par exemple électrochimique, de stockage d’électricité, pouvant se décharger et être chargé. Chaque cellule peut être de type lithium, par exemple de type lithium-ion ou de type lithium-polymère. Chaque cellule peut par exemple être de forme globalement cylindrique, les bornes de contact étant prévues sur chaque face d’extrémité délimitant le cylindre. On entend par « carte de circuit imprimé » une carte de circuit imprimé, ou PCB (de l’anglais Printed Circuit Board), pourvue de pistes électriques interconnectant les éléments de connexion, et notamment reliées à un connecteur de sortie de sorte à collecter la puissance électrique stockée dans chacune des cellules électriques de charge vers ce connecteur de sortie. Si on le souhaite, la première carte de circuit imprimé pourra comporter un circuit de gestion de la batterie (également nommé BMS, de l’anglais Battery Management System). Avantageusement, la première carte de circuit imprimé est agencée par rapport aux cellules de sorte à ce que chaque cellule crée un effort mécanique sur chaque languette dirigé vers l’extérieur de la batterie, et dans laquelle chaque languette de la première carte de circuit imprimé forme un ressort présentant une force de rappel dirigée vers l’intérieur de la batterie. Le cas échéant, chaque encoche de la première carte de circuit imprimé peut présenter une forme en U. La languette définie par chaque encoche est ainsi reliée à la portion principale de la première carte de circuit imprimée par une seule de ses arêtes. Si on le souhaite, les encoches peuvent être réalisées par découpe de la portion principale de la première carte de circuit imprimé, au préalable de l’assemblage de la batterie. Dans un mode de réalisation de l’invention, chaque premier élément de connexion est pourvu d’une bosse réalisée dans un matériau conducteur d’électricité venant en contact avec la borne de contact d’une des cellules. Cette bosse peut par exemple être réalisée par dépôt du matériau conducteur d’électricité en fusion, par exemple de l’étain, au niveau d’une terminaison d’une piste électrique située sur la languette. Ce mode de réalisation permet de faciliter le contact entre la piste électrique et la borne de contact dans le cas où la borne de contact est plane. Dans un autre mode de réalisation de l’invention, la borne de contact de chaque cellule destinée à venir en contact avec l’un des premiers éléments de connexion fait saillie de la face d’extrémité de la cellule. Dans ce cas, le premier élément de connexion peut être plan. Avantageusement, la batterie comporte un organe d’espacement agencé pour maintenir les cellules à distance les unes des autres, l’organe d’espacement et la première carte de circuit imprimé étant agencés pour maintenir les cellules et la première carte de circuit imprimé de sorte à ce que chacun des premiers éléments de connexion électrique soit situé en vis-à-vis d’une des bornes de contact des cellules. Par exemple, la batterie peut comporter un unique organe d’espacement. De préférence, l’organe d’espacement est agencé pour maintenir les cellules dans un agencement matriciel, les unes à côtés des autres. Le cas échéant, les premiers éléments de connexion sont distribués sur la première carte de circuit imprimé selon un agencement correspondant à celui des cellules. De préférence, l’organe d’espacement consiste en une plaque unique présentant une pluralité de passages traversants primaires, chaque cellule étant engagée au travers de l’un des passages traversants primaires. Le cas échéant, chaque passage traversant peut présenter un profil correspondant sensiblement, en forme et en dimensions, à celui de la cellule qu’il reçoit. Avantageusement, la batterie comporte une deuxième carte de circuit imprimé disposée au droit des faces d’extrémités situées de l’autre des côtés des cellules, la deuxième carte de circuit imprimé étant pourvue d’une pluralité de deuxièmes éléments de connexion électrique, chacun des deuxièmes éléments de connexion électrique étant situé en vis-à-vis d’une des bornes de contact des cellules. Le cas échéant, la deuxième carte de circuit imprimé comporte une portion principale dans laquelle sont formées une pluralité d’encoches, chaque encoche définissant une languette élastiquement déformable par rapport à la portion principale, chaque deuxième élément de connexion électrique étant disposé sur l’une des languettes de la deuxième carte de circuit imprimé. Avantageusement encore, la batterie comporte un organe de fixation agencé pour maintenir la première carte de circuit imprimé à la seconde carte de circuit imprimé. Le cas échéant, l’organe de fixation peut être agencé pour exercer un effort sur chacune des première et deuxième cartes de circuit imprimé dirigé vers l’intérieur de la batterie. On met ainsi les cartes de circuit imprimé sous contrainte, de sorte à ce que les cellules créent un effort mécanique sur les languettes. Par exemple, l’organe de fixation peut comprendre une ou plusieurs tiges de liaisons fixées à la première carte de circuit imprimé, et éventuellement à la deuxième carte de circuit imprimé. Le cas échéant, chaque carte de circuit imprimé comporte un ou plusieurs orifices, chaque tige de liaison étant destinée à être engagée au travers de l’un de ces orifices. Avantageusement, l’organe de fixation peut comporter un ou plusieurs passages traversants secondaires, chacun disposé en vis-à-vis de l’un des orifices des première et/ou deuxième cartes de circuit imprimé, chaque tige de liaison étant destinée à être engagée au travers de l’un des passages traversants secondaires. De façon alternative ou cumulative, l’organe de fixation peut comporter un boîtier auquel sont fixées les première et deuxième cartes de circuit imprimé. Le cas échéant, le boîtier peut comporter des protubérances, chacune agencée en vis-à-vis d’une zone de la portion principale de la première et/ou de la deuxième cartes de circuit imprimé située au droit des languettes, de sorte à exercer un effort sur cette première et/ou deuxième cartes de circuit imprimé dirigé vers l’intérieur de la batterie. Avantageusement, la batterie comporte un boîtier agencé pour recevoir la pluralité de cellules et la première carte de circuit imprimé, le boîtier comportant un moyen d’assemblage à un élément d’un véhicule, notamment à un châssis d’un véhicule électrique ou à un cadre d’un vélo. La présente invention est maintenant décrite à l’aide d’exemples uniquement illustratifs et nullement limitatifs de la portée de l’invention, et à partir des illustrations jointes, dans lesquelles : représente, partiellement et schématiquement, une vue en éclaté d’une batterie selon un premier mode de réalisation de l’invention ; représente une vue en coupe de la batterie de la [Fig. 1] ; et représente une vue en coupe d’une batterie selon un deuxième mode de réalisation de l’invention. Dans la description qui suit, les éléments identiques, par structure ou par fonction, apparaissant sur différentes figures conservent, sauf précision contraire, les mêmes références. On a illustré en un éclaté d’une batterie électrique 1 d’un véhicule électrique selon un premier mode de réalisation de l’invention. On a en outre représenté en [Fig. 2] une coupe de la batterie 1 de la [Fig. 1] lorsqu’elle est assemblée. La batterie 1 comporte une pluralité de cellules de charges électriques 2, chaque cellule 2 étant un accumulateur de type lithium-ion de forme cylindrique et présentant une face d’extrémité supérieure 21 et une face d’extrémité inférieure 22 pourvues chacune d’une borne de contact plane 23. Les cellules 2 sont disposées à côté les unes des autres, dans un agencement matriciel. La batterie 1 comporte une unique plaque d’espacement 3 pourvue d’une pluralité de passages traversants cylindriques primaires 31 distribués sur la plaque de façon matricielle et dont les dimensions correspondent à celles des cellules 2. Chaque cellule 2 est engagée dans l’un des passages 31, de sorte à ce que la plaque d’espacement 3 maintienne les cellules 2 à distance les unes des autres. La batterie 1 comporte une première carte de circuit imprimé 41, disposée au-dessus des cellules 2, du côté des faces d’extrémité supérieures 21, et une deuxième carte de circuit imprimé 42, disposée en dessous des cellules 2, du côté des faces d’extrémité inférieures 22. Chaque carte de circuit imprimé 41 et 42 comporte une pluralité d’éléments de connexion électrique 43, interconnectés par des pistes électriques vers une borne de sortie de la carte de circuit imprimé (non représentée), les bornes de sortie des cartes 41 et 42 étant reliées à un connecteur d’alimentation de la batterie 1 (non représenté). Grâce à la plaque d’espacement 3, les cellules 2 sont maintenues de sorte à ce que chacune de leurs bornes de contact 23 soit en vis-à-vis de l’un des éléments de connexion électrique 43 des cartes de circuit imprimé 41 et 42. Chaque carte de circuit imprimé 41 et 42 comporte une portion principale 44, dans laquelle ont été découpées des encoches 45 en forme de U. Chacune des encoches 45 définit une languette 46, reliée à la portion principale par une seule de ses arêtes. Chaque languette 46 est ainsi élastiquement déformable par rapport à la portion principale 44 et forme un ressort présentant une force de rappel ramenant la languette 46 vers la portion principale 44 lorsqu’un effort est exercé sur cette languette 46. Dans l’exemple des et [Fig. 2], chaque élément de connexion électrique 43 est formé sur l’une des languettes 46 des cartes de circuit imprimé 41 et 42, et comporte à cet effet une bosse 47 en étain disposée au niveau d’une terminaison d’une piste électrique s’étendant sur cette languette 46. Par ailleurs, la batterie 1 comporte plusieurs tiges de liaison 5, destinées à être insérées entre les cartes de circuit imprimé 41 et 42, en étant engagées dans des passages traversants secondaires 32 de la plaque d’espacement 3, prévus entre les passages traversants primaires 31 . Des orifices 48 sont formés dans les portions principales 44 des cartes de circuit imprimé 41 et 42, entre les encoches 45 et en vis-à-vis des passages traversants primaires 31. Chaque tige de liaison 5 comporte une excroissance filetée 51 à chacune de ses extrémités, destinée à être engagée à travers les orifices 48 des cartes de circuit imprimé 41 et 42. Une rondelle 61 est insérée dans chaque excroissance 51 et un boulon 62 est assemblé à chaque excroissance 51 pour fixer chaque tige de liaison 5 aux cartes 41 et 42. On notera que les orientations des encoches 45 prévues de part et d’autre des orifices 48 sont opposées, de sorte à permettre le maintien des rondelles 61 sur les cartes 41 et 42, ces rondelles permettant un maintien uniforme. Pour réaliser l’assemblage de la batterie 1, les cellules 2 sont insérées dans les passages traversants primaires 31 de la plaque d’espacement 3 et les tiges de liaison 5 sont insérées dans les passages traversants secondaires 32. Les première et deuxième cartes de circuit imprimé 41 et 42 sont disposées de part et d’autre des cellules 2 assemblées, de sorte à ce que les bornes de contact 23 viennent en vis-à-vis des éléments de connexion 43. Les rondelles 61 sont ensuite montées sur les excroissances 51 des tiges de liaison et les boulons 62 vissés sur ces excroissances 51 de sorte à contraindre les cartes 41 et 42 et ainsi générer un effort sur les languettes 46 vers l’intérieur de la batterie. L’ensemble est disposé dans un boîtier (non représenté) pouvant être monté, via un moyen d’assemblage, sur le véhicule, par exemple sur le cadre d’un vélo à assistance électrique. Comme illustré en , lors de l’assemblage de la batterie 1, le vissage des boulons 62 sur les excroissances 51 des tiges de liaison 5 vient exercer un effort uniforme, via les rondelles 62, sur les cartes de circuit imprimé 41 et 42 vers l’intérieur de la batterie 1, à savoir vers les cellules 2. Cet effort vient ainsi maintenir les cellules 2 en position entre les cartes de circuit imprimé 41 et 42. En contrepartie, chacune des cellules 2 exerce, au niveau de sa face d’extrémité supérieure 21, respectivement inférieure 22, un effort sur la languette 46 de la première carte de circuit imprimé 41, respectivement de la deuxième carte de circuit imprimé 42, en vis-à-vis de laquelle elle est disposée. Chaque languette 46 est ainsi déformée élastiquement par l’une des cellules 2 en étant poussée vers l’extérieur de la batterie 1. L’effort créé par la cellule 2 sur chaque languette 46 étant orienté vers l’extérieur de la batterie 1, la force de rappel du ressort formé par cette languette 46 s’exerce donc vers l’intérieur de la batterie 1, ce qui vient maintenir un contact entre la bosse 47 de l’élément de connexion 43 situé sur cette languette 46 et la borne de contact plane 23 de la cellule 2. Dès lors, on garantit que le contact entre l’élément de connexion 43 et la borne de contact 23 peut être maintenu, même lorsque le vélo à assistance électrique roule sur une route irrégulière provoquant des vibrations. En outre, l’assemblage de la batterie 1 ainsi que le remplacement des cellules 2 lorsqu’elles sont usagées, peuvent être réalisés simplement et rapidement, sans opération de brasage ou de soudage. On a représenté en une coupe d’une batterie 10 selon un deuxième mode de réalisation de l’invention. Contrairement au premier mode de réalisation de l’invention des et [Fig. 2], les cellules 2 présentent des bornes de connexion 24, non pas planes, mais faisant saillie des faces d’extrémité supérieure 21 et inférieure 22. En outre, la fixation entre elles des cartes de circuit imprimé 41 et 42 n’est pas réalisée au moyen de tiges de liaison 5 mais directement au moyen d’un boîtier 7 présentant une paroi supérieure 71 et une paroi inférieure 72 pourvues chacune de protubérances internes 73, disposées en vis-à-vis des cartes de circuit imprimé 41 et 42, au niveau de zones situées entre les languettes 46. Lors de l’assemblage du boîtier, par des moyens connus, on vient ainsi créer un effort, par les protubérances internes 73, sur les cartes de circuits imprimé 41 et 42 dirigé vers l’intérieur de la batterie, qui crée en contrepartie un effort des cellules 2 sur les languettes orienté vers l’extérieur de la batterie. La description qui précède explique clairement comment l'invention permet d'atteindre les objectifs qu'elle s'est fixée, et notamment en proposant une batterie dont la carte de circuit imprimé présente des encoches définissant des languettes élastiquement déformables recevant les éléments de connexion électriques destinés à être en contact avec les bornes de contact des cellules. On comprend ainsi que la formation de ces languettes élastiquement déformables permet de réaliser des contacts entre les éléments de connexion et les bornes de contact grâce à des éléments de connexion non spécifiquement conçu à cet effet, permettant d’assembler la batterie et de changer les cellules de façon simple et rapide, les contacts étant pour autant résistants aux vibrations. En tout état de cause, l'invention ne saurait se limiter aux modes de réalisation spécifiquement décrits dans ce document, et s'étend en particulier à tous moyens équivalents et à toute combinaison techniquement opérante de ces moyens. En particulier, on pourra prévoir d’autres profils d’encoches et de languettes, voire d’autres modes de fixation des cartes de circuit imprimé que ceux décrits. Batterie électrique (1, 10), comportant : une pluralité de cellules de charges électriques (2), chaque cellule présentant des faces d’extrémités (21, 22) situées sur des côtés opposés de la cellule, chaque face d’extrémité étant pourvue d’une borne de contact (23) ; au moins une première carte de circuit imprimé (41) disposée au droit des faces d’extrémités situées de l’un des côtés des cellules, la carte de circuit imprimé étant pourvue d’une pluralité de premiers éléments de connexion électrique (43), chacun des premiers éléments de connexion électrique étant situé en vis-à-vis d’une des bornes de contact des cellules; caractérisée en ce que la première carte de circuit imprimé comporte une portion principale (44) dans laquelle sont formées une pluralité d’encoches (45), chaque encoche définissant une languette (46) élastiquement déformable par rapport à la portion principale, chaque premier élément de connexion électrique étant disposé sur l’une des languettes de la première carte de circuit imprimé. Batterie (1, 10) selon la revendication précédente, dans laquelle la première carte de circuit imprimé (41) est agencée par rapport aux cellules (2) de sorte à ce que chaque cellule créé un effort mécanique sur chaque languette (46) dirigé vers l’extérieur de la batterie, et dans laquelle chaque languette de la première carte de circuit imprimé forme un ressort présentant une force de rappel dirigée vers l’intérieur de la batterie. Batterie (1, 10) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle chaque encoche (45) de la première carte de circuit imprimé (41) présente une forme en U. Batterie (1) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle chaque premier élément de connexion (43) est pourvu d’une bosse (47) réalisée dans un matériau conducteur d’électricité venant en contact avec la borne de contact (23) d’une des cellules (2). Batterie (1, 10) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle comporte un organe d’espacement (3) agencé pour maintenir les cellules (2) à distance les unes des autres, l’organe d’espacement et la première carte de circuit imprimé (41) étant agencés pour maintenir les cellules et la première carte de circuit imprimé de sorte à ce que chacun des premiers éléments de connexion électrique (43) soit situé en vis-à-vis d’une des bornes de contact (23) des cellules. Batterie (1, 10) selon la revendication précédente, dans laquelle l’organe d’espacement (3) consiste en une plaque unique présentant une pluralité de passages traversants primaires (31), chaque cellule (2) étant engagée au travers de l’un des passages traversants primaires. Batterie (1, 10) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle comporte une deuxième carte de circuit imprimé (42) disposée au droit des faces d’extrémités (22) situées de l’autre des côtés des cellules (2), la deuxième carte de circuit imprimé étant pourvue d’une pluralité de deuxièmes éléments de connexion électrique (43), chacun des deuxièmes éléments de connexion électrique étant situé en vis-à-vis d’une des bornes de contact (23) des cellules et dans laquelle la deuxième carte de circuit imprimé comporte une portion principale (44) dans laquelle sont formées une pluralité d’encoches (45), chaque encoche définissant une languette (46) élastiquement déformable par rapport à la portion principale, chaque deuxième élément de connexion électrique étant disposé sur l’une des languettes de la deuxième carte de circuit imprimé. Batterie (1, 10) selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu’elle comporte un organe de fixation (5, 7) agencé pour maintenir la première carte de circuit imprimé (41) à la seconde carte de circuit imprimé (42). Batterie (1, 10) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle comporte un boîtier (7) agencé pour recevoir la pluralité de cellules (2) et la première carte de circuit imprimé (41), le boîtier comportant un moyen d’assemblage à un élément d’un véhicule.