Brevet FR3138010A1 — publié le 20240119

La présente invention a pour objet un système d’alimentation électrique (10) comprenant au moins deux éléments électriques (7a, 7b) comportant chacun une borne de connexion (4a, 4b), un connecteur électrique (1) reliant électriquement les bornes (4a, 4b) desdits éléments électriques (7a, 7b), le connecteur (1) comportant des moyens de fixation (2a, 2b) coopérant en conduction électrique avec chaque borne (4a, 4b), dans lequel chaque moyen de fixation (2a, 2b) comprend un premier élément magnétique (3a, 3b) et chaque borne (4a, 4b) comprend un deuxième élément magnétique (5a, 5b), lesdits premier et deuxième éléments magnétiques (3a, 3b, 5a, 5b) étant agencés en interaction magnétique exerçant une force d'attraction de chaque moyen de fixation (2a, 2b) contre chaque borne respective (4a, 4b). Figure 1 SYSTÈME D’ALIMENTATION ÉLECTRIQUE COMPORTANT UN CONNECTEUR ÉLECTRIQUE À FIXATION MAGNÉTIQUE Le domaine de l’invention concerne un système d’alimentation électrique comportant un connecteur électrique d’éléments électriques, en particulier pour la connexion des cellules électrochimiques d’un systèmes de batterie de traction haute tension. Classiquement, dans les systèmes de batterie haute tension de véhicules automobiles électrifiés, la connexion électrique des cellules électrochimiques se réalise au moyen de connecteurs rigides ou semi-rigide, en forme d’une plaque métallique, généralement en matériau conducteur réalisé en aluminium ou cuivre. On les désigne également par le terme bus-barre, bus de puissance, ou « busbar » en terminologie anglophone. Un véhicule en roulage subit de fortes vibrations pouvant affecter la fixation des connecteurs électriques des cellules électrochimiques. En outre, les cycles de charge/décharge des cellules électrochimiques génèrent des déformations de l’enveloppe des cellules, qu’on appelle cycles de respiration, pouvant générer des contraintes mécaniques sur les connexions électriques des cellules. Il est donc important que ces interconnexions électriques soient suffisamment robustes et fiables. La fixation de tels connecteurs à une borne d’une cellule est faite généralement par soudure. Ce type de fixation est complexe pour les modules de batterie de traction qui sont constitués de nombreuses cellules et empêche généralement le remplacement individuel d’une cellule au sein d’un même module. Si une d’entre-elles est défaillante, il est donc nécessaire de remplacer la totalité du module. On connaît des fixations amovibles par vissage ou par clips entre les modules d’un système de batterie, ou entre un module et un boîtier de jonction. Cependant, une opération de montage ou de démontage d’un module de cellules électrochimiques reste complexe. Il est donc nécessaire de faciliter cette opération. A cet effet, on connaît de l’état de la technique le document brevet FR3116658A1 qui propose une solution de verrou magnétique bistable de deux cellules l’une par rapport à l’autre dans deux positions, une première position dans laquelle la cellule est connectée au bus de puissance et une deuxième position dans laquelle la cellule est déconnectée du bus de puissance. Cette solution prévoit des aimants fixés sur la partie latérale de l’enveloppe des cellules. Cependant, on constate dans cette solution que les bornes électriques des cellules sont seulement plaquées contre le connecteur électrique d’interconnexion. En situation de fortes vibrations, notamment en roulage pour un véhicule, il existe un risque de déconnexion des bornes électriques des cellules. Par ailleurs, du fait du phénomène de respiration des cellules, on évite généralement l’introduction de corps intercalés dans la zone latérale des cellules. En effet, le positionnement de ces aimants en surface de l’enveloppe est susceptible de provoquer un endommagement de l’enveloppe. Il existe donc un besoin d’améliorer les solutions de connexion électrique des cellules électrochimiques de systèmes de batterie pour les applications de véhicules électrifiés. On cherche donc une solution permettant de palier les problèmes précités. Un objectif de l’invention de proposer un système d’alimentation électrique dans lequel l’interconnexion électrique des cellules est adaptée à un environnement de fortes vibrations, comme celui d’un véhicule en roulage. En outre, un objectif de l’invention est d’améliorer la réparabilité d’un système de batteries à cellules électrochimiques, notamment en permettant le remplacement d’une cellule électrochimique individuelle au sein d’un même module. Un autre objectif de l’invention est de faciliter le montage des interconnexions électriques. Plus précisément, l’invention concerne un système d’alimentation électrique comprenant au moins deux éléments électriques comportant chacun une borne de connexion, un connecteur électrique reliant électriquement les bornes desdits éléments électriques, le connecteur comportant des moyens de fixation coopérant en conduction électrique avec chaque borne. Selon l’invention, chaque moyen de fixation comprend un premier élément magnétique et chaque borne comprend un deuxième élément magnétique, lesdits premiers et deuxièmes éléments magnétiques étant agencés en interaction magnétique exerçant une force d'attraction de chaque moyen de fixation contre chaque borne respective. Selon une variante, chaque moyen de fixation comporte un corps conducteur ayant un premier évidement dans lequel est logé le premier élément magnétique, et l’épaisseur du corps conducteur dans la zone du fond de l’évidement forme une séparation entre le premier élément magnétique et le deuxième élément magnétique. Selon une variante, chaque borne comporte un deuxième évidement qui est ouvert en regard du moyen de fixation et dans lequel est logé le deuxième élément magnétique. Selon une variante, le connecteur est amovible. Selon une variante, le premier élément magnétique est un aimant et le deuxième élément magnétique est un aimant ou un élément réalisé en matériau ferromagnétique, par exemple acier, fer, cobalt, ou bien le nickel. Selon une variante, le premier élément magnétique est un matériau ferromagnétique, par exemple acier, fer, cobalt, ou bien le nickel, et le deuxième élément magnétique est un aimant. Selon une variante, le connecteur est un corps est en matériau métallique, en cuivre ou aluminium. Selon une variante, au moins un desdits éléments électriques relié électriquement par le connecteur est un élément de stockage d’énergie d’un système de batterie et une desdites bornes est une borne de polarité dudit élément de stockage. Selon une variante, au moins un desdits éléments électriques reliés électriquement par le connecteur est un module d’un système de batterie comportant une pluralité de d’éléments de stockage d’énergie et une desdites bornes est une borne de polarité dudit module. Selon une variante, un desdits éléments électrique est un boîtier de jonction électrique. L’invention concerne en outre véhicule automobile électrifié comportant un système d’alimentation électrique selon l’un quelconque des modes de réalisation précédents alimentant une machine électrique de traction. L’invention a pour avantage de faciliter l’assemblage des connecteurs électriques entre chaque cellules et entre modules de cellules d’un systèmes de batterie de traction. Il permet en outre une réparabilité de chaque cellule individuellement. Le système de fixation magnétique améliore le maintien de la conduction électrique des connecteurs, notamment en situation de vibrations. D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit comprenant des modes de réalisation de l’invention donnés à titre d’exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, dans lesquels : représente schématiquement une interconnexion électrique entre deux éléments électriques pour un système d’alimentation selon l’invention. représente schématiquement un premier agencement électrique d’une pluralité de cellules électrochimiques conformément à l’invention. représente schématiquement un deuxième agencement électrique d’une pluralité de cellules électrochimiques conformément à l’invention. représente schématiquement un véhicule automobile électrifié comportant un système d’alimentation de la machine électrique de traction conformément à l’invention. L’invention concerne les systèmes d’alimentation électrique comportant une pluralité d’éléments à interconnecter électriquement. Elle s’applique aux systèmes d’alimentation électrique de véhicules électrifiés comportant un système de batterie de traction de haute tension constitué d’une pluralité d’éléments de stockage d’énergie interconnectés en série ou en parallèle. Le connecteur à fixation magnétique selon l’invention s’applique pour l’interconnexion de tout type d’élément électrique, de cellule électrochimique à cellule électrochimique, de module de cellules à module de cellules, ou bien encore d’une borne de système de batterie à un autre système, notamment un boîtier de jonction électrique. Dans le domaine d’application pour véhicule électrifié (véhicule automobile à traction 100 % électrique, véhicule hybride), le connecteur électrique est généralement désigné par le terme bus-barre, ou bus de puissance, ou « busbar » en anglais. Le terme élément électrique peut désigner tout élément de stockage d’énergie, une cellule électrochimique (par exemple de type Lithium-ion), un module de cellules, un boîtier de jonction électrique, ou tout type d’élément électrique comportant une borne d’alimentation, ayant une polarité ou non, à interconnecter avec un autre élément électrique. La borne est également désignée par le terme « tab » en anglais, ou connecteur. La borne est un élément par lequel un courant électrique circule. En , on décrit plus précisément un connecteur électrique 1 à fixation magnétique pour un système d’alimentation 10 selon l’invention. Le connecteur électrique 1 comporte un corps rigide ou semi rigide, métallique, permettant la conduction électrique entre deux éléments électriques 7a et 7b. Par semi-rigide, on entend que le corps tolère des déformations pouvant subir l’élément électrique sans rupture de la connexion électrique entre une borne de l’élément électrique et le connecteur 1. Dans certain cas d’usage, le connecteur 1 est prévu pour assurer la circulation d’un courant électrique, d’intensité élevée pouvant atteindre jusqu’à plusieurs centaines d’ampères, notamment dans le cas d’un système d’alimentation électrique de véhicule électrifié. Le corps du connecteur 1 est par exemple de la forme d’une plaque réalisée en aluminium ou en cuivre. Le connecteur 1 comporte en outre deux parties de fixation 2a et 2b réalisant la fonction de fixation du connecteur 1 pour interconnecter électriquement les deux éléments électriques 7a et 7b à mettre en configuration de conduction électrique. La partie 2a est connectée à une borne 4a pour un premier élément électrique 7a, et la partie 2b est connectée à une borne 4b pour un deuxième élément électrique 7b. Les parties 2a, 2b, 4a et 4b sont formées d’un corps conducteur métallique, généralement en matériau d’aluminium ou de cuivre. La fonction de fixation du connecteur électrique 1 est assurée par des éléments magnétiques 3a et 3b, logés dans le corps du connecteur 1, coopérant respectivement avec des éléments magnétiques 5a et 5b, logés dans le corps de chaque borne. Les éléments magnétiques 3a et 5a sont agencés en interaction magnétique exerçant une force d'attraction de la partie de fixation 2a contre la borne respective 4a. Les éléments magnétiques 3b et 5b sont agencés en interaction magnétique exerçant une force d'attraction de la partie de fixation 2b contre la borne respective 4b. Le connecteur 1 réalise la connexion électrique entre les bornes 4a et 4b en configuration de fixation magnétique. Le connecteur 1 est amovible du fait que la fixation est magnétique. Ainsi, après sa fixation en configuration de conduction électrique, on peut facilement désolidariser le connecteur 1 des bornes 4a et 4b en le retirant manuellement. Cela facilite une opération de maintenance, et permet notamment le remplacement individuel d’une cellule électrochimique au sein d’un module de cellules. En outre, le conducteur 1 est de préférence enveloppé d’un film non conducteur permettant sa manipulation. L’enveloppe est ouverte au niveau des surfaces de contact entre les parties de fixation en conduction électrique avec les bornes respectives. Par ailleurs, l’avantage de cette fixation magnétique est que la force magnétique s’exerce sur la zone de conduction électrique entre le connecteur et la borne. Cela améliore le maintien en situation de fortes vibrations. En outre, de préférence chaque partie de fixation 2a et 2b comporte un évidement dans lequel est logé l’élément magnétique 3a et 3b. L’épaisseur du corps conducteur dans la zone du fond de l’évidement forme une séparation 6a et 6b entre les éléments magnétiques 3a et 5a, et les éléments magnétiques 3b et 5b. Cette séparation assure le rôle d’entrefer ou de séparateur garantissant le contact électrique. En effet, on cherche de préférence que les éléments magnétiques en interaction magnétique ne soient pas disposés en contact. L’écart, de faible épaisseur assure la fixation entre les corps conducteurs 2a-4a, et 2b-4b l’un contre l’autre. Sur la droite de la , on a représenté un zoom de la zone d’entrefer 6a entre la partie de fixation 2a et la borne 4a. Cette configuration est réalisée entre chaque partie de fixation et chaque borne du système d’alimentation. Le corps 2a comporte un évidement. L’élément magnétique 3a est inséré par le haut dans l’évidement. Le corps 2a comporte une épaisseur, réalisée dans le matériau conducteur, au niveau du fond de l’évidement. Le fond à une épaisseur permettant l’action d'attraction magnétique. L’élément magnétique 3a est fixé par collage, par exemple, de ses parois avec les parois de l’évidement. En regard, la borne 4a comporte un corps également conducteur et comprend un évidement dans lequel est logé l’élément magnétique 5a. L’élément magnétique est inséré par le haut est comporte une surface en regard du fond de l’évidement de la fixation 2a correspondante du connecteur 1. L’élément magnétique 5a est fixé par collage de ses parois avec les parois de l’évidement de la borne 4a. Plus précisément, dans un premier mode de réalisation, les éléments magnétiques 3a et 3b sont des aimants, de type néodyme ou céramique, par exemple. Tout type d’aimant permanent est envisageable. Ils ont une section en forme de disque ou en forme rectangulaire. Les éléments magnétiques 5a et 5b sont également des aimants disposés en polarité inverse pour exercer la force d'attraction. En variante, les éléments magnétiques 3a et 3b sont des aimants, de type néodyme ou céramique, par exemple, et les éléments magnétiques 5a et 5b sont des corps en matériau ferromagnétique adaptés pour générer une force magnétique d'attraction permettant de fixer les éléments magnétiques du connecteur 1 avec chaque borne, par exemple acier, fer, cobalt, ou bien le nickel. En variante, les éléments magnétiques 5a et 5b sont des aimants, de type néodyme ou céramique, par exemple, et les éléments magnétiques 3a et 3b sont des corps en matériau ferromagnétique adaptés pour générer une force magnétique d'attraction permettant de fixer les éléments magnétiques du connecteur 1 avec chaque borne. En et , on a représenté schématiquement deux exemples d’agencements de connexion électrique pour un système d’alimentation selon l’invention comprenant un connecteur électrique à fixation magnétique. En , quatre éléments individuels de stockage d’énergie sont reliés en parallèle par des connecteurs électriques 21 et 22. Les connecteurs 21 et 22 comportent chacun une pluralité d’éléments magnétiques, dans cet exemple quatre sont logés dans le corps métallique de chacun des connecteurs 21 et 22. Le nombre d’éléments magnétiques logés dans le corps du connecteur 21 dépend du nombre d’éléments électriques à interconnecter. Il peut donc y en avoir deux, trois, quatre ou plus. Les éléments électriques 23a, 23b, 23c et 23d (éléments de stockage d’énergie, cellules électrochimiques, modules de cellules) sont reliés électriquement en parallèle. Les connecteurs 21 et 22 peuvent être alors des éléments rigides ou semi-rigides (tolérant des déformations) longitudinaux ayant un corps unique de la forme d’une plaque ou barre reliant plusieurs éléments magnétiques répartis le long de sa longueur. En , quatre éléments individuels de stockage d’énergie 34a, 34b, 34c et 34d sont reliés en série par des connecteurs électriques 31, 32 et 33. Ces connecteurs 31, 32 et 33 relient chacun uniquement deux bornes d’éléments électriques. Chaque connecteur 31, 32 et 33 peut être une barre rigide ou semi-rigide en forme de pont ayant en ses extrémités les deux éléments magnétiques fixés chacun à une borne. En , on a représenté schématiquement un véhicule automobile électrifié 40 comprenant une machine électrique de traction 41 alimentée par un système d’alimentation électrique selon l’invention comprenant un système de batterie haute tension 42. Le système de batterie de traction 42 comporte des modules 421 et 422 de cellules électrochimiques, à l’intérieur desquels les cellules sont interconnectées électriquement par des connecteurs électriques à fixation magnétique. Les modules 421 et 422 sont également interconnectés entre eux par des connecteurs à fixation magnétique. La tension du système de batterie de traction 42 peut être de type 48V ou supérieure, de type 400 volts selon le mode de réalisation préférentielle (comprise entre 350 volts et 450 volts), de type 800 volts (comprise entre 700 volts et 900 volts), ou voire plus. Les cellules électrochimiques sont par exemple de type Lithium-ion. Dans un module, les cellules peuvent être connectées en série et/ou en parallèle. Les modules peuvent être interconnectés en série et/ou en parallèle. Il est prévu que le système d’alimentation comprenne en outre un système de charge embarqué 43 ayant pour fonction de recharger électriquement la batterie de traction 42 à partir d’énergie électrique délivrée par une source d’énergie extérieure au véhicule 40. Le système de charge 43 comporte une interface de recharge, par exemple un boîtier de prise de recharge destiné à brancher le véhicule à une source d’alimentation électrique externe, par exemple une prise domestique, station fixe domestique (appelée couramment « Wallbox » en anglais), une borne de recharge d’une station autoroutière prévue à cet effet, ou bien encore une borne de recharge mobile. Le boîtier de prise de recharge possède un connecteur électrique adapté pour une recharge en mode 2 (11kW maximum en courant alternatif), en mode 3 (22kW maximum en courant alternatif) ou en mode 4 (350kW maximum en courant continu). Il est prévu qu’un boîtier de jonction électrique 44 relié électriquement au système de batterie 42 par un connecteur 441 à fixation magnétique puisse connecter le système de batterie 42 au chargeur 43 et à un réseau haute tension embarqué du véhicule comprenant notamment la machine électrique de traction 41. Système d’alimentation électrique (10) comprenant au moins deux éléments électriques (7a, 7b) comportant chacun une borne de connexion (4a, 4b), un connecteur électrique (1) reliant électriquement les bornes (4a, 4b) desdits éléments électriques (7a, 7b), le connecteur (1) comportant des moyens de fixation (2a, 2b) coopérant en conduction électrique avec chaque borne (4a, 4b), caractérisé en ce que chaque moyen de fixation (2a, 2b) comprend un premier élément magnétique (3a, 3b) et chaque borne (4a, 4b) comprend un deuxième élément magnétique (5a, 5b), lesdits premier et deuxième éléments magnétiques (3a, 3b, 5a, 5b) étant agencés en interaction magnétique exerçant une force d'attraction de chaque moyen de fixation (2a, 2b) contre chaque borne respective (4a, 4b). Système d’alimentation électrique (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque moyen de fixation (2a, 2b) comporte un corps conducteur ayant un premier évidement dans lequel est logé le premier élément magnétique (3a, 3b), et en ce que l’épaisseur du corps conducteur dans la zone du fond de l’évidement forme une séparation (6a, 6b) entre le premier élément magnétique (3a, 3b) et le deuxième élément magnétique (5a, 5b). Système d’alimentation électrique (10) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque borne (4a, 4b) comporte un deuxième évidement qui est ouvert en regard du moyen de fixation (2a, 2b) et dans lequel est logé le deuxième élément magnétique (5a, 5b). Système d’alimentation électrique (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le connecteur (1) est amovible. Système d’alimentation électrique (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le premier élément magnétique (3a, 3b) est un aimant et le deuxième élément magnétique (5a, 5b) est un aimant ou un élément réalisé en matériau ferromagnétique. Système d’alimentation électrique (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le premier élément magnétique (3a, 3b) est un matériau ferromagnétique et le deuxième élément magnétique (5a, 5b) est un aimant. Système d’alimentation électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu’au moins un desdits éléments électriques (7a, 7b) relié électriquement par le connecteur (1) est un élément de stockage d’énergie d’un système de batterie et en ce qu’une desdites bornes (4a, 4b) est une borne de polarité dudit élément de stockage. Système d’alimentation électrique (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu’au moins un desdits éléments électriques (7a, 7b) reliés électriquement par le connecteur (1) est un module d’un système de batterie comportant une pluralité d’éléments de stockage d’énergie et en ce qu’une desdites bornes (4a, 4b) est une borne de polarité dudit module. Système d’alimentation électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu’un desdits éléments électriques (7a, 7b) est un boîtier de jonction électrique. Véhicule automobile électrifié (40) comportant un système d’alimentation électrique (42) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9 alimentant une machine de traction électrique (41).