Brevet FR3143217A1 — publié le 20240614

Titre : Dispositif de contact électrique pour une unité de cellules électrochimiques Dispositif de contact électrique pour une unité de cellules électrochimiques comprenant un boîtier (1) ayant un ensemble d’évidements (7) en forme de fente pour recevoir chacun une branche de contacts, le boîtier (1) ayant un côté (2) fermé, dispositif caractérisé en ce que chaque évidement (7) est relié par un premier perçage (10) et un second perçage (11) avec le côté fermé (2) et un élément de contact est logé dans l’évidement (7), cet élément ayant une première broche, une seconde broche et un segment de contact, les broches étant logées chacune dans l’un des perçages (10, 11) et la broche de contact pénètre dans l’évidement (7) de façon à serrer une branche de contact entre le segment de contact et la paroi de l’évidement (7) pour réaliser une liaison électrique entre l’élément de contact et la branche de contact. Figure 1 Dispositif de contact électrique pour une unité de cellules électrochimiques DOMAINE DE L’INVENTION La présente invention a pour objet un dispositif de contact électrique pour une unité de cellules électrochimiques pour brancher un grand nombre d’unités de cellules électrochimiques de préférence à une unité de surveillance de cellules. ETAT DE LA TECHNIQUE Une cellule électrochimique est, par exemple, une cellule de pile à combustible générant du courant électrique à partir d’énergie chimique. Une autre unité de cellules électrochimiques est l’électrolyseur qui génère de l’énergie chimique (notamment de l’hydrogène) à partir de l’eau et du courant électrique. L’unité de cellules électrochimiques comporte un ensemble (un grand nombre) de cellules électrochimiques branchées en série pour disposer d’une puissance volumique aussi grande que possible. Les différentes cellules électrochimiques sont délimitées par des plaques bipolaires sur lesquelles on prend la tension électrique des différentes cellules et qui forme également les canaux nécessaires à l’alimentation et à l’évacuation des matières chimiques et de l’agent de refroidissement. Comme toutes les cellules électrochimiques d’une unité de cellules sont branchées en série pendant le fonctionnement, il est important que toutes les cellules fonctionnent correctement. Cela se détecte dans le cas de piles à combustible, en particulier, par la tension électrique générée qui se situe pour chaque cellule entre environ 0,8-1,0 volt et qui doit rester pratiquement constante pendant le fonctionnement de l’unité de cellules électrochimiques. Si une cellules électrochimiques s’écarte significativement de cette limite, cela signifie qu’il y a un défaut de fonctionnement. Il faut remédier suffisamment à temps à ce défaut de fonctionnement, car une telle défaillance pourrait entrainer la défaillance de toute l’unité de cellules électrochimiques. Pour surveiller la tension générée par les différentes cellules électrochimiques, on utilise un contrôleur de tension de cellule (CMV, cellule voltage monitoring). Une telle unité de surveillance de cellules est, par exemple, connue selon le document DE 10 2020 204 292 A1. Cette unité de surveillance est, en général, en contact avec chaque plaque bipolaire et permet ainsi de mesurer la tension électrique de chaque cellule prise séparément. Si l’unité CVM enregistre un écart de tension sur une cellule, elle signale un défaut et permet de prendre les mesures appropriées. En général, il faut couper aussi rapidement que possible la cellule électrochimique défaillante car sinon on peut avoir des dommages irréparables. Comme les différentes cellules électrochimiques sont relativement plates (en général seulement une épaisseur de 1 à 2 mm) et des piles importantes de 100 à 500 cellules empilées, la mise en contact de chacune des cellules électrochimiques ou des plaques bipolaires est relativement difficile et compliquée, ce qui est un facteur de coût significatif dans la fabrication des unités de cellules électrochimiques. EXPOSE ET AVANTAGES DE L’INVENTION La présente invention a pour objet un dispositif de contact électrique pour une unité de cellules électrochimiques comprenant un boîtier ayant un ensemble d’évidements en forme de fentes pour recevoir chacun une branche de contact, le boîtier ayant un côté fermé, ce dispositif étant caractérisé en ce que chaque évidement est relié par un premier perçage et un second perçage avec le côté fermé et un élément de contact est logé dans l’évidement, cet élément ayant une première broche, une seconde broche et un segment de contact, les broches étant logées chacune dans l’un des perçages et le segment de contact pénètre dans l’évidement de façon à serrer une branche de contact entre le segment de contact et la paroi de l’évidement pour réaliser une liaison électrique entre l’élément de contact et la branche de contact. Le dispositif de contact électrique selon l’invention d’une unité de cellules électrochimiques a l’avantage de permettre une mise en contact simple et économique de chaque plaque bipolaire séparée. Pour cela, le dispositif de contact électrique comporte un boîtier ayant, comme indiqué, un grand nombre d’évidements en forme de fentes pour recevoir chacun une branche de contact. La branche de contact est alors reliée à une plaque bipolaire ou est en une seule pièce avec la plaque bipolaire. Le boîtier a un côté fermé et chaque évidement est relié par un premier perçage et un second perçage au côté fermé. L’évidement reçoit un élément de contact comprenant une première broche, une seconde broche et un segment de contact. Les broches sont engagées chacune dans l’un des perçages et le segment de contact vient dans l’évidement. Ainsi, le segment de contact permet de mettre une branche de contact entre le segment de contact et la paroi de l’évidement pour être serrée en contact électrique. L’unité de cellules électrochimiques comporte un grand nombre de cellules électrochimiques empilées les unes sur les autres. Les cellules électrochimiques sont constituées par des plaques bipolaires qui séparent chaque fois deux cellules électrochimiques voisines et qui comportent des branchements électriques. Les branchements électriques sont sous la forme de branches de contact sortant ; les branches de contact sont réalisées en une seule pièce avec la plaque bipolaire ou sont constituées par un composant distinct relié à la plaque bipolaire. Les branches de contact peuvent être engagées facilement dans les évidements en forme de fentes du boîtier du dispositif de contact électrique. Le segment de contact de l’élément de contact qui se trouve dans chaque évidement assure le branchement de la plaque bipolaire par l’engagement dans le boîtier. Ce contact électrique passe par l’élément de contact pour arriver sur le côté fermé du boîtier pour le branchement sur une unité d’exploitation appropriée. Cette unité de construction simple pour le branchement électrique est économique à fabriquer et convient pour le branchement d’un grand nombre de cellules électrochimiques pour les relier à une unité de surveillance de cellules électriques. Selon un premier développement avantageux, les évidements en forme de fentes sont orientés parallèlement les uns aux autres pour obtenir une structure porteuse en forme de peigne. En particulier, le boîtier peut avoir pratiquement une forme parallélépipédique et à côté du côté fermé, il a en face un côté ouvert et deux surfaces latérales ; les surfaces latérales relient le côté fermé et le côté ouvert. On obtient ainsi des évidements ouverts sur trois côtés, ce qui facilite l’engagement des branches de contact. De telles structures porteuses en forme de peigne sont faciles à réaliser simplement en sciant un bloc et en fabriquant le bloc et ainsi le boîtier en une matière électro-isolante, par exemple, en matière plastique ou en céramique. La première broche de l’élément de contact est avantageusement engagée en position de montage, dans l’un des perçages et elle vient en saillie du côté fermé du boîtier alors que la seconde broche ne dépasse pas du côté fermé. Comme la première broche est en contact électrique avec le segment de contact de l’élément de contact, on a une liaison électrique entre la broche dépassant du boîtier et la branche de contact ou la plaque bipolaire. La seconde broche qui vient également dans un perçage évite que l’élément de contact ne glisse à l’intérieur de l’évidement ou ne tourne et interrompt ainsi le contact. Selon un autre développement avantageux, l’épaisseur du segment de contact de l’élément de contact dans la direction d’empilage du dispositif de contact électrique, c’est-à-dire du boîtier, est inférieure à l’épaisseur de l’évidement. On a ainsi de la place pour recevoir la branche de contact et pour serrer la branche de contact entre le segment de contact de l’élément de contact et la paroi de l’évidement. Selon un autre développement avantageux, les premiers perçages qui relient un évidement respectif avec le côté fermé du boîtier sont dans une rangée et cette rangée est orientée dans la direction d’empilage du boîtier ; elle correspond également à la direction d’empilage de la cellules électrochimiques lorsque le dispositif de contact électrique est installé sur l’unité de cellules électrochimiques. Avantageusement les seconds perçages sont également organisés dans une rangée et se superposent également dans la direction d’empilage. Selon un autre développement avantageux, les éléments de contact sont placés dans les évidements pour que les premières broches de contact soient alternativement en saillie des premiers et des seconds perçages si bien que dans des évidements voisins on aura une alternance des premières broches de contact en saillie des premiers perçages et des seconds perçages. On obtient ainsi un écart relativement important entre les broches de contact qui facilite la liaison avec l’unité d’exploitation électrique. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l’aide d’un exemple de réalisation d’un dispositif de contact électrique représenté dans les dessins annexés dans lesquels : vue en perspective d’un dispositif de contact électrique ou du boîtier du dispositif de contact électrique, dont seule une petite partie est présentée pour des raisons de clarté, élément de contact électrique, même élément de contact électrique qu’à la mais avec une orientation différente, position de montage de l’élément de contact dans le boîtier, position de montage de l’élément de contact dans un évidement voisin du boîtier, section du boîtier, de la mise en contact des branches de contact, et vue en perspective du dispositif de contact électrique avec les éléments de contact installés. DESCRIPTION DE MODES DE REALISATION DE L’INVENTION La montre en perspective un dispositif de contact électrique limité au boîtier. Le boîtier 1 est de forme parallélépipédique avec un côté fermé 2 face à un côté ouvert 3. Les deux côtés 2, 3 sont reliés par des surfaces latérales 4 et 5. Le boîtier 1 a un grand nombre d’évidements 7 parallèles en forme de fentes qui sont ouverts vers le côté 3 et les surfaces latérales 4, 5. On a ainsi une structure en forme de peigne du boîtier 1 avec les évidements 7 ouverts vers les trois côtés du boîtier parallélépipédique 1. Les évidements 7 sont reliés respectivement par un premier perçage 10 et un second perçage 11 parallèle à celui-ci, avec le côté fermé 2 du boîtier 1. Les perçages 10, 11 forment des premières ouvertures 110 et les secondes ouvertures 111 dans le côté fermé 2. Tous les premiers perçages 10 et les seconds perçages 11 sont superposés dans la direction d’empilage R de façon que toutes les premières ouvertures 110 et les secondes ouvertures 111 forment une rangée. Le boîtier présenté à la ne montre que deux évidements 7 dans un but de lisibilité. Dans les applications réelles, on a, en général, beaucoup plus d’évidements 7, le cas échéant, quelques centaines d’évidements correspondant au nombre de contacts de l’unité de cellules électrochimiques. La montre un élément de contact 15 prévu pour être monté dans un évidement 7. L’élément de contact 5 a une première broche 16 et une seconde broche 17 qui sont parallèles ; la première broche 16 est plus longue que la seconde broche 17. Les deux broches 16, 17 sont reliées par un segment de liaison 19. En outre, un segment de contact 18 est relié au segment de liaison 19 ; le segment de contact est à l’opposé de la seconde broche 17 de façon que l’élément de contact 15 a pratiquement la forme de la lettre h. La montre le même élément de contact 17 mais retourné de 180 degrés ce qui correspond à la position de montage dans un évidement voisin 7 du boîtier 1. Aux figures 2a, 2b, les broches 15, 16 ont une section carrée. Mais on peut également avoir un élément de contact 15 ayant une section différente, par exemple, une section ronde, ovale ou rectangulaire. La montre en section la position de montage de l’élément de contact 15 dans le boîtier 1 ou dans un évidement 7. La première broche 16 est engagée dans le premier perçage 10 et la seconde broche 17 est engagée dans le second perçage 11. ; la première broche 16 du fait de sa longueur, dépasse du côté fermé 2 du boîtier 1 pour pouvoir être mise en contact avec une unité de surveillance de tension. Le segment de contact 18 vient en saillie dans l’évidement 16 sans toutefois ne pas dépasser le côté ouvert 3 du boîtier 1. Sur le côté droit de la , on a représenté une branche de contact 22 reliée électriquement à une plaque bipolaire ou une partie d’une plaque bipolaire. La plaque bipolaire est une partie d’une cellule électrochimique telle qu’une pile à combustible ou un électrolyseur. La branche de contact vient en saillie dans l’évidement 7 pour y être en contact avec le segment de contact 18 de l’élément de contact 15 et ainsi être reliée électriquement à celui-ci. On a ainsi une liaison électrique entre la première broche du segment de contact 15 qui dépasse du côté fermé 2 du boîtier 1 et la plaque bipolaire. La montre la même représentation qu’à la , à savoir la position de montage dans un évidement voisin 7 du boîtier 1. L’élément de contact est, dans ce cas, tourné de 180 degrés dans le plan de sorte que la première broche 16 traverse le second perçage 11 et la seconde broche 17 se loge dans le premier perçage 10 de cet évidement 7. La montre la mise en contact d’une unité de cellules électrochimiques 20 par le dispositif de mise en contact électrique selon une coupe longitudinale du boîtier 1. L’unité de cellules électrochimiques 20 comporte de nombreuses cellules électrochimiques 21 empilées ; les différentes cellules électrochimiques 21 sont formées par des plaques bipolaires. Chaque plaque bipolaire délimite ainsi deux cellules électrochimiques 21, voisines et forme également un contact électrique avec la cellule électrochimique correspondante. Le contact électrique de la plaque bipolaire sous la forme d’une branche de contact 22 vient à l’extérieur ; cette branche dépasse du bord de l’unité de cellules électrochimiques 20 et vient dans un évidement 7 respectif du boîtier 1. La branche de contact 22 peut être une partie de la plaque bipolaire ou un composant distinct relié à la plaque bipolaire. Comme l’évidement 7 est en forme de fente a une épaisseur (a) dans la direction d’empilage, cette épaisseur est supérieure à l’épaisseur (b) du segment de contact 18 de sorte que la branche de contact 22 peut être serrée entre le segment de contact 18 et la paroi de l’évidement 7 et être ainsi raccordé électriquement à l’élément de contact 15. Pour le montage du dispositif de contact électrique, on munit le boîtier 1 des éléments de contact 15 orientés de façon alternée comme cela est présenté à la et à la pour leur installation. La première broche 16 est alternativement en saillie du premier perçage 10 et du second perçage 11 des évidements 7 de façon à dépasser du second côté 2, fermé du boîtier 1 comme le montre la . Cette orientation alternée des éléments de contact 15 augmente ainsi l’écart entre les premières broches 16 les unes des autres, ce qui facilite la mise en contact avec une unité d’exploitation électrique. Il convient de remarquer qu’une unité de cellules électrochimiques a souvent plusieurs centaines de cellules électrochimiques qui ont seulement une épaisseur d’environ 1 mm. L’intervalle entre les premières broches 16 est ainsi petite. Ensuite, on met le dispositif de contact électrique contre l’unité de cellules électrochimiques de façon que chaque fois une branche de contact 22 glisse dans un évidement 7 et soit serrée entre le segment de contact 18 de l’élément de contact 15 respectif et la paroi de l’évidement 7 pour être ainsi reliée électriquement. L’élément de contact 15 est, de préférence, un fil métallique ayant une bonne conductivité électrique. Le fil peut avoir une section ronde, carrée ou rectangulaire comme cela est présenté à titre d’exemple aux figures 2a et 2b. On peut, néanmoins avoir également d’autres sections, par exemple, une section ovale pour améliorer le serrage des branches de contact 22. Dans tous les cas, les dimensions des broches 16, 17 doivent correspondre aux perçages 10, 11 pour les broches 16, 17 puissent être engagées dans les perçages 10, 11. De façon correspondante, les perçages 10, 11 peuvent également avoir, par exemple, une section carrée, rectangulaire ou ovale. NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 1 Boîtier 2 Côté fermé du boîtier 3 Côté ouvert 4 Surface latérale 5 Surface latérale 7 Evidement en forme de fente 10 Premier perçage 11 Second perçage 15 Elément de contact 16 Première broche 17 Seconde broche 18 Segment de contact 19 Segment de liaison 20 Unité de cellules électrochimiques 22 Branche de contact 110 Ouverture du premier perçage 111 Ouverture du second perçage R Direction d’empilage Dispositif de contact électrique pour une unité de cellules électrochimiques (20) comprenant un boîtier (1) ayant un ensemble d’évidements (7) en forme de fentes pour recevoir chacun une branche de contact (22), le boîtier (1) ayant un côté (2) fermé, dispositif caractérisé en ce que chaque évidement (7) est relié par un premier perçage (10) et un second perçage (11) avec le côté fermé (2) et un élément de contact (15) est logé dans l’évidement (7), cet élément ayant une première broche (16), une seconde broche (17) et un segment de contact (18), les broches (16 ; 17) étant logées chacune dans l’un des perçages (10, 11) et le segment de contact (18) pénètre dans l’évidement (7) de façon à serrer une branche de contact (22) entre le segment de contact (18) et la paroi de l’évidement (7) pour réaliser une liaison électrique entre l’élément de contact (15) et la branche de contact (22). Dispositif de contact électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les évidements en forme de fentes (7) sont parallèles de façon à réaliser une structure porteuse en forme de peigne. Dispositif de contact électrique selon la revendication 2, caractérisé en ce que le boîtier (1) a principalement une forme de parallélépipède et comporte à l’opposé du côté fermé (2), un côté ouvert (3), une première surface latérale (4) et une seconde surface latérale (5), les surfaces latérales (4, 5) reliant le côté fermé (2) au côté ouvert (3). Dispositif de contact électrique selon la revendication 3, caractérisé en ce que les évidements (7) sont ouverts vers le côté ouvert (3) et vers les surfaces latérales (4, 5). Dispositif de contact électrique selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la première broche (16) de l’élément de contact (15) dépasse en position de montage du côté fermé (2) du boîtier (1) et la seconde broche (17) ne dépasse pas du côté fermé (2). Dispositif de contact électrique selon la revendication 5, caractérisé en ce que la première broche (16) est reliée électriquement au segment de contact (18). Dispositif de contact électrique selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l’épaisseur (b) du segment de contact (18) de l’élément de contact (15) dans la direction de l’empilage (R) de l’évidement (7) en forme de fente est inférieure à l’épaisseur (a) de l’évidement (7). Dispositif de contact électrique selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les premiers perçages (10) et les seconds perçages (11) forment une ouverture (110 ; 111) respective dans le côté fermé (2) du boîtier et les ouvertures (110 ; 111) des premiers perçages (10) et des seconds perçages (11) sont superposées respectivement dans une direction d’empilage (R). Dispositif de contact électrique selon la revendication 8, caractérisé en ce que les premières broches de contact (16) des éléments de contact (15) sont en alternance en saillie des premiers perçages (10) et des seconds perçages (11) pour des évidements (7) voisins.