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WO2025046463A1 - Pack batterie comprenant un pack de cellules et un système de gestion de batterie - Google Patents

Pack batterie comprenant un pack de cellules et un système de gestion de batterie Download PDF

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WO2025046463A1
WO2025046463A1 PCT/IB2024/058321 IB2024058321W WO2025046463A1 WO 2025046463 A1 WO2025046463 A1 WO 2025046463A1 IB 2024058321 W IB2024058321 W IB 2024058321W WO 2025046463 A1 WO2025046463 A1 WO 2025046463A1
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WO
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cooperation
pack
connector
portions
cell
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Application number
PCT/IB2024/058321
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English (en)
Inventor
Frédéric FORTIER
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Pellenc SAS
Original Assignee
Pellenc SAS
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Publication date
Application filed by Pellenc SAS filed Critical Pellenc SAS
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to battery packs comprising a cell pack and a battery management system, in particular an electronic card for managing the battery pack.
  • a battery pack embedded in the tool comprising a cell pack (i.e. a pack that electrically connects several cells in series and/or parallel via their positive and negative terminals).
  • a cell pack i.e. a pack that electrically connects several cells in series and/or parallel via their positive and negative terminals.
  • Such battery packs can then power tools requiring high power, without an electrical connection wire with a backpack battery, allowing autonomy of several minutes or even a few hours in the case of low power use. An autonomy of several hours can also be ensured with the availability of several battery packs connected successively to the tool as soon as the previous pack is discharged. Discharged battery packs can also be quickly charged in parallel.
  • these on-board battery packs must be sufficiently light to ensure that the tool can be handled without causing significant musculoskeletal disorders for the user.
  • a significant power supplied by the battery pack to the tool means the presence of high currents, however inducing significant thermal stress of the cells through all the conductors, external and internal to the cells, the dissipated thermal power being in fact proportional to the square of the intensity of the current flowing in these conductors.
  • High currents and temperatures then accelerate the aging of the internal electrodes of the cells by reducing their service life.
  • the cells of a battery technology can reach several thousand charge/discharge cycles with low operating currents (this is the case for example of lithium-ion or even lithium iron-phosphate LiFePO4 battery technologies)
  • rapid charge/discharge operation with high currents limits their service life to a few hundred charge/discharge cycles.
  • BMS Battery packs composed of high-performance technology cells require electronic management of each of their cells, the electronic management card generally being called BMS (or "Battery Management System" in English, i.e. battery management system).
  • BMS Battery Management System
  • the electronic components of the BMS of the battery pack are much more tolerant of these high temperatures and currents and therefore have a much longer service life than the cells.
  • the associated BMS of these battery packs are integrated as close as possible, or even inside the cell pack in such a way that it is impossible to separate the BMS from the cell pack without irreversible damage to the BMS.
  • There is therefore a real problem linked to the recycling of end-of-life battery packs which is that of having to recycle their BMS, which is still functional, at the same time.
  • connections with the BMS can be made with multiple connectors adapted to each interconnection of the wires or strips, however representing on the one hand a large volume and on the other hand implementing the presence of intermediate metal contacts that must be crimped or welded, the metals of these contacts often being of a different nature from the materials to be connected, generating additional heating.
  • Cooling the cells in operation for example by air, also requires taking into account sufficient sealing at the various contacts in each connection between the BMS and the cell pack in order to avoid damaging them, in particular by corrosion or in any case by a significant increase in contact resistance.
  • Such a level of sealing is often carried over to the battery pack level, to the detriment of the reliability of the battery pack over time, due to sealing that is too complex to achieve around the contacts in the connections between the BMS and the cell pack.
  • the power conductors or tabs connect the positive and negative poles of the cells in a series/parallel architecture so as to define between the positive and negative terminals of the battery pack a voltage equal to the individual voltage of a cell multiplied by the number of cells connected in series, and to define a capacity of the battery pack (the unit of which is the Ampere hour, denoted Ah) equal to the capacity of a cell multiplied by the number of cells connected in parallel.
  • Such Power conductors are formed by stainless conductive metal strips (such as nickel for example) or covered with a stainless coating (nickel-plated steel for example). They are often configured to be welded at each pole by an appropriate welding technology (spot welding, laser welding, tin soldering, ...), the two end poles then being connected to the BMS for example with tin solder.
  • the measuring conductors have, among other things, the function of taking the voltage measurement as close as possible to the poles of each cell in series to reflect the voltage of the cell in the charging, discharging or resting phases.
  • Such conductors are often formed by small-diameter insulated conductive wires.
  • N cells connected in series
  • these small-diameter wires are fragile and are often difficult to position within the battery pack given the volume constraints of this pack. By friction or pinching, their insulation can deteriorate and generate a short circuit in the battery.
  • the battery pack connections power or measurement conductors
  • This makes it possible to avoid weakening the various connections of the power or measurement circuits, in particular by corrosion or accumulation of dust, by avoiding risks of short-circuiting or significant increase in contact resistances, generating untimely heating and reducing the service life of the cells.
  • the number and nature of the connections to be isolated make this insulation complex to achieve and do not facilitate damage-free disassembly of the BMS at the end of the life of the cell pack.
  • patent application DE102013220119 may be cited, which discloses a battery case comprising a base case, which is arranged to receive at least one battery cell, a case cover, which is arranged to be connected to the base case, and battery electronics mounted on an inner side of the case cover.
  • the case cover has a plurality of screw holes which are arranged along the periphery of the case cover, for fixing the cover to the base case, by mounting screws.
  • the battery cells are electrically connected to the battery electronics by connection screws connecting contact elements to connection rails.
  • Such a battery case requires the use of several screws, and specific tools, which makes the assembly or disassembly of the assembly long and tedious.
  • the box does not allow the voltage at the terminals of the cells to be measured; in fact, it only discloses the two terminals of the set of cells coming out of the basic box and connected in a removable manner by a mechanical assembly between the basic box and the battery electronics.
  • An object of the present invention is therefore to propose a solution to overcome the drawbacks mentioned above, and in particular, to propose means to improve the thermal, electrical and electronic safety of a battery pack comprising a cell pack and a BMS, while facilitating tool-free connections and disconnections between the BMS and the cell pack.
  • a battery pack comprising a cell pack comprising at least two cells electrically coupled in series, each cell comprising two opposite polarities, each polarity being electrically coupled to a first connector via at least one conductive connection, the cell pack comprising first cooperation portions associated with the first connectors, each first connector being located at right angles to a first cooperation portion.
  • the battery pack comprises an electronic management box configured to be removably mounted on the cell pack and to house at least one battery management system, denoted BMS, the BMS comprising a measurement circuit configured to measure parameters relating to the voltages of the cells, and: - the electronic management box comprises second connectors electrically coupled to the BMS, and second cooperation portions, each second connector being located at right angles to a second cooperation portion, and
  • the battery pack is configured such that mounting the electronic management box on the cell pack causes mechanical cooperation of each first cooperation portion with one of the second cooperation portions, the mechanical cooperation of each first cooperation portion with one of the second cooperation portions operating in a sealed manner while electrically coupling each first connector with a second connector.
  • the electronic management box is made removable in order, in particular, to facilitate the recycling of the BMS that it contains. Furthermore, when the electronic management box is mounted on the cell pack and the cooling of the latter requires air circulation around the cells, the sealed mechanical cooperation of each first cooperation portion with one of the second cooperation portions limits the corrosion of the electrical connections between the cell pack and the BMS. A main effect is to facilitate the assembly and disassembly without damage of the electronic management box, including during recycling operations so as to reuse it, or at least to reuse the BMS that it contains, while greatly limiting the corrosion of the contacts and the increase in contact resistance inherent in the aging of the battery.
  • the same BMS can be connected to both a cylindrical and prismatic cell pack, each cell pack having its own voltage characteristics and further comprising first cooperation portions compatible with the second cooperation portions of the electronic management box.
  • the electronic management box can be quickly separated from the cell pack to facilitate cell recycling without damaging the BMS, which retains its functionality to be associated with a new cell pack.
  • the sealing function of the various contacts in the connections between the BMS and the cell pack is understood to be a seal limiting the passage of the cell cooling fluid at the contacts, having the function of limiting corrosion of these contacts, and therefore an increase in the contact resistance, by abnormal and undesired circulation of this cooling fluid around the contacts.
  • the sealing also covers the use of this pack in rainy weather where water may splash at the contacts.
  • Figure 1 shows a perspective view of one embodiment of a battery pack having a visible connector side.
  • Figure 2 shows a perspective view of the battery pack of Figure 1, showing one side of a visible display interface.
  • Figure 3 represents a view of the contents of a first embodiment of the battery pack of Figures 1 and 2, in particular with a pack of cells in cylindrical format assembled with its electronic management box.
  • Figure 4 shows the electronic management box of Figure 3 disassembled from the cell pack.
  • Figure 5 shows a perspective view of the electronic management box from the side of its connection with the cell pack and with a tool connector.
  • Figure 6 shows another view of the electronic management box of Figure 5 without the tool connector.
  • Figure 7 schematically represents a section of the battery pack of Figure 1, showing a connection of first measurement connectors to a cell.
  • Figure 8 schematically represents a partial section of the cell pack and the electronic management box of Figure 3, comprising first and second connectors and showing a junction of the first and second cooperation portions.
  • Figure 9 represents a view of the contents of a second embodiment of the battery pack of Figures 1 and 2, in particular with a pack of cells in prismatic format disassembled with its electronic management box.
  • each first cooperation portion is watertight and is crossed by a first connector.
  • each second cooperation portion is watertight and is crossed by a second connector.
  • one of the first and second cooperating portions forms a male portion
  • the other of the first and second cooperating portions forms a female portion shaped to mechanically cooperate with the male portion
  • the first cooperation portions are arranged such that each first cooperation portion is located at right angles to one of the second cooperation portions when the electronic management box is mounted on the cell pack.
  • each first cooperation portion with one of the second cooperation portions causes the electronic management box to be held on the cell pack.
  • the battery pack is configured so that the mounting of the electronic management box on the cell pack is carried out manually, preferably without tools.
  • FIGS 1 and 2 show an external view of a battery pack 1, of generally prismatic shape and comprising an external casing, in the form of a shell 2 on which a cover 3 is screwed, within which are housed a cell pack 4 and an electronic management box 5 comprising a battery management system 6, denoted BMS, in the form of an electronic card for managing the cell pack 4.
  • BMS battery management system
  • This battery pack is intended to be connected to a tool, not shown, by means of a tool connector 7, in connection with the electronic management box 5.
  • the battery pack further comprises a display interface 8 for the state of charge of the cell pack, also in connection with the electronic management box.
  • the cover 3 further comprises air vents 9 allowing the circulation of an air flow to cool the cells of the cell pack. Such vents may also be present on the hull 2 to reinforce the circulation of the cooling air flow.
  • FIGS. 3, 4 and 9 show internal components in more detail. of the battery pack 1, in particular the cell pack 4 and the electronic management box 5.
  • the cell pack 4 comprises at least two cells electrically coupled in series.
  • the cell pack 4 comprises, for example, twelve individual electrochemical accumulators 40, 140 assembled here in a series architecture.
  • a cell of the cell pack therefore corresponds here to an accumulator 40, 140.
  • the accumulators 40 of the cell pack 4 have a cylindrical format and are for example Li-lon technology accumulators (i.e. lithium ion), commercially available with a standardized format 21700 or 18650 for example.
  • the accumulators 140 of the cell pack 4 have a prismatic format and can also be of Li-lon technology.
  • a cover 141 preferably electrically insulating, is mounted on the accumulators 140 so as to hold them together.
  • Each accumulator 40, 140 has two opposite polarities, namely a positive polarity P and a negative polarity N, arranged at each end of the cylindrical shape of the accumulator, as shown in FIG. 7.
  • Each cell of the cell pack corresponding to an accumulator or several accumulators connected in parallel, therefore has the same positive polarities P and negative polarities N as those of the accumulators, with the same voltage level as that of the accumulators of the cell. As illustrated in FIGS.
  • connections conductive connections are positioned in a sealed manner in the flanges 42, 44, or in the cover 141.
  • the configuration of these conductive connections is of course a function of the series/parallel architecture chosen for the cell pack.
  • the cell pack 4 comprises at least N+1 first connectors 57, called measurement connectors, and at least N+1 conductive connections to be able to ensure the voltage measurement of each cell between their positive P and negative N polarities.
  • the cell pack 4 further comprises two other first connectors 56, 58, called power connectors.
  • the cell pack 4 comprises first cooperation portions 46, 47, 48.
  • the first cooperation portions 46, 47, 48 are electrically insulating.
  • a first main connector 56 corresponds to the negative terminal of the cell pack, connected by a conductive connection to the negative polarity of the first cell of the series assembly. It is located at the right of a first main cooperation portion 46.
  • a first secondary connector 58 corresponds to the positive terminal of the cell pack, connected by a conductive connection to the positive polarity of the last cell of the series assembly. It is located at the right of a first secondary cooperation portion 48.
  • the first main and secondary connectors 56 and 58 are dedicated to the supply of power, have a larger section, and are notably longer than the other first connectors 57, called measurement connectors, as illustrated in FIGS. 4, 8 and 9.
  • the battery pack 1 comprises an electronic management box 5 configured to be removably mounted on the cell pack 4, preferably without tools. That is to say, the electronic management box 5 is movable between a connected position as illustrated in FIGS. 3, 7 and 8, in which the electronic management box 5 is in contact with the cell pack 4 and corresponds to a position of the electronic management box 5 and the cell pack 4 inside the battery pack 1; and a disconnected position as illustrated in FIGS. 4 and 9, in which the electronic management box 5 is located at a distance from the cell pack 4 in a position where the box 5 is not in contact with the cell pack 4, and the box 5 is outside the battery pack 1.
  • the housing 5 when the housing 5 moves from the connected position to the disconnected position, there is no mechanical destruction of either the housing 5 or the cell pack 4. Furthermore, the housing 5 is configured to house the BMS 6 in the form of at least one electronic card.
  • the BMS 6 comprises electronic circuits, at least one of which is configured to measure parameters relating to the voltages of the cells using each of the first connectors 57. It may be noted that the first power connectors 56 and 58 could replace two first measurement connectors 57 in the first cooperation portions 46 and 48, resulting in a smaller number of first measurement connectors 57 (namely eleven instead of thirteen in this example of twelve cells in series). However, the voltage measurement of the corresponding cells could be inaccurate when high currents pass through the first power connectors 56 and 58.
  • the electronic management box 5 comprises second cooperation portions 76, 77, 78, and each second connector 66, 67, 68 is located at right angles to a second cooperation portion 76, 77, 78, for example each second connector 66, 67, 68 is surrounded by a second cooperation portion 76, 77, 78.
  • the second connectors 66, 67, 68 are respectively surrounded by the second cooperation portions 76, 77, 78.
  • the second cooperation portions are electrically insulating.
  • the electronic management box 5 may be formed from an electrically insulating material.
  • first and second cooperating portions are sealed and allow the first 56, 57, 58 and second 66, 67, 68 connectors to pass through, respectively, so that they can cooperate in a removable manner.
  • each first cooperating portion 46, 47, 48 is shaped to surround a first connector 56, 57, 58 so as to form a passage for the first connector 56, 57, 58.
  • each second cooperating portion 76, 77, 78 is shaped to surround a second connector 66, 67, 68 so as to form a passage for the second connector 56, 57, 58.
  • the first and second connectors are visible when the electronic management housing 5 is in the disconnected position of the cell pack 4.
  • this assembly shows that the battery pack 1 can be cooled by an air flow circulating between the different air vents 9 while protecting the BMS 6, the first 56, 57, 58 and second 66, 67, 68 connectors as well as the conductive connections 52, 54 from possible dust that could cause short circuits, oxidation; while ensuring air circulation around the accumulators 40 of the cell pack 4 to cool them.
  • the second cooperation portions 76, 77, 78 are also combined with the first cooperation portions 46, 47, 78 in a sealed and removable manner, thus completing the sealing of the electrical and electronic connections between the polarities P, N of each accumulator 40 and the BMS.
  • the first cooperation portions 46, 47, 48 are arranged so that each first cooperation portion
  • one of the first and second cooperating portions forms a male portion
  • the other of the first and second cooperating portions forms a female portion shaped to mechanically cooperate with the male portion
  • each second cooperation portion 76, 77, 78 forms a female part, for example a through or blind hole provided in a wall of the electronic management box 5.
  • one of the first and second cooperation portions 46, 47, 48 forms a male portion and the other of the first and second cooperation portions 76, 77, 78 forms a female part shaped to surround the male portion when the electronic management box 5 is mounted on the cell pack 4.
  • the electronic management box 5 comprises a number of second cooperation portions 76, 77, 78 identical to the number of first cooperation portions 46, 47, 48 of the cell pack 4.

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Abstract

Pack batterie, comportant un pack de cellules (4), chaque cellule comportant deux polarités opposées, chaque polarité étant couplée électriquement à un premier connecteur (57) situé au droit d'une première portion de coopération (47), le système comprenant un boitier de gestion électronique (5) configuré pour être monté de manière amovible sur le pack de cellules (4) et comprenant, des deuxièmes connecteurs (67) couplés électriquement à un système de gestion de batterie (6) et situés au droit de deuxièmes portions de coopération (77), le pack batterie étant configuré de sorte que le montage du boitier (5) sur le pack de cellules (4) provoque une coopération mécanique de chaque première portion de coopération (47) avec l'une des deuxièmes portions de coopération (77) s'opérant de manière étanche tout en couplant électriquement chaque premier connecteur (57) avec un deuxième connecteur (67).

Description

PACK BATTERIE COMPRENANT UN PACK DE CELLULES ET UN SYSTÈME DE GESTION DE BATTERIE
DOMAINE TECHNIQUE
[0001 ] La présente invention concerne les packs batterie comprenant un pack de cellules et un système de gestion de batterie, en particulier une carte électronique de gestion du pack batterie.
ETAT DE LA TECHNIQUE
[0002] Le domaine des batteries alimentant des outils électroportatifs n’a cessé d’évoluer depuis une vingtaine d’années. Les batteries alimentaient au début des outils nécessitant des puissances relativement faibles (sécateurs électriques, attacheurs, ... ) en leur assurant des autonomies professionnelles de plusieurs heures de travail, les batteries étant ensuite rechargées pendant la nuit. Les besoins en énergie et en puissance nécessaires au fonctionnement de tels outils ont toutefois fortement évolué pour alimenter désormais des débrousailleuses, des tronçonneuses, etc... Les besoins d’alimentation de ces outils ont été possibles par le développement de batteries portées à dos pour fournir l’autonomie et la puissance nécessaires de l’outil sur plusieurs heures, ces caractéristiques étant en effet proportionnelles au poids de matériaux électrochimiques actifs de la batterie. Dans ce cas, une batterie possédant une quantité d’énergie importante peut alors facilement fournir de la puissance à l’outil tout en ne délivrant qu’un courant relativement faible, garantissant une durée de vie importante de la batterie. Les nouvelles générations des matériaux actifs de batteries permettent désormais de délivrer des courants élevés malgré une autonomie réduite et un faible poids de batterie. Cela autorise ainsi le développement d’un pack batterie embarqué dans l’outil, comportant un pack de cellules (c’est-à-dire un paquet qui réunit électriquement en série et/ou parallèle plusieurs cellules par l’intermédiaire de leurs bornes positive et négative). De tels packs batterie peuvent alors alimenter des outils nécessitant de fortes puissances, sans fil électrique de liaison avec une batterie portée à dos, en autorisant des autonomies de plusieurs minutes voire le cas échéant de quelques heures en cas d’utilisation à faible puissance. Une autonomie de plusieurs heures peut aussi être assurée avec la disponibilité de plusieurs packs batterie branchés successivement sur l’outil dès la décharge du pack précédent. Les packs batterie déchargés peuvent aussi être chargés rapidement en parallèle. Ces packs batterie embarqués nécessitent toutefois d’être suffisamment légers pour assurer un maniement de l’outil sans générer des troubles musculo squelettiques importants pour l’utilisateur.
[0003] Une puissance importante fournie par le pack batterie à l’outil signifie la présence de forts courants, induisant toutefois un stress thermique important des cellules au travers de tous les conducteurs, externes et internes aux cellules, la puissance thermique dissipée étant en effet proportionnelle au carré de l’intensité du courant circulant dans ces conducteurs. Courants et températures élevés accélèrent alors le vieillissement des électrodes internes des cellules en diminuant leur durée de vie. Quand les cellules d’une technologie de batterie peuvent atteindre plusieurs milliers de cycles de charge/décharge avec des courants de fonctionnement faibles (c’est le cas par exemple des technologies de batteries au lithium-ion voire au Lithium fer-phosphate LiFePO4), un fonctionnement en charge/décharge rapide avec des courants élevés limite leur durée de vie à quelques centaines de cycles de charge/décharge.
[0004] Les packs batterie composés de cellules de technologies performantes nécessitent une gestion électronique de chacune de leurs cellules, la carte de gestion électronique étant généralement dénommée BMS (ou « Battery Management System » en langue anglaise, c’est-à-dire système de gestion de batterie). Les composants électroniques du BMS du pack batterie sont eux bien plus tolérants à ces températures et courants élevés et ont de fait une durée de vie bien plus longue que celle des cellules. Ainsi, Il n’est pas nécessaire de recycler le BMS d’une telle batterie en même temps que le pack de cellules associé. Or, les BMS associés de ces packs batterie sont intégrés au plus près, voire à l’intérieur du pack de cellules de telle façon qu’il est impossible de séparer le BMS du pack de cellules sans dommages irréversibles pour le BMS. Il y a donc un vrai problème lié au recyclage des packs batterie en fin de vie qui est celui de devoir recycler en même temps leur BMS, encore fonctionnel.
[0005] En effet la conception de telles batteries, du fait des courants élevés en cours de charge ou décharge, nécessite un minimum de résistance interne dans les différents conducteurs ainsi que dans les interconnexions (connecteurs, soudures, ... ) entre le BMS et les cellules pour limiter les échauffements dans toutes ces parties résistives. Les BMS sont alors généralement soudés directement sur les liaisons avec les cellules constituant le pack batterie, ce qui rend extrêmement difficile la séparation du BMS du pack de cellules lors du recyclage puis sa réutilisation en l’associant avec un nouveau pack de cellules sans le détériorer.
[0006] En fin de vie du pack batterie, voire lors du constat d’une défaillance d’une cellule, il serait toutefois intéressant de pouvoir changer uniquement le pack de cellules en conservant le BMS afin de limiter l’impact environnemental dû au recyclage. Dans ces conditions, un même BMS pourrait être réutilisé de nombreuses fois avant de faire l’objet à son tour d’un recyclage.
[0007] Cela nécessite, de fait, de prendre en compte différents aspects dans la réalisation d’un tel BMS pour qu’il soit récupéré rapidement et sans dommages en fin de vie du pack de cellules afin d’être assemblé sur un nouveau pack de cellules. Les BMS existants sont reliés au pack de cellules généralement par une multitude de conducteurs, à savoir des conducteurs de mesure sous forme filaire pour la mesure des tensions ou des températures, ou des conducteurs de puissance sous la forme de rubans conducteurs (appelés couramment « tabs », mot issu du terme utilisé en langue anglaise) pour véhiculer le courant de ces cellules vers l’outil, ces fils ou ces rubans étant soudés entre les cellules ou les capteurs et le BMS. Une partie des liaisons avec le BMS peut se faire avec de multiples connecteurs adaptés à chaque interconnexion des fils ou des rubans, représentant toutefois d’une part un volume important et d’autre part mettant en œuvre la présence de contacts métalliques intermédiaires qu’il faut sertir ou souder, les métaux de ces contacts étant souvent de nature différente des matériaux à relier, générant des échauffements supplémentaires. Le refroidissement des cellules en fonctionnement, par exemple par air, nécessite aussi de prendre en compte une étanchéité suffisante au niveau des différents contacts dans chaque connexion entre le BMS et le pack de cellules afin d’éviter de les dégrader, notamment par corrosion ou en tout cas par augmentation significative des résistances de contact. Un tel niveau d’étanchéité est souvent reporté au niveau du pack batterie, au détriment de la fiabilité du pack batterie dans le temps, du fait d’une étanchéité trop complexe à réaliser autour des contacts dans les connexions entre le BMS et le pack de cellules.
[0008] Les conducteurs de puissance ou tabs, relient les pôles positif et négatif des cellules dans une architecture série/parallèle de façon à définir entre les bornes positive et négative du pack batterie une tension égale à la tension individuelle d’une cellule multipliée par le nombre de cellules connectées en série, et à définir une capacité du pack batterie (dont l’unité est l’Ampère heure, notée Ah) égale à la capacité d’une cellule multipliée par le nombre de cellules reliées en parallèle. De tels conducteurs de puissance sont formés par des rubans de métal conducteur inoxydables (tel que du Nickel par exemple) ou recouverts d’un revêtement inoxydable (acier nickelé par exemple). Ils sont souvent configurés pour être soudés au niveau de chaque pôle par une technologie de soudure appropriée (soudure par point, soudure laser, soudures à l’étain, ... ), les deux pôles d’extrémité étant ensuite reliés au BMS par exemple avec une soudure à l’étain.
[0009] Les conducteurs de mesure ont entre autres la fonction de prendre la mesure de tension au plus près des pôles de chaque cellule en série pour refléter la tension de la cellule dans les phases de charge, de décharge ou de repos. De tels conducteurs sont souvent formés par des fils conducteurs isolés de petit diamètre. Quand il y a par exemple N cellules reliées en série, il y a un besoin de positionner au moins N+1 fils pour pouvoir assurer la mesure de tension de chaque cellule entre leurs pôles positif et négatif. Or, ces fils de faible diamètre sont fragiles et sont souvent délicats à positionner au sein du pack batterie compte tenu des contraintes de volume de ce pack. Par frottement, ou pincement, leur isolation peut se détériorer et générer un court-circuit dans la batterie.
[0010] On peut, par exemple, isoler l’ensemble de la connectique du pack batterie (conducteurs de puissance ou de mesure) d’un flux d’air ou d’un fluide de refroidissement des cellules du pack batterie. Cela permet d’éviter de fragiliser les différentes connexions des circuits de puissance ou de mesure, notamment par corrosion ou accumulation de poussières, en évitant des risques de court-circuit ou d’augmentation significative des résistances de contact, générant des échauffements intempestifs et réduisant la durée de vie des cellules. Le nombre et la nature des connexions à isoler rendent toutefois cette isolation complexe à réaliser et ne facilitent pas un démontage sans dommages du BMS en fin de vie du pack de cellules.
[0011 ] Dans le but d’augmenter la durée de vie du pack de cellules, on peut aussi assurer un refroidissement efficace et homogène des différentes cellules par un passage d'air, ou d’un fluide de refroidissement, autour de la cellule pour évacuer les calories générées lors de la charge ou de la décharge en conservant un faible delta de température entre chaque cellule. Il faut toutefois minimiser dans ce cas les perturbations issues du positionnement du BMS dans le pack batterie pour ne pas perturber l’homogénéité de ce refroidissement. En effet, dès qu’une seule cellule est défaillante, présentant par exemple un vieillissement plus important que les autres cellules du fait d’une gestion thermique mal équilibrée, c’est l’ensemble du pack de cellules qu’il faut remplacer. [0012] On peut citer par exemple, la demande de brevet DE102013220119, qui divulgue un boitier de batterie comportant un boitier de base, qui est agencé pour recevoir au moins une cellule de batterie, un couvercle de boitier, qui est agencé pour être connecté au boitier de base, et une électronique de batterie montée sur un côté intérieur du couvercle de boitier. Le couvercle de boitier a une pluralité de trous de vis qui sont agencés le long de la périphérie du couvercle de boitier, pour fixer le couvercle au boitier de base, par des vis de montage. En outre, les cellules de batterie sont électriquement connectées à l’électronique de batterie par des vis de connexion reliant des éléments de contact à des rails de connexion. Un tel boitier de batterie nécessite d’utiliser plusieurs vis, et des outils spécifiques, ce qui rend le montage ou le démontage de l’ensemble long et fastidieux. Par ailleurs, le boitier ne permet pas de mesurer la tension aux bornes des cellules, il ne divulgue en effet que les deux bornes de l’ensemble de cellules sortant du boitier de base et reliées de façon démontable par un assemblage mécanique entre le boitier de base et l’électronique de batterie.
[0013] Un objet de la présente invention est donc de proposer une solution pour pallier les inconvénients mentionnés ci-avant, et en particulier, de proposer des moyens pour améliorer la sécurité thermique, électrique et électronique d’un pack batterie comportant un pack de cellules et un BMS, tout en facilitant les connexions et déconnexions sans outils entre le BMS et le pack de cellules.
[0014] Les autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à l'examen de la description suivante et des dessins d'accompagnement. Il est entendu que d'autres avantages peuvent être incorporés.
RESUME
[0015] Pour atteindre cet objectif, il est proposé un pack batterie, comportant un pack de cellules comprenant au moins deux cellules couplées électriquement en série, chaque cellule comportant deux polarités opposées, chaque polarité étant couplée électriquement à un premier connecteur par l’intermédiaire d’au moins une connexion conductrice, le pack de cellules comprenant des premières portions de coopération associées aux premiers connecteurs, chaque premier connecteur étant situé au droit d’une première portion de coopération.
[0016] Le pack batterie comprend un boitier de gestion électronique configuré pour être monté de manière amovible sur le pack de cellules et pour loger au moins un système de gestion de batterie, noté BMS, le BMS comprenant un circuit de mesure configuré pour mesurer des paramètres relatifs aux tensions des cellules, et : - le boitier de gestion électronique comprend des deuxièmes connecteurs couplés électriquement au BMS, et des deuxièmes portions de coopération, chaque deuxième connecteur étant situé au droit d’une deuxième portion de coopération, et
- le pack batterie est configuré de sorte que le montage du boitier de gestion électronique sur le pack de cellules provoque une coopération mécanique de chaque première portion de coopération avec l'une des deuxièmes portions de coopération, la coopération mécanique de chaque première portion de coopération avec l'une des deuxièmes portions de coopération s’opérant de manière étanche tout en couplant électriquement chaque premier connecteur avec un deuxième connecteur.
[0017] Ainsi, on rend le boitier de gestion électronique amovible pour, notamment, faciliter le recyclage du BMS qu’il contient. En outre, lorsque le boitier de gestion électronique est monté sur le pack de cellules et que le refroidissement de ce dernier nécessite une circulation d’air autour des cellules, la coopération mécanique étanche de chaque première portion de coopération avec l'une des deuxièmes portions de coopération limite la corrosion des liaisons électriques entre le pack de cellules et le BMS. Un effet principal est de faciliter le montage et le démontage sans dommages du boitier de gestion électronique, y compris lors des opérations de recyclage de façon à le réutiliser, ou au moins à réutiliser le BMS qu’il contient, tout en limitant fortement la corrosion des contacts et l’augmentation de la résistance de contact inhérents au vieillissement de la batterie. Ainsi, on peut connecter un même BMS aussi bien à un pack de cellules au format cylindrique que prismatique, chaque pack de cellules ayant des caractéristiques de tension propres et comprenant en outre des premières portions de coopération compatibles avec les deuxièmes portions de coopération du boitier de gestion électronique. En d’autres termes, on peut dissocier rapidement le boitier de gestion électronique du pack de cellules pour faciliter le recyclage des cellules sans détériorer le BMS qui conserve ses fonctionnalités pour être associé à un nouveau pack de cellules.
[0018] La fonction d’étanchéité des différents contacts dans les connexions entre le BMS et le pack de cellules s’entend d’une étanchéité limitant le passage du fluide de refroidissement des cellules au niveau des contacts, en ayant pour fonction de limiter une corrosion de ces contacts, et donc une augmentation de la résistance de contact, par une circulation anormale et non souhaitée de ce fluide de refroidissement autour des contacts. Par exemple, dans le cas d’un pack de cellules refroidi par air nécessitant des ouvertures dans le pack batterie permettant la circulation d’air, l’étanchéité couvre aussi l’utilisation de ce pack par temps de pluie où des projections d’eau peuvent s’opérer au niveau des contacts.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
[0019] Les buts, objets, ainsi que les caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront mieux de la description détaillée d’un mode de réalisation de cette dernière qui est illustré par les dessins d’accompagnement suivants dans lesquels :
[0020] [Fig.1 ] La figure 1 représente une vue en perspective d’un mode de réalisation d’un pack batterie présentant un côté connecteur visible.
[0021] [Fig.2] La figure 2 représente une vue en perspective du pack batterie de la figure 1 , présentant un côté d’une interface d’affichage visible.
[0022] [Fig.3] La figure 3 représente une vue du contenu d’un premier mode de réalisation du pack batterie des figures 1 et 2 avec notamment un pack de cellules au format cylindrique assemblé avec son boitier de gestion électronique.
[0023] [Fig.4] La figure 4 représente le boitier de gestion électronique de la figure 3 désassemblé du pack de cellules.
[0024] [Fig.5] La figure 5 représente une vue en perspective du boitier de gestion électronique du côté de sa connexion avec le pack de cellules et avec un connecteur d’outil.
[0025] [Fig.6] La figure 6 représente une autre vue du boitier de gestion électronique de la figure 5 sans le connecteur d’outil.
[0026] [Fig.7] La figure 7 représente schématiquement une section du pack batterie de la figure 1 , montrant une connexion de premiers connecteurs de mesure à une cellule.
[0027] [Fig.8] La figure 8 représente schématiquement une section partielle du pack de cellules et du boitier de gestion électronique de la figure 3, comprenant des premiers et deuxièmes connecteurs et montrant une jonction des premières et deuxièmes portions de coopération.
[0028] [Fig.9] La figure 9 représente une vue du contenu d’un deuxième mode de réalisation du pack batterie des figures 1 et 2 avec notamment un pack de cellules au format prismatique désassemblé avec son boitier de gestion électronique.
[0029] Les dessins sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l’invention. Ils constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l’invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE
[0030] Avant d’entamer une revue détaillée de modes de réalisation et de mises en œuvre de l’invention, sont énoncées ci-après des caractéristiques optionnelles qui peuvent éventuellement être utilisées en association ou alternativement.
[0031] Par exemple, chaque première portion de coopération est étanche et est traversée par un premier connecteur.
[0032] Par exemple, chaque deuxième portion de coopération est étanche et est traversée par un deuxième connecteur.
[0033] Par exemple, l’une parmi les première et deuxième portions de coopération forme une portion mâle, et l’autre parmi les première et deuxième portions de coopération forme une portion femelle conformée pour coopérer mécaniquement avec la portion mâle.
[0034] Par exemple, les premières portions de coopération sont disposées de sorte que chaque première portion de coopération est située au droit de l’une des deuxièmes portions de coopération lorsque le boitier de gestion électronique est monté sur le pack de cellules.
[0035] Par exemple, la coopération mécanique de chaque première portion de coopération avec l'une des deuxièmes portions de coopération provoque le maintien du boitier de gestion électronique sur le pack de cellules.
[0036] Par exemple, le pack batterie est configuré de sorte que le montage du boitier de gestion électronique sur le pack de cellules est effectué manuellement, de préférence sans outillage.
[0037] Dans la description qui suit, lorsqu’on indique qu’un élément A est situé au droit d’un autre élément B, cela signifie que l’élément A est situé au niveau de B, au regard de B, ou en face de B.
[0038] Les figures 1 et 2 représentent une vue externe d’un pack batterie 1 , de forme globalement prismatique et comportant une enveloppe externe, sous la forme d’une coque 2 sur laquelle est vissé un couvercle 3, au sein de laquelle sont logés un pack de cellules 4 et un boitier de gestion électronique 5 comportant un système de gestion de batterie 6, noté BMS, sous la forme d’une carte électronique pour gérer le pack de cellules 4. Ce pack batterie est destiné à être connecté à un outil, non représenté, par l’intermédiaire d’un connecteur d’outil 7, en liaison avec le boitier de gestion électronique 5. Le pack batterie comporte en outre une interface d’affichage 8 de l’état de charge du pack de cellules, en liaison lui aussi au boitier de gestion électronique. Le couvercle 3 comporte en outre des ouïes d’aération 9 permettant la circulation d’un flux d’air pour refroidir les cellules du pack de cellules. De telles ouïes peuvent aussi être présentes sur la coque 2 pour renforcer la circulation du flux d’air de refroidissement.
[0039] Les figures 3, 4 et 9 montrent plus en détail des composants internes du pack batterie 1 , notamment le pack de cellules 4 et le boitier de gestion électronique 5. Le pack de cellules 4 comprend au moins deux cellules couplées électriquement en série. Le pack de cellules 4 comporte, par exemple, douze accumulateurs électrochimiques individuels 40, 140 assemblés ici dans une architecture série. Une cellule du pack de cellules correspond donc ici à un accumulateur 40, 140. En effet, on pourrait envisager de disposer les douze accumulateurs avec une autre architecture, par exemple en reliant seulement six cellules en série, la cellule comportant alors deux accumulateurs reliés en parallèle ; ou même quatre cellules en série, la cellule comportant alors trois accumulateurs reliés en parallèle. Selon un mode de réalisation illustré aux figures 3 et 4, les accumulateurs 40 du pack de cellules 4 ont un format cylindrique et sont par exemple des accumulateurs de technologie Li-lon (c’est-à -dire lithium ion), disponibles dans le commerce avec un format standardisé 21700 ou 18650 par exemple. Selon un autre mode de réalisation, illustré à la figure 9, les accumulateurs 140 du pack de cellules 4 ont un format prismatique et peuvent être aussi de technologie Li-lon.
Avantageusement, un capot 141 , de préférence électriquement isolant, est monté sur les accumulateurs 140 de façon à les maintenir ensemble. Chaque accumulateur 40, 140 comporte deux polarités opposées, à savoir une polarité positive P et une polarité négative N, disposées à chaque extrémité de la forme cylindrique de l’accumulateur, comme cela est représenté dans la figure 7. Chaque cellule du pack de cellules, correspondant à un accumulateur ou plusieurs accumulateurs connectés en parallèle, dispose donc des mêmes polarités positive P et négative N que celles des accumulateurs, avec un même niveau de tension que celle des accumulateurs de la cellule. Comme illustré au figures 3 et 4, les accumulateurs sont maintenus mécaniquement entre deux flasques 42, 44 en matière isolante, ces flasques étant ouverts au niveau des extrémités de cellule de façon à opérer et/ou à vérifier les interconnexions de cellule, les flasques étant ensuite recouverts d’une paroi 50 étanche, telle qu’un adhésif par exemple, conférant une étanchéité des extrémités de chaque accumulateur, de façon à rendre possible le passage d’un flux d’air de refroidissement autour de l’essentiel de leur paroi latérale cylindrique. De façon générale, chaque polarité de chaque cellule est couplée électriquement à un premier connecteur 56, 57, 58 par l’intermédiaire d’au moins une connexion conductrice 52, 54, 151 , par exemple sous la forme de rubans métalliques soudés par points sur chaque polarité d’accumulateur. Par exemple, les connexions conductrices sont positionnées de manière étanche dans les flasques 42, 44, ou dans le capot 141 . La configuration de ces connexions conductrices est bien entendu fonction de l’architecture série/parallèle retenue pour le pack de cellules. Par exemple, lorsque le pack de cellules 4 comprend N cellules reliées en série, le pack de cellules 4 comprend au moins N+1 premiers connecteurs 57, dits de mesure, et au moins N+1 connexions conductrices pour pouvoir assurer la mesure de tension de chaque cellule entre leurs polarités positive P et négative N. De préférence, le pack de cellules 4 comprend en outre deux autres premiers connecteurs 56, 58, dits de puissance. Le pack de cellules 4 comprend des premières portions de coopération 46, 47, 48. De préférence, les premières portions de coopération 46, 47, 48 sont électriquement isolantes. Par exemple, dans le mode de réalisation illustré aux figures 3 et 4, les flasques 42, 44 comportent les premières portions de coopération 46, 47, 48, isolantes électriques. Dans le mode de réalisation illustré à la figure 9, le capot 141 comporte les premières portions de coopération 46, 47, 48. Avantageusement, chaque premier connecteur est situé au droit d’une première portion de coopération, par exemple chaque premier connecteur est entouré d’une première portion de coopération. Selon un avantage, les premiers connecteurs 56, 57, 58 sont respectivement entourés des premières portions de coopération 46, 47, 48. On dit également que chaque première portion de coopération est associée à un premier connecteur. Par exemple, les premières portions de coopération 46, 47, 48 sont associées respectivement aux premiers connecteurs 56, 57, 58. Un premier connecteur principal 56, dit de puissance, correspond à la borne négative du pack de cellule, reliée par une connexion conductrice à la polarité négative de la première cellule de l’assemblage en série. Il est situé au droit d’une première portion de coopération principale 46. Un premier connecteur secondaire 58, dit de puissance, correspond à la borne positive du pack de cellules, reliée par une connexion conductrice à la polarité positive de la dernière cellule de l’assemblage en série. Il est situé au droit d’une première portion de coopération secondaire 48. Les premiers connecteurs principal et secondaire 56 et 58 sont dédiés à la fourniture de puissance, ont une section plus importante, et sont notamment plus longs que les autres premiers connecteurs 57, dits de mesure, tels qu’illustrés aux figures 4, 8 et 9. Pour les douze cellules en série, treize premiers connecteurs 57 de mesure permettent de mesurer les tensions individuelles de chaque cellule. Chaque premier connecteur 57 de mesure est relié par une connexion conductrice à l’une des polarités d’une cellule disposée dans l’assemblage en série. Les premiers connecteurs 57 de mesure sont situés chacun au droit de l’une des premières portions de coopération 46, 47, 48. Les premiers connecteurs 57 de mesure sont dédiés à de la mesure de tension et ne nécessitent pas de disposer d’une section importante, tels qu’illustrés aux figures 4 et 9. Les premiers connecteurs peuvent en outre être formés dans la même matière, que ce soit pour définir les bornes positives, négatives ou les mesures de tension ; par exemple les premiers connecteurs sont formés dans un même ruban métallique. Cela permet de limiter le nombre de résistances de contact que ce soit pour conduire un courant ou mesurer une tension. Ils peuvent en outre être moulés en partie dans la matière isolante des flasques 42, 44 ou du capot 141 de façon à assurer leur étanchéité.
[0040] En outre, le pack batterie 1 comprend un boitier de gestion électronique 5 configuré pour être monté de manière amovible sur le pack de cellules 4, de préférence sans outil. C’est-à-dire que le boitier de gestion électronique 5 est mobile entre une position connectée telle qu’illustrée dans les figures 3, 7 et 8, dans laquelle le boitier de gestion électronique 5 est en contact avec le pack de cellules 4 et correspond à une position du boitier de gestion électronique 5 et du pack de cellules 4 à l’intérieur du pack batterie 1 ; et une position déconnectée telle qu’illustrée aux figures 4 et 9, dans laquelle le boitier de gestion électronique 5 est situé à distance du pack de cellules 4 dans une position où le boitier 5 n’est pas en contact avec le pack de cellules 4, et le boitier 5 est en dehors du pack batterie 1 . Plus particulièrement, lorsque le boitier 5 passe de la position connectée à la position déconnectée, il n’y a pas de destruction mécanique, ni du boitier 5, ni du pack de cellules 4. En outre, le boitier 5 est configuré pour loger le BMS 6 sous la forme d’au moins une carte électronique. Le BMS 6 comprend des circuits électroniques dont au moins un est configuré pour mesurer des paramètres relatifs aux tensions des cellules à l’aide de chacun des premiers connecteurs 57. On peut noter que les premiers connecteurs de puissance 56 et 58 pourraient se substituer à deux premiers connecteurs de mesure 57 dans les premières portions de coopération 46 et 48, résultant dans un nombre inférieur de premiers connecteurs de mesure 57 (à savoir onze au lieu de treize dans cet exemple de douze cellules en série). Toutefois, la mesure de tension des cellules correspondantes pourrait être imprécise lors du passage de forts courants dans les premiers connecteurs de puissance 56 et 58.
[0041] Le boitier de gestion électronique 5 comprend des deuxièmes connecteurs 66, 67, 68 couplés électriquement au BMS 6, par exemple par l’intermédiaire d’un circuit de mesure intégré au BMS. Par exemple, un deuxième connecteur 66, 67, 68 peut comprendre une ou plusieurs broches de contact, illustrées plus particulièrement dans les figures 6 à 8 configurées pour coopérer de manière amovible avec un premier connecteur 56, 57, 58.
[0042] Le bo ier de gestion électronique 5 comprend des deuxièmes portions de coopération 76, 77, 78, et chaque deuxième connecteur 66, 67, 68 est situé au droit d’une deuxième portion de coopération 76, 77, 78, par exemple chaque deuxième connecteur 66, 67, 68 est entouré d’une deuxième portion de coopération 76, 77, 78. Selon un avantage, les deuxièmes connecteurs 66, 67, 68 sont respectivement entourés des deuxièmes portions de coopération 76, 77, 78. De préférence, les deuxièmes portions de coopération sont électriquement isolantes. Par exemple, le boîtier de gestion électronique 5 peut être formé dans une matière isolante électriquement.
[0043] En particulier, le pack batterie 1 est configuré de sorte que le montage du botier de gestion électronique 5 sur le pack de cellules 4 provoque, et de préférence maintient, une coopération mécanique de chaque première portion de coopération 46, 47, 48 avec l'une des deuxièmes portions de coopération 76, 77, 78. La coopération mécanique de chaque première portion de coopération 46, 47, 48 avec l'une des deuxièmes portions de coopération 76, 77, 78 s’opère de manière étanche, tout en couplant électriquement chaque premier connecteur 56, 57, 58 avec un deuxième connecteur 66, 67, 68. En d’autres termes, la coopération mécanique de chaque première portion de coopération 46, 47, 48 avec l'une des deuxièmes portions de coopération 76, 77, 78 permet d’étanchéifier, le couplage électrique entre les premiers et deuxièmes connecteurs. Les premières 46, 47, 48 et deuxièmes 76, 77, 78 portions de coopération peuvent avoir une forme cylindrique ou oblongue.
[0044] Par exemple, les premières et deuxièmes portions de coopération sont étanches et laissent passer respectivement les premiers 56, 57, 58 et deuxièmes 66, 67, 68 connecteurs pour qu’ils puissent coopérer de manière amovible. Par exemple, chaque première portion de coopération 46, 47, 48 est conformée pour entourer un premier connecteur 56, 57, 58 de manière à former un passage pour le premier connecteur 56, 57, 58. Selon un autre exemple, chaque deuxième portion de coopération 76, 77, 78 est conformée pour entourer un deuxième connecteur 66, 67, 68 de manière à former un passage pour le deuxième connecteur 56, 57, 58. En d’autres termes, les premiers et deuxièmes connecteurs sont visibles lorsque le botier de gestion électronique 5 est dans la position déconnectée du pack de cellules 4. [0045] Ainsi, l’étanchéité entre le boitier de gestion électronique 5 et le pack de cellules 4 est provoquée par la position connectée du boitier de gestion électronique 5, c’est-à-dire le montage du boitier de gestion électronique 5 sur le pack de cellules 4. Le boitier de gestion électronique 5 peut en outre coopérer avec le couvercle 3 du pack batterie 1 avec un joint 30. Ainsi, lorsque le pack de cellules 4 est positionné dans la coque 2, et que le boitier de gestion électronique est assemblé dans une position connectée, le couvercle 3 vissé sur la coque 2 coopère par l’intermédiaire de son joint 30 pour maintenir l’assemblage en position connectée, tout en assurant en outre l’étanchéité du BMS 6 contenu dans le boitier de gestion électronique. Comme illustré en figure 7, cet assemblage montre que le pack batterie 1 peut être refroidi par un flux d’air circulant entre les différentes ouïes d’aération 9 tout en protégeant le BMS 6, les premiers 56, 57, 58 et deuxièmes 66, 67, 68 connecteurs ainsi que les connexions conductrices 52, 54 d’éventuelles poussières pouvant entraîner des courts-circuits, des oxydations ; tout en assurant une circulation d’air autour des accumulateurs 40 du pack de cellules 4 pour les refroidir. En d’autres termes, les deuxièmes portions de coopération 76, 77, 78 sont par ailleurs conjuguées avec les premières portions de coopération 46, 47, 78 de manière étanche et amovible, complétant ainsi l’étanchéité des liaisons électriques et électroniques entre les polarités P, N de chaque accumulateur 40 et le BMS.
[0046] En variante, le boitier de gestion électronique peut comprendre des orifices supplémentaires, non représentés à des fins de simplification, pour une ventilation de l’intérieur du boitier 5, dans le but de refroidir au moins une partie du BMS 6.
[0047] Avantageusement, le pack batterie 1 est configuré de sorte que le montage du boitier de gestion électronique 5 sur le pack de cellules 4 est effectué manuellement, de préférence sans outillage.
[0048] La coopération mécanique de chaque première portion de coopération 46, 47, 48 avec l'une des deuxièmes portions de coopération 76, 77, 78 provoque le maintien du boitier de gestion électronique 5 sur le pack de cellules 4. En d’autres termes, la coopération mécanique provoque un maintien du contact mécanique entre le boitier de gestion électronique 5 et le pack de cellules 4. Par exemple, les premières portions de coopération 46, 47, 48 sont configurées pour être mises en contact, avec les deuxièmes portions de coopération 76, 77, 78, par frottements de manière à maintenir le boitier de gestion électronique 5 en contact avec le pack de cellules 4. Par exemple, les premières portions de coopération 46, 47, 48 sont configurées pour être mises en contact, avec les deuxièmes portions de coopération 76, 77, 78, lorsque le boitier de gestion électronique 5 est monté sur le pack de cellules 4. Ainsi, la mise en contact des premières portions de coopération 46, 47, 48 avec les deuxièmes portions de coopération 76, 77, 78 permet d’étanchéifier, en particulier d’étanchéifier aux fluides, le couplage électrique entre les premiers et deuxièmes connecteurs.
[0049] Avantageusement, les premières portions de coopération 46, 47, 48 sont disposées de sorte que chaque première portion de coopération
46, 47, 48 est située au droit de l’une des deuxièmes portions de coopération 76, 77, 78 lorsque le boitier de gestion électronique 5 est monté sur le pack de cellules 4.
[0050] Par exemple, l’une parmi les première et deuxième portions de coopération forme une portion mâle, et l’autre parmi les première et deuxième portions de coopération forme une portion femelle conformée pour coopérer mécaniquement avec la portion mâle. Selon l’exemple illustré aux figures 7 et 8, chaque première portion de coopération 46,
47, 48 forme une partie mâle, par exemple un ergot en saillie du pack de cellules 4. Dans ce cas, chaque deuxième portion de coopération 76, 77, 78 forme une partie femelle, par exemple un trou traversant ou borgne prévu dans une paroi du boitier de gestion électronique 5. Par exemple, l’une parmi les première et deuxième portions de coopération 46, 47, 48 forme une portion mâle et l’autre parmi les première et deuxième portions de coopération 76, 77, 78 forme une partie femelle conformée pour entourer la portion mâle lorsque le boitier de gestion électronique 5 est monté sur le pack de cellules 4.
[0051] En outre, le boitier de gestion électronique 5 comporte un nombre de deuxièmes portions de coopération 76, 77, 78 identique au nombre de premières portions de coopération 46, 47, 48 du pack de cellules 4.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Pack batterie, comportant :
- un pack de cellules (4) comprenant au moins deux cellules couplées électriquement en série, chaque cellule comportant deux polarités (P, N) opposées, chaque polarité (P, N) étant couplée électriquement à un premier connecteur (56, 57, 58) par l’intermédiaire d’au moins une connexion conductrice (52, 54), le pack de cellules (4) comprenant des premières portions de coopération (46, 47, 48) associées aux premiers connecteurs (56, 57, 58), chaque premier connecteur (56, 57, 58) étant situé au droit d’une première portion de coopération (46, 47, 48), le pack batterie comprenant un bo ier de gestion électronique (5) configuré pour être monté de manière amovible sur le pack de cellules (4) et pour loger au moins un système de gestion de batterie (6), noté BMS, le BMS (6) comprenant un circuit de mesure configuré pour mesurer des paramètres relatifs aux tensions des cellules,
- le boitier de gestion électronique (5) comprenant des deuxièmes connecteurs (66, 67, 68) couplés électriquement au BMS (6), et des deuxièmes portions de coopération (76, 77, 78), chaque deuxième connecteur (66, 67, 68) étant situé au droit d’une deuxième portion de coopération (76, 77, 78),
- le pack batterie étant configuré de sorte que le montage du boitier de gestion électronique (5) sur le pack de cellules (4) provoque une coopération mécanique de chaque première portion de coopération (46, 47, 48) avec l'une des deuxièmes portions de coopération (76, 77, 78), la coopération mécanique de chaque première portion de coopération (46, 47, 48) avec l'une des deuxièmes portions de coopération (76, 77, 78) s’opérant de manière étanche tout en couplant électriquement chaque premier connecteur (56, 57, 58) avec un deuxième connecteur (66, 67, 68), caractérisé en ce que l’une parmi les première et deuxième portions de coopération (46, 47, 48 ; 76, 77, 78) forme une portion mâle, et l’autre parmi les première et deuxième portions de coopération (46, 47, 48 ; 76, 77, 78) forme une portion femelle conformée pour coopérer mécaniquement avec la portion mâle.
[Revendication 2] Pack batterie selon la revendication 1 , dans lequel chaque première portion de coopération (46, 47, 48) est conformée pour entourer un premier connecteur (56, 57, 58) de manière à former un passage pour le premier connecteur (56, 57, 58).
[Revendication 3] Pack batterie selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque deuxième portion de coopération (76, 77, 78) est conformée pour entourer un deuxième connecteur (66, 67, 68) de manière à former un passage pour le deuxième connecteur (56, 57, 58).
[Revendication 4] Pack batterie selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les premières portions de coopération (46, 47, 48) sont disposées de sorte que chaque première portion de coopération (46, 47, 48) est située au droit de l’une des deuxièmes portions de coopération (76, 77, 78) lorsque le boitier de gestion électronique (5) est monté sur le pack de cellules (4).
[Revendication 5] Pack batterie selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les premières portions de coopération (46, 47, 48) sont configurées pour être mises en contact, avec les deuxièmes portions de coopération (76, 77, 78), par frottements de manière que la coopération mécanique de chaque première portion de coopération (46, 47, 48) avec l'une des deuxièmes portions de coopération (76, 77, 78) provoque le maintien du boitier de gestion électronique (5) sur le pack de cellules (4).
[Revendication 6] Pack batterie selon l’une quelconque des revendications précédentes, configuré de sorte que le montage du boitier de gestion électronique (5) sur le pack de cellules (4) est effectué manuellement, de préférence sans outillage.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080254356A1 (en) * 2005-09-20 2008-10-16 Metabowerke Gmbh Rechargeable Battery Pack and Electrical Hand Tool Device
US8674660B2 (en) * 2010-07-15 2014-03-18 Makita Corporation Electric tool battery
US8974938B2 (en) * 2011-08-30 2015-03-10 Lg Chem, Ltd. Battery system and method for coupling a battery cell assembly to an electrically non-conductive base member
DE102013220119A1 (de) 2013-10-04 2015-04-09 Continental Automotive Gmbh Batteriegehäuse, Batterie und Verfahren zum Montieren einer Batterie
US20230006301A1 (en) * 2021-06-30 2023-01-05 Robert Bosch Gmbh Battery Pack

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009012176A1 (de) * 2009-02-27 2010-09-02 Andreas Stihl Ag & Co. Kg Akkupack mit im Gehäusedeckel integrierter Überwachungselektronik
JP5524105B2 (ja) * 2011-02-14 2014-06-18 株式会社マキタ 電動工具用バッテリ

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080254356A1 (en) * 2005-09-20 2008-10-16 Metabowerke Gmbh Rechargeable Battery Pack and Electrical Hand Tool Device
US8674660B2 (en) * 2010-07-15 2014-03-18 Makita Corporation Electric tool battery
US8974938B2 (en) * 2011-08-30 2015-03-10 Lg Chem, Ltd. Battery system and method for coupling a battery cell assembly to an electrically non-conductive base member
DE102013220119A1 (de) 2013-10-04 2015-04-09 Continental Automotive Gmbh Batteriegehäuse, Batterie und Verfahren zum Montieren einer Batterie
US20230006301A1 (en) * 2021-06-30 2023-01-05 Robert Bosch Gmbh Battery Pack

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