FR2748606A1

FR2748606A1 - Connection of electrode plates to terminal of electrochemical generator e.g. used in electric vehicle

Info

Publication number: FR2748606A1
Application number: FR9605715A
Authority: FR
Inventors: Tristan Grivel; Claude Gilabert
Original assignee: SAFT Societe des Accumulateurs Fixes et de Traction SA
Current assignee: SAFT Societe des Accumulateurs Fixes et de Traction SA
Priority date: 1996-05-07
Filing date: 1996-05-07
Publication date: 1997-11-14

Abstract

The electrode plates (8) are connected to the terminal (1) of a battery by expansion. The tops (7) of the plates are brought out vertically and grouped into two bundles, which are folded through a right angle so they connect horizontally to the base of the terminal. The folding is done with the aid of a grid of bars that fit between the electrode plates and are shaped to ensure each plate top is positioned correctly relative to the others when they have been folded through a right angle. The tops are then cut to length and pressed together for insertion into horizontal slots in the base of the terminal.

Description

Procédé et ensemble de connexion de plaques d'électrodes à une borne
du générateur électrochimique
La présente invention concerne une borne de générateur électrochimique et sa connexion aux plaques d'électrodes. Les bornes d'un générateur électrochimique ont une double fonction : d'une part d'assurer la continuité électrique entre les électrodes du générateur électrochimique et l'application extérieure à laquelle il est associé, d'autre part de contribuer à l'étanchéité de la fermeture du générateur. La borne traverse le couvercle du générateur électrochimique, la partie extérieure reçoit les connexions externes, tandis que la partie située à l'intérieur du générateur est reliée aux électrodes.Method and assembly for connecting electrode plates to a terminal
of the electrochemical generator
The present invention relates to an electrochemical generator terminal and its connection to the electrode plates. The terminals of an electrochemical generator have a double function: on the one hand to ensure the electrical continuity between the electrodes of the electrochemical generator and the external application with which it is associated, on the other hand to contribute to the sealing of closing the generator. The terminal crosses the cover of the electrochemical generator, the external part receives the external connections, while the part located inside the generator is connected to the electrodes.

On sait que dans un générateur électrochimique les électrodes d'une même polarité sont munies de connexions ou têtes de plaques qui peuvent être connectées à la borne de différentes manières par l'intermédiaire d'un axe ou d'un râteau, ou, pour gagner du poids, directement au pied de la borne par demi-faisceaux foisonnants. Selon cette technique de connexion par foisonnement, les têtes forment deux demifaisceaux reliés à la borne de polarité correspondante par des moyens qui assurent à la fois le maintien du faisceau et la conduction du courant. Dans les documents FR-A-2 283 558 et FR-A-2 651 606, on a décrit une borne de générateur électrochimique comportant une partie verticale plane placée à l'intérieur du générateur de part et d'autre de laquelle sont soudées verticalement les connexions divisées en deux demi-faisceaux. Cette disposition a pour inconvénient l'encombrement représenté par cette partie verticale et l'importance du volume vide inutilisé au-dessus des électrodes qui en résulte. We know that in an electrochemical generator the electrodes of the same polarity are provided with connections or plate heads which can be connected to the terminal in different ways by means of an axis or a rake, or, to gain by weight, directly at the base of the terminal by abundant half-beams According to this swelling connection technique, the heads form two half-beams connected to the terminal of corresponding polarity by means which ensure both the maintenance of the beam and the conduction of the current. In documents FR-A-2 283 558 and FR-A-2 651 606, an electrochemical generator terminal has been described comprising a flat vertical part placed inside the generator on either side of which are welded vertically the connections divided into two half-bundles. This arrangement has the disadvantage of the space represented by this vertical part and the importance of the unused empty volume above the electrodes which results therefrom.

Dans le document US-A-4 209 576, les têtes de plaques des deux demi-faisceaux sont réunies deux à deux par une bande métallique mince, et les bandes métalliques superposées sont fixées horizontalement sur la borne. In document US-A-4,209,576, the plate heads of the two half-beams are joined two by two by a thin metal strip, and the superimposed metal strips are fixed horizontally to the terminal.

Les connexions sont ensuite rabattues mais les connexions centrales sont trop longues et les connexions externes trop courtes, d'où il résulte un effet de V entraînant aussi une perte de place. The connections are then folded down, but the central connections are too long and the external connections too short, resulting in a V-effect which also results in loss of space.

Or, afin de réduire le volume de la batterie (notamment dans le cadre des véhicules électriques), il est souhaitable de diminuer autant qu on peut l'espace compris entre la matière active des électrodes et la partie supérieure de la batterie. Tel est le but de l'invention. However, in order to reduce the volume of the battery (in particular in the context of electric vehicles), it is desirable to reduce as much as possible the space comprised between the active material of the electrodes and the upper part of the battery. This is the object of the invention.

Pour atteindre ce but, l'invention a pour objet un procédé de connexion par foisonnement de plaques d'électrodes à une borne de générateur électrochimique, au moyen de têtes de plaques issues verticalement des plaques et rassemblées en deux demi-faisceaux raccordés horizontalement à la borne, caractérisé en ce qu'on forme dans au moins certaines des têtes de plaques au moins un pliage angulaire, voisin d'un angle droit, grâce à quoi, on peut disposer l'ensemble des têtes dans un espace de très faible hauteur. To achieve this object, the invention relates to a method of connection by expansion of electrode plates to an electrochemical generator terminal, by means of plate heads coming vertically from the plates and assembled in two half-beams connected horizontally to the terminal, characterized in that at least some of the plate heads form at least one angular fold, close to a right angle, whereby all the heads can be placed in a space of very low height.

Avantageusement, on forme ledit pliage à l'aide d'un peigne de barrettes intercalées entre les têtes de plaques et sur lesquelles on plie lesdites têtes selon la configuration désirée, puis on coupe les têtes à longueur et enfin on les connecte à la borne. Advantageously, said folding is formed using a comb of bars inserted between the plate heads and on which said heads are folded according to the desired configuration, then the heads are cut to length and finally they are connected to the terminal.

Selon une version préférée du procédé de l'invention, on utilise un peigne de barrettes comprenant deux groupes de barrettes respectivement hautes et basses entourant un groupe central constitué d'une barrette haute de préférence biseautée, entourée de deux barrettes basses ; on réalise un premier pliage des têtes sur le peigne au niveau des barrettes hautes et dans un sens dirigé des barrettes hautes vers les barrettes basses de manière à plier les têtes correspondant aux barrettes hautes au niveau haut ; on réalise un second pliage des têtes correspondant aux barrettes basses en sens inverse de manière à plier ces têtes au niveau bas ; on relève les têtes au-dessus du groupe central en créant une réserve de longueur de tête sur la barrette basse du groupe central voisine des barrettes hautes ; on coupe les têtes à longueur ; on connecte le demi-faisceau obtenu à la borne de préférence par soudage, puis on retire, le cas échéant, le peigne du demi-faisceau de têtes, et on replie le demi-faisceau partiellement sous la borne. According to a preferred version of the method of the invention, a bar comb is used comprising two groups of bars respectively high and low surrounding a central group consisting of a high bar preferably beveled, surrounded by two low bars; a first folding of the heads is carried out on the comb at the level of the high bars and in a direction directed from the high bars towards the low bars so as to bend the heads corresponding to the high bars at the high level; a second folding of the heads corresponding to the low bars in the opposite direction is carried out so as to fold these heads at the low level; the heads are raised above the central group by creating a head length reserve on the low bar of the central group next to the high bars; the heads are cut to length; connecting the half-beam obtained to the terminal, preferably by welding, then removing, if necessary, the comb from the half-beam of heads, and folding the half-beam partially under the terminal.

L'invention concerne aussi un ensemble de borne de générateur électrochimique et de plaques d'électrodes connectées par foisonnement au moyen de têtes de plaques issues verticalement des plaques et rassemblées en deux demi-faisceaux raccordés horizontalement à la borne, caractérisé en ce qu'au moins certaines des têtes de plaques comportent au moins un pliage angulaire voisin d'un angle droit. The invention also relates to an assembly of an electrochemical generator terminal and of electrode plates connected by expansion by means of plate heads coming vertically from the plates and assembled in two half-beams connected horizontally to the terminal, characterized in that at at least some of the plate heads have at least one angular folding close to a right angle.

Avantageusement, la majorité des têtes de plaques sont parallèles entre elles et aux plaques sur une partie de leur hauteur, et sont pliées angulairement sensiblement à un même niveau général. Advantageously, the majority of the plate heads are parallel to each other and to the plates over part of their height, and are angularly bent substantially at the same general level.

Ledit niveau général comprend de préférence deux niveaux voisins respectivement haut et bas, les têtes les plus éloignées de la borne étant pliées au niveau haut dans un sens et les têtes les plus rapprochées de la borne étant pliées au niveau bas dans l'autre sens. Said general level preferably comprises two neighboring levels, respectively high and low, the heads furthest from the terminal being folded at the high level in one direction and the heads closest to the terminal being folded at the low level in the other direction.

L'invention s'applique aux éléments ou monoblocs d'accumulateurs alcalins étanches (NiCd, NiMH, LiC), avec des technologies d'électrodes classiques, et dans des utilisations variées : véhicules électriques, batteries de secours, batteries de démarrage ferroviaire ou aéronautique. The invention applies to elements or monoblocks of sealed alkaline accumulators (NiCd, NiMH, LiC), with conventional electrode technologies, and in various uses: electric vehicles, backup batteries, railway or aeronautical starter batteries. .

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels
- la figure 1 est une vue schématique d'un ensemble de borne d'accumulateur et de deux demi-faisceaux de connexion d'électrodes, conforme à l'invention,
- la figure 2 est une vue schématique des électrodes et des têtes d'électrodes, à une première étape du procédé de fabrication conforme à l'invention, le peigne étant mis en place,
- la figure 3 est une vue analogue lors d'une deuxième étape du procédé, après un premier pliage des têtes sur le peigne,
- la figure 4 est une vue analogue lors d'une troisième étape du procédé, après un deuxième pliage des têtes,
- la figure 5 est une vue analogue lors d'une quatrième étape du procédé, après relevage des têtes et création d'une réserve,
- la figure 6 est une vue analogue lors d'une cinquième étape du procédé, après coupe de l'extrémité des têtes,
- la figure 7 est une vue analogue lors d'une sixième étape du procédé, après introduction des demi-faisceaux dans la borne et soudage.Other characteristics and advantages of the invention will appear on reading the following description, made with reference to the accompanying drawings in which
FIG. 1 is a schematic view of an assembly of an accumulator terminal and of two electrode connection half-beams, according to the invention,
FIG. 2 is a schematic view of the electrodes and of the electrode heads, at a first stage of the manufacturing process according to the invention, the comb being put in place,
FIG. 3 is a similar view during a second step of the process, after a first folding of the heads on the comb,
FIG. 4 is a similar view during a third step of the method, after a second folding of the heads,
FIG. 5 is a similar view during a fourth step of the method, after lifting the heads and creating a reserve,
FIG. 6 is a similar view during a fifth step of the process, after cutting the end of the heads,
- Figure 7 is a similar view during a sixth step of the method, after introduction of the half-beams in the terminal and welding.

La figure 1 montre une borne 1, ici taraudée, dont la partie inférieure 3 comporte deux logements horizontaux opposés 4 susceptibles d'accueillir les extrémités empilées 5 de deux demi-faisceaux 6 de neuf connexions ou têtes de plaques 7 dont les autres extrémités sont connectées aux plaques verticales parallèles 8 d'accumulateur. Seules les parties supérieures des plaques 8 sont représentées ici. Figure 1 shows a terminal 1, here tapped, the lower part 3 of which comprises two opposite horizontal housings 4 capable of accommodating the stacked ends 5 of two half-bundles 6 of nine connections or plate heads 7 the other ends of which are connected to the parallel vertical plates 8 of accumulator. Only the upper parts of the plates 8 are shown here.

Les plaques d'électrode 8 et les têtes de plaque 7 peuvent être de tout type classique. Par exemple, les électrodes 8 peuvent être frittées, plastifiées ou à support mousse. Les têtes 7 peuvent être de mousse comprimée ou constituées d'une ou deux épaisseurs de feuillard d'acier nickelé. The electrode plates 8 and the plate heads 7 can be of any conventional type. For example, the electrodes 8 can be sintered, plasticized or with a foam support. The heads 7 can be of compressed foam or consist of one or two thicknesses of nickel-plated steel strip.

Selon l'invention, les têtes 7 de plaques sont conformées pour demeurer parallèles entre elles sur une partie de leur hauteur, au voisinage des plaques 8, et pour être pliées à un angle voisin d'un angle droit, sensiblement au même niveau général correspondant au bas de la borne 1. According to the invention, the heads 7 of plates are shaped to remain parallel to each other over part of their height, in the vicinity of the plates 8, and to be bent at an angle close to a right angle, substantially at the same general level corresponding at the bottom of terminal 1.

Plus précisément, les pliages se répartissent sensiblement en deux niveaux voisins : un niveau haut pour les têtes de plaques les plus éloignées (a à g) de la borne, et un niveau bas pour les têtes de plaques les plus proches (g à i), lesquelles sont d'ailleurs situées sous la borne 1.More precisely, the folds are distributed substantially in two neighboring levels: a high level for the heads of plates most distant (a to g) from the terminal, and a low level for the heads of plates closest (g to i) , which are also located under terminal 1.

Les têtes de plaques intermédiaires (d à D ) peuvent avoir un niveau de pliage moins net. The heads of intermediate plates (d to D) may have a less distinct level of folding.

Cette conformation avantageuse est donnée par le procédé de fabrication qui va être décrit maintenant. This advantageous conformation is given by the manufacturing process which will now be described.

Les plaques 8 d'un demi-faisceau sont disposées parallèlement (figure 2), et leurs têtes 7 de plaque, ayant toutes la même longueur par construction, sont séparées par les barrettes d'acier de section généralement rectangulaire lOa à lOj d'un peigne 11. The plates 8 of a half-beam are arranged in parallel (FIG. 2), and their plate heads 7, all having the same length by construction, are separated by steel bars of generally rectangular section 10a to 10j of comb 11.

Les barrettes 10 sont positionnées au-dessus (par exemple à 5 mm) de la matière active et du séparateur de batterie. Cette distance est celle sur laquelle les têtes de plaque 7 de l'ensemble fini restent verticales et parallèles entre elles. The bars 10 are positioned above (for example 5 mm) the active material and the battery separator. This distance is that over which the plate heads 7 of the finished assembly remain vertical and parallel to one another.

Le peigne 11 comporte un groupe central de barrettes composé d'une barrette 10f biseautée et de deux barrettes plus basses de part et d'autre 10e et lOg. Le groupe central est entouré d'un groupe de barrettes hautes 10a et 10d (de meme hauteur que 10f) et d'un groupe de barrettes basses 10h à lOj (de même hauteur que 10e ou lOg). The comb 11 comprises a central group of bars composed of a bevelled bar 10f and of two lower bars on either side 10e and 10g. The central group is surrounded by a group of high bars 10a and 10d (the same height as 10f) and a group of low bars 10h to 10d (of the same height as 10th or 10g).

Un outil non représenté vient en appui sur la partie supérieure des barrettes 10 pour plier les têtes de plaques comme représenté sur la figure 3 les électrodes ne sont pas mises en contrainte pendant ce pliage. Lors de cette étape, les pliages hauts sensiblement à angle droit des têtes de plaques 7a à 7c sont réalisés. A tool not shown comes to bear on the upper part of the bars 10 to fold the plate heads as shown in Figure 3 the electrodes are not stressed during this folding. During this step, the high folds substantially at right angles to the plate heads 7a to 7c are made.

La figure 4 montre le pliage suivant dans lequel un outil est introduit sur les barrettes basses 10j à 10g et vient en butée contre la barrette centrale 10f, pour réaliser le pliage bas sensiblement à angle droit en sens inverse des têtes de plaques 7g à 7i. FIG. 4 shows the following folding in which a tool is introduced on the low bars 10j to 10g and comes into abutment against the central bar 10f, in order to carry out the low folding substantially at right angles in the opposite direction to the heads of plates 7g to 7i.

Les têtes de plaques sont relevées (figure 5) et un outillage ad hoc crée une réserve 12 de longueur de feuillard entre la barrette centrale 10f et la barrette basse 10e. The plate heads are raised (FIG. 5) and an ad hoc tool creates a reserve 12 of strip length between the central bar 10f and the low bar 10e.

On peut alors procéder à la coupe en 13 de l'ensemble des têtes de plaques. We can then proceed to cut into 13 all of the plate heads.

Les têtes des deux demi-faisceaux symétriques ainsi formés sont introduites dans les logements 4 de la borne et y sont soudés en une seule opération (par exemple soudure par résistance). The heads of the two symmetrical half-beams thus formed are introduced into the receptacles 4 of the terminal and are welded there in a single operation (for example resistance welding).

On peut alors extraire les peignes et replier les deux demifaisceaux l'un vers l'autre pour obtenir l'ensemble représenté figure 1. Ce pliage à 90" des têtes de plaques est possible, sans efforts sur les électrodes ni aucun mouvement relatif des têtes les unes par rapport aux autres, notamment grâce à la réserve 12 qui peut se tendre lors du pliage. Cette absence de mouvement relatif est importante, car les mouvements relatifs qui risquent d'apparaître dans les procédés classiques de connexion par foisonnement sont à l'origine de courts-circuits par contact d'un bord supérieur d'électrode avec la partie repliée d'une tête de plaque de polarité opposée. We can then extract the combs and fold the two half-beams towards each other to obtain the assembly shown in Figure 1. This folding to 90 "of the plate heads is possible, without efforts on the electrodes or any relative movement of the heads relative to each other, in particular by virtue of the reserve 12 which can be stretched during folding This absence of relative movement is important, since the relative movements which are likely to appear in the conventional methods of connection by expansion are at the origin of short circuits by contact of an upper edge of the electrode with the folded part of a plate head of opposite polarity.

Dans une version modifiée de l'invention, les peignes 11 sont en plastique et sont laissés en place. In a modified version of the invention, the combs 11 are made of plastic and are left in place.

Le pliage conforme à l'invention permet non seulement de réaliser des connexions courtes, mais aussi de faire des faisceaux comprenant beaucoup d'électrodes. D'autre part, ie pliage des têtes de plaque donne de la souplesse à l'ensemble et autorise un montage hyperstatique du faisceau de plaques dans le bac d'accumulateur (dans ce cas naturellement, les angles de pliage initialement voisins de 90" peuvent se modifier sensiblement). Un autre avantage du montage de l'invention est qu'il autorise indifférement un habillage des électrodes de type zig-zag ou chaussette. The folding in accordance with the invention makes it possible not only to make short connections, but also to make bundles comprising many electrodes. In addition, the folding of the plate heads gives flexibility to the assembly and allows hyperstatic mounting of the plate bundle in the accumulator tank (in this case, of course, the folding angles initially close to 90 "can Another advantage of the assembly of the invention is that it indifferently allows a covering of the electrodes of the zig-zag or sock type.

autre avantage du montage de l'invention est qu'il autorise indifférement un habillage des électrodes de type zig-zag ou chaussette.another advantage of the assembly of the invention is that it indifferently allows a covering of the electrodes of the zigzag or sock type.

Dans un exemple concret de réalisation, on a connecté selon l'invention deux demi-faisceaux de onze plaques. La largeur du faisceau était de 52 mm, sa hauteur totale de 133 mm, sur laquelle il y avait 106 mm réservés à la matière active. Par comparaison, des montages classiques à foisonnement, soit à fourche, soit à axe, ne permettaient d'obtenir une hauteur de matière active que de 96 mm pour une même hauteur totale de faisceau de 133 mm. In a concrete embodiment, two half-bundles of eleven plates have been connected according to the invention. The beam width was 52 mm, its total height 133 mm, on which there were 106 mm reserved for the active ingredient. By comparison, conventional swirling arrangements, either with a fork or with an axle, only made it possible to obtain an active material height of 96 mm for the same total beam height of 133 mm.

Claims

1. Method of connection by expansion of electrode plates (8) to a terminal (1) of an electrochemical generator, by means of plate heads (7) coming vertically from the plates and assembled in two half-beams connected horizontally to the terminal, characterized in that there is formed in at least some of the plate heads (7) at least one angular folding close to a right angle.

2. Method according to claim 1, characterized in that said folding is formed using a comb (11) of bars (10) interposed between the plate heads (7) and on which said heads are folded, the heads are cut to length and connected to the terminal (1).

3. Method according to claim 2, characterized in that one uses a comb (11) of bars (10) comprising two groups of bars respectively high (lOa-lOd) and low (lOh-lOj) surrounding a central group (lOe -lOg) consisting of a high bar (10f) surrounded by two low bars (lOe-lOg), in that one performs a first bending of the heads on the comb (11) at the level of the high bars and in a directed direction from the high bars to the low bars so as to fold the heads corresponding to the high bars at the high level, in that a second folding of the heads (7) corresponding to the low bars is carried out in the opposite direction so as to fold these heads at the level bottom, in that the heads above the central group are raised by creating a reserve (12) of head length on the low bar of the central group adjacent to the high bars, in that the heads are cut to length, in that we connect the half-beam obtained to the terminal ( 1), in that, if necessary, the comb (11) is removed from the half-beam of heads, and that the half-beam is partially folded under the terminal (1).

4. Method according to claim 3, characterized in that the high bar (10f) of the central group of the comb (11) is bevelled.

5. Set of electrochemical generator terminal and electrode plates connected by expansion by means of plate heads (7) coming vertically from the plates and assembled in two half-beams connected horizontally to the terminal (1), characterized in that 'at least some of the plate heads (7) comprise at least one angular folding close to a right angle.

6. An assembly according to claim 5, characterized in that the majority of the plate heads (7) are mutually parallel and to the plates (8) over part of their height, and are angularly bent substantially at the same general level.

7. The assembly of claim 6, characterized in that said general level comprises two neighboring levels respectively high and low, the heads (7) furthest from the terminal (1) being bent at the high level in one direction and the heads ( 7) those closest to the terminal (1) being bent at the low level in the other direction.