Brevet FR2235497A1 — publié le 19750124

La présente invention concerne un élément de batterie et un procédé de mise en oeuvre de ce dit élément Les batteries ou accumulateurs de batterie classiques, tels que cellules acide sulfuriquelplomb, consistent en des boites contenant un certain nombre d'éléments de batterie, ces derniers étant des plaques chargées positivement et négativement, placées alternativement cte à c8te et séparées les unes des autres par un séparateur perméable vis-à-vis du courant électrolytique. Les éléments sont ouverts sur tous les cOtés. Les batteries de démarreur connues jusqu'à présent, c'est-à-dire les accumulateurs de batterie employés principalement dans les véhicules à moteur, ont besoin d'etre entretenues; elles doivent entre régulièrement réalimentées en eau distillée pour compenser les pertes d'eau se produisant en raison de la séparation électrolytique de liteau en hydrogène et en oxygène, lors de la surcharge. Cette dernière peut etre en principe empêchée en utilisant à la fois dans les stations de charge et dans la batterie de la voiture des chargeurs dont le voltage est contrôlé avec précision et qui sont coupés lorsqu un certain voltage prédéterminé est atteint.A ce sujet, cependant, il est en outre nécessaire que le voltage choisi pour la charge de la batterie reste constant, c'est-à-dire que le voltage de charge des cellules doit être supérieur à la tension de coupure du régulateur du dispositif de charge de façon à empêcher une surcharge. Toutefois, en raison de courts-circuits dans les batteries et également de l'empoisonnement par les métaux, particulièrement l'antimoine, il se produit immédiatement une chute de tension et, de ce fait, une surcharge en dépit d'un fonctionnement parfait des chargeurs de batterie. Cnadéjàesssyé de maktemr constante la charge des batteries en utilisant, pour la fabrication des plaques de batteries, des alliages contenant peu ou pas d'antimoine. Néanmoins, des courtFcircuits entre les plaques chargées positivement et celles chargées négativement se produisent relativement souvent, bien que les éléments de batterie soient généralement placés sur des éléments en forme de prisme placés en saillie dans le bottier de batterie de façon à préserver au fond de cette dernière un espace libre pour recueillir la boue. Si la quantité de dépôt augmente, on ne peut absolument pas empêcher par cette méthode la formation de courts-circuits. En outre, on a essayé de réaliser un système de charge ne nécessitant pas d'entretien par conversion catalytique du mélange gazeux oxygène/ hydrogène se formant lors de la surcharge, en utilisant des catalyseurs au platine Ces mesures se révèlent très conteuses et, de plus, ne sont pas entié- rement satisfaisantes car le mélange gazeux qui se forme contient trop d'hydrogène, une partie de l'oxygène étant utilisée en un autre point. La mise au point de batteries nécessitant aussi peu d'entretien que possible concerne également des batteries industrielles utilisées pour entraîner des dispositifs électriques plus importants, tels que chariots électriques, chariots élévateurs à fourche, etc., et également employées comme groupes moteurs de secours. Les batteries industrielles actuellement connues nécessitent une inspection complète au moins une fois par an pour rester utilisables. Le principal problème présenté par ces batteries réside dans le fait que les courts-circuits entre les plaques chargées différemment peuvent survenir directement en raison des dépotes de boue se formant sur les côtés ainsi qu'au niveau supérieur voisin du pôle positif. En ce qui concerne les batteries industrielles, on a essayé de résoudre ce problème en enveloppant les plaques négatives d'une gaine produite à partir du matériau du séparateur de batterie. Cependant, la fabrication de ces gaines est difficile et coûteuse; par ailleurs, il est nécessaire d'utiliser une seconde gaine de dimension plus petite, pour envelopper les deux plaques extérieures de chaque élément qui, généralement, ont une épaisseur réduite de moitié. L'insertion des plaques négatives dans les gaines ne peut s'effectuer que manuellement, d'où l'impossibilité d'avoir recours à ce système dans un procédé de fabrication entièrement automatisé. Ceci s'applique particulièrement à la fabrication des batteries de démarreur qui, on le sait, s'effectue exclusivement de façon mécanique en raison du très grand nombre de pièces. L'un des buts de l'invention est de fournir un élément de batterie comportant de nombreuses plaques disposées cOte à cte, chacune étant séparée de la plaque adjacente par un séparateur de batterie perméable au transport de courant électrolytique, et des moyens reliant entre eux les bords des séparateurs de façon qu'un bord des plaques soit ponté, un garnissage continu de gaines enveloppant les plaques de batterie sur au moins deux bords. Selon un autre but, l'inventionaiournit un élément de batterie comportant de nombreuses plaques positives et négatives disposées alternativement cOte à cote, un séparateur placé entre chaque plaque, les separateurs et les plaques formant un ensemble ayant quatre cités, un haut et un bas, au moins deux parois, l'une de ces parois reliant étroitement les séparateurs à l'un des cOtés de ltensemble, et l'autre paroi reliant étroitement les séparateurs au cté opposé de l'ensemble. - En ce qui concerne la fabrication des batteries de démarreur, l'élément de batterie selon l'invention est fermé sur les deux cotés, de préférence sur les deux côtés et au sommet, par des parois communes reliées aux séparateurs. Dans le cas d'une utilisation dans des batteries industrielles - où le problème de dimension externe est de moindre importance, permettant ainsi de ménager au fond de la batterie un espace suffisant pour le dépôt de boue - l'élément de batterie est, de préférence, fermé sur les deux côtés et, éventuellement, au sommet, par des parois communes reliées aux séparateurs, des ouvertures pour les saillies des plaques de batteries étant aménagées au sommet.En avant et en arrière sont normalement disposées les plaques de batterie périphériques; cependant, il est possible de prévoir de la meme façon un séparateur ou une plaque, chacun étant fait d'un matériau imperméable à l'électrolyte de façon que, dans ce cas, toutes les plaques soient enveloppées dans des gaines. Grace-à la construction des éléments de batterie par le procédé selon l'invention, les courtFcircuits dus à la formation des ponts de boue sont pratiquement totalement évités de sorte qu'une surcharge en cours d'opération normale n'est plus à redouter. Simultanément, on peut etre assuré de ce qu'il ne se produit plus de perte de fluide électrolytique par décomposition électrolytique. Dans les batteries pour démarreur, la construction spécifique des éléments de batterie selon l'invention permet, de plus, de supprimer l'espace réservé au dépôt de boue, c'est-à-dire que les éléments peuvent etre placés directement sur le fond de la boite de batterie.Ainsi, l'espace électrolytique au-dessus des éléments de batterie, qui représente environ 15 mm dans les batteries classiques, peut etre considérablement augmenté tout en maintenant identiques les dimensions externes de la botte de batterie et la dimension de la plaque; il en résulte que de légères pertes en fluide électrolytique peuvent se produire sans endommager la batterie ou amoindrir l'efficacité de cette dernière. L'invention a pour autre but de fournir un procédé de fabrication de ces éléments de batterie consistant à assembler côte à cte de nombreuses plaques de batteries, intercalées par de nombreux séparateurs, à relier étroitement les bords des séparateurs de batterie à au moins deux bords de l'ensemble, et à former un garnissage de gaines contenant les plaques de batterie Il faut comprendre que le terme l'séparateur'l, dans la présente description, concerne toute partie d'un élément convenable séparant deux plaques de batterie. Ainsi, si un seul élément constItué par une feuille con tinue est enroulé autour d'une plaque, et, de ce fait, sépare des plaques adjacentes sur ses deux côtés opposés, on considère qu'il s'agit de deux séparateurs. L'invention est, à présent,décrite, à l'aide dlun mode de réalisation préférentiel illustré par la figure ci-jointe représentant un élément de batterie vu en perspective, l'enveloppe étant retirée sur l'un des côtés pour dévoiler la-construction de l'élément. La figure représente un élément de batterie comportant 5 plaques #négatives i et 4 plaques# positives 2, un séparateur 3 étant disposé entre les plaques. A l'avant et à l'arrière se trouve l'une des plaques négatives 1. Les séparateurs 3 sont étroitement reliés, sur trois côtés, à une bande 4 de façon à former un garnissage continu de gaines, ouvertes en-leur sommet Les gaines enferment les plaques positives 2 sur leur pourtour total et ne sont ouvertes qu'en haut.Au sommet, les s#aillies polaires 11 des plaques négatives 1 dépassent d'un cdté alors que les saillies polaires 22 des plaques positives 2 dépassent de l'autre; les unes pouvant etre reliées aux autres par des ponts polaires. Les parois communes reliant les bords des séparateurs de batterie peuvent etre agencées et fabriquées de différentes façons. On peut citer, notamment, les méthodes suivantes a) les bords des éléments de batterie à sceller sont immergés successivement dans une résine à couler ~(hauteur de la couche : environ 2-3 mm) et maintenue jusqu'à durcissement de la résine. La résine à couler peut etre, par exemple, une résine époxy, particulièrement une résine époxy chargée (avec de la silice par exemple), une résine polyester, une résine polyuréthane, etc. b) les bords des éléments de batterie à sceller sont enveloppés d'une-bande de plastique, (épaisseur :2-3 mm) stable dans les conditions de la batterie, de préférence un thermoplastique. Ce dernier peut etre du polyéthylène, polypropylène ou,-de préférence,un copolymère de ces thermoplastiques avec de- l'acétate de polyvinyle, ces matériaux fournissant une adhérence satisfaisante lorsqu'ils sont utilisés à l'état de mélange fondu. Cependant, on peut également employer des adhésifs de fusion, du bitume ou autre matériau similaire. c) le procédé de fabrication devient particulierement avantageux si l'on applique, sur un film-supporr mince ou une matte de fibres, un thermoplastique à l'état de mélange fondu, étant entendu qu'il est nécessaire que le film-support ou la matte de-fibres un un point de fusion nettement supé- rieur. Un film de polyester (épaisseur : 10 à 50 lu) ou une matte de fibres polyester (50 à 200 g/m) conviennent parfaitement à cet effet. Parmi les adhésifs de fusion, on peut utiliser,par exemple, du polyéthylène ou un mélange cire/polyéthylène > ou polyéthylène/acétate de polyvinyle.L'avantage de cette méthode réside dans une manipulation plus facile du thermoplastique à l'état fondu dans la fabrication et, en meme temps, dans la meilleure stabilité mécanique de l'élément de batterie ainsi obtenu, particulièrement aussi à des températures élevées. Il faut noter que la température dans la batterie peut ainsi augmenter en cours d'opération et s'élever à environ 70 C. Un dispositif simple pour gainer les éléments de batterie au moyen de la dernière méthode mentionnée peut consister, par exemple, en une plaque chauffante plane, en trois parties, reliée par des charnières. Le laminé, de film polyester ou de matte de fibres et de thermoplastique, par exemple, est placé sur ladite plaque chauffante où le thermoplastique fond à environ 1400C. L'élément de batterie est alors placé dans le mélange fondu de façon à réaliser la connexion des bords inférieurs des séparateurs. Puis l'on fait tourner les parties latérales de la plaque chauffante et le film avec le polymère fondu est pressé contre les bords latéraux du séparateur de batterie de façon à lier également ensemble ces derniers. L'on enlève alors la plaque chauffante puis l'on retire l'élément de batterie terminé. Le polymère toujours à l'état fondu ne risque pas de stécouler car le film-support ou la matte de fibres non fondu assure une forte cohésion et également un détachement satisfaisant de la plaque chauffante. Dans un mode de réalisation préférentiel de l'élément de batterie, les chassies des plaques de la batterie sont également reliés aux parois communes de l'élément. Ainsi, les chassies des plaques de batterie peuvent, par exemple, etre enrobés comme les bords des séparateurs de batterie dans de la résine à couler ou dans un adhésif de fusion. Dans la fabrication des éléments de batterie pour des batteries industrielles, en dehors de 11 élimination du danger de courts-circuits latéraux, il est particulièrement important d'empocher les courts-circuits produits par les ponts de boue sur le côté supérieur des éléments, notamment près du pont du pôle positif. D'autre part, un espace pour le dépôt de boue suffisamment important peut etre ménagé sans difficulté sous les éléments de batterie pour minimiser le risque d'une formation de pont, Dans ces cas là, les éléments de batterie sont, de ce fait, de préférence fermés sur les deux côtés et sur le côté supérieur, ce dernier devant etre muni d'ouvertures pour les saillies des plaques de batterie.Si lton-utilise pour la coulée un film revêtu d'adhésif de fusion, les ouvertures peuvent etre aussitôt pratiquées, notamment par poinçonnage. En principe, on peut utiliser tout séparateur classique pour produire les éléments de batterie de l'invention Des exemples de séparateurs convenant particulièrement bien sont ceux qui, actuellement, présentent les caractéristiques suivantes a) en raison de leur nature chimique, sont particulièrement résistants à l'attaque oxydante meme à température élevée, par exemple dans une cellule à acide sulfuriquejp-lomb, due à PbO2 et 02 dans de l'acide sulfurique à 37 70, b) en raison de la petite dimension des rayons des pores, empochent une "pénétration" de la patte, c) résistent à une pénétration même mécanique de la pâte, d) ont un volume de pores aussi élevé que possible, e) peuvent ttre reliés, jointés et/ou scellés thermiquement avec des matériaux qui sont stables dans les conditions de la batterie. Des exemples de séparateurs de batterie possédant ces propriétés sont les séparateurs microporeux de polyéthylène décrits notamment dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique nt 3 351 495 ou de résine phénoPformal- déhyde modifiée par de la résorcine décrits dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique n0 3 475 355 et 3 622 393. En ce qui concerne les résines à couler ou les adhésifs de fusion utilisables il est généralement nécessaire qu ils soient résistants au milieu de la batterie. En outre, ils -doivent adhérer fortement aux séparateurs de batterie utilisés. L'adhésif lui-mtme ne doit pas etre mécaniquement rigide et doit faire preuve d'une certaine élasticité; ceci est particulièrement important car les plaques positives prennent quelque extension et, de ce fait, déforme mécaniquement la gaine du séparateur de batterie qui les entoure. Bien que l'on puisse obtenir des résultats avantageux avec des adhésifs élaborés à froid, le temps de prise de ces adhésifs est généralement trop long, ce qui dans un procédé de fabrication entièrement automatique entratnerait des temps de pose trop importants. Pour cette raison, on pré fère les adhésifs de fusion du type précédemment mentionné qui durcissent immédiatement au refroidissement. L'invention est à présent illustrée plus en détail par les exemples suivants. EXEMPLE 1 On prépare un élément de batterie identique à celui de la figure 1 en combinant 4 plaques positives (11 Ah) et 5 plaques négatives, les plaques positives étant isolées des plaques négatives par 8 éléments de batterie intercalés de résine phénol/formaldéhyde modifiée par de la résorcine La saillie des séparateurs de batterie au-dessus de#s bords des plaques représente 2 à 3 mm. L'ensemble formé par les plaques de batterie et les séparateurs est maintenu par un collier de fixation afin d'empêcher un déplacement des séparateurs les uns par rapport aux autres. Dans un moule aux dimensions de la largeur de l'élément de batterie et de la hauteur des séparateurs, on place un adhésif de résine époxy chargée auquel on ajoute un durcisseur L'élément de batterie préparé est introduit dans le moule de façon que les saillies des séparateurs de la batterie soient placées au fond du moule. La quantité d'adhésif introduite dans le moule est telle que non seulement les séparateurs de batterie mais également les chassis des plaques de batteries sont moulés dans la résine. Le durcissement de là résine s'effectue à chaud. Le moule a été pré traité avec un composé de décollement à base de tétrafluoroéthylène de façon que l'élément fini puisse se détacher aussitôt du moule. Après scellement du fond de l'éiement, ses deux côtés sont fermés de la mOme façon. L'élément de batterie produit selon la méthode ci-dessus décrite est soumis à un test de batterie. Comparés à des éléments de batterie de construction classique, on obtient les résultats suivants 11 la capacité de la batterie à faible charge est tout à fait comparable et le pourcentage de pertes ne représente qu'environ 3 %. 2/ la capacité à charge élevée (capacité de démarrage à -18 C) est, dans la période de décharge, inférieure à environ 5 %; le voltage/30 secondes est seulement inférieur de 0,02 V par cellule à celui des cellules classiques comparables. 3/ Les pertes par évaporation et les pertes en eau par lélec- trolyse lors#de la surcharge sont empêchées pendant une durée plus longue. La non-nécessité d'entretien des batteries avec les éléments de batterie fermés selon l'invention peut etre en outre augmentée en supprimant l'espace réservé au dépôt de boue, le niveau d'acide au-dessus des éléments pouvant ainsi etre augmente d'environ 7 Z EXEMPLE 2 On prépare un élément de batterie dont la composition est ideni tique à celui de l'exemple 1. On utilise, pour le gainage, une bande de film polyester d'une épaisseur de 50 P , revêtu d'une couche de 2,5 mm d'un copo lymère d'éthylène et d'acétate de vinyle (teneur en PVA 65 705. La bande est placée sur une plaque chauffante formée de trois parties, puis le copolymère passe à l'état fondu en chauffant à environ 140 C. On place l'ensemble de l'élément de batterie sur la partie médiane de la plaque chauffante dans la couche adhésive fondue à chaud sur le film support. Puis les deux parties latérales de la plaque chauffante sont retournées pour permettre au film supportant le revêtement fondu d'etre pressé contre les bords des séparateurs de l'élément de batterie L'élément est, ensuite, immédiatement retiré de la plaque chauffane. L'on obtient un élément de batterie fermé sur trois cotés dans lequel les séparateurs de batterie reliés forment une enveloppe multicellulaire contenant les plaques individuelles.Cette méthode peut aisément titre utilisée dans un procédé de fabrication entièrement automatique puisque aucune intervention manuelle n'est nécessaire, notamment sous l'insertion des plaques de batterie dans les gaines individuelles. EXEMPLE 3 On utilise la méthode décrite dans l'exemple 1, excepté que pour le gainage on utilise une matte de fibres de polyester revêtue d'un adhésif de fusion, composé d'un mélange cire/polyéthylène.# L'opération de gainage s'effectue en-quelques secondes. Les éléments de batterie ainsi préparés sont assemblés pour former une batterie qui est comparée ensuite à une batterie classique comportant des éléments ouverts (test selon les normes DIN 72311, feuille 7, avec 44 éléments Ah). Les résultats figurent dans le tableau suivant. Ils montrent que les éléments selon l'invention ne diminuent pas l'efficacité de la batterie et que, par ailleurs, la durée de service et la nonnécessité d'entretien de cette dernière sont nettement améliorées. TABLEAU -flatterie avec éléments sans gaine avec gaine vitesse de charge à 00C 17,1 A 18,8 A capacité de 20 heures 1. 44,0 Ah 43,4 Ah 2. 45,3 Ah 44,7 Ah 1. départ à froid volt. 30 s 1,56 V 1,55 V temps jusqu'à 1 volt/cellule 188 s 189 s 2. départ à froid volt. 30 s 1;56 V 1,54 V temps jusqu'à -l voltlcellule 183 s 189 s REVENDICATIONS 1. Elément de batterie, caractérisé en ce qu'il est composé de plusieurs plaques disposées côte à cote, chaque plaque étant séparée de la plaque adjacente par un séparateur de batterie perméable au transport de courant électrolytique, et de moyens reliant entre eux les bords des séparateurs de façon à former un pont avec un bord des plaques et d'un ensemble continu de gaines enveloppant les plaques de batterie sur au moins deux côtés. 2. Elément de batterie selon la revendication 1, carac teriset en ce que lesdits -moyens comportent une paroi commune reliée aux bords des séparateurs. 3. Elément de batterie selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque séparateur est constitué par une feuille indépendante et en ce que les feuilles sont reliées sur leurs deux bords latéraux et sur le c8té inférieur par ledit moyen qui consiste en de nombreuses parois communes. 4. Elément de batterie selon la revendication 3, caractérisé en ce que les plaques sont reliées par les deux bords latéraux et par le côté inférieur aux parois communes. 5. Elément de batterie, caractérisé en ce qu'il comprend de nombreuses plaques positives et négatives disposées en alternance côte à côte, un séparateur séparant chaque plaque de la plaque adjacente, les séparateurs et les plaques formant un ensemble composé de quatre caties, un c8té supérieur et un côté inférieur, au moins deuxparo5 > l'ieds" parois reliant étroitement les séparateurs sur un côté de l'ensemble, et l'au- tre paroi reliant les séparateurs au coté opposé de l'ensemble. 6. Elément de batterie selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend une paroi reliant étroitement les séparateurs au côté supérieur de l'ensemble et une paroi reliant étroitement les séparateurs au coté inférieur de l'ensemble, les plaques étant presque complètement enfermées 7. Elément de batterie selon la revendiegtion 6, caractérisé en ce que les parois reliant étroitement les séparateurs relient également étroitement les plaques et en ce que les plaques positives font saillie à travers la paroi supérieure, cesdites saillies étant soudées ensemble au-dessus de la paroi, et en ce que les plaques négatives font également saillie à travers la paroi supérieure et sont soudées ensemble au-dessus de la paroi. 8. Elément de batterie selon la revendication 5, caractérisé en ce qu' une paroi relie étroitement les séparateurs au côté supérieur de l'ensemble, les plaques de batterie ayant des saillies et ladite paroi supérieure étant munie d'ouvertures pour les saillies des plaques de batterie. 9. Elément de batterie selon la revendication 5, caractérisé en ce que les deux parois consistent essentiellement en une résine à couler ou adhésif de fusion appliqué sur un matériau support dont le point de fusion est supérieur. 10. Elément de batterie selon la revendication 5, caracté- risé en ce que les parois sont formées essentiellement d'un support tel que film polyester ou matte de fibres polyester revêtu d'un adhésif de fusion de polyéthylène, polyéthylbnelcirer ou polyéthylène/acétate de polyvinyle. 11. - Elément de batterie selon l'une quelconque des revendications 5 à 10, caractérisé en ce que les châssis des plaques de batterie sont reliés aux pårois de l'élément. 12. Elément de batterie selon la revendication 5, caractérisé en ce que les bords des séparateurs et les bords des plaques sont enrobés dans de la résine à couler ou adhésif de fusion. 13. Procédé de prépararion d'éléments de batterie, caractérisé en ce qu'il consiste à assembler de nombreuses plaques de batterie côte à côte séparées par de nombreux séparateurs de batterie, à relier étroitement les bords des séparateurs sur au moins deux bords de l'ensemble et à former un ensemble de gaines contenant les plaques de batterie. 14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que les bords des séparateurs de batterie et les bords des plaques de batterie sont enrobés dans une partie d'une paroi commune et, de ce fait, étroitement reliés à cette dernière. 15. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que la liaison étroite est réalisée en immergeant successivement les bords de l'ensemble où les séparateurs doivent être reliés dans une résine à couler et en maintenant le bord de l'ensembledans ladite résine jusqu'à durcissement de cette dernière. 16. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'étroite liaison s'opère en mettant en contact lesdits bords avec un revêtement de résine à couler ou un adhésif de fusion reposant sur une bande porteuse. 17. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'étroite liaison s'effectue en plaçant un laminé formé d'une bande porteuse dont le point de fusion est assez élevé et d'un revêtement thermoplastique, sur l'un des cotés de ladite bande,ayant un point de fusion relativement inférieur, sur une plaque chauffante plane en trois parties, reliée par des charnières à la bande porteuse contre la plaque chauffante, en chauffant le laminé jusqu'à fusion du thermoplastique tout en maintenant la bande porteuse hors de fusion, en plaçant le bord inférieur de l'ensemble dans le mélange fondu sur la partie médiane de la plaque chauffante afin de relier ainsi les bords inférieurs des séparateurs, puis en relevant les deux parties latérales de la plaque chauffante et en pressant le mélange fondu du laminé contre les bords latéraux de l'ensemble afin de relier ainsi les deux bords latéraux opposés des séparateurs.