Brevet FR2276704A1 — publié le 19760123

La présente invention concerne une batterie de générateurs électrochimiques comprenant un empilement de plusieurs modules semblables possédant chacun une paroi conductrice et imperméable aux liquides en contact par une de ses faces avec une masse active positive et par son autre face avec une masse active négative. Une telle batterie, selon le nombre des modules mis en oeuvre, peut présenter une tension élevée pour un encombrement et un poids très réduits, puisque la paroi conductrice et imperméable d'un module sert à la fois de support pour deux électrodes, de paroi de séparation et de connexion entre deux générateurs adjacents de la batterie. Le nombre de composants réduit est en outre un facteur de simplification de la fabrication de la batterie. Cette disposition constitue également le mode de connexion idéale entre deux générateurs, puisque les masses actives des électrodes intéressées sont reliées entre elles directement par un conducteur de longueur très faible et occupant toute leur section. Il en résulte une puissance disponible optimale. Dans ce qui suit l'ensesble constitué par la paroi conductrice et les masses actives positive et négative sera désigné pour simplifier par le terre électrode bipolaire, que cet eaeerable soit préassersblé ou non. L'un des principaux problèmes à résoudre dans la fabrication de ce type de batterie est celui de 11 étanchéité. Il faut en effet, non seulement assurer l'étanchéité de chacun des générateurs vis-à-vis de l'extérieur de la batterie, mais aussi éviter tout contact entre les électrolytes des différents générateurs de la batterie, qui engendrerait des courants de fuite. Une solution à ce problème a été proposée par la demanderesse dans le brevet français ne 70 45 012 publié sous le numéro 2 118 218. Selon ce brevet un joint torique est disposé autour de la périphérie de la paroi conductrice. On surmoule ensuite un cadre en matière plastique autour du support d'électrode pour constituer un module, le joint étant noyé et corprive dans la matière plastique. Enfin on empile plusieurs modules en soudant les cadres par ultra-sons pour forer la batterie. Dans cette batterie le joint torique est en contact avec la paroi conductrice et avec le cadre, et assure l'étanchéité entre les deux générateurs situés de part et d'autre de cette paroi. Quant à l'étanchéité de chaque générateur vis-àvis de l'extérieur, elle est obtenue par la soudure des deux cadres qui limitent ce générateur. Cette batterie fait donc appel à deux moyens différents pour réaliser I1 étanchéité à l'électrolyte. Il suffit d'un défaut ponctuel de soudure pour que l'étanchéité vis-à-vis de l'extérieur ne soit pas assurée et pour que la batterie soit défectueuse. Le but de l'invention est d'échapper à cet inconvénient. L'invention a pour objet une batterie de générateurs électrochimiques comprenant un empilement de plusieurs modules semblables possédant chacun une paroi conductrice et imperméable aux liquides en contact par une de ses faces avec une masse active positive et par son autre face avec une masse active négative, un cadre isolant entourant ladite paroi, et un joint torique d'étanchéité ayant au moins une surface annulaire de contact avec ladite paroi et une surface annulaire de contact avec ledit cadre, caractérisée par le fait que ledit joint possède une surface annulaire de contact avec le cadre d'un module adjacent à celui auquel il appartient. Par ses surfaces annulaires de contact avec les deux cadres, le joint torique sépare un espace intérieur et un espace extérieur à la batterie, et assure donc l'étanchéité vis-à-vis de l'extérieur. Grâce à sa surface de contact avec la paroi conductrice, il sépare en outre l'espace intérieur en deux sousespaces appartenant respectivement à deux générateurs, et réalise ainsi l'etan- chéité entre ces deux générateurs. Le découpage de la batterie en modules auquel on s'est référé dans la définition précédente peut dans certains cas se faire d'une façon arbitraire, la symétrie du montage étant telle qu'une électrode bipolaire et son joint peuvent être associés indifféremment à l'un ou à l'autre de deux cadres adjacents pour constituer un module. La solidarisation des modules peut être assurée par différents moyens, notamment soudage, collage ou moyens mécaniques. L'étanchéité du soudage ou du collage éventuel n'est pas requise, ce qui en facilite l'exécùtion. Selon une forme de réalisation de l'invention, le joint torique a à l'état non comprimé une section circulaire, et est comprimé, lorsque la batterie est montée, dans un logement dont la section a une forme générale triangulaire ou rectangulaire, les trois cotés ou trois des quatre cotés de la section étant définis respectivement par la paroi conductrice et par les deux cadres. Selon une autre forme de réalisation, le périmètre de la paroi pénètre dans le joint, celui-ci ayant une surface de contact avec chacune des faces de la paroi. Dans le cas où des dégagements de gaz sont susceptibles de détériorer la batterie, des moyens peuvent être prévus pour l'échappement des gaz lorsque la pression interne atteint une valeur déterminée, ces moyens étant mis en oeuvre par la déformation du joint sous l'effet de la pression. L'invention sera mieux comprise à l'étude de quelques exemples de réalisation donnés ci-après à titre indicatif et nullement limitatif, en regard du dessin annexé dans lequel - la figure 1 est une vue en coupe d'un module d'une batterie selon l'inr vention, - la figure 2 est une vue en coupe d'une batterie comportant un empilage de modules confortes à la figure 1. - la figure 3 est une vue en perspective d'un cadre entrant dans le module de la figure 1, - la figure 4 est une coupe agrandie d'un détail de la figure 2, - les figures 5 à 9 représentent chacune en coupe deux modules destinés à une batterie selon l'invention, dans cinq variantes de réalisation, les nasses actives n'étant pas figurées. La batterie représentée à la figure 2 comprend cinq accunilateurs. Elle est constituée essentiellement par un empilement de quatre modules semblables 1 illustrés par la figure 1 et possédant chacun une électrode bipolaire, d'un module 2 possédant une électrode positive terminale et d'un module 3 possédant une électrode négative terminale. Chaque électrode bipolaire comprend une paroi conductrice et impernéable aux liquides sous forme d'une coupelle métallique 4, en contact par une de ses faces avec une sasse active positive 5 et par son autre face avec une masse active négative 6. L'électrode terminale du module 2 comprend seulement une coupelle 4 et une nasse active positive 5, et celle du module 3 une coupelle 4 et une masse active négative 6.Les électrodes sont séparées les unes des autres par des disques séparateurs 7. Outre l'électrode, chaque module comprend un cadre 8 en matière plastique, de forme générale annulaire, et un joint torique 9. Le cadre 8 comporte cotie le montre la figure 3, trois tétons 10 disposés à 120e les uns des autres, destinés à solidariser le cadre avec celui du module supérieur, et trois alésages il décalés de 60@ par rapport aux tétons, destinés à solidariser le cadre avec celui du module inférieur. Les alésages 11 présentent une portion supérieur élargie. Le cadre 8 comporte également une gorge annulaire 12 recevant le bord de la coupelle 4 et le joint 9. On voit dans les figures 2 et 4, que le joint 9 est comprimé dans un logement dont la section a une forme générale rectangulaire. Deux des c8tés du rectangle sont définis par le bord de la coupelle 4, avec lequel le joint a deux surfaces de contact annulaires 13 et 14. Le troisième csté est défini par la gorge 12, avec laquelle le joint a une surface annulaire de contact 15, et le quatrième par la surface inférieure du cadre 8 du module supérieur, avec laquelle le joint est en contact par une surface annulaire 16. L'électrolyte de l'accunu- lateur situé orrdessus de la coupelle 4 est empêché par la surface de contact 13 de cheiiner vers l'ace"-~lateur situé au-dessous de cette n ne coupelle, et par la surface 16 de s 'écouler vers l'extérieur de la batterie. De ê e, l'électro- lyte de l'accumulateur du dessous est arrêté vers l'accusulateur du dessus par la surface 14 et vers l'extérieur par la surface 15. Outre l'étanchéité, cette disposition peut assurer si on le désire un rôle de soupape en permettant l'échappement de gaz lorsque la pression dans l'un des accumulateurs de la batterie atteint une valeur déterminée. On peut en effet choisir la dureté du joint 9, sa section et les dimensions de son logement de telle sorte qu'une déformation supplémentaire soit possible et que par exemple le joint s'écarte momentanément du cadre supérieur au niveau de la surface 16 pour permettre l'échappement des gaz de l'accumulateur situé au-dessus de la coupelle 4. Dans -ce cas on peut encore avantageusement prévoir des canalisations entre le logement du joint et l'extérieur de la batterie, par exemple sous la forme de rainures à la partie supérieure du cadre, s'éloignant radialement de la gorge 12. La batterie de la figure 2 est complétée par un cadre 17 coopérant avec le module 2 pour réaliser 11 étanchéité de l'accumulateur terminal, deux bornes de sortie 18 et 19 soudées respectivement aux coupelles 4 des électrodes terminales positive et négative, et une gaine extérieure 20. Le cadre 17 diffère des cadres 8 seulement par l'absence des tétons 10. Les bornes 18 et 19 peuvent être réalisées sous une forme quelconque et notamment celle d'un fil ou d'une patte, selon les dimensions de la batterie. La gaine 20 peut être en un matériau quelconque conducteur ou isolant. Elle serf essentiellement à la finition de la batterie et peut parfaitement être supprimée. Le montage de cette batterie peut se faire de la façon suivante. On réalise d'abord le module 3 en mettant en place l'électrode négative et le joint 9 sur un cadre 8. Puis on dispose un second cadre 8 dont les alésages 11 viennent s'ajuster sur les tétons 10 du premier. On applique les deux cadres l'un contre l'autre par tout moyen approprié de façon à comprimer le joint 9 dans son logement, et on les immobilise l'un par rapport à l'autre en déformant par la chaleur les tétons 10 dans les orifices 11, comme on le voit à la figure 2. On met en place sur le second cadre une électrode bipolaire, après avoir recouvert la première electrode d'un disque séparateur, et un second joint, puis un troisième cadre et ainsi de suite jusqu'à la fixation du cadre 17. On termine par la mise en place de la gaine 20. Les électrodes peuvent être par exemple conformes à la demande de brevet n- 73 22 720 et être introduites d'un seul bloc. Elles peuvent également être réalisées au moment du montage de la batterie par superposition d'une pastille 5 de masse active positive (sauf pour l'électrode négative terminale), d'une coupelle 4 et d'une pastille 6 de masse active négative (sauf pour l'électrode positive terminale), les pastilles pouvant contenir des grilles collectrices de courant. L'électrolyte de chaque accumulateur peut être versé dans l'espace central du cadre après sa fixation, ou être introduit dans les pores du séparateur ou des électrodes ou des deux à la fois. Enfin les bornes de sortie peuvent avantageusement être soudées aux coupelles 4 avant le montage de la batterie. Les deux modules représentés à la figure 5, dans laquelle les mêmes réfe rences sont utilisées que dans la figure 1 pour désigner des organes jouant le meme rôle, diffèrent de ceux décrits dans l'exemple précédent en ce que chaque cadre 38 ne présente pas de gorge 12 comme le cadre 8 mais un épaulement intérieur 32. Le joint 9 coopère avec la coupelle 4 et les cadres 38 de la meme façon que dans l'exemple précédent. Une autre différence est que les tétons 10 et les alésages il sont remplacés par une lèvre 30 et une gorge 31 destinées au soudage des cadres par ultra-sons. La soudure peut indiffereient être étanche ou non. Toutefois, si on désire un effet de soupape cosaare expliqué plus haut, elle ne doit pas etre étanche et on peut prévoir à cet effet des interruptions de la lèvre 30. Dans la variante de la figure 6, la paroi de 11 électrode bipolaire est un disque 44. La section rectangulaire du logement du joint 9 a un côté défini par le disque 44, un second cte par une surface cylindrique 41 du cadre 48 du module correspondant, et les deux autres côtés par une surface plane 42 et une surface cylindrique 43 du cadre adjacent. La variante de la figure 7 diffère de celle de la figure I en ce que le rebord de la coupelle 4 qui reposait sur le fond de la gorge 12 est supprimé, le joint 9 ayant maintenant une surface annulaire de contact avec la coupelle 54 et deux surfaces annulaires de contact 51 et 52 avec le cadre 58, et une surface plane de contact 53 avec le cadre adjacent. Dans la figure 8 le logement du joint 9 a une section de forme générale triangulaire dont les cotés sont définis respectivement par le disque 64, par une surface cylindrique 61 du cadre 68 du module, et par une surface conique 62 du cadre adjacent. Un guidage relatif des cadres est prévu par une surface cylindrique 63 du cadre supérieur coopérant avec la surface 61. Un guidage semblable ou différent pourrait être adapté aux autres variantes décrites. Dans le montage de la figure 9, le joint torique 79 entoure le bord du disque 74, et possède donc des surfaces annulaires de contact avec les deux faces de celui-ci. Ces surfaces de contact assurent l'étanchéité entre les générateurs situés de part et d'autre du disque. L'étanchéité de ces générateurs vis-à-vis de l'extérieur de la batterie est obtenue par le contact du joint 79 respectivement avec une surface 71 d'un cadre 78 et avec une surface 72 d'un autre cadre 78, entre lesquelles il est comprimé. L'assemblage des modules des figures 6 à 9 peut etre réalisé par tous moyens, soudage, collage par exemple. Ces moyens peuvent encore être semblables à ceux décrits en référence aux figures I à 3, ou être constitués par des tirants traversant ltenseible des cadres. L'invention s'applique notamment aux batteries d'accumulateurs alcalins. RGVENDICATIONS 1/ Batterie de générateurs électrochimiques comprenant un empilement de plusieurs modules semblables possédant chacun une paroi conductrice et imperméable aux liquides en contact par une de ses faces avec une masse active positive et par son autre face avec une masse active négative, un cadre isolant entourant ladite paroi, et un joint torique d'étanchéité ayant au moins une surface annulaire de contact avec ladite paroi et une surface annulaire de contact avec ledit cadre, caractérisée par le fait que ledit joint possède une surface annulaire de contact avec le cadre d'un module adjacent à celui auquel il appartient. 2/ Batterie selon la revendication 1, caractérisée par le fait que ledit joint a à l'état non comprimé une section circulaire. 3/ Batterie selon la revendication 2, caractérisée par le fait que ledit joint est comprimé dans un logement dont la section a une forme générale triangulaire, ses trois cotés étant définis respectivement par ladite paroi et par lesdits deux cadres. 4/ Batterie selon la revendication 2, caractérisée par le fait que ledit joint est comprimé dans un logement dont la section a une forme générale rectangulaire, trois de ses quatre côtés étant définies respectivement par ladite paroi et par lesdits deux cadres, 5/ Batterie selon la revendication I, caractérisée par le fait que le périmètre de ladite paroi pénètre dans ledit joint, celui-ci ayant une surface annulaire de contact avec chacune des faces de la paroi. 6/ Batterie selon-l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'elle comprend des moyens pour ltechappement de gaz lorsque la pression interne atteint une valeur déterminée, ces moyens étant mis en oeuvre par la déformation dudit joint sous l'effet de la pression.