Brevet FR2319212A1 — publié le 19770218

La présente invention, découlant d'une étude effectutte par le Laboretoire Central des Industries Electriques (LCIE) et dont Monsieur Jean ALZIEU est l'auteur, concerne d'une manière générale la charge des accumulateurs et vise plus pertioulièrement la ces ou, s'agissant d'accusulsteurs au plorb, on désire appliquer à de tels accumulateurs un régime de charge ultra-rapide. Ainsi qu'on Oh le sait, on désine par charge ultra-rapide une opération de charge effectuée en temps réduit, en pratique en moins d'une demi-heure, 20 minutes par exemple, et permettant de récupérer une fraction notable, en pratique au noins 80 ', de la capacité de l'accutulateur traité correspondant au régie de dé- charge choisi pour celui-ci. I1 se développe au sein des divers éléments d'un accumula teur, au cours d'une telle charge ultra-rapide, aussi bien une surtension d'origine ohmique que des surtensions d'origine électrochimique, c'est-à-dire des surtensions d'activativation, de concentration et de cristallisation, et les essais montrent que ces diverses surtensions peuvent atteindre globalement une valeur supé rieure à 1 volt par élément, et de l'ordre de 1,2 volt par élé nient par exemple. L'énergie dissipée sous forme calorifique au sein d'un tel élément à raison de telles surtensions est considérable. En pratique si l'accurulateur traité est supposé thermique- ment isolé, ce qui correspond sensiblement à la réalité dans les conditions habItuelles de charge d'un tel accutulateur, cette charge se faisant dans l'atmosphère ambiante, sans échange thernique notable avec celle-ci, l'élévation de température au sein des divers éléments d'un tel accumulateur due à l'énergie calorifique résultant des surtensions pendant la charge ultra-rapide de celui-ci serait suffisamment importante pour en provoquer irrémé- diablement la destruction. ta présente invention a d'une manière générale pour objet de permettre la charge ultra-rapide d'un accumulateur au plomb sans détirioration de colui-ci. Elle propose dans ce but, 'assurer le refroidissement d'un accumulateur au plonb en re'3ire de charge ultra-rapide en faisant traverser les divers éléments d'un tel accumulateur par une circulation d'électrolyte conjointement avec ladite charge. Une telle circulation d'Électrolyte perret en effet ce rein- tenir la température interne des éléments de l'accumulsstour traité entre des limites compatibles avec la survie de ces éléments. Il est même possible, en jouant sur le débit de circulation de l'électrolyte au sein de l'accumulateur, de mainterlir les divers éléments de celui-ci à la température considérée comice opti avale pour la charge de cet accumulateur. La circulation d'électrolyte suivant l'invention permet éUa let d'intervenir sur la densité d'acte au sein de l'accurula- teur et conduit de ce fait aux avantages d'une charge er "électrolyte infinie. De surcroît, la circulation d'électrolyte suivant l'invention peut entraîner une convection forcée et améliorer par là les trans- ports de masse qui interviennent au cours de la charge de l'accumulatour traité. Enfin, on peut, lorsque cette charge egt terrinée, prolonger la circulation d'électrolyte selon l'invention, ce qui permet avantageusement d'amener l'accurjulateur traité à une température sensiblement proche de la température ambiante, tout en retituant à l'électrolyte de cet accumulateur une densité d'acide optimale pour la décharge à laquelle il sera ultérieurement soumis. tes caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence aux dessins schématiques annexés, sur lesquels - la figure 1 est un bloc diagramme illustrant le procédé de refroidissement suivant l'invention - la figure 2 est une vue en coupe transversale d'un élément d'accumulateur auquel est appliqué, en cours de charge, un dispositif de refroidissement suivant l'invention. A la figure 1 on a désigné par la référence 10 chacun des divers éléments constitutifs d'un accumulateur 11. Ainsi qu'on le sait, dans un tel élément d'accumulateur 10, toutes les plaques de même polarité sont reliées en paralîle à une Toeme borne, P pour les plaques positives, et N pou les pla- ques négatIves. Ainsi qu'on le sait également, lors de la charge d'un accupu- laveur 11 constitué de tels éléments 10, ceux-ci sont reliés lectriquement en série aux bornes positive et négstive d'une source de courant continu 12, tel que schématiquement représenté à la figure 1. Suivant l'invention, on fait traverser les divers éléments 10 constitutifs de l'accumulsteur ll par une circulation d'élec trolyte, conjointement avec ladite charge. Confornérent à la forme de réalisation représentée on insère chacun de ces éléments 10 sur un circuit de circulation d'électrolyte individuel 13, et on branche en parallèle, entre un distributeur 14 et un collecteur 15 communs, les divers circuits de circulation d'électrolyte 13 correspondant chacun respectivenent aux divers éléments 10 ; un retour peut être prévu du collecteur 15 au distributeur 14. Chaque circuit de circulation d'électrolyte 13 comporte d'une maniere générale des moyens d'injection propres à introduire de 1' ltélectrolyte dans l'élément d'accumulateur 10 concerné et des moyens d'évacuation propres à décharger de l'électrolyte dudit élément. Tel que représenté les moyens d'injection peuvent comporter une buse d'injection 20, de forme convenable, engagée dans un passage 21 ménagé à cet effet dans la paroi de l'élément d'accuiula- teur 10 concerné et reliée à un tuyau d'arrivée d'électrolyte 22 appartenant au circuit de circulation d'électrolyte 13 correspondant. De préférence on maintient un niveau constant d'électrolyte au sein de chaque élément d'accumulateur 10 traité. Jans ce but les moyens d'évacuation que comporte le circuit de circulation d'électrolyte applique à un tel élément comportent un trop-plein ce signé par la révérence générale 23 sur la figure Ce trop-p in 23 est apte à être appliqué de manière étanche à la paroi de l'élément 10 traité opposée à celle comportant le passage cl dans lequel est encavée la buse d'injection 20 associée, autour d'un passage 24 prévu dans cette paroi pour une sortie d' électrolyte. Il comporte intérieurement, en regard du passage 24, une cloison déversoir 25 dont le bord libre supérieur affleure a un niveau supérieur à celui auquel ert implanté le passage 24 en question. A son niveau supérieur le trop-plein 23 présenta un ent 6, pour une libre entrée d'air, et à sa partie inférieure il est re lié, par l'intermédiaire ri d'un siphon 27 un dans sa zone sommita- le d'une prise d'air commandée 28, à un tuyau d'évacuation 29 appartenant au circuit de circulation d'électrolyte 13 correspondant. Ainsi qu'il est aisé de le comprendre, la cloison déversair 25 d'un tel trop-plein 23 permet de maintenir à un niveau constant n l'électrolyte présente dans l'élément d'accumulateur 10 concerné, lors de la circulation de cet électrolyte, et ce niveau H est choisi de manière à ce que les plaques 30 flue corporte cet élément soient en permanence immergées. Des moyens sont an outre prévus pour assurer une circulsticn effective d'électrolyte lors de la charge des éléments d'accumuls- teur 10. Ces moyens peuvent par exemple être des moyens de pompage, établis en amont des éléments 10, et agissant par injection dans ceux-ci, ou bien établis en aval desdits élénents et agissant par aspiration sur ceux-ci. Ces moyens de pompage, qui peuvent être communs aux divers circuits de circulation d'électrolyte 13, ou individuels 5 chacun de ceux-ci, n'ont pas été représentés sur les figures. Quoi qu'il en soit, et comme expose ci-dessus, le trop-plein 23 permet de maintenir un niveau constant dans chaque élément d' accunulateur 10 même si le pompage d'électrolyte entre l'amont et l'aval d'un tel élément n'est pas parfaitement équilibré. Le siphon 27 permet, en fin de charge, par se prise d'air 28, de vider la canalisation d'évacuation 29 et d'éviter que ne se poursuive inutilement la continuité électrique du circuit de circulation d'électrolyte en dehors des périodes de charge ultrarapide. Si l'on suppose que le nombre n d'éléments d'accumulateur 10 est égal à 48, que les surtensions au sein de tels éléments en période de charge ultra-rapide atteignent globalement une valeur de 1,2 volt, comme mentionné ci-dessus, et qu'une telle charge ultra-rapide est assurée en faisant traverser de tels éléments par un courant de 400 ampères pendant 20 rinutes, l'énergie dtis- sipée sous forme calorifique dans l'ensemble des n éléments d'accumulateur en question est globalerent de l'ordre de 30.10 +@ joules. Si dans ces conditiosn on admet comme acceptable une élévation de température de 300C de chacun des éléments d'accumulateur 1C le débit total d'électrolyte - assurer lors de la charge ultrarapide de ceux-ci est d'environ 50 litres pour les 0 minutes que dure cette charge, et donc d'environ 0,26 litre par minute et par élément. Par mesure de sécurité, et pour tenir compte de la nature inévitablement imparfaite des échanges thermiques au cours de la circulation d'électrolyte au sein des éléments d'accumulateur 10 traité, il est préférable de doubler globalement le débit d'électrolyte théoriquement nécessaire au refroidissement cherché de ces éléments et donc, dans l'exemple numérique d'application succinste- ment exposé cl-dessus, de porter ce débit a environ 0,5 litre par minute et par élément. Quoi qu'il en soit la perte en courent, lors de la charge, due à la continuité électrique des circuits de circulation d'électrolyte suivant l'invention, demeure minime. Elfe représente an effet globale-ent au plus 1 à 2 % du cou r-nt de charge. Si en offet on suppose, dans l'exemple d'application numérique donné ci-dessus, que la longueur de canalisation de chaque circuit de circulation d'électrolyte est de l'ordre de 1 mètre et que la sectIon d'une telle canalisation est de l'ordre de 0,3 cm2, la résistance de la veine liquide d'électrolyte emplissant de telles canalisations est globalement de l'ordre de 500 ohms. La différence de potentiel entre les bornes des éléments d' accumulateur 10 extrêmes étant de l'ordre de 150 volts, le courant dérivé par une telle veine liquide est globalement égal à 0,3 an- Père, vis-à-vis des 400 ampères traversant les éléments d'accumulateur 10 en cours de charge. Ainsi le procédé et le dispositif suivant l'invention permettent avec une brande simplicité, et sans perte notable, d'assurer un refroidissement efficace d'accumulateurs au plomb en cours de charge, et donc d'appliquer à de tels accumulateurs au plomb des régimes de charge ultra@rapide. Bien entendu la présente invention ne se limite pas aux formes de réalisation et de mise en couvre décrites et représentées, mais englobe toutes variantes. En particulier, il est possible de prévoir le passage dans un réfrigérant extérieur ce l'électrolyte appelé à circuler sul- vant l'invention dars les lêroents d'un accumulateur en cours de charge, un tel réfrigérant pouvant par exemple être inséré sur le retour reliant éventuellement le collecteur commun aux divers circuits de circulation d'électrolyte au distributeur associé à celui-ci. ans eus les cas la circulation d'électrolyte dans de tels éléments d'accumulateurs en charge est faite suffisante pour as surer au moins une limitation de l'élévation en température de ces éléments due à leur charge , voire même un raintien de ceux - ci à la terpérature ambiante. REVENDICATIONS 1. Procédé pour le refroidissement d'un accumulateur au plomb en régime de charge ultra-rapide caractérisé en ce qu'il consiste à faire traverser les divers éléments constitutifs dudit accumulateur par une circulation d'électrolyte conjointement avec ladite charge 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu' on insère chacun des divers éléments de l'accumulateur sur un circuit de circulation d'électrqlyte individuel. 3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu' on branche en parallèle, entre un distributeur et un collecteur communs, les divers circuits de circulation d'électrolyte correspondant chacun respectivement aux divers éléments de l'accumula- teur. 4. Procédé suivent l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on maIntient un niveau constant d'électrolyte au sein de chaque élément de l'accumulateur 5. Dispositif pour le refroidissement d'un accumulateur au plomb en régime de charge ultra-rapide caractérisé en ce qu'il comporte des moyens propres à assurer une circulation d'électrolyte au sein dudit accumulateur conjointement avec ladite charge. 6. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte, pour chaque élément de l'accumulateur, un circuit de circulation d'électrolyte individuel comportant des oyons d' injection propres à introduire de ltélectrolyte dans ledit élément et des moyens d'évacuation propres à décharger de l'électrolyte dudit élément. 7. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens d'évacuation que comporte un circuit de circula tison d'électrolyte comportent un trop-plein propre à maintenir un niveau constant d'électrolyte au sein de l'élément concerne de 1 r accurula'eur. 8. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 5, 7, caractérisé en ce que las moyens d'évacuation que comporte un circuit de circulation d'électrolyte comportent un siphon. 9. Dispositif suivant l'une quelconque des rcvenaications 5 à 8, caractérisé en ce qu'aux circuits de circulation d'électrolyte sont associés des moyens de circulation tels que convens de pompage par exemple. 10. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 5 à 9, CARActérisé en ce que les divers circuits de circulation d'électrolyte sont montés en parallèle entre un distributeur et un collecteur communs.