Brevet FR2325201A1 — publié le 19770415

L'invention concerne des accumulateurs au plomb; elle a plus particulièrement pour objet de nouvelles grilles d'accumulateur. Au cours des dernières décennies, le besoin en sources d'électricité aisément transportables s'est fait de plus en plus sentir, et ce besoin ne fera que croître au cours des années a venir. Bien que de nombreuses recherches soient conduites dans le but de trouver d'autres sources d'électricité transportables, les accumulateurs au plomb gardent et garderont longtemps leur place pré pondérante dans le domaine des sources mobiles d'électricité. A la fois fiables et relativement peu coûteux, ces accumulateurs sont cependant handicapés par leur faible capacité massique, ctest- -dire par la faible quantité d'électricité emmaga sinée par unité de masse. Cet inconvénient est particuîièrement sensible pour les accumulateurs de traction qui équipent les véhicules électriques et il est sans doute cause du développement modeste de ces véhicules qui restent cantonnés dans un nombre d'emploi très -restreint. Dans un domaine étudié depuis aussi longtemps que l'est celui des accumulateurs au plomb, il est difficile d'obtenir des améliorations sensibles. C'est pourquoi des gains de capacité massique de quelques pour cent sont considérés comme très satisfaisants. Cette capacité massique dépend essentiellement de deux facteurs : le taux d'utilisation de la matière active qui est le rapport entre les valeurs réelle et théorique de la quantité d'électricité contenue dans la matière active et qui semble peu susceptible d'amélioration sensible malgré sa faible valeur absolue, et le rapport entre la masse de la matière active et la masse de l'accumulateur; dans ce dernier facteur, le rapport entre la masse de la matière active et la masse de la grille qui sert de support a cette matière active joue un rôle prépondérant. L'importance du rapport entre la masse de la matière active et la masse de la grille-support, a été perçu depuis longtemps. Ainsi que le montre l'ouvrage de E.J. Wade édité par the Electrician et intitulé "Secondary batteries, their theory, construction and use", dès la fin du XIXè siècle, des grilles de formes très diverses ont été proposées. Bien que leurs géométries conduisent effectivement â des rapports entre la masse de matière active et la masse de grille élevés, ces grilles n'ont jamais été exploitées industriellement. En effet, l'augmentation du rapport entre la masse de matière active et la masse de la grille-support était toujours accom pagnée d'une baisse des qualités mécaniques, d'une mauvaise fixation de la matière active sur la grille et/ou d'un abaissement très important du taux d'utilisation de la matière active. Ceci explique pourquoi les recherches de formes nouvelles sont un peu délaissées au profit d'autres recherches qui portent sur le remplacement des alliages utilisés actuellement pour la fabrication des grilles par des alliages plus légers. Depuis quelques années, le rapport entre la masse de la matière active et la masse de la grille-support est resté de l'ordre de l'unité pour les plaques équipées de grilles usuelles et de l'ordre de 1,4 pour les plaques équipées de grilles dites "allégées, ce dernier chiffre ayant été toutefois obtenu au prix d'une diminution du taux d'utilisation de la matière active. C'est pourquoi l'un des buts de l'invention est de four- nir une grille de forme nouvelle qui permette d'augmenter le rapport entre la masse de la matière active et la masse de la grillesupport sans diminuer pour autant les qualités mécaniques de la grille et le taux d'utilisation de la matière active. Un autre but de l'invention est de fournir un procédé pour la fabrication de ladite grille. Selon l'invention, ces buts et d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints au moyen d'une grille à la fois ondulée et perforée, le pas de ses ondulations étant compris entre 0,5 et 5 mm, ses perforations étant disposées en quinconce et les dimensions de ces dernières étant comprises entre 0,5 et 5 mm, et de préférence entre 1 et 2,5 mm. Il convient de préciser dès à présent que le "pas" des ondulations spécifié ci-dessus désigne la distance qui sépare deux creux ou deux crêtes consécutives lorsque la grille selon l'invention est vue de profil dans le sens des ondulations. D'autre part, l'expression "disposées en quinconce" signifie que les perforations ménagées dans cette grille sont centrées aux noeuds d'un réseau à raison d'une maille sur deux seulement.En d'autres termes, si ce réseau est formé par deux systèmes de droites perpendiculaires équidistantes, que l'on peut appeler respectivement "lignes" et colonnes", les perforations centrées sur deux lignes ou deux colonnes consécutives doivent être décalées les unes par rapport aux autres De préférence, la distance entre deux lignes consécutives est égale à la distance entre deux colonnes consécutives, les lignes étant perpendiculaires aux colonnes, de sorte que le centre de chaque perforation est à égale distance du centre de ses quatre plus proches voisines. Enfin, il faut également signaler que la "dimension" des perforations pratiquées dans la grille selon l'invention désigne leur diamètre si ces perforations sont circulaires. Dans le cas contraire, l'expression "dimension" s'applique au diamètre du plus grand cercle qui les contient. Par ailleurs, il est avantageux que le pas des ondulations que présente la plaque selon l'invention soit compris entre 1 et 2,5 mm. Le respect de la dimension des perforations et du pas des ondulations tels que précisés ci-dessus est essentiel, faute de qusQles grilles selon l'invention perdraient la majeure partie de leur intérêt : si le pas des ondulations et la dimension des perforations étaient trop faibles, le remplissage des perforations serait mauvais. Au contraire, si ces valeurs étaient trop importantes, la circulation des charges électriques dans la matière active se ferait mal ou ne se ferait pas. L'épaisseur de la feuille de métal qui constitue la grille selon l'invention et le taux de perforation de cette grille, c 'est-à-dire le rapport entre la surface de toutes les perforations et la surface totale de la grille, sont chacun le résultat d'un compromis entre le gain de poids et le maintien des qualités mécaniques. De préférence on choisira une épaisseur de feuille comprise entre 0,2 et 0,8 mm et un taux de perforation compris entre 20% et 45%. Une fois choisies la forme des ondulations et l'epa#eur de la matière active, ce qui est à la portée de l'homme de l'art, il sera aisé à ce dernier de calculer le rapport entre l'amplitude et le pas des ondulations qui maximise le rapport entre la masse de la matière active et la masse de la grille. Connaissant le pas des ondulations, on pourra ainsi en déduire la valeur de leur anplitude. En général, l'amplitude préférée se trouve au voisinage de la demi-valeur du pas et elle est donc comprise entre 0,25 2,5 mm et, avantageusement, entre 0,5- et 1,25 mm. De préférence, les perforations dont est munie la grille selon l'invention sont disposées sur des lignes parallèles aux on dulations. Il est avantageux que chaque ondulation, clest-à-dire l'espace compris entre deux creux consécutifs ou deux crêtes consécutives, comporte un nombre entier de ces lignes. En outre, ce nombre de lignes par ondulation est de préférence égal à deux. D'autre part, pour diminuer la corrosion des grilles selon l'invention, il vaut mieux éviter les angles vifs, ceci concernant aussi bien la forme des ondulations que celles des perforations. Les alliages que l'on peut utiliser pour la fabrication des grilles selon l'invention sont de tout type connu à condition qu'ils répondent aux exigences des accumulateurs au plomb. Les méthodes usuelles de fabrication par moulage des grilles d'accumulateur ne conviennent pas parfaitement aux grilles perforées et ondulées selon l'invention; il est en effet difficile d'obtenir par ces méthodes des grilles assez minces pour que l'on atteigne un gain de poids important. Il a donc fallu mettre au point un procédé de fabrication qui soit bien adapté aux grilles selon l'invention et qui s'intègre bien dans le processus complet de la production des plaques d'accumulateur. Ce procédé est constitué par la succession d'étapes décrites ci-dessous. Dans un premier temps, on fabrique uoefeuille laminée d'épaisseur convenable selon les techniques usuelles, on peut pour cela faire appel aux techniques de la métallurgie des poudres ou de la coulée continue. La feuille est alors perforée au moyen des #techniques habituelles de perforation en bande, les chutes pouvant d'ailleurs être recyclées au début du procédé et être à nouveau utilisées pour fabriquer des feuilles laminées. La feuille laminée ainsi perforée est envoyée dans un appareillage# pour subir une opération qui lui donne l'ondulation désirée, Il faut noter qu'au cours de ce traitement la feuille laminée subit un certain étirement qui modifie la forme des perforations pratiquées initialement. Après cette opération de mise en forme, une simple découpe fournit des grilles prêtes à être empâtées, étant bien entendu qu'il serait également possible de pratiquer cette découpe après l'emp tage. La methode de fabrication décrite ci-dessus est particulièrement intéressante du fait qu'elle permet une production en continu des grilles selon l'invention. La description qui va suivre, et qui ne présente aucun caractère limitatif, permettra de bien comprendre comment la présente invention peut être mise en pratique Elle doit être lue en regard des figures annexées, parmi lesquelles - La figure 1 représente une vue en plan partielle d'une grille d'accumulateur selon l'invention; - La figure 2 montre une vue de l'objet de la figure 1 coupé selon le plan X-X' de cette figure. Comme on le voit sur les figures, la grille selon l'invention comprend une feuille 1 en alliage de plomb d'épaisseur e qui est munie d'ondulations visibles sur la figure 2. Le pas de ces ondulations, c 'est-à-dire la distance entre deux creux ou deux crêtes consécutives sur la vue en coupe, est désigné par la lettre , cependant que leur amplitude est indiquée par la lettre a. La feuille 1 est munie de perforations 2 qui sont, de préférence, sensiblement circulaires. Plus précisément, il est avantageux que la feuille plane à partir de laquelle on obtient la grille selon l'invention soit pourvue de perforations circulaires, ces cercles d'origine se déformant ensuite légèrement lors de l'o pération de mise en forme qui produit les ondulations visibles sur la figure 2. Les perforations 2 sont disposées aux noeuds d'un réseau formé par deux systèmes de droites équidistantes 3 et 4, les droites 3, parallèles aux ondulations, étant perpendiculaires aux droites 4. D'autre part, comme on le voit sur la figure 1, un# noeud sur deux seulement du réseau formé par les droites 3 et 4 est occupé par le centre d'une perforation 2. Il en résulte que les perforationsoen- trées sur une droite donnée, sont décalées par rapport à celles centrées sur les deux droites parallèles voisines. D'autre part, chaque perforation 2 est évidemment équidistante des quatre perforations les plus proches, comme indiqué plus haut. L'exemple qui va suivre et qui présente aucun caractère limitatif permettra de bien comprendre comment la présente invention peut être mise en pratique. EXEMPLE. Des grilles perforées et ondulées selon l'invention ont à partir été préparées comme spécifié ci-dessus/d'une feuille laminée de 0,4 mm d'épaisseur en alliage de plomb et d'antimoine contenant 2% d'antimoine. Les caractéristiques de la grille sont les suivantes - Configuration des perforations 2: comme sur la figure I. - a = 0,85 mm. - p = 2 mm. - perforations 2 circulaires avant mise en forme de la grille. - Diamètre des perforations : 2 mm. - Taux de perforation : 40%. - Nombre de lignes~3 par ondulation : deux. Les grilles ont été alors empâtées pour former des plaques positives :le rapport entre la masse de matière active et la masse de la grille est égal à 2,4. Uilisées dans des accumulateurs classiques, ces grilles permettent une amélioration de la capacité massique de l'accumulateur au moins égale à 20%. De façon surprenante, cette amélioration est corrélative à une augmentation du taux d'utilisation de la matière active qui n'est pas inférieure à 10%. Les spécialistes en la matière comprendront aisément l'intérêt de l'invention, en particulier dans le domaine des accumulateurs de traction; ils pourront aisément déterminer les différents paramètres de façon à obtenir le compromis le mieux adapté à chaque utilisation des accumulateurs au plomb. Ils comprendont également que la distance entre les lignes 3 de la figure 1 peut être différente de celle entre les lignes 4. Ainsi, par exemple, le rapport entre ces distances pourrait être choisi de telle manière que le centre de chacune des perforations 2 soit équidistant du centre des six perforations les plus voisines, de façon à réaliser une configuration hexagonale. REVENDICATIONS 1. Grille d'accumulateur au plomb, caractérisée par le fait qu'elle est à la fois ondulée et perforée, le pas de ses ondulations étant compris entre 0,5 et 5 mm, les perforations étant disposées en quinconce et les dimensions desdites perforations étant comprises entre 0,5 et 5 mm. 2. Grille selon la revendication 1, caractérise par le fait que lesdites perforations ont une dimension comprise entre 1 et 2,5 mm. 3. Grille selon les revendications 1 et 2 prises séparément caractérisée par le fait que le pas desdites ondulations est compris entre 1 et 2,5 mm. 4. Grille selon les revendications 1 à 3 prises séparément, caractérisée par le fait que lesdites perforations étant centrées sur des lignes parallèles auxdites ondulations, chacune de ces ondulations comporte un nombre entier desdites lignes. 5. Grille selon la revendication 4 caractérisée par le fait que ledit nombre entier est égal à deux. 6. Grille selon les revendications 1 à 5 prises séparément, caractérisée par le fait que l'amplitude desdites ondulations est comprise entre 0,25 et 2,5 mm. 7. Grille selon les revendications 1 à 6 prises séparément, caractérisée par le fait que l'épaisseur de ladite feuille constituant ladite grille est comprise entre 0,2 et 0,8 mm. 8. Grille selon les revendications 1 à 7 prises séparément caractérisée par le fait que son taux de perforation est compris entre 20 et 25%. 9. Procédé de fabrication des grilles selon l'une des revendications i a 8, caractérisé par le fait que lesdites grilles sont obtenues, à partir d'une feuille laminée, par une opération de perforation suivie d'une mise en forme et d'un empâtage