Brevet FR2425733A1 — publié le 19791207

L'invention a trait à un élément d'accumulateur au plomb pour utilisation en conditions sévères et notamment en traction, comportant de façon usuelle dans un bac rempli d'électrolyte une plaque positive d'une plaque négative de forme généralement plane et se faisant face. L'inventisna également trait à une batterie d'accumulateurscomportant de tels éléments. On sait que les éléments d'accumulateur classiques au plomb voient leur durée de vis abrégée quand ils sont soumis à des conditions sévères d'utilisation, notamment vibrations mécaniques, températures élevées, appels de courant brusques en décharge, régimes de charge à forte intensité, C'est le cas par exemple des batteries utilisées pour alimenter les moteurs de véhicules électriques. Les pertes de capacité et les mises hors d'usage prématurées proviennent le plus souvent d'arrachement des matières actives portées par les plaques, ainsi que de déformation de ces plaques. Outre que les matières actives arrachées ne participent plus au fonctionnement des éléments, elles peuvent former des ponts conducteurs entre plaques positive et négative, ce qui provoque la décharge plus ou moins rapide de l'élément, même sans débit extérieur. L'invention a pour objet un élément d'accumulateur qui n'est pas sujet à ces dégradations en conditions sévères. Dans ce but l'invention propose un élément d'accumulateur au plomb, destiné à etre utilisé en conditions sévères et notamment en traction, et comportant de façon usuelle dans un bac rempli d'électrolyte au moins une plaque positive et au moins une plaque négative de forme générale plane et se faisant face, caractérisé en ce que, le bac étant réalisé avec des parois souples, l'élément comporte, disposée entre lesdites plaques, une entretoise perméable comprenant, d'une plaque positive à une plaque négative un séparateur plan microporeux, un intercalaire rigide largement perforé définissant entre deux plans limites parallèles aux plans des plaques un volume de logement d'électrolyte, et un voile fibreux, des moyens de compression étant appliqués à l'extérieur des parois sou plues du bac et adaptés à maintenir serrées par l'intermédiaire de ces parois, lesdites plaques sur ladite entretoise avec une pression choisie. En effet au cours des travaux de laboratoire effectués par la Demanderesse, il s'est avéré que, pour que les éléments de batterie puissent supporter convenablement les conditions sévères envisagées, il fallait que - Un séparateur microporeux soit placé entre plaques positive et négative, pour empêcher la formation de ponts conducteurs, et au plus près de la plaque positive - ltélément contienne un volume suffisant d'électrolyte ; - la matière active de la plaque négative soit contenue effet cacement sans que le moyen de soutien augmente sensiblement la résistance interne - l'ensemble forme un tout sensiblement indéformable, malgré les possibilités de fluage du plomb des plaques ; cette dernière condition est obtenue par la mise en pression permanente de l'élément à travers les parois souples du bac, de telle sorte qu'un fluage des plaques de plomb ne puisse provoquer un jeu entre les plaques et l'entretoise. On a constaté en outre qu'il était préférable que la pression exercée, inférieure à la pression d'écrasement des plaques, soit supérieure à 0,1 bar, et mieux à 0,4 bar. L'intercalaire destiné à ménager un volume suffisant pour l'électrolyte est de préférence une feuille en matière plastique perforée et ondulée ou à structure alvéolée ; en variante l'inter- calaire est constitué par des saillies du séparateur microporeux. On peut interposer un voile fibreux entre plaque positive et séparateur microporeux ;les voiles fibreux utilisés sont de préférence constitués par une matte de verre. Cette matte possède avan 2 tageusement une densité par unité de surface de 30 g/cm2, Lorsqu'on constitue une batterie avec une série d'éléments précités, ces éléments sont de préférence empilés avec des moyens de compression communs à l'empilement. Ainsi tous les éléments sont soumis à-la même pression, sans qu'il soit nécessaire de multiplier les moyens de compression. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure I est une vue en perspective d'un élément d'accumuo lateur selon ltinvention la figure 2 est une coupe schématique d'un élément d'accumulateur la figure 3 est une coupe schématique d'une variante d'élément la figure 4 représente vue de dessus une batterie d'accumula- teurs réalisés avec des éléments selon l'invention Selon la forme de réalisation choisie et représentée figure 1, l'élément de batterie se compose, dans un bac parallélépipédique en matière plastique souple, mais non extensible, d'une succession de plaques en plomb garnies de matière active, alternativement positives 2 et négatives 3. Ces plaques possèdent des connexions de sortie respectivement positives 12 et négatives 13, connectées en parallèle selon leur polarité. Entre plaques positives et négatives sont disposées des entretoises 4, résistantes en compression et perméables baignées dans un électrolyte.Parallèlement aux plaques 2 et 3, des flasques rectangulaires 5 et 6 sont disposés de part et d'autre du bac 1, réunis aux angles par des tiges entretoises 7,7',7" et 7"', et sollicités l'un vers l'autre par des ressorts 8,8',8" et 8#', passant sur les tiges entretoises La compression des ressorts 8 à 8"' est réglée en sorte que les flasques 5 et 6 compriment le bac et l'empilement des plaques 2 et 3 des entretoises 4 sous une pression réglée supérieure à 0,1 bar. La constitution interne de l'élément est schématisée figure 2. L'entretoise 40, entre la plaque positive 20 et la plaque négative 30, se compose, partant de la plaque positive 20, d'un séparateur plan microporeux 42, d'un intercalaire 41 constitué d'une feuille ondulée rigide d'une matière plastique perforée, et d'un voile fibreux 43 constitué par une matte de fibre de verre ayant 2 une densité par unité de surface de 30 g/cm En variante, comme schématisé figure 3, l'entretoise 40 entre les plaques positive 20 et négative 30 se compose, en partant de la plaque 20, d'un premier voile fibreux 45, d'un séparateur microporeux 42, d'un intercalaire 41 et d'un second voile fibreux 44. On peut attribuer aux différents éléments de la structure les rôles suivants Les voiles fibreux 43, 45 imprégnés d'électrolyte, maintiennent dans les plaques la matière active ; grâce à leur porosité élevée, ils ne provoquent pas un accroissement important de la résistance interne de l'élément. Les intercalaires 41 maintiennent l'écartement des plaques positive 20 et négative 30, et offrent un volume de logement suffisant pour 11 électrolyte ; grâce à leurs perforations ils laissent l'électrolyte libre de circuler dans tout le volume de logement, et permettent l'évacuation des gaz. Les séparateurs microporeux 42, qui présentent des pores de très petite taille mais en grand nombre par unité de volume, empêchent la migration de particules de matière active dans l'élec- trolyte. Le maintien sous pression de toute la structure de l'élement, sous l'action des flasques 5,6 rappelés l'un vers l'autre par les ressorts 8-8"' empêche la déformation des plaques. Pour vérifier les performances des éléments d'accumulateur selon 11 invention, on les a soumis à un régime cyclique de charge et décharge, chaque cycle comprenant a) une charge sous tension constante (2,65 V par élément pendant 29 minutes b) une décharge à courant constant jusqu'à ce que la tension aux bornes de l'élément tombe à 1,5 volts, le courant de décharge étant réglé à la valeur qui provoque en 75 minutes la décharge d'un élément en bon état et chargé de façon classique (à fond en 8 heures). Aucun des accumulateurs du commerce essayés à titre de comparaison n'ont atteint 60 cycles en conservant une capacité au moins égale à 50% de leur capacité théorique au régime de décharge pratiqué. Les éléments selon l'invention, avec une pression de serrage de 0,15 bar ont supporté au moins 800 cycles, leur capacité finale étant d'au moins 80% de leur capacité théorique. Des éléments réalisés avec la structure de la figure 3 (des voiles fibreux au contact des plaques positives et négatives) et serrés sous une pression de 0,4 bar ont supporté, dans les conditions précédentes, 1100 cycles. De plus entre le lOOe et le îoeoe cycle la capacité est restée comprise entre 105 et 110% de la capacité théorique Des éléments serrés sous une pression de 1 bar ont supporté dans les mêmes conditions 1500 cycles. Des essais annexes ont montré qu'en pratiquant périodique#ment une charge-plus lente (charge en une heure par exemple) la capacité peut atteindre 120 130% de la capacité théorique. On appréciera l'intérêt que présentent les éléments d'accumulateurs selon l'invention pour l'utilisation à l'alimentation de moteurs de traction de véhicules. On sait en effet que la durée de charge et la nécessité de respecter des limites de courant de décharges sont parmi les inconvénients majeurs qui restreignent le développement de ce genre d'application. Pour constituer des batteries d'accumulateurs avec des éléments selon l'invention, on peut, comme représenté figure 4, accoler des éléments 51,52,53,54 branchés en série de façon classique, et serrer l'accolement entre des flasques 60 et 61, avec des tiges entretoises 62,64 munies de ressorts# de compression 63, 65. On se rendra compte que la pression appliquée sur chacun des éléments 51 à 54-est la même que la pression appliquée à l'ensem ble. Bien que les intercalaires 41 aient été décrits comme des plaques rigides ondulées et perforées, il est évident que toute structure équivalente, capable de résister à l'effort d'écrasement dû à la pression appliquée tout en ménageant la libre circulation de l'électrolyte dans le volume de logement, peut convenir. On peut envisager des structures alvéolées, nervurées, etc.. L'intercalaire peut être même constitué par dessaillies convenables ménagées sur le séparateur microporeux 42. La mise en pression des éléments a été décrite comme obtenue par la compression de ressorts, disposition simple et se prêtant bien aux essais de laboratoire. Mais il est clair que toute disposition de mise en pression équivalente, pneumatique, hydropneumatique... est utilisable. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux exemples décrits, mais en embrasse toutes les variantes d'exécution. REVENDICSSICSS 1. Elément d'accumulateur au plomb, destiné à être utilisé en conditions sévères et notamment en traction, et comportant de façon usuelle dans un bac rempli d'électrolyte au moins une plaque positive et au moins une plaque négative de forme générale plane et se faisant face, caractérisé en -ce que, le bac étant réalisé avec des parois souples, l'élément comporte, disposée entre lesdites plaques, une entretoise perméable comprenant, d'une plaque positive à une plaque négative, un séparateur plan microporeux, un intercalaire rigide largement perforé définissant entre deux plans limites parallèles aux plans des plaques un volume de logement d'électrolyte, et un voile fibreux, des moyens de compression étant appui qués à l'extérieur des parois souples du bac et adaptés à maintenir serrées par l'intermédisire de ces parois, lesdites plaques sur ladite entretoise avec une pression choisie. 2. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite pression choisie, inférieure à une pression d'écrasement des plaques, est supérieure à 0,1 bar. 3. Elément selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite pression choisie est supérieure à 0,4 bar. 4. Elément selon une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit intercalaire est une feuille en matière plastique perforée et ondulée. 5. Elément selon une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit intercalaire est à structure alvéolée 6. Elément selon une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit intercalaire est constitué par des saillies du séparateur microporeux. 7. Elément selon une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'un voile fibreux est interposé entre plaque positive et séparateur microporeux. 8. Elément selon une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'une matte de verre constitue voile fibreux. 9. Elément selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite matte de verre possède une densité par unité de surface voisine de 30 g/cm2. 10. Batterie d'accumulateurs constituée d'une série dlelémenws selon une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'elle est constituée par empilement de la série d'éléments, avec des moyens de compression communs à l'em##lement