Brevet FR2433244A1 — publié le 19800307

La présente invention a pour objet des batteries de piles et d'accumulateurs auto-amorçables et des procédés de fabrication de celles-ci. Le secteur technique de l'invention est celui de la fabrication des batteries de piles ou accumulateurs auto-amorçables,par exemple de piles ayant des électrodes en oxyde d'argent et en zinc et de la potasse comme électrolyte. On utilise couramment dans des engins ou projectiles, des batteries de piles dites auto-amorçables, c' est-à-dire de piles qui restent sèches pendant de longues périodes de stockage et qui sont amorcées, juste avant le lancement de l'engin ou du projectile, en remplissant les bacs d'électrolyte liquide qui était stocké dans des récipients. Dans de nombreuses applications, les engins ou projectiles ont une coque cylindrique, avec une section transversale circulaire et les bacs de piles ou accumulateurs connus à ce jour sont des bacs parallélépipédiques séparés, qui sont reliés entre eux par des canalisations des- tinées à amener l'électrolyte lors de l'amorçage. Ces bacs parallélépipédisques doivent être placés à l'intérieur d'une structure porteuse qui est ensuite enfilée à l'intérieur de la coque. Il en résulte un mauvais coefficient de remplissage de la coque. L'objectif de la présente invention est de procurer de nouveaux bacs de piles ou d'accumulateurs auto-amorçables qui permettent de mieux utiliser l'espace disponible en s'adaptant notamment à la forme cylindrique de la coque et en supprimant toute structure porteuse. Cet objectif est atteint au moyen de batteries de plusieurs élé- ments i piles ou d'accumulateurs qui sont composées de plaques identiques en un matériau isolant, ayant un rebord périphérique,qui sont juxtaposées et emboîtées les unes à la suite des autres, et qui servent de séparation entre deux elementstet d'électrodes qui sont disposées dans chaque compartiment délimité par deux plaques isolantes successives. Les plaques isolantes et les électrodes présentent la forme générale de quarts de cercle dont le rayon est légèrement inférieur au rayon de la coque. Chaque plaque comporte un premier bout de tube perforé et les bouts de tubes des plaques successives s'emboîtent les uns dans les autres de façon étanche pour constituer un premier conduit incorporé à la batterie, lequel conduit est connecte sur au moins un réservoir d'électrolyte et sert de conduit de distribution de l'électrolyte à tous les élé- ments de la batterie lors de l'amorçage. De préférence, chaque plaque isolante comporte un deuxième bout de tube perforé et les deuxièmes bouts de tube des plaques successives s'emboîtent les uns dans les autres pour constituer un second conduit incorporé à la batterie qui sert, lors de l'amorçage,à purger l'air ou à équilibrer les pressions entre éléments. Les diverses plaques constituant une batterie sont cerclées par des sangles qui les maintiennent assemblées et appuyéesles unes contre les autres. Toutes les plaques composant une batterie sont enrobées extérieurement dans une enveloppe en résine stratifiée qui assure à la fois l'étanché#té et la résistance mécanique de la batterie. Chaque plaque isolante comporte, le long de l'un de ses bords rectilignes,une bande qui est parallèle audit bord et plus courte que celui-ci, qui est écartée dudit bord et qui s'emboîte dans la plaque suivante,en délimitant un conduit avec ledit bord et ladite plaque suivante, et le premier bout de tube porté par chaque plaque comporte un orifice qui débouche dans ledit conduit de sorte que, lors de l'amorçage, l'électrolyte parcourt ledit conduit avant de pénétrer dans chacun des compartiments contenant les électrodes. L'invention a pour résultat de nouvelles batteries de piles ou d'accumulateurs auto-amorçables particulièrement adaptées pour être placées à l'intérieur d'une coque de section circulaire. Un premier avantage des batteries selon l'invention est un gain d'encombrement qui est divisé par deux pour une même capacité. Il n'est plus nécessaire d'utiliser une structure porteuse car deux batteries accolées occupent tout l'espace libre à l'intérieur d'une demi coque. La resistance mécanique aux chocs et aux vibrations est nettement améliorée. L'amélioration du coefficient de remplissage d'une coque cylindrique permet de réduire les dimensions de la coque,d'où une diminution de la capacité des batteries nécessaire dans le cas où celles-ci alimentent un propulseur. Les conduits d'amorçage et de purge d'air incorporés à la batterie sont mieux protégés et les risques de détérioration de ces conduits qui rendraient l'amorçage impossible et la batterie inutilisable, sont réduits. Les batteries de piles ou d'accumulateurs auto-amorçables conformes à l'invention présentent les avantages suivants. Le coût de fabrication est réduit grâce au petit nombre de composants qui la composent, qui peuvent être réalisés simplement et fabriqués en série. La fiabilité est bonne grâce au faible nombre de composants. Les batteries de piles selon l'invention présentent de bonnes caractéristiques de sécurité et une bonne conservation de la charge après amorçage. Les plaques qui séparent les éléments isolent ceux-ci les uns des autres et il n'y a aucune liaison électrique entre éléments par les conduits de remplissage et de purge d'air. Le poids et l'encombrement des batteries et des coques qui les contiennent sont réduits grâce à la bonne compacité des piles et à la suppression de toute structure porteuse des piles. La description suivante se réfère aux dessins annexés qui représentent, sans aucun caractère limitatif, un exemple de réalisation, d'un dispositif selon l'invention. Les figures I et 2 représentent une coupe axiale et transversale d'une coque cylindrique contenant des batteries de piles sèches auto-amorçables. La figure 3 est une vue en perspective d'une batterie. La figure 4 est une coupe transversale selon IV-IV d'un élément de la figure 3. La figure 5 est une coupe transversale selon V-V de deux éléments successifs assemblés. La figure 6 est une coupe transversale selon VI-VI de deux éléments successifs assemblés. La figure 7 est une coupe transversale selon Vil-Vil de deux éléments successifs assemblés. Les figures I et 2 représentent un tronçon d'une coque cylindrique 1, d'axe x xi et de section circulaire#qui est par exemple un tronçon d'u#torpi1ie, d'un projectile ou d'un engin qui comporte une source d'énergie constituée par des batteries d'accumulateurs ou de piles sèches 2, par exemple des piles ayant des électrodes à l'oxyde d'argent et au zinc. Pendant les périodes de stockage qui peuvent avoir une très longue durée, l'électrolyte, qui est par exemple de la potasse, est contenu dans des réservoirs 3. La coque I est divisée en deux parties par une cloison horizontale 4. Les batteries de piles occupent le compartiment situé sous la cloison 4. Les réservoirs d'électrolyte 3 sont situés au-dessus de la cloison ainsi que des réservoirs de gaz comprimés 5 qui servent à chasser l'électrolyte dans les piles pour les amorcer avant le départ de l'engin. On voit sur la figure 2 que les batteries de piles comportent deux rangées 2a, 2b symétriques par rapport au plan diamétral vertical. Dans l'exemple choisi, chaque rangée 2a et 2b comporte deux batteries telles que 2al et 2a2, visibles sur la figure 1. La figure 3 représente en perspective, avec un arrachement partiel, une des batteries 2 qui est composée d'une pluralité d'éléments identiques par exemple de 50 éléments 6 qui sont maintenus assemblés par des sangles ou des feuillards 7 qui ceinturent l'ensemble de la batterie. La batterie présente une section transversale ayant la forme générale d'un quart de cylindre dont le rayon est légèrement inférieur au rayon intérieur de la coque 1, de sorte que deux batteries 2a, 2b accolées par l'un de leur coté rectiligne, forment un demi-c#ylindre qui est engagé dans la coque par une extrémité et qui est maintenu en place par la coque elle-même et par la cloison 4, sans qu'il soit nécessaire d'utiliser une structure porteuse. On voit sur la figure 3 que les sangles 7 comportent des sangles situées dans des plans parallèles aux deux faces planes de la batterie. On voit également sur la figure 3 que chaque batterie comporte deux flasques d'extrémité, tel que le flasque 8. Chaque élément 6 comporte deux bornes 9a, 9b, de-polarité opposée, qui sont connectées sur les électrodes et les différents éléments sont connectés en série par des barettes 10 qui relient la borne positive de chaque élément à la borne négative d'un élément voisin. Les bornes 9 et les barettes 10 sont situées dans un canal qui est délimité par les éléments eux-mêmes et sont enrobes dans une résine isolante 11 qui remplit le canal. Un conducteur 12 est connecté sur la borne de sortie de la batterie située à l'extrémité arrière afin de ramener les deux bornes de la batterie à la même extrémité. Le conducteur 12 est également noyé dans la résine isolante 11. Une fois tous les éléments 6 assemblés et cerclés et l'isolant il mis en place, on enveloppe l'ensemble de la batterie dans un revêtement 13 qui comporte trois couches. La première couche est une couche de résine polymérisable qui sert à assurer l'etanchelté des contacts entre éléments successifs. La deuxième couche est une couche de résine stratifiée qui sert à assurer la résistance mécanique de l'assemblage. La troisième couche est une couche de résine qui sert à donner à la batterie une forme géométrique qui épouse parfaitement le contour intérieur de la coque, de telle sorte que le jeu contre la paroi circulaire de la batterie et la coque est très faible. La figure 4 est une coupe transversale d'un élément 6 et la figure 5 représente une coupe verticale de deux éléments successifs 6a et 6b emboîtés l'un dans l'autre. Chaque élément comporte une plaque 14 ayant la forme générale d'un quart de cercle ou d'un triangle curviligne ayant deux côtés rectilignes 15a, 15b formant entre eux un angle droit et un troisième côte 15c circulaire. Chaque plaque 14 présente sur toute sa périphérie un rebord 15 qui s'emboîte dans la plaque suivante et qui maintient un espace 16 entre deux plaques successives 14a et 14b. L'espace 16 entre deux plaques successives forme un compartiment clos dans lequel sont disposées des électrodes 17 ayant également la forme d'un quart de cercle qui épouse le contour intérieur du rebord 15. La figure 5 représente, dans chaque compartiment 16, cinq électrodes 17 qui sont des électrodes bifaces alternativement en oxyde d'argent ou en zinc. Les deux électrodes extrêmes sont des électrodes négatives en zinc. Les électrodes en oxyde d'argent sont connectées en parallèle sur la borne de sortie positive 9b et les électrodes en zinc sur la borne négative 9a. Entre les électrodes sont intercalés des séparateurs dont la nature varie selon qu'il s'agit de piles non réutilisables ou d'accumulateurs rechargeables. On voit sur les figures 5 et 6 que chaque plaque 14 comporte, > sur sa face arrière, des feuillures périphériques 18 dans lesquelles vient stemboîter le rebord 15 de la plaque suivante, Chaque plaque 14 constitue une séparation étanche entre deux éléments successifs. Les plaques 14 sont moulées par injection en un matériau bon isolant thermique qui doit avoir une bonne tenue à la température, ne pas fluer, une bonne résistance à la corrosion par la potasse et être injectable. On utilise par exemple des résines polyéthersulfone ou polysulfone ou bien du polyphênylène oxyde modifié au palystyrène et armé de fibres de verre. La figure 7 représente une coupe horizontale selon Vil-Vil de la figure 4. Chaque plaque 14 comporte un premier bout de tube 19, qui est situé dans l'angle droit. On voit sur la figure 7 deux bouts de tube successifs 19a et 19b qui sont emboîtés l'un dans l'autre de façon étanche. Un joint 20a est intercalé entre les deux bouts de tube pour rendre l'assemblage étanche malgré la pression relativement élevée, de l'ordre de 2 à 5 bars qui règne dans les tubes lors de l'amorçage. L'ensemble des premiers bouts de tube 19 de tous les éléments d'une batterie constitue un premier conduit 20 incorporé à la batterie. Le conduit 20 débouche à une extrémité de la batterie et il est connecté par une canalisation 21 visible sur la figure 2 à un des réservoirs d'électrolyte 3. On voit sur la figure 7 que chaque bout de tube 19 comporte un orifice 22 et une encoche 23. Après assemblage de deux bouts de tube, l'orifice 22 d'un bout de tube est positionné en regard de l'encoche 23 du bout de tube suivant, de sorte que l'orifice 22 communique avec un compartiment 16 d'un élément. Les orifices 22 servent à introduire l'électrolyte dans les différents éléments lors de l'amorçage. Afin d'obtenir une répartition égale de l'électrolyte dans les différents éléments,chaque orifice 22 est calibré ou muni d'un gicleur calibré ayant un diamètre de l'ordre de 1 à 2 mm. Chaque plaque 14 comporte un deuxième bout de tube 24 qui est situé à l'extrémité opposée du côté rectiligne supérieur. Les bouts de tube 24a, 24b de deux plaques successives s'emboîtent les uns dans les autres pour constituer un deuxième canal 25 intégré à la batterie. Le canal 25 communique par des encoches 26 avec chaque élément 16. Ce deuxième canal sert à purger l'air lors de l'amorçage de la batterie. En variante, on peut ne pas purger l'air et laisser une bulle d'air dans le haut de chaque élément. Dans ce cas les bouts de tube 24 assurent une communication entre les éléments successifs et l'équilibrage des pressions. Les figures 4 et 6 représentent des plaques qui comportent, le long de leur bord rectiligne vertical 15b, une bande 27 qui est parallèle audit bord et légèrement plus courte que celui-ci. Cette bande est légèrement écartée au bord 15b. On voit sur la figure 6 que la bande 27a d'un élément s'emboîte dans une rainure 28 du dos de la plaque suivante, de sorte que ladite plaque délimite avec le bord 15b un conduit vertical 29. Le gicleur ou l'orifice calibré 22 porté par le bout de tube 19 débouche à l'extrémité supérieure du conduit 29 de sorte que, pendant l'amorçage, l'électrolyte qui arrive par l'ajutage 22, parcourt le conduit 29 et pénètre dans l'élément par le fond de celui-ci en chassant l'air vers le haut, c'est-à-dire vers le canal de purge 24 ce qui permet d'obtenir un remplissage rapide des éléments. Le canal 29 évite une mise en court-circuit de deux éléments voisins par l'électrolyte une fois l'amorçage terminé. En effet, la résistance de l'électrolyte contenu dans le canal 29 est de l'ordre de 2Q/cm de sorte que, même s'il y a une interconnexion accidentelle entre deux éléments voisins, la résistance de cette interconnexion n'est pas négligeable. En cas de retournement accidentel de la batterie, le canal 29 évite que l'électrolyte ne puisse couler dans le canal 20. On voit sur la figure 4 la forme particulière du bord supérieur de chaque plaque. Le rebord 15a forme deux créneaux 30 et 31, situés du côté intérieur des deux bouts de tube 19 et 24 et ces deux créneaux délimitent entre eux un canal en creux 32 dans lequel débouchent les bornes 9a et 9b de chaque élément. C'est ce canal 32 qui est rempli d'isolant 11 après que les éléments ont été connectés en série par les barrettes 10. On voit également sur les figures 4 et 5 que chaque plaque comporte deux projections 33a et 33b qui sont situées au-dessus des électrodes 17 et qui servent à caler celles-ci. Le procédé de fabrication dtune batterie 2 est le suivant. On fabrique d'abord en série par injection dans un moule, des plaques isolantes 14, en résine polyéthersulfone ou polyphénylène oxyde modifié au polystyrène et chargé de fibres de verre à raison de 30 % du poids total. On garnit ensuite chaque plaque, posée à plat, d'électrodes 17, de séparateurs intercalés entre ces électrodes et de bornes 9a, 9b auxquelles on connecte les électrodes. On empile les plaques garnies les unes sur les autres en les emboîtant. On place un flasque 8 à chaque extrémité. On comprime l'assemblage en exerçant un effort de serrage de l'ordre de 4000 newtons. On réunit l'ensemble par des sangles 7. On connecte les bornes des éléments en série. On remplit le canal 32 d'un isolant 11. On enveloppe ensuite l'ensemble de la batterie dans trois couches successives 13. La première couche est une couche de résine polymérisable qui sert à rendre étanche les assemblages entre plaques 14. La deuxième couche est une couche de résine stratifiée qui a pour fonction de conférer à l'assemblage une bonne résistance mécanique La troisième couche de résine a pour fonction de conférer à l'ensemble des dimensions géométriques précises de telle sorte que deux batteries accolées par leurs cotés verticaux 15b remplissent exactement le demi coque inférieure. Bien entendu, sans sortir du cadre de l'invention, les divers éléments constitutifs de- la batterie qui vient d'être décrite à titre d'exemple pourront être remplacés par des éléments équivalents remplissant les mêmes fonctions. REVENDICATIONS 1 - Batterie de plusieurs éléments de piles ou d'accumulateurs auto-amorçable par un électrolyte, composée d'une part de plaques identiques constituées en un matériau isolant, ayant un rebord périphérique, qui sont juxtaposées et emboitées les unes à la suite des autres et qui servent de séparation entre deux éléments adjacents, et d'autre part d'électrodes disposées dans chaque-compartiment délimité par deux plaques isolantes successives, batterie caractérisée en ce que chaque plaque isolante comporte, le long de l'un de ses bords rectilignes, une bande qui est parallèle et à distance de ce bord et plus courte que celui-ci, qui s emboîte dans la plaque suivante en délimitant avec le bord et la plaque suivante un conduit qui débouche dans la partie inférieure de chaque compartiment, l'elec- trolyte étant amené dans le conduit par un moyen de distribution, de sorte que, lors de l'amorçage l'électrolyte parcourt le conduit avant de pénétrer dans chacun des compartiments contenant les électrodes. 2 - Batterie selon la revendication 1 destinée à être placée dans une coque cylindrique de section circulaire, caractérisée en ce que les plaques et les électrodes présentent la forme générale d'un secteur en quart de cercle dont le rayon est légèrement inférieur au rayon de la coque. 3 - Batterie selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le moyen de distribution est constitue par un premier bout de tube perforé porté par chaque plaque, les bouts de tube des plaques - successives s'emboîtant les uns dans les autres, de façon étanche, pour constituer un conduit incorporé à la batterie, lequel conduit est connecté sur au moins un réservoir d'électrolyte et sert de conduit de distribution de l'électrolyte à tous les éléments de la batterie lors de l'amorçage. 4 - Batterie selon les revendications 1, 2 et 3, caractérisée en ce que chaque plaque is#olante comporte un deuxième bout de tube perforé, les bouts de tube des plaques successives s'emboîtant les uns dans les autres pour constituer un conduit incorporé à la batterie qui sert, lors de l'amorçage, de conduit de purge d'air ou d'equilibrage des pressions. 5 - Batterie selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les plaques constituant une batterie sont cerclées par des sangles qui les maintiennent assemblées et ap puyées les unes contre les autres et en ce que toutes les plaques composant une batterie sont enrobées extérieurement dans une enveloppe en résine qui assure à la fois l'étanchéité, la résistance mécanique et la forme géométrique de la batterie. 6 - Batterie selon la revendication 3, 4 ou 5, caractérisée en ce que le conduit de distribution est équipé d'un orifice calibré ou d'un gicleur muni d'un orifice calibré pour communiquer avec le conduit d'alimentation. 7 - Batterie selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les plaques sont moulées par injection en résine polyéthersulfone ou polyphénylène oxyde modifié au polystyrène, armées de fibres de verre. 8 - Batterie selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que chaque plaque comporte le long de son bord supérieur, deux créneaux qui délimitent un canal en creux dans lequel sont situées les bornes des éléments, lequel canal est rempli d'une résine polymérisable isolante après que les bornes aient été interconnectées par des barrettes. 9 - Ensemble de batteries de piles ou d'accumulateurs autoamorçables destinées à être placées dans une coque cylindrique de section circulaire, caractérisé en ce qu'il est composé de deux batteries identiques selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, qui sont accolées par l'un de leurs deux côtés rectilignes de telle sorte que les deux batteries accolées forment un demi cercle qui occupe la moitié de la section de la coque. 10 - Procédé de fabrication de batteries de piles ou d'accumulateurs selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, carac térisé en ce que - on fabrique en série des plaques isolantes - on pose dans chaque plaque posée à plat des électrodes et des sé parateurs et on connecte les électrodes alternativement sur deux bornes de sortie ; - on empile les plaques garnies les unes sur les autres en les emboîtant - on dispose un flasque à chacune des extrémités de l'empilage - on comprime l'empilage et on le sangle - on interconnecte les bornes de#s différents éléments - on noie les bornes et les interconnexions dans une résine isolante - on enveloppe l'ensemble de la batterie dans trois couches succes sives de résines : une première couche d'étanchéité, une deuxième couche de résines stratifiées pour conférer à l'ensemble une bonne résistance mécanique et une troisième couche pour obtenir des dimensions géométriques précises.