Brevet FR2465322A1 — publié le 19810320

La présente invention se rapporte à un pôle pour les batteries haute température. Dans les batteries à grande puissance, qui fonctionnent à base de systèmes électrochimiques pour hautestempératures à électrolytes en fusion ou solides, le problème de l'isola- tion thermique revêt une importance particulière. La température-de fonctionnement, par exemple d'une batterie lithium/sulfure de fer avec un mélange fondu de sels chlorure de lithium/chlorure de potassium, est comprise entre 670 et 7700K. Dans son mode de réalisation général, un élément séparé haute température est formé d'un bac en acier à la surface supérieure duquel ne dépassent que les conducteurs d'électrodes positive et négative. Avantageuse- ment, on ne prévoit de passage dans la paroi du bac, que pour le conducteur positif Qlors que le conducteur négatif est directement soudé sur ledit bac puisque ce dernier peut être mis en court circuit avec l'électrode négative. Dans le cas d'un carter de batterie contenant une pluralité d'éléments du type précité, il est nécessaire de disposerdliunesolatîon thermique efficace qui d'une part empêche la solidification rapide de l'électrolyte fusible pendant les périodes d'arrêt de la batterie et qui d'autre part protège l'utilisateur des effets des températures élevées. Une isolation thermique particulière- ment efficace pour les batteries haute température est rendue possible par l'utilisation de nouvelles matières, notamment multicouches. Toutefois, les lignes d'amenée de courant ou les pôles de batterie qui constituent une trajectoire continue conduisent bien l'électricité et la chaleur de l'intérieur très chaud de la batterie jusqu'à l'utilisateur qui se trouve à température ambiante, n'ont pas été atteints par la mesure précitée. Etant donné que dans la pratique on prélève des courants très élevés de l'ordre de 100 à 200 A, il est indispensable, pour obtenir une température de conduction particulièrement faible, de prévoir pour le pôle de batterie, une section transversale présentant les dimensions importantes appropriées. Ce couplage électrique de l'élément très chaud avec l'utilisateur froid implique obligatoirement un bond couplage thermique qui n'est cependant pas particu- lièrement souhaité puisqu'il entraîne l'apparition de pertes thermiques de la batterie qui doivent être compenséesdans les périodes d'arrêt, par un chauffage complémentaire. La présente invention a donc pour but de créer un agencement qui permet, pendant les temps d'arrêt des batte- ries haute température avec découplage électrique du consommateur, d'éviter simultanément en grande partie la déperdition de chaleur de la batterie par l'intermédiaire des pôles. Conformément à l'invention, ce but est obtenu par le fait que le pôle de batterie, au niveau du passage par l'isolation thermique du carter de la batterie, est réalisé sous forme d'un conducteur creux dont le volume interne, lors du fonctionnement de la batterie, est rempli d'un métal facilement fusible. En remplissant le volume creux d'un métal facilement fusible, le passage de courant élevé par le pôle de la batterie est assuré pendant les périodes de fonctionnement. Le métal peut être un métal liquide à température ambiante, tel que le mercure mais on peut tout aussi bien utiliser des métaux alcalins fondant à faible température telsque le sodium et le potassium, ou des métaux lourdstels que l'étain, le plomb, le zinc et l'indium. Il importe simplement que leur point de fusion soit plus bas que la température de l'environnement du volume creux dans le pôle de la batterie. Pendant les périodes d'arrêt de la batterie, le volume creux est vidé du métal facilement fusible qui retourne par l'intermédiaire d'un canal correspondant,dans un réservoir de réserve. La partie creuse du pôle de batterie vide, le cas échéant mise sous vide ou remplie d'un gaz inerte tel que l'hélium ou l'argon constitue alors une barrière pour la déperdition de chaleur provenant de l'intérieur très chaud de la batterie, en direction de l'extérieur. La batterie et l'élément consommateur sont par conséquent découplés thermiquement de manière importante dans la zone très chaude du carter isolant. Etant donné que la conduction du courant dans la portion creuse du pôle de batterie est assurée par un métal liquide moins conducteur, il est nécessaire d'augmenter la section transversale de la partie correspondante lorsque la résistance électrique doit être la même que dans une extrémité massive de pôles. On a indiqué ci-dessous, dans le tableau 1, quelques valeurs de résistance spécifique du cuivre et du sodium pour différentes températures absolues, afin d'apprécier l'augmentation de section précitée: Tableau 1 Résistance spécifique du cuivre et du sodium x cm 298 473 573 673 T (OK) Cu 1,67 2,89 3,57 4,39 Na 4,2 13,50 17,50 21,90 Comme le montre ce tableau, la résistance spécifique du sodium liquide à 6730K n'est supérieure à celle du cuivre que du facteur 5. En conséquence, pour obtenir une résistance de ligne inchangée, la portion creuse doit présenter un diamètre sensiblement égal au double de l'extrémité massive d'un pôle de cuivre. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci appa- ra$tront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence au dessin schématiques annexés donné uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lequel: la figure unique représente schématiquement un pôle conforme à l'invention pour batteries haute température. Comme le montre le dessin, le pôle 2 de batterie traverse la paroi 1 du carter de la batterie de telle manière que sa portion configurée en conducteur creux 3 soi Lt sensiblement noyée dans l'isolation thermique 4 dudit carter. A l'intérieur de la batterie, en 5, le pôle de batterie reçoit les connexions d'éléments. Le diamètre d'un pôle de batterie conforme à l'invention est de 10 mm par exemple dans sa portion massive, de 20 mm dans sa portion creuse et sa longueur est d'environ 100 mm. Pour remplir le conducteur creux 3 du métal 6 facilement fusible, on dispose d'un réservoir de réserve 7, ledit métal parvenant dans le volume creux 9 par l'intermédiaire de la conduite tubulaire 8. Le transport du métal liquide 6 peut être assuré, comme le montre le dessin, par une pression-de gaz dans la mesure o un gaz inerte est comprimé par une pompe disposée à l'extérieur, par une vanne 10 à trois voies, par l'inter- médiaire d'un canal de gaz 11. dans le réservoir de réserve 7 lorsque le volume creux 9 a préalablement été mis sous vide par le canal de gaz 12. Pendant le fonctionnement, par le maintien de la pression de gaz dans le réservoir 7, le métal liquide 6 ne peut pas retourner à son point de départ. Au début des périodes d'arrêt de la batterie, la pression de gaz dans le réservoir de réserve 7 est annulée par l'intermédiaire de la vanne à trois voies 10, si bien que le métal liquide peut s'écouler du volume creux 9, sous l'action de sa propre gravité. Après son écoulement, il laisse sur place pour la durée d'arrêt de la batterie, un vide formant isolant thermique. Ceci peut également être remplacé, à l'aide de la vanne 10, par un remplissage de gaz inerte. Lorsqu'entre le volume interne de la batterie et l'environnement, il règne une différence de température de 480 K, on obtient, par l'intermédiaire de deux pôles en cuivre tels que représentés sur le dessin et d'un remplissage de sodium, un écoulement de chaleur de 50 watts par rapport à une valeur de 160 Wattsconstatée avec les pôles massifs d'un diamètre de 10 mm et d'une longueur de mm. Il y a par conséquent une diminution d'environ % de la déperdition de chaleur. Bien entendu linvention n'est nullement limitée au LoGde de réalisation d6crit et représenté qui n--a élté donnqu titre ple o n particulierllcomprend tous les loyn s quivalente- tociqus d5 Gs Eoyen3 dScrits.a-insi q. eu cinsn oi eS lle, i soi sent8 @'e,*oSesS Puissant son ss-prit e a' éees e -óre;m MO le.adre de ele pPotetio n GO, revendiqeo R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Pôle pour batteries haute température, caractérisé en ce que le pôle de batterie (2), au niveau de son passage par l'isolation thermique (4) du carter de la batterie, est réalisé sous forme d'un conducteur creux (3) dont le volume intérieur (9), lors du fonctionnement de la batterie, est rempli d'un métal (6) facilement fusible. 2. Pôle de batterie selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le conducteur creux (3) est relié à un réservoir de réserve (7) pour le métal facilement fusible (6) à l'intérieur du carter de la batterie, par une conduite d'amenée (8). 3. Pôle de batterie selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le point de fusion du métal facilement fusible (6) est inférieur à la température ambiante du conducteur creux (3).