Brevet FR2488050A1 — publié le 19820205

La présente invention a pour objet des batteries de piles ou d'accumulateurs comportant une enveloppe étanche et résistante ainsi que des procédés et un dispositif pour confectionner ces enveloppes. Le secteur technique de l'invention est celui de la fabrication des batteries de piles et d'accumulateurs, notamment des batteries auto amorçables. On utilise des batteries de piles ou d'accumulateurs dites autoamorçables qui restent sèches pendant les périodes de stockage et qui sont amorcées,juste avant d'etre utilisées, en remplissant les bacs d'un électrolyte liquide qui était stocké dans des récipients séparés. De telles batteries auto-amorçables,comportant par exemple des électrodes en oxyde d'argent et en zinc et de la potasse comme électrolyte,sont placées à bord d'engins mobiles ou de projectiles tels que des missiles, des fusées, des torpilles pour alimenter en énergie divers circuits de mesure ou de télécommande équipant ces engins ou même des moteurs électriques de propulseurs dans le cas de torpiles. Dans ce cas, l'engin mobile porte des réservoirs dans lesquels l'électrolyte est stocké et des circuits qui relient ces réservoirs aux batteries et qui permettent d'envoyer ltelectrolyte dans les batteries et d'amorcer celles-ci juste avant le lancement de l'engin. Le fonctionnement de ces batteries nécessite une pression inte- rieure de l'électrolyte et engendre un dégagement de chaleur. Toute fuite d'électrolyte hors de la batterie risquerait d'entratner une détérioration des équipements et des circuits disposés à l'intérieur de l'engin mobile et une perte de celui-ci et il est donc indispensable que les éléments empilés qui constituent une batterie soient placés à l'intérieur d'une enveloppe étanche qui résiste à la corrosion par l'électrolyte et qui présente une résistance mécanique suffisante pour supporter les contraintes dues à la pression de l'électrolyte et à l'élévation de température. On a déjà construit des batteries auto-amorçables comportant un empilement d'éléments juxtaposés qui sont maintenus comprimés par des sangles ou des feuillards se situant dans des plans parallèles aux faces latérales de l'empilement et qui sont enveloppés dans une ou plusieurs couches de résine polymérisable qui servent à rendre étanches les assemblages entre éléments. On a renforcé l'enveloppe en résine en y incorporant des armatures en fibre ou en tissu de verre. Toutefois, ces enveloppes ne donnent pas entière satisfaction car elles ne présentent pas une rigidité mécanique suffisante. Notamment, elles ne permettent pas de maintenir les assemblages étanches à la pression engendrée par le fonctionnement de la batterie qui s accompagne, en outre, d'un dégagement de chaleur important. L'objectif de la présente invention est de procurer des batteries de piles ou d'accumulateurs comportant une enveloppe étanche qui résiste simultanément à la corrosion par l'électrolyte et aux contraintes mécaniques dues à la pression et à la température, laquelle enveloppe doit avoir une épaisseur relativement faible pour obtenir un gain d'encombrement des batteries pour une même capacité de celles-ci. Les batteries de piles ou d'accumulateurs selon l'invention sont composées de façon connue d'un empilement d'éléments qui sont juxtaposés et placés entre deux flasques d'extrémité et d'une enveloppe étanche qui entoure lesdits éléments. L'objectif de l'invention est atteint au moyen de batteries dont l'enveloppe comporte des frettes et/ou des ceintures composées de fils ayant une résistance mécanique élevée qui sont enroulés sous une tension constante autour de ltempilement. De préférence, les fils sont imprégnés d'une résine polymérisable. Une batterie selon l'invention,ayant la forme générale d'un paral lélépipède allongé, comporte au moins une frette circonférentielle qui enveloppe les faces latérales et qui est composée de fils imprégnés, enroulés suivant des spires situées dans des plans perpendiculaires aux aretes longitudinales et elle comporte au moins une ceinture composée de fils imprégnés qui sont enroulés suivant des spires qui sont situées dans des plans parallèles aux faces latérales longitudinales. De préférence, l'enveloppe comporte deux paires de ceintures situées dans deux plans parallèles respectivement à deux des faces latérales longitudinales perpendicualires entre elles. Selon un mode de réalisation préférentiel, l'enveloppe d'une batterie selon l'invention comporte - une première couche d'étanchéité constituée d'une feuille de fibres non tissées, imprégnée de résines polymérisables, qui résistent aux électrolytes; - une première frette circonférentielle qui enveloppe entièrement les faces latérales; - deux ceintures formées de fils imprégnés, enroulés sous tension autour de l'empilage et des flasques dans deux plans parallèles à une première face latérale; - deux ceintures formées de fils imprégnés, enroulés sous tension autour de l'empilage et des flasques dans deux plans parallèles à une deuxième face latérale perpendiculaire à la première face; - une deuxième frette circonférentielle qui enveloppe entièrement les faces latérales;; - et une dernière couche de résine de mise en forme qui épouse le contour intermédiaire d'une coque, à l'intérieur de laquelle la batterie doit etre placée. Les flasques d'extrémité d'une batterie selon l'invention comportent sur leur face externe, un logement circulaire en creux et quatre trous placés aux quatre sommets d'un carré, dont le centre est confondu avec le centre dudit logement circulaire. L'invention a également pour objet un procédé pour confectionner une enveloppe étanche et résistante autour d'une batterie de piles ou d'accumulateurs composée d'un empilement d'éléments juxtaposés entre deux flasques d'extrémité lequel empilement est de forme générale parallélépipédique. Le procédé selon l'invention comporte les opérations suivantes - on place l'empilement entre deux bras parallèles d'une monture portant chacun un bout d'arbre rotatif qui définit un premier axe perpendiculaire aux deux bras, laquelle monture porte un bout d'arbre qui définit un deuxième axe perpendiculaire au premier axe; - on entraîne l'empilement en rotation autour dudit premier axe et on l'enveloppe dans une feuille de fibres non tissées, imprégnée de résines polymérisables, puis on confectionne une frette circonférentielle en enroulant autour des faces latérales de l'empilement un -fil résistant, im prégné de résine et maintenu tendu sous tension constante;; - on solidarise l'empilement avec ladite monture dans une position où une première face latérale de l'empilement est perpendicualire au deuxième axe, on entraîne la monture et l'empilement en rotation autour du deuxième axe et on confectionne deux ceintures situées dans des plans parallèles à ladite première face latérale en enroulant autour de l'empilement un fil résistant imprégné de résine et maintenu tendu sous une tension constante;; - on fait ensuite tourner l'empilement d'un quart de tour autour du premier axe pour amener une deuxième face latérale à être perpendiculaire au deuxième axe, on solidarise l'empilement avec la monture dans cette position, on entraîne la monture en rotation autour du deuxième axe et on confectionne deux ceintures situées dans des plans parallèles à la deuxième face latérale en enroulant autour de l'empilement un fil résistant imprégné de résine et maintenu tendu sous une tension constante; - on désolidarise l'empilement de la monture, on entraîne l'empilement en rotation autour du premier axe et on confectionne une nouvelle frette circonférentielle en enroulant autour des faces latérales de l'empilement un fil résistant imprégné de résine et maintenu tendu sous une tension constante. L'invention a pour résultat de nouvelle batteries de piles ou d'accumulateurs, notamment des batteries auto-amorçables, qui comportent une enveloppe étanche et résistante, de faible épaisseur. Les avantages des batteries selon l'invention sont les suivants. La forme externe de la batterie peut épouser parfaitement la surface interne de la coque d'un engin dans lequel la batterie est placée de telle sorte que la coque participe au soutien circonferentiel de la batterie. La part ajoutée au coût de fabrication des batteries par les enveloppes selon l'invention est très faible. La fiabilité est bonne en raison de la nature des matériaux choisis. Notamment, les frettes et ceintures composées d'un fil résistant imprégné de résine ont une résistance mécanique élevée qui résiste à toutes les contraintes mécaniques avec un fort coefficient de sécurité. L'étanchéité des enveloppes selon l'invention est bonne et ces enveloppes ne risquent pas d'etre déchirées par les contraintes dues aux pressions, aux accélérations, aux chocs ou à l'élévation de température. Un autre avantage des enveloppes de batteries selon l'invention réside dans le fait que le poids et l'encombrement supplémentaire de l'enveloppe sont très réduits par rapport au poids et à l'encombrement de la batterie, ce qui est important pour des batteries qui doivent être logées dans des engins mobiles. La description suivante se réfère aux dessins annexés qui représentent, sans aucun caractère limitatif, un exemple de réalisation d'une batterie de piles ou d'accumulateurs. La figure 1 est une vue en perspective avec arrachement partiel d'une batterie selon l'invention. La figure 2 est une vue d'un flasque d'extrémité d'une batterie selon l'invention. La figure 3 est une vue en perspective d'un dispositif pour la mise en oeuvre de l'invention. Les figures 1 et 2 représentent une batterie de piles ou d'accumulateurs, c'est-à-dire un empilement de piles ou d'accumulateurs élémentaires comportant chacun des électrodes et un électrolyte et des cloisons isolantes et étanches, qui séparent les éléments afin d'éviter une mise en court-circuit de ceux-ci. A titre d'exemple non limitatif, il s'agit par exemple de batteries de piles auto-amorçables ayant des électrodes en oxyde d'argent et en zinc et comme électrolyte de la potasse qui est stockée dans des récipients séparés et qui est envoyée dans les piles au moment de l'utilisation. De telles batteries de piles sont utilisées couramment pour alimenter en énergie électrique pendant leur trajectoire des engins mobiles ou des projectiles du type fusées, missiles ou torpilles, qui ont une coque cylindrique. A cet effet, on â construit des batteries de piles telles que celles qui sont représentées sur les figures 1 et 2, qui se présentent sous forme d'un empilement d'éléments 1 ayant une section en forme de quart de cercle dont le coté circulaire épouse la forme de la coque cylindrique. Ces empilements comportent donc deux faces latérales planes 2a et 2b perpendiculaires l'une à l'autre, qui se recoupent suivant une arête 3 et ils comportent une troisième face latérale curviligne 4 en partie cylindrique. L'arête 3 est sensiblement confondue avec l'axe de la face cylindrique. Il est précisé que cette forme géométrique de batterie est seulement donnée à titre d'exemple non limitatif et que l'empilement pourrait être par exemple parallélépipédique ou présenter d'autres formes géométriques. Les éléments de batterie 1 sont empilés entre deux flasques d'ex trémité 5 qui sont des plaques rigides dont la forme reproduit celle des éléments. Les éléments 1 et les flasques 5 sont enfermés dans une enveloppe étanche 6 qui comporte une première couche d'étanchéité 7 qui est constituée par une feuille de fibres de verre non tissées, appelée mat de verre, qui est imprégnée d'une résine polymérisable à faible température de réticulation ou de polymérisation et résistant à l'action des électrolytes. La couche 7 est placée au contact des éléments. L'enveloppe 6 comporte une deuxième couche 8, qui enveloppe la couche 7 et qui est composée de fils ou de fibres,ayant une résistance mécanique élevée,qui sont bobinés sous tension, tout autour des éléments,dans des plans perpendiculaires à l'axe 3. Cette deuxième couche-constitue une frette circonférentielle. Les fils 8 sont imprégnés de résine polymérisable. Les fils 8 sont par exemple des fibres de verre ou de carbone, des fibres synthétiques du type polyamides ou polytétrafluoréthylène ou même des fils métalliques. L'enveloppe 6 comporte ensuite une double frette placée autour de la frette circonférentielle qui comporte une première paire de ceintures 9a et 9b situées dans des plans parallèles à la face 2a et une deuxième paire de ceintures IOa et lOb, situées dans des plans parallèles à la face 2b. Les ceintures 9a, 9b, 10a et 10b sont composées de fils ayant une résistance mécanique élevée du même type que ceux qui composent la frette circonférentielle. L'enveloppe 6 comporte ensuite, au-dessus des frettes axiales, une deuxième frette circonférentielle 11 identique à la frette 8. Enfin, l'enveloppe 6 comporte une couche externe 12 qui est une couche de résine polymérisable ou réticulable par exemple de résine thermodurcissable, armée ou non, ayant une faible température de polymérisation ou de réticulation, qui est une couche de mise en forme qui épouse fidèlement le contour intérieur de la coque de l'engin, dans laquelle la batterie est placée. La couche externe 12 enveloppe toutes les faces de la batterie. La figure 2 représente une vue d'un des flasques 5 d'extrémité. On voit que celui-ci comporte un logement circulaire central 13, découpé en creux dans le flasque et quatre trous 14 disposés aux quatre sommets d'un carré ayant meme centre que le logement 13. On voit sur la figure 2 que le flasque 5 comporte des peignes 15 constitués par une rangée d'encoches ou de nervures qui sont disposés le long du bord circulaire dans deux plans parallèles aux plans des faces 2a et 2b. Les fils des frettages axiaux 9a et 10a sont placés dans ces peignes 15 qui servent à éviter le glissement des fils sur la face curviligne pendant le bobinage. Les flasques 5 comportent également des encoches ou des chanfreins 15a dans lesquels viennent se loger les fils des frettages axiaux 9a, 9b, 10a et-lOb. La figure 3 est une vue d'un dispositif utilisé pour la confection de l'enveloppe 6 d'une batterie par un procédé comportant les étapes qui seront expliquées ci-après. Le dispositif comporte une monture 16 en forme d'étrier comportant deux bras 16a et 16b réunis par une traverse 16c. La traverse 16c porte en son milieu un bout d'arbre 17 dont l'axe y y' est parallèles aux bras 16a et 16b. Les bras 16a et 16b portent deux bouts d'arbre rotatifs 18a et 18b qui déterminent un axe x x' perpendiculaire aux bras et à l'axe y y'. Des rondelles élastiques 19 sont enfilées sur les bouts d'arbre 18a et 18b qui dépassent à l'intérieur des bras 16a et 16b et ces rondelles viennent se loger dans les logements circulaires 13 des flasques 5. Les bras 16a et 16b portent chacun une plaque 19a, 19b qui est parallèle au bras et qui est fixée à celui-ci par un gousset 20a, 20b. La plaque 19b comporte quatre trous placés au quatre sommets d'un carré de meme dimension que le carré formé par les trous 14 et dans chacun de ceux-ci on peut engager une goupille 21 qui va s'engager dans un trou 14. Le procédé de fabrication comporte les étapes suivantes : l'empilage d'éléments 1, placés entre les flasques d'extrémité 5, est monté entre les bras 16a et 16b. Au moyen d'un écrou 22, on déplace le bout d'arbre 18a et on comprime les rondelles élastiques 19 qui exercent sur l'empilage une pression ajustée et contrôlée. L'ensemble étant ainsi monté sur la monture 16, on engage le bout d'arbre 18 dans les mors d'une machine tournante tel qu'un tour qui entraîne l'empilage 1 en rotation autour de l'axe x xl. On enveloppe l'empilage 1 dans un mat de verre que l'on imprègne en place de résine polymérisable pour confectionner la couche 7. On laisse gélifier la résine à température ambiante, puis on effectue la couche 8 en enroulant autour de l'empilage qui tourne un fil maintenu tendu sous une tension constante. Le fil peut passer dans un bain de résine d'imprégnation juste avant d'etre enroulé autour de l'empilage ou etre préimprégné de résine pâteuse qui n'est pas entièrement polymérisée. Une fois la couche 8 terminée, on rend l'empilage 1 solidaire de la plaque 19b en engageant une goupille 21 dans l'un des trous 14 du flasque 5. L'empilage est bloqué par exemple dans une première position représentée sur la figure 3 où la face 2a est perpendiculaire à l'axe y y'. On désolidarise alors l'arbre 18b du mors de la machine tournante et on engage dans ce mors le bout d'arbre 17, de sorte que l'on peut faire tourner l'em- pilage 1 autour de l'axe y y'. Pendant cette rotation, on effectue les frettes axiales 9a et 9b au moyen d'un fil imprégné de résine qui est maintenu tendu. Une fois les frettes 9a et 9b terminées, on arrete la rotation, on retire la goupille 21, on fait tourner l'empilage 1 d'un quart de tour afind'amener la face 2b perpendiculaire à l'axe y y' et on solidarise à nouveau l'empilage 1 avec la plaque 19b dans cette deuxième position au moyen de la goupille 21. On fait à nouveau tourner l'empilage autour de l'axe y y' et on effectue les frettes axiales 10a et 10b parallèles à la face 2b en enroulant un fil imprégné de résine et maintenu tendu autour de l'empilage. Une fois cette étape terminée, on retire la goupille 21 afin de li bérer le mouvement de rotation autour de l'axe x x', on retire le bout d'arbre 17 du mors de la machine tournante et on replace dans ce mors le bout d'arbre 18b. Après quoi on procède à la confection du frettage circonférentiel 11 par les mêmes opérations que pour le frettage 8. La gélification de la résine s'effectue sur la machine pendant la rotation. On transporte ensuite l'empilage 1 toujours placé sur la monture 16, dans une étuve où s'effectue le durcissement des résines par polymérisation ou réticulation. Après cette opération de durcissement, on démonte l'empilage de la monture 16 en débloquant l'écrou 22 et on place l'empilage dans un outillage de surmoulage qui est un moule présentant une forme qui épouse celle de l'intérieur de la coque de l'engin dans lequel la batterie doit être embarquée On règle la position de l'empilage dans le moule pour qu' il#soit parfaitement centré par rapport à celui-ci et on procède ensuite au remplissage de l'espace libre entre l'empilage et la paroi interne du moule en coulant dans cet espace une résine liquide polymérisable que l'on fait polymériser. Après quoi, on démoule. REVENDICATIONS 1 - Batterie de pilesou d'accumulateurs composée d'un empilement d'éléments (1) juxtaposés entre deux flasques (5) d'extrémité et d'une enveloppe étanche (6), caractérisée en ce que ladite enveloppe comporte des frettes (7) et/ou des ceintures (9a, 9b, 10a, lOb) composées de fils ayant une résistance mécanique élevée qui sont enroulés sous une tensict constante autour dudit empilement. 2 - Batterie selon la revendication I, caractérisée en ce que lesdits fils sont imprégnés d'une résine polymérisable. 3 - Batterie selon la revendication 2 ayant la forme générale d'un parallélé pipède allongé, caractérisée en ce que ladite enveloppe comporte au moins une frette (7) circonférentielle qui enveloppe les faces latérales (2a, 2b) et qui est composée de fils imprégnés enroulés suivant des spires situées dans des plans perpendiculaires aux arêtes longitudinales (3) et des ceintures (9a, 9b, 10a, lOb) composées de fils imprégnés qui sont enroulés suivant des spires qui sont situées dans des plans parallèles aux faces (2a, 2b) latérales longitudinales. 4 - Batterie selon la revendication 3, caractérisée en ce que ladite enveLop pe comporte deux paires de ceintures (9a, 9b et 10a, lOb) situées dans deux plans parallèles respectivement à deux des faces latérales longitu dinales (2a, 2b) perpendiculaires entre elles. 5 - Batterie selon la revendication 4, caractérisée en ce que ladite envelop pe (6) comporte, de l'intérieur vers l'extérieur, - une première couche d'étanchéité (7), constituée d'une feuille de fibres non tissées imprégnée de résines polymérisables qui résistent aux électrolytes; - une première frette circonférentielle (8) qui enveloppe entière ment les faces latérales (2a, 2b); - deux ceintures (9a, 9b) formées de fils imprégnés, enroulés sous tension autour de l'empilage et des flasques dans deux plans parallèles à une première face latérale (2a); - deux ceintures formées de fils imprégnés, enroulés sous tension autour de l'empilage et des flasques dans deux plans parallèles à une deuxième face latérale (2b) perpendiculaire à la première face (2a);; - une deuxième frette circonférentielle (11) qui enveloppe entière ment les faces latérales (2a et 2b) - et une dernière couche (12) de résine mise en forme qui épouse le contour intermédiaire d'une coque, à 1 'intérieur de laquelle la batte rie doit être placée. 6 - Batterie selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que lesdits flasques (5) comportent, sur leur face externe, un logement circulaire en creux (13) et quatre trous (14) placés aux quatre sommets d'un carre dont le centre est confondu avec le centre dudit logement circulaire. 7 - Batterie selon la revendication 6 dans laquelle lesdits éléments et lesdits flasques comportent deux faces latérales (2a, 2b) perpendiculaires entre elles et une troisième face latérale (4), en partie cylindrique, caractérisée en ce que lesflasquesd' extrémité (5) comportent deux côtés rectilignes perpendiculaires et un troisième coté en partie circulaire et ils comportent des encoches ou des chanfreins (15a) le long des bords rectilignes et deux peignes (15) le long du bord circulaire. 8 - Procédé pour confectionner une enveloppe étanche et résistante autour d'une batterie de piles ou d'accumulateurs composée d'un empilement d'éléments (1), juxtaposés entre deux flasques d'extrémité (5), lequel empilement est de forme générale parallélépipédique, caractérisé en ce que - on place l'empilement (1) entre deux bras parallèles (16a, 16b) d'une monture (16) portant chacun un bout d'arbre rotatif (18a, 18b) qui définit un premier axe (x x') perpendiculaire aux deux bras (16a, 16b), laquelle monture porte un bout d'arbre (17) qui définit un deuxième axe (y y') perpendiculaire au premier axe (x x');; - on entraîne l'empilement en rotation autour dudit premier axe (x x') et on l'enveloppe dans une feuille (7) de fibres non tissées, im prégnee de résines polymérisables, puis on confectionne une frette circonférentielle (8) en enroulant autour des faces latérales de l'empi- lement un fil résistant, imprégné de résine et maintenu tendu sous tension constante;; - on solidarise l'empilement (1) avec ladite monture dans une posi tion où une première face latérale (2a) de l'empilement est perpendiculai re au deuxième axe (y y'), on entraîne la monture et l'empilement en rota tion autour du deuxième axe (y y') et on confectionne deux ceintures (9a, 9b) situées dans des plans parallèles à ladite première face latérale (2a) en enroulant autour de l'empilement un fil résistant imprégné de résine et maintenu tendu sous une tension constante;; - on fait ensuite tourner ltempilement d'un quart de tour autour du premier axe (x x') pour amener une deuxième face latérale (2b) à être perpendiculaire au deuxième axe (y y'), on solidarise ltempilement (11) avec la monture (16) dans cette position, on entraîne la monture (16) en rotation autour du deuxième axe (y y') et on confectionne deux ceintures (10a, 10b) situées dans des plans parallèles à la deuxième face latérale (.2b) en enroulant autour de l'empilement un fil résistant imprégné de résine et maintenu tendu sous une tension constante;; - on désolidarise l'empilement de la monture (16), on entraîne l'empilement en rotation autour du premier axe (x x') et on confectionne une nouvelle frette circonférentielle (11) en enroulant autour des faces latérales de l'empilement un fil résistant imprégné de résine et maintenu tendu sous une tension constante. 9 - Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que - on transporte l'empilage placé dans ladite monture dans une étuve où s'effectue le durcissement des résines de l'enveloppe; - après durcissement des résines, on démonte l'empilage de la monture; - on place l'empilage dans un moule qui épouse la forme intérieure d'une coque dans laquelle la batterie doit être placée et on verse dans l'espace intermédiaire entre le moule et l'empilage une résine liquide polymérisable qui constitue une couche externe (12) de mise en forme. 10 - Dispositif pour la mise en oeuvre d'un procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte une monture (16) en forme d'étrier comportant deux bras parallèles (16a, 16b) réunis par une traverse (16c) lesquels bras portent chacun un bout d'arbre rotatif (18a, 18b) définis sant un premier axe Cx x') perpendiculaire auxdits flasques et laquelle traverse porte en son milieu un bout d'arbre (17) définissant un deuxiè me axe (y y') perpendiculaire audit premier axe.