Brevet FR2491682A1 — publié le 19820409

L'invention concerne un procédé et un appa- reillage de fabrication de batteries électriques, et a trait, plus particulièrement, mais non exclusivement, aux batteries du type acideplomb. L'invention concerne les batteries à recombinaison qui ne contiennent pra- tiquement pas d'électrolyte libre non-absorbé, et dans lesquelles les gaz formés en charge ou en fonctionne- ment se recombinent à l'intérieur de la batterie et ne sont pas ventilés vers l'atmosphère. Dans les batteries classiques qui contiennent de l'électrolyte libre, les connecteurs entre éléments passent au-dessus des cloisons qui séparent ces élé- ments ou les traversent et y sont scellés, les cloisons étant elles-mêmes scellées au couvercle de batterie. Ces dispositions évitent que l'électrolyte passe d'é- lément en élément et éliminent le risque de courants de fuite ioniques entre éléments qui dégradent les performances de la batterie et raccourcissent sa durée de vie. Il se trouve toutefois que, contrairement à ce qui était établi, dans les batteries à recombinaison ne contenant pratiquement pas d'électrolyte libre non- absorbé, les cloisons entre éléments n'ont pas besoin d'être scellées au couvercle de batterie pour éviter que cette batterie soit endommagée prématurément en raison de courants de fuite ioniques entre éléments. Une -telle structure, qui comporte un volume supérieur commun sous le couvercle communiquant avec tous les éléments, est plus simple à fabriquer et a l'avantage de ne nécessiter qu'un seul reniflard pour tous les éléments, et non un reniflard distinct par élément. On pense toutefois qu'avec le temps, la sur- face des liaisons de plaque et des connecteurs entre éléments de ces batteries,qui sont en plomb ou en allia- ge de plomb dans les batteries acide-plomb, sera sou- mise à corrosion par l'électrolyte et deviendra, de ce fait, quelque peu piquée et poreuse. La surface piquée offrira un cheminement à l'électrolyte par effet capil- laire, ce qui signifie que l'électrolyte passera par les plaques, le long des liaisons de plaque et des con- necteurs entre éléments, ce qui formera passage pour des courants de fuite ioniques entre éléments0 L'invention a, par suite, pour objectif un procédé et un appareillage de fabrication de batteries électriques à recombinaison, avec connecteurs entre éléments non scellés aux cloisons entre éléments, mais dans lesquelles ne se forme pas un passage d'élec- trolyte conduisant à des courants de fuite ioniques en- tre éléments. Le procédé de fabrication conforme à l'invention consiste à placer deux ou plusieurs ensembles d'élé- ments comportant en alternance des plaques positives et négatives, intercalées avec un matériau de sépara- tion absorbant, fibreux et compressible, dans un bac de batterie, à transférer le bac vers un poste de mou- lage, à former des liaisons de plaque et connecteurs entre éléments autour des pattes de plaque dans un cer- tain nombre de cavités de moulage, à transférer le bac vers un poste de revêtement et à plonger les connec- teurs entre éléments, alors qu'ils sont encore chauds, dans un lit fluidifié de particules polymères organi- ques, de préférence en résine époxy, qui adhèrent aux connecteurs et forment, autour de ces connecteurs, une couche imperméable. De préférence, on renverse lé bac de batterie et on forme les liaisons de plaque et connecteurs en- tre éléments, ainsi que les connecteurs de borne de préférence, en plongeant les pattes de plaque dans un certain nombre de moules contenant du métal fondu, ou dans lesquels est versé du métal fondu, et, de pré- férence également, avant cette étape, on transfère le bac vers un poste de nettoyage et de décapage et on nettoie les pattes de plaque, puis on y applique du dé- capant. De préférence, les liaisons de plaque et les connecteurs entre éléments se trouvent entièrement au- dessus du bord supérieur du bac lors de l'étape de revêtement, car ils sont alors plus facilement plongés dans le lit fluidifié, ce qui assure que le matériau polymère n'adhérera pas au bac de batterie et n'empê- chera pas ensuite de sceller correctement le couvercle sur le bac. Ce résultat peut être obtenu en-donnant aux ensembles d'éléments des dimensions appropriées par rapport au bac, ou en n'insérant que partiellement ces ensembles dans le bac. Les ensembles d'éléments sont maintenus dans cette position d'insertion par- tielle au cours de l'étape de revêtement du fait qu'ils sont, de préférence, étroitement ajustés dans le bac. De préférence, on établit également un mouvement de va-et-vient entre les connecteurs entre éléments et le lit fluidifié, pour faciliter la formation d'une couche imperméable tout autour des connecteurs entre éléments. Dans certaines conditions, ou lorsqu'on utilise cer- taines résines particulières, il peut être souhaita- ble de soumettre les connecteurs entre éléments à un chauffage, après l'étape de revêtement, pour assurer une parfaite vulcanisation de la résine. Ce chauffage peut se faire par lampe infrarouge ou par jet d'air chaud. La formation d'une couche polymère imperméa- ble autour des connecteurs entre éléments masque leur surface et présente une barrière au cheminement de l'é- lectrolyte, ce qui élimine pratiquement tout courant de fuite -ionique entre éléments. L'utilisation d'un lit fluidifié de résine est une façon simple et économique à la fois de former cette barrière au cheminement de l'électrolyte, et la formation de cette barrière alors que les connecteurs entre éléments sont chauds fait gagner du temps et n'entratne l'adhérence de la résine que sur les seuls composants de batterie o elle doit adhérer. L'invention concerne un appareillage de mise en oeuvre du procédé décrit. Cet appareillage comporte des moyens de maintien et de transfert pour maintenir un bac de batterie contenant deux ou plusieurs en- sembles d'éléments se composant de plaques positives et négatives en alternance, intercalées avec un maté- riau de séparation, et pour déplacer ce bac successi- vement vers un poste de moulage, puis vers un poste de revêtement; ltappareillage comporte également un poste de moulage avec un certain nombre de cavités de moulage pour former les liaisons de plaque et connecteurs entre éléments autour des pattes de pla- que, un poste de revêtement avec un lit fluidifié dans lequel, en cours d'utilisation, des particules poly- mères organiques sont fluidifiées, ainsi que des mo- yens pour entraîner en mouvement relatif le bac de batterie et le lit fluidifié et plonger les connec- teurs entre éléments dans ce lit fluidifié alors qu'ils sont encore chauds, afin de les revêtir d'une couche imperméable en polymère organique. De préférence, l'appareillage comporte éga- lement un poste de nettoyage et décapage, avec des mo- yens pour nettoyer les pattes de plaque et des moyens pour leur appliquer du décapant, afin diassurer une bonne connexion électrique entre elliet les liaisons de plaque. De préférence, les moyens de transfert com- portent une tourelle rotative, et les moyens permet- tant de maintenir le bac de batterie comportent, de préférence, un bâti rectangulaire fixé aux moyens de transfert, avec une paroi mobile par rapport aux au- tres et soumise à des moyens de rappel vers l'inté- rieur, par exemple à l'effet d'un ressort, de manière que le bac de batterie soit maintenu dans le baâti. La surface intérieure du bâti peut porter des moyens évi- tant tout glissement de la batterie dans ce bâti sous l'effet de la pesanteur, par exemple du papier émeri. De préférence, le lit fluidifié se compose d'un lit principal et d'un lit auxiliaire qui peut être levé hors du lit principal et dans lequel les connecteurs entre éléments sont plongés. Cette dispo- sition assure un revêtement fiable et uniforme des connecteurs entre éléments, le lit auxiliaire étant ramené dans le lit principal entre les opérations successives de revêtement des batteries et rempli, en conséquence, à niveau constant, quelle que soit la quantité de résine se trouvant dans le lit principal qui peut être ainsi approvisionné fréquemment et en quantités n'ayant pas besoin d'être mesurées avec pré- cision. La suite de la description, concernant un procédé conforme à l'invention de fabrication de bat- teries acide-plomb de 12V, à recombinaison, se réfère aux dessins annexes qui représentent: - figure 1: une vue schématique en perspec- tive d'une batterie partiellement assemblée, - figure 2: une vue très schématique en plan d'un appareillage conforme à l'invention, - figure 3: une vue schématique en perspec- tive d'un bloc de moulage permettant de former les liaisons de plaque et les connecteurs entre éléments, et - figures 4 et 5, une vue schématique en plan et une vue latérale -en coupe, respectivement, de l'ap- pareillage à lit fluidifié. On peut voir figure 2 que l'appareillage com- porte une tourelle rotative 2 à quatre bras 4 distants de 900. A l'extrémité de chaque bras, se trouve un bâti rectangulaire 6 dont une paroi d'extrémité 8 est mobile et rappelée vers l'intérieur au moyen de deux ressorts 10. Chaque bâti est destiné à recevoir un bac de batte- rie, et la force exercée par les ressorts est suffi- sante pour retenir le bac de batterie dans le bâti. Les surfaces intérieures des bâtis 6 sont chemisées de pa- pier émeri ou de tout autre matériau à fort coefficient de frottement afin d'éviter que le bac glisse hors du bâti. La tourelle comporte des moyens pour lever et baisser chaque bâti par rapport au bras qui le supporte et, dans cet exemple, il s'agit d'àu ensemble hydrauli- que piston-cylindre 9 fixé à chaque bras pour déplacer verticalement le brti associé. La tourelle est pourvue de moyens d'entraine- ment (non représentés) destines à la faire tourner par pas de 90 . Des postes de travail A, B, C et D se trouvent au niveau de chaque position d'attente des bâtis 6. Le premier poste de travail A est unposte de chargement et déchargement, et, à son niveau, une batterie partiellement assemblée est insérée dans le bâti 6 et la batterie qui vient d'être trai- tée dans l'appareillage est 8tée de ce bttio Ces opé- rations peuvent se faire manuellement, ou mécaniquement à l'aide de moyens qui ne sont pas représentés. Le deuxième poste de travail B est un poste de nettoyage et décapage. Ason niveau, sont prévues une série de brosses permettant d'éliminer la saleté et l'oxyde des pattes de plaque, ainsi que des moyens pour y appliquer du décapant. Un tel poste de travail est classique dans l'industrie considérée, décrit par exem- ple dans le brevet E.U.A- 306160845 de sorte qu'il ne sera pas décrit en détails dans cet exposé, Le troisième poste C est un poste de moulage et comporte un Qertain nombre de cavités de moulage dont la forme et l'agencement correspondent à la forme et à l'agencement souhaités pour les liaisons de pla- que, les connecteurs entre éléments et les connecteurs de borne de la batterie. Ces cavités de moulage peuvent être définies par deux jeux de peignes imbriqués qui se referment autour des pattes de plaque, ces pattes étant plongées dans les cavités ainsi formées. Mais, dans cet exemple, les cavités de moulage sont for- mées dans un bloc de moulage représenté schématique- ment figure 3. Le bloc de moulage 30 présente une ran- gée de trois cavités de moulage 32, allongées et peu profondes sur un côté de sa surface supérieure, et, sur l'autre côté, une autre rangée se composant de deux cavités 32 identiques aux précédentes, mais dé-, calées de un demi-pas par rapport à ces dernières. Aux extrémités opposées des deux cavités centrales, se trouvent deux cavités 34 de longueur plus réduite, avec un trou cylindrique 36 pratiqué dans leur sur- face inférieure. En cours d'utilisation, les cavités de moulage sont remplies de plomb fondu et les pattes de plaque sont plongées dans ces cavités pour former les liaisons de plaque, les connecteurs entre éléments et les connecteurs de borne. Le quatrième poste D est un poste d'applica- tion d'un revêtement organique. A son niveau, se trouve un lit fluidifié de poudre de résine époxy avec un agent de vulcanisation. Une résine appropriée est celle vendue par la compagnie 3M sous la marque SCOTCHCOTE (type 206N) ou celle vendue par Micro Réducers Ltd. sous la marque TRITOHM (type 6/90/95), ou encore celle vendue par Ciba-Geigy sous la marque KU-600 ARALDITE. En cours d'utilisation, les connec- teurs entre éléments, alors qu'ils sont encore chauds de l'opération de moulage, sont plongés dans la poudre de résine époxy fluidifiée qui adhère au plomb chaud ete vulcanise en formant une couche imperméable, mais n'adl- re pas aux autres composants de la batterie qui sont froids. On notera qu'il est important que les connec- Leurs de borne ne soient pas revôtus-de résine époxy, car, dans ce cas, il serait nécessaire d'ôter par la suite ce revêtement. Pour cette raison, et pour que la couche de résine formée soit uniforme sur les connec- teurs entre éléments, le lit fluidifié se compose dtun lit principal et d'un lit auxiliaire pouvant être sou- levé. Comme on l'a représenté schématiquement figures 4 et 5, le lit principal est formé dans un récipient qui contient une plaque poreuse transversale 42 en matériau céramique ou plastique Une conduite d'air 44, raccordée à un dispositif de soufflage (non représenté), envoie de 'air vers l'espace qui se trouve sous la plaque 42 afin de fluidifier les particules de poly- mère qui se trouvent dans le récipient 400 Le lit au- xiliaire est formé dans deux cuves parallèles espacées, une cuve longue 46 et une cuve courte 48 accouplées par une liaison 50. Un mécanisme de levage (non représenté) permet de soulever les deux cuves à partir de leur position d'attente (représentée figure 5) pour la- quelle l'extrémité supérieure de ces cuves se trouve en dessous de la surface supérieure 52 du lit de parti- cules fluidifiées formé dans le récipient 40, vers une position de plongée pour laquelle cette extremitê supé- rieure se trouve au-dessus de la surface 52o Chaque cuve contient une plaque poreuse 54 analogue à la plaque 42, et des conduites d'air 56 raccordées au dispositif de soufflage envoient de l'air vers les es- paces qui se trouvent sous les plaques 54 afin de fluidifier les particules de polymère dans les cuves. En cours d'utilisation, le lit auxiliaire est automatiquement amené audessus du niveau de la poudre polymère du lit principal, et les connecteurs entre éléments sont plongés dans les deux cuves. Les cuves art ensuite ramenées dans le lit principal, puis de nou- veau soulevées, de sorte que la profondeur du lit auxiliaire est maintenue constante quelle que soit la quantité de particules se trouvant dans le lit prin- cipal. La batterie est placée par rapport aux cuves de telle sorte que les piliers de borne 28 se situent en dehors à chaque extrémité de la cuve courte 48, si bien qu'ils ne sont pas revêtus de matériau poly- mère, alors que toutes celles des liaisons de plaque 26 qui constituent les connecteurs entre éléments sont plongées dans l'une ou l'autre des cuves et donc re- vêtues de matériau polymére. Le procédé de formation de la batterie est le suivant: six ensembles d'éléments 20 sont fabriqués à -10 partir de plaques positives et négatives en alternan- - ce, intercalées avec un matériau de séparation fait d'un feutre de microfibres de verre. Chaque plaque com- porte une patte (non représentée) faisant saillie vers le haut sur un côté de sa surface supérieure, e-t les plaques de chaque ensemble d'éléments sont agencées de telle sorte que les pattes de plaques positives et né- gatives forment deux rangées distinctes de chaque côté de chaque ensemble. Les ensembles sont alors comprimés pour amener les plaques et les séparateurs en contact étroit, puis partiellement et respectivement introduits dans les compartiments d'un bac de batterie compartimenté en polypropylène 22 pourvu de cloisons 24 dont les bords supérieurs sont de niveau avec le bord supérieur du bac. La surface supérieure des en- sembles et les pattes de plaque sont en saillie au- dessus du bac, et sont maintenus dans cette position du fait que ces ensembles sont ajustés étroitement dans leur compartiment. Cette disposition maintient également en contact étroit les plaques et les sépa- rateurs, ce qui est estimé important dans les batteries à recombinaison avec une quantité réduite d'électrolyte, afin que ces plaques soient alimentées suffisamment en électrolyte pour assurer leur fonction électrochimique. Le bac de batterie est alors inséré dans un bâti 6 au niveau du poste A de l'appareillage de la figure 2, et maintenu dans ce bâti par la pression des ressorts agissant sur la paroi mobile 8 et par la présence du papier émeri non-glissant qui chemise la surface inté- rieure du bâti. La tourelle est alors tournée de 90 pour ame- ner la batterie au niveau du deuxième poste de tra-. vail B. Simultanément, le bras 4 est entrainr autour de son axe sur 180 de sorte que la batterie se trouve renversée. Les ensembles d'éléments sont suffisamment serrés dans le bac pour ne pas tomber. Au poste B, la batterie est abaissée sur environ 5 cm, et les pattes de plaque sont nettoyées et enduites de décapant comme précédemment décrit. L'opération achevée, la batterie est ramenée en position haute, et la tourelle est de nouveau tournée sur 90 . Au poste C, la batterie est abaissée sur en- viron 5 cm, et les pattes de plaque sont plongées dans les cavités de moulage 32 et 34 qui contiennent du plomb fondu. Les dimensions et l'agencement des cavi- tés de moulage correspondent aun liaisons de plaque 26 et aux connecteurs de borne 28 représentés figure 1. Pour chaque élément d'extrémité, une liaison de plaque courte est formée par la cavité 34 ne reliant que les pattes d'une.polarité, ainsi qu'un pilier ou con- necteur de borne 28 qui est formé dans le trou 36. Les autres'liaisons de plaque, qui sont formées dans les cavités 32, sont environ deux fois plus longues et relient les pattes d'une polarité d'un élément aux Dattes de polarité opposée de lélément adjaoent. Ces liaisons de patte plus longues passent sur les cloi- sons 24 et constituent ainsi les connecteurs entre éléments. Lorsque le plomb est solidifié dans les mou- les, la batterie est de nouveau ramenée en position haute, et la tourelle, de nouveau tournée sur 900. Pendant que la batterie progresse vers le poste D, le lit auxiliaire fluidifié 46,48 est élevé au-dessus du lit principal 40. Lorsqu'elle atteint le poste D, la batterie est de nouveau abaissée sur en- viron 5 cm, et les liaisons de plaque les plus longues, qui n'ont pas eu le temps de se refroidir de manière appréciable après avoir été moulées, sont plongées dans le matériau polymère fluidifié des cuves 46,48. La cuve 48 étant plus courte que la cuve 46, les connec- teurs de borne 28 et les liaisons de' plaque les plus courtes qui leur sont solidaires ne sont pas plongés dans le matériau fluidifié. Les particules polymères, qui dans ce cas sont des particules de résine époxy, adhèrent aux liaisons de plaque chaudes et se vulca- nisent en formant une couche imperméable, mais n'adhè- rent pas aux autres composants de batterie qui sont froids. Pendant que les liaisons de plaque les plus longues se trouvent dans le lit auxiliaire fluidifié, la batterie ou le lit auxiliaire sont entraînés hori- zontalement en mouvement de va-et-vient, par des moyens non représentés, afin de faciliter le passage des particules de résine dans l'intervalle relative- ment étroit entre les liaisons de plaque et les en- sembles, ce qui assure que la couche de résine imper- méable entoure complètement ces liaisons. La batterie est de nouveau amenée en position haute et la tourelle, entrainée sur 900. Pendant ce temps, le lit auxiliaire est abaissé dans le lit prin- cipal pour être rempli de particules de résine époxy, le bras 4 étant de nouveau tourné sur 1800 pour rame- ner la batterie dans son orientation initiale lors- qu'elle revient au poste A. La batterie est alors Ètée du bâti. 6, manuellement ou mécaniquement, et trans- férée pour être complétée, à l'aide d'un convoyeur (non représenté) par exemple. La batterie est ter- minée par scellement d'un couvercle pourvu d'une col- lerette inférieure et s'adaptant sur le bord extérieur du bac, mais ne comportant pas de cloisons correspon- dant aux cloisons 24 de ce bac. Dans la batterie ter- minée, se trouve donc un volume supérieur commun qui se situe sous le couvercle et communique avec tous les éléments; le couvercle ne comporte donc qu'un seul re- niflard qui ventile tous les éléments. Lorsque le cou, vercle est scellé au bac, l'électrolyte est ajouté dans les éléments, de préférence en quantité insuffi- sante pour saturer les pores des séparateurs et pla- ques. On peut, en variante, ajouter l'électrolyte avant ou immédiatement après insertion des ensembles d'éle ments dans le bac. On notera qu'en cours de fabricatione chaque bAti 6 porte une batterie, et qu'après chaque dépla- cement de tourelle, une opération se fait à chaque poste de travail. Si on le souhaite, on peut prévoir des postes distincts pour le chargement et le dé- chargement, auquel cas les cinq postes nécessaires sont espacés de 72 . Le procédé décrit implique d'abaisser la batterie à chaque poste vers un moule ou un équipement, mais, bien entendu, il serait possible que ce moule ou cet équipement soit levé, la batterie restant fixe. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une batterie électri- que, consistant à placer deux ou plusieurs ensembles d'élé- ments, avec plaques positives et négatives en alternance et intercalées par un matériau de séparation absorbant, fibreux et compressible, dans un bac de batterie, à transférer ce bac vers un poste de moulage pour y former des liaisons de plaque et connecteurs entre éléments autour des pattes de plaque, dans un certain nombre de cavités de moulage, carac- térisé en'ce que, de plus, on transfère le bac (22) vers un poste de revêtement (D) et on plonge les connecteurs entre éléments (26), alors qu'ils sont encore chauds, dans un lit fluidifié (46, 48) de particules polymères organiques qui adhèrent sur ces connecteurs (26) et forment une couche imperméable. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les particules polymères sont des particules de résine époxy. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caracté- risé en ce qu'on renverse le bac de batterie (22) et en ce qu'on forme des liaisons de plaque et connecteurs entre élé- ments (26) en plongeant les pattes de plaque dans un certain nombre de cavités de moulage (32, 34) contenant du métal fondu ou dans lesquelles est versé du métal.fondu. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on transfère le bac (22) vers un poste de nettoyage et décapage, en ce qu'on nettoie les pattes de plaques et en ce qu'on y applique du décapant avant de former les liaisons de plaque et connecteurs entre éléments (26). 5. Procédé selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que les liaisons de plaque et connecteurs entre éléments (26) se trouvent entièrement au- dessus du bord supérieur du bac de batterie (220 au cours de l'étape de revêtement). 6. Procédé selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que, au cours de l'étape de revê- tement, on établit un mouvement relatif entre les connecteurs entreéléments et le lit fluidifié 7. Appareillage devmise en oeuvre du procédé selon les revendications précédentes, comportant des moyens de maintien et de transfert d'un bac de batterie contenant deux ou plusieurs ensembles d'éléments avec plaques positives et négatives intercalées par un matériau de séparation, ce bac étant déplacé successivement vers un poste de moulage, puis vers un poste de revêtement, le poste de moulage comportant un certain nombre de cavités de moulage pour former des liaisons de plaque et connecteurs entre éléments autour des pattes de plaque, caractérisé en ce qu'il comporte un poste de revêtement (D) comportant un lit fluidifié (46, 48) de particules polymères organiques, et des moyens (9) pour entraîner en mouvement relatif le bac de batterie (22) et le lit fluidifié (46, 48) afin de plonger les connecteurs entre éléments (26) dans le lit fluidifié alors qu'ils sont encore chauds, et les revêtir d'une couche imperméable de ce polymère organique. 8. Appareillage selon la revendication 7, caracté- risé en ce qu'il comporte un poste de nettoyage et décapage (B) avec des moyens pour nettoyer les pattes de plaque et y appliquer du décapant. 9. Appareillage selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que les moyens de transfert sont consti. tués par une tourelle rotative (2).3 10. Appareillage selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que les moyens de maintien du bac de batterie sont constitués par un bâti rectangulaire (6) fixé aux moyens de transfert (2), dont une paroi (8), mobile par rapport aux autres, est soumise à l'effet de moyens de rap- pel. 11. Appareillage selon la revendication 10, carac- térisé en ce que la surface intérieure du bAti (6) est chemisée d'un matériau évitant tout glissement. 12.- Appareillage selon l'une des revendications 7 à 11, caractérisé en ce que le lit fluidifié se compose d'un lit principal (40) et d'un lit auxiliaire (46, 48), ce der- nier pouvant être plongé dans, et sorti hors de, ce lit principal, les connecteurs entre éléments (26) étant plongés -dans le lit auxiliaire. 13. Appareillage selon la revendication 12, carac- térisé en ce que le lit auxiliaire fluidifié (46, 48) a une forme telle que les piliers de borne de batterie (28) n'y sont pas plongés lorsque les connecteurs entre éléments (26) y sont plongés.