Brevet FR2533372A1 — publié le 19840323

La présente invention se rapporte à un réseau d'électrodes pour accumulateurs, en particulier pour accumu- lateurs au plomb, destiné à recevoir les masses actives et comportant une borne conductrice du courant. Des réseaux d'électrodes de ce type sont décrits, par exemple, dans les demandes de brevet DE-B-2 500 977, DE-B-2 363 759, DE-G-5 991 et dans le brevet US-4 320 183. Les réseaux d'électrodes décrits dans ces documents nécessitent une quantité relativement grande de matière oné- reuse constituant les électrodes, leur résistance électrique ainsi que les pertes dans les lignes sont relativement grandes, et la contrainte électrique des masses actives, et donc la contrainte des zones individuelles du réseau d'électrodes sont très différentes et augmentent considérablement en direc- tion-de la borne conductrice. En général, un tel réseau d'électrodes doit remplir les fonctions suivantes a) la masse active doit être maintenue fermement en place de manière sûre dans des conditions de fonctionnement différentes, b) le courant électrique doit être délivré et évacué (chargement, déchargement); - c) le réseau d'électrodes, qui est également quali- fié de support de masse, doit être suffisamment stable mécani- quement; d) la matière constituant ce réseau d'électrodes doit être suffisamment résistante à l'agression-de l'électro- lyte, de la masse active et d'éventuels produits secondaires; e) il doit être établi une bonne liaison mécanique entre le réseau d'électrodes et la masse active; f) le contact électrique entre le réseau d'élec- trodes et la masse active doit être le meilleur possible g) la conduction du courant électrique entre le réseau d'électrodes et la borne conductrice doit être la meilleure possible h) aucune substance susceptible d'entraver les réac- tions électrochimiques de l'accumulation du courant, ou bien 2 2533371 de provoquer d'inopportunes réactions secondaires, ne doit être libérée; i) de tels réseaux d'électrodes doivent pouvoir être réalisés de manière simple et la moins onéreuse possible; et k) la contrainte électrique de la masse active main- tenue en place dans le réseau d'électrodes doit être la plus uniforme possible et ne pas augmenter notablement au voisinage de la borne conductrice. Dans les réseaux d'électrodes connus, il est prévu dans la plupart des cas un agencement rectangulaire régulier des éléments individuels constituant un tel réseau De ce fait, le courant doit être évacué en permanence selon des angles droits, les trajets parcourus par le courant sont allongés jusqu'à la racine carrée de 2, ainsi que la résistance ohmique d'un tel réseau d'électrodes Les courants transportés augmentent très considérablement à proximité de la borne con- ductrice, ce qui se traduit par une sollicitation défavorable du réseau d'électrodes et des masses actives qui y sont fer- mement maintenues en place. Il a déjà été proposé, pour améliorer la résistance ohmique d'un réseau classique rectangulaire d'électrodes comportant un grand nombre de membrures mutuellement perpendi- culaires, d'orienter dans une certaine mesure en étoile, vers la borne conductrice, les membrures s'étendant parallè- lement les unes aux autres dans une direction De la sorte cependant, les éléments individuels des masses actives sont agrandis dans les régions éloignées de la borne conductrice, de sorte que la résistance ohmique a même tendance à augmenter dans ces régions De ce fait, la diminution de la résistance ohmique est à peine notable, étant donné qu'il ne se produit aucune orientation des éléments individuels en direction de la borne conductrice, mais seulement une certaine orientation faible de l'un des agencements parallèles des baguettes cons- tituant le réseau d'électrodes. Il a également déjà été tenté de prendre en considé- ration le courant accru qui se manifeste à proximité de la 3 2533372 borne conductrice, par un renforcement, dans cette région de ladite borne, des baguettes constituant le réseau et éven- tuellement aussi du cadre Cela n'exerce toutefois une influ- ence positive ni dans le sens d'une répartition plus uniforme du courant, ni sur une contrainte électrique plus uniforme des zones individuelles du réseau d'électrodes La structure carrée d'un réseau d'électrodes de ce type utilise une gra-nde quantité de matière et les trajets très longs parcourus par le courant nécessitent des sections relativement fortes pour obtenir une résistance ohmique déterminée plus faible. L'invention a par conséquent pour objet de réaliser un réseau d'électrodes du type précité, de telle manière que l'évacuation du courant soit plus favorable et que la résis- tance ohmique devienne ainsi plus faible à l'intérieur dudit réseau, qu'il soit possible d'atteindre une contrainte élec- trique plus uniforme des masses actives et que l'utilisation de matière soit en même temps réduite. Conformément à l'invention, cet objet est atteint par une structure en forme-de nid d'abeilles constituée par un grand nombre d'alvéoles de forme régulière carrée ou poly- gonale, qui sont pour l'essentiel identiques, s'étendent longitudinalement, sont orientés à l'oblique et dont les axes longitudinaux et les pointes sont sensiblement orientés vers la borne conductrice ou sont au moins inclinés par rapport à cette dernière, auquel cas les axes longitudinaux des alvéoles sont orientés vers des conducteurs secondaires raccordés à un conducteur principal de courant électrique. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: les alvéoles peuvent consister en des hexagones réguliers, en particulier en des hexagones à côtés identiques dont les pointes sont dirigées vers la borne conductrice et dont le rapport entre leur largeur et la distance de l'une à l'autre de leurs pointes est compris entre 1 à 1,5 et 1 à 4; ces alvéoles peuvent consister en des parallelo- grammes; lesdits alvéoles peuvent consister en des losanges 4 2533372 dont les pointes sont orientées vers la borne conductrice, des rapports entre diagonales compris entre de l à 2 et de 1 à 8 étant alors de préférence prévus dans ce cas, le rapport entre les côtés des alvéoles peut être compris entre environ l à 2 et l à 6, l'angle aigu entre des côtés voisins étant compris entre 22,50 et 60 la structure en nid d'abeilles peut être subdi- visée an plusieurs zones dans lesquelles les axes longitudi- naux d'alvéoles individuels sont mutuellement parallèles 1 O et partiellement coaxiaux; la structure en nid d'abeilles peut comporter un ou plusieurs conducteurs principaux, de préférence recti- lignes qui s'étendent en diagonale à l'intérieur de ladite structure en direction de la borne conductrice et qui subdi- visent cette structure-en des régions angulaires sensiblement identiques, les parois des alvéoles contiguës aux conducteurs principaux étant raccordées électriquement à ces conducteurs principaux ou bien coïncidant avec ces derniers, les nombreux conducteurs principaux peuvent s'étendre aux limites entre les nombreuses zones, la section des conducteurs principaux en direction de la borne conductrice peut augmenter proportionnellement à la racine carrée de l'intensité du courant à partir de chaque côté, des conducteurs secon- daires de préférence rectilignes, agencés uniformément et mutuellement parallèles peuvent être raccordés au conducteur principal de telle façon que les petits côtés de chaque alvéole soient formés par ces conducteurs secondaires ou par les côtés du cadre du réseau d'électrodes les sections des conducteurs secondaires et les côtés du cadre qui sont voisins de la borne conductrice peuvent s'agrandir, en direction de cette borne conductrice, proportionnellement à la racine carrée de -l'intensité du courant transmise; et les dimensions des alvéoles à l'intérieur de la structure en nid d'abeilles et/ou l'augmentation de section des conducteurs principaux, des conducteurs secondaires et des 2533372 côtés du cadre voisins de la borne conductrice peuvent être choisies de telle façon que la contrainte électrique imposée aux masses actives soit sensiblement identique dans chaque région et qu'en particulier les dimensions desdits alvéoles diminuent avec l'éloignement. Le réseau d'électrodes selon la présente invention consiste donc en une structure en nid d'abeilles ou structure polygonale comprenant un grand nombre d'alvéoles qui sont pour l'essentiel identiques, s'étendent dans le sens longi- tudinal, sont orientés à l'oblique, sont de configuration régulière carrée ou polygonale et dont l'axe longitudinal est sensiblement dirigé vers la borne conductrice de courant. On obtient de la sorte une direction préférentielle de la conduction du courant vers la borne conductrice Etant donné que la structure en nid d'abeilles se compose d'alvéoles sensiblement identiques et relativement petits qui sont répartis sur tout le réseau d'électrodes, il est possible d'obtenir une contrainte électrique uniforme des masses actives maintenues fermement en place dans les alvéoles indi- viduels. Grâce à-la configuration s'étendant longitudinale- ment et à l'oblique, on obtient la direction préférentielle de la conduction du courant vers la borne conductrice. Dans un exemple de réalisation, les alvéoles indi- viduels présentent la forme d'un hexagone, en particulier d'un hexagone à côtés égaux dont les pointes sont tournées vers la borne conductrice Le rapport entre la largeur de ces hexagones et la distance de l'une à l'autre de leurs pointes est compris de préférence entre 1 à 1,5 et 1 à 4. Selon un autre exemple de réalisation, les alvéoles peuvent présenter la forme de parallélogrammes, par exemple la forme de losanges dont le rapport entre les diagonales est compris entre 1 à 2 et 1 à 8. Les alvéoles peuvent cependant aussi revêtir la forme de parallélogrammes dont les côtés sont de longueurs différentes, dans un rapport compris par exemple entre 1 à 2 et 1 à 6, les angles aigus se faisant face mesurant entre 6 2533372 environ 22,50 et environ 60 . Avantageusement, la structure en nid d'abeilles est subdivisée en plusieurs zones, de manière à donner nais- sance, à l'intérieur d'un réseau d'électrodes rectangulaires, à une structure en nid d'abeilles sans interruption Dans ce cas, à l'intérieur d'une zone, les axes longitudinaux des alvéoles individuels sont mutuellement parallèles et ils sont aussi partiellement coaxiaux. La structure en nid d'abeilles peut présenter un ou plusieurs conducteurs principaux, de préférence rectilignes, qui s'étendent, à l'intérieur de ladite structure, diagonale- ment en direction de la borne conductrice et qui subdivisent ladite structure en des régions angulaires ou superficielles sensiblement égales Dans ce cas, des parois des alvéoles contigues aux conducteurs principaux sont en liaison électri- que avec ces conducteurs ou bien coïncident directement avec ces derniers Commodément, les conducteurs principaux longent les limites entre les nombreuses zones susmentionnées, à l'intérieur desquelles les axes longitudinaux des alvéoles individuels sont mutuellement parallèles. Dans une forme de réalisation particulière, la section des conducteurs principaux augmente, en direction de la borne conductrice, proportionnellement à la racine carrée de l'intensité du courant De la sorte, et compte tenu de l'objectif recherché, on obtient des résultats bien meilleurs que ceux des procédés classiques utilisés jusqu'à présent, dans lesquels la section des conducteurs augmentait linéairement avec l'intensité du courant considérée Il en résultait un rapport optimal entre la masse conductrice et la conductibilité spécifique. Selon un autre exemple de réalisation dans lequel il est seulement prévu un conducteur principal, des conduc- teurs secondaires supplémentaires sont agencés sur ce conduc- teur principal et sont disposés de préférence rectilignement, régulièrement et parallèlement les uns aux autres De la sorte, on obtient un espacement régulier de chaque alvéole du réseau d'électrodes par rapport au conducteur secondaire voisin. Dans ces conditions, il est possible d'atteindre une con- trainte absolument uniforme des masses actives individuel-les du réseau d'électrodes Judicieusement, les conducteurs secon- daires partent, à la perpendiculaire et avec des espacements égaux, des deux côtés du cadre qui ne sont pas voisins de la borne conductrice Ces conducteurs secondaires se rencontrent sur le conducteur principal et ils sont reliés à ce dernier avec -un bon contact électrique Ainsi, l'agencement de ces conducteurs secondaires par rapport au conducteur principal a lieu de telle sorte que les pointes ainsi formées soient également, pour l'essentieldirigées vers la borne conductrice. Tout comme le conducteur principal, les conducteurs secon- daires peuvent aussi être de section croissante en direction de la borne conductrice, proportionnellement à la racine carrée de l'intensité du courant Il en va de même pour les deux côtés du cadre de l'électrode au plomb qui sont voisins de la borne conductrice et s'étendent perpendiculairement l'un à l'autre, Cette structure peut être fabriquée d'une manière particulièrement facile Tel est également le cas pour les alvéoles individuels en forme de parallélogrammes de côtés inégaux, des baguettes de liaison s'étendant paral- lèlement au conducteur principal avec des espacements iden- tiques Les petits côtés de chacun de ces alvéoles sont formés par des conducteurs secondaires voisins ou par un conducteur secondaire et le bord adjacent Il convient cependant de tenir compte du fait que l'orientation des pointes des alvéoles individuels en forme de parallélogrammes-n'est pas si précise, par rapport à la borne conductrice, que dans les deux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits. En général, la structure en nid d'abeilles, y compris -la configuration des sections des conducteurs princi- paux, des conducteurs secondaires et des deux côtés du cadre voisins de la borne conductrice, est réalisée de façon que la contrainte électrique de la masse active soit sensiblement identique dans tout le réseau d'électrodes. L'invention va à présent être décrite plus en détail à titre d'exemples nullement limitatifs en regard des dessins 8 2533372 annexés sur lesquels la figure 1 représente un réseau d'électrodes comportant des hexagones réguliers s'étendant longitudinalement; la figure 2 illustre une structure en nid d'abeilles présentant des alvéoles rhombiformes; et- la figiure 3 représente un autre exemple de réalisa- tion d'un réseau d'électrodes. La figure 1 montre une grille ou réseau d'électrodes 1 comportant des hexagones ou alvéoles réguliers 7 de nid d'abeilles qui s'éten- dent dans le sens longitudinal et dont des pointes 46 sont orientées vers une borne 4 conductrice de courant Les axes de liaison entre les pointes des alvéoles individuels, repérés par les références 10, 11 et 12, sont ainsi également orientés vers la borne conductrice. Comme il ressort de la figure 1, la structure en nid d'abeilles du réseau d'électrodes 1 est subdivisée en plusieurs zones 19,20,21 et 22 dans lesquelles les axes ou les diagonales reliant entre elles les pointes sont mutuelle- ment parallèles et sont partiellement coaxiaux La configu- ration identique d'un côté des alvéoles hexagonaux 7 permet d'obtenir une réalisation sans interruption de la structure en nid d'abeilles et en particulier-la transition sans lacune d'une zone à l'autre, un côté de la pointe d'une zone étant relié à un côté formant la largeur des alvéoles voisins de l'autre zone, ou bien étant d'un seul tenant avec ce côté. La figure 2 illustre une structure en nid d'abeilles comportant des alvéoles rhombiformes 8, dans lesquels également tous les côtés sont identiques Les axes reliant entre elles les pointes des alvéoles individuels 8 repérés par les réfé- rences 13,14 et 15, sont à nouveau orientés vers une borne conductrice de courant Des zones individuelles 23,24,25,26, 27 et 28 sont raccordées les unes aux autres par ce qu'on appelle des conducteurs principaux 31,32,33, 34 et 35 Ces conducteurs principaux conduisent le courant électrique avec une intensité environ cinquante fois plus grande que cela est le cas à l'intérieur des masses actives proprement dites. Les conducteurs principaux s'étendent en forme d'étoile vers 9 2533372 la borne 5 De la sorte, il est même possible d'évacuer, vers la borne 5, le courant de résistance minimal qui circule dans les zones éloignées des masses actives: Ainsi, il est possible d'atteindre une contrainte électrique plus uniforme de ces masses actives et, concomitamment, une résistance ohmique plus faible Sur la figure 2, le réseau d'électrodes propre- ment dit porte globalement la référence 2. La figure 3 représente un autre exemple de réalisa- tion d'un réseau d'électrodes 3 comportant une borne 6 conductrice de courant Un seul et unique conducteur princi- pal 30 traverse un cadre 42,43,44 et 45 de ce réseau 3 avec un angle d'environ 450 à partir de ladite borne 6 Ce réseau d'électrodes se compose seulement de deux zones 29 et 47. Toutes les lignes de liaison 16, 17 et 18 reliant entre elles les pointes d'alvéoles individuels 9 en forme de parallélo- grammes sont mutuellement parallèles et à maintes reprises coaxiales Ce qu'on appelle des conducteurs secondaires 36, 37, 38, etc, qui se rencontrent sur le conducteur principal et sont en bon contact électrique avec ce dernier, partent avec des intervalles réguliers de côtés 43 et 44 du cadre qui ne sont pas voisins de la borne 6, parallèlement à des côtés 42 et 45 de ce cadre qui sont perpendiculaires aux côtés précités Les conducteurs secondaires 36,37,38, etc forment chacun un petit côté des alvéoles 9 en forme de parallélo- grammes du réseau 3, les deux côtés aplatis d'un alvéole -39 portant les références 40 et-41 Sur les bords du réseau d'électrodes, les côtés 42,44 et 45 du cadre remplissent les fonctions d'un conducteur secondaire - De préférence, aussi bien les côtés 42 et 45 du cadre qui sont adjacents à la borne conductrice 6, que le conducteur principal 30 et les conducteurs secondaires 36,37, etc sont élargis, en direction de la borne 6, proportionnel- lement à la racine carrée du courant qui y circule. Les parois latérales allongées des alvéoles 9 en forme de parallélogrammes du réseau d'électrodes 3 sont formées par des baguettes correspondantes de liaison qui s'étendent parallèlement au conducteur principal 30 avec des 2533372 espacements identiques. Des angles aigus, formés également en outre entre le conducteur principal 30 et les conducteurs secondaires in- dividuels 36, 37, 38, etc, favorisent une évacuation du cou- rant en direction de la borne conductrice 6. Le réseau d'électrodes 3 selon la figure 3 est rela- tivement simple à fabriquer, il est mécaniquement robuste et possède des rapports particulièrement favorables en matière de contraintes électriques uniformes des masses actives, indé- pendamment de la proximité vis-à-vis de la borne conductrice 6 De la sorte, il est possible de prendre en considération l'inconvénient consistant, dans une certaine mesure, en ce que l'orientation des pointes des alvéoles individuels 9 en direction de la borne conductrice 6 n'est pas aussi optimale que dans les autres exemples de réalisation. Tous les réseaux d'électrodes selon les figures 1 à 3 peuvent être fabriqués par coulée et la consommation de matière peut être maintenue très faible En guise de matières, pour fabriquer une plaquette d'électrodes de ce type, on peut utiliser n'importe quelles matières, de préférence un alliage de plomb exempt d'antimoine. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au réseau d'électrodes décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. 11 i 2533372 REVENDICATIONS 1 Réseau d'électrodes ( 1; 2; 3) pour accumula- teurs, en particulier pour accumulateurs au plomb, destiné à recevoir les masses actives et comportant une borne conduc- trice de courant ( 4; 5; 6), réseau d'électrodes caractérisé par le fait qu'il présente une structure en nid d'abeilles comprenant un grand nombre d'alvéoles réguliers ( 7, 8, 9) qui sont pour l'essentiel identiques, s'étendent longitudina- lement, sont orientés à l'oblique et ont une configuration carrée ou polygonale, les axes longitudinaux ( 10,11,12; 13 >I 4, ; 16,17,18) et les pointes ( 46, etc) de ces alvéoles étant sensiblement orientés vers la borne conductrice ( 4; 5; 6) ou étant au moihs inclinés par rapport à cette dernière, auquel cas les axes longitudinaux desdits alvéoles sont orientés vers des conducteurs secondaires ( 36,37,38, etc) raccordés à un conducteur principal ( 30) de courant électrique. 2 Réseau d'électrodes selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les alvéoles ( 7) consistent en des'hexagones réguliers, en particulier en des hexagones à côtés identiques, dont les pointes sont dirigées vers la borne conductrice ( 4) et dont le rapport entre leur largeur et la distance entre leurs pointes est compris entre environ 1-à 1,5 et 1 à 4. 3 Réseau d'électrodes selon la revendication 19 caractérisé par le fait que les alvéoles ( 8; 9) consistent en des parallélogrammes. 4 Réseau d'électrodes selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les alvéoles ( 8) consistent en des losanges dont les pointes sont orientées vers la borne conductrice ( 5), auquel cas sont prévus de préférence des rapports entre diagonales compris entre 1 à 2 et 1 à 8 Réseau d'électrodes selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le rapport entre les cftés des alvéoles ( 9) est compris entre environ 1 à 2 et 1 à 6, l'angle aigu entre des côtés adjacents mesurant entre 22,5 et 60 . 6 Réseau d'électrodes selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que la structure 12 2533372 en nid d'abeilles est subdivisée en plusieurs zones ( 19-22; 23-28; 29) dans lesquelles les axes longitudinaux d'alvéoles individuels ( 7; 9) s'étendent parallèlement les uns aux autres et sont partiellement coaxiaux - 7 Réseau d'électrodes selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé-par le fait que la structure en nid d'abeilles présente un ( 30) ou plusieurs ( 31-35) conducteurs principaux qui, de préférence rectilignes, s'étendent à l'intérieur de ladite structure diagonalemdnt en direction de la borne conductrice ( 6; 5) et subdivisent ladite structure en nid d'abeilles en des régions angulaires sensiblement identiques, les parois des alvéoles qui sont contiguës aux conducteurs principaux étant reliées électrique- ment à ces conducteurs ou bien coïncidant avec ces derniers. 8 Réseau d'électrodes selon la revendication 7, caractérisé par le fait que les nombreux conducteurs princi- paux (-31-35) s'étendent aux limites des nombreuses zones ( 23- 28). 9 Réseau d'électrodes selon l'une des revendica- tions 7 et 8, caractérisé par le fait que la section des conducteurs principaux ( 30; 31-35) augmente, en direction de la borne conductrice ( 6; 5), proportionnellement à l'intensité du courant électrique. Réseau d'électrodes selon la revendication 7, caractérisé par le fait que, à partir de chaque côté, des conducteurs secondaires ( 36-38),de préférence rectilignes et agencés régulièrement-et mutuellement parallèles, sont reliés au conducteur principal ( 30) de telle façon que les petits côtés ( 40,41) de chaque alvéole ( 16; 17; 39) soient formés par ces conducteurs secondaires-( 36-38) ou par les côtés ( 42-45) du cadre dudit réseau d'électrodes ( 1). 11 Réseau d'électrodes selon l'une des revendica- tions 7-et 10, caractérisé par le fait que les sections des conducteurs secondaires ( 36-38) et les côtés ( 42,45) du cadre qui sont voisins de la borne conductrice ( 6) s'agrandissent, en direction de ladite borne conductrice, proportionnellement à la racine carrée de l'intensité du courant transmise. 13 2533372 12 Réseau d'électrodes selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait que les dimensions des alvéoles à l'intérieur de la structure en nit d'abeilles et éventuellement, ou en variante, l'accroissement de section des conducteurs principaux ( 30; 31-35), des conducteurs secondaires ( 36-38) et des côtés ( 42,45) du cadre voisins de la borne conductrice ( 4; 5; 6) sont conçus de telle façon que la contrainte électrique des masses actives dans chaque région soit sensiblement identique, et qu'en particulier les dimensions des alvéoles diminuent avec l'éloi- gnement.