Brevet FR2633778A1 — publié le 19900105

Batterie à équipression résistant aux hautes pressions et utilisable en milieu liquide ou gazeux. La présente invention concerne une batterie d'accumulateurs électriques résistant aux hautes pressions. Plus précisément, elle concerne une batterie à équipression comprenant un boîtier ayant des parois extérieures délimitant une chambre intérieure, un groupe électrochimique logé dans ladite chambre, deux bornes de batterie disposées à l'extérieur dudit boîtier et reliées audit groupe électrochimique, et des moyens permettant d'équilibrer les pressions existant à l'intérieur de ladite chambre et à l'extérieur dudit boîtier. Dans l'état actuel de la technique, les batteries utilisées dans des milieux soumis à de fortes pressions, en milieu marin par exemple, sont, soit placées dans des coffres étanches résistant aux hautes pressions, soit mises en équipression par l'intermédiaire d'une couche d'un liquide neutre isolant l'électrolyte de l'eau de mer dans des batteries ouvertes. Dans le cas de ces batteries ouvertes, la pression extérieure s'exerce sur le bac et sur le liquide neutre qui est en général de l'huile, et l'huile transmet cette pression à l'électrolyte, qui équilibre ainsi la pression exercée sur le bac. Cette solution présente l'inconvénient majeur que la batterie doit être maintenue à la verticale pour ne pas renverser l'électrolyte. Enfin, cette batterie ouverte à équipression ne peut pas être chargée en milieu marin car les bouillonnements produits lors de la charge provoquent des émulsions d'huile et d'eau. Ces batteries ne pouvant être utilisées qu'à la verticale et nécessitant d'être remontées en surface pour être rechargées, ne peuvent pas être utilisées par des plongeurs ou des nageurs de combat, et sont d'un emploi malaisé dans les sites d'exploitation permanente à cause des difficultés de recharge. La solution consistant à utiliser des coffres étanches présente également des inconvénients#. Le premier de ces inconvénients est le poids, ce qui en exclut l'utilisation par les plongeurs ou les nageurs de combat. Le deuxième inconvénient est dû aux problèmes d'étanchéité aux hautes pressions, car les fils extérieurs reliés aux bornes de la batterie doivent évidemment traverser les parois du coffre étanche par des orifices, et un défaut d'étanchéité se traduit par une dégradation de la batterie, du fait que l'enveloppe isolante de la batterie dans laquelle est logé un groupe électrochimique ne peut supporter sans déformation excessive qu'une surpression faible. En cas de déformation excessive de l'enveloppe, le groupe électrochimique subit des contraintes et se détériore rapidement. Le but de la présente invention est de proposer une batterie à équipression du type mentionné qui fonctionne quelle que soit la pression extérieure exercée sur elle, quelle que soit la position d'utilisation de la batterie sans augmentation excessive du poids de la batterie et à un coût de revient raisonnable. Le but est atteint selon l'invention par le fait que les moyens permettant d'équilibrer les pressions existant à l'intérieur de la chambre et à l'extérieur du boîtier sont constitués par un réservoir situé à l'extérieur dudit boîtier et communiquant avec ladite chambre par un conduit, ledit réservoir contenant un fluide et étant déformable sous l'action de la pression extérieure de telle manière que ledit fluide subit la pression extérieure exercée sur ledit réservoir et transmet les variations de pression exercées sur ledit réservoir à l'intérieur de ladite chambre par ledit conduit. Grâce à cette structure, la pression à l'intérieur de la chambre est sensiblement égale à la pression à l'extérieur d; boîtier. Le boîtier ne subit pas de déformation supplémentaire, et la batterie peut être utilisée comme habituellement en surface. Si de plus la batterie est étanche, elle peut être utilisée dans toutes les positions. De façon préférentielle, le réservoir est constitué d'une enveloppe déformable sous l'action de la pression extérieure et fixée à l'une des parois du boîtier, une partie de ladite paroi du boîtier étant commune audit boîtier et audit réservoir. L'ensemble de la batterie est ainsi compact et la batterie est facile à manipuler. Selon une caractéristique intéressante de l'invention, le groupe électrochimique baigne dans un électrolyte et le fluide contenu dans le réservoir est de l'électrolyte. L'avantage de cette solution est que le poids du réservoir et de l'électrolyte complémentaire n'est pas excessif et ce poids est compensé dans le milieu marin par la poussée d'Archimede. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture d'un mode de réalisation décrit ci-après à titre d'exemple illustratif et-non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une représentation schématique d'une batterie à équipression selon l'état de la technique connu, - la figure 2 est un schéma de principe d'une batterie étanche à équipression selon l'invention, - la figure 3 montre un premier mode de réalisation d'une batterie étanche à équipression selon l'invention, - la figure 4 montre un deuxième mode de réalisation d'une batterie étanche à équipression, et - la figure 5 est un troisième mode de réalisation d'une batterie étanche à équipression. Comme on le voit sur la figure 1, la batterie 1 à équipression de l'état de la technique comprend un boîtier 2 ayant des parois latérales 3, une plaque de fond 4 et un couvercle 5. Le boîtier délimite une chambre intérieure 6 contenant un électrolyte liquide 7. Par souci de clarté du dessin, le groupe électrolytique n'est pas représenté, et les bornes de la batterie ne sont pas montrées dans toutes les figures. Le couvercle 5 est muni d'une ouverture 8 dirigée vers le haut et traversant de part en part le couvercle 5. L'électrolyte 7 remplit presque complètement la chambre 6. Une huile 9 ayant une densité inférieure à la densité de l'électrolyte 7 et non miscible à l'électrolyte 7 complète le remplissage de la chambre 6. La batterie 1 est soumise à une pression extérieure représentée par la flèche P.En l'absence de l'ouverture 8 du couvercle 5, la pression P déformerait le boîtier 2, et le groupe électrolytique non représenté subirait des contraintes entraînant la détérioration de la batterie 1. La pression P est transmise par l'ouverture 8 du couvercle 5 à l'électrolyte 7 par l'intermédiaire de l'huile 9. Ainsi les pressions s'équilibrent sur chaque face des parois 3, 4, 5 du boîtier 2. Le boîtier 2 n'est pas déformé et le groupe électrolytique ne subit pas de contraintes entraînant la détérioration de la batterie 1. Cette batterie 1 peut être utilisée dans un milieu marin ou gazeux. On comprend aisément que l'ouverture 8 du couvercle 7 doit toujours être dirigée vers le haut sous peine de voir l'électrolyte 7 ou l'huile 9 sortir par l'ouverture 8 et être remplacé par le fluide du milieu ambiant. Dans le cas où la batterie 1 est utilisée dans un milieu marin, l'huile doit être choisie de telle manière que sa densité soit à la fois supérieure à la densité de l'eau de mer et inférieure à la densité de l'électrolyte. L'huile 9 et l'ouverture 8 du couvercle 5 constituent les moyens permettant d'équilibrer les pressions existant à l'intérieur de la chambre 6 et à l'extérieur du boîtier 2. La figure 2 représente un schéma de principe de la batterie étanche à équipression selon l'invention. Par souci de commodité de lecture, les éléments identiques aux éléments connus de l'état de la technique représenté par la figure 1 portent les mêmes références. La batterie 1 comprend un boîtier 2 ayant des parois latérales 3, une plaque de fond 4 et un couvercle 5. Le boîtier délimite une chambre intérieure 6 contenant un électrolyte liquide 7. Le groupe électrochimique et les bornes de la batterie ne sont pas représentés dans ce schéma de principe. Les gaz 10 produits par la charge et l'autodécharge de la batterie occupent l'espace supérieure 11 de la chambre 6. Un réservoir 12 situé à l'extérieur du boîtier 2 communique avec la chambre 6 par un conduit 13 qui traverse l'une des parois du boîtier 2, le couvercle 5 dans le schéma représenté par la figure 2. Le réservoir 12 est rempli par un fluide 14 et il est soumis à la pression P du milieu ambiant. Selon l'invention le réservoir 12 est constitué d'un matériau souple et déformable sous l'action de la pression P, de telle manière que le fluide 14 situé à l'intérieur du réservoir 12 est soumis à la même pression P ou du moins à une pression sensiblement égale. Le conduit 13 transmet les variations de la pression P subie par le réservoir 12 à l'électrolyte 7 et aux gaz 10. Il existe ainsi. dans la chambre 6 une pression sensiblement égale à la pression P exercée sur le boîtier 2 par le milieu ambiant. Comme on le voit sur la figure 2, l'intérieur du réservoir 12 communique directement avec la chambre 6 par le conduit 13. Le fluide 14 contenu dans le réservoir 12 est également de l'électrolyte 7 ou du gaz 10. Le réservoir 12 est calculé de telle manière que son volume V2 soit supérieur ou égal au volume de gaz Vg existant dans la batterie 1, et inférieur au volume VI, somme des volumes des matières actives du groupe électrochimique, de l'électrolyte et du gaz existant dans la chambre 6. Les figures 3 à 5 montrent trois exemples de batterie étanche 1 à équipression comprenant un boîtier 2 ayant des parois latérales 3, une plaque de fond 4, un couvercle 5 et définissant une chambre 6 contenant un électrolyte et un groupe électrochimique non représentés. La batterie 1 possède deux bornes de batterie 20, 21 destinés à fournir un courant continu i un circuit extérieur à la batterie 1. Dans chacune de ces batteries 1, le réservoir 12 est accolé au boîtier 2 soit par le couvercle 5 (figure 3), soit par la plaque de fond 6 (figure 4), soit par une paroi latérale 3 (figure 5). Le réservoir 12 est constitué par deux parois rigides 22, 23 opposées dont l'une 22 est l'une des parois 3, 4, 5 du boîtier 2, les deux parois 22 et 23 étant reliées entre elles de façon étanche par une enveloppe déformable 24.Le réservoir 12 est logé dans une chambre de protection 25 communiquant avec le milieu ambiant extérieur à la batterie 1 par des orifices 26 ménagés dans au moins l'une des parois 27 de la chambre 25. Les parois 27 sont fixées entre elles et au boîtier 2 de façon en soi connue. Le but de la chambre 25 est de protéger le réservoir 12 contre les chocs et les avaries possibles. Le réservoir 1? communique avec la chambre 6 par des ouvertures 28 traversant la paroi 22 commune au réservoir 12 et au boîtier 2. Un tube 29 ouvert à ses deux extrémités 30 et 31 est positionné dans la chambre 6 et l'une de ses extrémités 30 débouche dans le réservoir 12 par l'ouverture 28. Le réservoir 12 est rempli par un fluide, liquide ou gazeux. Si la chambre 6 contient un électrolyte, le réservoir 12 est rempli de préférence avec le même électrolyte ou un gaz produit par la batterie lors de la mise en charge ou lors de l'auto-décharge. Dans le cas d'une batterie sèche sans électrolyte, le réservoir 12 est rempli soit d'un liquide neutre, soit d'un gaz identique au gaz produit par la batterie. Le fonctionnement de la batterie 1 se comprend aisément. Le fluide du milieu ambiant s'introduit dans l'espace 32 de la chambre 25 compris entre les parois 27 du réservoir 12 et exerce la pression ambiante P sur les faces extérieures du réservoir 12 en vis-à- vis avec les parois 27 et la chambre 25. La paroi 24 du réservoir 12 étant déformable, le volume V2 du réservoir 12 varie en fonction de la pression P. Le fluide contenu dans le réservoir 12 est soumis à une pression voisine de la pression P et les fluides contenus dans la chambre 6 sont soumis à cette même pression P. Ainsi, dans le cas d'une batterie avec électrolyte lors d'une augmentation de la pression P, l'électrolyte contenu dans le réservoir 12 est injecté dans la chambre 6, ce qui comprime les gaz contenus dans cette chambre 6 jusqu'à équilibre des pressions interne et externe.Inversement, quand la pression P diminue, les gaz s'expansent dans la chambre 6, refoulant l'élèctrolyte dans le réservoir 12 qui reprend sa forme de départ et l'espace 32 diminue de volume. Ainsi, quelle que soit la pression P, la batterie 1 est en état de fonctionnement. Lors d'une charge, la pression intérieure a tendance à augmenter et les gaz se recombinent ou s'échappent comme dans une batterie étanche atmosphérique ayant ure soupape de sécurité. L'enveloppe déformable 24 peut être choisie de telle manière qu'il existe une légère surpression à l'intérieur de la chambre 6 et à l'intérieur du réservoir 12 par rapport à la pression ambiante P. Dans ce cas, la batterie peut être munie d'une soupape de sécurité qui permet d'évacuer les gaz lorsque la surpression dépasse un seuil minimum de sécurité. A titre d'exemple, le demandeur a réalisé des essais avec trois montages Exemple A Réalisation d'une batterie de 2V 7AH ayant un réservoir au-dessus du couvercle comme représenté sur la figure 3. Le bac est en ABS moulé, les parois ont une épaisseur de 1,5 mm. Le réservoir est en polyéthylène, fixé verticalement par une résine en polyuréthane souple. La liaison entre le réservoir de la chambre est effectuée par un tube en polyéthylène d'un diamètre de 4 mm et d'une longueur de 30 mm. Les dimensions du boîtier sont de 84 x 34 x 50 mm. Exemple B Réalisation d'une batterie de 2V 120AH ayant un réservoir au-dessus du couvercle comme représenté sur la figure 3. Le bac est en polystyrène standard, confectionné par des plaques collées de 5 mm d'épaisseur. Le réservoir est en polyéthylène, fixé horizontalement par une résine en polyuréthane dure. La liaison entre le réservoir et la chambre est effectuée par un tube en polyéthylène d'un diamètre de 4 mm et d'une longueur de 80 mm. Les dimensions du boîtier sont de 165 x 120 x 150 (hauteur). Exemple C Réalisation d'une batterie de 2V 1OAH ayant un réservoir au-dessous de la plaque de fond comme représenté sur la figure 4. Le bac est en ABS moulé, les parois ont une épaisseur de 2,5 mm.. Le réservoir est en polyéthylene fixe par une résine en polyuréthane dure. La liaison entre le réservoir et la chambre est réalisée par une ouverture de 2 mm située au fond du bac. Les dimensions du boîtier sont de 84 x 48 x 50 (hauteur). Ces trois montages ont été soumis à des pressions de 150 et 280 bars avec un maintien de la pression pendant trois heures. La batterie de l'exemple B a été en plus soumise à une série supplémentaire d'essais an étant couchée sur un côté. Les trois montages ont parfaitement supporté ces essais, sans dommage du groupe électrochimique. Il n'y a pas de limite aux pressions d'utilisation et la capacité de la batterie augmente avec la pression, par imprégnation des matières actuelles du groupe électrochimique et par renouvellement de l'électrolyte. La durée de vie de la batterie est ainsi améliorée. Comme l'ont prouvé les essais effectués, la batterie proposée par l'invention met en évidence les avantages suivants - une résistance aux hautes pressions en milieu liquide ou gazeux, un fonctionnement en toutes positions dans des milieux soumis à des variations de pression ou à de hautes pressions. Le système proposé est utilisable pour toutes les dimensions de batterie, pour tous les types de batterie, alcalines ou acides et pour tous les types de piles. Dans le cas d'une batterie sans électrolyte, le réservoir peut recevoir un gaz ou un liquide neutre. Il va de soi que le principe de la batterie à équipression décrit ci-dessus pour une batterie 1 ayant un seul groupe électrochimique est également valable pour une batterie 1 ayant plusieurs chambres 6, chaque chambre 6 contenant un groupe électrochimique, et les groupes électrochimiques étant électriquement reliés entre eux. Dans ce cas la batterie I possède autant de réservoirs 12 que de chambres 6, chacune des chambres 6 communiquant avec un seul réservoir 12. REVENDICATIONS 1. Batterie à équipression comprenant un boîtier (2) ayant des parois extérieures (3, 4, 5) délimitant une chambre intérieure (6), un groupe électrochimique logé dans ladite chambre (6), deux bornes de batterie ((20, 21) disposées à l'extérieur dudit boîtier (2) et reliées audit groupe électrochimique, et des moyens permettant d'équilibrer les pressions existant à l'intérieur de ladite chambre (6) et à l'extérieur dudit boîtier (2), batterie caractérisée en ce que lesdits moyens sont constitués par un réservoir (12) situé à l'extérieur dudit boîtier (2) et communiquant avec ladite chambre (6) par un conduit (13), ledit réservoir contenant un fluide (14) et étant déformable sous l'action de la pression extérieure de telle manière que ledit fluide (14) subit la pression extérieure P exercée sur ledit réservoir (12) et transmet les variations de pression exercées sur ledit réservoir (12) à l'intérieur de ladite chambre (6) par ledit conduit (13). 2. Batterie selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit réservoir (12) est constitué d'une enveloppe (24) déformable sous l'action de la pression extérieure P et fixée à l'une des parois (3, 4, 5) dudit boîtier (2), une partie de ladite paroi du boîtier (22), étant commune audit boîtier (2) et audit réservoir (12). 3. Batterie selon la revendication 2, caractérisée en ce que ledit réservoir (12) communique avec ladite chambre (6) par au moins une ouverture (28) ménagée dans la partie de paroi commune (22) dudit réservoir (12) et audit boîtier (2). 4. Batterie selon la revendication 3, caractérisée en ce que la communication dudit réservoir (12) avec ladite chambre (6) se fait par au moins un tube (29) ouvert à ses deux extrémités (30, 31), ledit tube (29) étant situé dans ladite chambre (6) et débouchant dans ledit réservoir (12) par ladite ouverture (28). 5. Batterie selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que ledit groupe électrochimique baigne dans un électrolyte (7), et en ce que le fluide (14) contenu dans ledit réservoir (12) est de l'électrolyte (7). 6. Batterie selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le fluide (14) contenu dans ledit réservoir (12) est un gaz. 7. Batterie selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est étanche. 8. Batterie selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle comporte une soupape de sécurité permettant l'évacuation des gaz (10). 9. Batterie selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le réservoir (12) est logé dans une chambre de protection (25) communiquant avec le milieu ambiant. 10. Batterie selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit boîtier (2) contient plusieurs chambres (6), en ce que chaque chambre (6) contient un groupe électrochimique, les groupes électrochimiques étant reliés entre eux, et en ce qu'elle comprend autant de réservoirs (12) que de chambres (6), chaque réservoir (12) communiquant avec une seule chambre (6).