Brevet FR2680270A1 — publié le 19930212

BOITIER D'EQUIPEMENT ELECTRONIQUE COMPRENANT UN DISPOSITIF DE STOCKAGE DE L'ENERGIE ELECTRIQUE L'invention concerne un boîtier d'appareil électronique comprenant un dispositif de stockage de l'énergie électrique. Ce boîtier assure en outre le blindage électromagnétique de l'appareil. Dans de nombreux appareils électroniques et spécialement dans les appareils électroniques portables tels que les radiotéléphones se pose le double problème de l'alimentation électrique et du blindage électromagnétique. Il est par ailleurs souhaitable que ces appareils ne soient ni lourds, ni volumineux et que la répartition des masses dans l'appareil soit sensiblement uniforme, le coût étant enfin aussi faible que possible. Or un appareil portable, notamment, doit être autonome et par conséquent son alimentation est généralement assurée par au moins un générateur électrochimique du type pile ou accumulateur. Les générateurs classiques sont lourds, encombrants et compacts. Le blindage électromagnétique qui doit protéger les circuits et composants de l'appareil contre les influences électromagnétiques externes est quant à lui généralement obtenu en associant un blindage au boiter de l'appareil, sous la forme d'une feuille métallique ou métallisée, ce qui entraîne un coût et éventuellement un poids additionnels. Le but de l'invention est de résoudre les problèmes d'alimentation électrique et de blindage électromagnétique, dans les appareils électroniques, notamment portables, en satisfaisant mieux que par le passé les exigences relatives au poids, au volume et à la répartition des masses, et ceci à un coût modéré. L'objet de l'invention est un boîtier d'appareil électronique dont une partie au moins de la paroi comprend un matériau stratifié comportant des feuilles incluant des électrodes et un électrolyte séparant les électrodes, ce matériau constituant un dispositif de stockage de l'énergie électrique utilisé pour l'alimentation électrique de l'appareil, l'une au moins des électrodes agissant en outre comme blindage électromagnétique. Ainsi, le matériau stratifié intégré au boiter sert tout à la fois de dispositif de stockage de l'énergie électrique et de blindage électromagnétique, ce qui permet d'atteindre les objectifs de répartition des masses uniforme et de blindage électromagnétique indiqués plus haut. Il suffit pour cela que le matériau stratifié s'étende dans la majeure partie du boîtier, par exemple au moins sur tout le fond du boîtier. Par ailleurs, l'intégration du générateur d'électricité et du boiter en un composant unique entraîne déjà une économie de poids. Selon une autre caractéristique de l'invention, ladite électrode agissant comme blindage électromagnétique s'étend sensiblement sur toute la surface du boîtier. Selon une autre caractéristique de l'invention, ladite électrode agissant comme blindage électromagnétique est la plus extérieure des électrodes du matériau du boîtier. Selon une autre caractéristique de l'invention, ledit matériau stratifié est formable et s'étend sensiblement sur toute la surface du boîtier. Selon une autre caractéristique de l'invention, le lithium est employé dans l'une au moins des électrodes du matériau du boîtier. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'électrolyte est un matériau solide constitué d'un polymère mélangé à un sel en solution dans un polymère. On peut en particulier utiliser des polyoxyéthylènes dans lesquels ont été dissous des sels tels que LiAsF6, Licol04, LiCF3SO3, LiTFSI. Selon une autre caractéristique de l'invention, une des feuilles formant électrode est constituée d'un composite à base de polymère et d'un composé choisi dans le groupe NiS2, NiPS3, FePS3, V6O12, V20s, MnO2, (bu203, PbO),NiO(OH), PbO2, Co304, LiCoO2. Selon une autre caractéristique de l'invention, la paroi est constituée d'un sandwich de matière plastique dure entourant un matériau stratifié tel que défini plus haut. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en se référant aux figures annexées qui représentent - la figure 1, une représentation du boîtier de l'invention, - la figure 2, une représentation de la structure élémentaire du matériau stratifié inclus dans le boîtier de l'invention. - la figure 3, des courbes illustrant des résultats de mesures relatives aux propriétés de blindage électromagnétique du matériau du boîtier de l'invention. La figure 1 représente un boîtier d'appareil électronique portable 1, tel qu'un radiotéléphone. Ce boîtier comprend un couvercle 2 constitué pour l'essentiel d'une plaque frontale 3 dotée d'un rebord 4. Le couvercle 2 est connecté au corps de boîtier 5, constitué pour l'essentiel d'un fond 6 et parois latérales 7. Cette connexion comprend une charnière souple 8 qui contient des conducteurs électriques 9 recouverts de matière isolante. Le couvercle vient s'appliquer par son rebord 4 sur les parois latérales 7, auquel il se fixe par des moyens non représentés, tels que des encliquetages de la technique courante, enfermant un volume contenant, outre la charnière 8, des équipements électroniques de l'appareil. Pour les besoins de l'utilisation de l'appareil, le couvercle 2 comporte des ouvertures variées, telles qu'unie ouverture 10 prévue pour un afficheur, ou des ouvertures telles que 11 correspondant chacune à une touche d'un clavier schématisé en 12. Par ailleurs, une ouverture 12' correspond au passage de l'antenne. En application de la technique classique, un tel boîtier serait essentiellement fait d'une matière plastique ou d'un composite à base de matière plastique et obtenu par moulage. Selon l'invention, une partie au moins de la paroi de ce boîtier comprend un matériau stratifié comportant des feuilles incluant des électrodes et un électrolyte séparant les électrodes, ce matériau constituant un dispositif de stockage de l'énergie électrique utilisé par l'alimentation électrique de l'appareil, l'une au moins des électrodes agissant en outre comme blindage électromagnétique. Par exemple, la partie de la paroi du boîtier en question est celle qui est délimitée en 13 et correspond sensiblement à la totalité de la surface du fond du boîtier. Mais, de préférence, ledit matériau s'étend au moins non seulement au fond du boîtier, mais aussi à ses parois latérales, jusqu'à la limite 14. Avantageusement, ce matériau peut aussi s'étendre à tout ou partie du couvercle, comme illustré en 15, les connexions telles que 9 prévues dans la charnière 8 assurant les interconnexions électriques nécessaires. La figure 2 est une représentation de la structure élémentaire 20 du matériau stratifié inclus dans le boîtier de l'invention. Cette structure élémentaire 20, que l'on appellera couche, d'une épaisseur totale de 300 ilm, comprend 4 feuilles superposées, dont les épaisseurs respectives sont voisines : une feuille constituant une électrode positive 21, une feuille d'électrolyte solide 22, une feuille d'électrode négative 23 et une feuille conductrice 24. Cette dernière feuille est en métal bon conducteur de l'électricité, comme l'argent ou le cuivre. Son rôle est de distribuer ou redistribuer le courant sur l'électrode négative, en palliant un certain manque de conductivité électrique du matériau dont est fait cette électrode. Les compositions des trois autres feuilles qui constituent un générateur électrochimique seront discutées ultérieurement. D'une façon générale, les feuilles 21, 22, 23 constituent un générateur produisant une tension d'environ 1,2 V. Une tension d'environ 5 V serait ainsi obtenues en empilant quatre couches à quatre feuilles, telles que celle de la figure 2, pour former un ensemble d'une épaisseur de 1,2 mm. A cette épaisseur, la quantité d'électricité disponible dépendra essentiellement de la surface. Elle peut être augmentée en superposant plusieurs ensembles qui seront connectés en parallele. Des tensions plus élevées seront obtenues en jouant sur le nombre de couches des ensembles et le raccordement en série ou en parallèle des ensembles. Bien entendu, les raccordements entre ensembles et les connexions de sortie du générateur devront être aménagées. Cela sera fait conformément aux techniques habituelles dans ce domaine. Un matériau comportant un ensemble de plusieurs couches, chacune conforme à ce que représente la figure 2, est donc un corps plat qui peut être découpé pour avoir n'importe quelle forme, par exemple celle délimitée en 13 ou 15 à la figure 1. De plus, moyennant le choix de matériaux déformables pour en constituer les feuilles, ce matériau peut être conformé de manière à épouser la forme délimitée en 14. Le boîtier de la figure 1 sera obtenu, à partir du matériau que l'on vient de définir, par revêtement de ce matériau, par exemple par surmoulage, d'une matière plastique appropriée choisie parmi celles que celle que l'on adopte habituellement pour cet usage, telles que le PVC ou l'ABS, réalisant ainsi un sandwich de matière plastique dure entourant un matériau stratifié tel que défini plus haut. Les électrodes de générateur électrochimique de la figure 2 jouent un rôle de blindage électromagnétique. Cet effet, on le verra plus loin, est plus ou moins efficace selon la composition de la couche et son emplacement dans le matériau. Il est préférable que l'électrode jouant le rôle de blindage électromagnétique soit de toutes celles dudit matériau la plus proche de la surface extérieure du boîtier. Il est également préférable que cette électrode s'étende sensiblement sur toute la surface du boîtier. Dans un cas ot le générateur électrochimique s'arrêterait aux limites indiquées en 13 à la figure 1, l'électrode jouant le rôle de blindage s'entendrait avantageusement, quant à elle, à ce qui est délimité en 14 et 15, avec interconnexion en 9. Le découpage des différentes feuilles, selon les formes que l'on vient d'envisager, s'accompagnera bien entendu, conformément à l'état de la technique, de toute mesure visant à éviter tout court-circuit entre électrodes aux marges des feuilles, notamment autour des ouvertures telles que 10 et 11 et le long des bords du matériau, telles qu'un isolement additionnel localisé aux endroits à protéger. On va maintenant considérer la composition des feuilles constituant les électrodes et l'électrolyte du générateur électrochimique de la figure 2. Selon un mode préféré de mise en oeuvre de l'invention, le lithium est employé dans l'une au moins des électrodes du matériau du boitier. De préférence, l'électrode négative est à base de lithium, mais ce peut être également un alliage comme par exemple LiAl ou un composé d'insertion comme CLi. De préférence encore, l'électrolyte est un matériau solide constitué d'un sel en solution dans un polymère. On peut en particulier utiliser un polyoxyéthylène dans lequel ont été dissous des sels tels que LiAsF6, Licol04, LiCF3S03, LiTFSI. De tels électrolytes solides à base de polymère, pour l'emploi dans des générateurs électrochimiques notamment au lithium, ont en particulier été décrits dans le brevet français nO 8120586 du 3 nombre 1981 De préférence également, l'électrode positive est constituée d'un composite à base de polymère et d'un composé choisi dans le groupe NiS2, NiPS3, FePS3, V6O13, V205, MnO2, (Bi2O3, PbO),NiO(OH), PbO2, Co304, LiCoO2. Dans un mode de mise en oeuvre de l'invention, on obtient un accumulateur rechargeable de 10 V environ et 800 mA/h, de surface totale 400 cm2, en quatre ensembles superposés de 100 cm2, disposés électriquement en parallèle, et d'une épaisseur totale de 4,8 mm. Dans chaque couche, on trouve, par exemple - une électrode négative qui est une feuille composite de poudre le LiAl mélangée de noir de carbone dans une matrice plastique de type PEO.LiTFSI, - une feuille d'électrolyte solide de type PEO en solution dans un sel de type LiTFSI, - une électrode positive qui est une feuille contenant 20 % de l'électrolyte ci-dessus et 80 % de V6013. Des mesures ont été effectuées, concernant l'effet de blindage électromagnétique procuré par l'électrode négative ; elles sont consignées dans le tableau ci-après Cas TSv Type R TSr TSbl TSb2 A 60-120 Video bas niveau 1000 105 100 10 B 120-200 Audio bas niveau 600 104 100 10 C 200-250 Radiotéléphone D > 250 Relais hertzien 50 > 104 100 10 Dans ce tableau sont présentés quatre types de mesures identifiées par les lettres A à C, relatives à des équipements dont les caractéristiques sont énoncées dans le colonne "Type". Le tableau indique le taux de susceptibilité intrinsèque du circuit-type dans ces équipements TSv, la résistance de charge du circuit-type R, sa susceptibilité réelle TSr, qui est le produit des deux paramètres précédents, et le taux de susceptibilité obtenu lorsque l'équipement est protégé par un boîtier conforme à l'invention, noté TSbl lorsque l'électrode jouant le rôle de blindage électromagnétique n'est pas celle qui est la plus à l'extérieur dans le matériau stratifié du boîtier, et notée TSb2 lorsque le blindage est à l'extérieur. On voit une réduction de près de 103 du taux de susceptibilité obtenue gracie au boîtier de l'invention. La figure 3 illustre quant à elle des résultats de mesure portant sur l'immunité au bruit électromagnétique de circuits logique de type diode Schottky à différentes fréquences. On a mesuré la puissance minimale qu'il fallait rayonner pour causer l'inversion de l'état logique de circuits de ce type, sans protection (courbe 31), dans un boîtier selon l'invention lorsque l'électrode jouant le rôle de blindage électromagnétique n'est pas celle qui est la plus à l'extérieur dans le matériau stratifié du boîtier (courbe 32), et dans un boîtier selon l'invention, lorsque le blindage est à l'extérieur (courbe 33). Ces courbes confirme l'effet de protection contre les influences électromagnétiques externes procuré par le boîtier de l'invention. Comme de bien entendu, l'invention n'est pas applicable seulement dans le cas de boîtiers d'appareils électroniques, tels que des radiotéléphones, mais peut être appliquée avec profit toutes les fois que sont nécessaires en même temps une source autonome d'alimentation électrique et un blindage électromagnétique. REVENDICATIONS 1. Boîtier d'appareil électronique caractérisé en ce qu'unie partie (13, 14, 15) au moins de la paroi de ce boîtier comprend un matériau stratifié comportant des feuilles incluant des électrodes et un électrolyte séparant les électrodes, ce matériau constituant un dispositif de stockage de l'énergie électrique utilisé pour l'alimentation électrique de l'appareil, l'une au moins des électrodes agissant en outre comme blindage électromagnétique. 2. Boîtier d'appareil électronique conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que ladite électrode agissant comme blindage électromagnétique (21) s'étend sensiblement sur toute la surface du boîtier. 3. Boîtier d'appareil électronique conforme à la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite électrode agissant comme blindage électromagnétique (21) est la plus extérieure des électrodes du matériau du boîtier. 4. Boîtier d'appareil électronique conforme à la revendication 1 ou 3, caractérisé en ce que ledit matériau stratifié est formable et s'étend sensiblement sur toute la surface du boîtier. 5. Boîtier d'appareil électronique conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le lithium est employé dans l'une au moins des électrodes du matériau du boîtier. 6. Boîtier d'appareil électronique conforme à la revendication 5, caractérisé en ce que l'électrolyte est un matériau solide constitué d'un sel en solution dans un polymère. 7. Boîtier d'appareil électronique conforme à la revendication 6, caractérisé en ce que l'électrolyte est un polyoxyéthylène dans lequel ont été dissous des sels tels que LiAsF6, Licol04, LiCF3So3, LiTFSI. 8. Boîtier d'appareil électronique conforme à la revendication 6, caractérisé en ce qu'unie des feuilles formant électrode est constituée d'un composite à base de polymère et d'un composé choisi dans le groupe NiS2, NiPS3, FePS3, V6012, V205, MnO2, (Bi2O3, PbO),NiO(OH), PbO2, Co3O4, LiCoO2. 9. Boîtier d'appareil électronique conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que, la paroi est constituée d'un sandwich de matière plastique dure entourant un matériau stratifié tel que défini plus haut.