Brevet FR2683095A1 — publié le 19930430

APPAREIL DESTINE A RELIER ELECTRIQUEMENT DES MODULES D'ELEMENTS D'UNE BATTERIE A OXYDE METALLIQUE- HYDROGENE Les batteries à oxyde métallique-hydrogène, telles que les batteries à oxyde de nickel-hydrogène, ont trouvé une utilisation comme batteries de démarrage d'avion et dans des applications aérospatiales du fait qu'elles sont rechargeables, ont une durée de vie extrêmement longue, et fournissent une sortie uniforme pendant la totalité du cycle de décharge. Dans une batterie à oxyde de nickel-hydrogène typique, les éléments de batterie sont scellés dans un réceptacle extérieur sous pression qui contient du gaz hydrogène sous pression Lors de la décharge de la batterie, le gaz hydrogène diffuse à travers l'électrolyte entourant les surfaces de catalyseur des plaques négatives et devient dissocié sous la forme monoatomique L'hydrogène monoatomique est ionisé et se combine avec des ions hydroxyles afin de former de l'eau, avec libération d'un électron pendant le processus de formation de chaque ion hydrogène De plus, les ions hydroxyles sont formés au niveau de l'électrode positive par la réaction de l'eau avec l'oxygène disponible de l'oxyde de nickel Comme résultat des ces réactions, un courant d'électrons est produit dans le circuit extérieur. Lors de la recharge, la réaction est inversée, la recharge étant caractérisée par la régénération de l'hydrogène au niveau de l'électrode négative et la réoxydation de l'hydroxyde de nickel au niveau de l'électrode positive. Une solution aqueuse d'hydroxyde de potassium est couramment utilisée comme électrolyte dans une batterie à oxyde métallique-hydrogène Du fait de la forte mouillabilité de l'hydroxyde de potassium, il faut prendre soin d'empêcher une migration capillaire de l'hydroxyde de potassium de l'élément et un pontage possible entre des modules d'éléments qui pourrait provoquer un court-circuit Afin de retenir l'électrolyte dans les modules d'éléments, il a été proposé de sceller chaque module d'éléments dans une poche en matière plastique souple qui est imperméable à l'écoulement d'électrolyte liquide La poche est pourvue d'un orifice de mise à l'air libre qui est perméable à l'écoulement de gaz et qui est imperméable à l'écoulement de l'électrolyte liquide Avec cette construction, on a besoin d'un mécanisme destiné à relier électriquement les bornes positives et négatives des modules d'éléments sans détruire les caractéristiques de scellement hermétique des poches. Plus particulièrement, l'invention concerne un mécanisme destiné à relier électriquement des modules d'éléments d'une batterie à oxyde métallique- hydrogène, caractérisé en ce que ladite batterie comprend un réceptacle extérieur sous pression contenant au moins un module d'éléments, ledit module d'éléments comportant une borne positive et une borne négative et contenant un électrolyte liquide, une enveloppe scellée constituée par une matière électriquement isolante renfermant ledit module d'éléments et ayant une paire d'ouvertures alignées, des moyens de mise à l'air libre disposés dans l'enveloppe, un tirant isolant s'étendant à travers lesdites ouvertures, une paire de conducteurs électriques annulaires associés audit module d'éléments, lesdits conducteurs étant disposés autour dudit tirant isolant et disposés en relation électriquement isolante l'un par rapport à l'autre, un desdits conducteurs s'étendant à travers une desdites ouvertures et étant relié à la borne positive du module d'éléments et l'autre conducteur s'étendant à travers l'autre ouverture et étant relié à la borne négative de l'élément respectif, et des moyens de rappel destinés à pousser les parties de ladite enveloppe bordant les ouvertures en relation d'étanchéité avec le conducteur respectif. L'invention concerne également un mécanisme destiné à relier des modules d'éléments d'une batterie à oxyde métallique-hydrogène, caractérisé en ce que ladite batterie comprend un réceptacle extérieur sous pression et contenant plusieurs modules d'éléments, chaque module d'éléments ayant une électrode positive et une électrode négative et contenant un électrolyte liquide, une poche scellée souple disposée autour de chaque module d'éléments, des moyens de mise à l'air libre dans chaque poche, chaque poche ayant une paire d'ouvertures alignées, une paire de conducteurs associés à chaque module d'éléments, des moyens de raccordement destinés à relier l'électrode positive à l'un desdits conducteurs et destinés à relier l'électrode négative à l'autre conducteur, chaque conducteur comprenant une section tubulaire s'étendant à travers une ouverture de ladite poche et une section radiale s'étendant radialement vers l'extérieur depuis la section tubulaire et disposée dans la poche, des moyens d'isolation destinés à isoler électriquement la section radiale d'un conducteur de ladite paire de la section radiale de l'autre conducteur de ladite paire, la section tubulaire de chaque conducteur étant en contact électrique avec une section tubulaire d'un conducteur d'une paire adjacente, un tirant isolant s'étendant à travers les sections tubulaires desdits conducteurs, et des moyens de rappel disposés à l'extérieur de ladite poche et destinés à pousser les parties de chaque poche bordant les ouvertures respectives en engagement d'étanchéité avec les sections radiales respectives des conducteurs. Ainsi, l'invention se rapporte à un appareil destiné à relier électriquement des modules d'éléments d'une batterie à oxyde métalliquehydrogène qui sont contenus dans des enveloppes électriquement isolantes scellées, telles que des poches en matière plastique souple La batterie comporte un réceptacle extérieur sous pression contenant plusieurs modules d'éléments qui sont disposés en relation empilés côte- à-côte, chacun ayant au moins une électrode positive et au moins une électrode négative et contenant un électrolyte liquide tel que de l'hydroxyde de potassium Chaque module d'éléments est enfermé dans une poche scellée souple, de préférence réalisée en film thermoplastique, qui est imperméable à l'écoulement de l'électrolyte liquide. Afin de permettre l'écoulement de gaz dans et hors de la poche, chaque poche est pourvue d'un orifice de mise à l'air libre qui est perméable à l'écoulement de gaz mais imperméable à l'écoulement d'électrolyte liquide. Une paire de conducteurs électriques annulaires est associée à chaque module d'éléments et chaque conducteur comprend une partie de manchon cylindrique qui s'étend à travers un trou dans la poche ou l'enveloppe Les conducteurs de chaque module d'éléments sont électriquement isolés l'un de l'autre et un des conducteurs est relié aux bornes positives du module d'éléments alors que l'autre conducteur est relié aux bornes négatives. Un tirant isolant s'étend à travers les conducteurs électriques des différents modules d'éléments et le conducteur positif de chaque module d'éléments est en contact de butée électrique avec le conducteur négatif du module d'éléments adjacent. Afin d'assurer une étanchéité entre la poche et le rebord du conducteur respectif, une série d'éléments élastiques, tels que des rondelles Belleville, est disposée autour des parties de manchon des conducteurs et lorsque l'ensemble est comprimé axialement sur le tirant, la force des rondelles Belleville pousse la partie de chaque poche entourant le trou en relation étanche avec le rebord du conducteur respectif. Les rondelles Belleville, lorsqu'elles sont comprimées, créent une zone de contact annulaire autour du tirant entre la poche et le conducteur de façon à rendre étanche les trous dans la poche et empêcher la migration possible de l'électrolyte à partir de la poche rendue étanche La migration de l'électrolyte peut provoquer le séchage de l'élément ou provoquer des courants de court-circuit entre les modules d'éléments et une défaillance prématurée possible de la batterie. D'autres buts et avantages apparaîtront au cours de la description suivante. Les dessins illustrent ce qui est considéré comme le meilleur mode de réalisation de l'invention. Sur les dessins: La figure 1 est une vue en perspective avec des parties arrachées d'une la batterie à oxyde métallique-hydrogène incorporant l'appareil de l'invention; La figure 2 est une coupe longitudinale de la batterie représentant l'appareil destiné à relier électriquement les modules d'éléments; et La figure 3 est une vue de dessus partielle de la structure représentée sur la figure 2. La figure 1 illustre une batterie à oxyde métallique-hydrogène rechargeable, telle qu'une batterie à oxyde de nickel-hydrogène La batterie 1 se compose d'un réceptacle extérieur sous pression 2 qui renferme un groupe de modules d'éléments 3 qui sont disposés en relation empilés côte-à-côte Bien que les modules d'éléments 3 soient représentés avec une configuration générale cylindrique, on considère que les modules d'éléments peuvent également être de forme semi-cylindrique ou rectangulaire. Le réceptacle sous pression 2 comprend une enveloppe de forme générale cylindrique 4 dont les extrémités ouvertes sont fermées par des calottes en forme de dôme 5 L'enveloppe 4 et les calottes 5 peuvent être constituées par un revêtement métallique intérieur 6 réalisé dans un métal à résistance élevée et à la corrosion, tel que l'alliage connu commercialement sous le nom d'Inconel ou de l'acier inoxydable, et une couche extérieure 7 de matière fibreuse imprégnée d'une résine thermodurcissable peut être enroulée autour du revêtement 6 par des techniques d'enroulement de filament conventionnelles. Chaque module d'éléments 3 est de construction conventionnelle et peut se composer d'une paire d'électrodes positives dos-à-dos qui sont espacées par une couche absorbant l'électrolyte, ainsi que d'une paire d'électrodes négatives Les électrodes négatives sont séparées des électrodes positives adjacentes par des couches de séparation De plus, une grille de diffusion de gaz peut se trouver sur la surface extérieure de chaque électrode négative. Les électrodes positives peuvent être sous la forme de plaques de métal fritté ou planes imprégnées d'hydroxyde de nickel, alors que les électrodes négatives peuvent être sous la forme de grilles métalliques à maille fine ayant un catalyseur, tel que du noir de platine, lié à une surface de la grille par l'intermédiaire d'une matière polymère hydrophobe Un électrolyte liquide, tel qu'une solution d'hydroxyde de potassium, est imprégné dans les couches de séparation fibreuses qui séparent les électrodes La construction spécifique du module d'éléments est conventionnelle et ne constitue pas en elle-même une partie de l'invention. Chaque module d'éléments 3 est contenu dans une enveloppe scellée électriquement isolante telle qu'une poche souple 8, réalisée de préférence en résine thermoplastique La poche 8 est imperméable au passage de l'électrolyte liquide et empêche ainsi l'électrolyte d'un module d'éléments de migrer vers un module d'éléments adjacent et de court-circuiter ainsi les éléments La poche 8 est de préférence d'une structure multicouche constituée par une couche centrale de film en un matériau connu commercialement sous le nom de Nylon enserrée par des couches extérieures de polyéthylène Le film en Nylon apporte la résistance de la poche alors que les couches de polyéthylène aident à sceller à chaud la poche afin de procurer une structure scellée. Afin de permettre l'écoulement du gaz entre les modules d'éléments et l'intérieur du réceptacle sous pression 2, chaque poche 8 est pourvue d'un ou de plusieurs orifices de mise à l'air libre 9 Les orifices de mise à l'air libre 9 sont perméables à l'écoulement de gaz mais imperméables à l'écoulement d'électrolyte liquide de sorte que l'électrolyte ne peut passer par les orifices de mise à l'air libre vers l'extérieur de la poche Les orifices de mise à l'air libre 9 peuvent être réalisés dans une matière connue commercialement sous le nom de Gortex et qui se compose de fibres de la matière connue commercialement sous le nom de Téflon (polytétrafluoréthylène). Selon l'invention, une paire de conducteurs il et 12 est associée à chaque module d'éléments. Chaque conducteur 11 et 12 comprend une partie de manchon cylindrique 13 qui s'étend à travers un trou dans la poche 8 et un rebord 14 qui s'étend radialement par rapport au manchon 13 et se trouve à l'intérieur de l'enveloppe Un balai 15 s'étend radialement depuis le rebord 14 de chaque conducteur 11 et est relié à des pattes 3 a qui s'étendent vers l'extérieur depuis le bord droit ou de corde des électrodes positives de chaque module d'éléments 3 De manière similaire, un balai 15 dépasse du rebord 14 de chaque conducteur 12 et est relié à des pattes 3 b qui s'étendent vers l'extérieur depuis le bord des électrodes négatives des modules d'éléments. Comme cela est mieux représenté sur la figure 3, les rebords 14 des conducteurs 11, 12 de chaque module d'éléments sont isolés l'un par rapport à l'autre par une rondelle intérieure 16 réalisée dans une matière électriquement isolante telle que le Nylon et une rondelle extérieure 17 qui peut être réalisée en céramique Les rondelles en céramique 17, qui sont rigides, empêchent une compression excessive des rondelles en Nylon 16 lorsque le mécanisme complet est comprimé axialement comme cela est décrit ci-après. Un élément élastique, tel qu'un ressort ou une rondelle Belleville 18, est disposé autour de la section de manchon cylindrique 13 de chacun des conducteurs 11, 12 Une extrémité de chaque rondelle 18 porte contre un siège métallique annulaire 19 alors que l'extrémité opposée de chaque rondelle force la partie de la poche 8 qui borde le trou contre le rebord 14 du conducteur respectif Comme cela se voit mieux sur la figure 2, la surface extérieure de chaque rebord 14 peut être pourvue de déformations de surface telles que des dents 20 qui tendent à bloquer mécaniquement la poche 8 contre le rebord. Comme cela est mieux illustré sur la figure 3, un tirant 21 s'étend à travers les ouvertures dans les conducteurs il et 12 Le tirant 21 se compose de préférence d'un noyau métallique et possède un revêtement extérieur isolant réalisé dans une matière telle que le Téflon Avec les conducteurs 11, 12 assemblés sur le tirant, l'extrémité de chaque conducteur positif 11 est en contact électrique avec l'extrémité en butée du conducteur négatif adjacent suivant 12. Des supports de borne positive et négative 24 et 25 sont montés sur les extrémités du tirant 21 et des écrous 26 sont vissés sur les extrémités du tirant, comme cela est représenté sur la figure 3 Une rondelle isolante 27 sépare les supports 24, 25, le tirant 21 et les écrous 26. Lorsque les écrous 26 sont vissés sur le tirant 21, les rondelles Belleville 18 sont comprimées de façon à créer une zone de contact annulaire autour de chaque trou dans la poche 8 afin de sceller la poche sur le rebord 14 du conducteur respective 11 et 12. Avec cet agencement d'étanchéité, la migration de l'électrolyte par les trous dans la poche est éliminée, empêchant ainsi les modules d'éléments de sécher et éliminant également la possibilité d'un développement de courants de court-circuit qui pourrait entraîner une défaillance prématurée de la batterie. REVENDICATIONS 1 Mécanisme destiné à relier électriquement des modules d'éléments d'une batterie à oxyde métallique-hydrogène, caractérisé en ce que ladite batterie ( 1) comprend un réceptacle extérieur sous pression ( 2) contenant au moins un module d'éléments ( 3), ledit module d'éléments ( 3) comportant une borne positive et une borne négative et contenant un électrolyte liquide, une enveloppe scellée ( 8) constituée par une matière électriquement isolante renfermant ledit module d'éléments ( 3) et ayant une paire d'ouvertures alignées, des moyens de mise à l'air libre ( 9) disposés dans l'enveloppe ( 8), un tirant isolant ( 21) s'étendant à travers lesdites ouvertures, une paire de conducteurs électriques annulaires ( 11, 12) associés audit module d'éléments ( 3), lesdits conducteurs ( 11, 12) étant disposés autour dudit tirant isolant ( 21) et disposés en relation électriquement isolante l'un par rapport à l'autre, un desdits conducteurs ( 11, 12) s'étendant à travers une desdites ouvertures et étant relié à la borne positive du module d'éléments ( 3) et l'autre conducteur s'étendant à travers l'autre ouverture et étant relié à la borne négative de l'élément respectif, et des moyens de rappel destinés à pousser les parties de ladite enveloppe bordant les ouvertures en relation d'étanchéité avec le conducteur respectif. 2 Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de rappel comportent plusieurs ressorts ( 18), chaque ressort ( 18) poussant lesdites parties de l'enveloppe ( 8) en engagement d'étanchéité avec le conducteur respectif. 3 Mécanisme selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque ressort ( 18) est de forme annulaire et est disposé autour dudit tirant ( 21). il 4 Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque conducteur ( 11, 12) comporte une section tubulaire ( 13) disposée autour dudit tirant ( 21) et une partie de rebord ( 14) disposée dans l'enveloppe ( 8) et s'étendant radialement depuis ladite partie tubulaire ( 13), lesdites parties de rebord ( 14) étant reliées aux bornes respectives dudit module d'éléments ( 3). Mécanisme selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs sièges de ressorts ( 19) disposés autour dudit tirant ( 21), chaque ressort Belleville ( 18) étant interposé entre un siège ( 19) et la partie d'une poche ( 8) bordant une desdites ouvertures. 6 Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une paire d'éléments d'extrémité disposés sur les extrémités respectives du tirant ( 21), et des moyens destinés à déplacer les éléments d'extrémité en direction l'un de l'autre afin de comprimer lesdits moyens de rappel. 7 Mécanisme selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits moyens destinés à déplacer les éléments d'extrémité comportent au moins un filet sur au moins une des extrémités dudit tirant ( 21), et un écrou ( 26) engagé avec ledit filet et disposé en engagement avec l'élément d'extrémité respectif. 8 Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'espacement isolants ( 16, 17) disposés sur ledit tirant ( 21) afin de séparer les conducteurs ( 11, 12). 9 Mécanisme destiné à relier des modules d'éléments d'une batterie à oxyde métallique- hydrogène, caractérisé en ce que ladite batterie ( 1) comprend un réceptacle extérieur sous pression ( 2) et contenant plusieurs modules d'éléments ( 3), chaque module d'éléments ( 3) ayant une électrode positive et une électrode négative et contenant un électrolyte liquide, une poche scellée souple ( 8) disposée autour de chaque module d'éléments ( 3), des moyens de mise à l'air libre ( 9) dans chaque poche ( 8), chaque poche ( 8) ayant une paire d'ouvertures alignées, une paire de conducteurs ( 11, 12) associés à chaque module d'éléments ( 3 >, des moyens de raccordement destinés à relier l'électrode positive à l'un desdits conducteurs ( 11, 12) et destinés à relier l'électrode négative à l'autre conducteur, chaque conducteur comprenant une section tubulaire ( 13) s'étendant à travers une ouverture de ladite poche ( 8) et une section radiale ( 14) s'étendant radialement vers l'extérieur depuis la section tubulaire ( 13) et disposée dans la poche ( 8), des moyens d'isolation destinés à isoler électriquement la section radiale ( 14) d'un conducteur de ladite paire de la section radiale de l'autre conducteur de ladite paire, la section tubulaire ( 13) de chaque conducteur étant en contact électrique avec une section tubulaire ( 13) d'un conducteur d'une paire adjacente, un tirant ( 21) isolant s'étendant à travers les sections tubulaires desdits conducteurs ( 11, 12), et des moyens de rappel disposés à l'extérieur de ladite poche ( 8) et destinés à pousser les parties de chaque poche ( 8) bordant les ouvertures respectives en engagement d'étanchéité avec les sections radiales ( 14) respectives des conducteurs ( 11, 12). Mécanisme selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdits moyens de rappel comportent plusieurs ressorts Belleville ( 18), chaque ressort ( 18) étant disposé autour d'une section tubulaire ( 13) d'un conducteur et disposé en engagement avec ladite partie d'une poche ( 8). 11 Mécanisme selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs sièges de ressort annulaires ( 19), chaque siège de ressort ( 19) étant disposé autour du tirant ( 21), chaque ressort ( 18) étant interposé entre un siège ( 19) et ladite partie d'une poche ( 8). 12 Mécanisme selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend une paire d'éléments d'extrémité disposés sur les extrémités dudit tirant ( 21), et des moyens destinés à déplacer les éléments d'extrémité en direction l'un de l'autre afin de comprimer lesdits moyens de rappel. 13 Mécanisme selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend une première patte ( 3 a) dépassant de chaque électrode positive, et une deuxième patte ( 3 b) dépassant de chaque électrode négative, lesdits moyens de raccordement reliant lesdites première et deuxième pattes ( 3 a, 3 b) aux conducteurs ( 11, 12) respectifs. 14 Mécanisme selon la revendication 13, caractérisé en ce que chaque électrode possède un bord rectiligne, lesdites pattes ( 3 a, 3 b) dépassant desdits bords rectilignes. Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite enveloppe ( 8) est une poche en matière plastique souple.