Brevet FR2696280A1 — publié le 19940401

"Batterie multicellulaire cylindrique compacte" ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION 1 Domaine de l'invention. L'invention concerne les batteries en général et, plus particulièrement, mais non à titre limitatif une nouvelle batterie qui est compacte, légère en poids, qui présente une puissance élevée par unité de volume et qui s'utilise surtout comme batterie à eau de mer. 2 Arrière-plan de la technique. Les batteries à eau de mer constituent cette classe de batteries utilisant de comme électrolyte l'eau de mer dans laquelle elles sont utilisées De telles batteries s'utilisent dans un grand nombre d'applications sous-marines, telles que dans des bouées sonores. Le plus souvent les batteries à eau de mer conventionnelles sont de forme rectiligne et présentent des plaques et des barrières rectangulaires, les plans des plaques et des barrières étant verticaux Cette configuration est désavantageuse du fait que les batteries à eau: de mer s'utilisent typiquement dans des structures cylindriques, particulièrement dans des dispositifs militaires utilisés dans les océans, et que la forme rectiligne est volumétriquement inefficace. C'est pourquoi l'invention vise principalement à fournir une batterie à eau de mer volumétriquement efficace. L'invention vise encore à fournir une telle batterie à eau de mer dont la fabrication est économique et facile. En outre l'invention vise à fournir une telle batterie qui limite efficacement les courants de fuite entre les cellules ce qui augmente les performances de la batterie. D'autres buts de l'invention ainsi que des caractéristiques particulières, des éléments et des avantages seront éclaircis dans, ou paraîtront de la description suivante et des dessins annexés. RESUME DE L'INVENTION Les buts de l'invention mentionnés plus haut sont atteints, entre autres, du fait qu'on fournit dans un mode de réalisation avantageux une batterie comportant: une multiplicité de cellules de batterie connectées en série et enroulées de manière à présenter une forme cylindrique Chacune desdites cellules de batterie comporte une mince anode rectangulaire flexible étroitement rapprochée d'une mince cathode flexible. Ladite multiplicité de cellules de batterie connectées en série est disposée sur une feuille de support flexible enroulée de façon serrée de manière à présenter ladite forme cylindrique. DESCRIPTION SOMMAIRE DES DESSINS On comprendra plus facilement l'invention et ses différents aspects en se référant aux dessins annexés présentés seulement pour des buts d'illustration et non pour définir le domaine d'application de l'invention, sur lesquels: les figures 1 et 2 sont des vues de côté en élévation de l'arrière respectivement de la surface active d'une anode conçue pour une batterie à eau de mer conforme à l'invention, les figures 3 et 4 sont des vues de côté en élévation de l'arrière respectivement de la surface active d'une cathode conçue pour une batterie à eau de mer conforme a l'invention, la figure 5 est une vue de dessus de l'agencement pour joindre des cellules contiguës d'une batterie à eau de mer fabriquée conformément à l'invention, la figure 6 est une vue de côté en élévation de l'agencement de cellules jointes de la batterie à eau de mer précédant l'étape de fabrication finale, la figure 7 est une vue de dessus, partiellement écorchée, de la batterie à eau de mer, la figure 8 est une vue en perspective de la batterie à eau de mer illustrant la forme de la batterie assemblée contenant les cellules qui ne sont pas illustrées sur la figure. DESCRIPTION DETAILLEE DES MODES DE REALISATION PREFERES On se référera aux figures sur lesquelles des éléments similaires ou identiques ont toujours les mêmes numéros de référence sur toutes les figures; des numéros de figure placés entre parenthèses renvoient le lecteur à la vue (aux vues) sur laquelle (lesquelles) on peut distinguer le mieux l'élément (les éléments) décrit(s) bien qu'on puisse voir l'élément (les éléments) également sur d'autres vues. Les figures 1 et 2 illustrent une anode, généralement indiquée par le numéro de référence 10, conçue pour une batterie à eau de mer conforme à l'invention. L'anode 10 comporte une mince plaque d'anode 12 habituellement réalisée à partir d'un alliage de magnésium AZ 61 ou AZ 31 ou à partir d'autres alliages convenables renfermant du zinc ou de l'aluminium Une bande de feuille conductrice 14, avantageusement en argent ou en cuivre, est soudée à l'arrière de la plaque d'anode 12 suivant ses bords Un ruban 16 est attaché aux bords de l'anode 10 de manière à sceller la feuille 14 complètement à la plaque d'anode 12 afin d'éviter une pénétration d'électrolyte entre la feuille et la plaque d'anode Avantageusement le ruban 16 est en téréphtalate de polyéthylène comportant une colle acrylique La bande de feuille conductrice 14 sert à y attacher la couche conductrice 22 pour joindre des cellules contiguës 40 comme illustré sur les figures 5 et 6. Les figures 3 et 4 illustrent une cathode 20 qui est une mince plaque flexible réalisée à partir d'un dépolariseur convenable quelconque, tel que le chlorure d'argent, le chlorure de plomb, l'iodure de cuivre, le thiocyanate de cuivre ou le chlorure cuivreux On préfère le chlorure d'argent du fait de sa densité élevée, de sa flexibilités convenable et de son potentiel hémicellule élevé Si le coût constitue un facteur très important, on peut choisir parmi la diversité de cathodes non en argent, à condition que l'électrode soit mince et flexible Soudée à l'arrière de la cathode 20 est une couche conductrice 22 avantageusement en argent ou en cuivre s'étendant à partir d'un de ses bords vers l'extérieur. Sur la figure 3 la ligne verticale en traits interrompus représente le bord droit de la cathode 20 située sous la couche conductrice 22 s'étendant à partir du bord droit de la cathode vers l'extérieur, la figure illustrant l'arrière de la cathode. Sur la figure 4, la ligne verticale en traits interrompus représente le bord droit de la couche conductrice 22, la figure illustrant l'avant de la cathode. Une matrice séparatrice 30 est disposée sur toute la surface de la cathode pour fournir une séparation entre la cathode et l'anode 10 (figures 1 et 2) lors de l'assemblage d'une cellule de batterie On peut utiliser tout type de matériau séparateur, tel que des perles de verre couvertes sur place d'une couche de résine époxy mais il est important que les éléments séparateurs présentent un diamètre et une hauteur faibles pour ne pas augmenter de façon indésirable l'épaisseur des cellules ou couvrir des zones excessives de la surface active à l'intérieur de la cellule Il est également important que dans le sens horizontal les éléments de la matrice séparatrice soient disposés de façon suffisamment serrée sans que la cathode 20 et l'anode ne se touchent lors de l'assemblage subséquent d'une batterie D'une autre manière, la matrice séparatrice 30 peut être disposée sur l'anode 10. En se référant à la figure 5, on voit deux cellules de batterie chacune en général indiquée par le numéro de référence 40 et chacune comportant une anode 10 et une cathode 20, leurs surfaces actives étant disposées l'une en face de l'autre et séparées par la matrice séparatrice 30 (figure 4) Chaque cellule 40 est maintenue par un ruban 44 disposée suivant ses bords, ledit ruban contribuant à sceller les cellules afin de réduire au minimum les courants de fuite Avantageusement le ruban est en téréphtalate de polyéthylène comportant une colle acrylique Une colle flexible est mis en place suivant le sommet et le fond de chaque cellule 40 pour réduire au minimum des courants de fuite intercellulaires, des ouvertures 56 étant définies dans la colle prévue au sommet et au fond de chaque cellule pour permettre un flux d'électrolyte dans la structure de cellule La colle 50 peut être de la résine époxyde ou du mastic flexibles, mais on préfère un matériau de caoutchouc au silicium RTV (abréviation en langue anglaise de "rôom température vulcanizing" = vulcanisant à la température ambiante) La matrice séparatrice n'est pas illustrée sur la figure 5 du fait que l'extrémité de la matrice séparatrice est largement recouverte par la colle 50 Les cellules 40 sont attachées l'une à l'autre en soudant ou en brasant la couche conductrice 22 s'étendant à partir de la cathode 20 d'une cellule à l'anode 10 d'une cellule contiguë. Cette méthode de connecter les cellules 40 en série est continuée jusqu'à ce que toutes les cellules soient connectées. En se référant à la figure 6, une série de cellules 40 jointes comme représenté sur la figure 5, est centrée sur une feuille de support 60 dont la longueur et la largeur doivent être supérieures à celles de la série de cellules La figure 6 n'illustre que quatre cellules 40; dans la pratique il est en général question d'un nombre beaucoup plus élevé Le matériau utilisé pour la feuille de support 60 peut être le polypropylène, le polyéthylène, le polystyrène ou un autre matériau similaire, cependant on a constaté qu'une couche de téréphtalate de polyéthylène ayant une épaisseur de 2,5 mm présente des caractéristiques de manipulation supérieures dans cette application Des encoches 66 sont réalisées par brûlage, par découpage ou par perçage dans la feuille de support 60 au-dessus et au-dessous des cellules alternantes 40 Les encoches 66 servent au flux d'électrolyte et de dispositif limitant le courant de fuite et doivent être suffisamment larges pour permettre le flux d'électrolyte désiré, mais pas assez larges pour permettre un courant de fuite excessif Les cellules terminales 40 comportent des pattes conductrices 69 pour la connexion de bornes de batterie positive et négative. Les figures 7 et 8 illustrent une batterie à eau de mer généralement indiquée par le numéro de référence 70 dans son état assemblé final On voit que l'une des extrémités de la feuille de support 60 a été enroulé sur elle-même de façon serrée de sorte qu'une série de cellules 40 jointes comme représenté sur les figures 5 et 6, est enroulée hélicoidalement de manière à présenter une forme cylindrique Dans la batterie est percée une ouverture centrale 72 dont la circonférence doit être supérieure à la largeur d'une cellule 40 Les surfaces supérieure et inférieure d'une batterie 70 sont scellées avec un composé d'enrobage, tel qu'une résine époxyde structurelle à durcissage rapide ou une colle à fusion à température basse, le composé d'enrobage étant un autre dispositif limitant le du courant de fuite L'épaisseur du composé 74 doit être telle qu'il ne pénètre pas dans les encoches 66 Le ruban 80 (figure 8) fixe la feuille de support enroulée 60. Ainsi, il sera clair que les buts mentionnés plus haut parmi ceux expliqués dans ou paraissant de la précédente description sont atteints de façon efficace, étant donné que certaines modifications peuvent être apportées à la construction mentionnée plus haut sans sortir du cadre de l'invention; le but est que tout ce qui est contenu dans la description mentionnée plus haut ou tout ce qui est illustré sur les figures annexées n'est interprété à titre d'illustration et non à titre de limitation. REVENDICATIONS: 1 Batterie comportant une multiplicité de cellules de batterie connectées en série et enroulées de manière à présenter une forme cylindrique. 2 Batterie selon la revendication 1, dans laquelle chacune desdites cellules de batterie comporte une mince anode rectangulaire flexible étroitement rapprochée d'une mince cathode flexible. 3 Batterie selon la revendication 2, dans laquelle (a) ladite anode comporte une bande de feuille conductrice attachée à ladite anode; (b) ladite cathode présente une bande conductrice s'étendant à partir d'un de ses bords vers l'extérieur, et (c) lesdites cellules sont jointes en connectant ladite bande conductrice d'une cellule à ladite bande de feuille conductrice d'une cellule contiguê. 4 Batterie selon la revendication 2, dans laquelle (a) les bords latéraux de chacune desdites cellules sont scellés avec un ruban, ledit ruban maintenant en place ladite anode et ladite cathode; (b) les bords supérieur et inférieur de chacune desdites cellules sont scellés avec une colle; et (c) ladite colle présente dans lesdits bords supérieur et inférieur des ouvertures y aménagées pour permettre le passage d'électrolyte. Batterie selon la revendication 1, dans laquelle ladite multiplicité de cellules de batterie montées en série est disposée sur une feuille de support flexible - enroulée de façon serrée de manière à présenter ladite forme cylindrique. 6 Batterie selon la revendication 5, comportant en outre des ouvertures percées dans les bords supérieur et inférieur de ladite feuille de support pour permettre le passage d'électrolyte. 7 Batterie selon la revendication 1, dans laquelle les surfaces supérieure et inférieure de ladite forme cylindrique sont scellées avec un composé d'enrobage. 8 Batterie selon la revendication 1, comportant en outre une ouverture cylindrique percée de façon coaxiale dans ladite forme cylindrique pour permettre le passage d'électrolyte.