Brevet FR2732512A1 — publié le 19961004

La présente invention conceme un dispositif interne de protection thermique de sources d'énergie, notamment de sources d'énergie au lithium en milieu pollué ou corrosif Un domaine de la présente invention concerne les sources d'énergie lithium, notamment les piles cylindriques de type R14 ou R20. Les applications de ce type de sources d'énergie sont multiples, aussi bien dans les applications civiles que militaires. Elles permettent de réaliser des générateurs, souvent miniaturisés, à haute performance énergétique. Une pile au lithium est généralement constituée d'un réservoir étanche et résistant à la corrosion, siège d'une réaction chimique entre deux électrodes : une anode et une cathode toutes deux réalisées dans un matériau déterminé, le tout baignant dans un électrolyte. Chaque extrémité de la pile est fermée par un pôle respectivement négatif et positif. La réaction chimique créatrice d'un mouvement d'anions et de cations permet de générer un courant par un circuit de décharge interne à la pile dans le cas d'une source primaire (pile non rechargeable). Cette réaction est activée, dans le cas d'une source secondaire, (pile rechargeable), par un courant utilisant un circuit de charge souvent confondu avec le circuit de décharge.Un des inconvénients des piles au lithium est de nécessiter un certain nombre de précautions en raison de la grande réactivité chimique du métal alcalin (lithium) utilisé comme anode. Une des caractéristiques du lithium est qu'en fin de vie de l'élément au lithium de la pile, il y a une augmentation interne de la température qui conduit à un dégazage pour une utilisation à température élevée ; le dégazage étant un phénomène se manifestant sous la forme d'un dégagement gazeux issu de la dégradation des éléments internes de la pile soumis à une forte température ou à un fort courant de charge dans le cas d'une pile rechargeable. Ce dégazage provoque une surpression à l'intérieur du réservoir pouvant atteindre une vingtaine de bars. Cette surpression entraîne une déformation importante de la pile voire l'explosion de celleci. Pour pallier cet inconvénient, il est prévu généralement par les constructeurs de piles, une sécurité faisant office de "soupape" permettant en cas de surpression de laisser échapper le gaz à l'extérieur de la pile. Cette sécurité irréversible est un ultime recours avant destruction de la pile. Cependant, le dégagement gazeux dû à la décomposition de l'élément lithium, corrosif, risque non seulement d'affecter l'équipement proche de la pile mais présente également un danger pour l'utilisateur. L'invention a pour but de pallier cet inconvénient. A cet effet, un dispositif de sécurité supplémentaire selon l'invention, est disposé à l'intérieur de la pile pour conserver un encombrement minimal de la source d'énergie sans modification importante de celleci. Le dispositif selon l'invention interrompt le circuit de chargeldécharge de la pile au-delà d'une température déterminée atteinte à l'intérieur de la pile avant dégazage. L'invention a donc pour objet un dispositif interne de protection thermique de sources d'énergie, notamment de sources d'énergie au lithium, en milieu corrosif ou pollué, caractérisé en ce qu'il comporte un godet en matériau isolant, étanche et résistant au milieu extérieur corrosif ou pollué, disposé en coupure sur le circuit de chargeldécharge interne de la source d'énergie, et renfermant un élément fusible dont le point de fusion, inférieur à celui du godet, est déterminé pour être inférieur à une température maximale déterminée atteinte à l'intérieur de la source d'énergie au lithium la liaison mécanique et électrique de l'élément fusible étant assurée durant son état solide à une première extrémité, par une zone conductrice du godet, résistante au milieu corrosif et pollué et de point de fusion supérieur à l'élément fusible, et à une deuxième extrémité par l'élément fusible luimême, cette liaison étant rompue quand l'élément fusible a atteint l'état liquide. Un des avantages de la présente invention est de garantir une sécurité totale pour l'utilisateur, la pile étant coupée avant dégradation due à la suppression sans augmenter pour cela le volume total de la source d'énergie. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit faite en regard des figures annexées qui représentent: - les figures 1a et I b, un mode de réalisation d'un dispositif de protection selon l'invention respectivement en vue de face coupée selon l'axe de coupe A-A et en vue de dessus, et - la figure 2, une pile incorporant un dispositif de protection selon l'invention. Dans le mode de réalisation illustré par les figures la et I b, le dispositif selon l'invention utilise une bille en alliage 1 ayant un point de fusion correspondant à la température de passage de l'état solide à l'état liquide, à une température relativement basse entre 80" et Il 00C environ. Un alliage à base de plomb, d'étain et de bismuth selon les pourcentages suivants peut être utilisé pour réaliser la bille 1: -32% de plomb, - 15,5% d'étain, -52,5% de bismuth. La bille 1 est disposée au centre d'un godet 2 en matériau isolant électrique, étanche et résistant au milieu extérieur corrosif ou pollué, par exemple réalisé en téflon. Le godet 2, par exemple, de forme cylindrique, comporte une couronne extérieure 3 et une couronne intérieure 4. Ces deux couronnes 3 et 4 sont concentriques et solidaires du fond 5 du godet 2. La couronne extérieure 3 forme la paroi latérale du godet 2. Elle est pleine et permet d'isoler le dispositif de protection du milieu extérieur. La couronne intérieure 4 incomplète permet de maintenir la bille 1 centrée dans le godet 2. Le fond 5 du godet 2 comporte en son centre une zone 6, noircie sur la figure 1a, conducteur électrique et résistant au milieu corrosif ou pollué, en contact avec une première extrémité de la bille 1. Le godet 2 est disposé en coupure sur le circuit de chargeldécharge interne de la pile non représenté. La liaison mécanique et électrique entre le godet 2 et le circuit de chargeldécharge étant assurée d'une part à une première extrémité par la zone conductrice 6 du fond 5 du godet 2 et d'autre part par la deuxième extrémité de la bille 1. La couronne intérieure 4 incomplète permet également l'écoulement de l'alliage en fusion et une répartition de celui dans un espace 7 formé entre la couronne extérieure 3 et la couronne intérieure 4. Cet espace 7 est déterminé pour former un volume déterminé destiné à contenir l'alliage après fusion et permettant de rompre la liaison électrique assurée par la bille 1 dans son état solide, et ce quelle que soit la position du dispositif dans l'espace. La nature de l'alliage et son point de fusion sont déterminés en tenant compte de la conductivité du matériau de façon à minimiser la puissance dissipée, et de la conductivité thermique. La figure 2 illustre une vue en coupe d'une pile du type R20 par exemple, dont seuls les principaux éléments sont repérés, comportant un dispositif de protection thermique 1, 2 selon l'invention. La pile comporte un réservoir 8 étanche et résistant au milieu corrosif et pollué, de forme cylindrique. Le réservoir 8 contient un bloc d'électrodes 9 plongées dans un électrolyte 10. Une première extrémité de la pile correspondant au fond du réservoir 8 est couplée à une borne négative il. Une deuxième extrémité est fermée par un dispositif de fermeture étanche 12 comportant entre autres une soupape de sécurité 13 permettant l'échappement du gaz en cas de surpression interne. L'extrémité extérieure du dispositif de fermeture 12 constitue la borne positive 14 de la pile. La borne positive 14 est couplée en interne à une tige 15, conducteur électrique, séparée en deux parties par le dispositif de protection 1, 2 selon l'invention.La première partie 151 est couplée par une première extrémité à la borne positive 14 et elle est maintenue par une deuxième extrémité par une plaque d'isolation 16 fermant également de façon étanche la partie ouverte du godet 2 du dispositif selon l'invention. Cette deuxième extrémité est en contact avec une première extrémité de la bille 1. La deuxième partie 152 de la tige 15 est couplée par une première extrémité à la zone conductrice 6 du fond 5 du godet 2 et par une deuxième extrémité au bloc d'électrodes 9 par l'intermédiaire d'un fil conducteur 16. L'anode est en lithium, la cathode est par exemple en chlorure de thionyle et l'électrolyte est par exemple une solution de perchlorate de lithium dans du dioxalane. La présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation détaillé dans la description. La forme du godet 2 devra permettre l'écoulement de l'alliage lors de la fusion de telle façon qu'il y ait dans tous les cas ouverture du circuit de chargeldécharge interne de la pile. D'autre part, la zone conductrice 6 du fond 5 du godet 2 peut être directement reliée au bloc d'électrodes 9 par le fil conducteur 16. REVENDICATIONS 1. Dispositif interne de protection thermique de sources d'énergie, notamment de sources d'énergie au lithium, en milieu corrosif ou pollué, caractérisé en ce qu'il comporte un godet (2) en matériau isolant, étanche et résistant au milieu extérieur corrosif ou pollué, disposé en coupure sur le circuit de chargeldécharge interne de la source d'énergie, et renfermant un élément fusible (1) dont le point de fusion, inférieur à celui du godet (2), est déterminé pour être inférieur à une température maximale déterminée atteinte à l'intérieur de la source d'énergie au lithium, la liaison mécanique et électrique de l'élément fusible (1) étant assurée durant son état solide à une première extrémité, par une zone conductrice (6) du godet (2), résistante au milieu corrosif et pollué et de point de fusion supérieur à l'élément fusible (1), et à une deuxième extrémité par l'élément fusible (1) lui-même, cette liaison étant rompue quand l'élément fusible (1) a atteint l'état liquide. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le godet (2) de forme cylindrique comporte une couronne extérieure (3) et une couronne intérieure (4) concentriques solidaires du fond (5) du godet (2), la couronne extérieure (3) formant la paroi latérale du godet (2) étant pleine et permettant d'isoler le dispositif du milieu externe et la couronne interieure (4) incomplète comportant un diamètre interne déterminé pour maintenir une bille (1) ayant un point de fusion déterminé, centré dans le godet (2), le fond (5) du godet (2) comportant une zone (6), conducteur électrique et résistant au milieu corrosif et pollué, en contact avec la première extrémité de la bille (1), un espace (7) formé entre les deux couronnes (3 et 4) étant déterminé pour contenir l'alliage constituant la bille (1) après fusion de celle-ci. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'alliage constituant la bille (1) comporte 32% de plomb, 15,5% d'étain et 52,5% de bismuth pour obtenir un point de fusion compris entre 80" et 110 environ. 4. Source d'énergie au lithium caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3.