Brevet FR2737940A1 — publié le 19970221

) Batterie d'éléments accumulateurs électriques à haute température La présente invention concerne une batterie d'éléments accumulateurs électriques à haute température. Selon l'invention, on propose une batterie d'éléments accumulateurs électriques à haute température, caractérisée en ce qu'elle comprend: un carter de batterie définissant une cavité de stockage25 d'éléments accumulateurs; une pluralité d'éléments accumulateurs électrochimiques non aqueux à haute température à l'intérieur de la cavité de stockage; une base au-dessous des éléments accumulateurs; et30 un réservoir pour des réactifs échappés d'éléments accumulateurs dans ou au- dessous de la base, avec au moins une ouverture d'accès dans la base à travers laquelle des réactifs s'échappant accidentellement des éléments accumulateurs peuvent entrer dans le réservoir.15 Bien que le carter de batterie puisse être, au moins en principe, de toute forme ou construction souhaitée, il est normalement carré ou rectangulaire, vu en plan, et de structure lamellaire. Il peut ainsi, inclure un bac de batterie interne formant la cavité de stockage d'éléments accumulateurs et comprenant un panneau de fond, une paire de panneaux d'extrémité et une paire de panneaux latéraux, les panneaux latéraux et d'extrémité étant disposés à la périphérie du panneau de fond et en faisant saillie vers le haut; et une pluralité de couches sur et autour du bac de batterie interne et scellant ledit bac de batterie interne, ces couches définissant un bac de batterie externe à l'intérieur duquel est logé le bac de batterie interne, le bac de batterie externe ayant des panneaux de fond, d'extrémité et de côté complémentaires et ayant également un panneau supérieur fermant l'extrémité supérieure du bac de batterie interne. Le bac de batterie externe possède également des composants associés normalement à une batterie de ce type tels que des bornes de batterie. Les panneaux de fond, supérieur et/ou de parois des bacs de batterie interne et/ou externe sont d'une construction du type à paroi double, un matériau isolant de la chaleur se trouvant entre les parois de panneau. A la place, ou bien en plus, un tel matériau isolant de la chaleur peut se trouver entre les panneaux des bacs de batterie interne et externe. La base peut être réalisée d'une seule pièce avec le panneau de fond du bac de batterie interne, le réservoir étant disposé dans le panneau de fond du bac de batterie interne. Cependant, à la place, le panneau de fond du bac de batterie interne peut être écarté de la base, la base30 étant également sous forme d'un panneau de telle sorte que le réservoir est formé entre le panneau de fond et le panneau de base. En particulier, le bac de batterie interne peut comprendre une plaque de base sur laquelle sont disposés les éléments accumulateurs, la plaque de base étant écartée du panneau de fond du bac de batterie interne de telle sorte qu'un espace de fluide de refroidissement est formé entre la plaque de base et le panneau de fond du bac de batterie interne, la plaque de base et le panneau de fond du bac de batterie interne constituant ainsi la base au-dessous des éléments accumulateurs et l'espace de fluide de refroidissement constituant le réservoir pour des réactifs échappés d'éléments accumulateurs, l'(les) ouverture(s) d'accès étant ainsi ménagée(s) dans la plaque de base. Les éléments accumulateurs peuvent être disposés selon une pluralité de rangées, avec une pluralité de réservoirs, sous forme de canaux, disposés entre la plaque de base et le panneau de fond du bac de batterie interne. Les canaux peuvent courir le long des rangées et des canaux adjacents peuvent être isolés les uns des autres. Une pluralité d'ouvertures d'accès peuvent être ménagées dans la plaque de base le long de chaque canal. Au moins une ouverture d'accès peut être ménagée au-dessous de chaque élément accumulateur. Si cela est souhaité, un matériau absorbant pour des réactifs échappés d'éléments accumulateurs peut20 être mis en place dans les canaux. Ce matériau peut également être capable de réagir avec, par exemple pour le neutraliser, tout réactif échappé qui entre dans les canaux. Dans un mode de réalisation de l'invention, les éléments accumulateurs peuvent être du type métal alcalin fondu/chalcogène comprenant, en essence, l'électrode de métal alcalin fondu, l'autre électrode étant, ou comprenant, un chalcogène, et un électrolyte solide30 séparant les électrodes. Le métal alcalin fondu est typiquement du sodium, le chalcogène du soufre ou un polysulfure et l'électrolyte solide l'alumine- . Un tel élément accumulateur a une température de fonctionnement se situant dans la plage de 300 C à 400 C. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, l'élément accumulateur électrochimique peut être du type comprenant l'électrode de métal alcalin fondu ou anode, l'autre électrode ou cathode comprenant un électrolyte en sel fondu d'un halogénure d'aluminium et d'un métal alcalin, une matrice perméable à l'électrolyte électroniquement conductrice imprégnée d'électrolyte et un chlorure d'un métal de transition dispersé dans la matrice. Typiquement, le métal alcalin est du sodium, l'électrolyte est un chlorure d'aluminium et de sodium (NaAlC14), le métal de transition est du fer ou du nickel et le séparateur est de l'alumine-3 ou de l'alumine-P"' La température de fonctionnement d'un tel élément accumulateur se situe dans la plage de 250 C à 400 C. Les éléments accumulateurs peuvent être arrangés en groupes ou en modules, des espaces ou vides étant ménagés entre des éléments accumulateurs adjacents et/ou entre des groupes ou modules adjacents d'éléments accumulateurs. En plus de l'espace de fluide de refroidissement inférieur entre la plaque de base et le panneau de fond du bac de batterie interne, un espace de fluide de refroidissement supérieur20 peut être formé au-dessus des éléments accumulateurs. La batterie peut ainsi inclure des moyens d'amenée de fluide refroidissement comprenant un distributeur d'entrée en communication avec l'espace de fluide de refroidissement25 inférieur au-dessous des éléments accumulateurs et une entrée de fluide de refroidissement arrivant dans le distributeur d'entrée et des moyens d'évacuation de fluide de refroidissement usé comprenant un distributeur de sortie en communication avec l'espace de fluide de refroidissement30 supérieur au-dessus des éléments accumulateurs et une sortie de fluide de refroidissement venant du distributeur de sortie. Les espaces ou vides entre les éléments accumulateurs ou les groupes d'éléments accumulateurs relient les espaces de fluide de refroidissement supérieur35 et inférieur et permettent un mouvement du fluide de refroidissement depuis l'espace inférieur jusqu'à l'espace supérieur, en utilisation. Le fluide de refroidissement peut, en particulier, être de l'air. Un matériau d'isolation électrique peut être disposé entre au moins deux éléments accumulateurs adjacents. En particulier, le matériau d'isolation électrique peut être logé entre au moins certains des éléments accumulateurs adjacents dans chacune des rangées. Le matériau d'isolation électrique peut faire saillie au-dessus des extrémités supérieures des carters des éléments accumulateurs pour limiter le déplacement des réactifs échappés d'éléments accumulateurs dans le cas de l'endommagement d'un élément accumulateur. Le matériau d'isolation électrique peut être du mica. Des cloisons séparatrices d'isolation électrique et/ou de support de bacs de batterie peuvent être disposées entre des rangées adjacentes d'éléments accumulateurs. Chaque cloison séparatrice peut être de structure lamellaire et peut comprendre une couche interne d'un matériau pris en sandwich entre deux couches externes de matériau. Le20 matériau de la couche interne des cloisons séparatrices peut être un acier inoxydable, du nickel, une céramique, un verre ou un autre matériau similaire capable de fournir résistance mécanique et rigidité à la cloison, tandis que le matériau des couches externes peut être un isolant25 électrique, par exemple du mica. Les cloisons séparatrices peuvent également s'étendre au-dessus des extrémités supérieures des carters d'éléments accumulateurs et/ou peuvent faire saillie au- dessous de la plaque de base de telle sorte que les cloisons séparatrices servent également30 à limiter le déplacement des réactifs échappés d'éléments accumulateurs au travers du paquet d'éléments accumulateurs dans la cavité. Chaque élément accumulateur a, de manière classique, un collecteur de courant et une borne pour chaque électrode. En particulier, chaque élément accumulateur peut avoir un carter ou boîtier en forme de boîte ayant un fond, au moins une paroi latérale et une extrémité ouverte opposée au fond, l'extrémité ouverte étant fermée par un élément de fermeture dont la périphérie est reliée au carter à ladite extrémité ouverte, l'élément accumulateur ayant une paire d'électrodes pourvues respectivement de bornes d'électrodes à l'extrémité ouverte du carter, l'une desdites bornes étant une borne extérieure reliée électroniquement au carter à la périphérie de l'élément de fermeture, le carter formant un collecteur de courant pour l'une des électrodes. L'autre borne est alors une borne centrale électroniquement10 reliée à un collecteur de courant séparé pour l'autre électrode, lequel collecteur de courant fait saillie longitudinalement vers l'intérieur depuis l'élément de fermeture, radialement vers l'intérieur de la périphérie de l'élément de fermeture et étant électroniquement isolé du15 carter. La borne extérieure peut faire saillie latéralement vers l'extérieur depuis la périphérie du carter pour surmonter, à une position écartée longitudinalement vers l'extérieur de l'élément de fermeture, une paroi latérale du carter. Les bornes sont ainsi disposées de telle sorte20 que l'élément accumulateur peut être disposé côte à côte avec un élément accumulateur identique, sa borne extérieure étant en contact avec la borne centrale dudit élément accumulateur identique. Les éléments accumulateurs et leurs bornes correspondent ainsi à GB-A-2 270 794 ou peuvent25 incorporer des caractéristiques des éléments accumulateurs ou des bornes de GB-A-2 270 794 dont la description est incorporée ici par référence. L'invention sera maintenant décrite plus en détail à titre d'exemple en référence au dessin annexé dans lequel: la figure 1 représente une vue en plan d'éléments accumulateurs électriques à haute température selon l'invention, certains détails étant omis pour des raisons35 de clarté; la figure 2 représente, en partie, une vue en coupe agrandie selon la ligne II-II dans la figure 1, certains détails étant omis pour de raisons de clarté et les éléments accumulateurs n'étant pas en coupe; la figure 3 représente, en partie, une vue en coupe agrandie selon la ligne III-III dans la figure 1, certains détails étant omis pour des raisons de clarté et les éléments accumulateurs n'étant pas en coupe; la figure 4 représente une vue en plan d'une partie de la batterie de la figure 1, son panneau supérieur étant retiré et les éléments accumulateurs étant représentés seulement par leurs contours; la figure 5 représente une vue en plan d'une partie d'une batterie de la figure, le panneau supérieur et les éléments accumulateurs étant retirés; et la figure 6 représente une vue en plan agrandie de l'un des composants de la plaque de base constituant la plaque de20 base de la batterie de la figure 1. Dans les figures, la référence numérique 10 indique généralement une batterie d'éléments accumulateurs électriques à haute température selon l'invention. La batterie 10 comprend un bac de batterie interne 12 et un bac de batterie externe 14 entourant le bac de batterie interne 12. Le bac de batterie externe 14 est en une structure lamellaire ayant un panneau de fond (non30 représenté), un panneau supérieur 16, des panneaux latéraux 18, 20 et des panneaux d'extrémité 22, 24 qui comprennent, entre autres, un matériau isolant de la chaleur (non représenté) disposé entre des parois doubles (non représentées) des panneaux. Le bac de batterie externe 1435 comprend également des bornes de batterie (non représentées), un distributeur d'entrée de fluide de refroidissement, avec des entrées de fluide de refroidissement 26 arrivant dans le distributeur d'entrée, et un distributeur de sortie de fluide de refroidissement, avec des sorties de fluide de refroidissement usé 28 sortant du distributeur de sortie. Le bac de batterie interne 12 comprend un panneau de fond avec des panneaux latéraux 32 et des panneaux d'extrémité 33 s'étendant vers le haut depuis le panneau de fond 30. o La batterie 10 est rectangulaire vue en plan, comme représenté dans la figure 1, et les bacs de batterie interne 12 et externe 14 forment un carter de batterie définissant une cavité de stockage d'éléments accumulateurs. A l'intérieur du bac de batterie interne 12, et disposées le long du fond 30 depuis le premier panneau d'extrémité jusqu'à l'autre panneau d'extrémité sont formées une pluralité de traverses 34 latéralement espacées. Sur le20 dessus de chaque traverse 34 est mise en place un composant de plaque de base 36 allongé en matériau électriquement isolant tel que du mica. Chaque composant 36 a une pluralité d'évidements 38 espacés longitudinalement dedans. Les composants 36 constituent ensemble une plaque de base25 40 écartée par les traverses 34 du panneau de fond 30 de telle sorte qu'un espace de fluide de refroidissement 42 est ménagé entre la plaque de base 40 et la plaque de fond 30. L'espace 42 est en communication, du côté du premier panneau d'extrémité 22 du bac de batterie externe 14, avec le distributeur d'entrée d'air et, à l'autre panneau d'extrémité 24 du bac de batterie externe 14, avec le distributeur de sortie d'air. L'espace 42 est ainsi divisé en canaux par les traverses 34, avec un canal s'étendant le long de la face inférieure de chaque composant 36. 35 A l'intérieur du bac de batterie interne 12, c'est-à-dire dans la cavité de stockage d'éléments accumulateurs, sont disposés une pluralité d'éléments accumulateurs électrochimiques non aqueux à haute température 44. Les éléments accumulateurs 44 sont disposés selon une pluralité de rangées adjacentes, avec les éléments dans des rangées adjacentes alignés les uns avec les autres. Chaque rangée d'éléments accumulateurs 44 est logée sur l'un des composants de plaque de base 36. Chaque élément accumulateur 44 est du type comprenant une électrode de sodium fondu ou anode et une cathode comprenant un électrolyte d'un chlorure d'aluminium et de sodium imprégné dans une matrice perméable à l'électrolyte électroniquement conductrice dans laquelle est également dispersée du fer ou du nickel en tant que substance active de cathode. L'anode est séparée de la cathode par un séparateur en alumine-f". Les éléments accumulateurs 44 sont de section transversale carrée et les bornes des électrodes 46, 48 font saillie au- dessus de l'extrémité supérieure de chaque élément accumulateur. Les bornes 46, 48 sont connectées ensemble en série, comme le plus clairement indiqué dans la figure 2. Les éléments accumulateurs 44 peuvent ainsi correspondre à GB-A-2 270 794 dont la description, comme mentionné auparavant, est incorporée ici par référence. Les éléments accumulateurs 44 reposent ainsi sur la plaque de base 40 et une paire d'ouvertures 38 sont ménagées sur25 la plaque de base 40 au-dessous de chaque élément accumulateur 44. Ainsi, chaque canal dans l'espace 42 au- dessous de la plaque de base 40 forme un réservoir clos pour tout réactif d'éléments accumulateurs qui s'échapperait des éléments accumulateurs 44, par exemple30 lors de l'endommagement des éléments accumulateurs, le réactif passant ensuite au travers des ouvertures 38 dans les réservoirs. Si cela est souhaité, un matériau absorbant (non représenté) pour des réactifs échappés d'éléments accumulateurs peut être mis en place dans les canaux. Ce matériau peut alors être capable de réagir avec, par exemple pour le neutraliser, tout réactif échappé d'éléments accumulateurs 44 qui entre dans les canaux. Des éléments accumulateurs 44 adjacents dans chaque rangée sont séparés les uns des autres au moyen de panneaux ou cloisons séparatrices 50 en mica électriquement isolant. Les panneaux 50 s'étendent depuis la plaque de base 40 jusqu'au-dessus des extrémités supérieures des carters des éléments accumulateurs 44. Les cloisons séparatrices 50 serviront ainsi à limiter le déplacement de tout réactif échappé d'éléments accumulateurs dans le cas d'un endommagement d'éléments accumulateurs. Typiquement, les panneaux 50 ont une épaisseur d'environ 0,5 mm. Les rangées adjacentes d'éléments accumulateurs 44 sont également séparées les unes des autres par des cloisons séparatrices de support et d'isolation 52. Chacune de ces cloisons séparatrices 52 a une structure lamellaire comprenant une couche interne d'un acier inoxydable, de20 nickel, d'une céramique, d'un verre, ou d'un autre matériau similaire capable de fournir résistance mécanique et rigidité à la cloison, tandis que le matériau des couches externes est électriquement isolant tel que du mica. Typiquement, les couches externes ont une épaisseur25 d'environ 0,2 mm tandis que les couches internes peuvent avoir une épaisseur d'environ 0,1 mm. Ces cloisons séparatrices 52 s'étendent depuis le dessous de la plaque de base 40 jusqu'au-dessus des extrémités supérieures des carters d'éléments accumulateurs et servent également à30 limiter le déplacement des réactifs échappés d'éléments accumulateurs à travers le paquet d'éléments accumulateurs 44 dans la cavité. Les caractéristiques de sécurité obtenues par les canaux dans l'espace 42 et les cloisons séparatrices 50 et 52 entre les éléments accumulateurs 44 contribuent ainsi à prévenir l'épanchement de réactifs échappés d'éléments accumulateurs au travers de la cavité d'éléments accumulateurs de la batterie 10, ce qui pourrait conduire à un court-circuit de groupes d'éléments accumulateurs 44. De tels court-circuits résulteraient à leur tour en températures élevées qui entraîneraient d'autres5 échappements de réactifs d'éléments accumulateurs et, éventuellement, un endommagement total de la batterie. Ces caractéristiques de sécurité éliminent ainsi ou, au moins réduisent, la propagation jusqu'à un endommagement total de la batterie.10 Une batterie prototype selon l'invention et incorporant ces caractéristiques de sécurité a été fabriquée. Sous des conditions de test intenses, aucune flamme ou émission de fumée n'a été observée et un endommagement total de la15 batterie n'est pas intervenu. REVENDICATIONS 1. Batterie d'éléments accumulateurs électriques à haute température (10), caractérisée en qu'elle comprend: un carter de batterie (12, 14) définissant une cavité de stockage d'éléments accumulateurs; une pluralité d'éléments accumulateurs électrochimiques non aqueux à haute température (44) à l'intérieur de la cavité de stockage d'éléments accumulateurs; une base (30, 40) au-dessous des éléments accumulateurs (44); et un réservoir (42) pour des réactifs échappés d'éléments accumulateurs (44) dans ou au-dessous de la base (40), avec au moins une ouverture d'accès (38) dans la base (40) à travers laquelle des réactifs s'échappant accidentellement des éléments accumulateurs (44) peuvent entrer dans le réservoir (42). 2. Batterie (10) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le carter de batterie est carré ou rectangulaire vu en plan et est de structure lamellaire incluant un bac de batterie interne (12) formant la cavité de stockage d'éléments accumulateurs et comprenant un25 panneau de fond (30), une paire de panneaux d'extrémité (33) et une paire de panneaux latéraux (32), les panneaux latéraux (32) et d'extrémité (33) étant disposés à la périphérie du panneau de fond (30) et s'étendant vers le haut; et une pluralité de couches sur et autour du bac de batterie interne (12) et scellant ledit bac de batterie interne (12), ces couches définissant un bac de batterie externe (14) à l'intérieur duquel est logé le bac de batterie interne (12), le bac de batterie externe (14) ayant des panneaux de fond, d'extrémité (22, 24) et de côté35 (18, 20) complémentaires et ayant également un panneau supérieur (16) fermant l'extrémité supérieure du bac de batterie interne (12), les panneaux de fond (30), supérieur (16) et/ou de parois (18, 20, 22, 24, 32, 33) des bacs de batterie interne (12) et/ou externe (14) étant d'une construction du type à double paroi, un matériau isolant de la chaleur se trouvant entre les parois de panneau. 3. Batterie (10) selon la revendication 2, caractérisée en ce que la base (40) est réalisée d'une seule pièce avec le panneau de fond (30) du bac de batterie interne (12), le réservoir (42) étant prévu dans le panneau de fond (30) du bac de batterie interne (12). 4. Batterie selon la revendication 2, caractérisée en ce que le panneau de fond (30) du bac de batterie interne (12) est écarté de la base (40), la base (40) étant sous forme d'un panneau de telle sorte que le réservoir (42) est formé entre le panneau de fond (30) et le panneau de base (40). 5. Batterie (10) selon la revendication 2, caractérisée en ce que le bac de batterie interne (12) comprend une plaque de base (40) sur laquelle sont disposés les éléments accumulateurs (44), la plaque de base (40) étant écartée du panneau de fond (30) du bac de batterie interne (12) de telle sorte qu'un espace de fluide de refroidissement est formé entre la plaque de base (40) et25 le panneau de fond (30) du bac de batterie interne (12), la plaque de base (40) et le panneau de fond (30) du bac de batterie interne (12) constituant la base au-dessous des éléments accumulateurs (44) et l'espace de fluide de refroidissement constituant le réservoir (42) pour des réactifs échappés d'éléments accumulateurs, une(des) ouverture(s) d'accès (38) étant ménagée(s) dans la plaque de base (40). 6. Batterie (10) selon la revendication 5, caractérisée en ce que les éléments accumulateurs (44) sont disposés selon une pluralité de rangées, avec une pluralité de réservoirs (42), sous forme de canaux, disposés entre la plaque de base (40) et le panneau de fond (30) du bac de batterie interne (12), les canaux courant le long des rangées et les canaux adjacents étant isolés les uns des autres, une pluralité d'ouvertures d'accès (38) étant ménagées dans la plaque de base (40) le long de chaque canal. 7. Batterie (10) selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'au moins une ouverture d'accès (38) est ménagée au- dessous de chaque élément accumulateur (44), un matériau absorbant pour des réactifs échappés d'éléments accumulateurs étant mis en place dans les canaux. 8. Batterie (10) selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisée ne ce que les éléments accumulateurs (44) sont arrangés en groupes, des espaces étant formés entre des éléments accumulateurs (44) adjacents et/ou entre des groupes adjacents d'éléments accumulateurs (44), et en ce que, en plus de l'espace de fluide de refroidissement inférieur entre la plaque de base (40) et le panneau de fond (30) du bac de batterie interne (12), un espace de fluide de refroidissement supérieur est formé au-dessus des éléments accumulateurs (44). 9. Batterie (10) selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle comprend un distributeur d'entrée en communication avec l'espace de fluide de refroidissement inférieur au-dessous des éléments accumulateurs (44) et une entrée de fluide de refroidissement (26) arrivant dans le distributeur30 d'entrée, ainsi que des moyens d'évacuation de fluide de refroidissement usé comprenant un distributeur de sortie en communication avec l'espace de fluide de refroidissement supérieur au- dessus des éléments accumulateurs (44) et une sortie de fluide de refroidissement (28) venant du35 distributeur de sortie, les espaces entre les éléments accumulateurs (44) ou les groupes d'éléments accumulateurs (44) reliant les espaces de fluide de refroidissement supérieur et inférieur et permettant un mouvement du fluide de refroidissement depuis l'espace inférieur jusqu'à l'espace supérieur, en utilisation. 10. Batterie selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisée en ce qu'elle comprend un matériau d'isolation électrique entre au moins certains des éléments accumulateurs (44) adjacents dans chacune des rangées, le matériau d'isolation électrique faisant saillie au-dessus ) des extrémités supérieures des carters des éléments accumulateurs (44) pour limiter le déplacement des réactifs échappés d'éléments accumulateurs dans le cas d'un endommagement d'éléments accumulateurs (44). 11. Batterie (10) selon la revendication 10, caractérisée en ce qu'elle comprend des cloisons séparatrices (52) d'isolation électrique et/ou de support entre des rangées adjacentes d'éléments accumulateurs (44), chaque cloison séparatrice (52) étant à structure20 lamellaire et comprenant une couche interne d'un matériau pris en sandwich entre deux couches externes de matériau. 12. Batterie selon la revendication 11, caractérisée en ce que le matériau de la couche interne des cloisons séparatrices est choisi dans le groupe constitué d'un acier inoxydable, du nickel, d'une céramique, d'un verre, le matériau des couches externes étant du mica, les cloisons séparatrices (52) s'étendant également au-dessus des extrémités supérieures des carters d'éléments30 accumulateurs (44) et/ou faisant saillie au-dessous de la plaque de base (40) de telle sorte que les cloisons séparatrices servent également à limiter le déplacement des réactifs échappés d'éléments accumulateurs au travers du paquet d'éléments accumulateurs (44) dans la cavité.