Brevet FR2773268A1 — publié le 19990702

BATTERIE BIPOLAIRE Domaine de l'invention La présente invention concerne une batterie bipolaire, et en particulier une batterie bipolaire améliorée qui est capable d'accroître la capacité en courant par un empilage alterné d'une pluralité d'anodes et de cathodes dans une cellule pour les relier en parallèle. Description de l'art antérieur La capacité en courant d'une batterie est en proportion de l'aire d'une électrode de la batterie. Pour cette raison, on utilise une aire d'électrode plus étendue pour fabriquer une batterie ayant une capacité en courant élevée. Puisqu'il y a une limite à l'accroissement de l'aire de l'électrode, une batterie ayant une capacité de courant déterminée souhaitée a été fabriquée en connectant en parallèle plusieurs électrodes ayant une aire prédéterminée. Puis, pour obtenir une tension prédéterminée de la batterie, les cellules ayant les connexions en parallèles de cette manière sont connectées en série. Cependant, ce type de batterie monopolaire nécessite un boîtier de cellule capable d'éviter un écoulement d'électrolyte entre les cellules, pour minimiser une perte de courant due à l'écoulement d'électrolyte entre les cellules, c'est à dire le courant de fuite inter-cellules. De plus, des connecteurs de cellules sont nécessaires pour réaliser une connexion en série des cellules, ce qui complique les connexions de la batterie et en augmente la taille. Pour remédier aux problèmes ci-dessus, on peut utiliser une batterie bipolaire qui est capable de fournir une capacité de tension désirée simplement en empilant une cellule, composée d'une cathode, d'un séparateur, et d'une anode sur le dessus d'un collecteur de courant sans boîtier de cellule additionnel. Cependant, pour augmenter la capacité en courant de la batterie bipolaire, l'aire de celle-ci devrait être augmentée. On va expliquer ce qu'est une batterie bipolaire conventionnelle en se référant aux dessins annexés. La figure 1 illustre une structure dans laquelle des cellules bipolaires conventionnelles sont empilées. Comme on peut le voir, une cellule est composée d'une anode 1 et d'une cathode 3 isolées par un séparateur 2, un anneau extérieur 4 portant la cathode 3, le séparateur 2 et l'anode 1, un trou 5 d'injection d'électrolyte à travers lequel un électrolyte est injecté dans la cathode 3 et l'anode 1, et un collecteur de courant 6 empilé sous la cathode 3. Plusieurs des cellules décrites ci-dessus sont empilées de manière que l'anode 1 d'une cellule inférieure partage un collecteur 6 avec la cathode 3 d'une cellule supérieure. Dans la batterie bipolaire, un boîtier additionnel de cellule pour éviter l'écoulement d'électrolyte entre les cellules et un câblage extérieur assurant les connexions en série ne sont pas nécessaires, ce qui résulte en une conception de batterie plus simple. Une batterie bipolaire avec une tension souhaitée peut être fabriquée en utilisant un certain nombre de cellules empilées. Cependant, dans les batteries bipolaires conventionnelles, l'aire de chaque électrode doit être augmentée pour obtenir une capacité en courant élevée. I1 y a donc une limite à la fabrication de batterie ayant une plus grande capacite en courant. Résumé de l'invention En conséquence, un objectif de l'invention est de fournir une batterie bipolaire qui résolve les problèmes pré-mentionnés posés par la technique antérieure. Un autre but de la présente invention est de fournir une batterie bipolaire qui permette d ' augmenter aisément la capacité en courant. Pour atteindre ces objectifs, il est proposé une batterie bipolaire qui comprend plusieurs anodes et cathodes empilées alternativement et isolées par des séparateurs avec un orifice traversant réalisé dans une portion centrale de chacun d'eux, et avec une pluralité de trous d'insertion formés dans des parties périphériques de chacun d'eux, un élément de connexion d'anode et un élément de connexion de cathode insérés dans les trous d'insertion des anodes et cathodes, un élément d'isolation d'anode formé au bas de l'élément de connexion d'anode, un élément d'isolation de cathode formé en haut de l'élément de connexion de cathode, un élément de contact d'anode facilitant la connexion électrique des anodes avec un élément de connexion d'anode, un élément de contact de cathode facilitant la connexion électrique des cathodes avec un élément de connexion de cathode, un élément de support extérieur supportant l'empilage d'anodes et de cathodes, un élément d'injection d'électrolyte inséré dans les trous traversant des anodes, cathodes, et séparateurs et autorisant l'injection d'un électrolyte dans les anodes et cathodes empilées, et un collecteur qui est partagé par la cathode d'une cellule supérieure et l'anode d'une cellule inférieure. Ainsi, grâce à la présente invention, il est possible d'obtenir une pluralité de connexions parallèles dans une cellule. Brève description des dessins La présente inventions sera mieux comprise en se référant aux dessins annexés qui sont donnés uniquement à titre d'exemple, et ne sont donc pas limitatifs de la présente invention, et dans lesquels - la figure 1 est une vue en coupe qui illustre une structure dans laquelle des cellules bipolaires conventionnelles sont empilées - la figure 2 est une vue en coupe selon la direction d'un connecteur d'anode et d'un connecteur de cathode dans une structure dans laquelle une pluralité de cellules bipolaires sont connectées en série - la figure 3 est une vue en perspective et écorché qui illustre les formes des éléments et un état désassemblé de la batterie bipolaire selon la présente invention - la figure 4 est une vue en perspective et écorché illustrant une partie de la structure de la figure 3. Description détaillée de l'invention On va décrire ci-dessous la batterie bipolaire selon la présente invention en se reportant aux dessin annexés. La figure 2 est une vue en coupe selon la direction d'un connecteur d'anode et d'un connecteur de cathode dans une structure dans laquelle une pluralité de cellules bipolaires sont connectées en série. Comme on le voit sur la figure, une cellule comprend un trou traversant formé dans la partie centrale, plusieurs trous d'insertion formés dans des zones périphériques, plusieurs anodes 16 et cathodes 26 qui sont empilées alternativement avec un séparateurs entre chaque, un connecteur d'anode 19 et un connecteur de cathode 25, chacun ayant un trou d'engagement réalisé dans une partie centrale et inséré dans les trous d' insertions formés respectivement dans les anodes 16 et cathodes 26, pour connecter les anodes 16 et le cathodes 26, des anneaux de contact d'anode 17 connectant électriquement le connecteur d'anode 19 et les anodes 16, des anneaux de contact de cathode 23 connectant électriquement le connecteur de cathode 25 et les cathodes 26, un anneau extérieur 12 qui supporte, par leurs parties extérieures, les anodes 16, les séparateurs 14, et les cathodes 26, un anneau d'injection d'électrolyte 27 situé dans le trou traversant réalisé au centre des anodes 16, des séparateurs 14, et des cathodes 26 et ayant un trou d'injection d'électrolyte à travers lequel un électrolyte peut être injecté dans les anodes 16 et les cathodes 26, un élément d'isolation d'anode 18 et un élément d'isolation de cathode 24 empêchant le connecteur de cathode 25 et le connecteur d'anode 19 d'une même cellule d'être électriquement connectés avec un collecteur 11 de la cellule supportée par l'anneau d'injection d'électrolyte 27 et l'anneau extérieur 12. Plusieurs cellules telles que décrites ci-dessus sont empilées et reliées par une vis de connexion 21 insérée dans le trou d'engagement formé dans le connecteur de cathode 25 de la cellule supérieure et dans le trou d'engagement formé dans le connecteur d'anode 19 de la cellule inférieure. Le connecteur d'anode 19 est isolé des surfaces latérales de la pluralité de cathodes 26 par une découpe en forme de U dans chacune des cathodes, et le connecteur de cathode 25 est isolé des anodes 16 par une découpe en forme de U dans chacune des anodes, pour éviter ainsi un court circuit. Dans cette structure, le collecteur 11 est en contact avec le connecteur d'anode 19 de la cellule inférieure et en même temps en contact avec le connecteur de cathode 25 de la cellule supérieure. Le collecteur 11 sert donc à la fois de cathode pour la cellule supérieure et d'anode pour la cellule inférieure.. Les éléments d'isolation 18 et 24 évitent que le connecteur d'anode 19 et le connecteur de cathode 25 de la même cellule soient connectés avec le même collecteur 11, pour éviter ainsi un court-circuit dans la cellule. Dans cette structure, les anodes 16 et les cathodes 26 de la batterie bipolaire selon la présente invention sont connectés par le connecteur d'anode 19 et le connecteur de cathode 25, respectivement. Une pluralité de connexions parallèles sont donc aisément obtenues pour augmenter la capacité en courant. De plus, plusieurs cellules bipolaires peuvent être empilées alternativement de manière que le connecteur de cathode 25 de la cellule bipolaire supérieure soit placé au dessus du connecteur d'anode 19 de la cellule bipolaire inférieure, et ainsi les deux connecteurs 19 et 25 sont reliés par la vis de connexion 21, pour augmenter ainsi la tension. On va maintenant décrire plus en détail la batterie bipolaire selon la présente invention. La figure 3 illustre les formes des éléments et un état désassemblé de la batterie bipolaire selon la présente invention. Comme on le voit sur la figure, les anodes 16, les séparateurs 14, et les cathodes 26, chacun ayant un trou traversant réalisé dans sa partie centrale et une pluralité de trous d'insertion réalisés à leurs parties périphériques, sont insérés à l'intérieur de l'anneau extérieur 12, fait d'un isolant, de sorte que les séparateurs 14 sont interposés entre les cathodes 26 et les anodes 16. L'anneau d'injection d'électrolyte 27, ayant les trous d'injection d'électrolyte 15 réalisés dans ses surfaces latérales, est inséré dans les trous traversant réalisés dans les parties centrales des anodes 16, cathodes 26 et séparateurs 14. Le trou d'insertion de chaque anode 16, dans lequel le connecteur de cathode 25 est inséré, a une découpe en forme de U plus grande que le trou d'insertion dans lequel le connecteur d'anode 19 est inséré. Le connecteur de cathode 25 est donc isolé des anodes 16 par la découpe en forme de U de chaque anode. Chaque cathode 26 a aussi un même découpe en forme de U. Le connecteur d'anode 19 est donc isolé des cathodes 26 pour empêcher ainsi un court-circuit électrique. Ensuite, l'anneau de contact de cathode 23 ayant un trou traversant réalisé dans sa partie centrale est inséré dans le trou d'insertion de la cathode dans lequel le connecteur de cathode est inséré. De plus, l'anneau de contact d'anode 17 est aussi inséré de la même manière. Donc, les anodes 16 sont reliées entre elles par le connecteur d'anode 19, et les cathodes 26 sont reliées entre elles par le connecteur de cathode 25. Les électrodes sont reliées en parallèle autant de fois que le nombre d'anodes 16 et de cathodes 26 utilisées. Lors de l'empilage des cellules bipolaires pour augmenter la tension, l'élément d'isolation d'anode 18 et l'élément d'isolation de cathode 24 au trou d'engagement du connecteur d'anode 19 et du connecteur de cathode 25 servent à ce que le connecteur d'anode 19 et le connecteur de cathode 25 dans une cellule ne soient pas en contact électrique concurrent avec le même collecteur. Ensuite, le collecteur 11 est empilé sur l'anode 16 qui est positionné dans la position la plus haute. Ainsi, il est possible d'empiler les cellules bipolaires pour augmenter la tension, autant de fois que le nombre de cellules empilées. La figure 4 est une vue en perspective écorchée illustrant une partie de la structure de la figure 3. Comme on le voit sur 1 la figure, lorsque l'on empile la structure formée de l'anode et de la cathode isolées par le séparateur 14, l'anneau extérieur supportant la structure empilée décrite ci-dessus, et l'anode 16 et la cathode 26 qui sont isolées par le séparateur 14 dans des structures en couches multiples, chaque structure empilée comprend un connecteur d'anode 19 et un connecteur de cathode 25 connectant respectivement chaque anode et chaque cathode en parallèle, un anneau de contact d'anodes 17 fournissant un contact électrique entre le connecteur d'anode 19 et l'anode 16, un anneau de contact de cathodes 23 assurant un contact électrique du connecteur de cathode avec la cathode 26, un élément d'isolation de cathode 24 et un élément d'isolation d'anode 18 empêchant le connecteur de cathode 25 et le connecteur d'anode 19 de la même cellule d'être connectés en concurrence avec le même collecteur lorsque l'on empile les cellules pour augmenter la tension, un anneau d'injection d'électrolyte 27 permettant l'injection d'un électrolyte dans les anodes 16 et les cathodes 26, et une vis de connexion 21 connectant le trou d'engagement réalisés dans les connecteurs de cathode 25 de la cellule supérieure et le trou d'engagement réalisé dans le connecteur d'anode 19 de la cellule inférieure lors de l'empilage des cellules. Ainsi, dans la présente invention, il est possible d'obtenir une pluralité de connexions en parallèle en connectant les anodes 16 et les cathodes 26 dans une cellule bipolaire. De plus, il est possible d'obtenir une pluralité de connexions en série des cellules connectées en parallèle en connectant les cellules en utilisant les vis de connexion 21 et ainsi augmenter facilement la capacité en courant et la tension. Comme cela a été décrit ci-dessus, dans la batterie bipolaire selon la présente invention, une pluralité d'anodes et de cathodes, qui sont isolées par les séparateurs sont empilées alternativement dans la cellule. Les anodes et cathodes ainsi empilées sont connectées pour obtenir en conséquence une pluralité de connexions en parallèle dans la cellule et augmenter la capacité en courant. De plus, le collecteur de chaque cellule sert de boîtier pour minimiser l'écoulement d'électrolyte entre les cellules pour ainsi minimiser la taille et le poids de la batterie. Le mode de réalisation préféré de la présente invention a été décrit à titre d'exemple illustratif. Cependant, l'homme du métier comprendra facilement que diverse modifications additions ou substitutions sont possibles sans sortir du champ et de l'esprit de l'invention telle que définie dans les revendications. REVENDICATIONS 1. Batterie bipolaire comportant une cellule empilable qui comprend plusieurs anodes (16) et cathodes (26) empilées alternativement et isolées par des séparateurs (14) avec un orifice traversant réalisé dans une portion centrale de chacune des anodes et cathodes, et avec une pluralité de trous d'insertion formés dans des parties périphériques des anodes et cathodes, un élément de connexion d'anode (19) et un élément de connexion de cathode (25) insérés dans les trous d'insertion des anodes et cathodes pour relier sélectivement les anodes et les cathodes, un élément d'isolation de cathode (24) formé en haut de l'élément de connexion de cathode, et un élément d'isolation d'anode (18) formé au bas de l'élément de connexion d'anode, un élément de support extérieur (12) supportant l'empilage d'anodes et de cathodes par des parties extérieures de celles-ci, un élément d'injection d'électrolyte (27) inséré dans les trous traversant des anodes, cathodes, et séparateurs pour injecter un électrolyte dans les anodes et cathodes empilées, et un collecteur (11) qui est supporté par l'élément de support extérieur (12) et par l'élément d'injection d'électrolyte (27) et empilé au sommet de l'anode situé dans la partie la plus en haut de la structure d'anodes et de cathodes empilées et au dessus de l'élément d'isolation de cathode et de l'élément de connexion d'anode, et dans laquelle un nombre prédéterminé desdites cellules est empilé. 2. Batterie selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit élément de connexion d'anode comprend un anneau de contact d'anode (17) conducteur inséré dans un trou d'insertion ayant une dimension plus grande parmi les trous d'insertion des cathodes et ayant un trou d'engagement formé dans une partie centrale de celui-ci, un élément de contact d'anode (19) inséré dans le trou d'insertion des anodes et dans le trou d'insertion de l'anneau de contact d'anode et ayant un trou d'engagement formé dans une partie centrale de celui-ci. 3. Batterie selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit élément de connexion de cathode comprend: un anneau de contact de cathode (23) conducteur inséré dans un trou d'insertion ayant une dimension plus grande parmi les trous d'insertion des anodes et ayant un trou d'engagement formé dans une partie centrale de celui-ci, un élément de contact de cathode (25) inséré dans le trou d'insertion des cathodes et dans le trou d'insertion de l'anneau de contact de cathode et ayant un trou d'engagement formé dans une partie centrale de celui-ci. 4. Batterie selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit élément d'injection d'électrolyte (27) comprend un élément cylindrique ayant des trous d'injection d'électrolyte formés dans une surface latérale de celui-ci. 5 Batterie selon la revendication 1, caractérisée en ce que, dans ladite structure empilée de cellules, l'élément de connexion de cathode (25) et l'élément d'isolation de cathode (24) d'une cellule supérieure sont placés au sommet de l'élément de connexion d'anode (19) et de l'élément d'isolation d'anode (18) d'une cellule inférieure, et l'élément de connexion de cathode (25) de la cellule supérieure et l'élément de connexion d'anode (19) de la cellule inférieure sont connectés par une vis de connexion (21).