Brevet FR2798227A1 — publié le 20010309

Traversée de paroi pour générateur électrochimique étanche La présente invention concerne une traversée de paroi pour la sortie du courant fixée de manière étanche sur le conteneur métallique d'un générateur électrochimique dont elle est électriquement isolée. Un générateur électrochimique comprend un faisceau électrochimique comportant une alternance d'électrodes positives et négatives encadrant un séparateur imprégné d'électrolyte. Chaque électrode est le plus souvent composée d'un collecteur de courant supportant sur au moins une de ses faces la matière active de l'électrode. L'électrode est connectée électriquement à une sortie de courant qui assure la continuité électrique entre l'électrode et l'application extérieure à laquelle le générateur est associé. Cette sortie de courant peut être le conteneur du générateur ou borne de sortie de courant. Les bornes d'un générateur électrochimique ont une double fonction: d'une part d'assurer la continuité électrique entre les électrodes du générateur électrochimique et l'application extérieure à laquelle il est associé, d'autre part de contribuer à l'étanchéité de la fermeture du générateur. La borne traverse la paroi du conteneur du générateur : partie située à l'extérieur du conteneur reçoit les connexions provenant de l'application, la partie située à l'intérieur est reliée aux électrodes. Les générateurs étanches ont une pression de fonctionnement supérieure à la pression atmosphérique et peut atteindre 10 bars. Afin de résister à la pression interne, le conteneur est métallique. Il peut être notamment en acier nickelé ou en acier inoxydable. Afin d'assurer une étanchéité fiable et durable du générateur, la borne est habituellement soudée sur la paroi du conteneur. Plus particulièrement lorsqu'il s'agit d'un générateur de petite taille destiné aux équipements portables, dont la capacité est généralement inférieure à 1OAh, on cherche à en diminuer poids. Cet allègement peut être obtenu notamment par l'utilisation d'un conteneur en aluminium. Mais dans ce cas il devient difficile, voire impossible, de souder la borne sur la paroi en aluminium avec la fiabilité requise. Il est donc indispensable de trouver un moyen de fixation de lu borne sur la paroi du conteneur en garantisse l'étanchéité initiale et au cours de l'utilisation du générateur, tout en permettant le raccordement électrique des électrodes. Le document FR-1 442 110 décrit un générateur électrochimique comprenant un récipient métallique hermétique portant à sa partie supérieure couvercle portant un rivet constituant une borne électriquement reliée au faisceau d'électrodes. Le rivet, comportant une tête et une tige, est associé à une bague élastique et rondelle métallique. La tige est ensuite matée et retournée autour de la rondelle manière à rendre le rivet solidaire du couvercle et à exercer légère pression sur la bague élastique. Le document DE-19536683 montre une borne pour générateur électrochimique prismatique fixée sur le couvercle à la manière d'un rivet et munie de joints d'étanchéité. Le document JP-8 329 910 propose un générateur électrochimique conteneur métallique cubique fermé par une pièce d'étanchéité métallique. pièce d'étanchéité porte un orifice dans lequel est inséré un rivet connecté aux électrodes qui bloque un joint et une pièce isolante. Pour assurer la fixation d'un rivet, l'une de ses faces au moins doit être déformée écrasement ce qui rend plus difficile la soudure ultérieure d'une connexion. Le document EP-0 319 128 décrit un dispositif assurant l'étanchéité entre une borne et la paroi polymérique d'un récipient sous pression. Ce dispositif comprend une première douille extérieure et une seconde douille intérieure chacune étant en forme de T et constituée d'un métal mou comme le plomb l'un de ses alliages. Les douilles se présentent de part et d'autre d'un orifice pratiqué dans la paroi du récipient. La seconde douille est introduite à force dans la première douille de manière à déformer les douilles et à établir un contact étroit d'étanchéité entre les deux douilles d'une part et avec la paroi du récipient d'autre part. La borne est ensuite introduite à l'intérieur de la seconde douille. Un capot extérieur est fixé sur la borne par fusion au moins partielle et pénétration de matière afin d'assurer l'étanchéité entre la borne et les douilles. Un tel dispositif doit assurer simultanément l'étanchéité entre la paroi du récipient et les douilles d'une part et entre les douilles et Ici borne d'autre part, ce qui rend délicate la réalisation d'une telle traversée. En outre ce dispositif permet pas d'assurer l'isolation électrique de la borne vis à vis d'un récipient métallique la nature des métaux ou alliages employés est essentielle pour l'obtention l'étanchéité recherchée. Enfin le maintien en place de la borne nécessite d'y adjoindre un capot. La presente invention a pour but de proposer une borne pour générateur électrochimique dont l'étanchéité et l'isolation électrique sont assurees vis à vis de la paroi sur laquelle elle est fixée, mais non soudée. L'objet de la présente invention est une borne traversant la paroi du conteneur d' générateur électrochimique constituée d'une pièce mâle enfoncée à force dans une pièce femelle, chacune des pièces étant conductrice et portant un épaulement prenant respectivement appui sur les faces opposées de ladite paroi. L' des pièces est reliée électriquement au faisceau électrochimique disposé à 'Intérieur du conteneur, et l'autre pièce est reliée électriquement à une application extérieure. L'invention a aussi pour objet un générateur électrochimique comprenant un conteneur dont l'une des parois porte un orifice débouchant dans lequel est inséré un dispositif de traversée de paroi comprenant une borne coopérant avec ladite paroi par l'intermédiaire d'au moins un joint isolant, caractérisé en ce que ladite borne est constituée d'une pièce mâle enfoncée à force dans une pièce femelle, chacune des pièces étant conductrice et portant un épaulement prenant respectivement appui sur les faces opposées de ladite paroi par l'intermédici dudit joint. Le dispositif de,-traversé excluant les soudures ouvre un large choix matériaux utilisables pour la fabrication des pièces de la borne, des Joints ou du couvercle. La présente invention a comme avantage d'éviter toute déformation des extrémités de la borne permettant ainsi de raccorder directement des connexions parsouclage sertissage sans nécessiter l'apport d'une pièce intermédiaire. Pour isolement parfait, la présence du *joint sur toute la hauteur de la traversée est necessaire. De préférence la totalité de la surface interne dudit orifice est en contact avec ledit 'Joint. Pour des raisons de commodité on peut également utiliser plusieurs joints. L'invention a comme avantage de permettre la maîtrise des contraintes auxquelles sont soumis les *joints. pièce mâle peut être cylindrique ou conique. Selon une première variante de l'invention, ladite pièce mâle est conique. Cette forme a l'avantage d'augmenter la surface de contact entre les pièces mâle et femelle et donc d'améliorer la conductivité. En outre elle tolère des efforts de serrage plus élevés. Selon une deuxième variante de l'invention, ladite pièce mâle est cylindrique. Cette forme est utilisée de préférence lorsque la borne est de petite taille. pièces mâles et femelles peuvent être fabriquées par exemple par estampage, procédé rapide, peu coûteux et qui permet la standardisation des pièces Selon un perfectionnement de l'invention, ladite borne porte est outre traversée un orifice pour le remplissage du générateur en électrolyte. Le dispositif de traversée de paroi selon l'invention peut comporter en outre un dispositif de sécurité comme un clapet ou un coupe-circuit thermique. invention a encore pour objet un procédé de fabrication d'un générateur électrochimique comprenant un conteneur dont l'une des parois porte un orifice débouchant dans lequel est inséré un dispositif de traversée de paroi, comprenant les étapes suivantes : -on réalise une pièce femelle comportant un épaulement et une tige creuse, -on dispose un premier joint autour de ladite pièce femelle -on dispose un deuxième joint dans ledit orifice, -on introduit ladite pièce femelle munie dudit premier joint dans ledit orifice du côté opposé audit deuxième joint, de manière à ce que ledit épaulement soit en appui sur la face externe de ladite paroi, -on réalise une pièce mâle comportant un épaulement et tige, -on introduit ladite pièce mâle dans ledit orifice du côté it deuxième joint, -on insere à force la tige de ladite pièce mâle dans la tige creuse de ladite pièce femelle de manière à ce que ledit épaulement soit en appui sur la face interne de ladite paroi. Avantageusement ledit premier *joint et ledit deuxierne "joint sont placés de telle sorte que lesdits 'Joints se rejoignent pour recouvrir la totalité de la suilace interne dudit orifice. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages et particularités apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre non limitatif, accompagnée des dessins annexés parmi lesquels : -la figure 1 rep résente un générateur électrochimique apte à recevoir un dispositif de traversée de paroi selon l'invention, -la figure 2 représente en coupe un premier mode de réalisation d'un dispositif de traversée de paroi selon l'invention, -la figure 3 représente en coupe un deuxième mode de réalisation d'un dispositif de traversée de paroi selon l'invention, - l es figures 4A et 4B montrent respectivement en perspective et en coupe l'empilage éclaté des composants du dispositif de traversée de paroi la figure 3, -la figure 5 représente en coupe un troisième mode de réalisation dispositif de traversée de_paroi selon l'invention, - la figure 6 représente en coupe un perfectionnement au dispositif de traversée de paroi selon l'invention. La figure 1 représente un générateur électrochimique 1 comprenant un conteneur 2 en aluminium fermé par un couvercle 3 contenant faisceau électrochimique. Le couvercle 3 en aluminium comporte deux orifices débouchant à l'intérieur du générateur. L'orifice 4 reçoit un dispositif de traversée de paroi selon présente invention. Dans ce cas particulier, l'orifice 4 est excentré mais il pourrait tout aussi bien se trouver au centre du couvercle. On notera présence éventuelle d'un orifice 5 destiné à recevoir un dispositif de sécurité, notamment un évent cas de surpression. La face interne de l'orifice 4 présente un épaulement 20 comme le montre la figure 2. La borne,selon l'invention est constituée d'une pièce femelle 21 conductrice en acier en forme de T introduite dans l'orifice 4 par l'extérieur du générateur et d'une pièce mâle 22 conductrice en acier en forme de T inversé introduite dans l'orifice par l'intérieur du générateur. Les pièces 2 1 et 22 prennent appui sur les faces respectives du couvercle 3 par l'intermédiaire des épaulements 23 et 24 constitués par la barre du T. L'épaulement 24 de la pièce inférieure 22 est plus large que l'épaulement 23 de la pièce supérieure 21 afin d'améliorer la résistance la pression *interne. L'étanchéité est assurée par joint isolant supérieur 25 et un joint isolant inférieur 26 jointifs. L'épaulement 24 la pièce inférieure 22 est moins large que la base du joint inférieur 26 pour améliorer l'isolation. La forme simple de la partie externe des pièces conductrices permet d'y souder directement les connexions, sans qu'il soit nécessaire d'ajouter des pièces intermédiaires. Selon un mode particulier de réalisation représenté sur la figure 3 destiné à ciméliorer encore l'étanchéité, bossages coopérant avec des gouttières peuvent être ajoutés sur les pièces conductrices, les joints ou le couvercle. Sur la figure 3 on a représenté le cas le joint supérieur 30 et le joint inférieur 31 portent des bossages 32, 33, 34, l'ordre de 0,6mm de hauteur, qui coopèrent respectivement avec des gouttières 35, 36, 37 ménagées dans l'épaulement 38 de la pièce conduçtrice femelle 39, dans l'épaulement 40 de l'orifice 41 et à la face inférieure 42 du couvercle 43. Une connexion 44 peut être sertie entre l'épaulement 24 de la pièce mâle 22 et le joint inférieur 31 s'appuyant sur le couvercle. Le raccordement électrique de la borne aux électrodes d'une même polarité du faisceau électrochimique peut s'effectuer à l'aide d'une connexion additionnelle sur laquelle sont soudées les connexions des électrodes émergeant du faisceau. L'assemblage du dispositif représenté sur la figure 3 s'effectue de la manière suivante en référence à la figure 4. La pièce supérieure femelle 39 en acier inoxydable est en forme de T dont la tige 50 de 3,5mm de hauteur est creuse, et dont la barre 51 de 6,85mm de diamètre constitue un épaulement 38 dans lequel est ménagée une gouttière 35. Le creux 52 de la tige 50 est conique avec un angle de 5 à 10'. Le joint supérieur 30 comporte un bossage supérieur 32 coopérant avec la gouttière 35, et un bossage inférieurs 33 coopérant avec une gouttière portée par la paroi du conteneur. La pièce femelle 39 est placée dans le joint supérieur 30 de telle sorte que la tige 50 s'insère dans l'orifice central 53 du joint 30. On a constitué ainsi un sous-ensemble supérieur (30, 39). Le sous-ensemble supérieur (30, 39) est positionné dans l'ouverture de l'orifice sur la face externe du couvercle. Le 'Joint inférieur 31 comporte un bossage supérieur 34 coopérant avec gouttière portée par la paroi du conteneur. Le joint 31 est inseré dans l'orifice côté de la face interne du couvercle. La pièce inférieure mâle 22 en acier inoxydable est en forme de T dont la barre 54 de 7,5mm de diamètre constitue un épaulement 55, et dont la tige 56 de 3,3mm de hauteur est conique avec un angle de 5 à 10'. La tige s'insère dans l'orifice central 57 du joint 31 préalablement disposé dans l'orifice. La tige 56 de la pièce inférieure 22 est introduite dans le creux 52 de la tige 50 de la pièce supérieure 39. L'angle du cône 52 est un peu inférieur à l'angle du cône de la tige 56. On peut améliorer l'introduction et le centrage des pièces l'une dans l'autre par la création d'un chanfrein 58 au sommet de Ici tige 56. Pour eviter des contraintes trop importantes au sommet de la tige conique 56, le cône femelle 52 peut se terminer par une partie cylindrique. Les deux pièces 22 et 39 sont emmanchées à force sous une presse hydraulique. L'emmanchement est limité par la hauteur. Les efforts à appliquer dépendent principalement des dimensions de la traversée et des matériaux utilisés pour sa réalisation. Dans le cas présent, il est de moins de 1 OODoN. L'étanchéité est réalisée par l'écrasement axial des joints 30 et 3 1 qui sont présents sur toute la hauteur de la traversée de paroi. Le toux de compression des ints ne dépend pas de l'effort exercé. La tenue au fluage est assurée par la présence de l'épaulement et par un écrasement limité des joints, l'ordre de 10% à 30%. On réalise et on test un générateur électrochimique comprenant un dispositif de traversée de paroi selon l'invention. Le générateur, analogue à celui représenté sur la figure 1 , possède un conteneur prismatique en aluminium fermé à chaque extrémité par une plaque aux extrémités arrondies également en aluminium. La plaque supérieure, servant de couvercle, porte un orifice débouchant dans lequel est inséré un dispositif de traversée de paroi analogue à celui représenté sur la figure 3. L'étanchéité du générateur muni de sci traversée, évaluee par hélitest, est initialement de 10-9atm.s-'. Après un stockage de 6 mois à 6O'C au contact de l'électrolyte, on ne constate aucune fuite. L'isolation est évaluée par mesure sous 250V de la résistance au passage de courant entre le couvercle et la borne. Elle est supérieure à 1 GÇ2. La résistance interne de la borne est mesurée sous une tension donnée par passage de courant entre la face supérieure de la pièce femelle la base de la pièce mâle. La mesure par micro-ohmmètre est inférieure à On a vérifié que la traversé pouvait supporter sans dégradation le passage d'un courant de 5A pendant 2 heures. En cyclage dans les conditions normales d'utilisation, le générateur électrochimique comprenant un dispositif de traversée de paroi selon l'invention présente un comportement analogue à un générateur dont la traversée de paroi est soudée. Sur figure 5, on a représenté une variante de la borne selon l'invention dans laquelle IcL tige 60 de la pièce mâle 61 et l'intérieur de la tige creuse 62 de la pièce femelle 63 sont de forme cylindrique. Cette variante est plus particulièrement destinée à utilisation dans un générateur électrochimique cylindrique de petit format. On réalise et on test un générateur électrochimique comprenant un dispositif de traversée de paroi selon l'invention. Le générateur possède un conteneur en aluminium de forme cylindrique de diamètre 10mrn et de hauteur 65mm fermé à chaque extrémité par un disque également en aluminium. Le disque supérieur d'épaisseur environ 1,2mm porte un orifice débouchant, muni d'un épaulement environ au deux tiers de son épaisseur, dans lequel est inséré un dispositif de traversée de paroi analogue à celui représenté sur la figure 5. La hauteur totale de la traversée après emmanchement des deux pièces est de 27mm. L'épaisseur des joints est d'environ 0,35mm. Dans le cas présent le toux de compression des joints est de l'ordre de 2 1 %. L'étanchéité du générateur muni de la traversée décrite *-dessus évaluée par hélitest est initialement de 1 0-'otm.s-'. Après un stockage de mois à 60'C au contact de l'électrolyte, on ne constate aucune fuite. L'isolation est évoluée par mesure sous 250V de Ici résistance au passage de courant entre le couvercle et la borne. Elle est supérieure à 1 GÇI La résistance interne de la borne est inférieure à 0,5mÇ#. On a vérifié que la traversée pouvait supporter sans dégradation le passage d'un courant de 3A pendant 1 heure. Sur la figure 6, on a représenté un perfectionnement de la borne selon l'invention dans laquelle la pièce femelle 70 est percée sur toute sa hauteur d' canal 71 destiné à permettre l'introduction de l'électrolyte dans le générateur apres fermeture du conteneur. Ce canal se prolonge dans la pièce mâle 72 par un canal 73 qui s'ouvre à l'intérieur du générateur. Une fois l'électrolyte introduit, l'extrémité du canal débouchant à l'extérieur est obturé par exemple par soudure d'une bille ou d'une plaque, ou bien en le prolongeant d'un tube qui est écrasé et soudé. Selon un perfectionnement l'extrémité du canal peut être obturé par un bouchon en élastomère recouvert d'une plaque qui est soudée en ménageant un intervalle entre la plaque et la surface l'épaulement. Lorsque la pression augmente à l'intérieur de l'accumulateur, le bouchon se déforme et le système d'obturation joue le rôle de clapet. Bien entendu le canal de remplissage en électrolyte peut adopter tout type de géometrie ou posséder des embranchements multipliant les ouvertures vers l'intérieur du générateur. REVENDICATIONS: Borne traversant la paroi du conteneur d'un générateur électrochimique constituée d'une pièce mâle enfoncée à force dans une pièce femelle, chacune des pièces étant conductrice et portant un épaulement prenant respectivement appui les faces opposées de ladite paroi. 2. Générateur électrochimique comprenant un conteneur métallique dont l'une des parois porte un orifice débouchant dans lequel inséré un dispositif de traversée de paroi comprenant une borne coopérant avec ladite paroi par l'intermédiaire d'au moins un joint isolant, caractérisé ce que ladite borne est constituée d'une pièce mâle enfoncée à force dans une pièce femelle, chacune des pièces étant conductrices et portant un épaulement prenant respectivement appui sur les faces opposées de ladite paroi par l'intermédiaire dudit joint. 3. Générateur selon la revendication 2, dans lequel la totalité de la surface interne dudit orifice est en contact avec ledit joint. 4. Générateur selon la revendication 2, dans lequel ladite pièce mâle est conique. 5. Générateur selon la revendication 2, dans lequel ladite pièce mâle est cylindrique. 6. Générateur selon la revendication 2, dans lequel ladite borne est en outre traversée par un orifice pour le remplissage du générateur en électrolyte. Procédé de fabrication d'un générateur dont l'une des parois porte un orifice débouchant selon l'une des revendications 2 à 6, comprenant les étapes suivantes : réalise une pièce femelle comportant un épaulement et une tige creuse, - dispose un premier joint autour de ladite pièce femelle, dispose un deuxième joint dans ledit orifice, introduit ladite pièce femelle munie dudit premier joint dans ledit orifice du côté opposé audit deuxième joint, de manière à ce que ledit épaulement soit en appui sur la face externe de ladite paroi, -on réalise une pièce mâle comportant un épaulement et tige, -on introduit ladite pièce mâle dans ledit orifice du côté it deuxième joint, -on insère à force la tige de ladite pièce mâle dans la tige creuse de ladite pièce femelle de manière à ce que ledit épaulement soit en appui sur la face interne de ladite paroi. 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel ledit premier joint et ledit deuxième joint sont placés de telle sorte que lesdits ioints se rejoignent pour recouvrir la totalité de la surface interne dudit orifice.