Brevet FR2943853A1 — publié le 20101001

GENERATEUR ELECTROCHIMIQUE ET PROCEDE D'ASSEMBLAGE EN BATTERIE La présente invention concerne le domaine des générateurs électrochimiques et 5 un procédé d'assemblage de générateurs électrochimiques en batterie. Un générateur ou accumulateur électrochimique (ces deux termes étant équivalents, on utilisera le terme de générateur dans la présente description) comprend de façon connue en soi un faisceau électrochimique comportant une alternance d'électrodes positives et négatives encadrant des séparateurs imprégnés 10 d'électrolyte. Chaque électrode est composée d'un collecteur de courant métallique supportant sur au moins une de ses faces la matière électrochimiquement active. 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. Le faisceau d'électrodes est disposé dans un conteneur fermé 15 par un couvercle. Afin d'augmenter la puissance etlou l'énergie disponible à partir de générateurs électrochimiques, il est connu d'associer plusieurs générateurs en les reliant en série et/ou en parallèle. On désigne par � batterie � un tel assemblage de générateurs. Plusieurs moyens existent pour maintenir mécaniquement l'assemblage de 20 générateurs électrochimiques en batterie. Typiquement, une pluralité de générateurs peut être maintenue par un ou deux flasques assurant un maintien mécanique et les bornes des générateurs sont reliées électriquement selon le schéma souhaité (série et/ou parallèle) par des barrettes de connexion de puissance. Le maintien mécanique des générateurs dans des flasques ou autres supports 25 peut être assuré par exemple par collage, résinage ou soudure. Il est également connu du document US-A-2005/0196665 un procédé d'assemblage en batterie par utilisation d'anneaux de connexion. Mais ces techniques ne permettent pas un démontage facile des générateurs placés dans la batterie. Cela rend le remplacement d'un générateur de la batterie difficile, voire impossible. 30 Il existe des batteries dans lesquelles les générateurs sont insérés dans des structures alvéolées. Une étape de résinage permet le maintien mécanique de ces éléments dans la structure alvéolée. Une batterie de ce type est commercialisée par le demandeur sous la référence � Batterie lithium 2 x 6 P W3A �. Un tel procédé de résinage est long à mettre en oeuvre et rend difficile le démontage des générateurs. 35 Il existe donc un besoin pour un procédé d'assemblage des générateurs électrochimiques en batterie qui soit facile à mettre en oeuvre tout en permettant un démontage ou un remplacement facile des générateurs assemblés. R .\Brevets\_9'1 '2963'_--090334-tcxte Jép,31 Jor'4.113/09 14!13- 1/8 A cet effet, l'invention propose un procédé d'assemblage de générateurs électrochimiques en batterie, chaque générateur électrochimique comportant un conteneur avec une paroi latérale, un fond et un couvercle, le procédé comprenant une étape de frettage d'un élément de maintien sur la paroi latérale du conteneur. Selon un mode de réalisation, l'étape de frettage comprend les étapes de chauffage de l'élément de maintien, le conteneur étant maintenu à température ambiante, et d'introduction de l'élément de maintien sur le conteneur. Selon un mode de réalisation, avant l'étape d'introduction et à température ambiante, l'élément de maintien a un périmètre intérieur qui est inférieur au périmètre extérieur du conteneur. Selon un mode de réalisation, l'élément de maintien et le conteneur sont réalisés dans un même matériau ; par exemple en aluminium. L'invention concerne aussi un générateur électrochimique comprenant un conteneur avec une paroi latérale, un fond et un couvercle, un élément de maintien 15 étant fretté sur la paroi latérale du conteneur. Selon un mode de réalisation, l'élément maintien est une bague et le conteneur est cylindrique. Selon un mode de réalisation, le fond du conteneur est adapté à se déchirer sous l'effet d'une surpression dans le conteneur. 20 L'invention concerne en outre une batterie de générateurs électrochimiques comprenant : - au moins un flasque comprenant une pluralité d'alvéoles, - une pluralité de générateurs électrochimiques selon l'invention. chaque générateur étant positionné dans une alvéole avec son élément de 25 maintien en butée sur un élément de retenue agencé dans l'alvéole. Selon un mode de réalisation, le détachement du fond de chaque conteneur n'est pas gêné par l'élément de retenue du générateur dans l'alvéole. Selon un mode de réalisation, l'élément de retenue est une bague logée dans une ouverture de l'alvéole ou clipsée sur une ouverture de l'alvéole. 30 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit des modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple uniquement et en références aux dessins qui montrent : - figure 1, un schéma d'un générateur électrochimique selon l'invention; 35 - figure 2, un schéma d'une pluralité de générateurs électrochimiques assemblés en batterie selon l'invention. R ABr,v,tsV29600V296322--090324-texte dépit do, -'_J/b3J19 - 1-0 n3- 2/8 L'invention se rapporte à un générateur électrochimique et plus spécifiquement à un procédé d'assemblage de générateurs électrochimiques en batterie. La figure I illustre un générateur selon l'invention. Le générateur 10 comprend un conteneur 12. Le conteneur 12 comporte une paroi latérale 14, un fond 18 et un couvercle 16. Le générateur comprend aussi un élément de maintien 20 fretté sur la paroi latérale 14 du conteneur 12. L'élément de maintien 20 peut être une bague si le conteneur 12 est cylindrique, mais d'autres formes peuvent être envisagées comme un anneau rectangulaire si le conteneur est prismatique. La figure 1 montre une bague de maintien 20 circulaire. Le périmètre intérieur de l'élément de maintien 20 peut être inférieur au périmètre extérieur du conteneur 12. Cela peut être réalisé aisément au moment de l'usinage de l'élément 20 de maintien et du conteneur 12. Cela permet d'obtenir un meilleur serrage de l'élément 20 de maintien sur la paroi 14 latérale du conteneur 12. Le procédé d'assemblage selon l'invention comprend une étape de frettage d'un élément 20 de maintien sur la paroi latérale 14 du conteneur 12. L'élément de maintien 20 permettra la tenue mécanique des générateurs IO lors de l'assemblage en batterie. La mise en oeuvre d'un tel procédé comportant une étape de frettage est plus simple qu'un collage de la bague ou qu'un résinage des générateurs électrochimiques en batterie. Notamment, le temps de cycle pour assembler des générateurs en batterie selon le procédé de l'invention est réduit à quelques minutes alors que le résinage implique des temps de cycle plus longs de l'ordre de 24 à 72 heures à cause du temps de polymérisation des résines employées. Les outillages de maintien en position assemblage peuvent également être supprimés du fait de la réduction du temps de cycle. En outre, les contraintes liées à l'emploi de résines ou de colles sont évitées. Ainsi, le personnel n'est plus exposé aux vapeurs nocives liées au travail des résines ou des colles. En particulier, il devient possible de s'abstenir de l'emploi de moyens d'aspiration tels que des hottes aspirantes et de la protection individuelle de chaque membre du personnel via un masque pour cette opération d'assemblage des générateurs en batterie. L'absence de colle ou de résine permet aussi de limiter les déchets non recyclables lors du démontage de la batterie en fin de vie. Selon un mode de réalisation, pour réaliser le frettage de l'élément de maintien 20 sur le conteneur 12 du générateur 10, l'élément de maintien 20 est chauffé, ce qui provoque une dilatation thermique permettant de le positionner sur le conteneur 12 qui a été maintenu à température ambiante. L'élément de maintien 20 se refroidit au contact du conteneur et par convection à l'air et se contracte pour serrer le conteneur 12 du générateur 10. Contrairement à ce qui était pensé jusqu'à présent, l'application d'un élément à température élevée, par exemple aux alentours de 300°C. sur le R 13re,rI,2960N1C963'--1191)3]4-trxte dép,",i d,, '4 3:1 3n, conteneur 12 n'endommage pas le générateur 10 électrochimique et en particulier le faisceau électrochimique, car la température de peau du conteneur 12 ne dépasse pas 80°C sur un temps très court. L'élément 20 de maintien et le conteneur 12 peuvent être réalisés dans un même matériau. Cela permet de contrôler plus facilement le procédé parce que les coefficients de dilatation thermique sont les mêmes pour l'élément 20 de maintien et le conteneur 12. Par exemple, le matériau choisi pour l'élément 20 de maintien et le conteneur 12 peut être de l'aluminium. Cela est particulièrement avantageux parce que le coefficient de dilatation thermique de l'aluminium est important ce qui limite le chauffage à appliquer sur l'élément 20 de maintien et augmente le jeu de montage dont dispose l'opérateur mettant en oeuvre le procédé d'assemblage. En outre, l'aluminium présente l'avantage de bien dissiper la chaleur ce qui permet de réaliser le procédé plus rapidement. D'autres matériaux peuvent cependant être utilisés, comme du cuivre ou de l'acier. Un tel procédé permet d'obtenir un générateur électrochimique 10 tel qu'illustré sur la figure 1. L'élément 20 de maintien est fretté sur la paroi 14 latérale du conteneur 12. Une fois fixé par frettage, l'élément 20 de maintien résiste à la traction. Ainsi, l'élément 20 permettra le maintien du générateur électrochimique entre deux flasques de batterie. Un tel générateur peut faire partie d'une batterie 22 de générateurs 10 électrochimiques telle qu'illustrée sur la figure 2. Selon le mode de réalisation illustré, la batterie 22 comprend deux flasques 24 comprenant une pluralité d'alvéoles 26, les deux flasques 24 étant reliés par une couronne 30 de maintien. Les flasques 24 peuvent par exemple être réalisés en aluminium parce que l'aluminium est un matériau léger et aisément usinable. Les flasques 24 peuvent cependant être composés d'un autre matériau, tel que du plastique par exemple. La batterie 22 comporte en outre une pluralité de générateurs 10 électrochimiques tels que décrit en référence à la figure 1. Chaque générateur 10 est positionné dans une alvéole 26 avec son élément 20 de maintien en butée sur un élément 28 de retenue agencé dans l'alvéole 26. L'élément 28 de retenue vient ainsi en appui sur l'élément 20 de maintien du générateur pour empêcher que le générateur 10 puisse glisser dans l'alvéole 26. Les générateurs 10 sont ainsi bien maintenus dans leur alvéole 26 respective et donc dans la batterie 22. En outre, il est aisé de pouvoir remplacer un générateur de la batterie 22 lorsque le générateur est endommagé ou est victime d'un dysfonctionnement indépendamment des autres générateurs 10 de la batterie 22 et sans avoir à démonter la batterie 22 en entier, les générateurs 10 étant accessibles depuis l'extérieur, après démontage des flasques. R1Bresctst296(1 V?963: -( Hl, . 4-texic de{ra Jo. '4; 3 I4 3 - 4/8 L'élément 28 de retenue peut être une bague en plastique logée dans une ouverture de l'alvéole 26 ou clipsée sur une ouverture de l'alvéole 26 ou sur un retour de la paroi des alvéoles vers l'intérieur. Selon un mode de réalisation, l'élément de maintien 20 du générateur 10 est suffisamment éloigné du fond 18 du conteneur 12 pour garantir que le fond 18 n'est pas entravé par l'élément 28 de retenue du générateur 10 dans l'alvéole 26. Il est ainsi possible que le fond 18 puisse se déchirer sans endommager le flasque 24 en cas de surpression dans le générateur 10. Un générateur 10 est généralement conçu pour fonctionner dans des conditions dites nominales, c'est-à-dire dans des gammes de température, courant et tension données. L'utilisation du générateur 10 hors des conditions nominales, comme par exemple une surcharge accidentelle, un court-circuit, une température supérieure à la température maximale de fonctionnement, etc., pose un problème de sécurité. En effet, de telles situations entraînent un échauffement de l'électrolyte et la formation de vapeurs d'électrolyte. L'accumulation de ces vapeurs dans le conteneur 12 entraîne une augmentation de la pression interne du générateur 10, qui peut conduire à un éclatement violent du conteneur 12 et à la projection de composés chimiques nocifs et corrosifs pour l'environnement et les personnes situées à proximité. Pour pallier à ce problème, le fond 18 du conteneur 12 peut être adapté à se déchirer sous l'effet d'une surpression dans le conteneur 12. Cela est rendu possible, pour le générateur 10 de la figure 1, par le fait que le maintien est réalisé par l'élément 20 disposé sur la paroi 14 latérale ce qui n'entrave pas le déchirement du fond 18 lorsque le respect des conditions de sécurité pour le générateur 10 l'impose. Un exemple de mise en oeuvre peut être un amincissement 32 prévu sur la paroi latérale 14 tel qu'illustré sur la figure 1. L'amincissement 32 est placé près du fond 18 du conteneur 12. L'amincissement 32 est adapté à être déchiré par une surpression à l'intérieur du conteneur 12. L'élément 20 est disposé sur la paroi latérale 14 suffisamment éloigné de l'amincissement 32 pour ne pas entraver le déchirement de l'amincissement 32 puis le détachement du fond 18 du conteneur 12. Le procédé selon l'invention permet un assemblage rapide et facile de générateurs en batterie. La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation précédemment décrits à titre d'exemple. Notamment, le procédé peut concerner tout type de générateur électrochimique et notamment nickel-cadmium, nickel-métal hydrure et lithium-ion. De tels générateurs 10 peuvent être de format cylindrique ou de format rectangulaire (connu également sous le terme de prismatique). Le choix des matériaux dépend des applications envisagées. R V3rcvcnC96181C9632ù i^9U324-icxtc dEpirt doc - 24413/119 - 14 03 - 58