Brevet FR2944150A1 — publié le 20101008

ACCUMULATEUR ET PROCEDE DE FABRICATION La présente invention se rapporte à un accumulateur, et plus spécifiquement à une connexion électrique d'un accumulateur. L'invention concerne également un 5 procédé de fabrication d'un tel accumulateur. Un générateur électrochimique ou accumulateur (ces deux termes étant équivalents, on utilisera le terme d'accumulateur dans la présente description) est un dispositif de production d'électricité dans lequel de l'énergie chimique est convertie en énergie électrique. L'énergie chimique est constituée par des composés 10 électrochimiquement actifs déposés sur au moins une face d'électrodes disposées dans l'accumulateur. L'énergie électrique est produite par des réactions électrochimiques sur ces électrodes au cours d'une décharge de l'accumulateur. Pour permettre ces réactions électrochimiques, les électrodes sont disposées en un faisceau électrochimique comportant une alternance d'électrodes positives et 15 négatives isolées entre elles par des séparateurs imprégnés d'électrolyte. La figure 1 présente une électrode typique d'un accumulateur de type NiCd, NiMH, ou NiZn. L'électrode 4 comprend une plaque 5 et une tête de plaque 6. La plaque 5 peut-être en acier nickelé. Elle est couverte d'une matière électrochimiquement active. La tête de plaque 6, également en acier nickelé, permet 20 de connecter l'électrode 4 à une borne de sortie de courant de l'accumulateur. La tête de plaque 6 peut être obtenue à partir de la découpe d'un feuillard 10 rapporté à une frontière de la plaque 5. Typiquement, un faisceau électrochimique est formé en empilant les électrodes les unes sur les autres de façon que la polarité soit alternativement positive et 25 négative ; les électrodes étant isolées entre elles par un séparateur. Les électrodes sont également empilées de sorte que les têtes de plaque des électrodes de polarité positive sont superposées d'une part, et les têtes de plaque des électrodes de polarité négative sont superposées d'autre part ; les deux ensembles de têtes de plaque se faisant face sur un côté de l'empilement d'électrodes. Ensuite, au cours d'une 30 opération dite de foisonnement, les électrodes de même polarité sont mises en contact au niveau de leurs têtes de plaque, formant ainsi deux ensembles d'électrodes de polarité opposée. Les ensembles d'électrodes positives et négatives sont connectés à des bornes de sortie de courant afin de collecter l'énergie électrique du faisceau, et la transporter 35 vers un consommateur électrique. Sur chaque ensemble d'électrodes une borne est vissée ou soudée au niveau des têtes de plaque. La fixation d'une borne à un ensemble de têtes de plaque par vissage a principalement deux inconvénients. D'abord, il est nécessaire d'obtenir un parfait R I;reg ets 291,00 291 3 5--090400 texte dépt doc. 2 alignement des têtes de plaque des électrodes, afin d'insérer convenablement toute la visserie dans la borne. D'autre part, une résistance ohmique importante est obtenue. La fixation d'une borne par soudure aux têtes de plaque permet d'obtenir une meilleure résistance électrique. Cependant, au cours de l'opération de soudage, il est nécessaire de contenir le matériau en fusion afin d'éviter toute projection de matière dans le faisceau électrochimique pouvant provoquer court-circuit ou brûlure du faisceau. Ceci peut-être obtenu par l'ajout d'une pièce intermédiaire sur les têtes de plaque, ou par des usinages complexes réalisés dans la borne de sortie de courant. Par exemple, dans les documents FR-A-2 752 090 et FR-A-2 748 606, une fente est ]o définie dans la borne de sortie de courant afin de recevoir les têtes de plaques rassemblées lors de l'opération de foisonnement. Les parois de la fente de la borne de sortie de courant confinent le matériau en fusion et évitent sa fuite hors de la zone de soudage. Mais la nécessité d'ajouter une pièce ou d'usiner la borne de sortie de courant complique l'assemblage par soudage des bornes de sortie de courant sur les 15 têtes de plaque. Il existe donc un besoin pour un procédé simplifié de soudage des têtes de plaque sur une borne de sortie de courant d'un accumulateur, permettant un confinement de la soudure afin d'éviter le court-circuit ou la brûlure du faisceau électrochimique. 20 A cet effet, l'invention propose un accumulateur comprenant : - un conteneur contenant un faisceau électrochimique constitué d'une alternance d'électrodes positives et d'électrodes négatives séparées par des séparateurs, chaque électrode présentant une plaque et une tête de plaque ; 25 - une borne de sortie de courant positive et une borne de sortie de courant négative, dans lequel un empilement de têtes de plaque positives présente au moins une portion d'empilement repliée sur elle-même, l'empilement de têtes de plaque étant soudé à la borne de sortie de courant positive du côté opposé à ladite portion repliée, 30 et dans lequel un empilement de têtes de plaque négatives présente au moins une portion d'empilement repliée sur elle-même, l'empilement de têtes de plaque étant soudé à la borne de sortie de courant négative du côté opposé à ladite portion repliée. Selon les modes de réalisation, l'accumulateur selon l'invention peut comprendre deux empilements de têtes de plaque positives soudés de part et d'autre 35 de la borne de sortie de courant positive et/ou deux empilements de têtes de plaque négatives soudés de part et d'autre de la borne de sortie de courant négative. Selon les modes de réalisation, la pliure de la portion de l'empilement peut être horizontale ou verticale. R `Brevets'2 9600 2 963 5--090306 tenir duit dn. 3 Selon un mode de réalisation, la soudure d'un empilement de têtes de plaque à une borne forme une goutte de soudure qui englobe au moins une partie de la borne et toutes les têtes de plaque de l'empilement, la portion repliée de l'empilement n'étant pas totalement incluse dans ladite goutte de soudure. Selon les applications, l'accumulateur peut-être de type Nickel-Cadmium (NiCd), Nickel- Metal Hydrure (NiMH), ou Nickel-Zinc (NiZn). L'invention concerne en outre un procédé de fabrication d'un accumulateur, comprenant les étapes consistant à : - fournir un faisceau électrochimique comprenant une alternance to d'électrodes positives et d'électrodes négatives séparées par des séparateurs, chaque électrode présentant une plaque et une tête de plaque; - replier une portion d'un empilement de têtes de plaque positives sur elle-même et replier une portion d'un empilement de têtes de plaque négatives sur elle-même ; 15 - souder chaque empilement de têtes de plaque à une borne de sortie de courant respective en positionnant une électrode de soudage sur la portion repliée. Selon les modes de réalisation, le procédé de fabrication selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : 20 - la pliure de la portion est réalisée selon un axe horizontal ; - le procédé comprend en outre une étape consistant à découper chaque tête de plaque de manière à former une languette constituant la portion à replier ; la pliure de la portion est alors réalisée selon un axe vertical ; - la portion d'empilement de têtes de plaque est repliée sur elle-même 25 autour d'un axe ; - chaque soudure est réalisée directement sur la borne sans pièce additionnelle ; - chaque soudure est réalisée directement sur une périphérie de la borne ; - la procédé comprend en outre une étape consistant à placer le faisceau 30 électrochimique dans un conteneur et une étape consistant à remplir le conteneur d'électrolyte. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit, donnée à titre d'exemple, et en référence aux figures 35 suivantes: - La figure 1, déjà décrite, représente une électrode de l'art antérieur ; La figure 2 illustre un empilement d'électrodes selon un premier mode de réalisation de l'invention ; R Pres e s 29600 29635--090406 tete dépt- t doc - La figure 3 illustre l'empilement de la figure 2 soudé à une borne de sortie de courant; - La figure 4 illustre une électrode présentant une tête de plaque selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; - La figure 5 illustre un empilement d'électrodes selon le deuxième mode de réalisation de l'invention ; - La figure 6 illustre l'empilement de la figure 5 soudé à une borne de sortie de courant. - La figure 7 illustre un faisceau électrochimique selon un premier mode de 10 réalisation de l'invention soudé à des bornes de sortie de courant. L'invention concerne un accumulateur dans lequel des têtes de plaque d'électrodes sont soudées aux bornes de sortie de courant de l'accumulateur. Selon l'invention, les têtes de plaque sont empilées, et une portion d'empilement est repliée 15 sur elle-même. La connexion électrique des électrodes à une borne de sortie de courant est réalisée par une soudure de la borne derrière la portion d'empilement repliée. La portion d'empilement repliée sert ainsi de retenue du matériau en fusion lors du soudage. Les figures 2 et 3 illustrent un premier mode de réalisation de l'invention. 20 La figure 2 illustre un empilement d'électrodes selon un premier mode de réalisation de l'invention. Dans un accumulateur, l'empilement d'électrodes présenté en figure 2 est monté, de manière connue en soit, en alternance avec un empilement d'électrodes de polarité opposée, comme cela sera décrit en référence à la figure 7. Pour des raisons de clarté un seul empilement d'électrodes est représenté. Chaque 25 électrode comprend une plaque 5 et une tête de plaque 6. Les électrodes forment un empilement tel que les têtes de plaque 6 sont superposées et forment un empilement. Dans ce premier mode de réalisation une portion 6a de l'empilement de têtes de plaque 6 est repliée sur elle-même selon une pliure horizontale. La figure 3 montre un ensemble d'électrodes selon le premier mode de 30 réalisation associé à une borne de sortie de courant 8. L'empilement de têtes de plaque 6 est soudé sur la borne de sortie de courant 8 par l'intermédiaire du côté opposé à ladite portion 6a repliée. Ainsi, l'empilement des têtes de plaque 6 présente une première face sur laquelle une portion 6a est repliée selon une pliure horizontale, et une seconde face, opposée à la première, qui est soudée à la borne de sortie de 35 courant 8. Lors du soudage de l'empilement de têtes de plaque 6 à la borne de sortie de courant 8, le matériau de toutes les têtes de plaque empilées fusionne, alors que la R Brevetst29600 29635--091406 texte dépt doc portion 6a repliée retient le matériau en fusion, comme cela sera décrit plus en détail plus loin. Les figures 4 à 6 présentent un deuxième mode de réalisation de l'invention. La figure 4 présente une électrode 4 utilisée dans le deuxième mode de 5 réalisation. L'électrode 4 présente une languette 6L formée dans la tête de plaque 6. Le procédé de formation de la languette 6L sera explicité plus en détail plus loin. La figure 5 illustre un empilement d'électrodes selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. Dans ce mode de réalisation, les languettes 6L des têtes de plaque 6, décrites en référence à la figure 4, forment la portion 6a qui est repliée selon un axe vertical. La figure 6 montre un ensemble d'électrodes selon le deuxième mode de réalisation associé à une borne de sortie de courant 8. L'empilement de têtes de plaque 6 est soudé sur la borne de sortie de courant 8 par l'intermédiaire du côté opposé à ladite portion 6a repliée. Ainsi, l'empilement des têtes de plaque 6 présente une première face sur laquelle une portion 6a est repliée selon une pliure verticale, et une seconde face, opposée à la première, qui est soudée à la borne de sortie de courant 8. La soudure d'un empilement de têtes de plaque 6 à sa borne de sortie de courant 8 prend la forme d'une goutte de soudure qui englobe au moins une partie de la borne 8 et toutes les têtes de plaque 6 de l'empilement, la portion 6a repliée de l'empilement retenant ladite goutte de soudure. Ainsi, toutes les électrodes sont électriquement connectées à la borne de sortie de courant 8. La goutte de soudure s'étend sur sensiblement toute l'épaisseur de l'empilement de têtes de plaque 6 située sous la portion 6a repliée. Une partie des épaisseurs de têtes de plaque 6 constituant la portion 6a repliée peut également être comprise dans la goutte de soudure. Cependant la portion 6a repliée n'a pas principalement une fonctionnalité électrique, mais une fonctionnalité mécanique qui consiste à confiner la goutte de soudure pour éviter une fuite de matériau vers le faisceau électrochimique. L'accumulateur selon l'invention présente des têtes de plaque 6 dont la soudure avec une borne de sortie de courant 8 a été obtenue de façon sécurisée et efficace, sans amener de matériau supplémentaire, et sans un usinage dédié de la borne de sortie de courant 8. Comme cela a été mentionné plus haut, dans un accumulateur, les empilements d'électrodes présentés en figures 2 et 3, et en figures 5 et 6 sont respectivement montés de manière connue en soi au sein d'un faisceau électrochimique. La figure 7 illustre schématiquement un faisceau électrochimique 3 d'un accumulateur selon le premier mode de réalisation de l'invention placé dans un conteneur 2. Le faisceau électrochimique 3 est constitué d'un empilement R�re.ets _9600296? 5--090406 texte dépeit doc d'électrodes alternativement positives et négatives dans la direction de l'empilement, les plaques 5, 5' d'électrode étant isolées entre elles par un séparateur non représenté. Les électrodes forment un empilement tel que les têtes de plaque 6 des électrodes de polarité positive sont superposées d'une part, et les têtes de plaque 6' des électrodes de polarité négative sont superposées d'autre part ; les deux ensembles de têtes de plaque se faisant face sur un côté du faisceau 3. Les têtes de plaque 6 positives forment un premier empilement de têtes de plaque et les têtes de plaque 6' négatives forment un second empilement de têtes de plaque. Les descriptions précédentes d'un empilement de tête de plaque 6 et de la t0 soudure de l'empilement de têtes de plaque 6 à une borne de sortie de courant 8 sont valables pour chacun des deux empilements de têtes de plaque 6, 6' positives et négatives soudés respectivement à une borne de sortie de courant 8 positive et une borne de sortie de courant 8' négative. Dans un mode de réalisation non illustré, l'accumulateur peut comprendre deux 15 empilements de têtes de plaque 6 positives soudés de part et d'autre de la borne de sortie de courant 8 positive. De même, l'accumulateur peut comprendre deux empilements de têtes de plaque 6' négatives soudés de part et d'autre de la borne de sortie de courant 8' négative. Un tel mode de réalisation peut être mis en oeuvre lorsque le nombre de têtes de plaque est important. L'épaisseur de l'empilement de 20 têtes de plaque est alors telle qu'il devient difficile, voir impossible de réaliser la pliure, que ce soit selon un axe vertical ou un axe horizontal. On peut alors séparer l'empilement de têtes de plaque en deux sous groupe d'empilement pour une même polarité. Chacun des empilements de têtes de plaque 6, 6' positives ou négatives présente les caractéristiques décrites précédemment. Ainsi, selon ce mode réalisation, 25 la borne de sortie de courant 8, 8' positive ou négative sera positionnée entre deux empilements de têtes de plaque 6, 6', et soudée à ces deux empilements de têtes de plaque 6, 6' par l'intermédiaire des côtés opposés aux portions 6a, 6a' repliées. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un accumulateur dans lequel l'opération de soudage des têtes de plaque 6, 6' à une borne de sortie de 30 courant 8, 8' est réalisée sans fuite du matériau en fusion, et sans pièce additionnelle ou usinage de la borne. Le procédé selon l'invention comprend les étapes de fourniture d'un faisceau électrochimique 3, de pliage d'une portion 6a, 6a' d'un empilement de têtes de plaque 6, 6', et d'assemblage et de soudage des têtes de plaque 6, 6' sur les bornes de 35 sortie de courant 8, 8'. Une fois que le faisceau électrochimique 3 est constitué par superposition des plaques 5, 5' positives et négatives séparées par des séparateurs, les têtes de plaque 6, 6' subissent une opération de foisonnement et de pliage. H-,[3receü\29600'9635__090406 texte dépôt doc 7 Au cours de ladite opération de pliage, une portion 6a, 6a' de l'empilement de têtes de plaque 6, 6' est repliée sur elle-même. Autrement dit, la portion 6a, 6a' est repliée sur une face dudit empilement de têtes de plaque 6, 6'. Il peut-être difficile de plier directement la portion 6a, 6a' du fait de l'épaisseur cumulée des têtes de plaque 6, 6' dans l'empilement de têtes de plaque 6, 6'. Cette opération de pliage peut alors être assistée d'un axe ou pièce cylindrique positionné au niveau de la base de la portion 6a, 6a'. Dans un premier mode de réalisation présenté en figures 2 et 3, la portion 6a, 6a' est repliée selon un axe horizontal. Dans un deuxième mode de réalisation présenté en figures 5 et 6, la portion 6a, 6a' est repliée selon un axe vertical. Lors de la fabrication des électrodes pour le deuxième mode de réalisation (figures 4 à 6), les têtes de plaque 6 doivent être découpée de manière adéquate. La figure 4 illustre une électrode 4 utilisée pour le procédé selon le deuxième mode de réalisation. L'électrode 4 présente une languette 6L qui est définie par une découpe horizontale dans la tête de plaque 6. Cette découpe est réalisée dans le feuillard qui permet de constituer la tête de plaque 6, par exemple par estampillage à l'aide d'un poinçon adapté. Après la constitution du faisceau 3, les têtes de plaque 6 sont foisonnées et les languettes 6L forment un empilement qui constitue la portion 6a qui pourra être repliée selon un axe vertical. Dans l'opération d'assemblage et de soudage, l'empilement de têtes de plaque 6, 6' est d'abord positionné sur la borne de sortie de courant 8, 8' de la polarité correspondante, avec la portion 6a, 6a' repliée du côté opposé à la borne. Le soudage peut alors être réalisé, par exemple dans une soudeuse à résistance : une première électrode de soudage est positionnée sur la portion 6a, 6a' repliée de l'empilement de têtes de plaque 6, 6' et une deuxième électrode de soudage est positionnée, soit sur la borne 8, 8' si un seul empilement de têtes de plaque est à souder à la borne, soit sur la portion 6a, 6a' repliée d'un deuxième empilement de têtes de plaque 6, 6' à souder à la borne 8, 8'. Une pression et un passage de courant électrique est appliqué entre les électrodes de soudage provoquant la fusion des matériaux ; il y a alors un risque de fuite de la matière en fusion sous l'effet de la pression exercée. Or la portion 6a, 6a' repliée va confiner la soudure, et permettre d'éviter la fuite du matériau en fusion. Ladite portion 6a, 6a' repliée fournit de la matière afin de contenir la soudure. Ainsi, il n'est pas nécessaire d'amener de la matière supplémentaire, ni de réaliser un usinage complexe de la borne de sortie de courant 8, 8'. La portion 6a, 6a' repliée confine le métal en fusion lors du soudage, permettant ainsi d'éliminer tout risque de brûlure ou de court-circuit du faisceau électrochimique 3. La portion 6a, 6a' repliée de l'empilement de têtes de plaque 6, 6' réalise donc un maintien mécanique de la soudure et n'a pas de fonction électrique. R\Rrevets\29600\'9675- 090306 texte dépit( doc 8 Pour qu'une borne de sortie de courant 8, 8' soit bien soudée à un empilement de têtes de plaque 6, 6', il faut que l'ensemble des têtes de plaque 6, 6' de l'empilement soit pris dans la soudure. Des tests ont été réalisés avec un empilement de neuf têtes de plaque 6. Ces tests montrent que la goutte de soudure comprend toutes les têtes de plaque 6 de l'empilement, ainsi que quelques unes des épaisseurs de la portion 6a repliée. Par conséquent, en soudant toute l'épaisseur de chaque empilement de têtes de plaque, toutes les électrodes utiles à la collecte du courant dans le faisceau électrochimique 3 sont efficacement connectées à leurs bornes de sortie de courant respectives. Cependant l'inclusion d'épaisseurs de la portion repliée lo dans la goutte de soudure n'est pas un impératif, car la portion repliée a avant tout une utilité mécanique pour le confinement de la soudure et n'a aucune fonction électrique. Le faisceau électrochimique 3 associé à ses bornes de sortie de courant 8, 8' peut ensuite être placé dans un conteneur 2 qui est rempli d'électrolyte pour 15 imprégner les séparateurs. L'accumulateur selon l'invention peut être de type NiCd, NiMH, ou NiZn, et le procédé selon l'invention est particulièrement adapté à la fabrication d'accumulateurs de type NiCd, NiMH, ou NiZn. RBre.ets'29600'29635-090406 texte dépôt doc REVENDICATIONS1. Accumulateur comprenant : - un conteneur (2) contenant un faisceau électrochimique (3) constitué d'une 5 alternance d'électrodes positives et d'électrodes négatives séparées par des séparateurs, chaque électrode (4) présentant une plaque (5, 5') et une tête de plaque (,6), - une borne de sortie de courant (8) positive et une borne de sortie de courant (8') négative, lo dans lequel un empilement de têtes de plaque (6) positives présente au moins une portion (6a) d'empilement repliée sur elle-même, l'empilement de têtes de plaque étant soudé à la borne de sortie de courant (8) positive du côté opposé à ladite portion repliée, et dans lequel un empilement de têtes de plaque (6') négatives présente au moins une 15 portion (6a') d'empilement repliée sur elle-même, l'empilement de têtes de plaque étant soudé à la borne de sortie de courant (8') négative du côté opposé à ladite portion repliée. 2. Accumulateur selon la revendication 1, comprenant deux empilements de têtes de plaque (6) positives soudés de part et d'autre de la borne de sortie de courant (8) 20 positive. 3. Accumulateur selon la revendication 1 ou 2, comprenant deux empilements de têtes de plaque (6') négatives soudés de part et d'autre de la borne de sortie de courant (8') négative. 4. Accumulateur selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la pliure de la 25 portion (6a, 6a') de l'empilement est horizontale. 5. Accumulateur selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la pliure de la portion (6a, 6a') de l'empilement est verticale. 6. Accumulateur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la soudure d'un empilement de têtes de plaque (6, 6') à une borne (8, 8') forme une goutte de 30 soudure qui englobe au moins une partie de la borne (8, 8') et toutes les têtes de plaque (6, 6') de l'empilement, la portion repliée (6a, 6a') de l'empilement n'étant pas totalement incluse dans ladite goutte de soudure. R'tBrecets'.2960049635--090405 texte dépôt do,. 7. Accumulateur selon l'une des revendications précédentes, de type Nickel-Cadmium (NiCd), Nickel- Metal Hydrure (NiMH), ou Nickel-Zinc (NiZn). 8. Procédé de fabrication d'un accumulateur, comprenant les étapes consistant à : - fournir un faisceau électrochimique (3) comprenant une alternance d'électrodes positives et d'électrodes négatives séparées par des séparateurs, chaque électrode (4) présentant une plaque (5, 5') et une tête de plaque (6, 6') ; - replier une portion (6a) d'un empilement de têtes de plaque (6) positives sur elle-même et replier une portion (6a') d'un empilement de têtes de plaque (6') négatives sur elle-même ; - souder chaque empilement de têtes de plaque (6, 6') à une borne de sortie de courant (8, 8') respective en positionnant une électrode de soudage sur la portion (6a, 6a') repliée. 9. Procédé de fabrication d'un accumulateur selon la revendication 8, dans lequel la pliure de la portion (6a, 6a') est réalisée selon un axe horizontal. 10. Procédé de fabrication d'un accumulateur selon la revendication 8, comprenant en outre une étape consistant à découper chaque tête de plaque (6, 6') de manière à former une languette (6L, 6L') constituant la portion (6a, 6a') à replier. 11. Procédé de fabrication d'un accumulateur selon la revendication 10, dans lequel la pliure de la portion (6a, 6a') est réalisée selon un axe vertical. 12. Procédé de fabrication d'un accumulateur selon l'une des revendications 8 à 11, dans lequel la portion (6a, 6a') d'empilement de têtes de plaque (6, 6') est repliée sur elle-même autour d'un axe. 13. Procédé de fabrication d'un accumulateur selon l'une des revendications 8 à 12, dans lequel chaque soudure est réalisée directement sur la borne (8, 8') sans pièce 25 additionnelle. 14. Procédé de fabrication d'un accumulateur selon l'une des revendications 8 à 13, dans lequel chaque soudure est réalisée directement sur une périphérie de la borne (8, 8'). RVBrevets`.29600119635--090406'cale. depôt dor 15. Procédé de fabrication d'un accumulateur selon l'une des revendications 8 à 14, comprenant en outre une étape consistant à placer le faisceau électrochimique (3) dans un conteneur (2) et une étape consistant à remplir le conteneur d'électrolyte. R',Br e. ets'29609 ,29635-090306 teste défit do