FR2650124A1 - Electrochemical generator with improved electrolyte balancing - Google Patents
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Abstract
Description
PILE ELECTROCHIMIQUE A
EQUILIBRAGE D'ELECTROLYTE AMéLIORE
L'invention concerne une pile électrochimique amorçable du type dit "à réserve", et notamment une pile amorçable au coup, et elle concerne particulièrement des moyens d'irrigation des cellules de la pile par un électrolyte liquide.ELECTROCHEMICAL CELL A
IMPROVED ELECTROLYTE BALANCING
The invention relates to a primable electrochemical cell of the so-called "reserve" type, and in particular a primable cell, and it particularly relates to means for irrigating the cells of the cell with a liquid electrolyte.
Dans les piles à réserve amorçable au coup, l'électrolyte liquide est contenu dans un réservoir où il est sans contact avec les cellules ou éléments de la pile, jusqu'à un instant où l'électrolyte est libéré du réservoir et se répand dans les cellules. La pile est alors amorcée et elle produit une énergie électrique qui est appliquée à différents dispositifs prévus pour être alimentés par cette pile. En général ce type de pile est utilisé pour fournir une énergie électrique dans des engins balistiques, par exemple des obus, des missiles, etc... In blow-startable reserve batteries, the liquid electrolyte is contained in a reservoir where it is not in contact with the cells or elements of the battery, until an instant when the electrolyte is released from the reservoir and spreads in the cells. The cell is then primed and it produces electrical energy which is applied to various devices intended to be powered by this cell. In general this type of battery is used to provide electrical energy in ballistic devices, for example shells, missiles, etc ...
L'un des Intérêts importants de ce type de pile réside dans sa possibilité de stockage, stockage qui doit pouvoir être très long, par exemple 12 ou 15 ans. One of the important interests of this type of battery resides in its possibility of storage, storage which must be able to be very long, for example 12 or 15 years.
Dans ce type de pile, le réservoir contenant l'électrolyte liquide constitue un réservoir de stockage jusqu'au départ du coup. L'électrolyte est libéré, par exemple par rupture d'un opercule sous l'effet de l'accélération longitudinale, à l'instant du ~ tir, et se répartit dans les cellules électrochimiques. La pile est alors amorcée et l'énergie électrique est disponible. In this type of battery, the reservoir containing the liquid electrolyte constitutes a storage reservoir until the start of the stroke. The electrolyte is released, for example by rupture of a cover under the effect of longitudinal acceleration, at the time of the firing, and is distributed in the electrochemical cells. The battery is then primed and electrical energy is available.
Il est nécessaire que l'électrolyte se répartisse de façon homogène dans toutes les cellules pour que la pile fonctionne correctement. The electrolyte needs to be distributed evenly across all cells for the battery to function properly.
Pour une meilleure compréhension des problèmes que pose l'irrigation des cellules par l'électrolyte, les figures 1 et 2 montrent schématiquement et partiellement une structure courante d'une pile à réserve amorçable- au coup. For a better understanding of the problems posed by the irrigation of the cells by the electrolyte, FIGS. 1 and 2 schematically and partially show a current structure of a battery with a bootable reserve.
La figure 1 est une vue en coupe longitudinale, et la figure 2 montre la pile de manière à représenter une électrode de cette dernière vue selon une flèche A montrée à la figure 1. FIG. 1 is a view in longitudinal section, and FIG. 2 shows the battery so as to represent an electrode of this latter view according to an arrow A shown in FIG. 1.
La pile 1 comprend une succession de cellules C1, C2,
..., Cn (le nombre n de cellules dépend de la valeur de tension désirée) disposée l'une derrière l'autre, le long d'un axe longitudinal 2 de la pile 1; l'axe longitudinal 2 est lui-même parallèle au sens de déplacement D du projectile (non représenté) qui contient la pile 1.The stack 1 comprises a succession of cells C1, C2,
..., Cn (the number n of cells depends on the desired voltage value) arranged one behind the other, along a longitudinal axis 2 of the stack 1; the longitudinal axis 2 is itself parallel to the direction of movement D of the projectile (not shown) which contains the battery 1.
Chaque cellule C1 à C est constituée entre deux
n électrodes 4, 5 qui sont portées par des plaques P1 , P2 Pnl (le nombre n' est égal, dans l'exemple, au nombre n de cellules + 1), : la première électrode 4 est de polarité négative formée par exemple par une couche de plomb (Pb) obtenue par dépôt électrolytique sur une plaque Fi à Pn" et la seconde électrode 5 de polarité positive est formée par une couche d'oxyde de plomb (PbO2) également obtenue par dépôt électrolytique sur une plaque Pi à Pnt; et l'électrolyte liquide qui est destiné à remplir l'espace entre les deux électrodes 4, 5 de chaque cellule est, par exemple, de l'acide fluoborique (HBF4) dilué avec de l'eau.Each cell C1 to C is made up of two
n electrodes 4, 5 which are carried by plates P1, P2 Pnl (the number n 'is equal, in the example, to the number n of cells + 1),: the first electrode 4 is of negative polarity formed for example by a lead layer (Pb) obtained by electrolytic deposition on a plate Fi to Pn "and the second electrode 5 of positive polarity is formed by a lead oxide layer (PbO2) also obtained by electrolytic deposition on a plate Pi to Pnt and the liquid electrolyte which is intended to fill the space between the two electrodes 4, 5 of each cell is, for example, fluoboric acid (HBF4) diluted with water.
Les plaques P1 à Pn, sont en un matériau électriquement conducteur, par exemple, en nickel et elles forment des lames bipolaires dont une face porte une électrode, la première électrode 4 en plomb, par exemple, et dont l'autre face porte la seconde électrode en oxyde de plomb, de telle sorte qu'entre deux cellules consécutives, une même plaque est commune à ces deux cellules consécutives et porte deux électrodes de polarités opposées. The plates P1 to Pn, are made of an electrically conductive material, for example, of nickel and they form bipolar blades, one face of which carries an electrode, the first electrode 4 of lead, for example, and the other side of which carries the second. lead oxide electrode, so that between two consecutive cells, the same plate is common to these two consecutive cells and carries two electrodes of opposite polarities.
La pile 1 est formée par une enveloppe 6, ou corps de pile, constituée par exemple en matière plastique. L'enveloppe 6, ou corps de pile, a une section de forme générale circulaire centrée sur l'axe longitudinal 2. The cell 1 is formed by an envelope 6, or cell body, made for example of plastic. The envelope 6, or cell body, has a generally circular cross section centered on the longitudinal axis 2.
Les plaques P1 à Pn, et par conséquent les électrodes 4, 5, sont disposées le long de l'axe longitudinal 2 dans des plans sensiblement perpendiculaires à ce dernier, et elles sont engagées dans des rainures 7 formées dans la paroi intérieure 8 de l'enveloppe 6, avec un pas p qui détermine les pas des cellules C1 à C n C1 à Cn le long de l'axe longitudinal 2. Les plaques P1 à Pu, ont également une forme générale circulaire, et plus précisément, du fait qu'elles sont percées en leur centre, une forme de couronne dont le centre est sur l'axe longitudinal 2. The plates P1 to Pn, and consequently the electrodes 4, 5, are arranged along the longitudinal axis 2 in planes substantially perpendicular to the latter, and they are engaged in grooves 7 formed in the inner wall 8 of the 'envelope 6, with a step p which determines the steps of cells C1 to C n C1 to Cn along the longitudinal axis 2. The plates P1 to Pu, also have a generally circular shape, and more precisely, because 'they are pierced in their center, a shape of crown whose center is on the longitudinal axis 2.
Une telle disposition est valable pour des piles de dimensions très différentes, et les valeurs indiquées ci-après sont données å titre d'exemple non limitatif pour fixer les idées:
- le pas p des cellules est de l'ordre de 0,7 mm;
- l'épaisseur E des plaques P1 à Pn, est de l'ordre de 0,2 mm;
- le diamètre intérieur d1 de la couronne que forme ces plaques est de l'ordre de 20 mm; et le diamètre extérieur d2 ou plus grand diamètre est de l'ordre de 30 mm.Such an arrangement is valid for stacks of very different dimensions, and the values indicated below are given by way of nonlimiting example to fix the ideas:
- the cell pitch p is of the order of 0.7 mm;
- The thickness E of the plates P1 to Pn, is of the order of 0.2 mm;
- The internal diameter d1 of the crown formed by these plates is of the order of 20 mm; and the outside diameter d2 or larger diameter is of the order of 30 mm.
Les plaques P1 à Pn, sont maintenues en place par le fait qu'elles sont engagées sur environ 1 mm dans les rainures 7. A cet effet, en général l'enveloppe 6 ou corps de pile est faite en deux parties 6 6b qui sont séparées selon une coupe 10 faite dans un plan contenant l'axe longitudinal 2, comme représenté sur la figure 2. The plates P1 to Pn, are held in place by the fact that they are engaged for approximately 1 mm in the grooves 7. For this purpose, in general the envelope 6 or stack body is made in two parts 6 6b which are separated along a section 10 made in a plane containing the longitudinal axis 2, as shown in FIG. 2.
La figure 2 permet de distinguer par une vue de face une électrode; la première électrode 4 portée par la plaque P2 par exemple, plaque qui sépare les deux cellules électrochimiques C1 et C2. L'axe longitudinal 2 étant perpendiculaire au plan de la figure 2, il apparaît comme un point. La face visible de la plaque P2 étant formée dans l'exemple par une électrode 4, la face opposée, non visible, forme une seconde électrode 5 appartenant à la première cellule
C1, et la première plaque P1, masquée par cette seconde plaque
P2, est dans un plan plus profond que# cette dernière.FIG. 2 makes it possible to distinguish by a front view an electrode; the first electrode 4 carried by the plate P2 for example, plate which separates the two electrochemical cells C1 and C2. The longitudinal axis 2 being perpendicular to the plane of Figure 2, it appears as a point. The visible face of the plate P2 being formed in the example by an electrode 4, the opposite face, not visible, forms a second electrode 5 belonging to the first cell
C1, and the first plate P1, masked by this second plate
P2, is in a deeper plane than # the latter.
On voit sur la figure 2 que la plaque P2 (mais aussi toutes les autres plaques) ne sont pas de révolution autour de l'axe longitudinal 2 dans l'exemple représenté. En effet le corps ou enveloppe 6 de la pile comporte, parallèlement à l'axe longitudinal 2, une partie saillante 11 qui déborde dans la zone où sont situées les plaques P1 à Pnr qui portent les électrodes. It can be seen in FIG. 2 that the plate P2 (but also all the other plates) are not of revolution around the longitudinal axis 2 in the example shown. In fact, the body or envelope 6 of the stack comprises, parallel to the longitudinal axis 2, a projecting part 11 which projects into the zone where the plates P1 to Pnr which carry the electrodes are located.
Aussi, la couronne que constitue chaque plaque est coupée de sorte à libérer l'emplacement de cette saillie 11, chaque plaque comportant ainsi que montré par la plaque P2, deux extrémités 12, 13 qui sont situées de chaque côté de la partie saillante 11 quand la plaque est mise en place.Also, the crown that constitutes each plate is cut so as to free the location of this projection 11, each plate comprising as shown by the plate P2, two ends 12, 13 which are located on each side of the protruding part 11 when the plate is put in place.
Un espace libre 9 formé le long de l'axe longitudinal 2 à l'intérieur des plaques P1 à P r, c'est-à-dire à l'intérieur des électrodes 4, 5, est destiné à recevoir un réservoir (non représenté) contenant de ltélectrolyte. A free space 9 formed along the longitudinal axis 2 inside the plates P1 to P r, that is to say inside the electrodes 4, 5, is intended to receive a reservoir (not shown ) containing electrolyte.
Avec le coup de départ, l'électr~lyte est libéré, puis sous l'effet notamment d'une rotation de la pile 1 autour de l'axe longitudinal 2 (rotation qui est symbolisée par une flèche repérée R), due à un mouvement de rotation imprimé au projectile, l'électrolyte tend à se déverser dans les cellules. With the start shot, the elect ~ lyte is released, then under the effect in particular of a rotation of the stack 1 around the longitudinal axis 2 (rotation which is symbolized by an arrow marked R), due to a rotational movement imparted to the projectile, the electrolyte tends to flow into the cells.
Comme il a été mentionné plus haut, il est nécessaire que l'électrolyte se répartisse de façon homogène dans toutes les cellules C1 à Cn, pour que la pile fonctionne correctement. As mentioned above, it is necessary for the electrolyte to be distributed homogeneously in all the cells C1 to Cn, for the battery to function properly.
En effet, les cellules sont électriquement reliées en série, et c'est la cellule la moins remplie qui limite toute la pile 1.Indeed, the cells are electrically connected in series, and it is the least filled cell which limits the entire stack 1.
Il faut aussi le plus souvent, que les cellules soient remplies en un temps très court, pour permettre le fonctionnement des équipements aussitôt que possible après l'instant du tir. It is also most often necessary for the cells to be filled in a very short time, to allow the equipment to operate as soon as possible after the moment of firing.
Pour répondre à ces impératifs, il est connu de réaliser un trou dans chacune des lames bipolaires ou plaques P1 à P selon un axe perpendiculaire au plan de la plaque, de
n manière à faire communiquer par ce trou deux cellules C1 à C
n consécutives. De tels trous sont montrés sur les figures 1 et 2 où ils portent le repère 14.To meet these requirements, it is known to make a hole in each of the bipolar plates or plates P1 to P along an axis perpendicular to the plane of the plate,
n so as to make this hole communicate two cells C1 to C
n consecutive. Such holes are shown in FIGS. 1 and 2 where they bear the mark 14.
L'électrolyte peut ainsi passer d'une cellule à l'autre par les trous 14, et s'équilibrer dans ces cellules à une vitesse que dépend notamment de la section que comporte les trous 14. Ainsi, par exemple, au départ du coup, l'électrolyte libéré du réservoir se trouve plutôt vers un fond 16 de l'enveloppe 6, du fait de l'accélération longitudinale, et il peut ensuite par les trous 14 passer de la première cellule C1 vers les cellules suivantes C2,..., C .Il est à noter que du
n fait de la rotation de la pile autour de l'axe longitudinal 2, l'électrolyte est pressé contre la paroi intérieure 8 de l'enveloppe 6, de telle sorte que, en l'absence des trous 14, l'électrolyte ne circule dans l'espace libre intérieur 9 que s'il est présent dans une cellule en quantité telle, qu'il dépasse une hauteur h formée entre la paroi intérieure 8 et le bord intérieur 17 des plaques P1 à P 1. The electrolyte can thus pass from one cell to another through the holes 14, and balance itself in these cells at a speed which depends in particular on the section that the holes 14 have. Thus, for example, at the start of the blow , the electrolyte released from the reservoir is rather towards a bottom 16 of the envelope 6, due to the longitudinal acceleration, and it can then pass through the holes 14 to pass from the first cell C1 to the following cells C2, .. ., C. Please note that
n rotates the battery around the longitudinal axis 2, the electrolyte is pressed against the inner wall 8 of the casing 6, so that, in the absence of the holes 14, the electrolyte does not circulate in the interior free space 9 only if it is present in a cell in a quantity such that it exceeds a height h formed between the interior wall 8 and the interior edge 17 of the plates P1 to P 1.
Il est à noter que d'une manière générale le volume d'électrolyte est déterminé de façon que quand il est réparti dans les cellules C1 à Cn, il ait une hauteur hl, à partir de la paroi intérieure 8, inférieure à la hauteur h des bords intérieurs 17. Ceci est un point important dans le fonctionnement de ce type de pile, du fait que si les bords intérieurs 17 des plaques P1 à Pn, baignent dans l'électrolyte, il est créé un phénomène assimilable à une fuite ou court-circuit entre les deux cellules consécutives qui sont séparées par la plaque qui baigne dans l'électrolyte; ceci provenant du fait que ces plaques P1 à Pn, sont des lames bipolaires, c'est-à-dire qu'elles portent deux électrodes dont l'une est à une première polarité et appartient à une cellule et l'autre est à une polarité opposée et appartient à une autre cellule. La conséquence d'un tel phénomène est une diminution de l'énergie électrique disponible, diminution qui peut être d'autant plus importante que le phénomène affecte un plus grand nombre de cellules. It should be noted that in general the volume of electrolyte is determined so that when it is distributed in cells C1 to Cn, it has a height hl, from the interior wall 8, less than the height h inner edges 17. This is an important point in the functioning of this type of battery, since if the inner edges 17 of the plates P1 to Pn, are immersed in the electrolyte, a phenomenon comparable to a leak or short is created. -circuit between the two consecutive cells which are separated by the plate which bathes in the electrolyte; this coming from the fact that these plates P1 to Pn, are bipolar plates, that is to say that they carry two electrodes, one of which has a first polarity and belongs to a cell and the other is to a opposite polarity and belongs to another cell. The consequence of such a phenomenon is a decrease in the available electrical energy, a decrease which can be all the more significant as the phenomenon affects a greater number of cells.
La solution des trous 14 formés dans les plaques P1 à a acomme inconvénient de produire l'effet néfaste ci-dessus mentionné, du fait que chaque trou constitue une canal qui favorise une réaction chimique entre l'électrolyte et deux électrodes 5, 4 de polarités opposées appartenant à des cellules différentes, par exemple les cellules C1, C2 qui sont consécutives et entre lesquelles on trouve deux électrodes 5,4 portées par une même plaque P2, alors que la réaction devrait se produire uniquement entre l'électrolyte et les deux électrodes 5, 4 d'une même cellule. The solution of the holes 14 formed in the plates P1 has the disadvantage of producing the harmful effect mentioned above, because each hole constitutes a channel which promotes a chemical reaction between the electrolyte and two electrodes 5, 4 of polarities. opposite belonging to different cells, for example cells C1, C2 which are consecutive and between which there are two electrodes 5,4 carried by the same plate P2, while the reaction should occur only between the electrolyte and the two electrodes 5, 4 of the same cell.
Il est à noter en outre, que ce phénomène qui conduit à une autoconsommation en énergie de la pile, constitue aussi une source de bruit électrique. It should also be noted that this phenomenon, which leads to self-consumption of energy in the battery, also constitutes a source of electrical noise.
Une autre solution connue au problème du remplissage des cellules par l'électrolyte, consiste à réaliser un canal pour la circulation de l'électrolyte, canal situé juste à la limite de la zone active c'est-à-dire de la zone destinée à être baignée en permanence par l'électrolyte. Un tel canal est parallèle à l'axe longitudinal 2, et peut être situé par exemple du côté de l'extrémité 12 des plaques, comme représenté sur la figure 2 où ce canal est montré avec le repère 19. Dans ces conditions, le canal 19 permet au trop plein d'électrolyte de passer vers les cellules suivantes. Another known solution to the problem of filling the cells with the electrolyte, consists in making a channel for the circulation of the electrolyte, a channel situated just at the limit of the active zone, that is to say the zone intended for be constantly bathed in electrolyte. Such a channel is parallel to the longitudinal axis 2, and can be located for example on the side of the end 12 of the plates, as shown in FIG. 2 where this channel is shown with the reference 19. Under these conditions, the channel 19 allows the overflow of electrolyte to pass to the following cells.
Mais ce système est moins rapide et plus limité lorsqu'on veut des fonctionnements à faible vitesse de rotation, et de plus il exige de. doser de manière particulièrement précise le volume total d'électrolyte, notamment pour que le niveau d'électrolyte atteigne le niveau du canal 19 sans le dépasser sous peine d'engendrer des effets nuisibles tels que ceux décrits pour la solution précédente. However, this system is slower and more limited when operating at low speed, and moreover it requires. metering the total volume of electrolyte in a particularly precise manner, in particular so that the level of electrolyte reaches the level of channel 19 without exceeding it, under penalty of generating harmful effects such as those described for the previous solution.
La présente invention concerne une pile électrochimique du type à réserve amorçable au coup, comportant des moyens pour l'irrigation des cellules par l'électrolyte, moyens dont l'agencement nouveau permet de réduire considérablement, voire de supprimer les inconvénients présentés par les solutions connues, tout en étant fiable et simple à mettre en oeuvre. The present invention relates to an electrochemical cell of the type which can be primed by coup, comprising means for irrigating the cells with the electrolyte, means whose new arrangement makes it possible to considerably reduce, or even eliminate the drawbacks presented by known solutions. , while being reliable and simple to implement.
Selon l'invention, une pile électrochimique du type à réserve, comportant, une succession de cellules, des moyens pour irriguer les cellules par un électrolyte, ladite pile étant destinée à tourner autour d'un axe de rotation, chaque cellule
comportant une première et une seconde électrode entre
lesquelles est constituée la cellule, deux cellules consécutives
étant séparées par une plaque portant une électrode sur chacune
de ses deux faces, la première et la seconde électrode de deux
cellules consécutives étant portées par une même plaque,
caractérisée en ce que les moyens pour irriguer les cellules
comprennent au moins un canal principal d'irrigation disposé le slong des cellules et à l'extérieur de ces dernières,
transversalement aux plaques et à l'opposé de l'axe de rotation
par rapport aux cellules, ledit canal principal étant relié à au
moins deux cellules par des canaux auxiliaires aboutissant entre
les deux électrodes d'une même cellule.According to the invention, an electrochemical cell of the reserve type, comprising, a succession of cells, means for irrigating the cells with an electrolyte, said cell being intended to rotate around an axis of rotation, each cell
having first and second electrodes between
which make up the cell, two consecutive cells
being separated by a plate carrying an electrode on each
of its two faces, the first and the second electrode of two
consecutive cells being carried by the same plate,
characterized in that the means for irrigating the cells
include at least one main irrigation channel disposed along the cells and outside of them,
transversely to the plates and opposite the axis of rotation
relative to the cells, said main channel being connected to
at least two cells through auxiliary channels terminating between
the two electrodes of the same cell.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente
invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit,
faire à titre d'exemple non limitatif, en référence aux figures
annexées, parmi lesquelles
- les figures 1 et 2 déjà décrites montrent les
cellules d'une pile électrochimique amorçable à réserve au coup,
et montrent particulièrement des moyens pou irriguer les
cellules par un électrolyte liquide dans des réalisations de
l'art antérieur;
- la figure 3 est une vue schématique en coupe
longitudinale, semblable à la figure 1, qui montre des cellules
d'une pile électrochimique amorçable du type à réserve, et qui
montre particulièrement des moyens pour irriguer ces cellules
conformément à la présente invention;
- la figure 4 montre schématiquement une variante des
moyens d'irrigation montrés à la figure 3.Other features and advantages of this
invention will appear on reading the description which follows,
by way of nonlimiting example, with reference to the figures
annexed, among which
- Figures 1 and 2 already described show the
cells of a bootable electrochemical cell with a blow reserve,
and show particularly ways to irrigate
cells with a liquid electrolyte in realizations of
prior art;
- Figure 3 is a schematic sectional view
longitudinal, similar to Figure 1, which shows cells
of a bootable electrochemical cell of the reserve type, and which
particularly shows ways to irrigate these cells
in accordance with the present invention;
- Figure 4 schematically shows a variant of
irrigation means shown in figure 3.
La figure 3 représente partiellement une pile
électrochimique amorçable 20 du type notamment à réserve
amorçable au coup, qui, dans l'exemple non limitatif de la
description, est différente de la pile de l'art antérieur
montrée aux figures 1 et 2 uniquement par les moyens
d'irrigation des cellules.Figure 3 partially shows a battery
electrochemical bootable 20 of the particular reserve type
suddenly bootable, which in the nonlimiting example of the
description, is different from the battery of the prior art
shown in Figures 1 and 2 only by means
cell irrigation.
La pile 20 conforme à l'invention comporte de manière classique
- une succession de n cellules C1, C2,..., Cn, cette succession étant formée dans l'exemple non limitatif décrit le long d'un axe longitudinal; le nombre n étant dans l'exemple limité à cinq;
- les cellules C1 à C5 sont formées dans un corps de pile 21 ou enveloppe;
- chaque cellule C1 à C5 comprend une première et une seconde électrode 24, 25 entre lesquelles est constituée chaque cellule C1 à C5, la première et la seconde électrode 24, 25 étant constituées respectivement, par exemple, par une couche de plomb (Pb) et par une couche d'oxyde de plomb (PbO2);
- les électrodes 24, 25 sont portées par des plaques
P1 à P5 ou lames bipolaires, de telle sorte que les plaques P1 à
P5 ont une même forme que les électrodes 24, 25;;
- deux cellules Ci à C consécutives sont séparées par une plaque P1 à P5, et la plaque située entre deux cellules consécutives porte sur une face une première électrode 24 appartenant à l'une des cellules et porte sur l'autre face une seconde électrode 25 appartenant à l'autre cellule par exemple la seconde plaque P2 qui sépare les première et seconde cellules
C1, C2 porte une première électrode 24 sur sa face orientée vers la seconde cellule C2, et porte une seconde électrode 25 sur sa face opposée orientée vers la première cellule C1;
- dans l'exemple non limitatif décrit, les plaques Pi à P5 ont une forme générale circulaire, dans un plan perpendiculaire à celui de la figure, et elles sont centrées autour de l'axe longitudinal 22; ;
- les plaques P1 à P5 sont trouées en leur centre, de sorte qu'elles ont une forme générale de couronne avec un diamètre intérieur d1 déterminé par leur rebord intérieur 28, et avec un diamètre extérieur d2 déterminé par le rebord périphérique 29 ou bord extérieur, les diamètres dl, d2 étant centrés sur l'axe longitudinal 22;
- les plaques P1 à P5 sont maintenues dans des rainures 30 formées dans la face intérieure 32 des parois latérales 33 du corps de pile 21;;
- comme dans l'art antérieur, un espace libre 35 le long de l'axe longifudinal 22 à l'intérieur des plaques P1 à P5 et des électrodes 24, 25, est destiné à recevoir un réservoir contenant de l'électrolyte liquide (non représentés), électrolyte qui est libéré lors de l'accélération longitudinale et qui se répartit dans les cellules C1 à C5 sous l'action notamment d'une rotation de la pile 20 autour de l'axe longitudinal 22, lequel axe longitudinal constitue ainsi un axe de rotation ; le mouvement de rotation est symbolisé par une flèche R, et le déplacement de la pile 20, c'est-à-dire de l'objet ou projectile qui contlent cette pile est symbolisé sur la figure par une flèche D.The battery 20 according to the invention conventionally comprises
- A succession of n cells C1, C2, ..., Cn, this succession being formed in the nonlimiting example described along a longitudinal axis; the number n being in the example limited to five;
- Cells C1 to C5 are formed in a cell body 21 or envelope;
each cell C1 to C5 comprises a first and a second electrode 24, 25 between which each cell C1 to C5 is made up, the first and the second electrode 24, 25 being constituted respectively, for example, by a layer of lead (Pb) and with a layer of lead oxide (PbO2);
- the electrodes 24, 25 are carried by plates
P1 to P5 or bipolar plates, so that the plates P1 to
P5 have the same shape as the electrodes 24, 25 ;;
- Two consecutive cells Ci to C are separated by a plate P1 to P5, and the plate located between two consecutive cells carries on one side a first electrode 24 belonging to one of the cells and carries on the other side a second electrode 25 belonging to the other cell for example the second plate P2 which separates the first and second cells
C1, C2 carries a first electrode 24 on its face facing the second cell C2, and carries a second electrode 25 on its opposite face facing the first cell C1;
- In the nonlimiting example described, the plates Pi to P5 have a generally circular shape, in a plane perpendicular to that of the figure, and they are centered around the longitudinal axis 22; ;
the plates P1 to P5 are perforated in their center, so that they have a general shape of a crown with an internal diameter d1 determined by their internal rim 28, and with an external diameter d2 determined by the peripheral rim 29 or external edge , the diameters dl, d2 being centered on the longitudinal axis 22;
- The plates P1 to P5 are held in grooves 30 formed in the inner face 32 of the side walls 33 of the battery body 21;
- As in the prior art, a free space 35 along the longitudinal axis 22 inside the plates P1 to P5 and the electrodes 24, 25, is intended to receive a reservoir containing liquid electrolyte (not shown), electrolyte which is released during longitudinal acceleration and which is distributed in cells C1 to C5 under the action in particular of a rotation of the battery 20 around the longitudinal axis 22, which longitudinal axis thus constitutes a rotation axis ; the rotational movement is symbolized by an arrow R, and the displacement of the battery 20, that is to say of the object or projectile which contlue this battery is symbolized in the figure by an arrow D.
La pile 20 comporte des moyens pour favoriser l'irrigation des cellules Ci à C5 par l'électrolyte liquide, afin que l'électrolyte se répartisse dans les cellules Ci à C5 de manière rapide et selon des quantités sensiblement égales, tout en évitant les inconvénients rencontrés dans l'art antérieur, notamment la perte d'énergie due à l'autoconsommation de la pile, comme il a été mentionné dans le préambule. The battery 20 includes means for promoting the irrigation of cells Ci to C5 by the liquid electrolyte, so that the electrolyte is distributed in cells Ci to C5 quickly and in substantially equal amounts, while avoiding the drawbacks encountered in the prior art, in particular the loss of energy due to the self-consumption of the battery, as was mentioned in the preamble.
Selon une caractéristique de l'invention, les moyens d'irrigation comprennent un canal principal d'irrigation 40 disposé le long des cellules C1 à C5, à l'extérieur de ces dernières, du côté des bords périphériques 29 des plaques P1 à P5 Le canal principal 40 est sensiblement parallèle à l'axe longitudinal 22, et il est situé à une distance D1 de ce dernier supérieure au diamètre extérieur d2 des plaques P1 à P5 et des électrodes 24, 25. According to a characteristic of the invention, the irrigation means comprise a main irrigation channel 40 disposed along the cells C1 to C5, outside the latter, on the side of the peripheral edges 29 of the plates P1 to P5 Le main channel 40 is substantially parallel to the longitudinal axis 22, and it is located at a distance D1 from the latter greater than the outside diameter d2 of the plates P1 to P5 and of the electrodes 24, 25.
Dans l'exemple non limitatif décrit, le canal 40 est réalisé dans l'épalsseur E1 de la paroi latérale 33. le canal principal 40 permet de relier au moins deux cellules C1 à C5 consécutives ou non,à l'aide canaux auxiliaires CA i, CA2, CA3,
CA4, CA5. In the nonlimiting example described, the channel 40 is produced in the epalizer E1 of the side wall 33. the main channel 40 makes it possible to connect at least two cells C1 to C5 consecutive or not, using auxiliary channels CA i , CA2, CA3,
CA4, CA5.
Les canaux auxiliaires CA1 à CA5 communiquent par une première extrémité avec le canal 40, et par l'autre extrémité ils aboutissent dans une cellule C1 à C5 entre les deux électrodes 24, 25 de cette cellule. On réalise ainsi des chemins de communication entre cellules, symbolisés sur la figure 3 par des lignes en traits pointillés repérées CC1, CC2,
CC3, CC4, CC5, ces chemins de communication ayant une longueur constituée par deux longueurs L1 de canal auxiliaire plus une longueur L2 de tronçon 41 de canal principal 40, tronçon constitué entre deux canaux auxiliaires; chaque canal auxiliaire CA1 à CA5 est commun à deux chemins de communication CC1 à CC5 consécutifs.The auxiliary channels CA1 to CA5 communicate by a first end with the channel 40, and by the other end they terminate in a cell C1 to C5 between the two electrodes 24, 25 of this cell. Communication paths between cells are thus produced, symbolized in FIG. 3 by dotted lines marked CC1, CC2,
CC3, CC4, CC5, these communication paths having a length constituted by two lengths L1 of auxiliary channel plus a length L2 of section 41 of main channel 40, section formed between two auxiliary channels; each auxiliary channel CA1 to CA5 is common to two communication paths CC1 to CC5 consecutive.
Cette disposition permet une circulation dans ces canaux 40, CA1 à CA5 de l'électrolyte qui peut ainsi se répartir dans toutes les cellules sans baigner directement les bords extérieurs 29 des plaques P1 à P5, comme c'est le cas dans l'art antérieur. D'autre part il est à noter que cette disposition des canaux d'irrigation 40, CA1 à CA5, tend à séparer l'electrolyte nécessaire au fonctionnement d'une cellule, de l'électrolyte nécessaire au fonctionnement d'une cellule voisine, cette séparation étant réalisée par la longueur d'un chemin de communication CC1 à CC5. This arrangement allows a circulation in these channels 40, CA1 to CA5 of the electrolyte which can thus be distributed in all the cells without directly bathing the outer edges 29 of the plates P1 to P5, as is the case in the prior art . On the other hand, it should be noted that this arrangement of the irrigation channels 40, CA1 to CA5, tends to separate the electrolyte necessary for the functioning of a cell, from the electrolyte necessary for the functioning of a neighboring cell, this separation being carried out by the length of a communication path CC1 to CC5.
On peut remarquer en outre qu'avec une disposition conforme à l'invention des canaux d'irrigation 40, CA1 à CA5, le phénomène de réaction chimique parasite qui se produit dans l'art antérieur est considérablement diminué, du fait que la longueur d'un chemin de communication CC1 à CC5 est largement plus grande que la distance D3 formée entre les deux électrodes 24, 25 d'une même cellule, cette longueur de chemin de communication étant donnée par une longueur L2 d'un tronçon 41 de canal principal plus deux longueurs L1 de canal auxiliaire
CA1 à CA5.It can also be noted that with an arrangement in accordance with the invention of the irrigation channels 40, CA1 to CA5, the phenomenon of parasitic chemical reaction which occurs in the prior art is considerably reduced, because the length d a communication path CC1 to CC5 is much greater than the distance D3 formed between the two electrodes 24, 25 of the same cell, this length of communication path being given by a length L2 of a section 41 of the main channel plus two L1 auxiliary channel lengths
CA1 to CA5.
De plus, la réaction chimique parasite peut encore être diminuée en conférant aux canaux auxiliaires CA1 à CA une section plus faible que la section du canal principal 40; la section du canal principal 40 étant symbolisée sur la figure 3 par une largeur l1 de ce dernier, les canaux auxiliaires CA à CA5 étant représentés avec une largeur 12 qui symbolise leur section.En conférant une section plus faible aux canaux auxiliaires CA1 à CA5 par rapport au canal principal 40, on peut réduire le phénomène de réaction chimique parasite sans trop porter préjudice à la vitesse de remplissage des cellules C1 à
C5, du fait que dans le même temps on peut augmenter la section du canal principal 40 qui court le long de toutes les cellules CA1 à CA5 et qui est commun à toutes celles-ci, alors qu'un canal auxiliaire CA1 à CA5 dessert seulement une cellule.In addition, the parasitic chemical reaction can be further reduced by giving the auxiliary channels CA1 to CA a smaller section than the section of the main channel 40; the section of the main channel 40 being symbolized in FIG. 3 by a width l1 of the latter, the auxiliary channels CA to CA5 being represented with a width 12 which symbolizes their section. By giving a smaller section to the auxiliary channels CA1 to CA5 by compared to the main channel 40, the phenomenon of parasitic chemical reaction can be reduced without damaging the filling rate of C1 cells too much.
C5, because at the same time we can increase the section of the main channel 40 which runs along all the cells CA1 to CA5 and which is common to all of them, while an auxiliary channel CA1 to CA5 serves only a cell.
Pour plus de clarté de la figure 3, il a été représenté un unique réseau de canaux d'irrigation formés par le canal principal 40 et les canaux auxiliaires CA1 à CA5, mais bien entendu plusieurs tels réseaux d'irrigation peuvent être réalisés. For the sake of clarity in FIG. 3, a single network of irrigation channels has been shown, formed by the main channel 40 and the auxiliary channels CA1 to CA5, but of course several such irrigation networks can be produced.
La figure 4 montre de manière schématique la pile 20 montrée à la figure 3, par une vue semblable à celle de la figure 3, et montre une variante de l'invention dans laquelle les cellules C1 à C5 sont irriguées à l'aide d'au moins deux réseaux d'irrigation RI1, RI2, dont au moins l'un permet d'irriguer deux cellules C1 à C5 non consécutives. FIG. 4 schematically shows the stack 20 shown in FIG. 3, by a view similar to that of FIG. 3, and shows a variant of the invention in which cells C1 to C5 are irrigated using at least two irrigation networks RI1, RI2, at least one of which makes it possible to irrigate two cells C1 to C5 which are not consecutive.
Le principe consiste à alimenter, par un même canal principal 40' des cellules C1 à C5 non consécutives, de manière à augmenter la longueur du chemin de communication qui est établi entre les deux cellules alimentées les plus proches l'une de l'autre. Ainsi par exemple le réseau RI1 comporte un canal principal 40' disposé d'une même manière que le canal 40 montré à la figure 3, et qui est relié à la première cellule C1 par un canal auxiliaire CA'1 et à la troisième cellule C3 par un canal auxiliaire Cl'3~ La seconde cellule . C2 n'étant pas alimentée, le chemin de communication CC'1 formé entre la première cellule C1 et la troisième cellule C3 a une longueur plus grande que la longueur d'un chemin de communication CC1 à CC5 montré sur la figure 3. The principle consists in feeding, by the same main channel 40 ′ of cells C1 to C5 which are not consecutive, so as to increase the length of the communication path which is established between the two powered cells closest to each other. Thus, for example, the network RI1 comprises a main channel 40 ′ arranged in the same way as the channel 40 shown in FIG. 3, and which is connected to the first cell C1 by an auxiliary channel CA'1 and to the third cell C3 by an auxiliary channel Cl'3 ~ The second cell. C2 not being supplied, the communication path CC'1 formed between the first cell C1 and the third cell C3 has a length greater than the length of a communication path CC1 to CC5 shown in FIG. 3.
L'autre réseau d'irrigation RI2est organisé d'une manière semblable : il comporte un canal principal 40' qui est relié, d'une part, à la seconde cellule C2 par un canal auxiliaire CA'2 > et qui est relié d'autre part à la quatrième cellule C4 par un canal auxiliaire CA'4. La troisième cellule C3 n'étant pas alimentée par ce réseau d'irrigation, la longueur du chemin de communication CC'2 formée entre la seconde cellule C2 et la quatrième cellule C4 est elle aussi plus grande que la longueur du chemin de communication CC1 à CC5 réalisée dans la version de l'invention montrée à la figure 3. The other irrigation network RI2 is organized in a similar way: it comprises a main channel 40 'which is connected, on the one hand, to the second cell C2 by an auxiliary channel CA'2> and which is connected from on the other hand to the fourth cell C4 by an auxiliary channel CA'4. Since the third cell C3 is not supplied by this irrigation network, the length of the communication path CC'2 formed between the second cell C2 and the fourth cell C4 is also greater than the length of the communication path CC1 to CC5 produced in the version of the invention shown in FIG. 3.
Bien entendu, plus que deux tels réseaux peuvent être réalisés, et deux cellules C1 à C5 alimentées à partir d'un même canal principal, peuvent être séparées par plus qu'une cellule de sorte à augmenter davantage la longueur des chemins de communication. Of course, more than two such networks can be produced, and two cells C1 to C5 supplied from the same main channel, can be separated by more than one cell so as to further increase the length of the communication paths.
Il est à noter que la réalisation des canaux décrits aux figures 3 et 4 ne pose en elle-même aucun problème, ces canaux étant formés par exemple en même temps que les rainures 30 qui servent à porter les plaques P1 à P5, c'est-à-dire lors de la réalisation du corps de pile qui peut être formé de manière simple par moulage thermoplastique, en deux parties (comme mentionné dans le cas de l'art antérieur) qui sont assemblées par soudure ultrasons par exemple. It should be noted that the production of the channels described in FIGS. 3 and 4 does not in itself pose any problem, these channels being formed for example at the same time as the grooves 30 which serve to carry the plates P1 to P5, that is that is to say during the production of the battery body which can be formed in a simple manner by thermoplastic molding, in two parts (as mentioned in the case of the prior art) which are assembled by ultrasonic welding for example.
Cette description montre un agencement nouveau et particulièrement intéressant des moyens d'irrigation d'une pile amorçable à réserve. La description a été faite en référence à une pile du type dans lequel les cellules électrochimiques sont disposées le long d'un axe de rotation 22 et forment chacune un anneau autour de cet axe, mais l'invention peut s'appliquer aussi bien dans le cas d'une pile différente, notamment d'une pile dans laquelle les cellules sont disposées radialement par rapport à cet axe de rotation et dans laquelle les plaques telles que P1 à P5 qui définissent les cellules sont disposées dans des plans contenant l'axe de rotation. This description shows a new and particularly interesting arrangement of the irrigation means of a bootable reserve pile. The description has been made with reference to a battery of the type in which the electrochemical cells are arranged along an axis of rotation 22 and each form a ring around this axis, but the invention can be applied as well in the case of a different stack, in particular of a stack in which the cells are arranged radially with respect to this axis of rotation and in which the plates such as P1 to P5 which define the cells are arranged in planes containing the axis of rotation.
Dans ce dernier cas, le canal principal a bien entendu une forme générale circulaire et il s'étend autour des cellules, c'est dire qu'il est situé sur un plus grand diamètre autour de l'axe de rotation que le bord extérieur des cellules, de telle sorte que, comme il a été précédemment mentionné dans ltexemple décrit, le canal principal est situé à l'extérieur des cellules du côté de leur périphérie ; chaque cellules étant reliée à un canal principal par un canal auxiliaire d'une même manière que dans les exemples précédemment décrits. In the latter case, the main channel of course has a generally circular shape and it extends around the cells, that is to say that it is situated over a larger diameter around the axis of rotation than the outer edge of the cells, so that, as previously mentioned in the example described, the main channel is located outside the cells on the side of their periphery; each cell being connected to a main channel by an auxiliary channel in the same way as in the examples previously described.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2680915A1 (en) * | 1991-09-03 | 1993-02-26 | Thomson Tubes Electroniques | Electrochemical battery (cell) with mobile electrodes |
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1989
- 1989-07-18 FR FR8909637A patent/FR2650124B1/en not_active Expired - Fee Related
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| WO1993005542A1 (en) * | 1991-09-03 | 1993-03-18 | Thomson Tubes Electroniques | Electrochemical battery with movable electrodes |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2650124B1 (en) | 1996-05-31 |
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