FR2743452A1 - Safety device for electrochemical generator - Google Patents
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Abstract
Description
Dispositif de sécurité Dour générateur électrochimiaue
La présente invention concerne un dispositif de sécurité pour générateur électrochimique destiné à entrer en action lorsqu'il se produit une anomalie dans le fonctionnement du générateur. Les générateurs électrochimiques, notamment les piles, les accumulateurs ou les supercondensateurs, peuvent être associés en batterie par un montage en série ou en parallèle.Safety device for electrochemical generator
The present invention relates to a safety device for an electrochemical generator intended to come into action when an anomaly occurs in the operation of the generator. Electrochemical generators, in particular batteries, accumulators or supercapacitors, can be associated in battery by a series or parallel connection.
En cas de dysfonctionnement du générateur électrochimique provoquant une montée en pression, les dispositifs de sécurité connus permettent d'interrompre le passage du courant à la sortie du générateur sans intervention de l'utilisateur. Il s'agit généralement de dispositifs placés à l'intérieur du générateur qui se déforment en cas d'augmentation de la pression et provoquent la rupture mécanique du circuit électrique. In the event of a malfunction of the electrochemical generator causing a rise in pressure, the known safety devices make it possible to interrupt the flow of current at the outlet of the generator without user intervention. These are generally devices placed inside the generator which deform when the pressure increases and cause the mechanical circuit to break.
Ces dispositifs ont pour inconvénient d'interrompre le fonctionnement de l'accumulateur alors qu'il se trouve dans un état critique. En effet une montée en pression se produit le plus fréquemment lorsque le générateur est chargé, comme par exemple lors de la surcharge d'un accumulateur. Dans cet état, le générateur ne peut être manipulé sans risque, notamment s'il s'avère nécessaire de procéder à son expertise. Lorsque le dysfonctionnement a une autre cause, l'utilisateur ignore l'état de charge dans lequel se trouve le générateur et ne peut donc pas évaluer le risque qu'il présente. These devices have the disadvantage of interrupting the operation of the accumulator when it is in a critical state. Indeed, a pressure build-up occurs most frequently when the generator is charged, such as during the overcharging of an accumulator. In this state, the generator cannot be handled without risk, in particular if it proves necessary to carry out its expertise. When the malfunction has another cause, the user ignores the state of charge in which the generator is located and therefore cannot assess the risk it presents.
A l'extérieur du générateur, on place habituellement des dispositifs permettant d'interrompre le courant, comme des composants fusibles, ou de le limiter à une valeur très faible. Dans ce dernier cas, il s'agit par exemple d'un composant dont la résistance varie de manière réversible avec la température (composant à propriétés PTC : Positive
Thermal Coefficient). Cette catégorie de dispositifs présente l'inconvénient de ne fonctionner qu'en cas d'élévation notable de sa propre température, mais ils sont inopérants lorsqu'il se produit une augmentation de pression.Outside the generator, devices are usually placed to interrupt the current, such as fusible components, or to limit it to a very low value. In the latter case, it is for example a component whose resistance varies reversibly with temperature (component with PTC properties: Positive
Thermal Coefficient). This category of devices has the disadvantage of operating only in the event of a significant rise in its own temperature, but they are ineffective when an increase in pressure occurs.
En outre les dispositifs connus, en agissant sur un seul générateur, provoquent la rupture du circuit électrique reliant entre eux les éléments d'une batterie. Ainsi la batterie est mise hors d'état de fonctionner par le fait d'un seul élément défectueux. In addition, the known devices, by acting on a single generator, cause the rupture of the electrical circuit connecting together the elements of a battery. Thus the battery is put out of working order by the fact of a single defective element.
Les utilisateurs de batteries de générateurs électrochimiques ont donc besoin d'un dispositif de sécurité qui leur assure une meilleure sécurité lors d'une élévation de pression interne du générateur électrochimique. Users of electrochemical generator batteries therefore need a safety device which provides them with better security during an increase in internal pressure of the electrochemical generator.
La présente invention a pour but de proposer un dispositif de sécurité destiné à mettre un générateur électrochimique dans un état ne présentant aucun danger pour l'utilisateur. The object of the present invention is to propose a safety device intended to put an electrochemical generator in a state presenting no danger to the user.
L'invention a aussi pour but, lorsqu'il se produit une anomalie dans le fonctionnement de l'un des éléments d'une batterie, de mettre le générateur électrochimique qui en est la cause dans un état ne présentant aucun danger sans perturber le fonctionnement de la batterie dans les conditions nominales d'utilisation. The object of the invention is also, when an anomaly occurs in the operation of one of the elements of a battery, to put the electrochemical generator which is the cause thereof in a safe state without disturbing the operation. of the battery under nominal conditions of use.
L'objet de la présente invention est un dispositif de sécurité pour un générateur électrochimique étanche susceptible d'échanger du courant électrique avec une application comportant un conteneur dont une partie est apte à se déformer sous l'effet d'une augmentation de pression interne, ledit conteneur portant une sortie de courant de polarité positive et une sortie de courant de polarité négative, caractérisé par le fait que, sous l'effet de ladite déformation, ledit dispositif est capable de créer une liaison électrique irréversible entre ladite polarité positive et ladite polarité négative par l'intermédiaire d'un limiteur de courant et d'assurer le passage de la majeure partie dudit courant électrique dans ladite liaison. The object of the present invention is a safety device for a sealed electrochemical generator capable of exchanging electric current with an application comprising a container, a part of which is able to deform under the effect of an increase in internal pressure, said container carrying a current output of positive polarity and a current output of negative polarity, characterized in that, under the effect of said deformation, said device is capable of creating an irreversible electrical connection between said positive polarity and said polarity negative via a current limiter and ensuring the passage of most of said electrical current in said link.
Un générateur électrochimique présente des risques pour l'utilisateur lorsqu'il fonctionne, étant relié à une application, et qu'une anomalie se produit. Par exemple, une élévation de la pression interne d'un accumulateur se produit le plus fréquemment au cours de la charge lors d'une surcharge: l'application est dans ce cas un chargeur. A la différence des dispositifs existants, le dispositif de sécurité selon l'invention n'interrompt pas le passage du courant à la sortie du générateur, mais dévie le courant afin d'isoler le générateur du circuit d'alimentation électrique de l'application. Le circuit de déviation crée ainsi un court-circuit entre les deux sorties de courant du générateur.Le plus fréquemment, ce circuit plus court est notablement moins résistif que l'application de telle sorte que la presque totalité du courant traverse le dispositif au lieu d'aller vers l'application. Dans le cas contraire, le dispositif peut inclure un moyen interdisant le passage du courant vers l'application, moyen qui n'est pas opérationnel en utilisation normale. Le passage d'un courant de court-circuit provoque une élévation importante et rapide de la température. Pour que la mise en court-circuit n'ait pas les conséquences néfastes habituelles, le circuit de déviation comprend un limiteur de courant qui permet de limiter l'échauffement en maintenant le courant à une valeur réduite. Le générateur se décharge ainsi lentement sur lui-même.Lorsqu'il est complètement déchargé, il ne présente plus aucun risque pour l'utilisateur et peut alors être stocké ou manipulé sans précautions particulières. An electrochemical generator presents risks for the user when it is operating, being linked to an application, and that an anomaly occurs. For example, an increase in the internal pressure of an accumulator occurs most frequently during charging during an overload: the application is in this case a charger. Unlike existing devices, the safety device according to the invention does not interrupt the flow of current at the output of the generator, but deflects the current in order to isolate the generator from the electrical supply circuit of the application. The deflection circuit thus creates a short circuit between the two current outputs of the generator.Most frequently, this shorter circuit is significantly less resistive than the application so that almost all of the current flows through the device instead of 'go to the application. Otherwise, the device may include a means preventing the passage of current to the application, which is not operational in normal use. The passage of a short-circuit current causes a significant and rapid rise in temperature. So that the short-circuiting does not have the usual harmful consequences, the deflection circuit includes a current limiter which makes it possible to limit the heating by keeping the current at a reduced value. The generator thus discharges slowly on itself. When it is completely discharged, it no longer presents any risk for the user and can then be stored or handled without special precautions.
Selon un mode de réalisation avantageux, ledit limiteur possède une résistance électrique variable. De préférence, on utilisera un limiteur dont la résistance augmente sous l'effet d'une élévation de température comme un limiteur comprenant un matériau à propriétés PTC (Positive Thermal Coefficient). L'emploi d'un matériau PTC a pour avantage de permettre au générateur de se décharger sur lui-même à un courant le plus élevé possible sans que la température dépasse la valeur maximale admissible. Lorsque le générateur complètement chargé est brusquement court-circuité, le courant est maintenu à une valeur très faible. Puis lorsqu'on atteint la fin de la décharge, un courant plus élevé est autorisé sans dommages. Le courant est ainsi optimisé pendant toute la décharge. La durée de la décharge, donc la période où subsiste un risque pour l'utilisateur, est ainsi minimisée. According to an advantageous embodiment, said limiter has a variable electrical resistance. Preferably, a limiter whose resistance increases under the effect of a rise in temperature will be used as a limiter comprising a material with PTC (Positive Thermal Coefficient) properties. The use of a PTC material has the advantage of allowing the generator to discharge on itself at the highest possible current without the temperature exceeding the maximum admissible value. When the fully charged generator is suddenly short-circuited, the current is kept at a very low value. Then when reaching the end of the discharge, a higher current is allowed without damage. The current is thus optimized throughout the discharge. The duration of the discharge, therefore the period when a risk remains for the user, is thus minimized.
Selon une forme d'exécution, l'une au moins desdites sorties est reliée électriquement au circuit d'alimentation de ladite application par l'intermédiaire dudit limiteur de courant. Ainsi, lorque les deux sorties de courant du générateur sont en court-circuit en incluant le limiteur, la majeure partie du courant sortant du limiteur se dirige automatiquement vers le circuit de déviation dont la résistance électrique est inférieure à celle de 1 'application. According to one embodiment, at least one of said outputs is electrically connected to the supply circuit of said application via said current limiter. Thus, when the two current outputs of the generator are short-circuited by including the limiter, most of the current leaving the limiter automatically flows to the deflection circuit whose electrical resistance is lower than that of the application.
Selon une autre forme d'exécution, ledit dispositif est relié électriquement de manière permanente à l'une desdites sorties de courant. Lorsqu'il se produit une déformation du conteneur du générateur sous l'effet de la pression, le dispositif est amené au contact de l'autre sortie de courant pour créer un court-circuit entre les deux sorties. According to another embodiment, said device is electrically connected permanently to one of said current outputs. When a deformation of the generator container occurs under the effect of pressure, the device is brought into contact with the other current outlet to create a short circuit between the two outlets.
Selon une forme d'exécution préférentielle de l'invention, le dispositif comporte une lame flexible en matériau conducteur qui est reliée électriquement à une première desdites sorties de courant par l'intermédiaire dudit limiteur et qui est séparée de la deuxième desdites sorties de courant par une distance suffisamment faible pour être parcourue irréversiblement par ladite lame sous l'effet de la déformation dudit conteneur afin de se trouver au contact électrique de ladite deuxième sortie. According to a preferred embodiment of the invention, the device comprises a flexible blade of conductive material which is electrically connected to a first of said current outputs via said limiter and which is separated from the second of said current outputs by a distance small enough to be irreversibly traversed by said blade under the effect of the deformation of said container in order to be in electrical contact with said second outlet.
Le dispositif de sécurité selon la présente invention a comme avantage de permettre la poursuite du fonctionnement d'une batterie lorsque l'un des éléments qui la composent est défectueux. Le circuit de déviation du courant sert alors de moyen de fermer le circuit d'alimentation de l'application en en excluant l'élément défecteux. The safety device according to the present invention has the advantage of allowing the continued operation of a battery when one of the elements which compose it is defective. The current deflection circuit then serves as a means of closing the application supply circuit by excluding the defective element.
L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages et particularités apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre illustratif et non limitatif, accompagnée des dessins annexés parmi lesquels:
- la figure 1 est un schéma d'un générateur électrochimique reliée à une application et muni du dispositif de sécurité selon l'invention,
- la figure 2 est un schéma d'une batterie reliée à une application comportant trois éléments, chacun muni du dispositif de sécurité selon l'invention,
- la figure 3 représente une vue de dessus d'un générateur électrochimique muni d'une première variante du dispositif de sécurité selon l'invention,
- la figure 4 est une coupe verticale longitudinale selon III-III du générateur électrochimique de la figure 3,
- la figure 5 représente une coupe verticale longitudinale d'un générateur électrochimique muni d'une deuxième variante du dispositif de sécurité selon 1 'invention,
- la figure 6 est une variante de réalisation du dispositif de la figure 5.The invention will be better understood and other advantages and features will appear on reading the description which follows, given by way of illustration and not limitation, accompanied by the appended drawings among which:
FIG. 1 is a diagram of an electrochemical generator connected to an application and provided with the safety device according to the invention,
FIG. 2 is a diagram of a battery connected to an application comprising three elements, each provided with the safety device according to the invention,
FIG. 3 represents a top view of an electrochemical generator provided with a first variant of the safety device according to the invention,
FIG. 4 is a longitudinal vertical section along III-III of the electrochemical generator of FIG. 3,
FIG. 5 represents a vertical longitudinal section of an electrochemical generator provided with a second variant of the safety device according to the invention,
- Figure 6 is an alternative embodiment of the device of Figure 5.
Un générateur électrochimique 1 muni du dispositif de sécurité 2 selon l'invention et relié à une application 3 est représenté sur la figure 1. L'application 3, par exemple un chargeur, est reliée aux bornes positive 4 et négative 5 de sortie de courant du générateur 1. Dans la portion de circuit 6 reliant l'une des bornes 5 de sortie du courant au dispositif 2 est disposé un moyen 7 destiné à limiter l'intensité du courant en cas de surchauffe dans le circuit dû au passage d'un courant trop élevé. An electrochemical generator 1 provided with the safety device 2 according to the invention and connected to an application 3 is shown in FIG. 1. The application 3, for example a charger, is connected to the positive 4 and negative 5 terminals of the current output of the generator 1. In the circuit portion 6 connecting one of the current output terminals 5 to the device 2 is arranged means 7 intended to limit the intensity of the current in the event of overheating in the circuit due to the passage of a current too high.
Lorsqu'un dysfonctionnement ou une surcharge provoque une élévation de la pression interne, celle-ci active le dispositif de sécurité 2. Les bornes 4 et 5 de sortie de courant sont ainsi mises en court-circuit et le générateur 1 n'est plus alimenté par le chargeur 3. Le courant de court-circuit qui tend à augmenter rapidement en est empêché par le limiteur de courant 7 qui laisse subsister un faible courant de fuite. Le courant réduit qui circule entre le limiteur 7 et la borne négative 5 du générateur 1 d'une part et la borne de sortie positive 4 du générateur 1 d'autre part, traverse le dispositif 2 car ce trajet est moins résistif que celui reliant le générateur 1 à l'application 3. Le générateur 1 se décharge alors lentement. Une fois déchargé il peut être manipulé sans risque. When a malfunction or an overload causes an increase in the internal pressure, this activates the safety device 2. The current output terminals 4 and 5 are thus short-circuited and the generator 1 is no longer supplied by the charger 3. The short-circuit current which tends to increase rapidly is prevented by the current limiter 7 which leaves a small leakage current. The reduced current flowing between the limiter 7 and the negative terminal 5 of the generator 1 on the one hand and the positive output terminal 4 of the generator 1 on the other hand, passes through the device 2 because this path is less resistive than that connecting the generator 1 to application 3. Generator 1 then discharges slowly. Once discharged it can be handled without risk.
Une batterie 10 est composée de trois générateurs électrochimiques 11, 11' et lin, chacun étant muni d'un dispositif de sécurité 12 selon l'invention. La batterie 10 est reliée à une application 13, comme représenté sur la figure 2. L'application 13 est connectée aux bornes positive 14 et négative 15 de sortie de courant de la batterie. Les éléments 11, 11' et 11" sont assemblés en série par les portions de circuit 16, 16' respectivement entre leur borne positive 14', 14" et la borne négative 15', 15" du générateur adjacent. Un limiteur de courant 17 est placé dans le circuit de chaque générateur entre l'une des bornes de sortie du courant et le dispositif de sécurité 12. A battery 10 is composed of three electrochemical generators 11, 11 ′ and lin, each being provided with a safety device 12 according to the invention. The battery 10 is connected to an application 13, as shown in FIG. 2. The application 13 is connected to the positive 14 and negative 15 terminals of the battery current output. The elements 11, 11 'and 11 "are assembled in series by the circuit portions 16, 16' respectively between their positive terminal 14 ', 14" and the negative terminal 15', 15 "of the adjacent generator. A current limiter 17 is placed in the circuit of each generator between one of the current output terminals and the safety device 12.
Par exemple, lorsqu'une montée en pression se produit à l'intérieur du générateur 11, le dispositif de sécurité 12 entre en action pour relier électriquement la borne positive 14" et la borne négative 15' du même élément par l'intermédiaire du limiteur 17. La batterie a ainsi perdu de manière définitive l'un de ses éléments. Mais une fois l'élément 11 déchargé, le passage du courant électrique n'est pas interrompu entre les générateurs 11' et 11" grâce au dispositif de sécurité 12 de l'élément 11 qui met en relation les portions de circuit électrique 16 et 16'. La batterie 10, qui ne comporte plus que deux éléments opérationnels 11' et 11", peut néanmoins continuer à assurer sans danger l'alimentation de l'application 13. For example, when a pressure build-up occurs inside the generator 11, the safety device 12 comes into action to electrically connect the positive terminal 14 "and the negative terminal 15 'of the same element via the limiter 17. The battery has thus definitively lost one of its elements. But once the element 11 is discharged, the passage of the electric current is not interrupted between the generators 11 ′ and 11 "thanks to the safety device 12 of element 11 which relates the portions of electrical circuit 16 and 16 '. The battery 10, which now has only two operational elements 11 ′ and 11 ″, can nevertheless continue to safely supply the application 13.
Les figures 3 et 4 montre une première variante d'un dispositif de sécurité selon la présente invention pour un générateur électrochimique 20 rechargeable de forme prismatique comportant un bac 21 et un couvercle 22 reliés à la polarité négative du générateur. Le couvercle 22 porte la borne positive 23 de sortie du courant. Le dispositif de sécurité est constitué d'une lame 24 placée sur le couvercle 22. La lame 24 est en matériau conducteur et ses dimensions sont d'environ 40mm de longueur, smm de largeur et 0,8mm d'épaisseur. Une première extrémité 25 de la lame 24 est reliée au pôle négatif du générateur par l'intermédiaire d'un composant PTC 26, et constitue ainsi la borne négative de sortie du courant pour l'utilisateur.La partie centrale 27 de la lame 24 repose sur la partie centrale du couvercle 22 dont elle est isolée électriquement par une couche 28 de matériau isolant. La partie centrale du couvercle 22 porte l'orifice 29 de remplissage en électrolyte du générateur 20. Cet orifice, après l'opération de remplissage est hermétiquement fermé par une bille 30 soudée. La deuxième extrémité 31 de la lame 24 est placée à proximité de la borne positive 23 sans être en contact électrique avec elle. Un trou circulaire 32 de 3mm de diamètre est ménagé dans l'extrémité 31 de la lame 24. La borne 23 est introduite dans le trou 32 et elle est électriquement isolée des bord du trou 32 par un joint isolant 33. L'extrémité 31 repose sur la pièce 34 qui isole électriquement la borne 23 du couvercle 22.Une pièce isolante élastique 37 entourant la borne 23 et placée par-dessus la lame 24 au niveau du trou 32, maintient en place la lame 24 lorsque le dispositif de sécurité n'est pas activé. La borne 23 est surmontée d'une pièce conductrice 35 avec laquelle la borne 23 est en contact électrique. La pièce 35 est distante d'une faible longueur x de la lame 24. FIGS. 3 and 4 show a first variant of a safety device according to the present invention for a rechargeable electrochemical generator 20 of prismatic shape comprising a tank 21 and a cover 22 connected to the negative polarity of the generator. The cover 22 carries the positive current output terminal 23. The safety device consists of a blade 24 placed on the cover 22. The blade 24 is made of conductive material and its dimensions are approximately 40mm in length, smm in width and 0.8mm in thickness. A first end 25 of the blade 24 is connected to the negative pole of the generator by means of a PTC component 26, and thus constitutes the negative terminal of current output for the user. The central part 27 of the blade 24 rests on the central part of the cover 22 from which it is electrically insulated by a layer 28 of insulating material. The central part of the cover 22 carries the orifice 29 for filling the electrolyte of the generator 20. This orifice, after the filling operation is hermetically closed by a welded ball 30. The second end 31 of the blade 24 is placed near the positive terminal 23 without being in electrical contact with it. A circular hole 32 of 3mm in diameter is formed in the end 31 of the blade 24. The terminal 23 is introduced into the hole 32 and it is electrically insulated from the edges of the hole 32 by an insulating seal 33. The end 31 rests on the part 34 which electrically insulates the terminal 23 from the cover 22. An elastic insulating part 37 surrounding the terminal 23 and placed over the blade 24 at the level of the hole 32, keeps the blade 24 in place when the safety device does not is not activated. Terminal 23 is surmounted by a conductive part 35 with which terminal 23 is in electrical contact. The part 35 is spaced a short length x from the blade 24.
Le couvercle 22 porte également un opercule de sécurité 36 susceptible de s'ouvrir sous l'effet d'une surpression de grande amplitude survenant brusquement, évitant l'explosion du générateur. Les dispositifs de sécurité ont pour rôle d'intervenir avant que les conditions pour l'ouverture de l'opercule soient réunies.The cover 22 also carries a safety cover 36 capable of opening under the effect of a large amplitude overpressure occurring suddenly, preventing the generator from exploding. The safety devices have the role of intervening before the conditions for the opening of the cover are met.
Lorqu'il se produit une élévation de la pression interne, la partie centrale du couvercle 22 subit la déformation de plus forte amplitude et donc exerce la force la plus importante sur la partie centrale 27 de la lame 24 provoquant son soulèvement. L'extrémité 31 de la lame 24 se trouve à son tour soulevée et exerce une pression sur la pièce élastique 37. Si la surpression interne est suffisamment importante pour amener l'extrémité 31 de la lame 24 à parcourir une distance égale à la longueur X, le contact électrique s'établit entre la borne positive 23 et la lame 24 de polarité négative, par l'intermédiaire de la pièce conductrice 35, et met ainsi le générateur 20 en court-circuit. Le fort courant de court-circuit qui aurait tendance à s'installer en est empêché par le composant PTC 26 qu'il doit traverser. La résistance importante atteinte par le composant PTC 26 sous l'effet de la température maintient le courant à une faible valeur permettant au générateur 20 de se décharger lentement. When there is an increase in internal pressure, the central part of the cover 22 undergoes the deformation of greater amplitude and therefore exerts the greatest force on the central part 27 of the blade 24 causing its lifting. The end 31 of the blade 24 is in turn raised and exerts a pressure on the elastic piece 37. If the internal overpressure is sufficiently great to cause the end 31 of the blade 24 to cover a distance equal to the length X , the electrical contact is established between the positive terminal 23 and the blade 24 of negative polarity, via the conductive part 35, and thus puts the generator 20 in short circuit. The strong short-circuit current which would tend to settle is prevented by the PTC component 26 which it must pass through. The high resistance reached by the PTC component 26 under the effect of the temperature keeps the current at a low value allowing the generator 20 to discharge slowly.
A titre d'exemple, on réalise un générateur électrochimique analogue à celui représenté sur les figures 3 et 4 comportant le dispositif de sécurité selon la présente invention. Ce générateur est soumis à un régime de charge I permettant d'effectuer la charge en une heure. Dans des conditions normales, la tension de ce générateur est inférieure à 4 Volts, sa pression interne est inférieure à 3 bars et sa température ne dépasse pas 60'C. Si la tension atteint 5 Volts et la pression 7 bars, la température étant de l'ordre de 60'C, le couvercle se déformera et, en agissant sur la lame 24, provoque la mise en contact électrique des sorties de courant positive et négative par l'intermédiaire du composant PTC 26.Le courant résiduel que laisse passer le composant 26 vaut 0,6A, soit environ I/7, régime suffisamment lent pour limiter l'échauffement. Ce courant correspond au rapport de la puissance nécessaire au maintien de l'état limitant du PTC et de la tension du générateur, soit 3 Watts / 5 Volts. Le générateur se décharge jusqu'à une tension de OV et peut ensuite être manipulé puisque l'opercule ne s'est pas ouvert. For example, an electrochemical generator similar to that shown in FIGS. 3 and 4 is produced, comprising the safety device according to the present invention. This generator is subjected to a charging regime I allowing charging to be carried out in one hour. Under normal conditions, the voltage of this generator is less than 4 Volts, its internal pressure is less than 3 bars and its temperature does not exceed 60'C. If the voltage reaches 5 Volts and the pressure 7 bars, the temperature being of the order of 60'C, the cover will deform and, by acting on the blade 24, causes the positive and negative current outputs to come into contact with each other. via the PTC component 26. The residual current that the component 26 lets through is 0.6A, or approximately I / 7, a rate slow enough to limit heating. This current corresponds to the ratio of the power necessary to maintain the limiting state of the PTC and the generator voltage, ie 3 Watts / 5 Volts. The generator discharges to a voltage of OV and can then be manipulated since the cover has not opened.
La figure 5 montre une deuxième variante d'un dispositif de sécurité selon la présente invention pour un générateur électrochimique 50 rechargeable de forme prismatique comportant un bac 51 et un couvercle 52 reliés à la polarité négative du générateur. Au centre du couvercle 52 est placée la borne 53 de sortie du courant de polarité positive isolée du couvercle par une pièce 54. Un opercule de sécurité 55 situé sur le couvercle 52 est susceptible de s'ouvrir sous l'effet d'une surpression brutale. Le couvercle 52 porte également un orifice 56 de remplissage en électrolyte du générateur 50. Cet orifice, après l'opération de remplissage est hermétiquement fermé par une bille soudée 57. Sur le couvercle est placée une cale 58 en matériau isolant dans laquelle une ouverture 59 permet à l'utilisateur de se raccorder à la polarité négative du générateur constituée par le couvercle 52.La cale est maintenue à sa place par une gaine isolante 60 qui entoure le générateur. FIG. 5 shows a second variant of a safety device according to the present invention for a rechargeable electrochemical generator 50 of prismatic shape comprising a tank 51 and a cover 52 connected to the negative polarity of the generator. In the center of the cover 52 is placed the terminal 53 for output of the positive polarity current isolated from the cover by a piece 54. A safety cover 55 located on the cover 52 is capable of opening under the effect of a sudden overpressure. . The cover 52 also carries an orifice 56 for filling the generator 50 with electrolyte. This orifice, after the filling operation is hermetically closed by a welded ball 57. On the cover is placed a shim 58 made of insulating material in which an opening 59 allows the user to connect to the negative polarity of the generator constituted by the cover 52. The shim is held in its place by an insulating sheath 60 which surrounds the generator.
Le dispositif de sécurité est constitué d'une lame 61 supportée par la cale 58. La lame 61 est en matériau conducteur et ses dimensions sont d'environ 23mm de longueur, 12mm de largeur et 0,lmm d'épaisseur. L'une des extrémités 64 de la lame 61 est engagée dans une ouverture 65 pratiquée dans la cale 58 et l'autre extrémité 66 est fixée sur la cale 58; la lame 61 est ainsi maintenue en place. La partie centrale 62 de la lame 61 porte une pointe 63 distante d'une faible longueur x de l'opercule de sécurité 55 mais sans être en contact avec lui. L'extrémité 66 de la lame 61 est électriquement reliée au pôle positif du générateur 50 par l'intermédiaire d'un fusible 67 et d'un composant PTC 68 montés en parallèle, et constitue ainsi la borne positive de sortie du courant pour l'utilisateur.En fonctionnement normale la circulation du courant se fait par le fusible, le composant PTC ayant une résistance plus élevée et n'acceptant pas de courant supérieur à 200mA. L'ensemble des deux composants PTC et fusible peut être disposé dans le circuit électrique indépendamment du générateur. Préférentiellement cet ensemble est placé sur la lame 61 à laquelle il est électriquement raccordé au moyen des connexions 70 et 71 assurant la mise en parallèle des deux composants. La connexion 71 est en outre électriquement reliée à la borne 53. Cette variante, représentée sur la figure 6, a l'avantage de permettre un gain volumique et une plus grande compacité, notamment pour l'assemblage en batterie des générateurs. The safety device consists of a blade 61 supported by the shim 58. The blade 61 is made of conductive material and its dimensions are approximately 23mm in length, 12mm in width and 0.1mm in thickness. One of the ends 64 of the blade 61 is engaged in an opening 65 formed in the wedge 58 and the other end 66 is fixed on the wedge 58; the blade 61 is thus held in place. The central part 62 of the blade 61 carries a tip 63 distant a short length x from the safety cover 55 but without being in contact with it. The end 66 of the blade 61 is electrically connected to the positive pole of the generator 50 by means of a fuse 67 and a PTC component 68 connected in parallel, and thus constitutes the positive terminal of current output for the In normal operation, the current flows through the fuse, the PTC component having a higher resistance and not accepting current greater than 200mA. All of the two PTC and fuse components can be placed in the electrical circuit independently of the generator. Preferably, this assembly is placed on the blade 61 to which it is electrically connected by means of the connections 70 and 71 ensuring the placing in parallel of the two components. The connection 71 is also electrically connected to the terminal 53. This variant, shown in FIG. 6, has the advantage of allowing a gain in volume and greater compactness, in particular for assembling generators in batteries.
Lorqu'il se produit une élévation de la pression interne, la courbure de l'opercule de sécurité 55 s'inverse: de concave, il devient convexe. Si la surpression interne est suffisamment importante pour amener la partie centrale de l'opercule 55 à parcourir une distance égale à la longueur X, le contact électrique s'établit entre l'opercule 55 de polarité négative et la pointe 62 portée par la lame 61 de polarité positive. Ainsi le générateur 50 est mis en court-circuit. Le court-circuit provoque la fusion du fusible 67. Puis le fort courant de court-circuit qui pourrait s'installer en est empêché par le composant PTC 68 qu'il doit traverser. La résistance importante atteinte par le composant PTC 68 sous l'effet de la température maintient le courant à une faible valeur permettant au générateur 50 de se décharger lentement. When there is a rise in internal pressure, the curvature of the safety seal 55 is reversed: from concave, it becomes convex. If the internal overpressure is large enough to cause the central part of the cover 55 to travel a distance equal to the length X, the electrical contact is established between the cover 55 of negative polarity and the tip 62 carried by the blade 61 of positive polarity. Thus the generator 50 is short-circuited. The short-circuit causes the fuse 67 to blow. Then the strong short-circuit current which could settle is prevented by the PTC component 68 which it must pass through. The high resistance reached by the PTC component 68 under the effect of the temperature keeps the current at a low value allowing the generator 50 to discharge slowly.
A titre d'exemple, on réalise un générateur électrochimique analogue à celui représenté sur la figure 5 comportant le dispositif de sécurité selon la présente invention. Ce générateur est soumis à un régime de charge I permettant d'effectuer la charge en une heure. Dans des conditions normales, la tension de ce générateur est inférieure à 4 Volts, sa pression interne est inférieure à 3 bars et sa température ne dépasse pas 60'C. Si la tension atteint 5 Volts et la pression 7 bars, la température étant de l'ordre de 60'C, l'opercule 55 se déformera et provoquera la mise en contact électrique des sorties de courant positive et négative par l'intermédiaire du composant PTC 68. Le courant résiduel que laisse passer le composant PTC 68 vaut 55mA, soit environ I/70, régime suffisamment lent pour limiter l'échauffement. Le générateur se décharge jusqu'à une tension de OV et peut ensuite être manipulé puisque l'opercule ne s'est pas ouvert. By way of example, an electrochemical generator similar to that shown in FIG. 5 is produced, comprising the safety device according to the present invention. This generator is subjected to a charging regime I allowing charging to be carried out in one hour. Under normal conditions, the voltage of this generator is less than 4 Volts, its internal pressure is less than 3 bars and its temperature does not exceed 60'C. If the voltage reaches 5 volts and the pressure 7 bars, the temperature being of the order of 60 ° C., the cover 55 will deform and cause the positive and negative current outputs to come into contact with each other via the component. PTC 68. The residual current let through by the PTC 68 component is 55mA, or approximately I / 70, a rate slow enough to limit heating. The generator discharges to a voltage of OV and can then be manipulated since the cover has not opened.
Bien entendu la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. En particulier, on pourra sans sortir du cadre de l'invention remplacer tout moyen par un moyen équivalent. Of course, the present invention is not limited to the embodiments described and shown, but it is capable of numerous variants accessible to those skilled in the art without departing from the spirit of the invention. In particular, without going beyond the scope of the invention, any means can be replaced by equivalent means.
Claims (6)
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|---|---|---|---|
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