FR2872634A1 - Dispositif indicateur de l'usure d'une batterie - Google Patents

Abstract

Dispositif indicateur d'usure d'une batterie (10) comportant des électrodes (21, 22) réalisées dans un premier métal.Selon l'invention, ledit dispositif indicateur comprend un élément-témoin (30) réalisé dans un deuxième métal plus réducteur que ledit premier métal, et disposé à proximité d'évents (20) de ladite batterie (10).Application à l'industrie automobile.

Description

DISPOSITIF INDICATEUR DE L'USURE D'UNE BATTERIE Domaine de l'invention

La présente invention concerne un dispositif indicateur d'usure d'une batterie comportant des électrodes réalisées dans un premier métal. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine des batteries destinées à l'industrie automobile.

Etat de la technique Les batteries utilisées dans les véhicules automobiles sont généralement des batteries dites au plomb puisqu'elles sont constituées d'électrodes réalisées à base de plomb. Ces électrodes plongent dans un io électrolyte constitué d'une solution d'acide sulfurique dont les ions H+ et SO42-servent au transport des charges électriques vers les électrodes à travers des séparateurs poreux présentant une grande perméabilité aux ions et une forte imperméabilité aux particules de matière.

Du fait de leur robustesse, de leur faible prix et de leur simplicité, les is batteries au plomb restent aujourd'hui très compétitives dans la production d'énergie électrique dans les véhicules automobiles.

Cependant, ces batteries ne sont pas exemptes de phénomène d'usure apparaissant au cours des cycles décharge/charge d'une batterie. On notera que lors d'un cycle de charge, la batterie accumule de l'énergie quand un courant la traverse, tandis que lors d'un cycle de décharge, la batterie fournit de l'énergie à un ou plusieurs consommateurs du véhicule (climatisation, essuie-glace, ...).

On rappellera qu'une batterie comporte une borne négative et positive, auxquelles sont reliées respectivement la masse du véhicule et le réseau de 25 bord du véhicule auquel est connecté lesdits consommateurs.

Le processus d'usure est dû le plus souvent à la formation d'une ligne de fuite qui se crée plus ou moins rapidement dans chacun des éléments, six en général, de la batterie, un élément comportant un bouchon avec un évent. On notera qu'une ligne de fuite est un courant interne de décharge de la batterie lorsque aucun consommateur n'est branché à ses bornes positive et négative. Par ailleurs, les six éléments constituent des batteries élémentaires, bien connues de l'homme du métier, assemblées en série, chaque batterie élémentaire comportant une borne positive reliée à une borne négative de la batterie élémentaire suivante et ainsi de suite jusqu'à la sixième batterie élémentaire de sorte que l'ensemble forme une batterie par exemple 12V.

Cette ligne de fuite a pour origine l'accumulation en fond de batterie (et pour chaque élément) de particules d'oxyde provenant des électrodes. La ligne de fuite ainsi formée provoque par effet Joule un échauffement de l'électrolyte d'acide sulfurique. Ce phénomène, connu sous le nom d'auto-décharge, s'accélère avec le temps et la température au point qu'il peut parfois porter l'électrolyte à l'ébullition induisant ainsi le rejet dans l'atmosphère de gaz comme de l'hydrogène, de l'oxygène et de vapeurs sulfuriques très volatiles.

On estime qu'une batterie perd par auto-décharge 0,1% de sa charge is par jour en début de vie et 1% en fin de vie.

Outre le fait que l'hydrogène peut provoquer des risques d'explosion, les vapeurs sulfuriques s'échappant des évents de la batterie peuvent quant à elles être à l'origine de graves inconvénients concernant la pollution de l'environnement, la santé des passagers, les batteries étant maintenant installées hors du compartiment moteur du véhicule, et la corrosion des bornes des batteries par sulfatation.

On notera qu'un évent est un orifice situé sur le bouchon de chaque élément de la batterie dont le rôle est d'éviter l'éclatement dudit élément.

Le phénomène d'auto-décharger est encore accéléré au cours de la charge de la batterie du fait que la tension de régulation de l'alternateur est figée généralement à une valeur de 14 à 15 V par exemple (pour être compatible avec la batterie) et s'écarte donc davantage de la tension de la batterie à mesure que celle-ci s'use. II en résulte un échauffement de plus en plus en plus important de la batterie ainsi surchargée, la batterie continuant d'être chargée au-delà de sa capacité, allant jusqu'à l'ébullition de l'électrolyte avec tous les inconvénients mentionnés plus haut.

On notera que lorsque l'alternateur tourne, il doit alimenter les consommateurs et recharger la batterie. Lorsque cette dernière est rechargée l'alternateur doit tout en continuant de tourner fournir moins de courant car sinon trop de courant ferait monter la tension au risque de faire bouillir la batterie.

En fin de vie, la batterie ne répond plus à l'usage qu'on attend d'elle. La batterie ne tenant plus la charge, la panne se déclare à l'improviste, généralement au démarrage du véhicule, ce qui est d'autant plus io problématique que la seule action corrective est de changer purement et simplement la batterie.

L'usure est d'autant plus rapide que la batterie est plus souvent et plus fortement sollicitée dans diverses circonstances: - démarrage de gros moteurs, les batteries passant de 32 A/h à 90 A/h, - montée en charge progressive de l'alternateur pour éviter une montée de couple brutale, mise en oeuvre des pots catalytiques, selon laquelle on porte un ruban nickel chrome à haute température (1200 C) pour casser les molécules de dioxyde d'azote (cracking) et autres gaz polluant, - fonctionnement des moteurs en stop and go , dans lequel le moteur thermique du véhicule est arrêté tandis que l'alternateur fonctionne en mode moteur, c'est-à-dire qu'il remplace le moteur thermique pour le démarrage, augmentation du nombre des éléments de confort ou consommateurs: dégivrage, sièges chauffants, climatisation, lève-vitre électriques, etc. Des dispositions ont déjà été proposées visant à remédier à certains de ces inconvénients.

On citera parmi ces dispositions la mesure de la concentration en acide de l'électrolyte afin de mesurer l'usure de la batterie. Cette disposition reste cependant coûteuse, lourde à mettre en oeuvre et insuffisante.

Objet de l'invention Aussi, un problème technique à résoudre par l'objet de la présente invention est de proposer un dispositif indicateur d'usure d'une batterie comportant des électrodes réalisées dans un premier métal, qui permettrait de fournir un moyen bon marché, simple et efficace pour évaluer l'usure de la batterie.

La solution au problème technique posé consiste, selon la présente invention, en ce que ledit dispositif indicateur comprend un élémenttémoin réalisé dans un deuxième métal plus réducteur que ledit premier métal, et disposé à proximité d'au moins une source d'échappement de vapeurs sulfuriques de ladite batterie.

Selon un mode de réalisation non limitatif, ledit élément-témoin peut io être placé directement au dessus de ladite au moins source d'échappement de la batterie.

Ainsi, le deuxième métal constituant l'élément-témoin se corrode plus vite que le métal des électrodes de la batterie, le niveau de corrosion donnant alors une indication quant l'état d'usure de la batterie.

is De plus, on notera un avantage du dispositif conforme à l'invention selon lequel il permet en outre de limiter la corrosion ( sulfatation) des bornes de la batterie, ceci résultant de l'affinité chimique plus grande des vapeurs sulfuriques avec le second métal de l'élément-témoin.

De même, l'invention prévoit que, la batterie étant placée dans un 20 environnement métallique constitué d'un troisième métal, ledit deuxième métal est également plus réducteur que ledit troisième métal.

Dans ce cas, le dispositif indicateur selon l'invention protège des vapeurs sulfuriques non seulement la batterie elle-même mais également tout son environnement. Ainsi se trouvent à l'abri de la corrosion certains organes du compartiment moteur du véhicule où est logée la batterie, telles que des durites composant un circuit de refroidissement du moteur dont le caoutchouc devient poreux au contact de vapeurs sulfuriques. De même, lesdites vapeurs étant fixées sur l'élément-témoin, elles ne peuvent polluer l'environnement ni gêner les passagers lorsque la batterie est placée hors du compartiment moteur.

De manière à offrir une meilleure perception visuelle de la corrosion de l'élément-témoin, il y a avantage, selon l'invention, à ce que ledit élément-témoin présente une épargne d'oxydation dudit deuxième métal.

Plus spécialement, ladite épargne est réalisée par sérigraphie d'un matériau isolant. De préférence, ledit matériau isolant est transparent.

Enfin, s'agissant de batteries pour véhicules automobiles, ledit premier métal étant du plomb, le deuxième métal est de l'aluminium. Cette disposition s'applique plus particulièrement dans le cas où ledit troisième métal est de l'acier, lequel constitue généralement l'environnement métallique d'une batterie automobile.

Brève description des Figures

La description qui va suivre, en regard du dessin donné à titre io d'exemple non limitatif, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée.

La Fig. 1 est une vue de dessus d'un premier exemple de batterie munie d'un premier mode de réalisation du dispositif indicateur d'usure conforme à l'invention, La Fig. 2 est une vue de dessus d'un deuxième exemple de batterie munie d'un deuxième mode de réalisation du dispositif indicateur d'usure conforme à l'invention, et La Fig. 3 est un schéma représentant des électrodes d'une batterie selon la Fig. 1 ou la Fig. 2.

Description détaillée de modes de réalisation préférentiels de l'invention Sur les Fig. 1 et 2, sont représentées deux types de batterie 10, par exemple une batterie au plomb pour véhicule automobile de 12V.

Selon la Fig. 1, la première batterie 10 comprend: six éléments ou compartiments accessibles respectivement par des bouchons 11, 12, 13, 14, 15, 16, chaque bouchon comportant un évent 20, une borne positive 21, et une borne négative 22, bornes 30 couramment appelées cosses, et i0 - deux électrodes 23, 24, représentées à la Fig. 3, reliées respectivement aux cosses 21, 22 de la batterie, les deux électrodes étant plongées dans l'électrolyte d'acide sulfurique H+ SO42 Dans une telle batterie, il est nécessaire de réapprovisionner l'eau distillée servant pour la solution d'acide sulfurique de l'électrolyte. Ce réapprovisionnement se fait via les bouchons 11 à 16.

Selon la Fig. 2, la deuxième batterie 10 comprend: au moins un évent 20, une borne positive 21, et une borne négative 22, bornes couramment appelées cosses, et deux électrodes 23, 24, représentées à la Fig. 3, reliées respectivement aux cosses 21, 22 de la batterie, les deux électrodes étant plongées dans l'électrolyte d'acide sulfurique H+ SO42 Dans ce deuxième exemple de batterie 10, il n'y a pas de bouchons.

On notera que les bornes positive et négative 21, 22 et les deux 20 électrodes 23, 24 sont en alliage de plomb.

Comme le montre les Fig. 1 et 2, dans un mode de réalisation non limitatif, on a placé sur la batterie 10 un dispositif indicateur d'usure comprenant un élément-témoin 30 se présentant sous la forme d'une plaquette d'un métal tel que l'aluminium par exemple, plus réducteur que le plomb de la batterie et notamment que les bornes 21, 22 et les électrodes 23, 24. La plaquette 30 est disposée près des sources d'échappements de vapeurs sulfuriques de manière à capter les vapeurs sulfuriques, les sources étant ici les évents 20.

Préférentiellement, ladite plaquette 30 est solidaire de la batterie 10, et 30 est fixée à ladite batterie 10 par collage ou vissage ou tout autres moyens de fixation.

Dans un autre mode de réalisation, ladite plaquette 30 peut être solidaire du châssis du véhicule.

Préférentiellement, ladite plaquette 30 est disposée au plus près des évents par lesquels s'échappent les vapeurs d'acide sulfuriques qui sont volatiles et, préférentiellement à quelques centimètres desdits évents 20.

Par conséquent, les vapeurs sulfuriques issues de l'électrolyte de la batterie s'échappant des évents 20 de la batterie 10 se déposent préférentiellement sur la plaquette 30 d'aluminium que sur les bornes 21, 22 en plomb de la batterie. L'aluminium Al étant un métal léger, il perd facilement ses trois électrons de sa dernière couche, de sorte que la réaction chimique lo en présence des vapeurs sulfuriques SO42- est la suivante: 2AI3+ + 3 SO42_ pour former du sulfate d'aluminium AI2 SO43. Le sulfate d'aluminium est un produit plus stable que les vapeurs sulfuriques puisque se présentant sous forme solide.

Ainsi, la corrosion de la plaquette 30 donne une indication de l'usure de la batterie, de même qu'est réalisée une protection des bornes 21, 22. La plaquette 30 permet donc de piéger les vapeurs sulfuriques de sorte que ces dernières ne s'échappent plus vers l'extérieur du véhicule; la santé des utilisateurs est ainsi préservée.

On notera qu'il peut y avoir d'autres sources de vapeurs sulfuriques 20 notamment par dégradation de tous les composants soufrés dans le véhicule, tels que les caoutchoucs (pneus, courroies)....

Comme le montre la Fig. 1, dans un premier mode de réalisation non limitatif, la plaquette d'aluminium est placée sur le dessus de la batterie 10 du côté face avant 4 de ladite batterie 10, ici au voisinage des bornes positive et négative en avant desdits évents 20. Dans un deuxième mode de réalisation non limitatif, la plaquette 30 est placée sur le dessus de la batterie 10 du côté face arrière 5 de ladite batterie 10 en arrière desdits évents 20. On notera que la plaquette 30 n'est pas obligatoirement sur le même plan que les éléments 11 à 16. Elle peut en effet être, par exemple, placée à un niveau en dessous ou au dessus.

Comme le montre la Fig. 2, dans un mode de réalisation non limitatif, la plaquette d'aluminium 30 est placée au dessus de l'évent 20 au moyen de plots de fixation 32 en matériau résistant aux vapeurs sulfuriques. Ceci permet de mieux capter les vapeurs sulfuriques, les vapeurs sulfuriques ayant moins de chemin à parcourir vers la plaquette 30 pour s'y fixer.

Bien entendu, les différents modes de réalisation concernant le positionnement de la plaquette 30 décrits ci-dessus pour les deux exemples de batterie s'appliquent à l'un ou l'autre des exemples de batteries 10 ou à tout autre type de batterie dans lesquelles il y a une source d'échappement de io vapeurs sulfuriques.

Plus généralement, pour tout type de batterie 10, si l'environnement de la batterie 10 est métallique, en acier par exemple comme dans le compartiment moteur d'un véhicule, le métal constituant la plaquette 30 doit aussi être plus réducteur que l'acier, ce qui est d'ailleurs le cas du mode de réalisation de la plaquette en aluminium.

On peut également observer sur les Fig. 1 et 2 la présence d'une épargne 31 d'oxydation de la plaquette 30 d'aluminium destinée à offrir une meilleure visualisation du degré de corrosion de la plaquette 30, et donc du niveau d'usure de la batterie 10, par comparaison entre la zone protégée par ladite épargne 31 et la zone non protégée de la plaquette d'aluminium 30.

Ainsi, l'épargne d'oxydation est une zone qui sera épargnée de la corrosion par un vernis résistant aux vapeurs sulfuriques, tel qu'un vernis époxy ou du polyester par exemple. Ladite épargne 31 permet de faciliter le jugement de l'utilisateur du véhicule concernant l'usure de la batterie car elle apporte un contraste entre la zone protégée et celle qui ne l'est pas.

Dans un mode de réalisation non limitatif, cette épargne 31 peut être réalisée par sérigraphie d'un matériau isolant transparent tel qu'un oxyde.

Claims (1)

1. 9 REVENDICATIONS

   1. Dispositif indicateur d'usure d'une batterie (10) comportant des électrodes (23, 24) réalisées dans un premier métal, caractérisé en ce que ledit dispositif indicateur comprend un élément-témoin (30) réalisé dans un deuxième métal plus réducteur que ledit premier métal, et disposé à proximité d'au moins une source (20) d'échappement de vapeurs sulfuriques de ladite batterie (10).

   2. Dispositif indicateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que, la batterie (10) étant placée dans un environnement métallique constitué d'un troisième métal, ledit deuxième métal est également plus réducteur que ledit io troisième métal.

   3. Dispositif indicateur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit élément-témoin (30) présente une épargne (31) d'oxydation dudit deuxième métal.

   4. Dispositif indicateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite 15 épargne (31) est réalisée par sérigraphie d'un matériau isolant.

   5. Dispositif indicateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit matériau isolant est transparent.

   6. Dispositif indicateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit matériau isolant transparent est un oxyde.

   7. Dispositif indicateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que, ledit premier métal étant du plomb, le deuxième métal est de l'aluminium.

   8. Dispositif indicateur selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit troisième métal est de l'acier.

   9. Dispositif indicateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ledit élément-témoin est disposé au dessus de ladite au moins source d'échappement (20) de la batterie (10). i0

   10. Batterie de véhicule automobile comportant un dispositif indicateur d'usure selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.