Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
1061404
La présents invention a pour ob~et une batterie dans laquslle on
met en oeuvre dss générateurs électrochimiques du type sodium-soufre, une
telle batterie pouvant etre utilisée dans le domaina de la traction électrique
notamment.
L'intérêt présenté par de telles batteries en tant que source
d'énergie pour véhicules électriques non polluants n'est plus à d~montrsr.
Rappelons brièvement que dans les générateurs électrochlmiques,
du type sodium-soufre, 18 réactif anodique est constitué par un métal alcalin,
généralement le sodium, qui doit etre liquide à la température de fonction-
, 10 nement. Le réactif cathodique est constitué généralement par le soufre ou les
~els de sodium de ce corps mais peut l'~tre aussi par le phosphore, le
s~lénium et les sels alcalins de C85 corps. Dans le cas où 10s matériaux
réactifs sont le soufre et le sodium, la réaction électrochimique est une
formation réversible de polysulfures de sodium dont la teneur en sodium
cro~t au cours de la décharge. ~uant à l'électrolyte, qui sépare les réactifs
cathodique et anodique, il doit etre solide à la température de fonctionnement,
psrméable pour les ions alcalins qui se forment dans le compartiment anodique,
et lmperméable pour les électrons. Il est général0msnt constitué d'alumine
béta sodlque, c'est-à-dlre d'un composé comportant environ de S a 9 mol~cules
d'alumine pour une molécule d'oxyde de sodium. Il a souvent la forme d'un
tube ferm~ vers le bas, contenant le réactif anodique et baignant dans le
réactif cathodique. Ce dernier est contenu dans un réservoir cathodique
métalllque. Le tube d'électrolyte est solidarisé au réssrvoir anodique, ce
dernier étant raccordé de manière étanche à un réservoir de réactif catho-
dique, la liaison étant électriquement isolante.
Dans le but d'élaborer une batterie pouvant etre installée sur
un véhicule électrique et assurer la propulsion de ce dsrnier, il est donc
nécessaire de coupler de tels générateurs électrochimiques ou élémsnts
sntrs eux en vue de réaliser un enssmble pr~sentant pour une puissance
électrique prédéterminée un encombrement et un poids minimaux.
- 1 - ~
1061404
~.,
La présente lnventian a donc pour ob~et une batterie formée d'une
pluralité d'éléments générateurs au sodium-soufre, une telle batterie
pcuvant assurer la propulsion d'un véhicule électrique, tout en présentant
une str w ture simple ainsi qu'un encombrement et un poids minimaux.
L'invention a donc pour but une batterie formée d'une pluralité
ds cellules ou éléments générateurs électrochimiques du type sodium-soufre,
éléments comportant chacun :
- un réservolr cathodique contenant un réactif cathodique liquids à la ::
température de fonctionnement et choisi dans le groupe formé par le soufre,
le phosphore, le sélénium et les sels alcalins de ces corps,
- au moins un tube d'électrolyte solide fermé 3 sDn extrémité inférieurè
contsnant un réactif anodique liquide à la température de fonctionnement
et constitué par un métal alcalin notamment le sodium et disposé dans ledit
réservoir cathodique de facon 3 baigner dans ledit réactif cathodique,
la paroi du tubs étant constituée notamment d'alumine béta alcaline,
- un support en céramique isolante pour maintenir ledit tube d'électrolyte
dans ledit réservoir cathodique, la liaison entre ce support et ce tube
étant assurée par l'intermédiaire d'un verre,
~; - un réservoir anodique contenant une ré9erve dudit réactlf anodique et
disposé au dessus dudit réservoir cathodique, de manière à ce que ledit
tube d'électrolyte s'ouvre à sa partie supérieure dans ce réservoir anodique,
ladite plaque séparant les extrémités ouvertss dudit réservoir anodique et
~ dudit réservoir cathDdique,
batteris comprenant m groupements de n modules comportant chacun p éléments,
caractérisée par le fait que ces éléments sont interconnectés électriquement
en parallèle dans c~acun des modules au moyen de plaques liées aux fonds
~ - ~
desdits réservoirs cathodiques et anodiques respectivement, chacune desdites
plaques comportant au moins un alésage sensiblement central.
- 2 -
.
~-
1061404
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention rsssortiront
de la description qui suit donnée à titre d'exemple purement illustratif
mais nullement limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- La figure 1 représente un générateur électrochimique sodium-soufre ou
élément ou cellule mis en oeuvre dans une batterie selon l'invention.
- La figure 2 représente en vue de dessus un ensemble d'éléments ou module
mis en oeuvre dans une batterie selon l'invention.
; - La figure 3 représente une coupe de la figure 2.
- La figure 4 représente en perspective un groupement de modules mls en
oeuvre dans une batterle selon l'invention.
- La figure 5 illustre les connexions élsctrlques mutuelles entre modules
d'un groupement.
- La figure 6 représente une barre de connexion électrique entre modules
d'un groupement.
- La figure 7 représente la partie active d'une batterie selon l'invention.
- La figure a représente une batterie selon l'invention.
Le générateur électrochlmique ou élément ou cellule présente la
forme d'un cyllndre de révolution et la figure 1 en est une vue en coupe
par un plan axial.
Le générateur représenté et référencé par l'lndlce 1 dans son
ensemble comporte un réservoir cathodique cylindrique 2, garni par un feutre
de graphite tnon représenté~ imprégné de soufre et ~ouant le rôle de collec-
teur de courant. La paroi du réservoir 2 est scellée à sa partie supérieure à
la face inférleure d'une plaque d'alumine alpha 6, horizontale et circulaire.
3 Un réservoir anodique cylindrique 8, sensiblement ds même diamètre
que le réservoir cathodique 2, est scellé par sa partie inférieure, à la face
supérieure de la plaque 6.
Il contient une réserve de réactif anodique constitué de sodium
` liquide.
La plaque 6 est percée en son centre d'un alésage cylindrique 10
- 3 -
'
1061404
à axe verticsl. Dans CBt alé ags 10 s'engags l'sxtrémlté supérisure
ouvsrte d'un tubs d'élsctrolyts 12 fermk ~ son sxtrémité inférieure,
constltué d'alumins béta sodiqus st contenant le réactif anodlque.
Le bord supérieur du tube 12 est dans le plan de la f~ce supérleure
de la plaque 6.
Un verre de liaison 14 est interposé entre la parol extérleure
du haut du tube 12 et la paroi ds l'aiésage 10 percé dans la plaqus 6 ds
manière à rendrs le raccordsment étanche.
Le réservoir 8 est confectionné par exemple et de pr~férence en
aluminium, et le r~ervoir 2 sn aluminlum recouvBrt sur S8 facB lnterne
par du chrom~ visant à éviter toute attaqus par 1B soufre et la passlvatlon
I résultante.
i Lesdlts réservoirs 8 et 2 peuvent évsntuellemsnt etrs confsctlonnés
¦ tous deux en acier inoxydable ou en molytdène, chroms ou en alllage nicksl-
chrome-molybdène dit ~A~telloy~, ou en matériau composite, par exempls en
acl~r lnoxyd3ble recouvert d'une coucKe de chrome ou de molybdène, l'en3emble
étont réalisé p~r cofllage.
En référence aux figures Z et 3 on a illuatré un module référancé
par l'lndlce 15 dans ~on enssmble m$s en oeuvre dans une battsrie selon
1'lnventlon.
Un tel module est ~ormé, dans l'exsmple représsnté, de quatre
él6ments 1, tBl9 qUB décrits figure 1. CBS élément~ sont connectéa mutuslle^
ment en parallèle au moyen de plaques d'aluminium 16 st 17 braséss ou soudées
sur les fonds des réservoirs 8 et Z respectivement. Chacune de ces plaques
comporte un alésage central 18 dont le rôle sera sxplicité par aillsurs.
Selon la figure 4, on a représenté un groupsmsnt ds modules tels
que précédemment décrits, référencé par l'indics 19 dans son ensembls.
Un tel groupement est formé d'une enceinte 20 à l'intérieur de laquelle
sont disposés des modules 151, 152... 158, huit sn l'occurrencs. Ces modulss
sont connectés élsctriqusmsnt Bntre BUX à la manièrs illustrke par la figurs
' - 4 -
1061404
. 5.
A cst ~ffet, dsux modulss voisins., par sxempls 1B~ mOdU188 151
st 152 sont conneot~s sntre sux sn séris au moysn d'une connsxlon 21 lntsr-
conn~ctant la pluque 161 du moduls 151 à. la plaque 172 du modulB 152~ DB
msme la plaqus 162 dudit module 152 ssraft connectée à la plaque 173 du
module volsln tnon rsprésenté) et ainsi ds su$te~ LB dernier module 158 est
dono connsots par sa plaqus 178 au moduls pr~csdsnt 157 (non rspréssnts).
Avantagsu~emsnt, les connsxions Z1 peuvsnt ~itrs r6allsées en
uns i9eUls place avec les plaques d~ connexion 16, 17 des ~lsmsnts. Uns
. 10 telle barrs ds connsxlon 21 préssnt~ donc la forme lllustrse à la flgurs
`) 6,
La flgure 7 reprsssnte la partis active d'uns batterls formée
ds groupements ds modules tsls qus pr~cédsmmsnt décrits.
i Uns tslls partle actlvs réfsrsnc~s 25 dans son snssmbls est formée
dan~ l'sxsmpls dscrlt de six groupsments 19~ à 196, lnterconnsctss mutuells-
I msnt sn sérle sntre sux au moysn ds connsxlons 21 tfigurs 6).
i La forcs élsctromotrice d'une tslle battsrls sst rscuelllis aux
born~s sxtrsmes 26, 27.
La figurs 8 montrs l'aspsct ext~rlsur d'uns batteris selon l'invsn_
1 20 tion. La partie actlve 25 est dl~posss au ssln d'un matériau isolant thsr-
mlqus 28. Oe~ sspacss, un espacs supérisur 29 st un sspacs inférleur 30,
sont cspsndant amsnag~s sntrs la partis activs st l'isolant thermlqus.
, Un courant d'air frais F1 psut ^strs insuffls par l'sspac~ inférisur
.! 30 st psut échappsr par l'espaoe supérisur 29 tsslon F2) dans le but ds
rsfroidir la partie aotivs 25 sn oours ds fonctlonnsment.
On notera qus ost air psut librement circulsr autour ds~ élsmsnts
1, grace aux al~sages 18 prsvus dans lss plaquss ds connsxion. L'air chaud
`~ s'échappant par l'espacs 29 peut d'aillsurs istrs utiliss pour climatiser le
~` véhicule.
30 En outre dss résistancss tsllss qus 31 peuv~nt éventuellsmsnt
- 5 -
1061404
r~chauffBr l'air admls Bt amBner 1B 90UfrB~Bt`l8 sodlum Bn~fusion~ afln
que la batterie pulssB d~marrsr.
En ce qui concsrnB les matériaux utillsés pour COnfBctiOnnBr
une tBlle batterie, on utilise g~néralemBnt l'aluminlum pour 1B9 connBxions
21 et les Bléments 1, 1B durelumin pour 1BS BncBintBa 20 dBs grOupBmentS
19-
L'lsolant thermlqUB 2B ~Bra avantagBusBmBnt m d ntBnu autour dB
le pertle eotlvB 25 au moyBn de cornibres.
On notsre cspèndent qus les BnoointBs 20 de9 groupement~ 19
sBront oxydéBs anodiquemBnt dens 1B but dB rBaliser un i wlBmBnt élBctriquB.
Il Bst Bn outrB dB toutB BVidBncB que 1B nombrB d~BlBment~ d~ns
un mcduls, 1B nombre dB modulss dans un groupsmsnt alnsi qu~ le nombrs dB
groupBmBnts dans unB battBriB nB sont nullemBnt limités aux valeurs donnéB3
dans l'BXemple décrit, dB tBl}-B valBurs pouvant b$Bn BntBndu varl~r ~BlOn
les caractéristiqw s ~lBctriquss nominalBs dB la better$e.
Dens le mamB Bsprit 1B8 connBxions électriquBs Bn s~rie p w vBnt
etr~ rsmplac~es per dss connsxfons en parellsl~ sans pour eutant sB départir
du cedrè dB l~invBntion~
Oens tous les cas le~ battBriBs rBali~Bs sslon~l~inventlon
ao prssent~nt un poids Bt un sncombrsmsnt minimeux pour uns pulssonce ettou)
unB C~p~CitB élBctriquBs donnéBs~ Bt dB tsllBs battBries pBuvBnt strB trB9
aisémBnt intégréBs à dss vBhlculBs BlBctriques.
,~ On va donnBr cl-dBssous un BxBmple concrBt d~unB battBriB sBlon
~ l'lnvention.
'~ Chaqus moduls comprend.quatrs élémsnts.
: j
Lss ~lémBnts présentBnt unB hautBur dB 380 mm Bt un diam~tre dB
27 mm.
Un groupBmBnt oomportB 8 modulBs connBctés Bn série Bt Bst disposé
dans UnB BnCBintB dB 390 X 56 X 470 mm.
La battsris comports 6 group8mBnts connBct~8 ~n sériB.
- 6 -
1061404
Uns t~ batteris pr~ssnte uns puissanc~ ds 13 Kw uns capacitfi
da 16 Kwh st une tension ds 96 v.
Son volume total est de 112 1 snviron, son poids de 70 kgs, st
ells est susceptible d'entrainsr un véhiculs du typs touri~ms 3 une vitssss
moyenne ds 90 km~h, l'autonomie étant ds 200 km.
~ ien entendu, l'invention n'sst nullsmsnt llmités au mods de
réallsation décrit et rsprfisents qui n'a fitfi donné qu'3 titre d'sxsmple.
En particulisr, on psut sans ~ortir du cadre de l'lnvsntion,
apportsr dss modifications de dfitail, changer csrtainss dispositions ou
rsmplacer certains moyens par dss moyens ~quivalents.
