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Couvercle pour batterie chargée à aeo.
Monsieur Rioardo OARTU Leal, à Mexioo, Mexique,
La présente invention comprend un couvercle perfectionné pour carters de batterie. D'une manière plus précise, l'invention comprend une membrane perforuble, solidairement formée à l'intérieur du puits d'accès de la batterie, protégeant les plaques de batterie à l'égard des contaminations atmosphériques pendant le stockage avant la vente de la batte rie .
Afin de comprendre l'apport constitué par la présente invention, qui résoud un problème resté depuis longtemps non résolu dans la technique des batteries, ou
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accumulateurs électriques, il est nécessaire de rappeler d'abord la construction et le fonctionnement de la batterie ou accumulateur ordinaire.
Une batterie à cellules humides produit le courant électrique par une réaction chimique. L'enveloppe ou carter de la batterie est formé en une matière diélec- trique résistant aux acides telle le caoutchouc dur ou les plastiques, et pourra être construit en diverses . dimensions. Les éléments internes de la batterie sont enfermés dans un carter à cinq côtés, lequel pourra être divisé en une pluralité de cellules. Chaque cellule est recouverte d'un couvercle ayant des trous qui reçoivent les bornes, et présente un puits d'accès de conformation lui permettant de recevoir un couvercle à ventilation.
L'intérieur de la batterie est divisé en cellules- électrolytiques qui, à leur tour, contiennent des plaques métalliques dissemblables, des séparateurs, et une solution électrolytique. Normalement, la plaque positive est constituée' d'un treillis de plomb, à mailles nombreuses, qui supporte du peroxyde de plomb. La plaque négative consiste également en un treillis de plomb qui, à son tour, supporte du plomb spongieux. Des séparateurs ou isolants faits en une matière résistante corrosive, mais perméable aux fluides, empêche tout contact entre des plaques de polarités différentes, tout en laissant un accès libre pour le passage de l'électrolyte.
La solution électrolytique constituée d'eau distillée et d'acide sulfurique circule librement à l'intérieur des cellules.
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Les plaques négatives et positives se prolongent dans le carter de la batterie par des montants métalliques qui font saillie à travers des trous formés dans le couvercle de la batterie. Afin que l'électrolyte ne corrode pas les montants, ceux-ci sont fixés à friction dans les trous.
Les montants peuvent former eux-mêmes les bornes de la batterie, ou bien ils pourront être connectés à leur tour aux montants d'autres cellules pour rassembler l'énergie provenant de toutes les cellules.
L'action chimique produisant l'électricité dans une cellule de batterie peut-être définie comme suit :
Plomb + peroxyde de plomb + 2 acide sulfurique donne
2 sulfate de plomb + 2 eau
La réaction produit une différence de potentiel de 2,1 volt entre les plaques, ce qui réduit l'oxyde de plomb en plomb sur l'une des plaques et fait déposer des ions sulfate sur l'autre plaque, en transformant ainsi le plomb spongieux en sulfate de plomb.
La réaction est évidemment réversible. Ainsi, si la cellule électrolytique possède une différence de potentiel de direction opposée à celle produite par la batterie et supérieure à 2,1 volts, il,est possible de renverser la réaction décrite ci-dessus qui charge la cellule.
Afin de produire un potentiel entre les plaques de polarités différentes, la réaction décrite ci-dessus est produite à chaque instant. Si la batterie est laissée sans chargement pendant longtemps, les deux plaques peuvent
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se sulfater complètement. Quand cela se produit, les plaques ne sont plus différentes au point de vue chimique.
Dès lors, elle$ ne réagiront plus au courant de chargement, ni ne produiront un courant par réaction chimique. Deux plaques dissemblables doivent être présentes dans l'élec- trolyte pour effectuer une action électrolytique.
Lorsqu'une cellule est restée déchargée, le sulfate de pomb qui se forme sur les plaques pendant la décharge devient une formation cristalline, dure, blanche.
Cette formation ferme les pores des plaques et produit l'obstruction de la surface active disponible.
En plus, la cristallisation, connue sous le nom de sulfata- tion, isole électriquement les plaques de l'électrolyte de telle manière qu'une réaction de chargement ne peut plus se produire.-On se rend compte facilement que lorsque la nouvelle batterie atteint cet état par suite d'un stockage prolongé. Le, valeur de la batterie diminue, c'est-à-dire sa valeur diminue du point de vue du consommateur.
En parlant en termes chimiques, ces conséquences sont connues sous le nom de "réaction locale" d'une batterie ou accumulateur.
Afin de supprimer dans les batteries nouvelles le problème de la sulfatation par réaction locale et de la décharge, les fabricants de batteries ont mis sur le marché un nouveau type de batterie connu sous le nom de "batterie à chargement à sec". La batterie à chargement à sec est complète en tous détails et contient tous les éléments
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décrits oi-dessus de la batterie conventionnelle, à l'exception de l'électrolyte. L'électrolyte pour ces batteries est emballé séparément, et l'aoide sulfurique dilué n'est ajouté à la batterie que lorsque celle-ci est vendue au consommateur. Pour autant que cela soit possible, la batterie est vendue dans le commerce aveo ses parties internes à l'état parfaitement sec.
Après que la fabrication de la batterie a été achevée, elle est soumise à un processus de séchage prolongé en atmosphère inerte ou à un processus de séchage rapide en atmosphère normale.
La nouvelle pratique de mettre sur le marché des batteries chargées à sec pose par elle-même des problèmes supplémentaires. La plaque négative est un matériau spongieux qui la rend très sensible à la réaction chimique à cause de la grande surface qu'elle offre. Ainsi, lorsque la plaque négative est exposée à l'air, et plus particulièrement à l'oxygène de l'air, l'éponge de plomb s'oxyde. Par cette oxydation, il se produit de la chaleur qui facilite encore davantage la réaction. Lorsque la plaque négative a réagi avec l'oxygène pendant un laps de temps appréciable, toute la plaque s'est recouverte de peroxyde de plomb et devient chimiquement similaire à la plaque positive. Il se produit un problème analogue à la sulfatation de la plaque négative.
La batterie est inca- pable de réagir électrolytiquement pour produire du courant, puisque les plaques sont de composition similaire.
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La plaque positive étant faite en matière finement divisée est également affectée de manière défavorable par le contact avec l'air. La chaleur produite sur la plaque négative dans le volume réduit de l'emballage de la batterie, tend à réduire le peroxyde de plomb de la plaque positive en libérant ainsi de l'oxygène libre.'Cet oxygène libre est faci- lement absorbé par la plaque négative, en équilibrant la composition des plaques.
L'acceptation par le consommateur des batteries chargées à sec impose la condition que les fournisseurs possèdent un grand stock de batteries qui attendent à être mises en service. Ces grands stocks tendent à prolonger encore davantage la durée de stockage de la batterie, ce qui augmente le problème de l'oxydation.
Ainsi, comme l'emploi de batteries chargées à sec a augmenté, le problème de l'oxydation a été multiplié.
Le résultat en est une tendance à rendre inutiles les efforts des fabricants de fournir une batterie "fraiche" aux consommateurs au moment précis où il en a besoin.
Afin que la complexité nouvellement créée par l'emploi de batteries chargées à sec soit maintenue au minimum, il est nécessaire que les cellules soient mainte- nues dans un état aussi sec que possible, et qu'elles soient protégées à l'égard de l'air et de toute humidité qui s'y trouve aussi longtemps que la batterie n'est pas en emploi.
En d'autres mots, une batterie chargée à sec doit être maintenue en atmosphère inerte pour éviter la réaction chimique des contaimants atmosphériques avec la matière
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active qui est contenue dans les plaques. Le problème qui consiste à maintenir une atmosphère inerte autour des plaques a fait l'objet de longues études et, quoique des essais aient été faits avec plusieurs méthodes destinées à retenir une atmosphère environnante inerte, jusqu'à présent aucune méthode commercialement acceptable n'a été proposée. En conséquence, des batteries chargées à sec ont été vendues dans un état qui est inférieur à l'état optimum.
Cependant, 1''oxydation de la plaque néga- tive a eu pour résultat une perte de la caractéristique principale de la nouvelle batterie, de pouvoir être livrée au consommateur à l'état "frais". Il est inutile d'insister sur la perte de prestige qui en résulte pour le fabricant de la batterie.
Le problème de la protection d'une batterie à l'égarddes contaminants atmosphériques avant le remplissage de la batterie avec l'électrolyte et avant la vente, est rendu plus difficile par la nécessité de ventiler la batterie lors de son emploi. Cette ventilation est évidem- ment nécessaire parce que des gaz se forment pendant le chargement de la batterie.
Diverses méthodes ont été essayées pour fermer de manière étanche une batterie avant son remplissage avec l'électrolyte, et empêcher les entrées d'air. Parmi les méthodes essayées qui n'ont pas eu de succès on peut citer ;
1. Recouvrir d'un ruban adhésif l'orifice dans le couvercle de ventilation. Cette méthode était évidemment peu satisfaisante parce que, emn fait le ruban ne fermait
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pas complètement l'orifioe. De plus, à cause de négligences dans la manipulation de la batterie, ou à cause de manque d'adhésion, le ruban se détachait souvent. De plus, le bord du couvercle ne donnait pas une fermeture étanche sur son siège, et de l'air pénétrait dans la batterie autour de la périphérie du couvercle.
2, Placement d'un bourrage en caoutchouc ou en oellulose en-dessous du filetage du couvercle de ventilation de la pression. Cette méthode n'est pas employée à cause de l'inconvénient inhérent qui existe, que le bourrage ne réalise jamais un joint uniforme avec le couvercle de ven- tilation. Parce que le bourrage ne possédait pas un siège approprié, le centre du puits d'accès étant ouvert, le bourrage se déformait et de l'air passait sans difficulté dans les plaques activées de la cellule.
3. Le remplacement pendant le stockage de la batterie du couvercle de ventilation par un couvercle solide, ne présentant pas des orifices. Cette méthode est économi- quement indésirable à cause des frais élevés impliqués par la prévision de deux séries de couvercles avec chaque batterie. De plus, le problème posé par la fourniture est augmenté par la nécessité d'emballer séparément des bourrages des couvercles de ventilation.
Plus important encore est le danger inhérent qui existe dans l'emploi de couvercles non ventilés après qu'une batterie a été remplie avec l'élec- trol3rte. Si, après le remplissage, les couvercles solides sont re-vissés dans le puits d'accès, il y a grand danger que les gaz produits lors de la réaction de l'électrolyte avec les plaques ne produisent une explosion, entraînant
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la destruction de la batterie, ou peut-être des dommages encore plus grands. De plus, ainsi que mentionné ci-dessus, la méthode n'est pas complètement satisfaisante parce que des couvercles ordinaires ne permettent pas d'obtenir un joint parfait sur toute la périphérie. De l'air qui s'échappe en-dessous du bord des couvercles à chevilles atteindra les plaques, ce qui est indésirable.
Des expériences et études pendant de nombreuses années ont été faites pour trouver une solution au problème de créer une batterie pouvant être protégée des réactifs jusqu'au moment de la vente de la batterie au consommateur.
Après de nombreuses études, y compris des essais avec les méthodes mentionnées ci-dessus pour résoudre le problème, et obtention de résultats peu satisfaisants, j'ai maintenant trouvé la solution au problème. Cette solution consiste à fabriquer un couvercle solidaire pour batteries du type à chargement à sec, lequel couvercle ne présente pas de trous d'accès vers l'intérieur de la batterie.
Cette solution peut paraître à première vue être aussi bien peu pratique qu'impossible. Parce qu'une batterie ne peut pas fonctionner sans un trou d'accès travers lequel l'électrolyte puisse être versé pour commencer l'opération de la batterie et à travers lequel leb gaz puissent s'échapper pendant le fonctionnement de la batterie, un dispositif sans trou d'accès paraissait impossible.
Evidemment, le fonctionnement normal de la batterie n'a pas été oublié lorsqu'on a cherché la solution du problème.
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Mais cette idée n'est ni peu pratique ni impossible à réaliser, parce que le trou d'accès, qui est nécessaire dans toutes les batteries, sera formé au moment précis où la batterie est placée en service.
Afin que les développements ayant conduit à la présente invention puissent être compris, On donne ci-après des indications sur les essais ayant conduit aux conclusions, D'abord, un couvercle fut fait sans trou central de sorte que la cellule restait absolument fermée. Tout ce qui restait à faire était la préparation du trou au moment de la vente, juste avant l'introduction de l'électrolyte.
Ce couvercle ne convenait pas bien parce qu'il n'était pas faoile de faire le trou précisément de la manière désirée.
Il était nécessaire d'avoir un outil spécial ainsi qu'une personne compétente pour pouvoir faire le trou d'accès afin d'éviter l'endommagement du couvercle. Des erreurs dans la fabrication du trou coûtaient évidemment très cher, parce que toute la batterie devait être retournée au lieu de sa fabrication pour reconstruire la batterie et remplacer le couvercle. On a fait des essais avec une deuxième, troi- sième, quatrième, etc. méthodes et on est toujours arrivé au même problème final, c'est-à-dire, comment fairo le trou sans endommager le couvercle ou toute la batterie. Ces problèmes et inconvénients furent supprimés en employant le couvercle faisant l'objet de la présente invention.
Ainsi qu'on peut le voir, le couvercle possède un puits d'accès, mais ne présente pas de trou dans ce puits par lequel l'in- térieur de la batterie puisse communiquer avec les
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contaminants atmosphériques. De plus, le puits d'accès a une configuration permettant de recevoir le couvercle usuel à ventilation. Le couvercle peut être fixé dans la batterie après sa production. Aucune adresse spéciale n'est maintenant requise pour faire le trou dans la batterie, rendant celle-ci prête au fonctionnement.
En conséquence, l'un des objets de la présente invention est l'emploi dans une batterie électrique ou accumulateur d'un couvercle perfectionné sans ouverture.
Un deuxième objet de l'invention est de prévoir un couvercle solidaire pour batterie ou accumulateur élec- trique permettant la production par des moyens très simples d'un trou d'accès de l'électrolyte.
Un troisième objet de l'invention est de prévoir un couvercle de batterie ou accumulateur ayant une membrane perforable formée solidairement, qui protège de l'atmosphère l'intérieur de la batterie ou accumulateur.
Un autre objet de l'invention est de prévoir une fermeture du puits d'accès de, la batterie permettant la fixation normale d'un couvercle de ventilation dans le puits d'accès.
Un autre objet encore de l'invention est de prévoir un couvercle de batterie, protégeant de manière complète les éléments internes anhydres de ia batterie contre les conta- minants atmosphériques jusqu'à ce que la batterie soit prête pour emploi immédiat.
D'autres objets de l'invention seront évidents des dessins ci-joints, dans lesquels :
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La figure 1 est une vue générale d'une batterie d'accumulateur électrique dans sa forme générale où les couvercles de ventilation sont enlevés pour montrer la membrane formée solidairement à l'intérieur du puits d'accès 110.
La figure 2 est une vue én plan d'un couvercle de cellule de la batterie montrée dans la figure 1, mon- trant la membrane de fermeture à l'intérieur du puits d'accès.
La figure 3 est une vue en plan d'un couvercle de cellule après que la batterie a été préparée pour emploi après la vente de la batterie, en formant un trou dans le puits d'accès.
La figure 4 est une élévation du seul couvercle de cellule illustré dans la figure 2.
La figure 5 est une vue en coupe le long de la ligne 5-5 de la figure 4 montrant la membrane solidairement formée 120 à l'intérieur du puits d'accès 110.
La figure 6 est un fragment à plus grande échelle de la même coupe, montrant une membrane alternative qui a été pourvue d'entailles pour pouvoir être enlevée facilement.
En se reportant aux dessins, la figure 1 montre la configuration générale d'une batterie chargée à sec dans laquelle on n'a pas encore introduit l'électrolyte.
L'emballage de la batterie comprend le carter 10 auquel la partie supérieure 20 a été scellée. Aussi bien le carter que la partie supérieure sont formés en matériaux conven- tionnels di-électriques. résistant aux acides.
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La partie supérieure 20 comprend des couvercles de cellules individuelles 100 qui ont été scellés au moyen d'une matière céramique 30 résistant à la corrosion.
Ainsi que le montré le plus clairement dans la figure 2, les couvercles de cellules individuelles définis-
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sent ..des ouvertures 132 par lesquelles passent des montants a o¯ Tout W,L W*4 en forme de plaques, non illustres./comme dans une batterie conventionnelle et ainsi qu'illustre dans la figure le les montants formés de plaques sont à leur tour interoonneotés par des ponts 140 ou sont conformés en bornes de batterie 150.
En se reportant aux figures 2, 3, 4 et 5, le puits d'accès surélevé 110 occupe le centre du couvercle de cellule individuelle 100. L'intérieur de la partie du puits d'accès qui se prolonge au-dessus du plan du couvercle 100 est filetée en 116 pour recevoir un couvercle conven- tionnel(non illustré) de ventilation de la batterie. Le bord 117 termine.la partie filetée. La membrane 120 connectée avec le bord 117,est formée solidairement avec le couvercle 110. A cause de sa construction mince, la membrane 120 peut être quelque peu flexible. De plus, la membrane peut définir une coupe recourbée ainsi qu'illustré par le centre déprimé 124 dans la figure 5.
Comme forme alternative, la périphérie 122 de la membrane peut être entaillée en 126 comme illustré dans la figure 6. Ces entailles facilitent davantage la formation facile d'un trou dans le couvercle pour permettre l'introduction de l'électrolyte. Alternativement, la membrane peut présenter une section uniforme par rapport au couvercle et peut être située en toute position à
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l'intérieur du puits.
La fabrication de,' la batterie est achevée par des procédés connus en soi.avec cette exception qu'après que les plaques et couvercles ont été assemblés et interconnectés avec les bornes qui y sont scellées, on fait le vide à l'intérieur de la batterie ou bien on remplit l'intérieur de la batterie d'un gaz inerte juste avant l'achèvement du scellement de la partie supérieure 20 sur le carter 10.
La figure 1 montre la configuration de la batterie lorsqu'elle quitte l'installation de fabrication.
La batterie est complète à l'exception de l'électrolyte, lequel est emballé séparément dans un récipient résistant à l'acide. Dans l'intérêt de la clarté, les couvercles à ventilation qui seront insérés dans les puits d'accès
110 ont été supprimés. Les couvercles à ventilation cependant seront insérés dans les puits lorsque la batterie quitte l'installation de fabrication. La batterie reste dans cet état jusqu'au moment où elle est vendue au consommateur. A ce moment, des trous d'entrée sont formés dans le couvercle de la batterie en enlevant les chevilles de ventilation et en découpant la membrane 120 le long de sa périphérie 122. L'é;ectrolyte emballé séparément est alors introduit par les trous qui viennent d'être formés, et on remet en place les chevilles de ventilation.
La fermeture complète de l'intérieur de la batterie par rapport à l'espace environnant empêche la , réaction des plaques avec l'humidité et autres conta- minants atmosphériques. Plus particulièrement, on empêche
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la réaction de l'oxygène de l'air avec le plomb spongieux des plaques négatives. Ainsi, lorsque la batterie est vendue, les plaques ont conservé la même différence chimique que celle qu'elles possédaient au moment de la fabrication, et le consommateur reçoit une batterie entièrement fraîche.
L'invention a été décrite par des exemples spéci- fiques, mais il est évident à toute personne spécialisée dans cette technique que d'autres réalisations de l'invention pourront être faites sans sortir de la portée de l'invention.
REVENDICATIONS.
1. Dans la fabrication et la stockage de batteries chargées à sec du type présentant des puits d'accès à couvercle à ventilation,-la prévision d'un couvercle de cellule qui est fermé, di-électrique, ayant au moins un puits d'accès, ce puits comprenant une fermeture perforable en continuation du couvercle.