FR2774513A1 - Manchon d'element de batterie pour applications spatiales et son procede de fabrication - Google Patents

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Mitchell J Mehlman
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Abstract

Un manchon continu (30) d'élément de batterie (22) est fait de fibres thermoconductrices s'étendant de façon pratiquement unidirectionnelle, à conductivité thermique non inférieure à l'aluminium, noyées dans une matrice. Le manchon est placé sur la surface externe d'un élément tubulaire (22), cylindrique mais pas nécessairement. Une base tubulaire (48) est fixée au manchon et forme avec les extrémités distales des fibres un pont thermique extrayant la chaleur du manchon. Dans un mode de réalisation, les fibres sont en graphite et le manchon, épais de 0, 254 mm à 6, 35 mm, comprend environ 60 % de fibres et 40 % d'adhésif en volume. Un adhésif électriquement isolant, comme un époxy, est appliqué sur environ 0, 127 mm sur l'interface manchon/ élément de base. Après assemblage, l'élément est chargé. La pression l'élargit pour un meilleur contact avec le manchon.

Description

La présente invention se rapporte d'une façon générale à des systèmes améliorés destinés au montage de batteries sur des engins spatiaux afin d'assurer leur intégrité, leur bon fonctionnement, et une longue durée de vie. Tout au long de cette description, l'expression "engins spatiaux" sera utilisée au sens générique afin de se référer à des engins spatiaux de tous les types, qu'il s'agisse de véhicules de lancement, de stations spatiales, de satellites, de sondes spatiales, ou d'autres véhicules pouvant être mis en oeuvre dans un environnement spatial.
Les batteries nickel-hydrogène et autres variétés de batteries chimiques pour engins spatiaux sont montées de façon caractéristique dans la structure de l'engin spatial au moyen d'une pluralité de manchons métalliques cylindriques qui reçoivent en les supportant des éléments d'accumulateur individuels. Les fonctions des manchons consistent à (a) relier physiquement chaque cellule à la structure de batterie et (b) conduire la chaleur perdue en raison du fonctionnement de l'élément vers la plaque de base de la batterie et, de là, jusqu'au système de rejet de chaleur de l'engin spatial (par exemple, un radiateur spatial optique).
De nombreux métaux ont été proposés et utilisés pour la fabrication des manchons d'éléments de batterie. Ceuxci ont compris l'aluminium, le béryllium, le magnésium et des alliages de ces métaux. En réalité, l'aluminium est le métal le plus couramment employé dans ce but. Tous ces matériaux satisfont les exigences techniques qui veulent qu'ils présentent une conductivité thermique élevée, une résistance unitaire appropriée, une résistance à la fatigue correcte d'une façon générale, et une faible densité. Comme cela est habituel dans toutes les activités liées à l'espace, le poids est une considération importante lors de la conception et de la construction de manchons d'éléments de batterie, de sorte que l'on recherche en permanence des matériaux autres que des métaux qui possèdent toutes les caractéristiques indiquées ci-dessus tout en étant d'un poids significativement inférieur.
Au cours des récentes années, les matériaux composites sont de plus en plus devenus des matériaux de choix afin de remplacer les métaux dans des applications qui exigent une résistance mécanique et un faible poids.
Les matériaux composites, ou "composites", incorporent des groupements de fibres allongées de matériaux résistants noyés dans une matrice amorphe pâteuse qui se solidifie ensuite et lie les fibres les unes aux autres en formant un ensemble résistant. Cette matrice peut être de polycyanate, de mélanges d'époxy et de polycyanate, ou bien d'autres matériaux appropriés qui présentent une force de liaison élevée, sont de faible poids, et ne présentent pas de caractéristiques défavorables, par exemple, un écaillage formant des particules flottant librement dans l'espace.
Le graphite est un premier exemple d'un matériau qui présente une conductivité thermique remarquable, en particulier sous la forme obtenue par pyrolyse et une faible densité (-2 g/cm2). En réalité, on peut employer dans ce but toutes fibres quelconques solides, présentant une conductivité thermique extrêmement élevée. Le graphite pur, cependant, est extrêmement fragile et, pour cette raison, son utilisation en tant que matériau de manchon n'a précédemment pas été envisagée de façon sérieuse. Une limitation supplémentaire à l'utilisation du graphite, de nature non technique mais importante sur le plan économique vient de ce qu'il ne peut être fabriqué en pièces mises en forme à partir de monoblocs massifs que grâce à un usinage coûteux.
On présentera présent un certain nombre d'exemples qui sont représentatifs de la technique antérieure se rapportant d'une façon générale à ce domaine technologique.
Le brevet des Etats-Unis N" 5 310 141, délivré le 10 mai 1994 à Homer et al., décrit des éléments de batterie cylindriques reliés les uns aux autres en formant plusieurs ensembles par des paires de demi-coques de manchons. Les manchons conduisent la chaleur de façon préférentielle suivant une direction axiale. Chaque ensemble de manchons est monté sur une plaque de rejet de chaleur en vue d'un rayonnement direct dans l'espace.
Le brevet des Etats-Unis N" 5 096 788, délivré le 17 mars 1992 à Bresin et al. décrit un ensemble de batterie comportant un boîtier et une pluralité d'éléments à l'intérieur du boîtier, chaque élément comportant une borne positive et une borne négative, et un circuit souple interconnectant la pluralité d'éléments, un dispositif de sollicitation assurant un contact approprié entre le circuit souple et les bornes des éléments.
Le brevet des Etats-Unis NO 4 828 022, délivré le 9 mai 1989 à Koeler et al., décrit un manchon conducteur de chaleur conçu pour s'adapter autour d'une source de chaleur cylindrique telle qu'une batterie destinée à être utilisée dans un satellite. La conception est choisie de façon à obtenir le compromis optimum entre la capacité de transfert thermique du manchon et son poids pour une application donnée.
Le brevet des Etats-Unis NO 4 420 545, délivré le 13 décembre 1983 à Meyer et al., décrit une batterie sous pression métal-gaz, en insistant sur la réduction du poids et du volume. Des plaques d'extrémité compriment axialement l'empilement d'électrodes et le supportent radialement à l'intérieur du récipient sous pression.
Ceci réduit les contraintes appliquées à l'empilement pendant les vibrations et le cyclage des éléments.
L'empilement n'est lié au récipient sous pression en aucun point dans la batterie, mais est un ensemble autonome qui n'est confiné que par la limite du récipient.
Le brevet des Etats-Unis NO 4 346 151, délivré le 24 août 1982 à Uba et al., décrit une batterie rechargeable scellée à éléments multiples, comprenant un conteneur monobloc à gueule ouverte, formé d'une pluralité de supports d'élément en forme de gobelet reliés les uns aux autres au niveau de zones tangentes mutuelles, des éléments électrochimiques du type rechargeable s'adaptant dans les supports d'élément et étant interconnectés afin de former la batterie, et un élément de fermeture fixé à la gueule du conteneur monobloc.
Le concept de l'utilisation de fibres de graphite thermiquement conductrices en tant que matériau de faible poids destiné à un manchon d'élément nickel-hydrogène est le sujet du brevet des Etats-Unis NO 5 510 208, délivré le 23 avril 1996 à Hall et al. Dans cette invention antérieure, un cylindre de fibres de graphite-époxy orientées axialement est renforcé sur les surfaces interne et externe par un stratifié de graphite-époxy d'une structure à entrecroisement à angle droit, et remplace une pièce en aluminium classique. Afin de permettre la compatibilité d'interface avec la pièce en aluminium, la pièce en graphite-époxy comporte, fixés à celle-ci par des adhésifs, des éléments destinés à serrer le cylindre sur l'élément et à intégrer structurellement l'ensemble de manchon d'élément ainsi formé aux autres ensembles de manchon d'élément. Le cylindre est partiellement divisé suivant la direction axiale afin de former une mortaise qui permet un déplacement en vue de la compression radiale.
C'est au vu de l'état de la technique que l'on vient de décrire que la présente invention a été conçue, et a été à présent mise en pratique.
Conformément à la présente invention, un ensemble de manchon d'élément de batterie comprend un manchon tubulaire continu s'étendant entre des extrémités proximale et distale, et comporte une pluralité de fibres thermoconductrices allongées s'étendant longitudinalement de façon pratiquement unidirectionnelle, présentant une conductivité thermique qui n'est pas inférieure à celle de l'aluminium, noyées dans une matrice appropriée. Le manchon est reçu sur la surface périphérique externe d'un élément de batterie tubulaire qui est de façon caractéristique, mais pas nécessairement cylindrique et en relation contiguë avec l'élément de batterie. Un élément de base tubulaire comportant une bride périphérique est fixé au manchon tubulaire continu de façon que les extrémités distales des fibres thermoconductrices soient contiguës à la bride périphérique. Grâce à cette conception, la bride périphérique fonctionne en tant que pont thermique afin d'extraire de la chaleur du manchon tubulaire continu par conduction entre les fibres thermoconductrices et la bride périphérique. Dans un premier mode de réalisation, les fibres thermoconductrices sont faites de graphite, et le manchon tubulaire continu est d'une épaisseur comprise entre environ 0,254 mm et 6,35 mm (0,010 et 0,25 pouce) et est composé d'environ de 60 W de fibres et de 40 d'adhésif en volume. Un adhésif électriquement isolant, tel qu'un époxy, un époxy chargé, du polycyanate, du polycyanate chargé est appliqué sur l'interface entre le manchon tubulaire continu et l'élément de base tubulaire suivant une collure, ou épaisseur, nominale commandée de 0,127 mm (5 millièmes de pouce). Après avoir solidarisé l'élément de batterie et le manchon tubulaire continu, l'élément de batterie est chargé. Ceci provoque la mise sous pression de l'élément de batterie, ce qui, à son tour, dilate sa périphérie extérieure, de sorte qu'il se trouve plus fermement en contact avec le manchon tubulaire continu.
Ainsi, la présente invention réitère les enseignements du brevet NO 5 510 208 en ce qui concerne l'utilisation de fibres de graphite à faible densité, à conductivité thermique élevée en tant qu'un premier matériau souhaitable pour la construction de manchons d'élément. Les fibres de graphite présentent des conductivités thermiques favorables allant jusqu'à 1 100
W/m.K lorsqu'on les compare au graphite obtenu par pyrolyse (k > 2 000 W/m.K) et à l'aluminium pur (k = 230
W/m.K). En outre, et ce qui est encore plus important, des groupements de fibres unidirectionnels peuvent être noyés dans une matrice appropriée (époxy, polycyanate, mélanges époxy-cyanate) pour former des feuilles minces pouvant être mises en forme. De telles feuilles peuvent, par exemple, facilement être formées en un tube convenant à l'utilisation comme manchon d'élément.
Dans la présente invention, cependant, on enseigne les améliorations suivantes par rapport à la conception de manchon composite décrite dans le brevet des Etats
Unis NO 5 510 208. Tout d'abord, plutôt que de fixer le manchon tubulaire divisé à l'élément à l'aide de fixations mécaniques dont les points de montage sont liés au manchon, on lie un manchon continu (non divisé) à l'élément non chargé à l'aide d'adhésif. L'effet de serrage entre l'élément et le cylindre est obtenu en outre en chargeant l'élément, ce qui met à son tour l'élément sous pression et amène ses dimensions latérales à croître contre la surface interne du manchon tubulaire.
Cette modification de conception réduit le coût et le poids.
En outre, comme le manchon tubulaire n'a plus besoin d'être divisé, la couche interne de stratifié graphiteépoxy de renfort à entrecroisement à angle droit du mode de réalisation précédent peut être éliminée. Cette couche interne était nécessaire pour empêcher le flambage avec des cylindres divisés. Cependant, ce composant n'est pas nécessaire pour un manchon tubulaire non divisé et, en outre, ses autres fonctions structurelles sont satisfaites par l'élément qui est à présent lié structurellement à la surface périphérique interne du manchon. Cette caractéristique réduit le coût et le poids, et améliore légèrement les performances thermiques du manchon d'élément dans la mesure où la couche structurelle interne de la technique antérieure crée une impédance thermique entre la source de chaleur de l'élément et la voie d'élimination de la chaleur du graphite du manchon.
En outre, au niveau de la jonction entre le manchon tubulaire et la patte de montage inférieure, le joint adhésif est modifié grâce à l'utilisation d'un époxy électriquement isolant chargé ou autre matériau adhésif convenable, en formant une collure commandée de l'ordre de 0,127 mm (0,005 pouce). L'effet de cette conception est d'isoler électriquement le manchon de cellule de l'engin spatial. Dans la technique antérieure, cette fonction a été assurée grâce à l'utilisation d'une couche de caoutchouc ou de film de matière plastique électriquement isolante entre l'élément et la surface périphérique interne du cylindre. Grâce à cette nouvelle approche, la couche de caoutchouc ou film de matière plastique peut être supprimée, en économisant ainsi du poids.
De tels groupements de fibres de graphite unidirectionnels ainsi stratifiés avec une matrice appropriée satisfont les exigences thermiques d'un ensemble de manchon d'élément destiné à un engin spatial, en ce qu'ils fonctionneront afin de conduire la chaleur depuis l'élément électrochimique jusqu'au radiateur de l'engin spatial.
En fait, les couches thermiques unidirectionnelles procurent les propriétés conductrices requises qui, jusqu'à présent, étaient procurées par un manchon métallique isotrope.
Dans la pratique, les structures de l'invention ont été fabriquées avec des fibres de graphite K1100 de la marque AMOCO. Les fibres de graphite sont orientées soit à 00, soit à +/- 150 par rapport à l'axe longitudinal de l'élément. De telles couches sont de façon caractéristique d'une épaisseur de 0,127 mm (0,005 pouce) et composées de 60 % de fibres et 40 Oc de résine en volume. La conductivité thermique exigée est obtenue grâce à l'utilisation d'un nombre suffisant de couches compensées en ce qui concerne leur inclinaison hors de 1 'axe.
La nécessité d'assurer l'interface mécanique et thermique du manchon d'élément avec d'autres éléments de la batterie et avec l'engin spatial a été traitée en liant de façon appropriée des pièces en aluminium usinées à la structure fibres-matrice hétérogène décrite cidessus comme nécessaire afin de réaliser les interfaces thermiques et mécaniques avec l'engin spatial. Ainsi, au niveau de la base du manchon en fibres-matrice se trouve une liaison en recouvrement avec un cylindre d'aluminium concentrique qui sert d'interface mécanique et thermique avec la plaque de base de la batterie. Le recouvrement se fait suivant une longueur axiale d'approximativement 2,54 cm (1 pouce), avec une épaisseur d'adhésif comprise entre environ 0,025 mm et 0,127 mm (0,001 pouce et 0,005 pouce). Cette conception garantit une interface mécanique sûre et un faible flux de chaleur à travers le joint de collage à conductivité thermique faible.
De même, des éléments mécaniques en aluminium peuvent être liés à la surface périphérique externe du manchon continu afin de relier mécaniquement l'élément à des éléments adjacents en vue d'une intégrité mécanique améliorée.
D'autres caractéristiques, avantages et bénéfices supplémentaires de l'invention deviendront évidents dans la description suivante prise en liaison avec les dessins qui suivent. On doit comprendre que la description générale qui précède et la description détaillée qui suit sont à titre d'exemple et d'explication et ne doivent pas limiter l'invention. Les dessins annexés, qui sont incorporés à l'invention et en constituent une partie, illustrent l'un des modes de réalisation de l'invention et, en association avec la description, servent à expliquer les principes de l'invention en termes généraux. Des références numériques identiques se réfèrent à des parties identiques dans toute la description.
La figure 1 est une vue en perspective illustrant de façon simplifiée, pour un engin spatial, un système de batterie incorporant la présente invention.
La figure 2 est une vue en perspective d'un seul ensemble de manchon d'élément de batterie mettant en oeuvre la présente invention et utilisé dans le système de batterie illustré sur la figure 1.
La figure 3 est une vue en coupe, prise généralement suivant la ligne 3-3. de la figure 2, représentant, plus en détail, une partie de l'ensemble de manchon d'élément de batterie illustré sur la figure 2.
La figure 3A est une vue en coupe détaillée illustrant plus en détail une partie de la figure 3.
La figure 3B est une vue en coupe détaillée illustrant plus en détail une autre partie de la figure 3, et
La figure 4 est un graphe comparant les performances de la conception en graphite-époxy de l'ensemble de manchon d'élément de batterie de l'invention à celles de la conception en aluminium de la technique antérieure.
On se tournera à présent vers les dessins et, initialement, vers la figure 1 qui illustre de façon simplifiée un système de batterie 20 destiné à être utilisé dans un engin spatial et mettant en oeuvre les concepts de la présente invention. Une pluralité d'ensembles de manchon d'élément de batterie 22 sont montés d'une manière que l'on décrira sur une plaque de base 24 qui peut être faite de nid d'abeille d'aluminium, par exemple. La plaque de base 24 sert de pont thermique d'ensemble pour extraire de la chaleur de chacun des ensembles de manchon 22. Ensuite, la chaleur est extraite de la plaque de base 24 et délivrée à un radiateur spatial optique approprié 26 par l'intermédiaire d'un élément de transfert thermique approprié 28, également représenté de façon simplifiée. Le radiateur spatial optique est positionné sur la face opposée au panneau de nid d'abeille de la plaque de base et fait face à l'espace lointain, c'est-à-dire à un dissipateur à basse température.
Les caractéristiques de conception des ensembles de manchon d'élément de batterie 22 qui mettent en oeuvre l'invention sont plus clairement représentées sur les figures 2, 3 et 3A. La figure 2 représente un ensemble de manchon tubulaire continu en fibres-matrice 22 conforme à l'invention, destiné à un élément de batterie 23 d'un diamètre de 89 mm (3,5 pouce),qui est de façon caractéristique cylindrique et présente des extrémités opposées bombées. Il sert à remplacer un manchon en aluminium (de la technique antérieure) destiné au même élément de batterie. L'ensemble de manchon en fibresmatrice de l'invention peut peser environ 165 g, par exemple, tandis que l'ensemble de manchon en aluminium de la technique antérieure pèse environ 325 g. Comme indiqué sur la figure 4, les deux ensembles de manchon présentent des performances thermiques équivalentes. A cet égard, chaque ensemble de manchon d'élément de batterie 22 peut être muni d'un élément chauffant approprié 64, monté sur la surface périphérique externe du manchon thermique 30 et la recouvrant.
La conception précise de l'ensemble de manchon 22 sera à présent décrite en faisant référence particulière aux figures 2, 3 et 3A. Le manchon thermique 30 s'étend entre des extrémités proximale et distale 34, 36 de l'ensemble de manchon 22, et comporte une pluralité de premières fibres allongées s'étendant longitudinalement de façon pratiquement unidirectionnelle 38 d'un matériau à faible densité, à conductivité élevée, noyées dans une matrice 40 qui peut être faite de polycyanate, de mélanges d'époxy et de polycyanate, ou d'autres matériaux liants appropriés. L'aluminium est l'élément de référence souhaitable en ce qui concerne les caractéristiques physiques de l'ensemble de manchon. C'est-à-dire que les fibres 38 sont choisies de façon que l'ensemble de manchon 22 présente une conductivité thermique égale à celle d'un manchon fait d'aluminium, et un poids sensiblement inférieur à celui d'un manchon en aluminium.
Les fibres sont de préférence des fibres de graphite, un exemple disponible dans le commerce étant les fibres
K1100 de la marque AMOCO, les fibres de graphite étant orientées soit à 0 , soit à +/- 150 par rapport à l'axe longitudinal de l'élément. De telles couches présentent de façon caractéristique une épaisseur de 0,127 mm (0,005 pouce) et sont composées de 60 de fibres et 40 W d'époxy en volume. La conductivité thermique exigée peut être obtenue en utilisant un nombre suffisant de couches compensées en ce qui concerne leur inclinaison hors de l'axe. On pourrait également utiliser toute autre fibre disponible dans le commerce, d'une conductivité thermique extrêmement élevée (K > 800 W/m.K).
Le manchon thermique 30 présente une épaisseur comprise entre environ 0,254 et 6,35 mm (0,010 et 0,25 pouce) et est reçu en relation contiguë sur la surface périphérique extérieure 42 de l'élément de batterie 23. De l'adhésif 46 (figure 3A) ou autre agent de liaison approprié est intercalé entre le manchon thermique 30 et la surface externe 42 afin de joindre de façon fixe ces composants suivant la relation illustrée sur la figure 2. Il peut être souhaitable pour certaines applications qu'une couche 47 d'isolation appropriée sous la forme d'un film thermo-rétractable recouvre la surface périphérique externe 42 de l'élément de batterie 23. Dans ce cas, comme illustré sur la figure 3A, il serait nécessaire que l'adhésif 46 recouvre effectivement la couche isolante 47.
En se tournant à présent vers les figures 2, 3 et 3B, un élément de base tubulaire 48, toujours probablement en aluminium, comporte un rebord dressé 50 en vue de la réception dans celui-ci de l'extrémité distale 36 du manchon thermique 30. Comme on le voit sur la figure 3B, un adhésif approprié 52 est utilisé pour lier la surface externe du manchon thermique 30 à la surface périphérique interne 54 du rebord dressé 50 de l'élément de base 48. L'adhésif 52 comprend de préférence un époxy chargé électriquement isolant ou autre matériau adhésif approprié, formant une épaisseur de collure définie qui n'est pas inférieure à environ 0,127 mm (0,005 pouce). De cette manière, le manchon thermique 30 est isolé électriquement de façon sûre de l'engin spatial. La surface externe inférieure du manchon thermique 30 est contiguë à la surface périphérique interne 54 du rebord dressé 50 de l'élément de base 48.
Grâce à cette conception, les fibres thermiques 38 sont contiguës au rebord dressé 50, de sorte que le rebord dressé sert de pont thermique pour extraire de la chaleur du manchon thermique par conduction entre les fibres 38 et le rebord dressé.
Considéré dans son ensemble, et en observant particulièrement la figure 3, l'ensemble de manchon 22 définit un évidement 56 destiné à la réception dans celui-ci de l'élément de batterie 23.
L'élément de base 48 comprend également une bride périphérique externe 58 (figure 3) qui est percée de façon appropriée, comme en 60, au niveau d'une pluralité d'emplacements espacés de façon égale sur la circonférence afin de recevoir des attaches filetées 58 permettant de le monter de façon sûre sur la plaque de base 24. Il est compris dans la portée de l'invention que la bride périphérique 58 soit orientée vers l'intérieur, en étant prévue en vue de la stabilité, une pluralité de pattes orientées vers l'extérieur, espacées sur la circonférence, étant prévues en vue du montage sur la plaque de base.
L'ensemble de manchon et de base en fibresmatrice/aluminium 22. présente l'avantage supplémentaire par rapport aux manchons de la technique antérieure entièrement en aluminium d'être doublement isolé de façon intrinsèque, car l'aluminium est à anodisation dure et la surface du manchon thermique 30 est faite d'adhésif pur.
Ceci procure une protection supplémentaire contre les défauts électriques.
Bien qu'un mode de réalisation préféré de l'invention ait été décrit en détail, l'homme de l'art devra comprendre que diverses autres modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation illustrés sans s'écarter de la portée de l'invention telle qu'elle est décrite dans le mémoire et définie dans les revendications annexées.

Claims (19)

REVEND I CAT I ONS
1. Ensemble de manchon d'élément de batterie (22) comprenant
un manchon thermique continu (30) s'étendant entre des extrémités proximale et distale et présentant un axe longitudinal, composé d'une pluralité de fibres (38) thermoconductrices allongées s' étendant longitudinalement de façon pratiquement unidirectionnelle noyées dans une matrice (40), ledit manchon thermique (30) étant reçu sur la surface périphérique externe d'un élément de batterie (23) en relation contiguë avec celle-ci, et
un élément de base (48) comportant un rebord (50) en vue de la réception sur celui-ci de ladite extrémité distale dudit manchon thermique, ladite extrémité distale dudit manchon thermique étant contiguë audit rebord, grâce à quoi ledit rebord fonctionne comme un pont thermique pour extraire de la chaleur dudit manchon thermique par conduction entre lesdites fibres thermoconductrices et ledit rebord.
2. Ensemble de manchon d'élément de batterie (22) selon la revendication 1
dans lequel lesdites fibres thermoconductrices présentent une conductivité thermique qui n'est pas inférieure à celle de l'aluminium.
3. Ensemble de manchon d'élément de batterie (22) selon la revendication 1,
dans lequel lesdites fibres thermoconductrices sont des fibres de graphite, et
dans lequel ledit manchon thermique présente une épaisseur comprise entre environ 0,254 et 6,35 mm (0,010 et 0,25 pouce) et est composé d'environ 60 % de fibres et 40 W de matrice en volume.
4. Ensemble de manchon d'élément de batterie selon la revendication 1 comprenant
un moyen de liaison (46) afin de joindre de façon fixe ledit manchon thermique à la surface périphérique externe de l'élément de batterie.
5. Ensemble de manchon d'élément de batterie selon la revendication 1 comprenant
un moyen de liaison (52) afin de joindre de façon fixe ledit manchon thermique audit élément de base.
6. Ensemble de manchon d'élément de batterie selon la revendication 5
dans lequel ledit moyen de liaison comprend un adhésif chargé électriquement isolant formant une épaisseur de collure définie qui n'est pas inférieure à environ 0,127 mm (0,005 pouce).
7. Ensemble de manchon d'élément de batterie (22) comprenant
un manchon thermique continu (30) s'étendant entre des extrémités proximale et distale et présentant un axe longitudinal, composé d'une pluralité de fibres (38) thermoconductrices allongées s'étendant longitudinalement de façon pratiquement unidirectionnelle d'un matériau à faible densité et conductivité élevée, lesdites fibres thermoconductrices étant noyées dans une matrice (40), et
un élément de base (48) comprenant un rebord annulaire destiné à la réception sur celui-ci de ladite extrémité distale dudit manchon thermique, ladite extrémité distale dudit manchon thermique étant contiguë audit rebord, grâce à quoi ledit rebord fonctionne comme un pont thermique pour extraire de la chaleur dudit manchon thermique par conduction entre lesdites fibres thermoconductrices et ledit rebord.
8. Ensemble de manchon d'élément de batterie (22) comprenant
un manchon thermique continu (30) s'étendant entre des extrémités proximale et distale et présentant un axe longitudinal, et composé d'une pluralité de fibres (38) thermoconductrices allongées s'étendant longitudinalement de façon pratiquement unidirectionnelle qui sont noyées dans une matrice (40), et
un élément de base (48) comportant un rebord annulaire dressé destiné à la réception sur celui-ci de ladite extrémité distale dudit manchon thermique, ladite extrémité distale dudit manchon thermique étant contiguë audit rebord, grâce à quoi ledit rebord fonctionne comme un pont thermique pour extraire de la chaleur dudit manchon thermique par conduction entre lesdites fibres thermoconductrices (38) et ledit rebord (50).
9. Procédé de fabrication d'une structure d'élément de batterie comprenant les étapes consistant à :
(a) se procurer un manchon thermique continu (30) s'étendant entre des extrémités proximale et distale et présentant un axe longitudinal, composé d'une pluralité de fibres (38) thermoconductrices allongées s'étendant longitudinalement de façon pratiquement unidirectionnelle qui sont noyées dans une matrice (40) d'adhésif,
(b) fixer le manchon thermique sur la surface périphérique externe d'un élément de batterie cylindrique (23) en relation contiguë avec celle-ci, et
(c) fixer un élément de base (48) comprenant un rebord (50) sur le manchon thermique en vue de la réception sur celui-ci des extrémités distales du manchon thermique qui sont contiguës au rebord, grâce à quoi ledit rebord fonctionne comme un pont thermique pour extraire de la chaleur du manchon thermique par conduction entre les fibres thermoconductrices et le rebord.
10. Procédé selon la revendication 9 comprenant l'étape consistant à
(d) appliquer sur l'interface entre le manchon thermique et l'élément de base cylindrique un adhésif électriquement isolant.
11. Procédé selon la revendication 10
dans lequel l'adhésif appliqué à l'étape (d) est un époxy formant une épaisseur de collure définie qui n'est pas inférieure à environ 0,127 mm (0,005 pouce).
12. Procédé selon la revendication 9 comprenant l'étape consistant à
(e) charger l'élément de batterie, en mettant ainsi l'élément de batterie sous pression, et en agrandissant sa circonférence externe de sorte qu'elle se trouve plus fermement en contact avec le manchon thermique.
13. Système de batterie (20) comprenant
une pluralité d'ensembles de manchon d'élément de batterie (22) montés sur une plaque de base (24), ladite plaque de base étant un pont thermique d'ensemble destiné à extraire de la chaleur de chacun desdits ensembles de manchon d'élément de batterie, et
un radiateur spatial (26) relié thermiquement à ladite plaque de base afin de rayonner la chaleur provenant de celle-ci dans l'espace lointain,
dans lequel chacun desdits ensembles de manchon d'élément de batterie comprend
un manchon thermique continu (30) s'étendant entre des extrémités proximale et distale et présentant un axe longitudinal, composé d'une pluralité de fibres (38) thermoconductrices allongées s'étendant longitudinalement de façon pratiquement unidirectionnelle qui sont noyées dans une matrice (40), ledit manchon thermique (30) étant reçu sur la surface périphérique externe d'un élément de batterie (23) en relation contiguë avec celle-ci,
un élément de base (48) comportant un rebord (50) en vue de la réception sur celui-ci de ladite extrémité distale dudit manchon thermique, ladite extrémité distale dudit manchon thermique étant contiguë audit rebord, grâce à quoi ledit rebord fonctionne comme un pont thermique pour extraire de la chaleur dudit manchon thermique par conduction entre lesdites fibres thermoconductrices (38) et ledit rebord (50).
14. Ensemble de manchon d'élément de batterie selon la revendication 1
dans lequel ledit élément de base (48) comprend une bride périphérique de base (58) destinée au montage sur une plaque de base (24), ainsi qu'un rebord tubulaire dressé intégral (50) auquel ledit manchon thermique (30) est collé.
15. Ensemble de manchon d'élément de batterie selon la revendication 7
dans lequel ledit élément de base (48) comprend une bride périphérique de base (58) destinée au montage sur une plaque de base (24), ainsi qu'un rebord tubulaire dressé intégral (50) auquel ledit manchon thermique est collé.
16. Ensemble de manchon d'élément de batterie selon la revendication 8
dans lequel ledit élément de base (48) comprend une bride périphérique de base (58) destinée au montage sur une plaque de base (24), ainsi qu'un rebord tubulaire dressé intégral (50) auquel ledit manchon thermique (30) est collé.
17. Ensemble de manchon d'élément de batterie selon la revendication 13
dans lequel ledit élément de base (48) comprend une bride périphérique de base (58) destinée au montage sur une plaque de base (24), ainsi qu'un rebord tubulaire dressé intégral (50) auquel ledit manchon thermique (30) est collé.
18. Ensemble de manchon d'élément de batterie (22) destiné à un engin spatial, comprenant
un manchon thermique continu (30) s'étendant entre des extrémités proximale et distale et présentant un axe longitudinal, composé d'une pluralité de fibres (38) thermoconductrices allongées s'étendant longitudinalement de façon pratiquement unidirectionnelle qui sont noyées dans une matrice (40), ledit manchon thermique (30) étant reçu sur la surface périphérique externe d'un élément de batterie (23) en relation contiguë avec celle-ci, et
un élément de base (48) solidaire de ladite extrémité distale dudit manchon thermique (30) comprenant une bride périphérique de base (58) montant ledit manchon thermique sur une plaque de base (24) reliée à un radiateur spatial (26) destiné à rayonner la chaleur provenant de celle-ci vers l'espace lointain, grâce à quoi ladite bride périphérique de base (58) fonctionne comme un pont thermique pour extraire de la chaleur provenant dudit manchon thermique (30) par conduction entre lesdites fibres thermoconductrices (38) et ladite bride périphérique de base (58).
19. Ensemble de manchon d'élément de batterie (22) selon la revendication 18
dans lequel lesdites fibres thermoconductrices (38) présentent une conductivité thermique qui n'est pas inférieure à celle de l'aluminium.
FR9901185A 1998-02-04 1999-02-02 Manchon d'element de batterie pour applications spatiales et son procede de fabrication Withdrawn FR2774513A1 (fr)

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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10106810A1 (de) * 2001-02-14 2002-09-05 Siemens Ag Netzunabhängige Stromversorgungseinheit
JP5117871B2 (ja) * 2008-01-29 2013-01-16 理研計器株式会社 防爆型ガス警報器
DE102009043443A1 (de) * 2009-09-29 2011-03-31 Volkswagen Ag Verfahren zur Kühlung eines Batteriemoduls und Batteriemodul für ein Fahrzeug
DE102012214964A1 (de) * 2012-08-23 2014-03-20 Robert Bosch Gmbh Batteriezelle, Batterie und Kraftfahrzeug

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2676144A1 (fr) * 1991-05-03 1992-11-06 Accumulateurs Fixes Batterie d'accumulateurs nickel-hydrogene.
US5510208A (en) * 1994-09-28 1996-04-23 Space Systems/Loral, Inc. Composite battery cell sleeve

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2676144A1 (fr) * 1991-05-03 1992-11-06 Accumulateurs Fixes Batterie d'accumulateurs nickel-hydrogene.
US5510208A (en) * 1994-09-28 1996-04-23 Space Systems/Loral, Inc. Composite battery cell sleeve

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
COATES D K ET AL: "HYDROGEN-BASED RECHARGEABLE BATTERY SYSTEMS: MILITARY, AEROSPACE, AND TERRESTRIAL APPLICATIONS-I. NICKEL-HYDROGEN BATTERIES", INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY,GB,ELSEVIER SCIENCE PUBLISHERS B.V., BARKING, vol. 19, no. 9, 1 September 1994 (1994-09-01), pages 743 - 750, XP000454009, ISSN: 0360-3199 *

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