D'UNE PILE A COMBUSTIBLE ENROULEE

Domaine de l'invention

La présente invention concerne un procédé et un machine de fabrication des piles à combustibles du type enroulées comportant un complexe pourvu en particulier d'un feuillard de tension ou feuillard support, d'un conduit hydrogène, une bande porteuse de cellules électrochimiques en série et une bande séparatrice pourvue de canaux de passage d'air transversaux par rapport à l'axe longitudinal de la bande porteuse des cellules. L'invention concerne en outre la pile obtenue par ce procédé et les éléments constitutifs de cette pile.

Arrière plan technologique

Des exemples de piles à combustible sont par exemple décrits dans les documents

EP 1 846 976 Bl, EP 2 556 555 Bl, WO 2011/124863 Al, WO 2013/164438 Al et les demandes FR13 62685, FR13 62687 et FR13 62689 déposées le 16/12/2013 tous au nom de la demanderesse et incorporés ici par référence.

Pour de telles piles, la régularité de l'enroulement des couches, la régularité de la pression sur les cellules et sur les bandelettes traversant la bande porteuse et reliant les cellules électrochimiques de la bande porteuse en série et l'étanchéité au niveau des connecteurs fluidiques et électriques, sont des points primordiaux.

Dans ce cadre, la présente invention a pour objectif de réaliser un procédé et une machine de fabrication de piles enroulées qui assure un positionnement correct des éléments de la pile notamment au niveau des connecteurs en sorte de garantir une bonne étanchéité et une tension contrôlée de l'enroulement des bandes constituant la pile.

Brève description de l'invention

Pour ce faire la présente invention propose en premier lieu un procédé de fabrication d'une pile à combustible enroulée comprenant:

un feuillard support,

une bande isolante anodique,

une bande de diffusion H ₂ ,

une bande porteuse de cellules électrochimiques dont les anodes sont d'un premier côté de la bande porteuse et les cathodes d'un second côté de la bande porteuse, et

une bande séparatrice cathodique ondulée,

pour lequel le procédé comprend:

une étape de réalisation d'un mandrin de bobinage comportant un dispositif de raccordement fluidique et de raccordement électrique d'une première extrémité de la pile et comportant l'assemblage d'une extrémité de début du feuillard support avec une bride de maintien solidaire d'un axe de bobinage de la pile, le mandrin équipé de la bride de maintien recevant des premières terminaisons desdits feuillard support, bande isolante anodique, bande de diffusion H ₂ , bande porteuse de cellules électrochimiques et bande séparatrice cathodique ondulée,

une étape de bobinage de la pile pour laquelle la tension du feuillard support entre un dérouleur et le mandrin est asservie en sorte d'appliquer une pression calibrée sur les couches bobinées de la pile.

Avantageusement, l'étape de réalisation du mandrin comporte: une étape de réalisation d'un premier sous ensemble comportant l'assemblage d'une extrémité de début du feuillard support avec une bride de maintien solidaire d'un axe de bobinage de la pile,

une étape de réalisation d'un deuxième sous ensemble comportant l'assemblage d'une première extrémité de début de la bande isolante anodique, d'une première extrémité de la bande de diffusion H ₂ et d'une première extrémité de la bande porteuse des cellules avec un dispositif de raccordement fluidique répartiteur H ₂ et la réalisation d'un dispositif de connexion électrique d'une première électrode d'une première cellule de la bande porteuse avec un premier contact électrique sur un module compartiment H ₂ /connexion électrique,

une étape de réalisation d'un troisième sous ensemble comprenant l'assemblage de la bande séparatrice cathodique ondulée sur un élément support cathode,

- une étape d'assemblage desdits sous ensembles, les deuxième et troisième sous ensembles étant assemblés de part et d'autre du premier sous ensemble pour former un mandrin autour duquel la pile est enroulée, le feuillard support étant relié au centre du mandrin en sorte d'assurer la tension de l'enroulement. Préférablement, l'ensemble bande porteuse, bande de diffusion H ₂ et bande isolante anodique est assemblé et collé en continu au niveau de son accostage sur le bobinage pendant l'enroulement de la pile.

Le dispositif de raccordement fluidique répartiteur H ₂ étant pourvu d'au moins une lumière de distribution d'hydrogène, l'assemblage du deuxième sous ensemble comprend avantageusement l'assemblage étanche de l'extrémité de début de l'ensemble bande porteuse, bande de diffusion H ₂ et bande isolante anodique sur ledit dispositif en communication avec la lumière pour réaliser le début d'un canal hydrogène côté anodes de la bande porteuse.

Les positions d'accostage du feuillard support, de l'ensemble bande isolante anodique, bande de diffusion H ₂ , bande porteuse de cellules et de la bande séparatrice cathodique ondulée sont avantageusement décalées angulairement.

Le procédé comporte avantageusement une étape de bobinage de la pile sur le nombre de tours choisi en fonction de la tension électrique de sortie souhaitée pour la pile.

Selon un mode de réalisation avantageux, la tension mécanique du feuillard support est régulée au long du bobinage pour homogénéiser la compression des couches de la pile. La tension du feuillard support est préférablement proportionnelle au rayon de la pile pendant son enroulement pour obtenir une compression constante entre les couches de l'enroulement.

Une fois le bobinage terminé le procédé comporte avantageusement:

- une étape de coupe d'une extrémité de fin de la bande isolante anodique, de la bande de diffusion H ₂ et de la bande porteuse des cellules électrochimiques;

- une étape d'assemblage de ces extrémités sur un second module compartiment H ₂ /connexion électrique de terminaison de pile comportant un second dispositif de raccordement fluidique répartiteur H ₂ réalisant la fermeture du canal fluidique H ₂ ;

- une étape de raccordement de la dernière électrode de la dernière cellule de la bande porteuse de polarité opposée à ladite première électrode avec un second contact électrique porté par ledit second module.

, et

- une étape de positionnement dudit second module sur la pile enroulée.

Avantageusement, une fois le second module positionné sur la pile, la rotation du mandrin est poursuivie pour recouvrir ledit second module compartiment H ₂ /connexion électrique avec la bande séparatrice ondulée et avec le feuillard support.

Le procédé comporte en outre avantageusement une étape de coupe de la bande séparatrice ondulée et de réalisation d'au moins un tour supplémentaire avec le feuillard support encollé en sorte de créer une enveloppe de contention de la pile avant de couper ledit feuillard support pour finaliser la pile à combustible.

Le second module compartiment H ₂ /connexion électrique peut notamment être monté sur une embase s'appliquant sur la pile enroulée.

L'invention propose en outre un dispositif d'enroulement d'une pile à combustible comportant un mandrin regroupant une bride de maintien pourvue d'un axe de bobinage adaptée à recevoir le feuillard support de la pile, un module compartiment H ₂ /connexion électrique de réception d'une première extrémité de début de la bande isolante anodique, d'une première extrémité de la bande de diffusion H ₂ et d'une première extrémité de la bande porteuse des cellules, pourvu d'un premier dispositif de raccordement fluidique répartiteur H ₂ et d'un dispositif de connexion électrique d'une première électrode d'une première cellule de la bande porteuse avec un premier contact électrique, un élément support cathode de réception de la bande séparatrice ondulée.

Le mandrin comporte avantageusement à sa surface un ou plusieurs décrochements au niveau des arrivées des bandes et feuillards, ces décrochements étant adaptés à compenser les épaisseurs des différentes couches pour obtenir un enroulement homogène de la pile.

Le dispositif de raccordement fluidique répartiteur H ₂ est avantageusement pourvu d'au moins une lumière de distribution d'hydrogène et des moyens d'assemblage étanche de l'extrémité de début de l'ensemble bande porteuse, bande de diffusion H ₂ et bande isolante anodique sur ledit dispositif en communication avec la lumière.

Le dispositif d'enroulement comporte préférablement un second module compartiment H ₂ /connexion électrique de terminaison de pile comportant un second dispositif de raccordement fluidique répartiteur H ₂ réalisant la fermeture du canal fluidique H ₂ et un second contact électrique porté par ledit second module.

Le second dispositif de raccordement peut notamment comporter des pièces identiques à celles du premier pour réduire le nombre de moules nécessaire à la réalisation de ces pièces.

Brève description des dessins

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront apparents à la lecture de la description qui suit d'un exemple non limitatif de réalisation de l'invention en référence aux dessins qui représentent:

En figure 1: une vue éclaté de côté d'un assemblage d'un mandrin de bobinage d'une pile de l'invention;

En figure 2: une vue d'un détail de la réalisation d'un premier sous ensemble de l'invention;

En figure 3: une vue schématique d'une étape de réalisation d'un mandrin de bobinage de l'invention;

En figure 4: une vue schématique d'une étape de début d'enroulement du procédé de l'invention;

En figure 5: une vue schématique d'une étape de réalisation d'une terminaison d'une pile selon une étape du procédé de l'invention; Aux figures 6, 7 et 8: des vues schématique d'étapes de fin de réalisation d'une pile selon l'invention;

Aux figures 9 et 10: des vues schématiques d'un mandrin de l'invention;

En figure 11: une vue schématique des éléments fonctionnels d'une pile bobinée de l'invention;

En figure 12: une vue schématique d'un complexe de réalisation d'une pile enroulée selon le procédé de l'invention;

En figure 13: une vue schématique d'un exemple de machine de mise en oeuvre du procédé de l'invention;

Description détaillée de modes de réalisation de l'invention

L'invention concerne une pile à combustible enroulée à partir d'un complexe qui comprend comme représenté en figure 12 un feuillard support 10, une bande isolante anodique 20, une bande de diffusion H ₂ 30, ici sous forme d'une grille, une bande porteuse 40, comportant des cellules électrochimiques 41, qui est ici réalisée avec trois couches 40a, 40b, 40c.

Les cellules sont en série sur la bande et ont leurs anodes A d'un premier côté de la bande et leurs cathodes K d'un second côté de la bande, une anode précédente étant reliée électriquement à une cathode suivante par des moyens d'interconnexion des cellules sous forme de bandelettes 42 qui traversent la bande par des passages étanches.

Un conduit de transport d'hydrogène est constitué entre la bande isolante anodique 20 et la face portant les anodes A de la bande porteuse 40 au moyen de cales d'épaisseur 5a, 5b longeant les anodes de la bande porteuse et reliant ladite face et ladite bande isolante anodique 20.

Dans le conduit se trouve la bande de diffusion H ₂ 30 entre la bande isolante anodique 20 et la bande porteuse des cellules 40.

Dans la présente invention, la bande isolante anodique 20 est séparée du feuillard support 10 qui a pour fonction de réguler la tension sur les cellules lors de l'enroulement.

Pour ce faire, le feuillard support 10 va être le cœur de l'enroulement et être solidarisé à l'axe d'enroulement de la pile solidaire de la bride de maintien. Le feuillard support 10 peut notamment être collé, riveté ou soudé entre deux parties lia, 11b de la bride de maintien 11. la bande isolante anodique 20 par exemple équipée des cales 5a, 5b de la figure 2, la bande de diffusion H ₂ 30 et la bande porteuse 40 sont collées de manière à former un complexe garantissant l'étanchéité du canal de diffusion H ₂ . Pour éviter que le complexe collé gondole ou se plisse, le collage se fait au niveau de l'enroulement de ces éléments sur le mandrin pendant l'enroulement de la pile plutôt qu'à plat. Ceci permet d'éviter en effet que l'épaisseur du complexe cause un différentiel de longueur entre sa couche externe et sa couche interne de l'ensemble lors de l'enroulement du complexe.

Une bande séparatrice cathodique ondulée 50 côté cathodes de la bande porteuse 40 permet un passage d'air au niveau des cathodes de la bande porteuse pour le fonctionnement de la pile et permet un refroidissement de la pile. Ladite bande séparatrice 50 comprend selon l'exemple trois couches, constituées d'un premier feuillard ondulé 50a et d'un second feuillard ondulé 50c déposés et collés ou soudés sur les faces opposées d'un feuillard lisse central 50b.

Préférablement les trois feuillards sont métallique. En particulier le feuillard lisse est réalisé en acier ou dans un alliage d'aluminium présentant un faible coefficient d'extension sous traction longitudinale.

Le feuillard ondulé 50c sur la face en contact avec le feuillard support 10 est par exemple réalisé en alliage d'aluminium pour permettre une bonne dissipation de la chaleur produite par la pile et un bon échange thermique avec l'air circulant entre les ondulations par convexion, aspiration ou soufflage.

Dans le cas où le feuillard ondulé 50a en contact avec les cathodes est aussi métallique, il est recouvert par une couche isolante électrique sous forme d'un film ou d'un revêtement de surface pour ne pas créer de court circuit entre ces cathodes.

Le feuillard ondulé 50a côté cathodes peut toutefois être un feuillard réalisé dans un matériau plastique isolant électrique mais offrant tout de même une conduction thermique suffisante pour refroidir la face cathodique de la pile.

Les matériaux utilisés pour les feuillards ondulés doivent en outre être suffisamment résistants pour éviter un écrasement ou une déformation des ondulations lors du bobinage de la pile et de son utilisation.

Cette constitution de la bande séparatrice ondulée en trois couches offre plusieurs avantages. En premier lieu, la bande séparatrice 50 bien qu'elle soit ondulée, ne peut pas s'écraser et est rendue pratiquement incompressible sous les pressions obtenues lors de l'enroulement de la pile du fait que les deux feuillards ondulés s'appuient sur le feuillard lisse central ce qui les empêche de s'étirer par effet ressort au niveau des ondulations. Le feuillard lisse central évite ainsi que la bande séparatrice s'allonge du fait de l'élasticité des feuillard ondulés lors de l'enroulement de la pile.

En second lieu, il est possible de faire varier le rapport d'air d'alimentation des cathodes passant entre les ondulations du premier feuillard ondulé 50a côté cathodes de la bande séparatrice par rapport au débit d'air de refroidissement passant dans les ondulations du second feuillard ondulé 50c de l'autre côté du feuillard lisse central 50b en choisissant des pas P _a , P _c et des hauteurs crête/crête h _a , h _c différents entre les ondulations des deux feuillards ondulés 50a, 50c séparés par le feuillard lisse central.

Le but de cette différenciation débit d'air refroidissement/débit d'air cathodique permet d'avoir un flux d'air de refroidissement important tout en limitant le flux d'air cathodique pour ne pas assécher les cellules.

Il y a lieu de noter que les ondulations du premier feuillard ondulé 50a situées entre ce feuillard et le feuillard lisse participent au refroidissement de la pile dans une moindre mesure que les ondulations du second feuillard ondulé 50c.

En outre le pas P _a des ondulations du feuillard 50a en contact avec les cathodes va être choisi suffisamment petit pour réaliser plusieurs lignes de contact avec ces dernières pour accroître la surface d'appui du feuillard sur les cathodes pour garantir une bonne compression des cellules entre le feuillard support 10 et la bande séparatrice ondulée.

Avoir un pas réduit côté cathodes au niveau du feuillard 50a et un pas plus grand côté refroidissement au niveau du feuillard 50c permet en outre d'accroître la propension de la bande séparatrice à s'enrouler lorsque le feuillard 50a se trouve à l'intérieur de l'enroulement et le feuillard 50c à l'extérieur.

La pile est enroulée à partir d'un mandrin central représenté en éclaté en figure 1. Le mandrin central comporte un premier sous ensemble 200 qui comporte la bride de maintien 11 éventuellement en deux parties pour emprisonner le début du feuillard support 10. Le mandrin comporte au dessus de la bride de maintien sur la figure un deuxième sous ensemble 300 qui comporte un module compartiment H ₂ /connexion électrique 70 regroupant un dispositif de raccordement fluidique répartiteur d'hydrogène H ₂ 60 permettant d'apporter de l'hydrogène dans un canal étanche de la pile côté anodes et un premier contact électrique 61 de raccordement d'une première électrode de la pile, anode ou cathode.

Le module compartiment H ₂ /connexion électrique 70 reçoit une première extrémité de début de la bande isolante anodique 20, une première extrémité de la bande de diffusion H ₂ 30 et une première extrémité de la bande porteuse 40 des cellules, comme représenté en figure 2, où les couches sont montrées écartées pour le besoin du dessin, alors qu'elles sont en réalité assemblées et collées de manière étanche sur le dispositif de raccordement fluidique pour réaliser le canal étanche transportant l'hydrogène aux anodes de la pile. La bande de diffusion H ₂ 30 et la bande isolante anodique 20, avec ses cales 5a, 5b autour de la bande de diffusion H ₂ , sont positionnées en face d'une lumière 62 de distribution d'hydrogène vue en pointillés pour débuter le canal qui va être réalisé entre la bande porteuse et la bande isolante anodique, ce canal contenant la bande de diffusion H ₂ . La lumière 62 fait partie du dispositif de raccordement fluidique répartiteur H ₂ 60 qui reçoit par exemple un embout auquel un tube apporteur d'hydrogène non représenté est raccordé. Un dispositif presseur tel que par exemple les rouleaux 1200a, 1200b aide au collage des couches du canal hydrogène.

De retour à la figure 1, au dessous de la bride de maintien 11, le mandrin comporte un troisième sous ensemble 400 comprenant un élément support cathode 74 sur lequel est fixée la bande séparatrice cathodique ondulée 50 par exemple au moyen d'agrafes ou autres moyens de fixations tels que des pions s'insérant dans des trous en fin de bande.

Comme représenté en figure 3, les deuxième 300 et troisième 400 sous ensembles sont assemblés de part et d'autre du premier sous ensemble 200 pour former le mandrin autour duquel la pile est enroulée et le feuillard support est fixé au centre de l'enroulement en sorte d'assurer et de contrôler la tension de l'enroulement.

La surface extérieure du premier sous ensemble comportant le module compartiment H ₂ /raccordement électrique, et du troisième sous ensemble sont complémentaires pour former la surface du mandrin de bobinage de la pile. Les diverses parties constituantes du mandrin peuvent être collées ensemble ou comprendre des moyens d'assemblage tels que des clips portés par certains des éléments s'encliquetant dans des logements réalisés dans d'autres des éléments.

Les diverses couches de la pile, bande porteuse 40 assemblée avec au dessous la bande de diffusion H ₂ 30 et la bande isolante anodique 20, feuillard support 10 et bande séparatrice 50 sont positionnées angulairement sur le mandrin pour respecter l'ordre des couches de la pile lors du bobinage.

Les figures 9 et 10 illustrent le positionnement de l'ensemble 63, complexe regroupant la bande porteuse 40, la bande de diffusion H ₂ 30 et la bande isolante anodique 20 avec ses cales 5a, 5b; le positionnement du feuillard support 10 et le positionnement de la bande séparatrice cathodique ondulée 50 autour du mandrin. Le mandrin comporte des décrochements 81, 82 et 83 permettant de rattraper:

l'épaisseur de l'ensemble 63 pour le décrochement 81,

l'épaisseur de la bande séparatrice ondulée 50, schématisée sur la figure selon son enveloppe, pour le décrochement 82 et,

l'épaisseur du feuillard support 10 pour le décrochement 83.

Selon cet exemple; l'ensemble 63, le feuillard support 10 et la bande séparatrice 50 sont disposés à environ 120° les uns des autres sur le mandrin. Il est possible de prévoir des angles différents entre ces éléments et d'avoir par exemple un angle notamment entre 5° et 180° entre deux éléments.

Cette forme de mandrin comportant des décrochements permet d'obtenir dès le début du bobinage de la pile un enroulement homogène et d'épaisseur régulière comme représenté en figure 10 pour lequel le mandrin a effectué 3/4 de tour.

Le positionnement angulaire des dérouleurs par rapport au poste central est déterminé pour assurer de l'espace pour les postes de travail intermédiaires (poste permettant l'assemblage des dispositifs de connexion de début et de fin de pile, postes de coupe des bandes et feuillards constitutifs de la pile et poste d'assemblage du conduit au contact de l'enroulement positionné pour assurer que l'encollage de la bande porteuse et du conduit H2 se fasse sur le point de contact avec le mandrin.

Sur ces figures 9 et 10 est représenté une clé 84 d'entraînement du mandrin par un axe moteur d'une machine de bobinage. Les figures 3 et 4 représentent schématiquement et dans les mêmes positions que les figures 9 et 10 les diverse constituants de la pile sur leurs dérouleurs, le dérouleur 1010 pour le feuillard support 10 et les dérouleurs 1020, 1030, 1040 respectivement pour la bande isolante anodique 20 éventuellement équipée des cales 5a, 5b, la bande de diffusion H ₂ 30 et la bande porteuse 40 équipée des cellules électrochimiques autour du mandrin regroupant les sous ensembles 200, 300, 400. Sur ces figures, des galets 500 permettant d'appliquer correctement les couches sur le bobinage sont représentés.

La figure 5 représente schématiquement le raccordement d'un second module compartiment H ₂ /connexion électrique 310 de terminaison de la pile.

Ce module 310 de terminaison de la pile enroulée permet le raccordement électrique de la fin de pile et permet de terminer le canal hydrogène.

Ce dispositif comporte de la même façon que le module compartiment H ₂ /connexion électrique 70 de début de pile une lumière collectrice d'hydrogène en communication avec un second dispositif de raccordement fluidique 60'.

Le second module compartiment H ₂ /connexion électrique 310 est pourvu d'une face inférieure courbe épousant la surface de la fin de la pile et une face supérieure courbe sur laquelle vont appuyer des tours de terminaison de la pile comme il sera vu plus bas.

Les étapes d'enroulement de la pile selon le procédé de l'invention sont décrites schématiquement en référence aux figures 3 à 8.

Selon la figure 3, les sous ensemble 200, 300, 400 équipés de leurs bandes respectives issues des dérouleurs 1010, 1020, 1030, 1040 et 1050 sont montés sur un poste de bobinage 1000, les dérouleurs étant positionnés angulairement en sorte de respecter l'ordre de placement des couches sur le mandrin.

Selon les figures 4 et 13 le bobinage 600 est effectué sur le nombre de tours nécessaires pour obtenir le nombre de cellules unitaires correspondant à la tension électrique voulue de la pile.

Les bandes à positionner sont déroulées alors qu'une tension contrôlée du feuillard support par un dispositif de régulation de la tension 1100 asservie par rapport au rayon du mandrin permet d'appliquer une pression homogène sur les électrodes portées par la bande support de sorte que les cellules électrochimiques sont compressées entre le feuillard support 10 et la bande séparatrice ondulée 50 pour améliorer le contact électrique entre les couches des cellules électrochimiques et accroître le rendement de la pile. Le feuillard support agit ici comme un feuillard de compression.

La tension est calibrée de la manière suivante.

Soit T le vecteur tension au point d'arrivée du feuillard support 10 sur la pile, N la réaction du support à un instant donné pour un point M sur l'enroulement écarté d'un angle de rotation a par rapport à ce point d'arrivée et une rotation da, T(a)+T(a+da) + N(a)=0.

Sur l'axe u tangent à l'enroulement au point M on a: T(a+da).cos(da)-T(a)=0.

Sur l'axe y radial au point M on a: N(A)-T(a+da).sin(da)=0.

En approximation pour da petit cos(da)=l et sin(da)=da ce qui donne sur l'axe u T(a+da)=T(a)=T et sur l'axe y: N(a)=T.da.

La réaction normale du support s'exprime C(a).dS C(a) étant la compression radiale et dS l'unité de surface sur laquelle s'applique cette compression. dS s'exprime (R.da).l, R étant le rayon au point considéré et I étant la largeur du feuillard support.

Ainsi on obtient C(a).R(a).da.l=T.da d'où la tension nécessaire T=C(a).R(a).l, la tension du feuillard support est proportionnelle au rayon de la pile pendant son enroulement pour obtenir une compression constante entre les couches de l'enroulement.

Pour permettre l'asservissement de la tension du feuillard support 10, un capteur tel qu'un capteur optique ou un détecteur à contact tel que schématisé sous la référence 1001 en figure 13 mesure en continu le rayon de la pile en cours de bobinage et asservit le moteur entraînant le mandrin au niveau de l'enrouleur 1000 et l'effort résistif appliqué par le dispositif frein 1100 au dérouleur 1010 du feuillard support 10.

L'enrouleur 1000 et le dérouleur 1010, dérouleur du feuillard support 10, sont réglés pour réaliser la tension de l'enroulement de la pile comme vu précédemment. Les dérouleurs 1020, 1030, 1040 respectivement dérouleur de la bande isolante anodique 20 équipée des cales d'épaisseur 21, de la bande de diffusion H ₂ 30 et de la bande porteuse 40 sont réglés pour garder ces bandes suffisamment tendues pendant l'enroulement pour correctement les guider, éviter des défauts d'homogénéité de l'enroulement, assurer le bon assemblage des parties constitutives du conduit hydrogène et maintenir l'épaisseur du conduit hydrogène constante. Le dérouleur 1050 règle la tension de la bande séparatrice ondulée.

A titre d'exemple, les calculs sont effectués en partant des connaissances de l'homme du métier réalisant de cellules empilées. Pour ces cellules et notamment pour diminuer les pertes Ohmiques améliorer les contacts électriques et améliorer les caractéristiques des feutres sur les cellules unitaires et assurer l'étanchéité des joints des compartiments hydrogène, il est connu d'appliquer des pressions d'au moins 1 N/mm2 jusqu'à 5 N/mm2 .

Dans la présente invention ce rôle d'application de pression est dévolu au feuillard support.

Pour ce faire, le feuillard support est directement relié à l'axe de bobinage de la pile au moyen de la bride de maintien. L'effort de traction sur le feuillard support peut aller jusqu'à 10000 N dans le cas d'une pile ayant une largeur de bandes de pile entre 50 mm et 100 mm et un rayon jusqu'à 50 mm, ces valeur pouvant être encore plus importantes si les dimensions de la pile augmentent.

De ce fait asservir la tension du feuillard pendant l'enroulement est un aspect important du procédé de l'invention pour accroître le rendement de la pile. Pour de telles tensions un feuillard support acier, acier inox, fibre carbone/kevlar (poly(p- phénylènetéréphtalamide) (PPD-T)) sera privilégié par rapport à un feuillard aluminium.

Comme vu plus haut, la figure 5 représente l'assemblage de la fin du canal H ₂ et la connexion électrique de fin de bande sur le second module compartiment H ₂ /connexion électrique 310.

Les bande isolante anodique 20, bande de diffusion H ₂ 30 et bande porteuse 40 sont coupées sur un poste de réalisation du dispositif de terminaison de pile qui comporte ledit second module avant d'être raccordées sur ce dispositif de terminaison de pile. Le raccordement se fait en conservant l'étanchéité du canal H ₂ qui est mis en communication avec le dispositif de raccordement fluidique 60' alors que la dernière cellule de la bande est électriquement raccordée à un second contact électrique 61'. Une fois le raccordement fait, les terminaisons de bande et le second module s'appliquent sur la pile bobinée. A la figure 6, la bande séparatrice ondulée est coupée pour venir s'appliquer sur la fin de bande porteuse 40 apparente et, à la figure 7, un ou plusieurs tours supplémentaires du feuillard support 10 sont effectués pour consolider et protéger la pile et à la figure 8 le feuillard support 10 est coupé et sa fin est par exemple collée sur l'extérieur de la pile.

La figure 11 schématise la pile enroulée et les éléments fonctionnels la constituant. Au niveau du mandrin se retrouve la bride de maintien 11 ici en deux parties lia, 11b entre lesquelles vient se positionner le feuillard support. Au dessus de la bride de maintien se trouve le module compartiment H ₂ /connexion électrique 70 comportant un premier sous ensemble 70a de raccordement électrique de la première électrode de la pile avec le premier contact électrique 61 et un second sous ensemble 70b réalisant un premier compartiment H ₂ pourvu du dispositif de raccordement fluidique répartiteur H ₂ 60 d'arrivée ou de départ d'hydrogène sur lequel est relié de manière étanche le canal anodique constitué avec le début de la bande isolante anodique, de la bande de diffusion H ₂ et d'une première extrémité de la bande porteuse. Au dessous de la bride de maintien se trouve l'élément support cathode 74 sur lequel est fixée la bande séparatrice cathodique ondulée.

Autour du mandrin se trouvent les couches bobinées 601.

Sur les couches bobinées se trouve second module compartiment H ₂ /connexion électrique 310 de terminaison de la pile. Ce dernier est lui aussi ici représenté en sous ensembles.

Il comporte selon cette figure 11 en partie inférieure un élément de support 310a qui épouse la courbure de la pile. Au dessus de cet élément support se trouve un second dispositif de raccordement fluidique répartiteur H ₂ 310b pourvu d'un canal d'arrivée ou de départ d'hydrogène 60 débouchant dans un canal de distribution H ₂ sur lequel est relié de manière étanche la fin du canal anodique constitué avec la fin de la bande isolante anodique, de la bande de diffusion H ₂ et d'une seconde extrémité de la bande porteuse.

Au sommet du second compartiment H ₂ est représenté un compartiment électrique 310c reliant la dernière électrode de l'enroulement de polarité opposée à la première avec le second contact électrique 61'. Un exemple de machine de fabrication de piles à combustible enroulées permettant de mettre en œuvre le procédé de l'invention est schématisée à la figure 13.

La machine comporte un dispositif de bobinage central 100, des dévidoirs de bandes 1010, 1020, 1030, 1040, 1050 répartis angulairement autour du dispositif de bobinage central et des postes de travail 1110, 1120, 1130 sur les bandes entre les dévidoirs et le dispositif de bobinage central. Les dévidoirs sont à tension contrôlée pour permettre un bobinage régulier des diverses couches de la pile, le dévidoir 1010 distribuant le feuillard support étant contrôlé en tension en fonction de la rotation du dispositif de bobinage pour assurer la compression constante sur les couches comme vu plus haut.

Pour récupérer d'éventuels films de protection des bandes, des enrouleurs 1021, 1041 et 1051 sont prévus.

Un premier poste de travail 1110 comporte des moyens 1110a de pose de la bride de maintien sur le feuillard support 10 et des moyens 1110b de coupe de la fin dudit feuillard. Un deuxième poste de travail 1120 comporte des moyens 1120a d'une part d'assemblage du premier sous ensemble 300 pour réaliser la connexion électrique et le raccordement H ₂ du cœur de pile et d'autre part d'assemblage du second module compartiment H ₂ /connexion électrique 310 pour réaliser le raccordement de fin de pile. Ce poste comporte en outre des moyens de coupe 1120b des bande isolante anodique 20, bande de diffusion H ₂ 30 et bande porteuse 40 en fin de réalisation de la pile. Un troisième poste de travail 1130 comporte des moyens 1130a de réalisation du troisième sous ensemble avec la bande séparatrice cathodique ondulée 50 et de moyens de coupe 1130b pour couper cette bande séparatrice en fin de bande.

Le positionnement angulaire des dérouleurs 1010, 1020, 1030, 1040 et 1050 par rapport au poste central est déterminé pour assurer de l'espace pour les postes de travail intermédiaires, poste permettant l'assemblage des dispositifs de connexion de début et de fin de pile, postes de coupe des bandes et feuillards constitutifs de la pile et poste d'assemblage du conduit au contact de l'enroulement positionné pour assurer que l'encollage de la bande porteuse et du conduit H2 se fasse sur le point de contact avec le mandrin. Le feuillard support 10 et la bande séparatrice cathodique ondulée 50 sont réalisés dans des matériaux conducteurs thermiques adaptés à être bobinés et préférablement des matériaux métalliques pour éviter toute extension de ces éléments lors du bobinage.

La bande isolante anodique 20 est avantageusement réalisée au moyen d'un film plastique peu extensible comme par exemple un film de polyimide ou aramide, PET (poly(téréphtalate d'éthylène), PEN ( Poly(naphtalate d'éthylène)), PE (polyéthylène). La bande de diffusion H ₂ est notamment réalisée en matériau plastique et sous forme d'un tissu à mailles larges ou d'une grille qui peut comporter des fils de trame et des fils de chaîne. La bande porteuse 40 est un complexe multicouche.

L'invention définie par les revendications n'est pas limitée à l'exemple représenté et notamment la disposition des sous ensembles du mandrin peut être décalée angulairement et les sous ensembles peuvent être réalisés chacun en une ou plusieurs parties.