Brevet FR2120016A1 — publié le 19720811

L'invention concerne un procédé et un dispositif servant à déterminer et à indiquer l'état de charge d'accumulateurs nickel-, cadmium. La connaissance de l'état de charge des accumulateurs est 5 importante poux l'utilisateur, étant donné que pour recharger à temps l'accumulateur, l'utilisateur daifc avoir une connaissance exacte de son état de charge. Quand on ne connaît pas l'état de charge, il y a rique d'arrêt ou de panne à cause de la décharge que l'on aura découverte trop tard. Si l'on veut 10 éviter de tels incidents,■on doit en général appliquer pour la charge, des mesures partiellement superflues. Plusieurs méthodes permettant la détermination de l'état de charge d'accumulateurs alcaliques sont décrits dans la littérature On propose par exemple d'utiliser la tension 15 d'un élément ou la densité dé 1'électrolyte comme critère de l'état de charge, en vue de sa détermination. On a aussi mesuré la quantité d'électricité sortie au moyen d'un appareil servant à mesurer la quantité de courant et déteramer ainsi l'état de charge de l'accumulateur. En outre, on a appliqué la 20 méthode du "partage du courant", (current sharing) comme méthode indirecte pour la détermination de l'état de charge. Mais tous ces procédés ne satisfont pas aux exigences de l'indication de l'état de charge, parce que les caractéristiques mesurables concernées des accumulateurs ne peuvent pas être 25 modifiées d'une manière assez définie lors de la charge et de la décharge ou parce qu'il est nécessaire d'employer des circuits électroniques complexes. La présente invention a pour but, de déterminer respectivement l'état de charge et de décharge d'accumulateurs nickel-cadmium 30 d'une manière simple et exacte et de l'indiquer nettement. Ce but est atteint en mesurant, par l'intermédiaire d'une électrode de référence, le potentiel de l'électrode positive et en déterminant l'état de charge à l'aide de la variation du potentiel en sens négatif. 35 Ce procédé est basé sur le fait que le potentiel de travail des électrodes positives se déplace ou varie en sens négatif en fonction de la charge de l'électrode. Cette variation de 4 3AD ORÎGINAL 71 46637 2120016 potentiel s'accroît avec la charge et selon le stade avancé de décharge de l'électrode. Cette variation est utilisée, conformément à la présente invention, comme critère de l'importance de la décharge qui s'était produite, y compris 5 l'auto-déchaE^p, donc comme critère de l'état de charge. Ce déplacement est mesuré au moyen de l'électrode à l'Ag20/Ag (électrode de référence). Un dispositif particulier fournit un signal indiquant un état déterminé de charge oijâe décharge, quand une valeur limite de déplacement est dépassée. 10 l'invention est essentiellement basée sur le fait que la résistance interne de l'électrode, c'est-à-dire la conductibilité de la masse active, est nettement différente pour un accumulateur chargé ou non chargé. A la suite des essais, on a constaté que de l'hydroxyde de nickel présente, à l'état 3 v f) 15 non chargé une résistance spécifique de 10 à 10 -S2. cm, et à l'état chargé, une valeur de 10 XI cm. Sous une charge de courant définie, la résistance interne (sans prendre en considération une polarisation), produit une chute de tension qui déplace le potentiel de repos de l'électrode à l'hydroxyde 20 de nickel en sens négatif. Sa résistance interne augmente donc en fonction de la décharge accroissante; le potentiel de l'électrode se déplace en conséquence sous une charge déterminée en sens négatif. L'importance du potentiel de travail de l'électrode à l'hydroxyde de nickel est influencé par 25 l'état de charge d'une manière particulièrement nette comparativement à la plupart d'autres valeurs de mesure de l'accumulateur nickel-cadmium. Le potentiel de l'électrode positive qui, est en général également l'électrode limitant la capacité, dépend habituellement (par exemple dans les 30 électrodes de poche, de masse et frittées) de l'intensité du courant de décharge et de l'état de charge de l'électrode. Le procédé conforme à l'invention est en outre caractérisé en ce qu'un signal est fourni quand une valeur limite du potentiel est dépassé. Le signal peut être engendré pendant le fonctionnement 35 de l'accumulateur lors de la décharge ou par le déclenchement d'un courant d'essai. Ce signal rend l'état de charge ou de décharge perceptible de l'extérieur après quoi on peut prendre les 71 46637 3 2120016 mesures pour atteindre la charge devenue nécessaire. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui 5 va suivre, en se reportant aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels : - la figure 1 indique schématiquement le potentiel en fonction de la quantité de courant sortie; la courbe supérieure 10 a représente le potentiel en cas d'une charge faible, la courbe b, le potentiel au cas d'une charge impoitente; - la figure 2 représente schématiquement l'accumulateur et le dispositif objet de la présente invention. Cette caractéristique de l'électrode permet, entre 1 ^ D certaines limites, de régler l'électrode positive sur un potentiel quelconque. A cet effet, il faut appliquer un courant de décharge déterminé et imposer à l'électrode un état de charge correspondant. Pour une intesité de courant de décharge donnée, le potentiel qui&établit, est donc fonction de l'état de charge. Ainsi, on obtient une valeur caractéristique en principe mesurable permettant la détermination de l'état de charge. EXEMPLE 20 25 30 35 Le potentiel de repos de l'électrode d'bydroxyde de nLdsaL chargée a une valeur de 1300 mY par rapport à l'hydrogène étant donné que le milieu est le même. Si la capacité diminue jusqu'à lOfo de sa valeur, pendant le processus de décharge, au moyen d'un courant, le potentiel de l'électrode a une valeur de 1100 mV, mesuré sous charge. Ce dispositif comprend une électrode de référence incorporée dans l'accumulateur et d'une capacité assez importante, utilisable dans des électrolytes usuels des accumulateurs nickel-cadmium et dont le potentiel de repos est légèrement inférieur, c'est-à-dire plus négatif, au potentiel de l'électrode à l'hydroxyde de nickel. A cet effet, on peut utiliser par exemple l'électrode AggO/Ag et éventuellement aussi l'électrode Hg/HgO. le potentiel de l'électrode k^O/Ag a une valeur d'environ 1170 mV par rapport '1 71 46637 4 2120016 à l'hydrogène, donc une valeur inférieure de 150 mV au potentiel de l'électrode à l'hydroxyde de nickel et se trouve ainsi dans une marge particulièrement favorable. l'invention sera décrite en prenant comme exemple une 5 électrode Ag^O/Ag. En se reportant à la figure 2 on exposera ci-après le montage et le fonctionnement de l'électrode de référence . l'accumulateur est du type comprenant une multitude d'électrodes positives 1 à l'hydroxyde de nickel et d'électrodes négatives 2 qui comportent des circuits dérivateurs 10 3,4 et assurent la jonction aux bornes de connexion 5,6. l'électrode de référence 7 est montée au voisinage de l'une des électrodes positives. Elle est connectée au moyen . d'une ligne de dérivation 8 à une résistance 9 et au moyen d'une autre liaison 10, par l'intermédiaire 15 d'un commutateur 11, à la borne de connexion de l'électrode positive 5. la résistance est reliée par sa borne 9a à l'électrode de référence et par sa deuxième borne 9b au commutateur automatique 11. Les points 9a et 9b sont reliés à un voltmètre 12 muni d'un dispositif de signalisation 20 .13. Lorsque l'accumulateur complètement chargé, selon la description qu vient d'être faite,est mis en service et déchargé, le commutateur 11 étant fermé, le potentiel d'électrode positive est tout d'abord plus positif que celui de l'électrode de référence. Pendant cette période de décharge 25 le potentiel mesuré à la borne 9a de la résistance est égal ou légèrement plus négatif que le potentiel de la borne 9b. En général, les potentiels de la borne 9a et 9b sont égaux,puisque le potentiel de l'argent monovalent domine sur l'électrode de référence et que la charge, par le potentiel de repos 30 de l'électrode à l'hydroxyde de nickel, en vue d'obtenir de l'argent bivalent, ne se fait pas. Il se peut que le potentiel de la borne 9a soit légèrement plus négatif que celui de 9b, en raison d'un courant très faible circulant pour maintenir la charge de l'électrode de référence. La chute de tension ainsi 35 produite entre les bornes 9a et 9b devraient avoir une valeur non mesurable. Si après un certain délai, il se produit une décharge r 71 46637 5 2120016 exactement déterminée de l'électrode positive, le potentiel de cette dernière-devient inférieur, lorsqu'une charge s'exerce(provoquée par uxl courant de décharge déterminé ou par l'établissement d'un courant d'essai)au potentiel 5 de l'électrode de référence,c'est-à-dire que le potentiel de l'électrode positive devient plus négatif que le potentiel de l'électrode de référence. A partir de cet instant, l'hydroxyde de nickel (III-IV) de l'électrode positive et l'argent monovalent de l'électrode de référence sont déchargés. 10 Un courant s'écoule de 7-à 5 passant par 9, 11 et produisant entre les bornes 9a et 9b de la résistance 9 une chute de tension, le potentiel du point 9a étant plus positif que celui du point 9b. En pratique, la différence de tension indiquée présente une valeur située entre 10 et 100 mV, de préférence 15 environ 50 mV, et sera donc maintenant mesurable. Cette différence de tension peut être alors indiquée par un voltmètre 12, relié aux bornes 9a et 9b soit provisoirement pour un essai,soit continuellement à titre d'élément constituant de l'accumulateur. Par cela, un instrument de signalisation 20 13 peut être déclenché pour annœcer que la recharge est devenue nécessaire. Cet instrument de signalisation pourrait être alimenté en énergie par/L'accumulateur à contrôler. Ainsi, l'accumulateur est en mesure d'avertir en temps utile qu'une décharge partielle bien déterminée de sa capacité 25 s'est produite. Pour assurer le f onctionnementy&e l'électrode de référence, il importe de la déconnecter par l'intermédiaire du commutateur automatique 11 avant chaque charge de l'accumulateur, la déconnexion est nécessaire parce que l'électrode 30 positive de l'accumulateur est chargée pendant le processus de la charge, de préférence vers la fin de la charge, dans la phase de dégagement des gaz, à un potentiel supérieur à la normale, qui dépasse le potentiel correspondant à la transformation Ag^O/AgO. Au cours de cette charge, l'oxyde d'argent (i) de l'élec 35 trode de référence pourrait s'oxyder du moins partiellement pour-devenir de l'oxyde d'argent V. le potentiel de l'électrode de référence deviendrait par conséquent plu§£ositif que 71 46637 6 2120016 ceci n'est souiiaité selon la description de l'invention. Pour cette raison, l'électrode de référence n'est remise en service par l'intermédiaire du commutateur 11 qu'à la fin du processus de charge de l'accumulateur. 5 L'électrode de référence subit évidemment une auto-décharge Pendant la durée de signalisation, une auto-décharge de l'électrode de référence se produit également. La charge nécessaire de l'électrode de référence jusqu'au potentiel de l'oxyde argent (I) est effectuée après la fermeture du 10 commutateur 11, par l'intermédiaire de l'électrode à l'hydroxyde de nickel dont le potentiel de repos est supérieur de 150 mV au potentiel de repos de l'électrode , Ag20/Ag. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au. 15 mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées selon l'esprit de l'invention et mises en 20 .oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. 1 46637 7 2120016 REVENDICATIONS 1Procédé de mesure et d'indication de l'état de charge d'accumulateurs nickel-cadmium, caractérisé en ce que le potentiel de l'électrode positive est mesuré sous charge par l'intermédiaire d'une électrode de référence et en ce que l'état de charge est déterminé par l'intermédiaire de la variation du potentiel en sens négatif. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un signal est produit lorsqu'une valeur limite du potentiel est dépassée. 3.- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'électrode de référence montée dans l'accumulateur au voisinage de l'électrode positive est reliée au moyen d'un élément de déviation à une résistance et au moyen d'un autre conducteur, par l'intermédiaire d'un commutateur,à la borne de connexion de l'électrode positive, tandis qu'un voltmètre connecté à un dispositif de signalisation est monté parallèlement à ladite résistance. 4.- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'électrode de référence est une électrode Ag^O/Ag.