Brevet FR2210834A1 — publié le 19740712

La présente invention concerne une installation pour contrer l'état de charge d'une batterie d'accumulateurss notamment dans le cas d'une batterie débitant, sur un récepteur, au moyen d'un instrument électrique de mesure. L'invention part du fait que, dans le domaine compris entre 90 fib et 20 Vo de la capacité maximale de charge d'une batterie, c'est-à-dire de toute source de tension électrochimique, la tension aux bornes, pour un courant de décharge constant, est proportionnelle à l'état de charge . Il est par conséquent possible de déterminer la capacité de charge encore disponible d'une batterie, lors d'un courant de décharge constant, par une mesure de tension. Dans des installations de circuits connues, un mesureur de tension est par conséquent monté en parallèle avec la batterie à étudier, qui débite sur une résistance déterminée. Etant donné cependant que la tension à la batterie est dépendante du courant de décharge, il est nécessaire, si l'on veut mesurer l'état de déchargesmême dans le cas d'un courant de débit variable, de corriger la mesure de tension par une mesure de courant supplémentaire. Les appareils fonctionnant suivant ce principe sont très compliqués et co8teux. La présente invention a pour but de réaliser une installation avec laquelle l'état de charge puisse être déterminé, même dans le cas d'un débit variable, au moyen d'un simple dispositif de mesure électrique. L'invention concerne à cet effet une installation du type ci-dessus, caractérisée en ces que l'instrument de mesure indique la différence entre deux tensions, dont l'une se trouve d'une quantité constante inférieure à la tension instantanée de la batterie, et l'autre est une fraction de la tension qui se trouve inférieure à la tension instantanée de la batterie, d'une quantité qui dépend du courant de débit. Avec une telle installation, la chute de tension de à un courant de débit variable est corrigée par le fait que l'une des deux tensions à comparer dépend d'une valeur qui est proportionnelle au courant de charge. Par formation de la différence entre tensions, il est en outre facilement possible de régler un point zéro tel que, lors d'une tension de décharge limite, dépendant du type de batterie, l'instrurent indique la valeur zéro. Conformément à un mode de réalisation avantageux de l'invention, l'une des bornes de l'instrument de mesure est raccordée au plot de prise d'un diviseur de tension, qui est raccordé, d'un côté directement et de l'autre c8té, travers une résistance traversée par le courant de débit à la batterie. L'autre borne du dispositif de mesure est raccordée au point de connexion commun de-deux éléments de construction, qui sont reliés, d'autre part, directement à la batterie, l'un de ces éléments de constructiolproduisant ainsi une chute de tension constante. Cet élément, qui produit une chute de tension constante,peut être une diode, de préférence cependant une diode Zener. L'autre élément de construction est une résistance, qui, dans le cas où une correction de température de la tension de diode est nécessaire, peut être constituée par une résistance NTC. L'invention sera mieux comprise en regard de la description ci-après et des dessins annexés, représentant un exemple de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels : - la figure 1 est un schéma de l'installation de circuits, - la figure 2 est un diagramme dans lequel la tension de décharge de la batterie est représentée en fonction de l'état de décharge, pour plusieurs courants de décharge constants, - la figure 3 est un diagramme- dans lequel sont reportées les deux tensions à comparer par le dispositif de mesure. A la batterie 10,est raccordé le montage en série de deux éléments de construction 11 et 12, dont l'un est une diode Zener 11 et l'autre une résistance 12. Lorsqu'une correction de température de la diode Zener 11 est nécessaire, cette résistance 12 est constituée coflime une résistance NTC. Dans le circuit de courant de débit ,est montée une-résistance 14, ainsi que, par exemple, un moteur électrique 15, servant d'appareil consommateur. La résistance 14 est également parcourue par le courant de débit. Le diviseur de tension 18, qui est formé par les deux résistances 16 et 17,est raccordé, d'un c8té, directement à la batterie, et, de l'autre c8té, il est connecté entre la résistance 14 et le moteur électrique 15. Le dispositif de mesure 19 est connecté, d'une part, à travers la résistance amont 21, au plot de prise 20 du diviseur de tension 18, et, d'autre part, au point de connexion commun 22 de la diode Zener 11 et de la résistance 12. Le dispositif de mesure indique donc la différence entre les deux tensions existant au point de connexion 22, et la prise du diviseur de tension par rapport au potentiel de référence. Le mode de fonctionnement de l'installation est expliqué ci-après à l'aide des diagrammes représentés dans les figures 2 et 3. Dans la figure 2, est reportée, en fonction de l'état de décharge E, la tension de décharge , pour différents courants de débit I1 et Iman. La courbe supérieure montre la force électro-motrice de la batterie, qui est obtenue théoriquement par addition de la chute de tension intérieure de la batterie aux courbes indicatrices de tension. En réalité, ces courbes ne diffèrent que d'une valeur négligeable, d'une droite. On voit que la tension de batterie9 lors d'un accroissement du courant de débit, décret d'une valeur déterminée dU32. En outre, on voit que, pour un courant de décharge constant, la tension de batterie décrott d'une valeur d Les valeurs de tension que prend la batterie à l'état déchargé sont indiquées par UBmin. Dans la figure 3, sont représentées, en plus d'une courbe de tension de décharge, les deux tensions U1 et U2 comparées dans le dispositif de mesure. La courbe supérieure montre, dans sa partie a, pour un courant de décharge déterminé, et, dans sa partie b, pour un courant de décharge plus grand, la dépendance entre la tension de décharge et ltétat de décharge E. Lors du prélèvement d'un courant de charge très grand, la tension de la batterie décroît d'une quantité déterminée dU32. La courbe de tension U1 s'étend parallèlement à la courbe supérieure ,car elle se trouve touours ,d'une quantité constante déterrninée, au-dessous de la tension de batterie éventuelle. Cette quantité déterminée est dépendante de la tension de Zener U2 de la diode Zener 11. La courbe de tension U2 se trouve toujours audessous de la tension U1, la différence entre les- deux tensions, étant la plus grande lors d'un état de décharge nul, et revenant à la valeur O pour un état de décharge choisi arbitrairement, par exemple 80 %. Cette courbe a également une pente plus faible, ce qui est obtenu par le fait que la tension de batterie est partagée par le diviseur de tension 18. Il est essentiel que, avec une installation de circuits conforme à l'invention, la distance x entre la tension U1 et la tension U2 soit égale, peu avant la mise en circuit du courant de charge- plus grand, à la différence y existant après cette mise en circuit.De cette manière est garanti que l'indication, c'est-à-dire la différence entre les deux tensions U1 et U2 est indépendante du courant de charge éventuel. Les courbes indiquées en tireté dans la figure 3, montrent l'allure de la tension pour un courant de décharge constant. Si l'on néglige le courant transversal s'écoulant à travers l'instrument, ce qui est admissible compte tenu de la grande résistance intérieure de cet instrument de mesure, on peut poser les équations suivantes pour les tensions U1 et U2 U1 = UBmin + dUB1 - dUB2 - U2 (1) = Bmin + dUB1 dUB2 2 Pour la tension U,qui est indiquée par l'instru- ment de mesure, on obtient alors Ua = Uî-U2 = Uin (1-c) + dh c) (1-e) - dUB2 (1-c) - U2+dUR.c (3) équation dans laquelle Au moyen de ces équations, on peut poser les conditions suivantes pour la constitution des éléments de construc- tion à utiliser dans l'installation. La tension indiquée par l'instrument U doit être a nulle lorsque la batterie ne débite pas et est à l'état non chargé, c'est-à-dire que la tension de batterie est descendue à la valeur UBmin. Dans ce cas, dans l'équation (3) ci-dessus, dUR ainsi que dUB2 et dUBt sont égales à 0, car aucune décharge n'a lieu, et ainsi il ne se produit aucune chute de tension, ni à la résistance R14, ni à la résistance intérieure de la batterie. On obtient ainsi de l'équation (3) O = UBmin (1-c) - U2 (5) à partir de laquelle on peut déterminer, pour des valeurs prédéterminées de UBmin et UZ le rapport de division C. La tension indiquée ne doit pas cependant se modifier lors d'un changement brusque du courant de charge, ainsi que cela est représenté dans la figure 3. Cela signifie qu'on doit avoir - dU32 (1) + dUR.C = 0 (6) D'après cette équation, on voit que la chute de tension dUR à la résistance R14 doit entre dans un rapport déterminé avec la variation de la tension de batterie de à la charge, et qu'il faut donc compenser celle-ci dans un rapport déterminé. De cette équation-on peut calculer, pour un facteur de diviseur de tension déterminé c, et pour une modification prédéterminée de la tension de batterie dU32, la chute de tension à la résistance R14, et ainsi sa résistance au delà du courant de charge maximum sima. La tension indiquée Ua est ainsi dépendante seulement de la variation de tension de la batterie dUB1, d'après l'équation suivante a dU31 (c - 1) (7) Si l'on suppose pour Ua la tension maximale indiquée, on peut déterminer la résistance amont 21 et un instrument de mesure déterminé. D'après ces égalités on calcule, pour une batterie de 24 volts, dont la tension maximale s'élève à 25 V, et qui ne doit pas être déchargé au-dessous d'une tension Ut ion de 22 V, pour laquelle, par conséquent, dUB1 = 3 V, et en prenant comme base une valeur de dUB2 de 3 V, pour un courant de débit maximal de 45 A, avec emploi d'une diode de Zener, ayant une tension Zener de 1,5 volt, les valeurs suivantes c = 0,932 dUR = 0,225 V U = 0,204 V a De ces valeurs, on peut déduire les grandeurs des différentes résistances. On obtient R16 = 220 ohm, R17 = 3 K.ohm et,R14 = 5m.ohm. En utilisant un instrument ayant une résistance intérieure de 1K hm, et une déviaticn totale de 100 A, on introduit une résistance amont R21 de 1,1 K ohm. Enfin la résistance R12 peut être déterminée à partir des donnéestechniques de la diode-de Zener 11, qui, dans l'exemple choisi, admetun courant de 25 milli-ampère. La résistance 12 peut alors hêtre choisie égale à 1R ohm. L'installation décrite se distingue par sa simplicité, mais donne cependant des indications très exactes sur l'état de charge. Celà résulte de ce que un changement de tension à la batterie est amené totalement à l'une des bornes de l'instrument de mesure à travers la diode Zener, tandis qu'il n'est amené que partiellement à l'autre borne à travers le diviseur de tension, et de ce que la chute de tension dU32 provoquée par la résistance intérieure de la batterie, est compensée, dans le cas de très forts courants de décharge, par la chute de tension dUR à la résistance 14 prevue dans le ciruit de courant de charge. Par un dimensionnement approprié des éléments de construction, il est possible de régler un point zéro, fixé arbitrairement, pour lequel l'état de décharge est indiqué par l'instrument par la valeur zéro. Cela est particulièrement avantageux lorsque l'installation doit être utilisée dans un véhicule automobile entraîné par moteur électrique, parce que, pour un tel cas d'emploi, il est souvent exigé que l'instrument indique une batterie déchargée déjà lorsqu'elle présente encore une capacité pour une durée de service déterminée, en vue de garantir que le véhicule ne soit pas défaillant, de manière impromptue. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres variantes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Installation de circuits pour le contrôle de l'état de charge d'une batterie d' accumulateurs, notamment dans le cas d'un débit variable sur un récepteur, au moyen d'un instrument de mesure électrique, installation caractérisée en ce que l'instrument de mesure (19) indique la différence entre deux tensions, dont l'une (U1) se trouve d'une quantité constante, inférieure à la tension instantanée de. la batterie, et l'autre (U2) est une fraction de la tension qui se trouve inférieure à la tension instantanée de la batterie, d'une quantité qui dépend du courant de débit. 2.- Installation suivant la revendication 1, caractérisée en ce que lune des bornes de l'instrument de mesure est connectée à la prise (20) d'un diviseur de tension (18) qui est raccordé, dgun côté directement, et de l'autre côté à travers une résistance (14),parcourue par le courant de consommation, à la batterie, l'autre borne de l'instrument étant raccordée au point de connexion commun (22) de deux éléments de construction (11 - 12), qui sont reliés ,d'autre part, directement à la batterie, l'un de ces éléments (11) produisant une chute de tension constante. 3.- Installation suivant la revendication 2, caractérisée en ce que l'élément de construction (11) produisant la chute de tension constante est une diode, telle que diode Zener. 4.- Installation suivant l'une ou l'autre des revendications 2 et 3, caractérisée en ce que l'autre élément de construction (12) est une'résistance, notamment une résistance NTC. 5.- Installation suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le rapport de résistance C du diviseur de tension (18) est donné par la formule : 6.- Installation suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la résistance (14) est calculée par la 7. Installation suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que l'instrument de mesure choisi indique une tension maximale Ua = dUB1 (C = 1)