Brevet FR2269207A1 — publié le 19751121

La présente invention a pour objets un procédé de détection du dépassement de l'acceptance d'une batterie d'accumulateurs en charge, la mise à profit de ce procédé pour l'accomplissement de l'opération de charge dans des conditions optimales et un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de charge. On sait que si l'on charge une batterie d'accumulateurs à l'aide d'un courant d'une intensité trop élevée, il en résulte t'hydrolyse de l'électrolyte, laquelle se traduit par un dégagement gazeux préjudiciable à la longévité de la batterie. Il convient donc de ne pas dépasser une intensité limite de courant que l'on désigne par "l'acceptance" de la batterie. L'acceptance est une caractéristique qui varie avec la température, avec la charge de la batterie et avec son usure. Plus précisément, elle décroît lorsque la charge augmente, ce qui s'explique par le fait que le franchissement par les ions de la zone régénérée est d'autant plus difficile que cette zone est plus "épaisse11, et donc que la batterie est plus chargée, selon un phénomène comparable à une polarisation d'électrode ou à une barrière de potentiel. Elle décroit également lorsque la température s'abaisse et lorsque le pourcentage de matière active détruite de la batterie augmente. Les variations de l'acceptance I en fonction du pourcentage de charge, selon la température et l'état de la batterie, sont représentés graphiquement à la figure 1 du dessin annexé dans laquelle: - la courbe diacceptance d'une batterie en bon état, à une température Tl est indiquée par la ligne en trait plein, - la courbe d'acceptance de cette meme batterie, à une température T2, est indiquée par ta ligne en trait mixte (T2 - la courbe d'acceptance d'une batterie usagée, à la température T1, est indiquée en pointillés, - l'aire hachurée correspond à la zone de charge sans hydrolyse de l'électrolyte, pour la batterie en bon état, à la température Tl, et - l'aire non hachurée correspond à la zone ou se produit le dégagement gazeux, pour la meme batterie à la meme température. Compte tenu de ces diverses variations, il n'est pas possible de choisir une fois pour toutes l'intensité du courant qu'il convient d'appliquer aux bornes de la batterie pour la recharger convenablement. On a déià proposé un procédé de charge qui tient compte des variations de l'acceptance. Ce procédé utilise la production du dégagement gazeux signalé plus haut comme indice de dépassement de liacceptance. A cette fin, on mesure la pression du gaz dans la batterie rendue étanche, et utilise le résultat de cette mesure pour adapter en conséquence l'intensité du courant appliqué aux bornes de la batterie. Ce procédé de détection du dépassement de l'acceptance présente des inconvénients en ce sens qu'il nécessite, d'une part, la présence d'un capteur dans la batterie, ce qui n'est pas toujours possible et, d'autre part, la production d'un dégagement gazeux d'une certaine importance, et donc un relatif avancement du processus d'hydrolyse, ce que l'on recherche précisément à éviter. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un nouveau moyen de détection du dépassement éventuel de l'acceptance A cette fin, le procédé de détection selon l'invention consiste à interrompre brusquement le courant de charge et à mesurer l'éventuelle chute de potentiel qui se produit aux bornes de la batterie, au cours d'un laps de temps déterminé. Le procédé de détection est basé sur le raisonnement suivant: Si l'on charge une batterie avec un courant d'intensité I inférieure ou égale à l'acceptance, la tension U aux bornes de la batterie est égale à la force contre-électromotrice E de cette dernière plus la chute de tension R I dans la résistance interne. U = E +R I Si llon interrompt brusquement le courant 1, U devient égal à E. D'un autre coté, si llon charge une batterie avec un courant d'intensité 1' supérieure à l'acceptance, la tension U' aux bornes de la batterie est égale à la force contre-électromotrice E, plus la chute de tension R I', plus une tension e comparable en tous points à une tension de polarisation d'électrodes. U' = E + R I' + e Cette tension e, qui est due à l'hydrolyse de l'électrolyte - les plaques étant équivalentes à des électrodes - varie en fonction: - de l'état de charge de la batterie, - de l'excès d'intensité de courant par rapport à l'acceptance, et - de la température. Comme indiqué plus haut, plus la batterie est chargée, plus l'acceptance est faible. Par suite, si l'intensité du courant est constante, la tension e aug mente avec la charge. On comprend également que, pour une meme charge, si l'intensité du courant augmenter la tension e augmente également. Enfin, la tension e szélève si la température stubaisse du fait que le dégagement gazeux s'effectue plus difficilement et que la polarisation s'intensifie. Si l'on interrompt brusquement le courant 1', la tension Ut devient donc égale à E + e. Etant donné que e est une tension de polarisation des plaques dues aux prémices d'un dégagement gazeux et que cette tension est fonction des paramètres précités,l'évolution de e au cours du temps après llinterruption du courant, dépend de la dépolarisation desdites plaques. En particulier, au cours d'un laps de temps (S t) déterminé, la chute de tension e (# t) mesurée dépend: - de l'intensité du courant de charge, - de la charge et - de la température. Les figures 2a à 2d du dessin annexé représentent graphiquement les variations de la tension U aux bornes de la batterie en fonction du temps t, selon la charge et la température, une fois le courant interrompu: - la figure 2a correspondant à une charge de 100% de la batterie à une température Tl, - la figure 2b à une charge de 80% de la batterie à cette même tempéra ture T1, - la figure 2c à une charge de 100% de la batterie à une température T2 (T2 - la figure 2d à une charge de 80% de la batterie à cette même tempéra ture T2. Sur ces figures 2a à 2d, C indique le moment de la coupure du courant, (#t) le laps de temps au cours duquel est effectué la mesure, M la fin de (lut), E la valeur de la force contre-électromotrice vers laquelle tend la courbe de variation de la différence de potentiel en fonction du temps, U', U'c et U'm les tensions avant coupure du courant, au temps C et au temps M, e (E t) la différence entre U'c et U'm. Si on mesure Ulc et Ulm et que l'on constate une différence entre ces deux tensions, on peut en déduire qulil existe une tension de polarisation e dont la valeur a décru au cours du laps de temps (li t) - et, donc, que l'accep- tance est dépassée. L'importance de e(t t)reflète celle du dépassement de l'acceptance. A partir de ce mode de détection du dépassement de l'acceptcìnce, on peut concevoir un procédé de charge qui tienne compte des variations de I'acceptance. Ce procédé consiste à détecter périodiquement l'éventuel dépassement de l'acceptance et à asservir l'intensité du courant de charge au résultat de cette détection, De cette manière, la batterie reçoit un courant dont l'intensité est ramenée périodiquement au voisinage de l'intensité limite qu'elle est capable d'accepter, ce qui permet de la charger le plus rapidement possible sans risque de détérioration. Dans un mode de mise en oeuvre préféré du procédé selon l'invention, on n'asservit pas directement l'intensité du courant de charge à la valeur de e ( vit), mais à la différence tv entre cette valeur et celle d'un seuil S préalablement choisi, lorsque ledit seuil est dépassé. Ce seuil est fonction de la nature de la batterie à recharger. On le fixe, par exemple, de telle manière qu'il corresponde à la différence de potentiel de la batterie. en cause chargée aux environs de 95 %. Si l'on se refère aux figures 2a et 2c, on voit que e(n t)excède le seuil de A v.. Cela signifie que l'importance dee(At), et par suite celle du dépassement de l'acceptance, nécessite un abaissement de l'intensité du courant de charge. La réduction de l'intensité de charge sera fonction de liv. Selon les figures 2b et 2d, on voit au contraire que e ( t t) n'excède pas le seuil et est nettement plus réduite que dans les deux cas précédents. Cette fois, t v ne sera pas pris en considération et on conservera l'intensité de charge inchangée, au prix d'un léger dépassement de l'acceptance. Etant donné que l'acceptance peut âtre très élevée en début de charge et qu'un courant d'intensité convenable ne pourrait etre envoyé à la batterie qu au moyen d'un chargeur de très grandes dimensions, en pratique, on soumet tout d'abord la batterie d'accumulateurs à un courant de charge d'intensité constante inférieure à l'acceptance jusqu'au moment où ladite intensité et l'acceptance coincident, après quoi on subordonne le réglage de l'intensité de charge à l'acceptance, selon le procédé de l'invention. La figure 3 du dessin annexé montre comment l'intensité de départ lo rejoint l'acceptance et comment, ensuite, la courbe d'intensité Ci épouse la courbe d'acceptance Ca amorcée en pointillés, les hachures ayant la meme si gnification qu'à la figure 1. Par ailleurs, la figure 4 représente graphiquement les variations réelles de l'intensité de charge dans le temps, les chutes brusques successives de liinten- sité correspondant aux interruptions nécessaires à la détection du dépassement de liacceptancer et les références (Afl, C et M ayant la même signification qu'aux figures 2. A titre d'exemple, Irintervalle MC peut être de 30 secondes et llin- tervalle CM (E t) de 1,5 seconde. La présente invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de charge de la batterie qui comprend un système asservi échantillonné dans lequel la batterie est comprise dans la boucle de régulation, et qui est caractérisé en ce que chaque échantillon est constitué par la différence de potentiel mesurée aux bornes de la batterie, à l1issue d'un laps de temps déterminé suivant l'interruption périodique du courant de charge, ledit échantillon étant intégré dans ledit système slil excède un seuil préalablement choisi, en vue d'ajuster llintensité de charge à l'acceptance de la batterie. Un exemple de montage du circuit constituant le dispositif selon I tinven- ilion est représenté à la figure 5 du dessin annexé. Sur cette figure: - BA symbolise la batterie d'accumulateurs, - E, l'échantillonneur qui est une horloge électronique et qui interrompt périodiquement le courant Ic en agissant sur le ballast B, - T, les moyens de mesure de la tension, - S, les moyens de comparaison avec un seuil de référence préalablement choisi, - , un intégrateur pur qui, sur la base des échantillons reçus, pré voit I'intensité de charge Ic à fournir à la batterie, et - B, un ballast se comportant comme un étage de puissance à transistors ou à thyristors et qui, sous la commande de l'intégrateur, fait passer l'intensité du courant la alimentant le circuit à l'intensité de charge voulue Ic. Ce circuit est certes plus complexe que celui permettant la mise en oeuvre du procédé antérieurement connu. Il n'en demeure pas moins vrai que l'invention apporte un progrès considérable dans le domaine du chargement des batteries d'accumulateurs par rapport au procédé connu cité plus haut. En effet, le procédé selon l'invention offre l'avantage de détecter le dépassement de l'acceptance par une mesure exclusivement électrique. Il est donc capable de déceler le phénomène de polarisation dès son amorce. Sa sensibilité est au moins dix fois supérieure à celle du procédé connu qui utilise les variations de la pression de gaz dans la batterie. Cela tient au fait, diurne part, que pour être décelable, le dégagement gazeux doit être relativement important et, d'autre part, que la valeur de la pression étant très influencée par les variations de la température ambiante, on doit comparer la pression mesurée à un seuil suffisamment élevé pour ne pas attribuer à une intensité excessive du courant ce qui résulte des simples effets de la température. Le procédé selon I'invention permet également, une fois la batterie chargée au maximum, de lui fournir un courant d'entretien dont l'intensité le, réglée en fonction de l'acceptonce, est telle que le courant peut être maintenu indéfiniment sans risque de détériorer la batterie. La valeur le, pour une batterie en bon état, est indiquée à la figure 1. L'invention ayant maintenant été exposée et son intérêt justifié par la description qui précède, la demanderesse s'en réserve l'exclusivité, pendant toute la durée du brevet, sans limitation autre que celle des termes des revendications ci-après. REVENDICATIONS 1. Procédé de détection du dépassement de l'acceptance d'une batterie d'accumulateurs en charge, caractérisé en ce qu'il consiste à interrompre brusquement le courant de charge et à mesurer l'éventuelle chute de potentiel qui se produit aux bornes de la batterie, au cours d'un laps de temps déterminé. 2. Procédé de charge d'une batterie d'accumulateurs, caractérisé en ce qu'il consiste à détecter périodiquement l'éventuel dépassement de l'acceptance par mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, et à asservir l'intensité du courant de charge au résultat de cette détection. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on asservit l'intensité du courant de charge à la différence entre ladite chute de tension et un seuil préalablement choisi, lorsque ledit seuil est dépassé. 4. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 3, qui comprend un système asservi échantillonné da Ls lequel la batterie est comprise dans la boucle de régulation, caractérisé en ce que chaque échantillon est constitué par la différence de potentiel mesurée aux bornes de la batterie, à l'issue d'un laps de temps déterminé suivant l'interruption périodique du courant de charge, ledit échantillon étant intégré dans ledit système s'il excède un seuil préalablement choisi, en vue d'ajuster l'intensité de charge à l'acceptance de la batterie.