Brevet FR2350611A1 — publié le 19771202

L'invention concerne un dispositif pour indiquer l'état de charge d'une batterie d'accumulateurs, avec un branchement en parallèle dans lequel sont disposés en série un instrument de mesure électrique, une diode Zener pour fixer une limite inférieure et une résistance NTC pour la variation de l'indication en fonction de la température, une résistance en dérivation étant disposée, pour fixer une limite supérieure de l'indication, dans un branchement en dérivation de l'instrument de mesure. Dans un montage connu de ce type, la résistance NTC est branchée en parallèle à la résistance d'étalonnage, de telle sorte que la résistance d'ensemble de ce montage croît, lorsque la température s'abaisse, à peu près de la même façon que la capacité de la batterie d'accumulateurs décroit. Lorsqu'aucun courant ne passe dans la batterie, ce montage permet d'obtenir une indication correcte de l'état de charge de cette batterie. Cependant, lors de la décharge de la batterie d'accumulateurs par des récepteurs raccordés ou lors de la charge de cette batterie, il passe un courant dé charge ou de décharge qui provoque une chute de tension dans la résistance interne de la batterie. Cette chute de tension fausse l'indication de l'état de charge.Pour compenser cette chute de tension interne dans la batterie d'accumulateurs, une résistance de sollicitation est, dans le montage connu, insérée dans le conducteur allant aux récepteurs. La chute de tension correspondante, proportionnelle au courant débité, sert à commander une voie de commutation branchée en parallèle à l'instrument de mesure et contenant une résistance. Par cette action en fonction de la puissance sur le branchement de courant en parallèle, il est possible de rendre indépendante de la sollicitation de la batterie d'accumulateurs, la tension mesurée par l'instrument de mesure et représentant l'état de charge. Cependant, étant donné que la capacité d'une batterie d'accumulateurs complètement chargée est bien plus grande pour un faible courant débité que pour un fort courant débité, il se présente, pour le montage connu mentionné précédemment, un inconvénient en ce que cette dépendance de la capacité de la batterie n'est pas detectée par l'instrument de mesure. I1 en résulte que, pour une forte sollicitation de la batterie d'accumulateurs, l'instrument de mesure indique une capacité restante plus élevée que la capacité restante effective. Un autre inconvénient du montage connu est qu'il faut une résistance de sollicitation dont la réalisation est onéreuse et qui, lorsque la puissance de sollicitation augmente, réduit encore de façon indésirable la tension appliquée aux récepteurs. L'invention a pour but de créer un dispositif pour indiquer l'état de charge de batteries d'accumulateurs et dans lequel on détermine non seulement la chute de tension interne dans la batterie, dont on doit tenir compte et qui est fonction de la sollicitation, ainsi que la dépendance vis-à-vis de la température, mais aussi la dépendance de l'état de charge vis-à-vis de la sollicitation. Ce montage doit pouvoir être réalisé de façon économique, avec un circuit de construction la plus simple possible. I1 doit pouvoir être étalonné sur chaque type de batteries d'accumulateurs à contrôler. A cet effet, l'invention concerne un dispositif du type ci-dessus, caractérisé en ce que l'instrument de mesure est branché en série avec un organe à résistances, la valeur de la résistance de cet organe croissant, de préférence suivant une fonction exponentielle, lorsque la tension appliquée diminue. Par rapport à la réalisation connue, le montage conforme à l'invention a pour avantage qu'il n'est plus nécessaire d'avoir une résistance de sollicitation pour l'indication de la capacité de charge d'une batterie d'accumulateurs, la construction étant ainsi plus économique et s'adaptant plus facilement à un type de batterie quelconque. En outre, on utilise la chute de tension interne fonction de la sollicitation de la batterie pour corriger l'indication de la capacité restante, fonction de la sollicitation, de cette batterie. L'invention part de la constatation que, lorsque la sollicitation de la batterie d'accumulateurs croît, sa capacité décrott suivant une fonction exponentielle, La dépendance de la capacité vis-à-vis de la sollicitation est, conformément à l'invention, simulée par l'organe à résistances branché en série avec l'instrument de mesure, la valeur de la résistance de cet organe étant modifiée à l'aide de la chute de tension fonction de la sollicitation dans la batterie d'accumulateurs. D'autres modes avantageux de réalisation et des perfectionnements du montage selon l'invention sont décrits ci-après. Pour adapter la caractéristique de résistance de cet organe à résistances à chaque type de batteries d'accumulateurs, il est particulièrement avantageux que cet organe se compose de plusieurs branchements en parallèle dans lesquels des voies de diodes et des résistances sont branchées en série. 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 représente le dispositif, conforme à l'invention, pour indiquer l'état de charge d'une batterie d'accu mulateurs - la figure 2 donne les caractéristiques représentant les variations de la charge de la batterie d'accumulateurs en fonction de la tension de la batterie, de la température et de la densité de courant sur les plaques de la batterie sollicitée - la figure 3 représente la variation du courant de mesure et de la résistance dans le circuit de mesure en fonction de la tension de la batterie. En figure 1, la batterie d'accumulateurs d'un véhicule à moteur électrique est désignée par 10. L'état de charge de cette batterie doit être indiqué par le dispositif conforme à l'invention lorsque le moteur d'entraînement 11 est mis en circuit au moyen d'un contacteur de puissance 28. La résistance 12 branchée en série avec la batterie représente la résistance interne de cette batterie. Le pôle négatif de la batterie est mis à la masse par une borne de connexion 13. Le pôle positif est raccordé, par l'intermédiaire d'une autre borne de connexion 14, au circuit des récepteurs constitués par le moteur d'entraînement Il ainsi que par d'autres dispositifs électriques, non représentes, appartenant au véhicule à moteur électrique. Pour charger la batterie d'accumulateurs 10, on se sert d'un chargeur 15, raccordé par les connexions indiquées en trait interrompu aux bornes de connexion 13 et 14 de la batterie 10. Un appareil de mesure 16 est utilisé pour indiquer l'état de charge de la batterie 10, cet appareil étant également raccordé aux bornes de connexion 13 et 14 de cette batterie 10. L'appareil de mesure 16 se compose eseentiellement d'ur. branchement disposé en parallèle à la batterie 10 et comprenant une diode.Zener 17, une résistance NTC 18 et un instrument de mesure 19 dont l'échelle est étalonnée pour indiquer l'état de charge de la batterie 10 en ampères-heures (Ah). Dans ce branchement se trouve, en outre, un organe à résistances 20 branché en série avec l'instrument de mesure 19 et dont la résistance varie en fonction de la tension appliquée suivant une fonction exponentielle ou au moins sensiblement exponentielle. L'organe à résistances se compose de plusieurs branchements en parallèle 20a, 20b et 20c. Pour obtenir une variation de résistance non linéaire, des voies de diodes à tensions de seuil différentes et des résistances sont disposées en série dans les branchements. Dans le cas le plus simple, les tensions de seuils différentes sont obtenues par montage en série de plusieurs diodes. Comme le montre l'exemple de réalisation représenté, une diode 21 est disposée dans le premier branchement en parallèle 20a, deux diodes 22 sont disposées dans le second branchement en parallèle 20b et trois diodes 23 sont disposées dans le troisième branchement en parallèle 20c, chaque fois avec une résistance en série 24, 25, 26. La résistance 24 premier branchement en parallèle 20a, de 1,9 kSl, est supérieure à la résistance 25 de 500 1 du second branchement en parallèle 20b. La résistance 26 du troisième branchement en parallèle 20c, de 2802nL, est inférieure à la résistance 25.La résistance NTC 18 a une valeur de 18012 à 20 C. La diode Zener 17 aune tension de seuil de 10 V et est, du côté de sa cathode, raccordée au pôle positif de la batterie d'accumulateurs 10. Du côté de son anode, elle est reliée à l'organe à résistances 20. Une résistance en dérivation 27 de 75A est disposée dans un branchement en dérivation sur l'instrument de mesure 19, entre la connexion d'anode de la diode Zener 17 et le pôle négatif de la batterie d'accumulateurs 10. Cette résistance en dérivation 27 fixe la limite supérieure d'indication lorsque la batterie est complètement chargée. Le mode de fonctionnement de ce montage est expliqué dans la suite à l'aide des caractéristiques représentées en figures 2 et 3. La caractéristique supérieure de la figure 2 représente la variation de la charge C en fonction de la tension aux bornes U1 de la batterie d'accumulateurs 10 lorsque des récepteurs sont en circuit. Cette caractéristique montre clairement qu'il n'y a pas de relation linéaire entre la charge et la tension aux bornes et que pour une charge résiduelle de 40 % la tension aux bornes U1 est déjà très fortement réduite. Etant donné qu'on doit éviter une décharge poussée de la batterie d'accumulateurs à cause des dégâts qui pourraient en résulter, le montage est agencé pour indiquer zéro Ah dès que la tension aux bornes U1 s'est abaissée en 10,5 V. Cela est également mis en évidence par la caractéristique du cou rant de mesure I indiquée par la figure 3 La caractéristique m médiane de la figure 2 montre la variation de la charge C en fonction de la température t de la batterie d'accumulateurs 10. Cette caractéristique montre que la pleine charge est atteinte à +300C et qu'elle varie proportionnellement à la température. A -300C, on atteint la capacité résiduelle de 40 % constituant la limite qui ne doit pas être franchie inférieurement.La caractéristique inférieure de la figure 2 montre la variation de la charge C en fonction de la sollicitation de la batterie d'accumulateurs 10. Etant donné que la sollicitation admissible varie aussi suivant la grandeur de la batterie d'accumulateurs 10, on a reporté sur la figure la densité de courant S en tant que grandeur de référence, cette grandeur correspondant à l'intensité du courant par unité de surface des plaques de la batterie. Cette caractéristique montre que la capacité résiduelle commence par décroître fortement lorsque la sollicitation augmente, puis présente cependant une allure un peu plus plate dans le domaine inférieur. Le montage conforme à l'invention doit permettre de capter cette fonction de dépendance de la charge C vis-à-vis de la sollicitation et de donner une indication corrigée au moyen de l'instrument de mesure 19. Cela est assuré essentiellement par l'organe à résistances 20 dépendant de la tension. La figure 3 représente la variation de la résistance Rm du branchement contenu dans l'instrument de mesure 19 en fonction de la tension aux bornes U1 de la batterie d'accumulateurs 10 sollicitée par des récepteurs Pour une tension aux bornes de 10 V, la diode Zener 17 est conductrice, de telle sorte que, lorsque la tension continue à croître, un courant passe d'abord dans la résistance en dérivation 27 à valeur ohmique relativement faible.Pour une tension de 10,5 V, la diode 21 du branchement en parallèle 20a devient également conduc trice, de telle sorte que désormais un courant de mesure I peut m passer dans l'instrument de mesure 19 par cette diode 21 ainsi que par les résistances 24, 25 et 18. Pour une tension aux bornes de ll V, les diodes 22 du branchement en parallèle 20b deviennent aussi conductrices, de telle sorte que lorsque la tension aux bornes croit, un courant peut aussi passer par ces diodes 22. Le branchement en parallèle 20a est ainsi shunté, ce qui fait que la résistance 24 de grande valeur ohmique est sans action. Le courant de mesure 1m va désormais à l'instrument de mesure 19 en passant par les diodes 22 ainsi que les résistances 25 et 18.Comme le montre la figure 3, cela provoque une croissance accentuée du courant de mesure I et une réduction correspondante de la valeur m de résistance de l'organe à résistances 20. Pour une tension aux bornes U1 de 11,5 V, les diodes en parallèle 23 du troisième branchement en parallèle 20c deviennent également conductrices, la résistance 26 étant ainsi branchée en parallèle à la résistance 25. I1 en résulte une nouvelle réduction de la valeur de résistance de l'organe à résistances 20 ; la croissance du courant de mesure I m devient encore plus accentuée. On admet d'abord que la température de la batterie d'accumulateurs est égale à 200C et que cette batterie est complètement chargée. Lorsque le récepteur 11 est coupé, l'instrument de mesure 19 doit indiquer la totalité de la charge de la batterie. La tension aux bornes U1 est égale à 12,5 V. Pour limiter, pour cette tension, la déviation maximale de l'instrument de mesure 19, on choisit pour la résistance en dérivation 27 une valeur plus faible que pour la résistance Rm du branchement formé par l'organe à résistances 20, par la résistance NTC 18 et l'instrument de mesure 19. En figure 3, on peut voir que, pour une tension U1 de 12,5 V, le courant de mesure 1m maximal passe dans l'instrument de mesure 19, ce qui correspond à l'indication de la totalité de la capacité de charge. Si, maintenant, on met en circuit, au moyen du contacteur de puissance 28, le moteur d'entraînement îl du véhicule à moteur électrique, un courant de sollicitation passe.par la batterie d'accumulateurs 10, ce qui provoque une chute de tension U12 dans la résistance interne 12 de cette batterie. La tension aux bornes U1 est donc réduite de cette chute de tension U12 par rapport à la tension à vide U10 de la batterie d'accumulateurs 10. Les variations de la chute de tension U12 et de la tension aux bornes U1 en fonction de la densité de courant S sont représentées par des caractéristiques en trait mixte à la partie inférieure de la figure 2. Dans le cas présent, on admettra que la batterie d'accumulateurs 10 est sollicitée avec une densité de courant S de 20 mA/cm2. Avec une telle sollicitation, la chute de tension U12 est de 0,5 V environ, de telle sorte que la tension aux bornes U1 n'est plus égale qu'à 12 V.Comme le montre la figure 3, le courant de mesure I est déjà fortement réduit pour cette m tension aux bornes, de telle sorte que l'instrument de mesure 19 indique une capacité de charge réduite en conséquence Lorsque la puissance prise par le moteur d'entraînement 11 augmente, ainsi que lorsqu'on branche d'autres récepteurs, la sollicitation de la batterie d'accumulateurs 10 augmente En fonction de cette augmentation, la capacité de la batterie d'accumulateurs diminue suivant la caractéristique représentée à la partie inférieure de la figure 2. En conséquence, pour avoir une indication correcte de l'état de charge, il faut que le courant de mesure I varie aussi de façon m correspondante. Cela est assure par la diminution linéaire en fonction de la charge de la tension aux bornes U1.Comme le montre la figure 3, la résistance de mesure R et le courant de mesure Im m varient en fonction de cette tension aux bornes U1 de façon exponentielle ou sensiblement exponentielle. Etant donné que, comme le montre la figure 2, la capacité de la batterie d'accumulateurs varie aussi fortement en fonction de la température, il faut effectuer une correction correspondante du courant de mesure Im pour avoir une indication correcte de l'état de charge lorsque les températures varient. Cela est assuré à l'aide de la résistance NTC 18 qui, comme la capacité de la batterie d'accumulateurs 10, présente une caractéristique linéaire en fonction de la température. Ainsi, par exemple, lorsque la température diminue, la valeur de la résistance NTC 18 augmente linéairement. Le courant de mesure et, par suite, l'indication de l'instrument de mesure 19 sont réduits de la valeur correspondant à la chute de la capacité de la batterie 10 pour la diminution de température considérée.Pour garantir que la résistance NTC 18 soit toujours à la meme température que la batterie 10, il est judicieux de réunir avec cette batterie 10 la résistance NTC 18 ou l'ensemble de l'appareil de mesure 16. L'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation représenté par la figure 1, car les composants individuels du montage peuvent etre complétés ou agencés différemment. Ainsi, par exemple, la résistance en dérivation 27 peut être branchée directement en parallèle sur l'instrument de mesure 19. Le montage en série des diodes dans les branchements 20b et 20c peut être remplacé par des diodes Zener. En outre, il est possible de remplacer l'ensemble des trois branchements de l'organe à résistances 20 par une résistance dépendant de la tension (VDR) et qui présente la caractéristique voulue ou qui est simulée par le montage en parallèle ou en série d'autres résis tances I1 est cependant essentiel pour l'invention qu'il y ait une variation en fonction de la tension de la résistance de mesure R pour obtenir une variation du courant de mesure Im correspondant m à la variation de la capacité en fonction de la sollicitation La dépendance de l'indication d'état de charge vis-à-vis de la température peut également être adaptée à chaque type de batterie par le montage en parallèle et en série d'autres résistances avec la résistance NTC 18 Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à exemple de réalisation cirdessus décrit et représenté, à partir duquel on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention REVENDICATIONS 10) Dispositif pour indiquer l'état de charge d'une batterie d'accumulateurs, avec un branchement en parallèle dans lequel sont disposés en série un instrument de mesure électrique, une diode Zener pour fixer une limite inférieure de l'indication et une résistance NTC pour la variation de l'indication en fonction de la température une résistance en dérivation étant disposée, pour fixer une limite supérieure de l'indication, dans un branchement en dérivation de l'instrument de mesure dispositif caractérisé en ce que l'instru- ment de mesure (19) est branché en série avec un organe à résistances (20), la valeur de la résistance de cet organe croissant, de préférence suivant une fonction exponentielle, lorsque la ten sion appliquée (U1) diminue 20) Dispositif, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe à résistances (20) est constitué par plusieurs branchements en parallèle (20a, 20b, 20c) dans lesquels des voies de diodes (22, 23, 24) à tensions de seuils différentes sont branchées en série avec des résistances (24, 25, 26). 36) Dispositif, suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'une voie de diode (21) est disposée dans un premier branchement en parallèle (20a), deux voies de diodes (22) sont disposées dans un second branchement en parallèle (20b) trois voies de diodes (23) sont disposées dans un troisième branchement en parallèle (20c), une résistance (24, 25, 26) étant disposée en série avec les voies de diodes dans chaque branchement. 40) Dispositif, suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la résistance (24) du premier branchement en parallèle (20a) a une plus grande valeur ohmique que la résistance (25) du second branchement en parallèle (20b), la résistance (26) du troisième branchement en parallèle (20c) ayant une plus faible valeur ohmique que cette résistance (25) du second branchement en parallèle (20b). 50) Dispositif, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la diode Zener (17) est reliée, côté cathode, au pôle positif de la batterie d'accumulateurs (10) et, côté anode, à l'organe à résistances (20) qui est branché en série avec l'instrument de mesure (19) par l'intermédiaire d'une résistance NTC (18). 60) Dispositif, suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la résistance en dérivation (27) est disposée dans le branchement en dérivation de l'instrument de mesure (19) entre la connexion d'anode de la diode Zener (17) et le pôle négatif de la batterie d'accumulateurs (10) 70) Dispositif, suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la valeur de la résistance en dérivation (27) est plus faible que la valeur de la résistance du branchement formé par l'organe à résistances (20), la résistance NTC (18) et l'instrument de mesure (19).