Brevet FR2367355A1 — publié le 19780505

La présente invention concerne la protection des générateurs électrochimiques contre des régimes de charge et décharge inadmissibles qui entraînent des échauffements excessifs. L'invention concerne tout particulièrement les batteries soumises à un fonctionnement dit alterné, caractérisé par des décharges et recharges successives ayant une cadence si rapide qu'elle ne permet pas un temps de repos nécessaire aux déperditions thermiques. Tel est notamment le cas des batteries de traction des véhicules électriques. I1 est connu que la longévité d'une batterie dépend et de la profondeur des décharges, et des élévations de température lors de l'exploitation. On sait que la valeur limite de la décharge -Q d'une batterie se situe à 80 % de sa capacité nominale Q, tandis que sa temperature ne doit pas dépasser la valeur maximum de + 550C environ. Tout dépassement de ces deux valeurs limites diminue la lon gévité et peut entraîner des détériorations de la batterie. Les deux causes de réduction de longévité précitées ne sont pas indépendantes lune de l'autre, d'ou l'intérêt de les neutraliser conjointement. Il existe dans l'art antérieur divers dispositifs tels que les détecteurs de décharge qui ne résolvent ce problème que partiellement Ils signalent l'atteinte de la décharge limite -Q par la mesure d'une valeur particulière de la tension de la batterie, valeur affichée une fois pour toutes pour une batterie de tension nominale donnée ; de-tels détecteurs sont parfois associés à un organe d'interruption totale ou partielle de certaines fonctions consommatrices d'énergie du véhicule électrique, du mouvement de levage d'un chariot de manutention par exemple. Toutefois, le fonctionnement de tels détecteurs peut être compromis par des phénomènes propres à l'état physique de la batterie, notamment par les variations de sa température. La combination originale du dispositif selon l'invention, avec un détecteur et/ou limiteur de décharge connu en soi permet de rendre négligeable, voire d'éliminer l'inconvénient précité. Il existe dans l'art antérieur aussi des régulateurs du courant de charge de batteries basés - soit sur la mesure d'une valeur fixe de la tension de batterie, image de la charge quasi achevée, - soit sur le comptage ampère-heuremétrique. Ces deux procédés présentent des inconvénients du fait que a) la tension-image précitée dépend du degré d'usure et de la température de la batterie. b) il est parfois difficile de connaître avec précision suffisante le degré d'épuisement de la batterie lors de sa mise en charge. Les inconvénients précités peuvent impliquer des élévations de température inadmissibles, ce qui peut être éliminé par une combinaison originale de tels régulateurs connus avec le dispositif selon l'invention. Le principal objet de la présente invention est donc de préserver la batterie contre des échauffements inadmissibles lors de sa décharge. Un autre objet de l'invention est de la protéger contre de tels échauffements lors de la charge. D'autres objets caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de l'exposé qui suit, fait en référence aux dessins annexes à ce texte qui représentent un mode de réalisation préféré de celle-ci. La figure 1 montre la variation de la résistance interne apparente Rb d'une batterie au plomb, en fonction du taux de décharge -Q. La figure 2 représente les variations, en fonctio-n du taux de décharge -Q, de la tension U aux bornes d'un élément au plomb parcouru par un courant de décharge Q/5 Ampères (Q étant la capacité nominale de l'élément en Ampèreheures) sous des températures propres de 250C et 550C. La figure 3 représente schématiquement une combinaison du dispositif selon l'invention avec l'étage de mesure d'un détecteur ou limiteur de décharge connu. La figure 4 représente schématiquement une combinaison du dispositif selon l'invention avec un chargeur de batterie connu en soi. Les figures 1 et 2 mettent en évidence le fait que le fonctionnement d'un détecteur ou limiteur de décharge, connu dans l'art antérieur, peut être faussé par les élévations de température de la batterie, et ceci pour les raisons suivantes - La force électromotrice, donc la tension U de la batterie sont inversement proportionnelles au taux de décharge -Q - Les courbes de la figure 2 : U1 (-Q) pour 250C et U2 (-Q) pour 550C montrent que, vers la fin de décharge apparaissent d'une part un abaissement de la tension U et d'autre part, un écart plus accentué entre les tensions Ul et U2. Ces phénomènes sont liés à la fois à l'accroissement non linéaire de la résistance Rb de la batterie avec le taux de décharge -Q (V. fig. 1) et à une influence plus importante de la température vers la fin de décharge. Ainsi, un détecteur de décharge étalonné une fois pour toutes à un seuil de 1,75 V par élément de batterie à 25 C, seuil qui correspond à un taux limite de décharge admissible : -Q = 80 % de la capacité nominale Q à la dite température, n'agira pour une batterie portée à + 550C que pour un taux de décharge -Q = 90 %. Une telle action trop tardive sera préjudiciable à une bonne manutention et pourra entraîner des échauffements de la batterie qui dépasseront la limite admissible des 55 C. La présente invention a l'avantage de p#orter le seuil d'action d'un détecteur de décharge étalonné à 1,75 V par élément à une valeur de 1,82 V par élément dès que la température de la batterie atteint 559C seuil qui correspond à un taux de décharge réel -Q = 80 % à cette température. Dans le présent exemple, le dispositif selon l'invention illustré par la figure 3 se compose - d'unsorgane thermo-sensible et thermiquement solidaire d'une électrode de la batterie 3, organe qui comporte un contact "repos" 4 qui s'ouvre pour toute température égale ou supérieure à 550 C. - d'un relaSi/associé ou détecteur de décharge connu, et comportant : une bobine 41, un contact "TRAVAIL" 42 raccordé à une résistance 45 et un contact "REPOS" 43 permettant l'alimentation d'un voyant 46. Une borne du contact 4 est reliée au pole négatif 1 de la batterie 3, l'autre au conducteur auxiliaire 5 utilisé dans les montages classiques de raccordement des batteries pour commander ou réguler les recharges. D'une façon connue, le conducteur 5 est raccordé à son tour à la borne 10 d'un premier demi-connecteur tripolaire dont les deux autres bornes 11 et 12 sont respectivement raccordées par par cables aux piles négatifs 1 et positif 2 de la batterie 3 Les bornes 21 et 22 d'un deuxième demi-connecteur tri polaire connectées respectivement avec les bornes 11 et 12 précitées, sont électriquement solidaires du circuit d'utilisation 50, 51 auquel est raccordé aussi le détecteur par ses moyens de raccordement 31 et 32. A la borne 20 du deuxième demi-connecteur, connectée avec la borne 10 du premier demi-connecteur, est raccordée par le moyen de raccordement 30 la bobine 41 du relai#précité. Pendant l'exploitation sous des conditions thermiques admissibles, à savoir : température de la batterie inférieure à 550C, le contact 4 reste ferme, bobine 41 excitée, contact 42 fermé, contact 43 ouvert et le voyant. 46 éteint. Le circuit de mesure d'un détecteur de décharge connu comporte un comparateur 52, une première entrée 51 de celui-ci est raccordée à une source de tension de référence Vr composée d'une diode Zener 47 et résistance 49 ; une seconde entrée 50 dudit comparateur est raccordée à un diviseur de tension composé de résistance 48 et d'un potentiomètre 44 ; ce diviseur fournit à l'entrde 50 une tension Vm proportionnelle à la tension U de la batterie. Le circuit de mesure est étalonné une fois pour toutes par le curseur du potentiomètre 44, d'une façon telle que, pour contact 42 fermé, la tension Vm descend au dessous de la valeur de la tension de référence Vr lorsque la tension U de la batterie, sous un courant de décharge de 9/5 Ampères, tombe à une valeur correspondant à 1,75 V par élément, c'est-à-dire au taux de décharge limite -Q = 80 % sous 250C de la batterie. Cette valeur limite une fois atteinte, le comparateur 52 délivre à sa sortie 53 un signal qui actionne les organes de signalisation et/ou d'interruption (non représentés) reliés à ladite sortie 53. Si la limite des 550C est atteinte pendant la décharge, le contact 4 de l'organe thermo sensible s'ouvre, désexcitant la bobine 41, le voyant 46 s'allume par la fermeture du contact REPOS 43 et, du fait de l'ouverture du contact "TRAVAIL" 42, la résistance 45 se trouve branchée en série avec le diviseur de tension. La résistance 45 est choisie d'une valeur telle que, sans retoucher l'étalonnage précédent,la tension Vm descendra au dessous de celle de référence Vr pour une baisse de tension U de la batterie (sous courant de décharge précité) à une valeur de 1,82 V par élément, correspondant à un taux de décharge -Q = 80 % sous 55cl. Une telle conbinaison originale de moyen avertira l'exploitant par l'allumage du voyant 46, que la température de la batterie est excessive, et rendra l'action du détecteur de décharge correcte, même pour une température élevée de la batterie. Un autre objet de l'invention, qui consiste en la protection de la batterie contre les echauffements prohibitifs pendant la charge est schématiquement illustre sur la figure 4. Le contexte électro-thermique du côté de la batterie 3 et du premier demi-connecteur tri polaire restent identiques au cas pré cédent. Les bornes 22 et 21 du deuxième demi-connecteur sont reliés respectivement aux sorties : positive 62 et négative 61 du chargeur connu 65, dont la marche est conditionnée par la fermeture du contact 63 d'un relais dont la bobine 64 est reliée d'une part à la sortie positive 62 et d'autre part, à la sortie 60 du deuxième demi-connecteur 20 précité. Tant que la température de la batterie si situe au dessous de la limite des 550C, le contact 4 reste fermé et la bobine 64 excitée, le contact 63 fermé -autorise la charge. Si, pour une raison quelconque, la limite des 550C est atteinte, le contact 4 s'ouvre, la bobine 64 se désexcite et le contact 63, par son ouverture arrête le courant de charge. Il ressort de ce qui précède que le dispositif selon 1 'inven- tion assure une protection thermique efficace et, lors de la décharge et lors de la charge, mettant en outre la batterie à l'abri des décharges excessives sous des températures élevées. Ce dispositif peut-être réalisé de différ & tes façons. Par exemple : l'organe thermosensible peut être constitué par un ele- ment tel qu' une thermistance, une diode parcourue par un courant constant dont la tension directe varie en fonction de la température, élément associé à un amplificateur connu dont la sortie agit sur un relais électromagnétique ou/et sur un paramètre de mesure d'un détecteur de décharge connu en soi. Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède et représente sur les dessins les caractéristiques essentielles de l'invention appliquées à deux modes de réalisation préférés de celle-ci, il est évident que l'homme de l'art peut y apporter toutes modifications de forme ou de détail qu'il juge utiles sans pour autant sortir du cadre de ladite invention. REVENDICATIONS 1 - Dispositif thermique de protection des générateurs électrochimiques, batteries notamment, contre les échauffements et/ou décharges inadmissibles, caractérisé par le fait qu'il comporte - d'une part les moyens thermo-sensibles thermiquement solidaires des électrodes du générateur électrochimique, les dits moyens possédant un organe de contactage électrique qui est actionné pour une valeur d'échauffement donnée, - et d'autre part, des moyens ention dans le contexte électrique de contrôle de charge et décharge dudit générateur. 2 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que les moyens thermo-sensibles consistent en un thermostat comportant un contact 4 s'ouvrant pour toute température supérieure à une valeur affichée, et par le fait que ledit contact 4 contrôle l'excitation du moyen d'intervention qui consiste en un relais électromagnétique dont un premier contact 43 commande l'allumage d'un voyant et un deuxième contact permet la modification des caractéristiques d'action d'un détecteur de décharge connu en soi, lorsque la température du générateur électrochi- nique atteint une valeur sensiblement égale à la valeur affichée précitée. 3 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens thermo-sensibles consistent en un thermostat comportant un contact 4 s'ouvrant pour toute température supérieure à une valeur affichée, et par le fait que ledit contact 4 contrôle l'action du moyen d'intervention qui consiste en un relais électromagnétique dont le contact 63 conditionne la valeur du courant de charge d'un générateur électrochimique fourni par un chargeur connu en soi. 4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé par le fait que le contact 4 du thermostat est un contact qui se ferme pour toute température supérieure à une valeur affichée. 5 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les moyens d'intervention sont des transistors montés,d'une manière connue en soi, en interrupteurs statiques et pilotés par lesdits moyens thermo-sensibles. 6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications pécédentes, caractérisé par le fait que les moyens thermo-sensibles consistent en plusieurs thermostats, thermiquement solidaires de plusieurs électrodes respectives et dont les contacts interconnectés actionnent lesdits moyens d'intervention. 7 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait que les moyens thermo-sensibles sont constitués par des diodes parcourues par courants directs sensiblement constants, dont la tension directe linéairement proportionnelle à la température est appliquée à l'entrée d'un amplificateur dont la sortie contrôle les organes d'intervention. 8 - Dispositif selon la revendication 7 caractérisé par le fait que les moyens thermo-sensibles sont constitues par des thermistances associées à un amplificateur connu en soi.