Brevet FR2382107A1 — publié le 19780922

La présente invention a pour objet un dispositif simple de surveillance de l'échauffement des éléments de batteries d'accumulateurs basé sur le principe d'une mesure différentielle de température entre une sonde thermométrique intercalée entre les éléments de la batterie et une sonde dite d'ambiance placée soit dans la batterie, soit sur la batterie, soit à proximité immédiate de celleci. Il est bien connu en effet que les batteries d'accumulateurs alcalins analogues à celles utilisées a bord des aéronefs sont dans certaines conditions sujettes à un phénomène d'emballement thermique déterminant un échauffement anormal de température susceptible de provoquer des accidents graves. La simple surveillance de la température interne de la batterie présente l'inconvénient de déclencher des alarmes intempestives lorsque l'aéronef décolle en at mosphère très chaude surtout lorsque la batterie a été échauffée par les opérations normales de démarrage. En conséquence l'invention propose un dispositif de surveillance visuelle de l'échauffement de batteries d'accumulateurs comportant un instrument de mesure électrique incorporé dans un montage différentiel permettant de l'actionner à l'aide de deux résistances à coefficient de température, l'une sensible à la température interne de la batterie et la seconde sensible à la température d'ambiance de celle-ci, dispositif caractérisé en ce que la seconde résistance est logée dans une enceinte thermiquement isolante avec une double paroi à vide interne, seconde résistance et enceinte formant conjointement une sonde d'ambiance à inertie thermique du meme ordre de grandeur que l'inertie thermique de la batterie. Il est facile de comprendre qu'une mesure différentielle de température tenant compte de la température d'ambiance de la batterie permet de remédier aux inconvénients cités plus haut, ceci n'étant cependant valable que Si la sonde mesurant la température d'ambiance a une inertie thermique du meme ordre de grandeur que celle de la batterie. Il est en effet facile de comprendre que-si la sonde d'ambiance possède la mCme inertie thermique que la batterie, elle suivra avec le méme retard l'évolution de la température extérieure et permettra de surveiller l'échauffement de la batterie. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 représente un dispositif de surveillance selon l'invention la figure 2 représente un tel dispositif muni d'un moyen d'alarme les figures-3 à 6 représentent schématiquement des sondes d'ambiance la figure 7 est une coupe schématique d'une batterie d'accumulateur munie d'un dispositif selon l'invention les figures 8 à 10 sont des schémas de dispositifs selon l'invention avec des dispositions de correction de température. La figure 1 représente un dispositif simple de surveillance visuelle de l'échauffement batterie comprenant, d'une part, la sonde de température batterie 1 et la sonde d'ambiance batterie 2 logées dans la batterie 3, et d'autre part, un indicateur d'échauffement 4 relié aux sondes de surveillance par une ligne à deux ou trois fils 5. L'indicateur comporte un stabilisateur de tension 6, lequel est alimenté par la tension batterie + B avec retour par la masse figurée M. La tension stabilisée + V est appliquée à un pont comportant les deux résistances de sondes 1 et 2 et deux résistances fixes 7 et 8. Un instrument de mesure 9, par exemple du type galvanométrique, lequel apprécie l'écart entre les valeurs des résistances de sonde et moyennant un ajustage convenable, donne l'indication de l'échauffement de la batterie. Ce dispositif, en dehors de sa simplicité, possède l'avantage d'etre autotesté par le fait que la rupture de l'une ou l'autre des deux branches du circuit extérieur entraîne l'indication en dehors de la zone normale de lecture. La figure 2 représente le schéma d'un montage électrique permettant d'adjoindre une alarme sonore ou lumineuse à l'observation visuelle de la mesure de l'écart de température entre les deux sondes thermométriques indiquées précédemment. En dehors des éléments cités sur l'exemple de la figure 1 et représentés avec les memes repères, on voit que la tension de déséquilibre du pont de mesure prise entre les points 10 et 11 est appliquée à un amplificateur différentiel 12, lequel délivre aux bornes de la résistance de charge 13 une tension U, laquelle est comparée à la tension V prise aux bornes de la résistance 14 alimentée par la tension stabilisée 6 à travers la résistance 15, cette tension V constituant la limite du seuil de déclenchement de l'alarme. L'amplificateur 16 qui compare la tens#n 1i#à ment thermique à la tension de référence V commande un relais électronique ou électromécanique 17, lequel détermine le fonctionnement du dispositif d'alarme sonore ou lumineuse 18. Il est entendu que la précédente description donnée à titre explicatif n'est pas limitative et que le dispositif de déclenchement de l'alarme, lorsque l'écart de température dépasse un certain niveau, peut etre réalisé par tout autre moyen électrique connu applicable En dehors du principe général précédemment exposé en référence aux figures 1 et 2, la présente invention est caractérisée par l'association à ce principe d'un mode de réalisation particulier de la sonde d'ambiance. En effet, si la réalisation de la sonde, ou des sondes, de prise de température à l'intérieur de la batterie relève d'une technologie classique, la sonde d'ambiance doit par contre présenter sous un faible volume une constante de temps thermique égale à celle de la batterie, laquelle est très importante et d'ordre de grandeur de la dizaine d'heures. Il résulte de ce qui précède que le principe de la mesure différentielle de l'échauffement des batteries d'accumulateurs est lié à la possibilité de réalisation pratique d'une sonde d'ambiance de faible volume, d'un coût réduit, adaptable aux conditions d'emploi des batteries d'accumulateurs et possédant une constante de temps ajustable permettant de l'adapter à chaque cas pratique. La présente invention est donc liée à une formule de réalisation de la sonde d'ambiance décrite ci-après Selon la présente invention, cette sonde est essentiellement caractérisée selon la représentation schématique de la figure 3 par un élément thermosensible 31 logé dans la cavité interne 32 d'une enceinte calorifique 33 du type dit "vase Dewar", cette enceinte étant fermée par un bouchon 34 et cet ensemble étant placé dans un élément protecteur 35. Il est facile de comprendre qu'une telle disposition qui vise à limiter les échanges calorifiques entre l'élément sensible et l'ambiance extérieure, que ces échanges soient effectués par convection, par rayonnement ou par conduction, permet d'introduire de nombreux paramètres de réglage de la constante de temps thermique de l'ensemble et d'ajuster celle-ci en fonction des besoins prati ques. par exemple, l'enceinte 32 à double paroi constituant le vase Dewar peut etre plus ou moins vidée d'air pour modifier les échanges calorifiques par convection et posséder des parois argentées ou non pour modifier les échanges par rayonnement. D'autre part, la constante de temps de l'élément thermométrique sensible 31, la nature du matériau de remplissage de la cavité interne 32, la nature et la disposition des moyens mécaniques de fixation de l'élément sensible dans cette cavité, ainsi la nature et le mode de réalisation du bouchon 34 et de l'enceinte protectrice 35 sont d'autant de moyens de modifier la constante thermique de l'ensemble en tenant compte de toutes les technologies actuellement connues et applicables. Pour bien faire comprendre les modes de réalisation possible de la sonde d'ambiance à grande inertie thermique nécessaire pour l'application du principe de base indiqué précédemment, on se référera à la description schématique donnée ci-après à titre indicatif et non limitatif représentée par la figure 4. L'élément thermosensible constituant l'élément actif de la sonde est constitué par un fil métallique 41 à grand coefficient de variation de résistance, bobiné sur un tube isolant 42 et comportant lui-meme, dans son intérieur, une ame 43 constituée par un matériau à forte chaleur spécifique. Cet ensemble est lui-meme recouvert par une gaine convenablement isolée du fil métallique et possédant une face externe à grand pouvoir réfléchissant 44. L'ensemble ainsi décrit possédant déjà par lui-meme une certaine inertie thermique est logé dans la cavité interne 45 de l'enceinte à double paroi 46, dont le volume compris entre les deux parois contient un gaz à faible pression et dont les parois sont argentées, ceci afin de réduire les échanges thermiques entre l'intérieur et l'extérieur de cette enceinte. La cavité est fermée par un bouchon 47, par exemple en matériau plastique isolant, réalisé de façon à réduire dans la plus grande mesure les échanges thermiques par conduction avec l'extérieur. Ce bouchon creux est traversé par les fils de raccordement électrique, de faible section 48 et 49 qui relient l'élément thermo-sensible aux pièces de jonction 50 et 51 qui sont elles-memes assujetties à la plaquette isolante 52 placée à l'extrémité du bouchon 47 et lesquelles servent à la fixation mécanique des cibles de sortie 53 et 54 et au raccordement électrique de leurs conducteurs internes par soudure ou tout autre moyen approprié. L'intérieur du bouchon creux 47 peut etre rempli d'un matériau à faible coefficient de transmission thermique, par exemple du type cellulaire. L'ensemble de l'élément sensible interne est tenu mécaniquement dans l'axe de la cavité 45 par l'intermédiaire du téton 55 du bouchon 47 et du-téton 56 de la pièce isolante 57 qui possède des levures souples 58 réduisant la surface de contact avec la paroi interne de l'enceinte, lesdits tétons 55 et 56 s'introduisant dans les deux extrémités du tube isolant 42 qui sert de support à l'élu ment sensible. La cavité interne 45 contenant l'élément sensible peut etre remplie avec un matériau isolant liquide ou solide, homogène ou du type cellulaire ayant les propriétés requises pour cet emploi, en particulier par des produits carbonés, fluorés ou siliconés. Une autre forme de réalisation de l'élément de mesure, dite à double enceinte, permettant de réaliser une sonde d'ambiance de très grande inertie thermique, est représentée schématiquement figure 5 à titre indicatif et non limitatif, et comporte un élément sensible 61 tel que précédemment indiqué, pouvant par exemple etre du type "sonde enrobée sous verre" d'un modèle couramment utiles6, lequel élément sensible est soudé à un pied de verrerie 62 analogue à celui des lampes électriques classiques qui comporte un aplatissement 63 assurant l'herméticité des fils de sortie 64 et 65 ainsi qu'un queusot de pompage 67, lequel débouche dans la cavité 70 de l'enceinte à double paroi 69 par un trou 68 situé en avant dudit aplatissement 63. Le pied 62 est soudé, d'une part, sur le tube interne 71 de l'enceinte 69, et d'autre part, sur le tube externe 72, ces deux tubes à parois argentées constituant l'enceinte Dewar dans laquelle on a fait le vide. On voit que par cette disposition on peut réaliser dans la cavité interne 70 où se trouve l'élément sensible un vide plus ou moins poussé permettant d'ajuster l'inertie thermique globale de l'ensemble au besoin approprié. On voit d'autre part qu'une telle réalisation utilisant des éléments bien connus et des techniques de verrerie classiques peut etre faite dans des conditions économiques convenables, et qu'un tel ensemble de mesure peut etre d'un volume relativement réduit. Ppur comprendre un mode de réalisation possible de l'ensemble de la sonde d'ambiance, on se reportera à la figure 6 sur laquelle l'ensemble de mesure est figuré en 81, la réalisation de cet ensemble de mesure dérivant des explications données précédemment en concordance avec les figures 4 et 5. Cet ensemble de mesure 81 est placé dans un tube protecteur 82, lequel, ainsi qu il a été indiqué, peut lui-méme contribuer à l'augmentation de l'inertie thermique globale, l'élément de mesure est tenu mécaniquement dans ce tube par exemple par un compound isolant 83, lequel doit présenter une souplesse convenable afin d'éviter les contraintes mécaniques dues aux dilatations, ou bien par tout autre moyen connu approprié. Le tube 82 porte à son extrémité une pièce isolante 84 munie de passages métalliques 85 et 86 permettant la liaison électrique des conducteurs de sortie avec l'élément de mesure. Les conducteurs de sortie isolés 87 et 88 sont liés électriquement aux éléments de raccordement 85 et 86 et assujettis mécaniquement à ceux-ci par une disposition non figurée par simplification permettant d'assurer leur résistance à la traction. Il est à noter également que les précautions habituelles nécessaires pour éviter l'influence de couples thermo-électriques parasites doivent etre prises aux endroits de raccordement. Enfin, le tube protecteur 82 est lui-meme logé dans un ensemble isolant souple 90 assurant l'isolement électrique et thermique de l'ensemble ayant une forme appropriée au logement que celui-ci doit occuper dans la batterie, sur celle-ci ou bien à proximité. La figure 7 montre une coupe schématique de l'agencement d'une batterie d'accumulateurs munie d'un dispositif selon la présente invention. La batterie comporte deux rangées de bacs 91 et 92 placés dans un coffre 93, ces bacs reposant sur des cales inférieures 94 et 95 étant séparés par une plaque centrale isolante 96 et serrés sur celle-ci par l'effet de deux plaques latérales isolantes 97 et 98. La sonde 99 de prise de température de la batterie est une sonde plate allongée réalisée selon les méthodes classiques,logée dans l'épaisseur du séparateur central 96. La sonde d'ambiance comportant le corps de mesure 100 logé dans l'isolant externe souple 101 est figurée ici placée sous le couvercle 102, ce qui est un bon emplacement pour le but recherché et permet de constituer un ensemble batterie et dispositif de surveillance. Dans les descriptions précédentes, nous avons cité, à titre d'exemple, que l'élément thermo-sensible pouvait etre constitué par une résistance constituée par un fil métallique bobiné, mais elle peut etre réalisée également par tout autre moyen connu, par exemple par une couche métallique obtenue par dépôt sur un support par une thermistance, ou bien par tout autre élément thermo-sensible actuellement connu. La présente invention prévoit également une correction de l'information en fonction de la température, afin de tenir compte du fait qu'avec le montage simple indiqué, cette information n'est pas linéaire mais plus réduite aux températures élevées qu'aux basses températures, alors que l'effet de l'échauffement a des conséquences pratiques plus importantes lorsque la température de la batterie dépasse 700C. Pour dilater l'information aux températures élevées, on peut utiliser les différents schémas connus déjà utilisés en thermométrie.Par exemple, et sans que ceci soit limitatif, on peut utiliser le montage simple représenté par la figure 8, sur lequel on peut voir que la batterie 110 comporte non seulement les sondes de température interne 111 et d'ambiance 112 indiquées précédemment, mais également une thermistance 113 shuntée par une résistan ce 114 & aible coefficient de température, l'ensemble de ces deux résistances ayant une valeur et un coefficient de température négatif convenables pour que la sensibilité apparente du système de mesure 115 place dans la diagonale du pont complété par les résistances 116 et 117 soit augmentée aux températures élevées. Il est à noter cependant que ce montage exige une liaison par une ligne à trois fils 118 entre la batterie 110 et l'ensemble de mesure 119. Il est également possible de réaliser une augmentation de la sensibilité de la mesure différentielle de température en utilisant des dispositifs électroniques connus et la figure 9 donne à titre d'exemple le schéma de principe d'une telle disposition. Les résistances de mesure 121 et 122,telles que décrites précédemment, sont alimentées sous une tension constante V à travers les résistances 123 et 124 et les tensions ul, u2 apparaissant à leurs bornes sont appliquées à l'entrée d'un amplificateur différentiel à gain variable 125.Le gain de cet amplificateur est lui-meme commandé par un dispositif électronique de conception classique 126, de telle sorte que le courant, ou la tension alimentant le système de mesure 127, n'est plus proportionnel à l'écart entre les tensions d'entrée, mais fonction croissante de la température, ceci par le fait que la tension u2 croissante avec la température commande grace au dispositif 126 un accroissement du gain de l'amplification selon une fonction déterminée par ses caractéristiques. D'autre part on appli que la tension de sortie u de l'amplificateur 125 à l'amplificateur 128 en comparaison avec une tension de référence v, ceci permettant, comme expliqué précédemment, de déclencher un dispositif d'alarme 130 à l'aide d'un relais électronique ou électromagnétique 129 à partir d'un seuil de température déterminé. L'augmentation de sensibilité du montage différentiel en fonction de la température ambiante peut également etre obtenu par d'autres moyens connus et la figure 10 de la planche IV donne, à titre d'exemple, une autre possibilité de réalisation. Selon celleci on utilise pour la réalisation des sondes 131 et 132, logées dans la batterie 133, non pas des éléments thermo-sensibles ayant un coefficient de température sensiblement constant, mais des éléments ayant un coefficient de température identique mais non linéaire et variant en fonction de la température selon la loi désirée, ce qui peut etre obtenu par des bombinaisons de résistances de caractéristiques différentes selon les pratiques habituelles dans la technique des mesures de températures. Dans le montage indiqué à titre de variante, les sondes 131 et 132 sont alimentées à courant constant par un dispositif électronique classique 134, lequel fournit également les tensions d'alimentation de l'amplificateur différentiel 135 qui reçoit les tensions ul et u2 prises aux bornes des sondes et actionne l'indicateur électrique 136, de tout type connu, lequel indique l'écart de température permettant d'apprécier l'échauffement de la batterie avec la correction d'amplitude i##mposée par le choix du coefficient variable desdites sondes. REVENDICATIONS 1. Dispositif de surveillance visuelle de l'échauffement de batteries d'accumulateurs comportant un instrument de mesure électrique incorporé dans un montage différentiel permettant de l'actionner à l'aide de deux résistances à coefficient de tempéra- ture, l'une sensible à la température interne de la batterie et la seconde sensible à la température d'ambiance de celle-ci, dispositif caractérisé en ce que la seconde résistance est logée dans une enceinte thermiquement isolante avec une double paroi à vide interne, seconde résistance et enceinte formant conjointement une sonde d'ambiance à inertie thermique du méme ordre de grandeur que 1 'i- nertie thermique de la batterie. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite sonde d'ambiance comporte des moyens d'ajustage de son inertie thermique. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens d'ajustage comportent un moyen d'isolement thermique interposé entre l'enceinte et la seconde résistance. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le moyen d'isolement thermique comporte un fourreau en matière isolante. 5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le moyen d'isolement thermique comporte un gaz confiné dans len- ceinte sous pression réduite. 6. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit montage différentiel comporte des moyens connus adaptés à produire une augmentation de sa sensibilité lorsque la température croit 7. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le moyen de mesure électrique comporte un relais à seuil déclenchant un moyen d'alarme.