Brevet FR2497608A1 — publié le 19820709

- 1 - PROCEDE POUR DETERMINER L'ETAT DE DECHARGE D'UNE PILE ELECTRIQUE ET DISPOSITIF POUR LA MISE EN OEUVRE DE CE PROCEDE La présente invention concerne un procédé pour déterminer l'état de dé- charge d'une pile électrique par l'évaluation de sa résistance interne, ladite pile alimentant un appareil comportant un organe consommateur de courant, notamment une montre électronique, cet organe ayant au moins deux niveaux de consommation: un niveau de consommation minimal dit état de courant minimal et un niveau de consommation maximal dit état de grand courant. Elle concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce pro- cédé. La pile est un élément électrochimique, dont la résistance interne aug- mente fortement dès que l'on approche de l'épuisement de sa capacité. Cet épuisement peut être provoqué aussi bien par la décharge normale dans l'organe consommateur que par autodécharge, ou par les deux effets cumu- lés. Dans la plupart des appareils et plus particulièrement dans les montresé- lectroniques, il existe deux régimes de consommation récurrents ou non, correspondant aux états dits de courant minimal et de grand courant. La panne de l'appareil survient généralement lors du passage en régime grand courant pour lequel, si la résistance interne de la pile a augmenté, la chute de tension provoquée est suffisante pour mettre en défaut les cir- cuits de l'organe consommateur. Dans la montre analogique, par exemple, le régime de grand courant est récurrent, à savoir qu'à chaque seconde, le courant consommé par le mo- teur, s'additionnant à celui consommé en permanence par le circuit élec- tronique, provoque une chute de tension telle, qu'à la limite le moteur ou le circuit électronique soit perturbé. Il est par conséquent avanta- geux de prévoir cette situation et de détecter en permanence l'état de dé- charge de la pile électrique. Il n'existe actuellement aucun moyen fiable permettant de déterminer de façon sûre l'état de la pile électrique d'un instrument de précision, au moyen d'un dispositif suffisamment souple pour s'adapter à différents paramètres extérieurs. -2- La présente invention a pour but de combler cette lacune en proposant un procédé tel que susmentionné, caractérisé en ce que l'on procède à un pré- lèvement périodique d'échantillons de mesures de la tension résiduelle de la pile, brièvement connectée à une charge de référence, pendant des in- tervalles de temps au cours desquels l'organe consommateur se trouve à son niveau de courant minimal, en ce que l'on transforme ces mesures en signaux digitaux, en ce que l'on compare ces signaux digitaux à n niveaux programmables d'un décodeur, et en ce que l'on détecte un signal de sortie indiquant que l'état de décharge de la pile correspond à l'un au moins de ces niveaux programmés. Le dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé est caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de commutation piloté par au moins un signal logique, une charge de référence, un dispositif échantillonneur-bloqueur pour prélever les échantillons de mesures de tension aux bornes de la charge de référence, à chaque fermeture du circuit effectuée par le dis- positif de commutation, un convertisseur analogique-digital pour trans- former les signaux de tension apparente en signaux digitaux, un organe décodeur programmable à n niveaux, agencé pour comparer les signaux digi- taux correspondant aux signaux de tension apparente, aux n niveaux du dé- codeur, cet organe décodeur étant agencé pour fournir au moins un signal indiquant l'état de la pile, ce signal étant engendré par la correspon- dance de l'un desdits signaux digitaux avec l'un des niveaux sélectionnés dans le décodeur. Ce dispositif est utilisable partout o la surveillance de l'état d'une pile électrique est importante, par exemple dans les montres, les appa- reils médicaux, les chronomètres de marine, les détecteurs, les appareils de transmission, etc. Le principe du procédé et du dispositif selon l'in- vention consiste à mesurer périodiquement la tension résiduelle de la pi- le et à transmettre ces mesures à un dispositif programmé pour fournir différents signaux correspondant aux différents états successifs de la pile. En pratique, pour une montre, deux signaux distinctifs sont utiles: un premier signal correspondant à un niveau de préalarme et un second si- gnal correspondant à un niveau d'alarme. La résistance interne d'une pile varie également en fonction de la tempé- 38 rature; en fait, elle augmente avec l'abaissement de la température. Dans -3 - le cas d'une montre, le dispositif doit ignorer les causes de l'augmenta- tion de la résistance interne. C'est pourquoi la programmation de deux niveaux de détection permet d'enclencher-une préalarme, même temporaire- ment, lorsque la montre est soumise à un abaissement de la température, ce qui indique, de façon anticipée, l'approche de l'épuisement de la pile ou un mauvais comportement, se traduisant par une résistance interne dé- passant les normes admises et pouvant conduire à un arrêt prématuré de l'appareil. Dans le but de permettre un ajustement fin d'un nombre prédéterminé de niveaux de détection, le dispositif comporte des moyens de programmation pour assurer la sélection et l'ajustage des niveaux de détection. La présente invention sera mieux comprise en référence à la description d'un exemple de réalisation et du dessin annexé, dans lequel La figure 1 représente une vue schématique d'une réalisation préférée du dispositif selon l'invention, La figure 2 représente un diagramme des temps de fonctionnement des com- posants du dispositif de la fig. 1, et La figure 3 représente schématiquement la correspondance des niveaux du comparateur avec les différents états de la pile. En référence à la fig. 1, le dispositif décrit est destiné à déterminer l'état de décharge d'une pile P d'un appareil, dont l'organe consommateur est schématiquement représenté par le bloc 1, comportant une charge RLl figurant l'état dit à courant minimal et la charge commutée RL2, figurant l'état dit de grand courant o la consommation est maximale. Le disposi- tif proprement dit se compose d'un dispositif de commutation 2, d'une ré- sistance de référence RLO, d'un circuit échantillonneur-bloqueur 3 connu en soi, d'un convertisseur analogique digital 4 et d'un décodeur 5 pro- grammable à n niveaux qui, dans le présent cas, est relié au convertis- seur 4 par trois lignes 6. Le dispositif représenté comporte également un organe logique de commande 7, qui peut être indépendant de l'organe con- sommateur ou au moins partiellement intégré à ce dernier, auquel cas tout 38 ou partie des signaux logiques nécessaires au fonctionnement du disposi- -4 - tif peuvent être fournis par les circuits de l'organe consommateur. Le dispositif logique de commande 7 comporte au moins trois entrées, respec- tivement fm pour transmettre une fréquence mesure (correspondant à la périodicité des prélèvements d'échantillons de mesures, par ex. toutes les heures, toutes les minutes, etc.), va pour transmettre des signaux de validation destinés à,par exemple>interdire la mesure pendant certaines périodes, et fh pour transmettre une fréquence horloge servant de fré- quence de base, définissant le temps d'ouverture du dispositif pour ef- fectuer la mesure. Cette fréquence de base est de préférence la fréquence la plus élevée disponible dans les circuits de l'appareil. La logique de commande 7, l'échantillonneur-bloqueur 3, le convertisseur analogique digital 4 et le décodeur 5 sont des composants classiques bien connus en soi, mais dont les caractéristiques doivent être adaptées selon les circonstances, et en particulier selon qu'il s'agit de circuits sta- tiques, pseudo-dynamiques ou dynamiques. La charge de référence est constituée par au moins une résistance ou par une combinaison diodes-résistances. Dans le but de permettre une compen- sation des variations en fonction de la température, ou d'obtenir une va- riation de la loi de détection des niveaux en fonction de la température, la charge de référence peut être constituée par des résistances variables en fonction de la température, ou par une combinaison de résistances et/ ou de diodes variables en fonction de la température. Dans l'exemple de réalisation illustré par la fig. 1, le décodeur 5 com- porte par exemple deux groupes d'interrupteurs 8 et 9, agencés pour sé- lectionner deux niveaux de détection de l'état de décharge de la pile P et pour fournir deux signaux correspondants L1 et L2, qui peuvent respec- tivement définir un niveau de préalarme et un niveau d'alarme. Dans ce cas, les deux groupes comportent chacun trois interrupteurs, qui agissent respectivement sur chacune des trois lignes 6. Ces interrupteurs groupés par trois constituent les organes de programmation, chaque interrupteur de chaque groupe ayant respectivement une entrée sur chaque ligne. Bien entendu, le dispositif n'est pas limité à une réalisation conforme à cel- le représentée par la fig. 1. Le nombre de lignes et, par suite, le nom- bre des organes de programmation, peut être adapté selon les besoins. 38 De même, le nombre de niveaux sélectionnés et, par suite, de sorties et -5- celui des organes indicateurs connectés à ces sorties, peut être supé- rieur à deux. En partique, le nombre p de ces sorties est inférieur ou égal au nombre n des niveaux programmables du décodeur. Selon une autre variante (non représentée), le décodeur peut comporter une série d'interrupteurs agencés pour sélectionner directement p niveaux de sorties, p étant au plus égal à n. Le nombre p peut être égal à deux et les sorties peuvent à nouveau correspondre à un niveau de préalarme et d'alarme. En référence aux fig. 1 et 2, le principe de fonctionnement du dispositif est le suivant. Fondamentalement, il s'agit de mesurer périodiquement et brièvement la tension résiduelle de la pile P momentanément chargée par la charge de référence RLO additionnée à la charge R4 (lorsque la pile n'est sollicitée que par l'état de courant minimal). La tension, qui ap- parait aux bornes de la charge de référence, est échantillonnée et blo- quée par l'échantillonneur-bloqueur 3, puis cette mesure est transformée en une information digitale par le convertisseur analogique digital 4. Le décodeur 5 comporte des moyens de programmation (par exemple sous la for- me des groupes d'interrupteurs 8, 9), qui permettent de sélectionner n niveaux distribués sur n sorties 6 liées au convertisseur 4. Le nombre p des groupes d'interrupteurs correspond au nombre des p niveaux sélection- nés de détection de l'état de la pile, ces p niveaux étant respectivement connectés à p indicateurs ou à des circuits de retour agissant sur l'or- gane consommateur, afin d'en modifier le comportement pour des raisons d'économie d'énergie, ou pour assurer une meilleure fiabilité de compor- tement sous résistance interne de pile augmentée. Pour une montre, les n niveaux de détection du décodeur peuvent par exemple être obtenus par huit valeurs de tension étagées de 0,8 à 1,5 V selon un pas de 0,1 V. Ces huit niveaux sont transmis au décodeur par trois bits parallèles (lignes 6) représentant huit informations. Les deux groupes 8 et 9 de trois interrupteurs chacun permettent la programmation de deux niveaux correspondants, dans le cas d'une montre, aux niveaux préalarme et alarme. Ces niveaux apparaissent sur deux lignes de sorties L1 et L2. L'organe logique de commande 7 transmet, aux différents éléments consti- 38 tuant le dispositif décrit, des informations de commande appelées cmd et -6- des signaux d'activation act, qui sont représentés par des flèches sur la fig. 1. Ces impulsions de commande et d'activation sQnt représentées par le dia- gramme des temps de la fig. 2. La fig. 3 représente schématiquement la correspondance entre les niveaux de référence du décodeur et les états de la pile, dans le cas o la char- ge de référence est égale à la moitié de la charge RL2. Les niveaux du décodeur sont représentés par les points a, b... h, tandis que A, B... H représentent les états de décharge réelle de la pile. Grâce aux organes de programmation du décodeur, la loi de correspondance peut être modi- fiée, ce qui assure une grande souplesse d'utilisation du dispositif dé- crit. En effet, il est possible de programmer plusieurs niveaux d'infor- mation et, éventuellement, de les modifier en fonction d'une modification ultérieure de la charge. L'avantage de disposer de n niveaux couvrant une plage supérieure à la plage intéressante, ouvre une possibilité d'ajuster le système en fonction des dispersions caractéristiques des éléments ana- logiques du système, principalement en cours de fabrication. Cet élargis- sement de la plage permet également de compenser les erreurs dues à une dispersion des caractéristiques du système, par exemple par décalage d'un niveau lors de la programmation du décodeur. Les avantages du dispositif sont dus au fait que l'échantillonnage se fait sur une charge fixe prédéterminée, une telle mesure étant plus ai- sée et reproductible que celle effectuée sur la charge réelle du consom- mateur qui peut varier périodiquement (par exemple lors du changement de jour dans une montre). D'autre part, le système de mesure, échantillonné durant quelques ms ou quelques fractions de ms chaque minute ou chaque heure, a l'avantage de ne pas épuiser la pile par ce prélèvement. En ou- tre, l'ensemble du dispositif ne nécessitant une activation que durant la période de la mesure et de son interprétation digitale, il peut être déconnecté entre les mesures. Enfin, bien que la logique de commande soit agencée pour activer périodiquement le dispositif, elle est étudiée pour intervenir en interdisant momentanément la mesure lors d'un fonctionne- ment temporairement particulier de l'organe consommateur, comme par exem- ple l'avance en fréquence accélérée du moteur de la montre, le changement 38 de jour, etc. -7 - Revendications 1. Procédé pour déterminer l'état de décharge d'une pile électrique par l'évaluation de sa résistance interne, ladite pile alimentant un appareil comportant un organe consommateur de courant, notamment une montre élec- tronique, cet organe ayant au moins deux niveaux de consommation: un ni- veau de consommation minimal dit état de courant minimal et un niveau de consommation maximal dit état de grand courant, caractérisé en ce que l'on procède à un prélèvement périodique d'échantillons de mesures de la tension résiduelle de la pile, brièvement connectée à une charge de réfé- rence, pendant des intervalles de temps au cours desquels l'organe con- sommateur se trouve à son niveau de courant minimal, en ce que l'on trans- forme ces mesures en signaux digitaux, en ce que l'on compare ces signaux digitaux à n niveaux programmables d'un décodeur, et en ce que l'on dé- tecte un signal de sortie indiquant que l'état de décharge de la pile correspond à l'un au moins de ces niveaux programmés. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on calibre la charge de référence de telle manière que le courant de drain, engendré lors des prélèvements des échantillons de mesures de la tension aux bor- nes de cette charge de référence, additionné au courant minimal, soit au plus égal à celui correspondant à l'état de grand courant. 3. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, -caractérisé en ce qu'il- comporte un dispositif de commutation piloté par au moins un signal logique, une charge de référence, un dispositif échan- tillonneur-bloqueur, pour prélever les échantillons de mesures de tension aux bornes de la charge de référence, à chaque fermeture du circuit effec- tuée par le dispositif de commutation, un convertisseur analogique-digi- tal pour transformer les signaux de tension apparente en signaux digitaux, un organe décodeur programmable à n niveaux, agencé pour comparer les si- gnaux digitaux correspondant aux signaux de tension apparente, aux n ni- veaux du décodeur, cet organe décodeur étant agencé pour fournir au moins un signal indiquant l'état de la pile, ce signal étant engendré par la correspondance de l'un desdits signaux digitaux avec l'un des niveaux sé- lectionnés dans le décodeur. 36 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'organe décodeur comporte des organes commutateurs agencés pour sélectionner p niveaux de détection de l'état de la pile, le nombre p des niveaux de dé- tection étant au plus égal au nombre n des niveaux programmables du déco- deur. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte p sorties correspondantà porganes indicateurs, connectés à l'organe déco- deur et agencés pour signaler p étatsdifférentsde la pile, chacun de ces états correspondant à un des p niveaux de détection du décodeur. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le décodeur comporte au moins deux groupes d'interrupteurs, agencés pour sélectionner par décodage deux niveaux respectivement de préalarme et d'alarme. 7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le décodeur comporte une série d'interrupteurs, agencés pour sélectionner deux ni- veaux respectivement de préalarme et d'alarme. 8. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte un organe logique de commande, agencé pour fournir au moins un signal lo- gique de commande au dispositif de commutation. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'organe logique de commande est agencé pour activer le dispositif à intervalles réguliers, et/ou pour interdire momentanément l'activation de ce disposi- tif pendant toute période o le consommateur se trouve dans son état de grand courant. 10. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la charge de référence comporte au moins une résistance. 11. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la charge de référence comporte au moins une diode et au moins une résistance. 12. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la charge de référence comporte au moins un élément, dont les caractéristiques va- 37 rient de façon connue en fonction de la température.