Brevet FR2546629A1 — publié le 19841130

On connaît l'importance considérable prise par les accumulateurs dans le domaine industriel, importance due au fait qu'il n'existe aucun autre appareil capable d'emmagasiner dans un volume aussi réduit une aussi grande quantité d'énergie électrique directement utilisable. C'est ainsi qu'en auxiliaire différé, une batterie d'accumulateurs peut régulariser la puissance fournie par les dynamos, quten tampon, ou volant. d'énergie, elle peut être constamment connectée en parallèle avec une autre source d'énergie électrique ou que, en direct, elle peut être utilisée pour la traction. Les paramètres d'un élément d'accumulateur sont connus et sont liés à ses dimensions, à sa constitution et à son électrolyte : force électromotrice, résistance interne, capacité, rendement en quantité d'électricité et rendement en énergie. Ces derniers paramètres, et notamment la capacité sont d'autant plus difficiles a' contrôler qu'ils sont liés à l'état général de l'élément d'accumulateur et en particulier à l'état des électrodes et à la densité de 11 électrolyte. On a pu constater, par exemple, que la capacité d'un accumulateur décroît notablement en fonction de l'usure, c'est-à-dire du nombre de charges et de décharges qu'il subit, et en fonction du vieillissement qui accroît le phénomène dit d'auto décharge. Les procédés actuels de contrôle de la capacité et de l'énergie d'un élément d'accumulateur font généralement appel à une simple mesure de courant et de tension en cours de charge ou en cours de décharge en tenant compte de la résistance interne dudit élément. I1 est évident que, dans ces conditions, lesdits prodédés manquent de précision puisqu'ils ne font pas intervenir les variations dues au vieillissement de l'élément d'accumulateur et donnent une information ponctuelle. C'est ainsi, par exemple, que les procédés utilisés actuellement et les jauges mettant en oeuvre ces procédés ne permettent pas de donner des informations correctes sur l'état d'une batterie d'éléments d'accumulateurs après un repos prolongé ou pendant sa charge et sa décharge. On a noté, en effet, qu'une mesure de la tension sitbt après une recharge partielle d'une batterie d'éléments d'accumulateurs n'est pas significative de l'énergie réelle emmagasinée par la batterie, ceci étant du au fait que les réactions chimiques provoquées par la charge partielle ne sont pas achevées et que la batterie n' a donc pas retrouvé son état d'équilibre. De même un comptage des ampères-heures n'est un moyen intéressant de connaître l'énergie des éléments d'accumulateurs que dans la mesure où le contrôle effectué tient compte du taux de décharge desdits éléments et même de la température. On sait, par ailleurs, qu'une batterie d'éléments d'accumulateurs se décharge lentement durant un long repos, ce phénomèned'auto-décharge étant accéléré par le vieillissement. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et d'apporter les moyens de contrôle à tout moment de l'état d'une batterie d'éléments d'accumulateurs et s'appuie, entre autres, pour ce faire sur l'idée qu'il existe une relation sensiblement linéaire entre la densité de l'électrolyte d'un élément d'accumulateur et la tension mesurée en boucle ouverte aux bornes dudit élément lorsque celui-ci est resté au repos depuis un temps suffisant. En effet, la présente invention concerne un procédé de contrôle de l'énergie d'un élément d'accumulateur mettant en oeuvre, d'une part, des moyens de mesure de courant dudit élément et des moyens de mesure de sa tension:, lesdits moyens de mèsure de courant et de tension dudit élément étant sélectionnés, après conversion en fréquence, sur deux entrées séparées d'un ensemble de compteurs d'un appareillage de visualisation et, d'autre part, une horloge à fréquence fixe munie d'au moins un compteur déterminant l'une desdites mesures à effectuer, procédé notamment remarquable en ce que, sous l'effet d'au moins une implusion de courant d'amplitude déterminée provenant des moyens de mesure de courant de l'élément d'accumulateur, le compteur de l'horloge est remis à zéro et commute les compteurs de l'appareillage de visualisation sur lesdits moyens mesure de courant et en ce que, en l'absence de toute impulsion de courant pendant une période déterminée par ladite horloge, les compteurs dudit appareillage de visualisation sont automatiquement commutés sur les moyens de mesure de tension dudit élément d'accumulateur. Généralement, les moyens de mesure de courant comportent essentiellement un redresseur double alternance, et un convertisseur courant-fréquence constituant avec les compteurs de l'appareillage de visualisation un ampèreheure-mètre tandis-que les moyens de mesure de tension sont constitués d'un voltmètre différentiel muni d'un convertisseur analogique-numérique. L'intérêt primordial du procédé selon l'invention est de sélectionner l'information donnée sur les compteurs de l'appareillage de visualisation suivant l'état réel de l'élément d'accumulateur : ainsi, ledit appareillage de visualisation sera connecté sur les moyens de mesure de courant pendant la charge ou la décharge de l'élément d'accumulateur et sera connecté sur les moyens de mesure de la tension dudit élément lorsqu'il sera au repos depuis un temps relativement long, cette mesure de la tension étant alors très significative de la densité de l'électrolyte de l'élément et devenant alors la meilleure indication de l'énergie disponible puisque au bout de plusieurs heures de repos l'électrolyte est redevenu bien homogène. Pour avoir une meilleure-connaissance de l'énergie de l'élément d'accumulateur il faut tenir compte de son taux de décharge, c'est pourquoi le redresseur double alternance est avantageusement non linéaire. De préférence, pour parfaire la sélection de l'information les compteurs de l'appareillage de visualisation sont commutés sélectivement sur les moyens de mesure par un étage des compteurs de l'horloge. Le procédé selon l'invention présente, en outre, l'avantage de ne mettre en oeuvre que des moyens simples et bien connus des spécialistes. La présente invention concerne, en effet, également une jauge de contrôle d'énergie d'un élément d'accumulateur mettant en application le procédé ci-dessus décrit et notamment remarquable en ce qu'elle comporte essentiellement des moyens de mesure du courant et des moyens de mesure de la tension dudit élément d'accumulateur commutés sur des compteurs d'un appareillage de visualisation à l'aide des compteurs d'une horloge assurant le partage des diverses opérations de mesuré. De préférence, les moyens de mesure de courant sont constitués d'un redresseur non linéaire suivi d'un convertisseur courant-fréquence, et les moyens de mesure de la tension comportent un volmètre différentiel suivi d'un convertisseur analogique-numérique. En outre, l'appareillage de visualisation comporte des moyens logiques de limitation de ses compteurs à l'état haut et à l'état bas en cas de dépassement dans un sens ou dans l'autre des valeurs relevées par les divers moyens de mesure. De préférence, le dispositif d'affichage de l'appareillage de visualisation est constitué d'une échelle décimale lumineuse. La description qui va suivre en regard du dessin annexé fera bien comprendre commént l'invention peut-etre réalisée. La figure en annexe illustre schématiquement par un diagramme la composition d'une jauge de contrôle d'énergie d'un élément d'accumulateur permettant la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Conformément à cette figure, la jauge de contrôle d'énergie est constituée des moyens de mesure de courant 1 dudit élément et des moyens de mesure de tension 2. Les moyens de mesure de courant 1 comportent, un redresseur non linéaire double-alternance 3 suivi d'un convertisseur courant-fréquence 4. Une des entrées du dispositif de mesure de courant 1 est reliée à une des bornes 13 de l'élément d'accumulateur, ladite borne 13 étant elle-même reliée à l'une des bornes d'un shunt 14. La deuxième entrée 5 dudit dispositif de mesure 1 est reliée à l'autre borne du shunt 14, elle-même reliée aux dispositifs de charge et de décharge, non représentés, de S'élément d'accumulateur, de telle façon que le shunt 14 permette de mesurer le courant traversant l'accumulateur dans l'un ou l'autre sens. La sortie du dispositif 1 est reliée à un ensemble de compteurs 6 associé à un appareillage de visualisation 10 qui peut-être constitué, par exernple, par des diodes électro-luminescentes. Le convertisseur courant-fréquence 4 associé aux compteurs 6 et à l'appareillage 10 constitue alors un ampère-heure-mètre. Les moyens de mesure de tension 2 comportent un voltmètre différentiel 7 relié par les bornes 8 et 13 aux bornes de l'élément de l'accumulateur, ledit voltmètre différentiel 7 étant suivi dgun convertisseur analogiquenumérique 9 dont la sortie est réunie également aux compteurs 6 par une entrée différente de celle reliant lesdits compteurs et la sortie du convertisseur courant-fréquence. 4. La sortie de l'horloge 11 est réunie au convertisseur tension-fréquence 9 pour former, avec des éléments appropriés internes un convertisseur analogique-digital bien connu des spécialistes. La sortie de l'horloge 11 est également réunie à des compteurs dits "compteurs d'horloges" 12, eux-mêmes réunis aux compteurs 6 de l'appareillage de visualisation 10. La sortie du convertisseur courant-fréquence 4 est également réuni à une entrée RESET des compteurs d'horloge 12. Lorsque aucun courant n'est transféré entre l'élément d'accumulateur et les circuits de charge ou de décharge, aucune impulsion n'est transmise par le convertisseur courant-fréquence 4 à l'entrée RESET des compteurs d'horloge 12; lesdits compteurs 12 sont alors progressivement chargés par l'horloge 11, et sélectionnent, lorsqu'ils sont complètement chargés2 par exemple après quelques heures, la mesure de l'énergie de l'élément de l'accumulateur à partir des moyens de mesure de la tension 2. Lorsqu'un courant est reçu ou fourni par l'élément de l'accumulateur, une impulsion du convertisseur courant-fréquence 4 est transmise à l'entrée RESET des compteurs 12 de l'horloge 11, lesquels compteurs 12 commutent alors la sortie des moyens de mesure de courant et l'entrée des compteurs 6, excluant simultanément l'autre entrée desdits compteurs qui sont alors progressivement chargés ou déchargés à partir du niveau précédemment sélectionné par les moyens de mesure de la tension 2. Le niveau d'énergie transmis au système d'affichage 10 croit ou décroit selon le sens et l'intensité des courants débités ou reçus par l'élément d'accumulateur. Un dispositif approprié non représenté sur la figure interdit la prise en compte par les compteurs 6 des valeurs des niveaux d'énergie qui excéderaient les valeurs minimales ou maximales indiquées par l'appareillage 10. Ainsi l'ensemble de contrôle d'énergie est-il automatiquement réajusté à chaque décharge de l'élément d'accumulateur et à chaque recharge complètes puisque les recharges complètes sont toujours faites avec une énergie excédentaire, et que l'appareillage de visualisation indique la valeur minimale avant que l'accumulateur n'ait délivré la totalité de son énergie. REVENDICATIONS 1) Procédé de contrôle de l'énergie d'un élément d'accumulateur mettant en oeuvre, d'une part, des moyens de mesure de courant (1) dudit élément et des moyens de mesure de sa tension (2), lesdits moyens de mesure de courant (1) et de tension (2) dudit élément étant sélectionnés, après conversion en fréquence, sur deux entrées séparées d'un ensemble (6) de compteurs d'un appareillage de visualisation (10) et, d'autre part, une horloge (11) à fréquence fixe munie d'au moins un compteur (12) déterminant l'une desdites mesures à effectuer, procédé caractérisé en ce que sous l'effet d'au moins une impulsion de courant d'amplitude déterminée provenant des moyens de mesure de courant (1) de l'élément d'accumulateur, les compteurs (12) de l'horloge (11) sont remis à zéro et commutent l'appareillage de visualisation sur lesdits moyens de mesure-de courant (1) et en ce que, en l'absence de toute impulsion de courant pendant une période déterminée par ladite horloge (11) et ses compteurs (12), ledit appareillage de visualisation (10) est automatiquement commuté sur les moyens de mesure de tension (2) dudit élément d'accumulateur. 2) Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que les moyens de mesure de courant (1) comportent essentiellement un redresseur double alternance (3) et un convertisseur courant-fréquence (4) constituant avec des compteurs (6) dé l'appareillage de visualisation (10) un ampère-heure-mètre et en ce que les moyens de mesure de tension (2) sont constitués d'un voltmètre diffF- rentiel (7) suivi d'un convertisseur analogique numérique (9). 3) Procédé -selon la- revendication 2 caractérisé en ce que le redresseur double alternance (3) présente une caractéristique non linéaire. 4) Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que les compteurs (6) de l'appareillage de visualisation (10) sont commutés sélectivement sur les moyens de mesure de courant (1) et de tension (2) par I'intermér diaire d'un étage des compteurs (12) de l'horloge (11). 5) Jauge de contrôle d'énergie d'un élément d'accumulateur mettant en application le procédé conforme à l'une des revendications 1 à 4 et caractérisé en ce qu'elle comporte essentiellement des moyens de mesure du courant (1) et des moyens de mesure de la tension (2) dudit élémeht d'accumulateur commutés sélectivement sur-un appareillage de visualisation (10) par des compteurs (12) de l'horloge (11) assurant le partage des diverses opérations de mesure. 6) Jauge selon la revendication 5 caractérisé en ce que les moyens de mesure du courant (1) sont constitués d'un redresseur non linéaire (3) suivi d'un convertisseur courant-fréquence (4) constituant avec des compteurs (6) un ampèreheure-mètre, et en ce que les moyens de mesure de la tension (2) comportent un voltmètre différentiel (7) suivi d'un convertisseur analogique numérique(9) et en ce que l'appareillage de visualisation (10) comporte des moyens logiques de limitation de ses compteurs (6) à l'état haut et à l'état bas. 7) Jauge selon la revendication 6 caractérisé en ce que le dispositif d'affichage de l'appareillage de visualisation est constitué d'une échelle décimale lumineuse.