Brevet FR2589008A1 — publié le 19870424

Système de surveillance d'un ensemble d'accumulateurs électrochimiques et dispositif de surveillance pour un accumulateur. La présente invention concerne un système de surveillance d'un ensemble d'accumulateurs électrochimiques. Actuellement, un système connu de surveillance de batterie d'accumulateurs électriques comporte deux types de mesures : 10 - des mesures globales donnant une information sur l'ensemble de la batterie. Ce premier type de mesures ne nécessite que peu de câbles puisqu'il suffit de peu de capteurs (shunt, voltmètre,...) 20 - des mesures individuelles au niveau de chaque accumulateur de la batterie. Ce second type de capteurs exige une quantité importante de câbles puisque chaque accumulateur étant porté à un potentiel différent des accumulateurs voisins, (accumulateurs en série) il fauv autant de paires de conducteurs que de mesures.Ceci constitue un grave inconvénient pour l'exploitation correcte dune batterie car l'accès est ainsi rendu difficile, les risques de courts-circuits sont importants et le court est élevé. La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients et propose un système sur, pratique et simple. L'invention a ainsi pour objet un système de surveillance d'un ensemble d'accumulateurs électrochimiques, caraetérisé en ce qu'au moins quelques accumulateurs sont munis d'un module individuel, autonome, de mesures comprenant au moins un capteur d'un paramètre caractéristique de l'état de l'accumulateur, et un boitier contenant des circuits électroniques de mesure, de traitement local des mesures et de transmission sérielle des informations, l'alimentation générale desdits circuits provenant des bornes de l'accumulateur, les informations transmises consistant en un message comprenant au moins un code repère de l'aceumu- lateur considéré et au moins une information relative à la tension dudit accumulateur et au paramètre appréhendé par ledit capteur, ledit message étant transmis d'une façon répétée à cadence aléatoirement distribuée autour d'une valeur régulière, le système comportant une unité de réception et d'exploitation des messages des divers accumulateurs, ladite unité recevant en outre une information sur la tension totale de l'ensemble des accumulateurs et sur l'intensité débitée. Avantageusement, ladite transmission d'information est réalisée par voie radio-électrique. On peut également utiliser une transmission par courant porteur. Selon une autre caractéristique de l'invention, ladite unité de réception et d'exploitation élimine tout message en provenance d'un accumulateur, se chevauchant au moins en partie avec un message en provenance d'un autre accumulateur. Selon une réalisation particulière, le module individuel de mesure comprend un capteur de température et un capteur détecteur de niveau minimal, constitué par une électrode plongeant dans l'électrolyte et reliée à une sortie d'un générateur de courant alternatif dont l'autre sortie est reliée à l'une des bornes de l'accumulateur. L'invention a aussi pour objet un dispositif de surveillance pour un accumulateur, caractérisé en ce qu'il comprend un module individuel, autonome, de mesures comprenant au moins un capteur d'un paramètre caractéristique de l'état de l'accumulateur et un boitier contenant des circuits électroniques de mesure, de traitement local des mesures et de transmission sérielle des informations relatives à l'état de l'accumulateur et à son identification, ces informations consistant en un message transmis d'une façon répétée à cadence régulière, ledit module comportant une entrée pour l'alimentation desdits circuits électroniques. On va maintenant donner la description d'un exemple de mise en oeuvre de l'invention en se référant au dessin annexé dans lequel La figure 1 est un schéma représentant globalement le système de surveillance selon l'invention. La figure 2 montre un module individuel autonome faisant partie du système de surveillance. La figure 3 est un schéma synoptique représentant l'ensemble des fonctions réalisées par les circuits électroniques du module de la figure 2. En se référant à la figure 1, on voit un ensemble de n accumulateurs électrochimiques repérés A1 à An reliés en série. L'ensemble de ces accumulateurs est situé dans un local.1. Chaque accumulateur est muni d'un dispositif de surveillance constitué par un module individuel autonome 2. Ce module individuel autonome a pour fonction de mesurer certaines caractéristiques de l'état de ltaccumula- teur, de les traiter et de transmettre par voie radio-électrique ces informations ainsi que l'identité de l'accumulateur concerné. Ce module individuel 2 comporte donc des circuits électroniques de mesure, de traitement et de transmission. L'alimentation générale de ces circuits est réalisée par l'accumulateur lui-meme au moyen de connexions 3 et 4 reliées aux bornes positive 5 et négative 6 de l'accumulateur. Les informations transmises par les modules 2 sont reçues par une unité de réception et d'exploitation 7, qui reçoit en outre une information sur la tension VE de l'ensemble des accumulateurs, donnée par un appareil de mesure de la tension 8, ainsi que sur l'intensité I débitée, donnée par un appareil de mesure de courant 9. Les informations reçues sont exploitées par un programme et l'unité comporte un certain nombre de voyants dtaffjehage permanent, d'alarmes, d'affichage à la demande ainsi qu'une imprimante permettant la tenue d'un journal relatant en particulier les éventuels incidents etc... La figure 3 représente sous forme de schéma bloc, l'électronique de mesure de traitement et de transmission d'un module individuel autonome 2. Dans l'exemple représenté sur cette figure 3, le module 2 comprend trois capteurs de mesure : Une sonde de température 10, une sonde de densité 11 et un capteur détecteur de niveau minimal 12. Ces trois capteurs plongent dans l'électrolyte de l'accumulateur. La sonde de température 10 est insérée dans un pont de Wheatstone 40 qui fournit en sortie un signal analogique T fonction de la température de a l'électrolyte. La sonde de densité 11 est reliée à un circuit électroni que 41 d'élaboration d'un signal D représentatif de la densité de a l'électrolyte de l'accumulateur. Le capteur détecteur de niveau minimal 12 est une électrode qui plonge dans l'électrolyte jusqutau niveau minimal acceptable assurant ainsi un contact avec l'électrolyte tant que son niveau est correct.Cette électrode 12 est reliée à un générateur de courant alternatif 13 et la fermeture du circuit est JSn par #r.e connexion 1V reliant le générateur à la borne positive de i accumul#teur. Au lieu d'une électrode, on peut aussi utiliser deux électrodes plongeant dans l'électrolyte et reliées aux sorties du générateur de courant alternatif 13. Dans ce dernier cas, la borne positive de l'accumulateur n'est pas utilisée. On utilise un générateur de courant alternatif afin d'éviter la polarisation de l'électrode 12 et donc son usure. En pratique, la fréquence choisie pour le générateur est de 6,66 KHz dans l'exemple. La mesure est ainsi insensible aux variations de densité de l'électrolyte. Lorsque l'électrode 12 plonge dans l'électrolyte, le courant de mesure est volontairement limité à 0,1,lu Lorsque l'électrode n'est plus en contact avec l'électrolyte, le courant est nul. On obtient ainsi un signal Na indiquant la présence ou l'absence de contact de l'électrode avec l'électrolyte. Ces signaux T , N et D sont envoyés vers un a a multiplexeur 15 qui reçoit également la tension Ua de l'accumulateur. Cette tension U sert à l'alimentation générale de tous les a circuits après conversion en une tension stabilisée Ur réalisée par un convertisseur 16. Cette tension stabilisée de référence Ur est également envoyée vers le multiplexeur 15. Un circuit électronique de protection 17 est interposé dans l'alimentation. Tous les circuits 40, 41, 13, 17 sont ainsi alimentés par la tension Ur en sortie du convertisseur 16. Cette tension Ur est par exemple de 5 Volts, la tension de l'accumulateur variant de 1,4 V à 2,4 V de façon standard et pouvant atteindre 1 volt au minimum et 3 volts au maximum dans la technologie réalisée (accumulateur au Pb, et H2S04 comme électrolyte). En sortie du multiplexeur 15, le signal est envoyé vers un convertisseur analogique-digital 18 puis vers un circuit sérialisateur 19 qui transforme les quatre informations numériques de température, de densité, de tension de référence, de tension d'accumulateur, plus l'information logique de niveau provenant de la sonie de niveau 12 et une information relative à l'identité de l'accumulateur fournie par une logique d'instruction 20, en un message série à 1 Mitez constitué - d'un mot d'en-tête avec contrôle d'imparité - de cinq mots de mesures avec contrôle de parité - d'un mot de fin de message avec contrôle d'imparité. Chaque mot comprend également un bit "Start" et deux bits "Stop". Un émetteur 21 assure l'émission sur une porteuse à fréquence élevée, de 27 MHz dans l'exemple, du message complet en 84 ss secondes à raison d'un message par seconde. Enfin une antenne d'émission 22 assure la diffusion des messages émis. L'ensemble des circuits 15, 18, 19 et 21 est commandé par la logique programmée 20, et alimenté par la tension Ur de 5 volts comme on l'a représentée symboliquement par la tension Ur appliquée au cadre 23 englobant tous ces circuits. La figure 2 montre un module individuel autonome, il comporte un bottier 24 avec un couvercle 25 et une queue 26 qui traverse le couvercle 27 de l'accumulateur et est maintenu par un écrou 31. Des joints 32 et 33 assurent l'étanchéité. Le bottier 24 contient des cartes électroniques 28 qui regroupent tous les circuits de la figure y compris l'antenne 22 intégrée. En 42, on a représenté le dessus des plaques de l'accumulateur. Dans l'exemple représenté sur la figure 2, le module n'est équipé que de deux capteurs : le capteur 10 de température et le capteur 12 de niveau, il n'y a pas de capteur de densité contrairement à ce qui est représenté dans l'exemple de la figure 3. En fait, la mesure de densité n'est pas indispensable. En l'absence de sonde de densité 11 il n'y a évidemment pas de signal D . L'alimentation des circuits électroniques a des cartes 28 est assurée par des connexions 3 et 4 provenant -respectivement de la borne positive et négative de l'accumulateur et pénétrant dans le boiter 24 par des ouvertures munies de presse étoupe 29 et 30. La sonde de température 10 est protégée par une gaine 34 obturée à sa partie inférieure par une fermeture étanche 35 et qui pénètre dans la queue 26 par l'intermédiaire d'un presse-étoupe 36. L'électrode de niveau 12 est protégée dans sa plus grande longueur par une gaine 37. L'intérieur du boitier 24 est rempli d'une résine ainsi que la queue 26. Cette résine n'a pas été représentée pour plus de clarté. Chaque accumulateur A1, A2, etc.. #An est ainsi muni d'un tel module individuel autonome et chaque module émet régulièrement son message d'une durée de 84 secondes toutes les secondes sans aucun synchronisme entre les différents modules. L'unité de réception et d'exploitation 7 (figure 1) comporte un démodulateur recevant la totalité des messages transmis, sur la même fréquence, par les n modules 2 des n accumulateurs. L'unité 7 comporte un décodeur qui élimine tous messages en coincidence totale ou partielle provenant de plusieurs modules 2. L'unité 7 comprend en outre un désérialisateur qui permet de reprendre dans chaque message reconnu valable, les différentes informations et de les donner à une unité de traitement pour exploitation, avec le numéro de l'accumulateur correspondant. Deux codeurs à trois chiffres décimaux avec un bouton de validation permettent de faire correspondre à chaque numéro d'accumulateur un numéro quelconque, et en particulier le numéro du module 2 qui équipe l'accumulateur correspondant. Une remise à zéro permet de faire l'équivalence entre tous les numéros des accumulateurs et tous les numéros des modules 2. Un affichage à trois digits permet de contrôler le numéro du bottier pris en mémoire en face de chaque numéro d'élément affiché au codeur. Pour une batterie de 160 accumulateurs, vu la durée très courte de chaque message (84)4s) et devant la période d'émission de ce message (1 s), les risques de collision entre les messages des différents accumulateurs sont peu élevés et comme les périodes entre les émissions des différents modules sont aléatoirement distribuées autour de la période moyenne d'une seconde, les éventuelles collisions ont toutes chances de ne pas se répéter, de telle sorte qu'au bout de deux ou trois secondes, on est sûr d'avoir reçu au moins une fois un me#ssage de chaque module 2. Au lieu d'utiliser un système de transmission par voie radio-électrique on peut aussi, par exemple, utiliser un système de transmission par courant porteur sur les lignes 43, 44 reliant l'ensemble des accumulateurs. REVENDICATIONS 1/ Système de surveillance d'un ensemble d'accumulateurs électrochimiques (A1 à An), caractérisé en ce qu'au moins quelques accumulateurs sont munis d'un module individuel, autonome, (2) de mesures comprenant au moins un capteur (12, 10) d'un paramètre caractéristique de l'état de l'accumulateur, et un boîtier (24) contenant des circuits électron de mesure, de traitement local des mesures et de transmission sérielle des informations, l'alimentation générale desdits circuits provenant des bornes (5, 6) de l'accumulateur, les informations transmises consistant en un message comprenant au moins un code repère de l'accumulateur considéré et au moins une information relative à la tension (Ua) dudit accumulateur et au paramètre appréhendé par ledit capteur, ledit message étant transmis d'une façon répétée à cadence aléatoirement distribuée autour d'une valeur régulière, le système comportant une unité de réception et d'exploitation (7) des messages des divers accumulateurs, ladite unité recevant en outre une information sur la tension totale (VE) de l'ensemble des accumulateurs et sur l'intensité (I) débitée. 2/ Système de surveillance selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite unité de réception et d'exploitation élimine tout message en provenance d'un accumulateur se chevauchant au moins en partie avec un message en provenance d'un autre accumulateur. 3/ Système de surveillance selon la revendication 1, caractérisé en ce que le module individuel, autonome (2), comprend un capteur de température (10) et un capteur détecteur de niveau minimal, constitué par une électrode (12) plongeant dans l'électrolyte et reliée à une sortie d'un générateur de courant alternatif (13) dont l'autre sortie est reliée à l'une des bornes de l'accumulateur. 4/ Système de surveillance selon la revendication 1, caractérisé en ce que le module individuel, autonome (2) comprend un capteur de température (10) et un capteur détecteur de niveau minimal, constitué par deux électrodes plongeant dans l'électrolyte et reliées aux sorties d'un générateur de courant alternatif (13). 5/ Système de surveillance selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite transmission d'informations est réalisée par voie radio-élec trique. 6/ Système de surveillance selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite transmission d'informatIons est réalisée par courant porteur 7/ Dispositif de surveillance pour un accumulateur, caractérisé en ce qu'il comprend un module individuel, autonome, (2) de mesures comprenant au moins un capteur (10, 12) d'un paramètre caractéristique de l'état de l'accumulateur et un boîtIer (24) contenant des circuits électroniques (28# de mesure, de traitement local des mesures et de transmission sérielle des Informations relatives à l'état de l'aceumula- teur et à son identification, ces informations consistant en un message transmis d'une façon répétée à cadence aléatoirement distribuée autour d'une valeur régulière, ledit module comportant une entrée (3, 4), pour l'alimentation desdits circuits électroniques. 8 Dispositif de surveillance selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit module comprend un capteur de température (10) et un capteur détecteur de niveau minimal (12).