Brevet FR2609555A1 — publié le 19880715

PROCEDE ET DISPOSITIF DE MESURE DU TEMPS D'AUTONOMIE DISPONIBLE SUR UNE BATTERIE D'ACCUMULATEURS ELECTRIQUES. L'invention est relative à un procédé de mesure du temps d'autonomie d'une batterie d'accumulateurs montée en tampon entre un dispositif redresseur et un récepteur d'utilisation. Le dispositif redresseur fait partie d'une première source de courant susceptible d'assurer à la fois l'alimentation normale du récepteur et le maintien en état de charge de la batterie. La batterie forme une deuxième source de courant destinée à alimenter le récepteur en cas de défaillance de la première source. Le dispositif redresseur est connecté généralement à un réseau de distribution à courant alternatif, tandis que le point commun de raccordement du dispositif redresseur et de la batterie peut être relié au récepteur par l'intermédiaire d'un onduleur assurant l'alimentation sans discontinuité en courant alternatif de la charge, indépendamment de 1 'état de la première source de courant. L'alimentation de secours du récepteur par l'intermédiaire de la deuxième source de courant, en cas de défaillance du réseau, implique que la batterie se trouve dans un état de disponibilité, c'est-a-dire qu'elle soit capable de fournir sous une tension voisine de sa tension nominale, le courant nécessaire au fonctionnement du récepteur. La restitution de l'énergie stockée dans les batteries d'accumulateurs s'opère pendant un temps prédéterminé qui dépend à la fois du régime de décharge, et de la charge initiale. L'alimentation électrique par batterie s'effectue d'autre part dans des plages de tension limitées, et leur fonctionnement est interrompu lorsqu'un seuil minimum est atteint. Ce seuil minimum constitue la tension d'arrêt de l'alimentation de secours, et on comprend que seule une partie de l'énergie stockée dans la batterie est récupérable, l'autre partie n'étant pas utilisée. Dans le cas d'une alimentation sans coupure, dans laquelle la batterie se trouve en tampon entre la sortie du redresseur et l'entrée de l'onduleur, le fonctionnement de l'onduleur est possible dans une fourchette de l'ordre de 2,3 Volt à 1,65 Volt par élément de batterie d'accumulateur au plomb. Il devient alors impératif de ovonnattre le temps d'autonomie disponible sur la batterie, en cas d'utilisation d'un système de sécurité protégeant les biens ou les personnes, ou d'une alimentation sans coupure pour des installations informatiques. La détermination rigoureuse du temps d'autonomie disponible est rendue complexe par le nombre important des parametres influençant le fonctionnement des batteries - type de batterie (plomb, cadmium-nickel...) - état de charge initial - courant débité - température - âge de la batterie - histoire de la batterie (nombre de cycles de charge-décharge effectués, entretien...). Une première méthode connue de détermination du temps d'autonomie consiste à considérer la batterie dans un état de pleine charge au début de la période d'autonomie, et à assimiler le courant débité au courant nominal du récepteur. On réalise ainsi une simple mesure de temps par rapport à un temps théorique. Une deuxième méthode connue tient compte du courant effectivement débité par la batterie, mais suppose que la batterie est complètement chargée au début de la période d'autonomie. Une telle mesure n'est pas rigoureuse, car une décharge de la batterie a pu intervenir préalablement à l'instant du test d'autonomie. L'objet de l'invention consiste à élaborer un procédé simple et fiable de mesure du temps réel d'autonomie disponible sur une batterie. Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'il consiste - à mesurer le courant de décharge de la batterie pour établir le régime de décharge en fonction des paramètres de la batterie, - à calculer une première valeur de la capacité restante en fin de décharge de la batterie pour la tension d'arrêt retenue, - à calculer une deuxième valeur de la capacité en début de décharge de la batterie, - à faire la différence entre les deux valeurs précitées pour déterminer avec précision la capacité disponible au régime de décharge considéré, - et à diviser ladite capacité disponible par l'inténsité du courant débité pour obtenir le temps réel d'autonomie de ladite batterie. On remarque que la détermination paramétrique du temps d'autonomie tient compte à la fois du courant de décharge, et de l'état de charge initial de la batterie. L'invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé comportant - des moyens de mémorisation des paramètres de fonctionnement de la batterie, - des moyens de détection de l'intensité et du sens du courant de la batterie, - des moyens de comptage des temps successifs de charge et de décharge, comprenant un microprocesseur coopérant avec un convertisseur analogique numérique susceptible de transmettre en grandeur numérique et en signe le signal délivré par les moyens de détection, - et des moyens d'affichage du temps d'autonomie de la batterie, calculé par le microprocesseur. A la mise en service du récepteur, les paramètres spécifiques de la batterie utilisée peuvent être recensés dans des tables, dont le contenu est introduit dans la mémoire du microprocesseur au moyen d'une console à clavier de commande. La mesure du courant de batterie par les moyens de détection s'effectue au moyen d' un capteur à courant continu. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation non limitatif, illustré aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 illustre le diagramme d'autonomie d'un élément d'accumulateur en fonction du régime de décharge et des tensions d'arrêt; - la figure 2 montre une courbe de recharge d'un modèle de batterie; - la figure 3 représente le schéma synoptique d'un dispositif de mise en oeuvre du procédé de détermination du temps d'autonomie de la batterie d'une station d'énergie à accumulateurs; - la figure 4 est une variante de la fig. 3 pour une installation à alimentation sans coupure. La figure 1 représente un diagramme d'autonomie d'un élément d'accumulateur, notamment du type OP, en fonction du régime de décharge, et à une température ambiante donnée, par exemple à 250C. Ce diagramme est donné par le fabricant de la batterie, et indique les courbes d'autonomie (de 5 minutes à 60 minutes) et de tensions minimums (de 1,60 Volt à 1,82 Volt), permettant de déterminer facilement les caractéristiques de fonctionnement de la batterie, notamment la tension d'arrêt et la capacité disponible en fonction du courant de décharge. La figure 2 montre une courbe schématique de recharge d'un modèle de batterie, illustrant la variation de sa capacité en fonction du temps. La batterie est complètement rechargée (point A) après 20 heures de recharge, et 95 % de la capacité C est récupéré en 5 heures de recharge (point B). Le point C est atteint au bout d'un temps de charge de trois heures permettant d'obtenir les deux tiers de la capacité C. Le point D correspond à la capacité restante de la batterie en début de charge. Le procédé de détermination du temps réel d'autonomie de la batterie nécessite la mesure de deux paramètres : - le courant de décharge de la batterie, - et le temps écoulé depuis le précédent fonctionnement en décharge. Ces deux paramètres sont utilisés dans deux phases de fonctionnement du procédé. La première phase fait intervenir l'intensité du courant débité destiné à établir le régime de décharge en fonction du type de batterie. Le pourcentage de décharge indiqué sur l'axe des ordonnés de la fig. 1, permet de calculer la capacité restante en Ah (ampères-heures) en fin de décharge, pour la tension d'arrêt retenue (par exemple 1,65 Volt par élément). La deuxième phase de procédé permet de calculer la capacité de la batterie en début de décharge, en connaissant les ampères-heures (Ah) débités pendant un intervalle de temps prédéterminé, supérieur au temps de charge maximum de la batterie, par exemple 24 heures, et le temps écoulé depuis le précédent fonctionnement en décharge. La différence entre la valeur de la capacité de la batterie en début de décharge, et la valeur de la capacité restante en fin de décharge, consti tue: la capacité disponible au régime de décharge considéré. Le temps réel d'autonomie est obtenu directement en divisant la capacité disponible par l'intensité du courant débité. En cas de modification de l'intensité du courant débité pendant la décharge, le procédé permet de recalculer la nouvelle valeur de la capacité restante en fin de décharge. Il en résulte une valeur modifiée de la capacité débitée depuis le début de la décharge, entrainant une nouvelle autonomie disponible. La figure 3 illustre un dispositif 10 électronique de mise en oeuvre du procédé de détermination du temps d'autonomie disponible sur une batterie 12 d'une station d'énergie à accumulateurs. L'utilisation 14 est alimentée par la batterie 12 d'accumulateurs, associée à un circuit chargeur 16. Le dispositif 10 comporte :: - un capteur 18 de courant continu connecté entre la batterie 12 et le point commun 20 de raccordement de l'utilisation 14 avec le circuit chargeur 16, ledit capteur 18 étant destiné à mesurer le courant de charge ou de décharge de la batterie 12, - un convertisseur 22 analogique numérique, ayant une entrée analogique connectée au capteur 18, et une sortie numérique susceptible de transmettre l'information en provenance du capteur 18 à un microprocesseur 24; - une mémoire 26 en liaison avec le microprocesseur 24 par un bus 28 pour autoriser l'enregistrement des caractéristiques de décharge de la batterie 12; - une console 30 à clavier de commande du microprocesseur 24 pour l'entrée des données relatives aux caractéristiques de décharge;; - et un circuit d'affichage 32 du temps d'autonomie de la batterie 12, calculs par le microprocesseur 24 selon le procédé précité. Le circuit chargeur 16 peut coopérer par une liaison 34 directe avec le microprocesseur 24 par émission d'un signal de marche/arrêt du circuit chargeur 16 servant de repère aux phases de charge et de décharge de la batterie 12. Les paramètres spécifiques de la batterie 12 donnant la capacité utilisable en fonction du courant de décharge et de la tension d'arrêt ressortent des courbes (fig. 1 et 2) du constructeur, et peuvent être regroupés dans des tables, dont le contenu peut être facilement introduit au moyen de la console 30 dans la mémoire 26 à la mise en service de l'utilisation 14. Le calcul du temps d'autonomie de la batterie 12 par le microprocesseur 24 est opéré en fonction du courant de décharge de la batterie 12 et de l'état de charge intial. Le microprocesseur 24 est renseigné à tout moment par le capteur 18 sur l'intensité et le sens du courant de la batterie 12, et mesure les temps élémentaires de charge ou de décharge.L'ensemble de ces données est pris en compte dans les deux phases de mise en oeuvre du procédé, respectivement pour le calcul de la capacité restante en fin de décharge, et de la capacité de la batterie 12 en début de décharge, permettant de déterminer avec précision la capacité disponible au régime de décharge considéré. Le temps réel d'autonomie est alors signalé sur le circuit d'affichage 32 par le microprocesseur 24 après division de la capacité disponible par l'intensité du courant débité par la batterie 12. La figure 4 montre l'application du dispositif 10 électronique de mesure du temps d'autonomie pour une installation d'alimentation sans coupure dans laquelle l'utilisation 14 est alimentée soit par une source 40, à courant alternatif à travers un redresseur 42 et un onduleur 44, soit par la batterie 12 en tampon. La source 40 peut être constituée par le réseau de distribution capable d'assurer à la fois l'alimentation normale du récepteur de l'utilisation 14, et lé maintien en état de charge de la batteri 12. La batterie 12 est reliée en permanence à l'entrée de l'onduleur 44, et constitue la source d'alimentation de secours du récepteur en cas de défaillance du réseau. Le dispositif 10 électronique de mesure digitale du taux d'autonomie de la batterie est similaire à celui de la fig. 3, sans liaison directe 34 avec le microprocesseur 24, le sens du courant de la batterie 12 étant signalé automatiquement par la sortie du convertisseur 22 analogique/numérique, par exemple (+) dans le cas d'un courant IC de charge, et (-) dans le cas d'un courant Id de décharge. REVENDICATIONS 1. Procédé de mesure du temps d'autonomie d'une batterie d 'accumulateurs montée en tampon entre un récepteur et un dispositif redresseur faisant partie d'une première source de courant susceptible d'assurer à la fois l'alimentation normale du récepteur et le maintien en état de charge de la batterie, cette dernière formant une deuxième source d'alimentation du récepteur en cas de défaillance de la première source, caractérisé en ce qu'il consiste :: - à mesurer le courant de décharge de la batterie pour établir le régime de décharge en fonction des paramètres de la batterie, - à calculer une première valeur de la capacité restante en fin de décharge de la batterie pour la tension d'arrêt retenue, - à calculer une deuxième valeur de la capacité en début de décharge de la batterie, - à faire la différence entre les deux valeurs précitées pour déterminer avec précision la capacité disponible au régime de décharge considéré, - et à diviser ladite capacité disponible par l'intensité du courant débité pour obtenir le temps réel d'autonomie de ladite batterie. 2. Procédé de mesure du temps d'autonomie selon la revendication 1, caractérisé en ce que le calcul de la deuxième valeur de la capacité en début de décharge s'opère en mesurant le temps écoulé depuis le précédent fonctionnement en décharge, après avoir déterminé la capacité débitée pendant un intervalle de temps prédéterminé, notamment supérieur au temps de charge maximum de la batterie. 3. Dispositif électronique de mesure du temps d'autonomie d'une batterie pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte - des moyens de: mémorisation (26) des paramètres de fonctionnement de la batterie (12); - des moyens de détection (18) de l'intensité et du sens du courant de la batterie (12); - des moyens de comptage des temps successifs de charge et de décharge, comprenant un microprocesseur (24) coopérant avec un convertisseur (22) analogique numérique susceptible de transmettre en grandeur numérique et en signe le signal délivré par les moyens de détection; - et des moyens d'affichage (32) du temps d'autonomie de la batterie (12), calculé par le microprocesseur (24). 4. Dispositif électronique de mesure du temps d'autonomie d'une batterie selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de détection (18) comportent un capteur de courant continu inséré électriquement dans le circuit de liaison de la batterie (12) avec le point commun (20) de raccordement du dispositif redresseur (16, 42) et du récepteur (14), et que l'entrée analogique du convertisseur (22) est connectée aux bornes dudit capteur. 5. Dispositif selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que le microprocesseur (24) est relié aux moyens de mémorisation (26) par un bus (28) de communication autorisant l'enregistrement des paramètres de la batterie (12), notamment des caractéristiques de décharge, au moyen d'une console (30) de commande. 6. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 5, dans lequel le dispositif redresseur (16, 42) forme le circuit chargeur de la batterie (12), caractérisé en ce que le circuit chargeur communique avec le microprocesseur (24) avec une liaison (34) destinée à émettre un signal de marche/arrêt du circuit chargeur servant de repère aux phases de charge et de décharge de la batterie (12).