Brevet FR2666658A1 — publié le 19920313

Procédé pour tester une batterie d'accumulateurs d'un système d'alimentation secouru, et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. L'invention concerne un procédé pour tester une batterie d'accumulateurs d'un système d'alimentation secouru, et un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Les systèmes d'alimentation en énergie électrique de nombreux équipements, par exemple : automatismes, machines informatiques, centraux de télécommunications, sont secourus par une batterie d'accumulateurs fournissant de l'énergie électrique à au moins une partie des équipements en cas de défaillance de la source normale d'énergie électrique, qui est généralement issue du réseau public de distribution d'électricité. "La charge" d'une batterie consiste à stocker de l'énergie électrique dans cette batterie, sous une forme électrochimique. La "décharge" de la batterie consiste à restituer, sous la forme d'énergie électrique, l'énergie stockée sous la forme électrochimique. En dehors des périodes de charge, ou de décharge vers un circuit extérieur, une batterie subit une auto-décharge interne qui dissipe lentement l'énergie stockée. Classiquement, un dispositif de contrôle de charge recharge une batterie après chaque décharge, même partielle, puis la maintient en l'état de charge en la soumettant à un régime dit de "maintien", compensant l'auto-décharge en fournissant à la batterie un courant ayant une faible intensité prédéterminée. Un système d'alimentation électrique secouru comporte généralement : au moins un convertisseur de tension; au moins une batterie d'accumulateurs; et un dispositif de contrôle de batterie. Une meilleure sûreté est procurée par au moins un convertisseur redondant et au moins une batterie redondante. Chaque convertisseur est alimenté par le réseau public de distribution d'électricité et fournit une tension continue qui est la source normale d'énergie électrique pour le circuit utilisateur, tant que le réseau public de distribution d'électricité fonctionne. Chaque convertisseur assure : un isolement par rapport au réseau public, un redressement de la tension alternative qui est fournie, une adaptation et une régulation de tension, pour alimenter le circuit utilisateur conformément aux spécifications de ce circuit. En outre, chaque convertisseur assure le régime de charge ou le régime de maintien de charge de chaque batterie d'accumulateurs, sous la commande d'un circuit de contrôle de batterie. En cas de défaillance de la source normale, chaque batterie constitue une source de secours. Divers moyens peuvent être utilisés pour coupler au circuit utilisateur chaque convertisseur et chaque batterie. Le moyen de couplage le plus simple en une ligne bus reliant directement les sorties de tous les convertisseurs et de toutes les batteries en parallèle, à l'entrée du circuit utilisateur. I1 est connu aussi de relier la sortie de chaque convertisseur, et de chaque batterie, à l'entrée du circuit utilisateur par l'intermédiaire d'une diode. Enfin, il est connu de coupler chaque convertisseur et chaque batterie au circuit utilisateur par l'intermédiaire d'un contacteur électromécanique ou d'un thyristor.Dans tous les cas, le nombre d'éléments accumulateurs constituant chaque batterie est choisi de telle sorte que la tension fournie au circuit utilisateur pendant le régime de charge, le régime de maintien, et le régime de décharge de chaque batterie reste entre des bornes compatibles avec les spécifications du circuit utilisateur. La disponibilité de la source de secours est vérifiée périodiquement par des tests automatiques ou manuels, portant sur les différentes fonctions du système d'alimentation. Un test permet notamment de vérifier la disponibilité de chaque batterie d'accumulateurs, sans perturber l'alimentation du circuit utilisateur. Ce test consiste à vérifier que la batterie est capable de fournir la quantité d'énergie nécessaire au circuit utilisateur en cas de défaillance de la source normale. Pendant la majeure partie du temps de fonctionnement du système, chaque batterie est en attente, ne débitant pas, mais recevant un courant de maintien de charge, ayant une faible intensité. I1 n'y a pas d'indicateur accessible et fiable pour déterminer la disponibilité de cette batterie. Par conséquent, la disponibilité d'une batterie est testée classiquement par un test dit actif consistant à provoquer une décharge, partielle le plus souvent. Pendant ce test, le circuit de contrôle de batterie surveille certains paramètres représentatifs de l'état de la batterie : tension aux bornes, intensité du courant de décharge, durée nécessaire pour une décharge jusqu'à une tension donnée, etc. Ce test est réalisé en utilisant le circuit utilisateur comme banc de décharge de la batterie, car l'utilisation d'un autre circuit pour dissiper l'énergie de la batterie est généralement incompatible avec des contraintes d'encombrement, de dissipation thermique, ou de court, que doivent respecter les systèmes d'alimentation secourus. Ce test est réalisé à intervalles réguliers, et automatiquement, par le dispositif de contrôle de charge de batterie. Ce dernier vérifie tout d'abord que les conditions nécessaires pour ce test sont réunies. Il faut : que la batterie soit chargée, c'est-à-dire qu'elle soit en régime de maintien de charge; que le courant consommé par le circuit utilisateur soit suffisant; et qu'un temps prédéterminé se soit écoulé depuis le dernier test. Le circuit de contrôle inhibe le fonctionnement de toutes les sources d'alimentation autres que la batterie, ou les batteries à tester. Pour cela, il commande la mise à l'arrêt de chaque convertisseur, ou bien il commande son isolement en ouvrant un contacteur électromécanique en série avec la sortie du convertisseur.Pour tester isolément une batterie parmi plusieurs, il commande des contacteurs électromécaniques reliés respectivement en série avec chaque batterie. Ce procédé connu a pour inconvénient de réduire la sûreté d'alimentation du circuit utilisateur. Si la batterie testée ou si le circuit la reliant au circuit utilisaeur est défectueux, il peut y avoir interruption de l'alimentation du circuit utilisateur puisqu'il n'y a plus de redondance des sources d'alimentation. Lorsque le circuit de contrôle de charge de batterie détecte une anomalie pendant le test, il entame une procédure de remise en service des convertisseurs, et des autres batteries, si la batterie testée n'est pas la seule. Mais il y a tout de même une interruption de l'alimentation du circuit utilisateur pendant une durée non nulle qui peut, dans certaines conditions, être incompatible avec les contraintes d'alimentation du circuit utilisateur. L'interruption peut même être de longue durée, si la défaillance est causée par le circuit de contrôle de charge de batterie, et s'il est incapable d'entamer la procédure de remise en service. Le but de l'invention est de proposer un procédé de test actif de batterie procurant une meilleur sûreté du système d'alimentation pendant le test, que le procédé classique mentionné ci-dessus. L'objet de l'invention est un procédé pour tester une batterie d'accumulateurs d'un système d'alimentation secouru par au moins une batterie d'accumulateurs, ledit système fournissant de l'énergie électrique à un circuit utilisateur soit à partir d'au moins une source dite normale, lorsqu'elle fonctionne, soit à partir d'au moins une batterie d'accumulateurs, lorsque chaque source normale est défaillante; caractérisé en ce qu'il consiste a: - coupler le circuit utilisateur avec la batterie à tester et avec au moins une source normale, en maintenant cette dernière en fonctionnement; - commander la source normale par un signal de consigne correspondant à une tension différente de celle que fournirait la batterie à tester si elle était seule couplée au circuit utilisateur, tout en restant comprise dans une plage de tensions admissibles par le circuit utilisateur; - mesurer certains paramètres de la batterie à tester. Le procédé de test ainsi caractérisé assure le secours de la batterie en cours de test, par au moins une source normale, maintenue en fonctionnement et couplée au circuit utilisateur parallèlement avec la batterie à tester. Le test de la batterie n'est pas perturbé par la source normale, car cette dernière tend à fournir une tension différente de celle que fournit la batterie à tester, lorsqu'elle est seule couplée au circuit utilisateur. La tension de la source normale est maintenue néanmoins dans la plagedes tensions admissibles par le circuit utilisateur, de telle sorte que le circuit utilisateur soit alimenté correctement, au cas où la batterie à tester s'avèrerait défectueuse, ou en cas de défaillance du circuit de contrôle de batterie. Le procédé de test selon l'invention est applicable non seulement au test actif mentionné précédemment, consistant à décharger la batterie, mais aussi à un test passif consistant à charger ou surcharger la batterie en mesurant certains paramètres de la batterie. Dans le premier cas, la source normale est commandée par une signal de consigne correspondant à une tension inférieure à celle que fournirait la batterie seule couplée au circuit utilisateur. Dans le second cas, la source normale est commandée par un signal de consigne correspondant à une tension supérieure à celle que fournirait la batterie couplée seule au circuit utilisateur. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront dans la description ci-dessous et les figures l'accompagnant - la figure 1 représente le schéma synoptique d'un système d'alimentation comportant un exemple de réalisation d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention; - la figure 2 représente un organigramme du traitement réalisé par cet exemple de réalisation. Le système représenté sur la figure 1 est un système d'alimentation secouru fournissant une tension nominale de 48 volts. Ce système comporte : une borne d'entrée 1 reliée au réseau public de distribution d'électricité; deux convertisseurs pilotés, 2 et 3; un dispositif de contrôle de batterie, 4; deux batteries au plomb étanches, 5 et 6, ayant une tension nomimale de 48 volts; un dispositif de couplage 7; une borne de sortie 8 reliée à un circuit utilisateur, non représenté; et cinq capteurs d'intensité, 9 à 13. Dans cet exemple, une redondance physique est assurée par les deux convertisseurs 2 et 3, chacun pouvant assurer tout seul l'alimentation du circuit utilisateur; et par les deux batteries, 5 et 6, chacune pouvant assurer toute seule l'alimentation du circuit utilisateur. Ces quatres sources d'énergie électrique sont couplées à la borne de sortie 8 par le dispositif de couplage 7 qui comporte : une ligne bus 14, et deux contacteurs d'électromécaniques 15 et 16. La ligne bus 14 est reliée : à la borne de sortie 8 du système d'alimentation; à une sortie du convertisseur 2; à une sortie du convertisseur 3; à une première borne de la batterie 5, par l'intermédiaire du contacteur 15; à une première borne de la batterie 6, par l'intermédiaire du contacteur 16; et à une entrée du circuit 4. La seconde borne de la batterie 5 et la seconde borne de la batterie 6 sont reliées à un potentiel de référence. Les contacteurs 15 et 16 sont commandés respectivement par deux signaux électriques fournis par deux sorties du circuit 4. Les deux convertisseurs 2 et 3 possèdent chacun : une entrée reliée à la borne d'entrée 1 du système d'alimentation, une entrée de commande recevant respectivement un signal de consigne fourni par une sortie du circuit 4; une sortie fournissant à une entrée du circuit 4 un signal logique indiquant l'état de disponibilité de ce convertisseur; et une sortie d'énergie reliée à la ligne bus 14. Le signal d'état fourni par chaque convertisseur est déterminée par un auto-test interne, prenant en compte notamment la présence ou l'absence d'une tension sur l'entrée du convertisseur qui est reliée à la borne d'entrée 1. Les deux sorties d'énergie des convertisseurs 2 et 3 sont munies respectivment des capteurs d'intensité 10 et 11 reliés à deux entrées du circuit 4. Les première bornes des batteries 5 et 6 sont munies respectivement des capteurs d'intensité 12 et 13 qui sont reliés à deux entrées du circuit 4. La ligne bus 14, à proximité de la borne de sortie 8, est munie du capteur d'intensité 9 qui est relié à une entrée du circuit 4. Trois entrées du circuit 4 sont reliées respectivement aux premières bornes des batteries 5 et 6, et à la ligne bus 14 pour permettre au circuit 4 de mesurer respectivement : la tension aux bornes de la batterie 5, la tension aux bornes de la batterie 6, et la tension de sortie du système d'alimentation. Chacun des convertisseurs 2 et 3 est piloté indépendamment pour une meilleur sûreté, mais les deux signaux de consigne sont identiques. Chaque signal de consigne est constitué par l'intensité d'une boucle de courant, analogique, variant entre 4mA et 16mA, ces valeurs limites correspondant respectivement à des tensions de sortie de 43V et de 57V qui sont comprises entre les deux valeurs extrêmes de la plage des tensions admissibles par le circuit utilisateur. La tension de sortie de chaque convertisseur varie linéairement en fonction de l'intensité du signal de consigne. Le choix de ces valeurs extrêmes, garantit que, même en cas de défaillance du circuit 4, les tensions de sortie des deux convertisseurs 2 et 3 ne sortent pas de la plage des tensions admissibles par le circuit utilisateur. Quand les batteries 5 et 6 sont en régime de charge, leur tension peut varier de 47V à 57V. Lorsqu'elles sont en régime de décharge leur tension peut varier de 50V, jusqu'à 42V en fin de décharge. La tension de 42V correspond à la valeur minimale admissible pour l'alimentation du circuit utilisateur. Dans cet exemple, le test des batteries 5 et 6 consiste à isoler l'une des batteries en ouvrant l'un des contacteurs 15, 16, puis à la décharger, dans le circuit utilisateur jusqu'à environ la moitié de sa capacité nominale. La tension de la batterie testée varie alors de 50V jusqu'à 44V. Pendant le test, les deux convertisseurs 2 et 3 sont maintenus en fonctionnement et sont pilotés chacun par un signal de consigne dont l'intensité correspond à une tension de 43V en sortie des convertisseurs. La batterie imposant sur la sortie de chaque convertisseur une tension de 44V au moins, cette sortie se bloque, de telle sorte qu'elle ne débite jamais de courant vers le circuit utilisateur, si la batterie testée n'est pas défectueuse.Dans le cas où la batterie testée est défectueuse, sa tension de sortie descend en dessous de 43V, par conséquent les convertisseurs 2 et 3 se mettent à débiter vers le circuit utilisateur, sans aucun délai de commutation. Le circuit 4 de contrôle de batterie est un circuit ayant une structure classique comportant : un microprocesseur, une mémoire vive de données, une mémoire morte de programme, une interface d'entrée et une interface de sortie, non représentés. La figure 2 représente l'organigramme du traitement réalisé par ce circuit pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Le traitement débute par un sous-programme 20 d'initialisation et de vérification du bon fonctionnement du circuit 4. Il comporte un premier test, 21, pour détecter une demande de test de batterie. Un test peut être demandé par un opérateur en pressant un bouton, ou bien il peut être demandé périodiquement par un sous-programme. Si un test de batterie est demandé, le traitement consiste ensuite en un second test, 22, vérifiant un certain nombre de conditions nécessaires pour pouvoir lancer le test d'une batterie dans des conditions optimales de sûreté de fonctionnement. Le test 22 vérifie la disponibilité du circuit 4 par un auto-test interne.En outre, il vérifie : que l'intensité du courant de sortie du système d'alimentation est suffisante pour permettre un test de batterie; que la batterie à tester est effectivement chargée; que les signaux d'état des convertisseurs 2 et 3 indiquent qu'ils sont disponibles. Dans les cas où l'un des deux tests 21 et 22 ne sont pas satisfaits, le traitement consiste en des traitements annexes 28 qui sont tous les traitements nécessaires au fonctionnement du système d'alimentation, hormis le test de chacune des batteries d'accumulateurs 5 et 6. Ces traitements annexes 28 concernent notamment la charge et maintien en charge des batteries 5 et 6, et la surveillance des convertisseurs 2 et 3. Si les tests 21 et 22 sont satisfaits, le traitement consiste à isoler l'une des deux batteries, par exemple isoler la batterie 5 en ouvrant le contacteur 15, la batterie 6 restant connectée au circuit utilisateur par le contacteur 16. La batterie 5 sera testée à son tour lors du prochain test de batterie. Le traitement comporte ensuite une commande 24 fournissant deux signaux de consigne correspondant à une tension de sortie des convertisseurs égale à 43V. Puis il consiste en un sous-programme 25 réalisant toutes les fonctions classiques du test actif d'une batterie par décharge dans le circuit utilisateur. Ce sous-programme 25 permet de statuer sur la disponibilité effective de la batterie en test. Le traitement sort de ce sous-programme lorsque le test peut être considéré comme terminé et satisfaisant. Le test d'une batterie est considéré comme satisfaisant si les valeurs de tension correspondent à un suite de valeurs prédéterminées pour une intensité de décharge donnée et pour des instants donnés. Ces valeurs sont stockées dans la mémoire de programme du circuit de contrôle 4 où elles constituent une sorte de table de référence. Plusieurs tables de valeurs peuvent être stockées pour tenir compte aussi du vieillissement de la batterie, qui se traduit par une réduction de la capacité nominale. Si la décharge d'une batterie ne se déroule pas conformément aux valeurs prévues dans la table de référence, le sous-programme de test actif de la batterie déclenche une alarme et arrête le test. Lorsque le sous-programme de test 25 est terminé, le traitement consiste en une commande 26 fournissant deux signaux de consigne correspondant à une tension de sortie des convertisseurs supérieure à celle qu'aurait la batterie couplée seule au circuit utilisateur, pour recharger la batterie qui vient d'être testée, en appliquant un procédé de charge classique. Le traitement consiste ensuite à rétablir la configuration normale du système d'alimentation, en refermant le contacteur 16 pour reconnecter la batterie 6 qui a été isolée pendant la durée du test et de la recharge de la batterie 5. Le traitement est ensuite constitué par les traitements annexes 28, mentionnés précédemment. A la fin des traitements annexes 28, le traitement est rebouclé sur le test 21. Les sous-programmes 20, 25, et 28 sont des sous-programmes classiques dans un circuit de contrôle de batterie comportant un microprocesseur. La portée de l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit ci-dessus. De nombreuses variantes sont à la portée de l'homme de l'art : le nombre de convertisseurs et le nombre de batteries peuvent être différents, par exemple il peut y avoir trois convertisseurs, si l'intensité maximale consommée par le circuit utilisateur correspond à deux fois l'intensité que peut fournir un convertisseur, la redondance étant assurée par un troisième convertisseur. Le système d'alimentation décrit précédemment peut être simplifié, en supprimant les contacteurs 15 et 16, de telle sorte que les batteries 5 et 6 sont toujours reliées en parallèle et sont testées globalement. Le dispositif de couplage 7 peut être un dispositif à diodes, à thyristors, ou à commutateurs électromécaniques rapides. Le procédé selon l'invention a été décrit dans le cas du test en décharge, mais il peut aussi être appliqué à un test en charge, voire même en surcharge, consistant à fournir de l'énergie électrique à une batterie tout en mesurant ses paramètres et en les comparant à des valeurs de référence. La mise en oeuvre du procédé selon l'invention consiste alors à isoler une batterie de telle sorte qu'une seule batterie soit couplée aux convertisseurs 2 et 3, tout en restant couplée au circuit utilisateur; et consiste à commander les convertisseurs 2 et 3 par deux signaux de consigne correspondant à une tension supérieure à la tension que fournirait la batterie si elle était couplée seule au circuit utilisateur. Les convertisseurs imposent alors leur tension à la batterie. Dans ces conditions, comme pour le test en charge, la sûreté d'alimentation du circuit extérieur est maintenue même si une défaillance du circuit de contrôle de batterie 4, ou des contacteurs 15 et 16, empêche le système d'alimentation de revenir à sa configuration normale. REVENDICATIONS 1) Procédé pour tester une batterie d'accumulateurs d'un système d'alimentation secouru par au moins une batterie d'accumulateurs, ledit système fournissant de l'énergie électrique à un circuit utilisateur soit à partir d'au moins une source dite normale (2, 3), lorsqu'elle fonctionne, soit à partir d'au moins une batterie d'accumulateurs, lorsque chaque source normale est défaillante; caractérisé en ce qu 'il consiste à - coupler le circuit utilisateur avec la batterie à tester (5) et avec au moins une source normale (2, 3), en maintenant cette dernière en fonctionnement; - commander la source normale (2, 3) par un signal de consigne correspondant à une tension différente de celle que fournirait la batterie à tester (5) si elle était seule couplée au circuit utilisateur, tout en restant comprise dans une plage de tensions admissibles par le circuit utilisateur; - mesurer certains paramètres de la batterie à tester. 2) Procédé selon la revendication 1, pour tester une batterie (5) en la déchargeant dans le circuit utilisateur, caractérisé en ce qu'il consiste à commander chaque source normale (2, 3) par un signal de consigne correspondant à une tension inférieure à la tension que fournirait la batterie (5) si cette dernière était seule couplée au circuit utilisateur. 3) Procédé selon la revendication 1, pour tester une batterie (5) en la chargeant, tout en continuant à alimenter le circuit utilisateur; caractérisé en ce qu'il consiste à commander chaque source normale (2, 3) par un signal de consigne correspondant à une tension supérieure à la tension que fournirait la batterie si cette dernière était seule couplée au circuit utilisateur. 4) Dispositif de test pour une batterie d'accumulateurs d'un système d'alimentation électrique secouru par au moins une batterie d'accumulateurs, pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, ledit système comportant : au moins une source dite normale (2, 3) dont la tension est commandable; au moins une batterie d'accumulateurs (5, 6); des moyens (7) pour coupler le circuit utilisateur avec chaque source principale et chaque batterie, afin de fournir de l'énergie électrique au circuit utilisateur soit à partir d'au moins une source normale (2, 3) quand elle fonctionne, soit à partir d'au moins une batterie (5, 6) lorsque chaque source normale est défaillante; caractérisé en ce que qu'il comporte - des moyens (4, 7) pour coupler, pendant un test, le circuit utilisateur avec au moins une batterie à tester (5, 6) et avec au moins une source normale (2, 3);; - des moyens (4) pour commander chaque source normale (2, 3) qui est couplée au circuit utilisateur et à au moins une batterie à tester, par un signal de consigne correspondant à une tension différente de celle que la batterie à tester (5) fournirait si elle était seule couplée au circuit utilisateur, cette tension différente étant comprise dans une plage de tensions admissibles par le circuit utilisateur; - des moyens (4) pour mesurer certains paramètres de la batterie à tester (5). 5) Dispositif selon la revendication 4, pour tester au moins une batterie (5) en la déchargeant dans le circuit utilisateur, caractérisé en ce que le signal de consigne correspond à une tension inférieure à la tension que fournirait chaque batterie à tester si cette dernière était seule couplée au circuit utilisateur. 6) Dispositif selon la revendication 4, pour tester au moins une batterie (5) en la chargeant, tout en continuant à alimenter le circuit utilisateur, caractérisé en ce que le signal de consigne correspond à une tension supérieure à la tension que fournirait chaque batterie à tester (5) si cette dernière était seule couplée au circuit utilisateur. 7) Dispositif selon la revendication 4, pour un système d'alimentation dans lequel chaque source normale comporte un convertisseur de tension (2, 3), caractérisé en ce que chaque convertisseur (2, 3) possède des moyens d'asservissement de la tension de sortie de ce convertisseur sur un signal de consigne, et en ce que ces moyens d'asservissement ont une plage de fonctionnement bornée par la tension minimale et par la tension maximale admissibles par le circuit utilisateur.