Brevet FR2694660A1 — publié le 19940211

DISPOSITIF DE DETECTION DE DEFAILLANCE D'ELEMENTS DE BATTERIE L'invention concerne un dispositif de détection de défaillance d'éléments de batterie. Les batteries d'accumulateurs, notamment celles utilisées dans les alimentations sans coupure, sont généralement constituées d'un certain nombre d'éléments connectés en série Jusqu'ici la détection de la défaillance d'un ou plusieurs éléments de batterie ne peut être effectuée que par la surveillance de la tension individuelle aux bornes de chaque élément Ceci implique une mesure d'un nombre important de tensions et l'accessibilité des bornes des différents éléments. L'invention a pour but un dispositif de détection de défaillance d'un ou plusieurs éléments de batterie plus simple et ne présentant pas les inconvénients précités. Selon l'invention, ce but est atteint par le fait que le dispositif comporte des moyens de mesure, pendant la décharge de la batterie, de la tension aux bornes de la batterie, des moyens de calcul d'une grandeur représentative de la dérivée seconde de ladite tension, des moyens de comparaison de ladite grandeur représentative de la dérivée seconde à un seuil prédéterminé, positif ou nul, et des moyens de signalisation d'une défaillance lorsque ladite grandeur est supérieure audit seuil. Selon un mode de réalisation préférentiel le dispositif met en mémoire trois valeurs successives de la tension aux bornes de la batterie, mesurées à des intervalles de temps prédéterminés, et calcule à partir de ces trois valeurs deux valeurs successives d'une grandeur représentative de la dérivée première de la tension il calcule ensuite la grandeur représentative de la dérivée seconde en calculant la différence entre les deux valeurs successives de la grandeur représentative de la dérivée première. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de l'exposé qui va suivre d'un mode de réalisation particulier de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 représente, sous forme de schéma blocs, une installation comportant un dispositif selon l'invention. La figure 2 représente un mode de réalisation particulier d'un organigramme pour la mise en oeuvre de l'invention. Les figures 3 et 4 représentent respectivement les courbes de variation, en fonction du temps, de la tension aux bornes d'une batterie et des tensions mesurées aux bornes de certains de ses éléments. La figure 5 illustre une phase additionnelle d'un mode particulier de réalisation de l'invention. La figure 1 illustre l'application d'un dispositif 1 de détection de défaillance d'un ou plusieurs éléments d'une batterie à une batterie 2 d'une alimentation sans coupure. L'alimentation sans coupure, de type classique, représentée schématiquement sur la figure, est alimentée par une source 3 de tension alternative et comporte un convertisseur alternatif-continu 4 connecté en série avec un convertisseur continu- alternatif, ou onduleur, 5 et une charge 6, la batterie 2 étant connectée à la sortie du convertisseur 4. Le dispositif 1 comporte un circuit électronique de traitement 7, à microprocesseur, connecté à un dispositif d'affichage 8 Le circuit électronique de traitement 7 reçoit en entrée des signaux représentatifs de la tension U aux bornes de la batterie. Une défaillance d'un ou plusieurs éléments de la batterie se traduit, lors d'une décharge de la batterie, par une rupture de la pente de la courbe U(t) représentative de la tension U en fonction du temps Une telle rupture de pente peut être décelée par le calcul de la dérivée seconde de la courbe U(t) En fonctionnement normal, la dérivée seconde de la tension est toujours négative au cours d'une décharge de la batterie Si la dérivée seconde devient positive en cours de décharge, ceci est représentatif de la défaillance d'un ou plusieurs éléments de la batterie. La figure 2 illustre un mode de réalisation préférentiel d'un organigramme pouvant être mis en oeuvre par le microprocesseur 7 Sur la figure 2, la détection de défaillance commence par une phase Fi d'une première mesure U 3, par le microprocesseur 7, de la tension U aux bornes de la batterie 2 Cette phase Fl est suivie d'une phase F 2 consistant en une seconde mesure U 2 de la tension U aux bornes de la batterie après un intervalle de temps At prédéterminé Puis le microprocesseur calcule (F 3) la différence D 2 entre U 2 et U 3 L'intervalle de temps At entre deux mesures successives étant prédéterminée, constante, la différence D 2 est représentative de la dérivée de la courbe U(t). Le microprocesseur effectue ensuite (F 4) une troisième mesure Ul de la tension U aux bornes de la batterie 2, l'intervalle de temps At séparant les mesures de Ul et U 2 Puis il calcule (F 5) la différence Dl entre Ul et U 2 et (F 6) la différence D entre Dl et D 2 La différence D est représentative de la dérivée seconde de la courbe U(t) constituée à partir des trois mesures successives U 3, U 2 et Ul de U effectuées à des intervalles de temps prédéterminés constants At et mises en mémoire, par exemple dans une RAM 9 Puis D est comparé à un seuil, de préférence zéro, pendant une phase F 7. Si D est inférieur au seuil (sortie N de F 7), les éléments de la batterie sont considérés comme étant en bon état de fonctionnement La seconde mesure U 2 remplace (F 8) la valeur U 3 dans la mémoire 9 du circuit de traitement 7 Puis (F 9) la première mesure Ul remplace la valeur U 2 dans la mémoire 9 et la différence Dl remplace la différence D 2 Ainsi, les deux dernières mesures sont mises en -mémoire, ainsi que leur différence, et le microprocesseur peut recommencer un nouveau cycle de détermination de la dérivée seconde D en F 4, par une nouvelle mesure de Ul, l'intervalle de temps At séparant deux mesures Ul successives A titre d'exemple non limitatif At peut être de l'ordre de 20 ou 30 s. De cette manière, la dérivée seconde est calculée automatiquement à chaque nouvelle mesure Ul. Si D est supérieur au seuil (sortie O de F 7), une défaillance est signalée par exemple (F 10) par affichage sur l'afficheur 8. Bien entendu la signalisation peut être réalisée par tout autre moyens approprié, visuel ou acoustique, localement ou à distance. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 2, le seuil représentatif d'une défaillance est zéro Pour éviter certaines alarmes intempestives il peut être préférable de choisir un seuil légèrement supérieur à zéro. On peut montrer expérimentalement que la dérivé seconde D est bien représentative d'une défaillance A titre d'exemple, la figure 3 représente une courbe U(t) de décharge obtenue expérimentalement aux bornes d'une batterie d'onduleur constituée de 29 monoblocs élémentaires. Les valeurs successives de U, mesurées avec un intervalle de temps At de lmn, les valeurs successives de D 1 et de D calculées sont telles qu'indiqué cidessous. t (mn) U(V) 347,7665 351,5218 350,925 349,7962 348,2835 347,4759 346,4733 345,6198 344,5427 343,6921 341,6315 340,0479 339,2599 338,4148 337,4351 336,2036 334,727 333,2822 331,594 329,9797 328,1715 326,8366 Dl D 3,8 -0,6 -1,1 -1,5 -0,8 -1,0 -0,9 -1,1 -0,9 -2,1 -1,6 -0,8 -0,8 -1, 0 -1,2 -1,5 -1,4 -1,7 -1,6 -1,8 -1,3 -4,4 -0,5 -0,4 0,7 -0,2 0,1 -0,2 0, 2 -1,2 0,5 0,8 -0,1 -0,1 -0,3 -0,2 0,0 -0,2 0,1 -0,2 0,5 On constate des anomalies (D > O) aux instants suivants: 6 8 10 12 13 18 et 20 mn. La figure 4 représente des courbes Ue (t) représentant l'évolution des tensions aux bornes de 5 monoblocs élémentaires pendant cette décharge On observe des chutes de tension significatives (Ue la mise en mémoire de Pl en P 2 pour le cycle suivant. Le dispositif de détection décrit ci-dessus peut éventuellement être combiné à un dispositif à microprocesseur de détermination de l'autonomie de batterie En effet, un tel dispositif détermine l'autonomie d'une batterie à partir de mesures de sa tension U et du courant Ib débité par la batterie et du calcul de la puissance débitée. Il suffit alors de compléter l'organigramme existant par un calcul de la dérivée seconde et sa comparaison à un seuil prédéterminé pour permettre une signalisation de la défaillance d'un ou plusieurs éléments de batterie. REVENDICATIONS 1 Dispositif de détection de défaillance d'éléments de batterie caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de mesure, pendant la décharge de la batterie, de la tension (Ul, U 2, U 3) aux bornes de la batterie, des moyens (F 3, F 5, F 6) de calcul d'une grandeur (D) représentative de la dérivée seconde de ladite tension, des moyens (F 7) de comparaison de ladite grandeur représentative de la dérivée seconde à un seuil prédéterminé, positif ou nul, et des moyens (F 10, 8) de signalisation d'une défaillance lorsque ladite grandeur (D) est supérieure audit seuil. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de mesure de la tension comportent des moyens de mesure de la tension à des intervalles de temps (At) prédéterminés et des moyens ( 9, Fl, F 2, F 4, F 8, F 9) de mise en mémoire de trois valeurs successives (U 3, U 2, Ul) de la tension. 3 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de calcul de la grandeur (D) représentative de la dérivée seconde comportent des moyens (F 5) de calcul d'une grandeur (Dl) représentative de la dérivée première de la tension. 4 Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens (F 5) de calcul de la grandeur (Dl) représentative de la dérivée première comportent des moyens de calcul de la différence entre deux valeurs (U 1, U 2) successives de tension. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de calcul de la grandeur (D) représentative de la dérivée seconde comportent des moyens (F 6) de calcul de la différence entre deux valeurs successives (Dl, D 2) de la grandeur représentative de la dérivée première. 6 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens de calcul comportent un microprocesseur ( 7). 7 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens ( 10, Fll) de mesure du courant (Ib) de décharge de la batterie, des moyens (F 12) de calcul de la puissance (Pl) débitée par la batterie, des moyens (F 9) de mise en mémoire de la puissance (P 2) précédemment débitée par la batterie, des moyens (F 13) de calcul de la différence (AP) entre deux valeurs 7 2694660 successives (Pi, P 2) de la puissance, des moyens (F 14) de comparaison de la différence (AIP) de puissance à un seuil de puissance (A) prédéterminé et des moyens (O de F 14) d'inhibition de l'affichage de défaillance si la différence de puissance (AP) est supérieure audit seuil de puissance (A).