Brevet FR2691260A1 — publié le 19931119

DISPOSITIF POUR MESURER UNE TENSION CONTINUE L'invention concerne un dispositif pour mesurer une tension continue. L'invention s'applique notamment à la mesure de la tension aux bornes d'une batterie, en particulier d'une batterie de traction pour véhicule électrique, par exemple une automobile à traction électrique. Les batteries de traction pour véhicule électrique présentent des énergies volumiques importantes et sont par exemple des batteries à couple cadmium/nickel (Cd/Ni) ou des batteries à couple soufre/sodium (S/Na). Les batteries présentent une tension nominale dite "tension de floating", sont utilisées jusqu'à baisse de la tension à une valeur critique dite "tension d'arrêt", puis sont rechargées à une valeur maximale de tension, dite "tension d'égalisation". A titre d'exemple, le tableau ci-dessous donne les valeurs habituelles de ces tensions pour le couple Cd/Ni Tension Tension de Tension d'arret floating d'égalisation Cd/Ni 1.05 v 1.25 V 1.45 v L'invention a pour but de créer un dispositif pour mesurer une tension notamment aux bornes d'une batterie de traction, présentant une faible consommation, tout en permettant la surveillance de la tension à mesurer dans une plage relativement étroite. Un autre but de l'invention est de créer un dispositif présentant une isolation galvanique totale, de manière à empêcher le passage de courants élevés dans un appareil de mesure ou un circuit de surveillance. L'invention a pour objet un dispositif pour mesurer ou surveiller une tension continue, notamment pour la mesure d'une tension aux bornes d'une batterie de traction, comportant deux bornes d'entrée pour la tension à mesurer ou surveiller et deux bornes de sortie pour une tension de sortie image de la tension d'entrée, une résistance d'adaptation en série, une résistance de dérivation branchée en aval de la resistance d'adaptation, et un transformateur d'isolement galvanique, caractérisé en ce que le dispositif comporte en outre un générateur de signal à fréquence sensiblement fixe et à rapport cyclique sensiblement fixe, et en ce que le générateur de signal est alimenté par la tension à mesurer ou à surveiller. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - la fréquence sensiblement fixe et le rapport cyclique sensiblement fixe sont déterminés à partir de constantes de temps définies par un condensateur et deux résistances - la sortie du générateur de signal alimente l'enroulement primaire du transformateur d'isolement relié en série à un condensateur, de manière à ce que la valeur moyenne des courants magnétisants soit nulle - le dispositif comporte une diode en série avec la résistance de dérivation et une diode identique au secondaire du transformateur de manière à compenser les constantes de décalage de tension en sortie et en entrée - la diode identique branchée au secondaire du transformateur d'isolement est en série avec une résistance de compensation - la valeur de la résistance de compensation est prédéterminée en fonction des valeurs des résistances définissant les constantes de temps pour minimiser la variation de la tension de sortie résultant de la dérive de fréquence et de rapport cyclique - l'enroulement secondaire est relié à un circuit redresseur constitué par un condensateur et une résistance. L'invention sera mieux comprise grâce à la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif au regard des dessins annexés dans lesquels La figure 1 représente un diagramme schématique d'un dispositif selon l'invention. La figure 2 représente un chronogramme de signal intermédiaire d'un dispositif selon l'invention. En référence à la figure 1, un dispositif selon l'invention se présente sous la forme d'un quadripôle présentant quatre bornes de branchement 1, 2, 3 et 4. Entre les bornes 1 et 2, est branchée par exemple une batterie de traction dont on surveille en permanence la tension continue. Une résistance R d'adaptation qui limite le courant d'entrée I du dispositif à une valeur inférieure à 50 mA est montée en série entre les bornes 1 et 20. Avec cette résistance R, le dispositif se comporte comme un convertisseur courant-tension. Entre les bornes 3 et 4, on branche un appareil de mesure de tension continue ou un appareil de surveillance automatique qui par exemple interrompt l'alimentation d'un véhicule automobile à traction électrique en cas de baisse de tension en-dessous du seuil critique ("tension d'arrêt") ou qui arrête la charge de la batterie pour que la tension maximale ("tension d'égalisation") ne soit pas dépassée. En effet, en dessous d'une valeur critique, une batterie devient inutilisable et ne peut parfois plus être rechargée tandis que, au dessus de la valeur maximale, une batterie présente des risques d'explosion. La surveillance constante de la tension des batteries de traction est donc primordiale aussi bien pour assurer l'autonomie d'un véhicule que la sécurité des personnes. Le dispositif selon l'invention comporte par exemple une diode 5 de protection, branchée entre les bornes 20 et 2 du dispositif. En parallèle à la diode 5, on branche une résistance 6 de précision en série avec une diode 7 entre les bornes 20 et 2. La résistance 6 de précision constitue une résistance de dérivation pour le courant d'entrée I dans le dispositif : un courant d'intensité correspondant à quatrevingt dix pour cent environ de l'intensité du courant d'entrée I passe par la résistance 6. On branche, également en parallèle entre les bornes 20 et 2 un condensateur 8. On branche enfin, des résistances 9 et 10 de valeurs R9 et Rao et un condensateur 11 aux entrées d'un générateur 13 de signaux présentant une forme en créneaux rectangulaires. Du fait que la majeure partie du courant d'entrée passe par la résistance 6 de dérivation, il ne passe par le générateur 13 qu'un courant très faible. Le condensateur 11 de capacité C définit avec la résistance 10 une première constante de temps t1 = Rlo x C1 et définit avec les résistances 9 et 10 en série une deuxième constante de temps t2 = (R9 + R1o) x C de manière à ce que le signal fourni par le générateur 13 présente une forme en créneaux rectangulaires à fréquence fixe (définie par la constante de temps t2) et à rapport cyclique fixe (résultant du rapport des constantes de temps : t1/t2). Une entrée supplémentaire du générateur 13 est reliée à la masse par un condensateur de filtrage 12 fournissant un potentiel de référence interne. La sortie du générateur 13 fournit un signal s dont les caractéristiques seront décrites ci-après. Le signal s est un signal variable de courant qui alimente l'enroulement primaire d'un transformateur 15 relié en série à un condensateur 14. Le transformateur 15 est un transformateur d'isolement, de rapport 1 sur 1 : il s'agit par exemple d'un transformateur de type connu à ferrite apte à assurer une isolation galvanique totale du circuit secondaire par rapport au circuit primaire ; grâce à la présence du condensateur 14, la valeur moyenne du signal de courant s est nulle : de ce fait, le transformateur 15 ne risque pas d'être saturé par un courant élevé. L'enroulement secondaire du transformateur 15 est branché en série avec une diode 16, une résistance 17, et un circuit redresseur constitué par un condensateur 18 et une résistance 19. La résistance 17 est prédéterminée par essais successifs, en fonction des résistances 9 et 10 pour minimiser la variation de la tension de sortie mesurée entre les bornes 3 et 4, variation résultant de la dérive fournie par le générateur de signaux 13. La résistance 17 provoque ainsi la compensation et l'intégration des différences de fréquence et de rapport cyclique du générateur 13, tout en assurant le lissage des pics résultant de la transformation du signal s. De préférence, la diode 16 est identique à la diode 7 pour compenser les constantes éventuelles de décalage de la tension de sortie par rapport à la tension d'entrée. On va maintenant décrire, en référence aux figures 1 et 2 le fonctionnement du dispositif selon l'invention. On branche les bornes 1 et 2 aux pôles correspondants d'une batterie de traction. La résistance d'adaptation R (figure 1) est montée en série entre les bornes 1 et 20. Selon l'invention, la tension continue à mesurer ou à surveiller de la batterie de traction alimente les bornes V+ et GND du générateur 13 de signal. L'intensité du courant d'entrée I du dispositif est de préférence comprise entre 5 et 30 mA. Le générateur 13 de signal est choisi pour présenter une très faible consommation de courant, de l'ordre de 150 à 180 pA. Le dispositif selon l'invention n'a ainsi pratiquement aucune influence sur le fonctionnement du véhicule ou l'état de charge de la batterie de traction. A la sortie du générateur 13, le signal s de valeur moyenne nulle (figure 2) présente une amplitude fonction de la valeur de la tension d'entrée appliquée entre les bornes 1 et 2. Pour trois valeurs croissantes de la tension d'entrée, on obtient trois signaux sl, s,, S3 d'amplitude croissante et de valeur moyenne nulle. La forme rectangulaire des signaux s1 à s, est déterminée en fréquence et en rapport cyclique par les constantesde temps t1 et t2 précitées, (définies par les résistances 9, 10 et le condensateur 11). Après transformation par le transformateur 15 d'isolement puis redressement par le circuit redresseur 1819, on obtient entre les bornes 3 et 4 une tension continue de sortie image de la tension continue d'entrée. La tension de sortie est continue avec une excellente précision, les écarts résiduels par rapport à la tension continue 'tpure" étant inférieurs en valeur relative à deux pour mille. La caractéristique du dispositif selon l'invention (courbe de la tension image de sortie en fonction de la tension d'entrée) est linéaire avec une très bonne précision dans la plage d'utilisation, c'est-à-dire à des valeurs de tension entre les bornes 20 et 2 supérieures à 5 V (tension permettant un fonctionnement correct du générateur de signal 13). Selon l'invention, on obtient ainsi grâce à un générateur de signal 13, alimenté précisément par la tension à mesurer, un dispositif apte à mesurer ou à surveiller, avec une précision absolue de l'ordre de 1%, des tensions de batterie dans une plage comprise entre 30 V et 300 V, fonctionnant avec un courant d'entrée compris entre 5 et 30 mA et délivrant une tension continue de sortie image de la tension d'entrée comprise entre 1 et 10 V. Ce résultat surprenant a été amélioré au moyen d'essais visant à déterminer la valeur optimale de la résistance 17 pour obtenir une précision relative du dispositif de tordre de un pour mille. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit, mais englobe au contraire toutes les variantes dans lesquelles le générateur de signal est alimenté par la tension à mesurer ou à surveiller. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour mesurer ou surveiller une tension continue, notamment pour la mesure d'une tension aux bornes d'une batterie de traction, comportant deux bornes d'entrée pour la tension à mesurer ou surveiller et deux bornes de sortie pour une tension de sortie image de la tension d'entrée, une résistance d'adaptation en série, une résistance de dérivation branchée en aval de la résistance d'adaptation, et un transformateur d'isolement galvanique, caractérisé en ce que le dispositif comporte en outre un générateur (13) de signal (s) à fréquence sensiblement fixe et à rapport cyclique sensiblement fixe, et en ce que le générateur (13) de signal(s) est alimenté par la tension (V+) à mesurer ou à surveiller. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fréquence sensiblement fixe et le rapport cyclique sensiblement fixe sont déterminés à partir de constantes de temps (tl, t2) définies par un condensateur (ll) et deux résistances (9, 10). 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la sortie du générateur (13) de signal (s) alimente l'enroulement primaire du transformateur (15) d'isolement relié en série à un condensateur (14), de manière à ce que la valeur moyenne des courants magnétisants soit nulle. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le dispositif comporte une diode (7) en série avec la résistance (6) de dérivation et une diode identique (16) au secondaire du transformateur (15) de manière à compenser les constantes de décalage de tension en sortie et en entrée. 5. Dispositif selon la revendication 1 et la revendication 4, caractérisé en ce que la diode identique (16) branchée au secondaire du transformateur (15) d'isolement est en série avec une résistance (17) de compensation. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la valeur de la résistance (17) de compensation est prédéterminée en fonction des valeurs des résistances (9, 10) définissant les constantes de temps (t1, t2) pour minimiser la variation de la tension de sortie résultant de la dérive de fréquence et de rapport cyclique. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'enroulement secondaire est relié à un circuit redresseur constitué par un condensateur (18) et une résistance (19).