Brevet FR2706083A1 — publié le 19941209

La présente invention concerne des ensembles formant unités de batteries et d'une manière plus générale des unités pour des dispositifs de stockage d'énergie. On utilise habituellement un grand nombre de types d'unités de batteries, dont les plus usuelles sont des sources d'énergie rechargeables pour des équipements portatifs, comme par exemple des cameras vidéo registre.is, des téléphones mobiles et des ordinateurs à mémoire bloc-notes. De façon typique, une telle unité comprend une batterie d'éléments, un boîtier servant à protéger et contenir les éléments, des moyens pour interconnecter les éléments à l'intérieur du boîtier et des conducteurs reliant les éléments interconnectés à des bornes extérieures. La forme du boîtier et l'emplacement des bornes peuvent être tels qu'ils soient appariés à la fois du point de vue électrique et physique à un équipement extérieur du type indiqué ci- dessus à titre d'exemple, et, dans le cas d'un module rechargeable, un chargeur. De même, l'unité contient un coupe-circuit thermosensible, qui sert à déconnecter les éléments dans le cas de températures excessives des éléments. Actuellement, il est proposé d'insérer certains moyens de commande ou de contrôle à l'intérieur d'une unité de batterie. Un tel agencement pourrait permettre une25 commande du courant de charge pendant la recharge, un contrôle de la charge pendant la décharge et la charge (pour un module rechargeable), l'affichage de l'état de la batterie et éventuellement la transmission de l'état de la batterie à un équipement extérieur. De tels agencements sont décrits dans la demande de brevet européen 92402955.6. En réalité, les moyens de commande de tels agencements peuvent être réalisés moyennant l'utilisation d'un micro- ordinateur du type microcontrôleur. On les désigne quelquefois sous l'expression "unités de batteries intelligentes". Conformément à un aspect de la présente invention, il est prévu un ensemble formant unité de batterie caractérisé en ce qu'il comporte un élément de détection du courant réalisé sous la forme d'une interconnexion entre les éléments de la batterie. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 représente une unité de batterie intelligente; - la figure 2 représente un ensemble formant unité de batterie de l'art antérieur; - la figure 3 représente un ensemble formant unité de batterie conforme à la présente invention; - les figures 4(a) à 4(c) représentent certains détails de l'agencement représenté sur la figure 3; et - la figure 5 montre un autre exemple d'une unité de batterie intelligente. Les problèmes, auxquels est confronté le concepteur d'un ensemble formant unité de batterie, incluent ce qui suit: 1) Conservation de l'énergie de la batterie par unité de volume pour des unités cylindriques, 2) Conservation d'un rendement élevé de l'unité de batterie, 3) Stabilité de la valeur résistive de contact d'une résistance de détection du courant, 4) "Points chauds" provoqués par la résistance de détection, ) Dessoudage de la résistance de détection lors du passage d'un courant intense, 6) Programmation de la capacité de la batterie après assemblage, 7) Fiabilité conservée jusqu'à l'assemblage de l'unité, 8) Faible coût d'assemblage. La présente invention résout ces problèmes et d'autres problèmes sur la base des caractéristiques suivantes: 1) Les composants pour un module intelligent sont montés de manière à être insérés dans les espaces que laissent subsister les éléments cylindriques de l'unité. La plaquette à circuits imprimées est montée, d'une manière adaptée en rapport avec son épaisseur, sur un rebord du capot en matière plastique, ce qui conduit à un accroissement effectif de volume "nul" de l'ensemble. 2) Une bande 22 d'interconnexion de la batterie (figure 3) est formée en vue de l'obtention de la valeur résistive désirée de la résistance de détection; la résistance de la bande forme par conséquent une partie de la résistance de détection, ce qui réduit la puissance dissipée. 3) La bande est soudée selon un soudage par points sur le boîtier de l'élément - non brasé; cela implique qu'il existe une résistance de contact plus stable que dans le cas de la fixation par brasage de la résistance de détection. 4) Étant donné que la résistance de détection est soudée à l'unité, ceci fournit un bon trajet de conduction thermique aboutissant à l'élément; en outre, il est proposé d'utiliser des isolants en mica le long de l'ensemble de la résistance de détection (qui s'éten- dent à côté d'autres éléments) de manière à accroître la conduction de chaleur en direction des autres éléments. Lorsqu'on mesure la tension aux bornes de la résistance de détection, on prélève des microampères; ceci fournit un dispositif Kelvin de grande précision. ) La faible conductance thermique conférée par la résistance de détection empêche la formation de "points chauds" (lors du passage de courants intenses) étant donné que la masse thermique des éléments agit en tant que puits de chaleur; ce n'est pas le cas avec d'autres agencements, dans lesquels la résistance de détection est montée sur la plaquette à circuits imprimés. 6) Le logiciel du microcontrôleur est écrit de manière à sauvegarder aisément, dans une mémoire EEPROM, la valeur résistive lorsqu'on fait circuler un courant de lC pour les éléments particuliers à travers l'unité. 7) Le module intelligent est assemblé dans le module cylindrique (par exemple vidéo) lors de la dernière phase de l'assemblage de l'unité, c'est-à-dire après l'exécution du soudage par ultrasons; en tant que tel, il n'est pas soumis à cette contrainte. 8) Pour un contrôleur de charge, dans lequel seul le courant de polarisation traverse le module, on peut réaliser une insertion "par ajustement avec encliquetage" sans brasure, à faible coût, en utilisant des prolongateurs de bande 300, 301 en contact avec la plaquette 305. Les éléments principaux d'une unité rechargeable de l'art antérieur sont représentés sur la figure 2 selon une vue éclatée (pour une meilleure visibilité). La référence 20 représente la plaque avant en ma- tière plastique équipée des bornes d'alimentation "+", "-" (et auxiliaire) de l'unité de batterie. 21 désigne les éléments de l'unité de batterie. La référence 22 désigne une bande métallique utilisée pour le raccordement des éléments (en général en série) et le raccordement avec les bornes "+" et "-" La référence 23 désigne le thermorupteur de sécurité, qui interrompt le courant de la batterie si la température des éléments dépasse sa valeur de seuil fixée à la conception. La référence 24 désigne le couvercle supérieur de D l'unité de batterie. La figure 3 représente un agencement de l'unité de batterie conforme à la présente invention. Bien que la figure représente une unité typique de batterie du type pour camera vidéo enregistreuse, un agencement similaire est possible pour des modules cylindriques pour d'autres applications, dans lesquelles l'entrée de charge 45 et des bornes 41 d'inter- face de transmission de données peuvent être également prévues. La référence 20 désigne la plaque avant en ma- tière plastique pourvue des bornes d'alimentation "+" "-" (et auxiliaire) de l'unité de batterie. La référence 21 désigne les éléments de l'unité de batterie. La référence 22 représente les bandes métalliques utilisées pour le raccordement des éléments (en général en série) et le raccordement avec les bornes "+" et "-". La référence 23 désigne le thermorupteur de sécurité, qui interrompt le courant de la batterie si la température des éléments dépasse sa valeur de seuil fixée à la conception. La référence 304 désigne le couvercle supérieur de l'unité de batterie. La référence 305 désigne le module intelligent à microcontrôleur. La référence 306 désigne une pellicule option- nelle isolante et de "lissage". La référence 307 désigne la plaque signalétique intégrée de batterie pourvue de l'interrupteur à membrane d'allumage à diodes LED. Les différences par rapport à l'art antérieur sont les suivantes: 1) Modification de la forme des bandes d'interconnexion pour former une résistance de détection possédant la valeur résistive désirée. 2) Addition de pellicules isolantes en mica pour l'isola- tion de la résistance à bande vis-à-vis des bandes d'interconnexion adjacentes et des bandes adjacentes de raccordement des bornes - le mica permettant un bon transfert de chaleur depuis la résistance de détection en direction des éléments pendant l'utilisation à courant intense. 3) Ouverture comportant des rebords dans le couvercle en matière plastique pour le module du microcontrôleur, un séparateur isolant optionnel formé d'une pellicule et un 2-ème rebord pour une plaque de retenue et d'étique- tage formée d'une pellicule adhésive et comportant un interrupteur à membrane 4007. L'agencement du module intelligent est tel que des diodes LED 4003 à 4006 montées sur la "face tournée vers les éléments" de la plaquette à circuits imprimés sont visibles à travers le trou F de la plaquette à circuits imprimés et à travers la plaque signalétique 307. 4) Les "bandes" repérées par 300, 301, 308 sont ajoutées de manière à établir le contact avec le module à microcontrôleur 305 de sorte que les données concernant la chute de tension aux bornes de la résistance de détection R, la tension aux bornes des éléments et la température de ces derniers soient transférées au module intelligent. Les avantages comprennent ce qui suit: 1) Un ensemble (un module vidéo par exemple) présentant un accroissement de volume "nul" par rapport à un module de l'art antérieur. 2) La bande 309 d'interconnexion de la batterie, utilisée en tant que résistance de détection, présente une valeur résistive globale inférieure, avec un rendement supérieur du système du module. 3) La bande est soudée selon un soudage par points au boîtier des éléments - non brasée; ceci signifie que l'on obtient une résistance de contact plus stable par rapport au montage usuel brasé de la résistance de détection. 4) Système de mesure Kelvin. 5) Aucun "point" chaud sur la plaquette à circuits imprimés. 6) Un module permet d'obtenir différentes capacités des éléments (étant donné que ce dernier est introduit pendant l'essai du module assemblé). 7) Le module intelligent n'est pas soumis à une contrainte liée aux ultrasons (par exemple pour des modules vidéo). 8) Montage calibré, sans brasage de fils pour la charge, du module dans l'unité. 9) Le module et en particulier les composants de commutation de commande de la charge sont montés à proximité du système de protection thermique 23 des éléments. Ceci fournit une caractéristique de sécurité pour l'ensemble du module intelligent. Ci-après, on va indiquer ce que signifient les références sur les dessins annexés: Figure 1 Batterie intelligente 11 Borne positive de la batterie 12 Borne négative de la batterie 14 Entrée du courant de charge Éléments 16 Moyens de commande - 17 Affichage 18 Liaison de transmission de données 19 Entrée de la tension de la batterie Entrée de la température des éléments 101 Entrée du courant de la batterie 102 Interrupteur de commande de la charge 103 Capteur de température des éléments 104 Résistance de détection du courant de la batterie Système de protection thermique Figure 2 Plaque avant en matière plastique 21 Éléments 22 Bandes d'interconnexion des éléments 23 Système de protecticn thermique 24 Plaque formant couvercle en matière plastique Raccord positive d'alimentation 26 Raccord pour l'alimentation négative 27 Borne positive d'alimentation 28 Borne négative d'alimentation Figure 3 Plaque avant en matière plastique 21 Éléments 22 Bandes d'interconnexion des éléments 23 Système de protection thermique Raccord pour l'alimentation positive 26 Raccord pour l'alimentation négative 27 Borne positive d'alimentation 28 Borne négative d'alimentation 300,301 Connexions de la résistance de détection 308 Partie de la résistance de détection 302 Isolant de la résistance de détection 304 Plaque avant en matière plastique 305 Module de commande 306 Pellicule isolante 307 Plaque de couverture adhésive Figure 4a 305 Module de commande 4001 Microcontrôleur 4002 Interrupteur d'alimentation en énergie 4003,4004 4005,4006 Diodes photoémissives Figure 4b 304 Plaque avant en matière plastique Plaque avant en matière plastique Figure 4c 21 Éléments 23 Système de protection thermique 4001 Microcontrôleur 4002 Interrupteur d'alimentation en énergie Figure 4d 305 Module de commande 4003,4004 4005,4006 Diodes photoémissives 4007 Surface de contact de l'interrupteur Figure 5 Éléments 48,49 Conditionnement des signaux 103 Détecteur de température Système de protection thermique Capteur de la température ambiante 4001 Microcontrôleur 36 Convertisseur analogique/numérique 32 Multiplexeur Circuit de synchronisation 38 Unité formant processeur central 46 Mémoire ROM 47 Mémoire RAM 51 Réseau logique programmable 17 Affichage 41 Commande de l'interrupteur de charge rapide 43 Commande de l'interrupteur de charge rapide 41 Entrée/sortie de données 42 Mémoire E2PROM 11 Borne d'alimentation positive Entrée de la charge 12 Borne d'alimentation négative. REVENDICATION Ensemble formant unité de batterie, caractérisé en ce qu'il comporte un élément de détection du courant réalisé sous la forme d'une interconnexion entre les5 éléments (15; 21) de la batterie.