Brevet FR2704982A1 — publié le 19941110

Système de reconnaissance et de gestion de aénérateurs électrochimiques La présente invention concerne un système de reconnaissance et de gestion plus particulièrement destiné aux générateurs électrochimiques, généralement associés en batterie. L'utilisation de générateurs électrochimiques dans les applications portables en particulier, pose le problème de connaitre précisément la capacité disponible de ces10 générateurs ainsi que leur degré de vieillissement, qui se traduit par une diminution des performances au fur et à mesure de l'utilisation. En effet une mesure simple de tension ne permet pas d'apprécier correctement le taux de charge d'un générateur éléctrochimique.15 Dans le cas d'une batterie d'accumulateurs utilisée dans une caméra vidéo portable, une solution proposée est le contrôle de l'état de charge effectué par une mesure coulométrique qui tient compte de l'autodécharge. Le dispositif associé à la batterie comporte un microcontrôleur20 4 bits, et il est capable de détecter les fins de charge et de décharge pour se caler. Mais cette solution ne répond qu'en partie au problème posé et ce dispositif est par ailleurs d'un surcoût notable. D'autre part, il est théoriquement possible de faire fonctionner des applications avec des générateurs électrochimiques de nature ou d'origine différentes. Dans la pratique cela pose de nombreux problèmes liés aux caractéristiques électriques différentes (tension, impédance interne,...) et se traduit souvent par une dégradation des30 performances du générateur électrochimique, et même parfois par un non fonctionnement. Pour un générateur électrochimique rechargeable, les conséquences sont beaucoup plus graves s'il s'agit du chargeur, car un générateur électrochimique rechargeable qui est chargé de façon non approprié peut être rapidement détérioré, entraînant des risques importants concernant la sécurité (explosion, feu,...). Afin d'éviter la charge de générateurs électrochimiques primaires, on place des détrompeurs mécaniques reconnus par le chargeur qui inhibent la charge, mais cette technique ne peut être employée que pour une famille de produits provenant du même fabricant. Le brevet JP-4 255 431 propose un chargeur capable de déterminer par une mesure de tension le type de générateur électrochimique rechargeable constituant la batterie, pour appliquer ensuite le courant de charge qui convient. Cette méthode n'est applicable qu'à des batteries de générateurs électrochimiques rechargeables dont on connait le nombre d'éléments en série et qui demandent une charge lente. Il est impossible par une simple mesure de tension de déterminer si le générateur électrochimique rechargeable a été conçu pour supporter une charge en régime rapide. La présente invention concerne en particulier un système permettant à une application d'identifier le type et les caractéristiques des générateurs électrochimiques qui lui sont reliés, de connaitre l'état de charge et le degré de vieillissement de ces générateurs électrochimiques, et de gérer les conditions de la décharge et de la recharge de générateurs électrochimiques rechargeables.25 L'objet de la présente invention est un système de reconnaissance et de gestion de générateurs électrochimiques reliés à une application, qui comprend une mémoire électronique associée auxdits générateurs, et un moyen de lecture de la mémoire et un moyen d'écriture dans la mémoire placés dans l'application. Selon un mode de réalisation préférentiel, la mémoire électronique comporte une première partie destinée à être lue, et une seconde partie destinée à être lue, modifiée, et effacée.35 La première partie de la mémoire est plus particulièrement destinée à contenir des informations données par le fabricant qui permettent l'identification du générateur électrochimique (description, conditions de fonctionnement, etc...). La première partie de la mémoire contient sous forme codée au moins une donnée choisie parmi les données suivantes sur le générateur électrochimique: - nature du couple électrochimique, - tension nominale (V), - capacité nominale (Ah), - rechargeabilité ou non, - seuil de tension maximum et minimum (sécurité), - autodécharge (% par mois), référence du produit, - nom du fabricant, etc... mais également par exemple pour un générateur rechargeable: - mode de charge, etc... De préférence ces données sont introduites par le fabricant, dans ce cas la première partie de la mémoire peut être du type ROM (Read Only Memory). Mais des données peuvent tout aussi bien être ajoutées par l'utilisateur, cette partie de la mémoire est alors de type EEPROM (Electrically PROgrammable Memory). La seconde partie de la mémoire contient des informations sur le fonctionnement et l'état du générateur électrochimique. Par l'intermédiaire du générateur, cette seconde partie sert à transférer des données de façon bidirectionnelle entre les applications: chargeur, récepteur mobile, etc...; ici le terme "récepteur" désigne tout dispositif consommant le courant électrique fourni par le30 générateur. La seconde partie de la mémoire contient sous forme codée au moins une donnée choisie parmi les données suivantes sur le générateur électrochimique: - capacité instantannée (au moment de la mesure), capacité nominale actualisée compte-tenu du vieillissement du générateur, - capacité déchargée cumulée, etc... mais également à titre d'exemple pour un générateur rechargeable: - nombre de cycles déjà effectués, - date de la dernière charge, etc... Pour cette fonction la mémoire utilisée peut être du type RAM (Random Access Memory) ou EEPROM (Electrically Erasable PROgrammable Memory). L'accès en lecture ou en écriture à cette mémoire peut se faire à travers une liaison en série ou parallèle. Il est également possible d'associer à cette mémoire une horloge en temps réel dans le but de calculer l'autodécharge du générateur. La condition minimum de fonctionnement d'un tel système est que les applications aient la capacité de communiquer avec la mémoire. D'une part, le moyen de lecture permet à l'application de connaitre les données contenues dans la mémoire du générateur électrochimique et d'adapter son fonctionnement. Par exemple, le chargeur utilisant l'invention est ainsi20 capable de charger avec efficacité et sécurité n'importe quel type de générateur électrochimique rechargeable qu'il a identifié. Le chargeur peut aussi refuser de charger un générateur électrochimique primaire ou un système électrochimique qu'il ne reconnait pas. D'autre part, le moyen d'écriture permet à l'application de modifier les données contenues dans la seconde partie de la mémoire du générateur électrochimique, et d'y introduire des données supplémentaires. Par exemple, la charge terminée, le chargeur inscrit dans la seconde30 partie de la mémoire la quantité d'électricité introduite dans le générateur électrochimique rechargeable. Pendant la décharge, le récepteur déduit la quantité consommée. A la charge suivante, le chargeur sait par différence quelle quantité d'électricité il doit fournir au générateur.35 Avec la seconde partie de la mémoire, il est également possible de suivre l'évolution des caractéristiques des générateurs électrochimiques comme la capacité nominale, l'autodécharge, etc... Pour des générateurs électrochimiques rechargeables par exemple, le chargeur peut effectuer des tests de capacité (décharges profondes) de façon périodique 5 et automatique et en inscrire le résultat dans cette partie de la mémoire. Le système de reconnaissance et de gestion selon l'invention est destiné à la liaison entre des générateurs électrochimiques et un récepteur mobile comme un téléphone portable, un outillage portatif, un jouet, une caméra vidéo portable, un véhicule électrique, etc... Par exemple dans la seconde partie de la mémoire, le récepteur lit la capacité disponible des générateurs électrochimiques, ensuite il y inscrit la quantité d'électricité consommée et la date de la15 décharge. Dans le cas des générateurs électrochimiques rechargeables, ces informations permettent à la charge suivante de se réinitialiser correctement. Le système de reconnaissance et de gestion selon l'invention est également destiné à la liaison entre des générateurs électrochimiques rechargeables et un chargeur. Le chargeur est équipé d'un microprocesseur qui peut, grâce aux données lues dans la mémoire électronique des générateurs électrochimiques rechargeables, imposer les conditions de charges adéquates. La personalisation de la25 charge est obtenue par la lecture de la première partie de la mémoire et permet au chargeur d'accepter tout type de générateurs électrochimiques rechargeables. Les informations contenues dans la seconde partie de la mémoire sont modifiées par le chargeur pour y intégrer l'évolution des30 caractéristiques des générateurs électrochimiques rechargeables à la suite de la charge. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages et particularités apparaîtront à la lecture des exemples de réalisation qui suivent, donnés à titre illustratif et non35 limitatif, accompagnés des dessins annexés parmi lesquels: - la figure 1 représente un schéma simplifié d'une batterie de générateurs électrochimiques, dans laquelle est placée une mémoire électronique, reliée à une application, - la figure 2 montre la configuration du système selon l'invention pour le cas d'une liaison entre une batterie de générateur électrochimiques rechargeables et un chargeur, - la figure 3 est analogue à la figure 2 pour le cas d'une liaison entre une batterie de générateurs électrochimiques rechargeables et un radiotéléphone portable. Une mémoire électronique 2 placée dans une batterie de générateurs électrochimiques 1, comme représenté sur la figure 1, peut être par exemple une mémoire du type "EconoRAM" de la société DALLAS SEMICONDUCTORS. Sa capacité est de 256 bits dont 32 bits en mémoire type ROM 6 et le reste (224 bits) en mémoire type RAM 7. Cette mémoire électronique 2 se présente sous la forme d'un boîtier plastique dont les trois fils émergeant ont les fonctions suivantes: un fil 3 d'alimentation positive, un fil 420 d'entrée/sortie de données en série, et un fil 5 relié à la masse. Les fils 3 et 5 sont connectés aux bornes 8 et 9 d'alimentation de l'application 10, et le fil 4 est relié à lma borne 11. La consommation de la mémoire est de lnA, sa tension d'alimentation est comprise entre 1,2V et 5,5V.25 L'affectation des données dans la première partie de type ROM 6 de la mémoire 2 est la suivante: bits 1 à 3: nature du couple électrochimique (8 possibilités) 0 nickel-cadmium 1 nickel-hydrure 2 nickel-zinc 3 plomb-acide 4 zinc-bioxyde de manganèse alcalin à 7 générateurs au lithium bit 4: rechargeabilité du générateur 0 non rechageable 1 rechargeable bits 5 à 8: nombre de cellules dans la batterie (de 1 à 16) bits 9 à 16: tension par élément (de 1V à 4V, par pas de 12mV), ce qui représente 8 bits soit 255 combinaisons utilisables; la tension des éléments U en volts s'exprime alors par la formule: U=l+x(3/255) avec 0 2 C 3 4C bits 27 et 28: mode de charge 0 courant constant 1 tension constante 2 courant pulsé 3 autre mode bits 29 à 32: code fabricant (16 possibilités) D'autres données, comme les seuils de sécurité en tension, température, et temps, pourraient être également introduites en remplacement de certaines données qui précèdent, ou bien simplement ajoutées dans le cas o on utilise une mémoire ROM de capacité supérieure. L'affectation des données dans la seconde partie de type RAM 7 de la mémoire est la suivante: bits 33 à 40: nombre de charges complètes effectuées depuis la mise en service (de 0 à 2550) N=x10 avec 0 EXEMPLE 1 Comme illustré par la figure 2, une mémoire 2, analogue à celle décrite précédemment, est placée dans une batterie de générateurs électrochimiques rechargeables, composée de 6 accumulateurs nickel- cadmium cylindriques spiralés de format AA (diamètre: 14,3mm, hauteur: 50,3mm), référence VR de la société SAFT. Dans ce cas le contenu de la première partie ROM 6 de la mémoire 2 est le suivant: bits 1 à 3 000 nickel-cadmium bit 4 1 rechargeable bits 5 à 8 110 6 éléments bits 9 à 16 00010001 1,2 Volts/accumulateur25 bits 17 à 24 00001010 550mAh bits 25 et 26 10 courant de charge C bits 27 et 28 00 courant constant bits 29 à 32 0000 SAFT La seconde partie RAM 7 sera gérée au cours de l'utilisation par un chargeur et un récepteur. La batterie 17 de générateurs électrochimiques rechargeables est reliée à un chargeur 10. Ce chargeur 10 est équipé d'un microprocesseur 11 qui utilise les informations contenues dans la mémoire 2 de la batterie 1735 pour configurer le module 12 de régulation du courant. Cette configuration porte sur les données contenue dans la partie ROM 6 de la mémoire 2 comme: - le courant de charge (C), - la fixation des seuils de sécurité en tension, en température et en temps, - le mode de charge: courant constant, etc... et les données contenues dans la partie RAM 7 de la mémoire 2 comme: - la capacité nominale actualisée, - le nombre de cycles, - la date de la dernière charge, etc... La capacité instantannée est d'abord mesurée par méthode coulométrique, puis enregistrée cycliquement par le microprocesseur 11, et enfin transférée dans la seconde15 partie 7 de la mémoire 2 de la batterie 17. Le microprocesseur 11 possède: - un convertisseur de données analogiques en données digitales, permettant de lire et d'écrire les donnés analogiques nécessaires à la gestion de la charge (température, tension), - un compteur de temps pour la gestion du temps de charge, - une sécurité (chien de garde), - une entrée réception 13 (RXD) et transmission 14 (TXD), - une partie ROM 15 et une partie RAM 16 pour le traitement du logiciel, et le microprocesseur est piloté par une horloge à 11MHz. Le microprocesseur peut être par exemple le circuit de référence ST6210 de la société SGS THOMSON qui comporte 8 bits. EXEMPLE 2 Une batterie 17 de générateurs électrochimiques rechargeables comportant une mémoire électronique 2, analogue à celle décrite dans l'exemple 1, est reliée aux bornes d'alimentation 8 et 9 d'un radiotéléphone portable 20 de type GSM (Global System for Mobile Communications) comme le montre la figure 3. Ce radiotéléphone 20 est équipé d'un5 microprocesseur 21 qui dialogue avec la mémoire 2 de la batterie 17 en y inscrivant la quantité d'électricité consommée et la date de la fin de la décharge. Le microprocesseur peut être du type 93C101 de la société PHILIPS.10 Les informations inscrites par le microprocesseur dans la mémoire de la batterie permettent à la charge suivante au chargeur 10, analogue à celui décrit dans l'exemple 3, de calculer la quantité d'électricité nécessaire à la recharge complète de la batterie 17. Dans ce cas, le chargeur peut15 être intégré dans le radiotéléphone. EXEMPLE 3 Une mémoire, analogue à celle décrite précédemment, est placée dans une batterie de générateurs électrochimiques primaires composée de 5 piles cylindriques zinc-bioxyde de20 manganèse à électrolyte alcalin de format R14 (hauteur: mm, diamètre: 26mm), référence MN 1400 de la société DURACELL. Dans ce cas le contenu de la première partie ROM de la mémoire est le suivant: bits 1 à 3 010 Zn-MnO2 alcalin bit 4 0 primaire bits 5 à 8 0101 5 éléments bits 9 à 16 00101010 1,5 Volts/pile bits 17 à 24 01101101 5500mAh30 bits 25 et 26 non utilisés bits 27 et 28 non utilisés bits 29 à 32 0001 DURACELL La seconde partie RAM 7 sera gérée au cours de l'utilisation par un récepteur. 1l La batterie de générateurs électrochimiques primaires est reliée aux bornes d'alimentation d'une caméra vidéo portable équipé d'un microprocesseur qui dialogue avec la mémoire de la batterie en y inscrivant la quantité5 d'électricité consommée et la date de la fin de la décharge. A la décharge suivante, les informations inscrites par le microprocesseur dans la mémoire de la batterie permettent à la caméra de connaître la quantité d'électricité encore disponible. Bien entendu la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais elle est suceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. En particulier, on pourra sans sortir du cadre15 de l'invention remplacer tout moyen par un moyen équivalent. REVENDICATIONS 1./ Système de reconnaissance et de gestion de générateurs électrochimiques reliés à une application, caractérisé par le fait qu'il comprend une mémoire électronique associée auxdits générateurs, et un moyen de lecture de ladite mémoire et un moyen d'écriture dans ladite mémoire placés dans ladite application. 2./ Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite mémoire électronique comporte une première partie destinée à être lue, et une seconde partie destinée à être lue, modifiée, et effacée. - 3./ Système selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ladite première partie de la mémoire dudit générateur électrochimique contient au moins une donnée15 choisie parmi les données suivantes: - nature du couple électrochimique, - tension nominale, - capacité nominale, rechargeabilité, - seuil de tension maximum et minimum, - autodécharge, référence du produit, - nom du fabricant. 4./ Système selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que ladite première partie de la mémoire contient des données introduites par le fabricant. 5./ Système selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que ladite première partie de la mémoire contient des données introduites par l'utilisateur. 6./ Système selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ladite seconde partie de la mémoire dudit générateur électrochimique contient au moins une donnée choisie parmi les données suivantes:5 - capacité instantannée, - capacité nominale actualisée, - capacité déchargée cumulée. 7./ Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit moyen de lecture permet à l'application de connaitre les données contenues dans ladite mémoire et d'adapter son fonctionnement. 8./ Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit moyen d'écriture permet à l'application de modifier les données contenues dans ladite seconde partie de15 la mémoire, et d'y introduire des données supplémentaires. 9./ Système selon l'une des revendications 1 à 8, o ladite application est choisie parmi les récepteurs mobiles consommant le courant fourni par lesdits générateurs électrochimiques. 10./ Système selon l'une des revendications 1 à 8, o ladite application est un chargeur et lesdits générateurs électrochimiques sont choisis parmi les générateurs électrochimiques rechargeables.