Brevet FR2703835A1 — publié le 19941014

l " Procédé pour charger des accumulateurs au plomb à élec- trolyte immobilisé " L'invention concerne un procédé pour charger des accumulateurs au plomb à électrolyte immobilisé, hermé- tiquement clos et ne nécessitant pas d'entretien. Dans les accumulateurs pris ici en considéra- tion, l'électrolyte à acide sulfurique se présente, de pré- férence, sous la forme d'un gel thixotropique Une autre possibilité d'immobilisation de l'électrolyte consiste en ce que la quantité d'acide précisément nécessaire pour le fonctionnement de la batterie soit absorbée par des sépara- teurs en laine de verre, dans une mesure telle que prati- quement il n'y ait pas d'électrolyte librement mobile. Comme l'expérience l'a montré, des procédés connus et initialement déterminés pour des batteries au plomb avec électrolyte liquide, ne peuvent pas être trans- férés sans difficulté à des accumulateurs au plomb du type indiqué cidessus. Tous les procédés de charge ont au fond un but d'obtenir une charge complète de la batterie en un temps aussi court que possible Ceci peut par exemple s'effectuer selon une courbe caractéristique IU, en chargeant tout d'abord, avec un courant constant élevé, jusqu'à ce que la tension de dégagement gazeux soit atteinte, puis, tandis que cette tension est maintenue constante, en laissant le courant décliné jusqu'à la valeur très basse d'un courant limite admissible. Par le document DE-1 233 934, on connaît égale- ment un procédé de charge dans lequel le courant de charge est réduit plusieurs fois par paliers, dès que la tension de dégagement gazeux est atteinte. Des batteries au plomb, hermétiquement fermées avec un électrolyte immobilisé dans une laine de verre, né- cessite selon E Nann (Ohotovolt Solarenergie, Supplm 4. Nat Symp 1-3 3 1989, 1 1 1-1 1 24) pour la charge et la charge de maintien des appareils de charge réglés, qui li- mitent la tension de charge selon une courbe caractéristi- que IU ou bien WU Dans le premier cas, la charge s'effectue dans une première phase avec un courant décrois- sant, (courbe caractéristique de charge W) conditionné de façon que l'appareil de charge délivre une puissance cons- tante Du fait que celle-ci produit côté batterie une ten- sion antagoniste croissante, le courant décline paraboliquement. W H Deluca et al ( 25 Proc Intersoc Energy Convers Eng Conf, IECEC 1990,3,320-325) présente un rap- port sur la charge de modules de batterie au plomb aussi bien du type avec électrolyte absorbé qu'également du type avec électrolyte sous forme de gel, selon un schéma IU. Dans ce cas, avec une limite supérieure de tension de 2,35 Volts par élément, 105 % de la charge sont obtenus en 8 heures Si ces 105 W de la charge ne sont pas obtenus, il doit être assuré par une charge complémentaire limitée en tension selon un schéma IUI élargi.30 Un tel procédé de charge, notamment après une courbe caractéristique de charge IU Ia et appropriée notam- ment pour des accumulateurs au plomb avec un électrolyte sous forme de gel thixotropique, est également déjà connu par le document EP-A 339 446 Mais cette méthode de charge n'est manifestement aussi non exempte de défaut, car lors 3 2703835 d'un traitement parallèle d'éléments au plomb avec un élec- trolyte liquide et d'éléments au plomb avec un électrolyte sous forme de gel, il se présente dans le cas de ces der- niers, une dispersion d'environ 2 fois plus importante des tensions de fin de charge, autour de la tension de consigne de 2,3 Volts (vgl H Tuphorn, Revue Générale de l'Electri- cité (RGE) 48/No 3, Mars 1990, 45-49) Ceci amène à la conclusion que les tensions d'éléments, après une très lon- gue période de fonctionnement, s'écartent les unes des au- tres, les éléments avec la tension la plus basse n'étant plus complètement chargés et étant, en conséquence, préma- turément défaillants. L'invention a pour but d'indiquer, pour des ac- cumulateurs au plomb à électrolyte immobilisé, un procédé de charge qui garantisse une prise de charge uniforme et une pleine charge de tous les éléments à la fin, et qui ait également une influence favorable sur la durée de vie des éléments. Ce nouveau procédé est caractérisé en ce qu'il est prévu au moins deux phases de charge à courant cons- tant, dans chacune desquelles on charge jusqu'à l'obtention d'une valeur limite de la tension, tandis que la poursuite de la charge dans la phase immédiatement suivante s'effec- tue avec un courant constant à un palier plus bas, et en ce que la charge est complétée dans une autre phase de charge avec un courant constant limité dans le temps, sans coupure d'après un critère de tension. Suivant une autre caractéristique de l'invention, ce procédé comprend trois phases de charge avec des courants constants réduits successivement. Suivant une autre caractéristique de l'invention, les courants de charge I pour les trois pre- mières phases de charge et pour une tension limite restant la même, sont choisis entre 2,3 et 2,4 Volts, en se situant par rapport au courant nominal de décharge I 5 entre 0,4 I 5 et 1,0 IS dans la première phase, 0,2 I 5 et 0,5 I 5 dans la deuxième phase et 0,05 I 5 et 0,2 I 5 dans la troisième phase, et en ce que le courant constant Ia prévu pour la charge complémentaire se situe entre 0,05 I 5 et 0,2 I 5. Suivant une autre caractéristique de l'invention, on utilise comme courants de charge constants I = 0,7 x I 5 dans la première phase, I = 0,25 x I 5 dans la seconde phase, I = 0,1 x I 5 dans la troisième phase et le courant constant de charge complémentaire Ia est égal à 0,1 I 5. Suivant une autre caractéristique de l'invention, la durée de la charge complémentaire est de 1 à 5 heures. Dans la quatrième ou dernière phase, la charge est poursuivie avec le courant réglé en dernier lieu (courant pendant la troisième phase) pour une durée déter- minée par une minuterie, sans qu'un critère de tension mette éventuellement une fin prématurément à cette phase de charge complémentaire Avec cette charge complémentaire, un équilibre de charge de tous les éléments est créé à 1 'inté- rieur de l'ensemble de la batterie et assure leur condi- tionnement uniforme. Le nouveau procédé constitue ainsi une charge en plusieurs paliers avec une courbe caractéristique de charge II Ia avec les phases successives I à courant cons- tant, qui sont limitées en tension, tandis que dans la phase d'équilibrage Ia suivante, limitée dans le temps, la tension évolue librement. La tension de coupure à la fin des phases I doit, selon l'invention se situer entre 2,3 et 2,4 Volts, et est réglée en fonction de la température de la batterie. Cette température est mesurée à l'intérieur d'un élément, entre deux éléments d'une batterie ou bien sur la convexion polaire de deux éléments. Les courants de charge I se rapportent au cou- rant nominal des charges en 5 heures de la batterie (IS) et doivent, selon l'invention, être choisis comme suit 0,4 I 5 à 1,0 I 5, de préférence 0,7 I 5 dans la première phase; coupure par signal de tension. 0,2 I 5 à 0,5 I 5, de préférence 0,25 I 5 dans la seconde phase; coupure par signal de tension. 0,05 I 5 à 0,2 I 5, de préférence 0,1 I 5 dans la troisième phase; coupure par signal de tension. 0,05 IS à 0,2 I 5, de préférence 0,1 I 5 dans la phase de charge complémentaire; coupure après le temps prévu, pas de critère de tension. La durée de la phase de charge complémentaire doit, selon l'invention, être de 2 à 5 heures, dans le cas le plus favorable, 1 heure peut être suffisante, notamment lorsque le temps total écoulé sur les phases I est de moins de 6 heures Dans ce cas, la batterie était déjà chargée dans une large mesure. L'unique figure montre un procédé de charge se- lon l'invention avec un courant réduit par palier selon un schéma. Les courants de charge indiqués ci-dessous sont valables pour un module de batterie à électrolyte sous forme de gel d'une capacité nominale de 180 Ah, dont le25 courant nominal I 5 sur 5 heures est de 36 A La courbe en trait épais représente l'évolution dans le temps du courant de charge, la courbe en trait fin, l'évolution dans le temps de la tension de charge. La limitation de la tension se situe selon l'invention, pour chaque palier ou chaque phase de charge, à 2,4 Volts par élément. Selon la figure tl, t 2, t 3 indiquent la durée des trois premières phases de charge, qui se terminent res- pectivement lorsqu'une tension de coupure de 2,4 Volts est atteinte La durée t 4 de la phase de charge complémentaire est fixée à 1 heure. Dans la première phase, on charge avec un cou- rant de 15 A Dans la deuxième phase le courant de charge est réduit à 8 A et dans la troisième phase à 4 A Après la coupure limitée en tension, la charge est directement pour- suivie avec le courant inchangé de 4 A en étant limitée dans le temps (phase de charge complémentaire). Le nouveau procédé de charge avec le schéma dont la charge III Ia serait particulièrement adaptée pour les batteries au plomb avec des électrolytes immobilisés. Il comprend exclusivement des phases de charge à courant constant, tandis que notamment une phase de complément de charge Ia assure un équilibre de charge entre les éléments de la batterie après que la prise de charge ait été épui- sée Des éléments de capacité réduite peuvent alors être remplacés par des éléments neufs, sans que les éléments subsistants subissent des dommages. Le degré de décharge de la batterie n'a pas be- soin d'être connu Si une batterie complètement chargée ar- rive à l'appareil de charge, elle est au pire surchargée seulement une heure avec un courant I = 0,1 x I 5, ce qui correspond à 2 ' de la capacité nominale pour I 5. Des procédés avec des paliers IU par contre, ne peuvent pas maintenir la tension des éléments plus anciens à la hauteur nécessaire Ces éléments sont défaillants après quelques cycles. De façon particulièrement avantageuse, on peut dans le cas du nouveau procédé de charge, utiliser égale- ment les chaleurs de recombinaison apparaissant lors de la recombinaison catalytique des gaz de charge en ce que l'on utilise le démarrage d'un recombinateur prévu sur l'accumu- lateur comme signal pour la commande de la charge. Enfin, il peut être très avantageux pour l'ex- ploitation de la charge selon l'invention, d'équiper en ou- 7 2703835 tre l'accumulateur avec une vanne à deux voies selon le do- cument DE-OS 41 08 491, dont le fonctionnement est spécia- lement adapté au dégagement gazeux d'accumulateurs à électrolyte immobilisé. R E V E N D I C A T I O N S 1. Procédé pour la charge d'accumulateurs au plomb hermétiquement clos, sans entretien, avec électrolyte immobilisé, procédé caractérisé en ce qu'il est prévu au moins deux phases de charge à courant constant, dans cha- cune desquelles on charge jusqu'à l'obtention d'une valeur limite de la tension, tandis que la poursuite de la charge dans la phase immédiatement suivante s'effectue avec un courant constant à un palier plus bas, et en ce que la charge est complétée dans une autre phase de charge avec un courant constant limité dans le temps, sans coupure d'après un critère de tension. 2. Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'il comprend trois phases de charge avec des courants constants réduits successivement. 3. Procédé selon la revendication 2, caracté- risé en ce que les courants ce charge I pour les trois pre- mières phases de charge et pour une tension limite restant la même, sont choisis entre 2,3 et 2,4 Volts, en se situant par rapport au courant nominal de décharge I 5 entre 0,4 I 5 et 1,0 I 5 dans la première phase, 0, 2 I 5 et 0, 5 IS dans la deuxième phase et 0,05 15 et 0,2 I 5 dans la troisième phase, et en ce que le courant constant Ia prévu pour la charge complémentaire se situe entre 0,05 I 5 et 0,2 I 5. 4 Procédé selon la revendication 3, caracté- risé en ce qu'on utilise comme courants de charge constants I = 0,7 x I 5 dans la première phase, I = 0,25 x I 5 dans la seconde phase, I = 0,1 x I 5 dans la troisième phase et que le courant constant de charge complémentaire Ia est égal à 0,1 I 5. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la durée de la charge complémen- taire est de 1 à 5 heures.