Brevet FR2734642A1 — publié le 19961129

"DISPOSITIF POUR LA MESURE DE PARAMETRES D'ELEMENTS DE BATTERIE" La présente invention concerne un dispositif pour la mesure de paramètres d'éléments d'une batterie en son ensemble comportant plusieurs éléments branchés en série. Lors de l'utilisation de batteries à plusieurs éléments, les tensions aux bornes des éléments individuels ou de groupe d'éléments présentent de manière inévitable des valeurs différentes ( par la suite le terme "élément" sera utilisé couramment pour des éléments individuels ainsi que pour des groupes d'éléments. Le terme englobe ainsi respectivement tous les éléments individuels réunis en une unité selon une technique de mesure). Pour éviter des surcharges ou des décharges prononcées d' éléments individuels il est souhaitable de mesurer un nombre aussi grand que possible de tensions partielles. Ceci est valable également pour les températures individuelles d'éléments. En outre, lors de la défaillance d'une batterie, il est difficile de détecter le ou les éléments défectueux, et ceci demande du temps. Une explication de la cause de la défaillance n'est, également, pas possible d'une manière simple. Pour la mesure des tensions partielles, des dispositifs de mesure sont connus qui comportent respectivement une ligne électrique de mesure entre chacun des éléments à mesurer et une station de mesure centrale. Les dépenses en câblage et en réalisation des contacts à la station de mesure, liées à cette solution, sont considérables. En outre on connait, d'après EP 0 277 321, un montage pour un contrôle courant de la qualité d'une batterie à plusieurs éléments. Selon cet état de la technique, à chaque élément est associé un circuit de mesure, qui est déclenché par la ligne électrique de commande commune et/ou la ligne électrique de mesure, les valeurs de mesure étant amenées successivement par la ligne électrique de mesure commune à un circuit d'exploitation commun. L'inconvénient dans cette disposition consiste en ce que chaque circuit de mesure doit être relié à deux pôles de l'élément à mesurer, en ce que le circuit de mesure nécessite de l'énergie, qui est prélevée sur la batterie à mesurer, et que chaque circuit de mesure comporte un dispositif pour le codage des signaux et un élément de couplage pour la séparation de potentiel. Le problème à la base de l'invention consiste, par conséquent, à fournir un dispositif pour la mesure de paramètres d'éléments de batterie qui soit le plus simple possible quant à sa construction. Ce problème est résolu par un dispositif et un procédé pour la mesure de paramètres d'éléments d'une batterie en son ensemble comportant plusieurs éléments branchés en série ayant les caractéristiques des revendications 1 ou 12. Dans le dispositif conforme à l'invention, un contact n'est établi qu'une seule fois respectivement avec chaque point de liaison entre les éléments. En outre les circuits non linéaires capables de s'organiser, proches de la batterie, convergent vers un point de mesure commun de sorte que pour le prélèvement des grandeurs de mesure électriques une ligne seulement est nécessaire à partir du point de mesure commun. De préférence le circuit non linéaire est un circuit passif, de sorte que, par le dispositif de mesure, aucune charge importante de la batterie ne résulte d'éléments consommateurs actifs. Un circuit non linéaire particulièrement simple pour la réalisation de la fonction conforme à l'invention est une source de courant dont l'intensité du courant présente une dépendance non linéaire prédéterminée vis-à-vis de sa tension aux bornes. La caractéristique tension-courant non linéaire de la source de courant est de préférence telle que la source de courant ne délivre du courant qu'à l'intérieur d'une plage de tension aux bornes prédéterminée. De telles sources de courant sont particulièrement simples à réaliser quant à leur construction. Un exemple préféré consiste en la réalisation de la source de courant par un branchement série d'une diode et d'une résistance. t Comme grandeur de commande il est fait recours de préférence à la valeur de résistance d'une résistance qui peut être commandée, ou résistance réglable, car une résistance réglable est d'une construction particulièrement simple et d'un prix favorable pour la réalisation. En tant que grandeurs électriques se présentant au point commun de mesure on saisit de préférence le potentiel de celui-ci ainsi que l'intensité du courant traversant la résistance réglable. Le courant s'écoulant à travers la résistance réglable correspond à la somme des courants individuels de tous les circuits non linéaires (sources de courant). De préférence l'unité de commande et l'unité de mesure sont réunies en une unité de mesure et de commande combinée qui est commandée par un ordinateur selon une forme d'exécution particulièrement préférée. Au moyen des formes d'exécution préférées décrites jusqu'ici, les tensions partielles respectives des éléments individuels peuvent être déterminées en tant que paramètres d'éléments pour ainsi détecter d'une manière simple les surcharges, les décharges prononcées ou les défaillances. En variante ou en plus, la température de l'élément peut, selon l'invention, être mesurée en tant que paramètre d'élément à saisir. Ceci est obtenu avantageusement de manière particulièrement simple lorsque le circuit non linéaire présente une dépendance connue vis-à-vis de la température et est couplé thermiquement à l'élément respectif à mesurer. Pour la mesure cumulative de la tension d'élément et de la température d'élément, une source de courant avec une caractéristique tension- courant non linéaire et une dépendance vis-à-vis de la température est avantageusement mise en place. L'invention sera décrite ci-après à l'aide d'un exemple de réalisation avec références à la Figure unique annexée, qui montre une représentation schématique d'une forme d'exécution du dispositif de mesure conforme à l'invention. Une batterie B se compose de plusieurs éléments individuels 1 branchés en série. Entre chaque point de liaison électrique 2 des éléments 1 reliés en série et un point de mesure commun 4 est branchée respectivement une source de courant 3 dont la caractéristique tension-courant est non linéaire d'une manière prononcée. La batterie B, les sources de courant 3 et le point de mesure 4 constituent une unité de batterie ou un bac de batterie T. Un dispositif de mesure M, qui peut être disposé à distance de l'unité de batterie T, est relié par une ligne électrique de liaison au point de mesure 4. En outre le dispositif de mesure M est relié à une borne terminale O de la batterie B. En variante le dispositif de mesure pourrait être relié à l'un quelconque des points de liaison 2. L'unité de mesure M comporte une unité de mesure et de commande 6 commandée par ordinateur, une résistance 5 réglable et un dispositif de mesure de courant 7 branché en série avec cette résistance. Le circuit série se composant de la résistance réglable 5 et du dispositif de mesure de courant 7 est relié, à une de ses extrémités, à la ligne électrique de liaison venant du point de mesure 4 et, à son autre extrémité, à la ligne électrique venant de la borne terminale O de la batterie B. En outre l'unité de mesure et de commande 6 est reliée directement à la ligne électrique de liaison venant du point de mesure 4 ainsi qu'à la ligne électrique venant de la borne terminale O, de sorte que la tension entre le point de mesure 4 et la borne terminale O de la batterie en son ensemble B peut être mesurée par l'unité de mesure et de commande 6 commandée par ordinateur (tension au point de mesure). L'unité de commande et de mesure 6 est en outre raccordée & un dispositif de mesure de l'intensité du courant 7, de sorte que le courant s'écoulant à travers la résistance 5 réglable peut être mesuré par l'unité de commande et de mesure 6. L'unité de commande et de mesure 6 commande la résistance 5 réglable et modifie ainsi la valeur de résistance de celle-ci. Avec ce dispositif les tensions d'élément individuelles peuvent être trouvées par le fait que la résistance réglable 5 est réglée successivement sur un nombre de valeurs de résistance qui est au moins aussi grand que le nombre de tensions partielles à mesurer. Pour chaque point de mesure déterminé par une valeur de résistance, des paires de valeurs sont mesurées à partir de la tension du point de mesure et du courant traversant la résistance 5 réglable et sont mémorisées dans l'unité de commande et de mesure 6 commandée par ordinateur. A partir de ces paires de valeurs, les tensions partielles individuelles des éléments 1 peuvent être calculées en connaissant la caractéristique tension-courant non linéaire des sources de courant, par exemple par résolution itérative d'un système d'équations non linéaire, dans l'unité de commande et de mesure 6 commandée par ordinateur. Pour obtenir une précision élevée, les points de mesure devraient être choisis de sorte que les tensions des points de mesure soient réparties sensiblement régulièrement sur la plage de la tension de batterie en son ensemble. En outre la répartition des potentiels de liaison devrait ne pas beaucoup changer pendant un cycle de mesure. Par conséquent, le cycle de mesure devrait être de la durée la plus courte possible et éventuellement être répété plusieurs fois. Le procédé de mesure est particulièrement simple lorsque la caractéristique tension-courant non linéaire des sources de courant est choisie de telle sorte que les sources de courant délivrent du courant seulement dans une plage déterminée de tension aux bornes. Il est souhaitable que la caractéristique tension-courant d'une source de courant I = f(v) soit ainsi: e I = 0 pour v g(v) = G/v (source de courant constant). Une réalisation particulièrement favorable au point de vue coût pour la première variante avec résistance ohmique s'obtient par exemple lorsque des diodes sont utilisées pour la mise en circuit des sources de courant, lorsqu'également chaque source de courant se compose d'un branchement en série d'une diode et d'une résistance. Le comportement en commutation non-idéal des diodes peut être corrigé numériquement dans l'unité de commande et de mesure 6 commandée par ordinateur avec un faible coût. La tension v d'une source de courant k est égale à la différence entre le potentiel vk d'une liaison ou d'un noeud et le potentiel vs du point de mesure: v = vk - vs. Pour la mesure de la tension d'un k-ième élément seulement quatre paires de valeurs sont nécessaires dans cette forme d'exécution simple, à savoir: deux paires de valeurs tension- courant, pour lesquelles toutes les sources de courant 1 à k sont en circuit, et deux paires de valeurs correspondantes, pour lesquelles toutes les sources de courant 1 à k + 1 sont en circuit. A partir des différences de tension et de courant, la tension d'élément et la conductance de la k-ième et de la (k + 1)-ième source de courant peuvent être calculées. Si l'on applique cette mesure à tous les éléments l'un après l'autre, la dépense technique de calcul est essentiellement plus faible que pour la résolution du système d'équations non linéaire, car seulement quatre paires de valeurs de mesure sont à traiter respectivement. En outre le temps pour la mesure d'une tension d'élément choisie est plus faible. Le temps pour la mesure de toutes les tensions d'élément est toutefois plus important. Si l'on choisit pour g(v) un composant (par exemple une thermistance) avec une dépendance de température prononcée I = g(v,t) et si l'on couple thermiquement chacune de ces sources de courant, à présent dépendantes de la température, avec l'élément à mesurer correspondant, on peut ainsi mesurer avec le même dispositif simple non seulement l'ensemble des tensions d'éléments mais aussi toutes les températures d'élément t. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour la mesure de tensions partielles et/ou de températures d'une batterie en son ensemble (B) comportant plusieurs éléments (1) branchés en série, dans lequel un circuit (3) non linéaire est branché respectivement entre chaque point de liaison électrique (2) des éléments (1) et un point de mesure commun (4), caractérisé par le fait qu'entre le point de mesure (4) et une borne terminale (O) ou un point de liaison choisi de la batterie en son ensemble (B) une grandeur de commande (5) est introduite, par laquelle les points de fonctionnement des caractéristiques des circuits (3) non linéaires individuels sont réglables, et que la grandeur de commande (5) est raccordée à un circuit d'exploitation (6) qui détermine, à partir de la tension aux points de mesure (4) et du courant traversant la grandeur de commande (5), les tensions partielles et/ou les températures des éléments individuels (1). 2. Dispositif de mesure selon la revendication 1, dans lequel le circuit non linéaire (3) est un circuit passif. 3. Dispositif de mesure selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le circuit non linéaire (3) est une source de courant, dont l'intensité du courant présente une dépendance non linéaire prédéterminée vis- à-vis de sa tension aux bornes. 4. Dispositif de mesure selon la revendication 3, dans lequel la caractéristique tension-courant de la source de courant (3) est réalisée de sorte que la source de courant délivre du courant seulement à l'intérieur d'une plage prédéterminée de tension aux bornes. 5. Dispositif de mesure selon la revendication 4, dans lequel la source de courant (3) se compose d'un montage en série de diode et résistance. 6. Dispositif de mesure selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel la grandeur de commande est la valeur de résistance d'une résistance réglable (5) qui peut être modifiée par une unité de commande (6). 7. Dispositif de mesure selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel une unité de mesure (6) saisit la tension entre le point de mesure commun (4) et la borne terminale (O) ou le point de liaison choisi, ainsi que le courant s'écoulant à travers la résistance réglable (5) comme grandeurs électriques se trouvant au point de mesure commun. 8. Dispositif de mesure selon les revendications 6 et 7, dans lequel l'unité de commande et l'unité de mesure sont réunies dans une unité de commande et de mesure combinée (6). 9. Dispositif de mesure selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel le circuit non linéaire (3) présente une dépendance connue vis-à-vis de la température et est couplé thermiquement avec l'élément respectif à mesurer. 10. Dispositif de mesure selon l'une des revendications 3 à 8 et la revendication 9, dans lequel la caractéristique tension-courant de la source de courant (3) présente la dépendance connue vis-à-vis de température. 11. Dispositif de mesure selon les revendications 5 et , dans lequel la résistance de la source de courant est une résistance dépendant de la température, qui est couplée thermiquement avec l'élément à mesurer respectivement. 12. Procédé pour la mesure de paramètres d'éléments d'une batterie en son ensemble (B) comportant plusieurs éléments (1) branchés en série, pour l'exploitation d'un dispositif de mesure selon l'une des revendications 1 à 10, comportant les étapes suivantes: a) réglage de la grandeur de commande (5) à une valeur déterminée, de sorte que se produit un réglage de points de fonctionnement déterminés des caractéristiques des circuits individuels, b) mesure de grandeurs électriques résultant, au point de mesure commun (4), des points de fonctionnement réglés, c)répétition N fois des étapes a) et b) sous modification respective de la grandeur de commande (5) en correspondance avec le nombre d'éléments, d) détermination des tensions partielles et/ou des températures à partir des N séries mesurées de grandeurs électriques. 13. Procédé selon la revendication 12, dans lequel par commande de la résistance réglable (5), la tension entre le point de mesure commun (4) et la borne terminale (O) de la batterie en son ensemble est réglée sur au moins un nombre de valeurs de tension différentes correspondant au nombre d'éléments et les potentiels de tous les noeuds (2) sont calculés dans l'unité de commande et de mesure (6) à partir des paires de valeurs tension-courant mesurées pour chaque point de réglage et de la caractéristique tension-courant connue des sources de courant (3).