Brevet FR2786623A1 — publié le 20000602

I La présente invention concerne un procédé permettant de calculer la capacité d'un groupement de batteries, constitué d'une pluralité de batteries rechargeables connectées en série, et de commander la charge et la décharge de ce groupement de batteries. Une batterie rechargeable, pouvant se charger et se décharger de manière répétée, est dotée d'un circuit de détection de pleine charge et d'un circuit de protection contre les décharges excessives afin d'empêcher la sur-charge et la décharge excessive. Comme moyen de détecter la pleine charge, on connaît le procédé de détection de tension, qui détermine la tension de la batterie rechargeable, le procédé -DV qui détecte une chute de tension spécifiée par rapport à la tension de crête de la batterie rechargeable, le procédé de détection de température qui détermine la température de la batterie rechargeable, ainsi que d'autres procédés. Par ailleurs, des procédés tels que le procédé de détection de la tension de la batterie rechargeable sont largement connus comme pouvant être incorporés dans un circuit de protection contre les décharges excessives. On note que, lorsqu'on utilise des batteries rechargeables comme sources d'alimentation électrique, plusieurs batteries rechargeables sont souvent connectées électriquement ensemble suivant des combinaisons série et parallèle pour être utilisées sous la forme d'un groupement de batteries. Dans le cas d'un groupement de batteries, la capacité de chaque batterie rechargeable particulière et les performances de chaque batterie rechargeable en matière de charge et de décharge présentent certaines variations, et toutes les batteries rechargeables ne sont pas mises exactement dans le même état. Par conséquent, même si l'observation d'un groupement de batteries global ne laisse pas voir l'indication d'un problème, il est possible qu'une partie des batteries rechargeables composantes ait été surchargée ou déchargée de manière excessive et que le groupement de batteries dans son ensemble soit dégradé. Pour résoudre ce problème, le brevet japonais publié sans examen n0 7 335 266, délivré le 22 décembre 1995, décrit la fourniture d'un circuit de dérivation pour chaque batterie d'une pluralité de batteries rechargeables connectées en série. Toutefois, dans le cas d'un groupement de batteries utilisé comme source d'alimentation électrique d'une automobile électrique, le nombre des batteries rechargeables connectées en série est d'environ deux cents, et la complexité du circuit devient extrême. C'est donc un but de l'invention de fournir un procédé permettant de commander la charge et la décharge d'un groupement de batteries via une configuration simple qui empêche la surcharge et la décharge excessive de chaque batterie rechargeable formant un constituant du groupement de batteries. Le procédé de commande de charge et de décharge selon l'invention commande la charge et la décharge d'un groupement de batteries constitué d'une pluralité de batteries rechargeables connectées en série tout en calculant la capacité du groupement de batteries. Le procédé selon l'invention calcule une capacité intégrée de charge-décharge pendant chaque période d'un intervalle de temps spécifié. De plus, il effectue une charge forcée ou une décharge forcée du groupement de batteries afin de faire en sorte que la somme de la capacité intégrée de charge- décharge, pendant un deuxième intervalle de temps spécifié, et de celle relative à un premier intervalle de temps précédent approche zéro. Pour la charge et la décharge d'un groupement de batteries constitué d'une pluralité de batteries rechargeables connectées en série, le procédé autorise la charge et la décharge du groupement de batteries tout en empêchant de manière fiable la surcharge et la décharge excessive de toutes les batteries rechargeables constituantes indépendamment des variations de capacité et de performance de chaque batterie rechargeable composante. De plus, il est préférable d'établir une limite de capacité supérieure qui soit inférieure à la capacité de pleine charge du groupement de batteries, une limite de capacité inférieure qui soit supérieure à la capacité de décharge complète, et une capacité spécifiée qui soit dans l'intervalle compris entre la limite de capacité supérieure et la limite de capacité inférieure. Lorsque la capacité calculée atteint la limite de capacité supérieure ou la limite de capacité inférieure plus qu'un nombre de fois spécifié, ou à chaque fois qu'une durée spécifiée s'est écoulée, la capacité calculée du groupement de batteries est révisée. De préférence, dans le procédé de commande de charge et de décharge selon l'invention, la révision de la capacité calculée du groupement de batteries s'effectue par exécution d'une charge jusqu'à ce que la température ou la vitesse d'élévation de la température d'au moins une batterie rechargeable devienne égale ou supérieure à une valeur spécifiée, ou bien que la tension de batterie devienne égale ou supérieure à une tension spécifiée. A ce moment, une limite de tolérance de capacité qui est inférieure à la capacité de pleine charge, mais qui est supérieure à la limite de capacité supérieure, est écrite comme capacité calculée du groupement de batteries. Il est également préférable, dans le procédé de commande de charge et de décharge selon l'invention, d'interdire la charge du groupement de batteries apres une révision de la capacité calculée, jusqu'à ce que la capacité calculée du groupement de batteries ait atteint la capacité spécifiée. La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels: - la figure I est un schéma de circuit fonctionnel montrant un mode de réalisation de l'invention; - la figure 2 est un schéma de circuit fonctionnel montrant des détails de parties importantes d'un mode de réalisation de l'invention; -la figure 3 est un organigramme montrant le fonctionnement d'un mode de réalisation de l'invention; - la figure 4 est un graphe du courant de charge-décharge montrant le fonctionnement d'un mode de réalisation de l'invention; et - la figure 5 est un graphe de la capacité de la batterie montrant le fonctionnement d'un mode de réalisation de l'invention. La figure 1 représente un mode de réalisation de l'invention. Sur la figure 1, le numéro de référence I désigne un chargeur de batterie, le numéro de référence 2 désigne un groupement de batteries constitué d'une pluralité de batteries rechargeables (par exemple 200 batteries nickel-hydrogène) électrique- ment connectées en série, le numéro de référence 3 désigne une charge excitée par le groupement de batteries rechargeables 2, le numéro de référence 4 désigne un commutateur de charge placé entre le chargeur 1 et le groupement de batteries 2, le numéro de référence 5 désigne un commutateur de décharge placé entre le groupement de batteries 2 et la charge 3, le numéro de référence 6 désigne une résistance de détection de courant de charge et de courant de décharge du groupement de batteries 2, cette résistance étant connectée en série avec le groupement de batteries 2, le numéro de référence 7 désigne un élément capteur de température qui sert à détecter la température du groupement de batteries 2, et le numéro de référence 8 désigne un circuit de commande servant à commander la fermeture et l'ouverture du commutateur de charge 4 et du commutateur de décharge 5 en fonction de la capacité du groupement de batteries 2, de la tension de batterie, de la température, etc. La détection de la température de batterie peut être la détection de la température de toutes les batteries rechargeables ou bien celle de la température de blocs désignés du groupement de batteries. La figure 2 montre le détail du circuit de commande 8. Sur la figure 2, le numéro de référence 11 désigne un circuit de détection de tension de batterie servant à mesurer la tension du groupement de batteries 2, et les numéros de référence 12 et 13 désignent respectivement des premier et deuxième amplificateurs servant à amplifier la tension qui s'est créée entre les deux bornes de la résistance 6 de détection de courant. Lorsqu'un courant de charge circule dans le groupement de batteries 2, une tension proportionnelle à la tension existant aux bornes de la résistance 6 de détection de courant est détectée par le premier amplificateur 12. Inversement, lorsqu'un courant de décharge circule dans le groupement de batteries 2, une tension proportionnelle à la tension existant aux bornes de la résistance de détection de courant 6 est délivrée par le deuxième amplificateur 13. Sur la figure 2, le numéro de référence 14 désigne un circuit de calcul de capacité, qui multiplie le courant de charge et le courant de décharge, à savoir le signal de sortie du premier amplificateur 12 et celui du deuxième amplificateur 13, par un temps spécifié afin de calculer la capacité de charge et la capacité de décharge du groupement de batteries 2. De plus, le numéro de référence 15 désigne un circuit d'intégration de capacité qui intègre la capacité du groupement de batteries 2 sur la base de résultats de calcul fournis par le circuit 14 de calcul de capacité. Le circuit 15 d'intégration de capacité effectue successivement l'addition de la capacité calculée du groupement de batteries 2 pendant la charge et la soustraction de la capacité calculée du groupement de batteries 2 pendant la décharge. Le résultat d'intégration fourni par le circuit 15 d'intégration de capacité devient la capacité calculée du groupement de batteries 2. Sur la figure 2, le numéro de référence 16 désigne un circuit de détection de température de batterie, qui détermine la température du groupement de batteries 2 via le signal délivré par l'élément 7 capteur de température. Enfin, le numéro de référence 17 est un circuit de commande de charge-décharge qui commande la fermeture et l'ouverture du commutateur de charge 4 et du commutateur de décharge 5 en fonction des résultats délivrés par le circuit 15 d'intégration de capacité, le circuit 11 de détection de tension de batterie et le circuit 16 de détection de température de batterie. Dans le circuit de commande 8, il est préférable de mettre en oeuvre le circuit 14 de calcul de capacité, le circuit 15 d'intégration de capacité et le circuit 17 de commande de charge-décharge sous la forme d'un micro-ordinateur. Selon l'invention, la charge et la décharge du groupement de batteries 2 ont fondamentalement lieu à l'intérieur d'un intervalle spécifié qui est défini par une limite de capacité inférieure (par exemple 45 % de la capacité de pleine charge) et une limite de capacité supérieure (par exemple 55 % de la capacité de pleine charge). On va décrire ci-après de manière plus explicite le fonctionnement sur la base de l'organigramme de la figure 3. A la première étape S 1, une initialisation est effectuée. Ici, le groupement de batteries 2 est chargé jusqu'à une capacité spécifiée (par exemple 50 % de la capacité de pleine charge). Dans le cas o le groupement de batteries 2 est utilisé pour alimenter une automobile électrique, la charge et la décharge s'effectuent de manière répétée en fonction des conditions de conduite de l'automobile, comme représenté sur la figure 4. A la deuxième étape S2, la capacité de charge et la capacité de décharge sont calculées par intégration du courant de charge et du courant de décharge sur chaque intervalle de temps spécifié (T1, T2, T3, T4,..., avec une période T), comme représenté sur la figure 4. Une première durée spécifiée est suivie d'une deuxième durée spécifiée. Une charge forcée ou une décharge forcée sont effectuées pendant la deuxième durée spécifiée afin qu'il soit fait en sorte que la somme de la capacité de charge-décharge intégrée pendant la deuxième durée spécifiée et de la capacité de charge-décharge intégrée pendant la première durée spécifiée approche zéro. Pour expliquer le fonctionnement de manière plus particulière, on va supposer que la capacité de décharge est supérieure, d'une quantité X, à la capacité de charge pendant l'intervalle de temps T1. Sur tout l'intervalle de temps T2, une charge forcée est effectuée, qui équivaut à une charge de la quantité X. De ce fait, la quantité de capacité de batterie consommée à partir de la capacité spécifiée du groupement de batteries 2 dans l'intervalle de temps T1 est renouvelée et la capacité du groupement de batteries 2 ne s'éloigne pas très loin de la capacité spécifiée. Toutefois, exactement comme pendant l'intervalle de temps TI1, la capacité de charge-décharge s'ajoutant à la quantité de charge forcée est intégrée pendant l'intervalle de temps T2. De ce fait, on suppose que la quantité de capacité de charge est supérieure, d'une quantité Y, à la capacité de décharge pendant l'intervalle de temps T2. Dans ce cas, sur tout l'intervalle de temps T3, une décharge forcée est effectuée, pour la capacité du groupement de batteries, de la quantité Y. De ce fait, la capacité du groupement de batteries 2 a diminué d'une quantité équivalent à celle ajoutée au-delà de la capacité spécifiée pendant T2, et, de nouveau, la capacité du groupement de batteries 2 ne s'éloigne pas très loin de la capacité spécifiée. Toutefois, la capacité de charge-décharge est intégrée comme pendant l'intervalle de temps T2, avec la quantité de décharge forcée également ajoutée. De cette manière, la capacité du groupement de batteries 2 se déplace autour de la capacité spécifiée faisant fonction de point central pendant la charge et la décharge. Toutefois, il y a également des cas o la différence entre la capacité de charge et la capacité de décharge sur un intervalle de temps spécifié est suffisamment grande pour qu'elle ne puisse pas être ajustée sur l'étendue de l'intervalle spécifié suivant par une charge forcée ou une décharge forcée. Dans un tel cas, la capacité du groupement de batteries 2 s'éloigne de façon importante par rapport à la capacité spécifiée et peut atteindre ou dépasser la limite de capacité supérieure ou la limite de capacité inférieure. De plus, au fur et à mesure du temps, un écart se développe entre la capacité calculée et la capacité réelle du groupement de batteries 2, et il est nécessaire de réviser la capacité calculée. A la troisième étape S3, il est déterminé si la capacité calculée du groupement de batteries 2 a ou non atteint la limite de capacité supérieure ou la limite de capacité inférieure un certain nombre, spécifié, de fois, ou bien si un temps spécifié s'est ou non écoulé depuis la dernière révision. Si l'une de ces conditions est satisfaite, la capacité calculée du groupement de batteries 2 est révisée. La révision de la capacité calculée a lieu à la quatrième étape S4. Lorsque l'une ou l'autre des conditions ci-dessus mentionnée est satisfaite, une charge forcée du groupement de batteries 2 est d'abord effectuée à l'étape S4, jusqu'à ce que la température ou la vitesse d'élévation de la température du groupement de batteries 2 tout entier ou d'au moins une batterie rechargeable du groupement de batteries 2 atteigne une valeur spécifiée, ou que la tension de batterie atteigne une tension spécifiée. Lorsque l'une ou l'autre de ces conditions est satisfaite, la charge du groupement de batteries 2 est interdite et une limite de tolérance de capacité prédéterminée (par exemple 95 % de la pleine capacité) est écrite dans la capacité calculée du groupement de batteries 2. L'état d'interdiction de charge est maintenu jusqu'à ce que la capacité calculée du groupement de batteries 2 ait atteint la capacité spécifiée (à savoir 50 %). Ainsi, par l'exécution de cette quatrième étape S4, la capacité calculée du groupement de batteries 2 est révisée. Après que la capacité calculée du groupement de batteries a atteint la capacité spécifiée, l'organigramme revient à l'étape S2. Avec le fonctionnement décrit ci-dessus, la charge et la décharge du groupement de batteries 2 s'effectuent typiquement à l'intérieur d'un intervalle spécifié compris entre la limite de capacité supérieure et la limite de capacité inférieure et centré sur la capacité spécifique, comme représenté sur la figure 5. De plus, la capacité calculée du groupement de batteries 2 est périodiquement révisée, ce qui assure que la charge et la décharge s'effectuent à l'intérieur de l'intervalle spécifié ci-dessus indiqué. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir du procédé dont la description vient d'être donné à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé permettant de commander la charge et la décharge dans un groupement de batteries, comprenant une pluralité de batteries rechargeables connectées en série, en même temps que de calculer la capacité dudit groupement de batteries; caractérisé en ce que: la capacité de charge et la capacité de décharge sont calculées et intégrées pendant chaque période de temps spécifiée, une première période de temps spécifiée étant suivie par une deuxième période de temps spécifiée, et une charge forcée ou une décharge forcée est effectuée pendant la deuxième période de temps spécifiée afin de faire que la somme de la capacité de charge-décharge calculée et intégrée pendant la deuxième période de temps spécifiée et de la capacité de charge-décharge calculée et intégrée pendant la première période de temps spécifiée approche de zéro. 2. Procédé de commande de charge et de décharge selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que la capacité de charge-décharge est calculée et intégrée par intégration du courant de charge ou du courant de décharge. 3. Procédé de commande de charge et de décharge selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que sont établies une limite de capacité supérieure qui est inférieure à la capacité de pleine charge du groupement de batteries, une limite de capacité inférieure qui est plus grande que la capacité de décharge complète du groupement de batteries, et une capacité spécifiée se trouvant dans l'intervalle compris entre la limite de capacité inférieure et la limite de capacité supérieure, la capacité calculée du groupement de batteries étant révisée à chaque fois que la capacité calculée atteint la limite de capacité supérieure ou la limite de capacité inférieure plus qu'un nombre spécifié de fois ou à chaque fois qu'une période de temps spécifiée s'est écoulée depuis la dernière révision. 4. Procédé de commande de charge et de décharge selon la revendica- tion 3, caractérisé en ce que la limite de capacité supérieure est de 55 % de la capacité de pleine charge. 5. Procédé de commande de charge et de décharge selon la revendica- tion 3, caractérisé en ce que la limite de capacité inférieure est de 45 % de la capacité de pleine charge. 6. Procédé de commande de charge et de décharge selon la revendica- tion 3, caractérisé en ce que la capacité spécifiée est de 50 % de la capacité de pleine charge. 7. Procédé de commande de charge et de décharge selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que le groupement de batteries est utilisé comme source d'alimentation électrique pour une automobile électrique. 8. Procédé de commande de charge et de décharge selon la revendica- tion 3, caractérisé en ce que la révision de la capacité calculée du groupement de batteries est effectuée par une charge du groupement de batteries réalisée jusqu'à ce que la température ou la vitesse d'élévation de température d'au moins une batterie rechargeable atteigne une valeur spécifiée, après quoi une limite de tolérance de capacité qui est inférieure à la capacité de pleine charge, mais plus grande que la limite de capacité supérieure, est écrite dans la capacité calculée. 9. Procédé de commande de charge et de décharge selon la revendica- tion 8, caractérisé en ce que la limite de tolérance de capacité est de 95 % de la capacité de pleine charge. 10. Procédé de commande de charge et de décharge selon la revendi- cation 8, caractérisé en ce que, après la révision de la capacité calculée, la charge du groupement de batteries est interdite jusqu'à ce que la capacité calculée ait atteint la capacité spécifiée. 11. Procédé de commande de charge et de décharge selon la revendi- cation 3, caractérisé en ce que ladite révision de la capacité calculée du groupe- ment de batteries est effectuée par une charge du groupement de batteries réalisée jusqu'à ce que la tension de batterie d'au moins une batterie rechargeable devienne supérieure ou égale à une tension spécifiée, après quoi une limite de tolérance de capacité qui est inférieure à la capacité de pleine charge, mais plus grande que la limite de capacité supérieure, est écrite dans la capacité calculée. 12. Procédé de commande de charge et de décharge selon la revendi- cation 11, caractérisé en ce que la limite de tolérance de capacité est de 95 % de la capacité de pleine charge. 13. Procédé de commande de charge et de décharge selon la revendi- cation 11, caractérisé en ce que, après la révision de la capacité calculée, la charge du groupement de batteries est interdite jusqu'à ce que la capacité calculée ait atteint la capacité spécifiée.