Brevet FR2805934A1 — publié le 20010907

PROCEDE ET DISPOSITIF D'EQUILIBRAGE DES CHARGES D'UNE PLURALITE DE CELLULES DE BATTERIES. MONTEES EN SERIE La présente invention concerne un procédé et un dispositif d'équilibrage des charges d'une pluralité de cellules de batteries montées en série. Les dispositifs connus d'équilibrage des charges de cellules de batteries associées en série sont basés soit sur la comparaison de la tension propre de chaque cellule de batterie avec une tension de surcharge, soit sur l'actionnement d'un relais à maximum d'intensité reliant les différentes cellules de batteries. Ces techniques sont inadaptées pour les cellules de batteries au lithium car une surchage en courant ou en tension peut provoquer la destruction des cellules de batteries. Le document EP 0 767 524 (MOTOROLA) décrit une méthode pour équilibrer la charge répartie entre deux cellules montées en série. Cette méthode consiste à comparer les courants traversant chacune des cellules et à décharger la cellule dont la tension de charge est la plus élevée, lorsque la différence des courants détectés est supérieure à une valeur prédéterminée. Un inconvénient de ce dispositif provient du fait que, d'une part, les courants peuvent être de valeur élevée et endommager les cellules, et d'autre part, du fait que la structure nécessaire pour réaliser cette comparaison est complexe. Le but de l'invention est de réaliser un procédé et un dispositif d'équilibrage des charges des cellules de batteries montées en série tout en évitant la destruction de ces cellules de batteries par une surcharge de tension ou de courant. Ce but est obtenu par un procédé dans lequel on monte en parallèle aux bornes de chaque cellule de batterie une boucle dissipative de courant, on mesure la tension aux bornes de chaque cellule de batterie, on détermine une valeur moyenne des tensions mesurées, on compare chaque tension mesurée à ladite valeur moyenne, et pour une cellule de batterie donnée, on ajuste la tension mesurée à ladite valeur moyenne de manière à égaliser les charges de toutes les cellules de batteries. A cet effet, on ferme la boucle dissipative si la tension mesurée aux bornes de la cellule de batterie considérée est supérieure à la moyenne des tensions mesurées, et on ouvre ladite boucle dissipative si la tension mesurée aux bornes de ladite cellule de batterie est inférieure à la moyenne des tensions mesurées. Le procédé selon l'invention est mis en oeuvre par un dispositif caractérisé en ce qu'il comporte un moyen pour mesurer la tension propre de chaque cellule de batterie, un moyen pour déterminer la tension moyenne de toutes les cellules de batteries montées en série et un moyen de commande d'égalisation de la tension mesurée avec ladite tension moyenne déterminée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, prise à titre d'exemple non limitatif, en référence aux figures annexées dans lesquelles: - la figure 1 représente schématiquement un schéma bloc d'un dispositif apte à mettre en oeuvre le procédé conforme à l'invention; - la figure 2 représente schématiquement un mode particulier de réalisation du dispositif de la figure 1. Le dispositif illustré par la figure 1 comporte un premier moyen 2 pour mesurer la tension propre de chaque cellule de batterie 4, un deuxième moyen 6 pour déterminer la tension moyenne de toutes les cellules de batteries 4 montées en série, et un module de commande 8 pour déclencher l'égalisation de la tension mesurée avec ladite tension moyenne déterminée. Chaque cellule de batterie 4 comporte une boucle dissipative de courant reliée audit module de commande 8 qui provoque soit l'ouverture de la boucle , si la tension propre de la cellule de batterie 4 est inférieure à la tension moyenne, soit la fermeture de ladite boucle si la tension propre de la cellule de batterie 4 est supérieure à la tension moyenne. Dans un mode préféré de réalisation de l'invention illustré par la figure 2, ladite boucle dissipative 10 comporte un comparateur 12 et une résistance Rc 14 dont une première borne 16, de potentiel électrique Vr+, est reliée à la borne positive 18 du comparateur 12 via une première résistance Rs, et une deuxième borne 20, de potentiel électrique Vr-, est reliée à la borne négative 22 dudit comparateur 12 via une deuxième résistance Rs, chacune desdites bornes positive 18 et négative 22 du comparateur 12 étant en outre reliées, respectivement, à la borne négative 24 et, à la borne positive 26 de la cellule de batterie 4 de potentiels électriques respectifs Vc- et Vc+' via une troisième et une quatrième résistances Rs. La sortie du comparateur 12 est reliée à une résistance de dissipation Rb. Avec ce dispositif, la boucle dissipative 10 est commandée à la fermeture lorsque la condition suivante est réalisée: Vc++ Vr- >Vr++ Vc- Dans un mode de réalisation non représenté, le fonctionnement du dispositif selon l'invention est 4 2805934 amélioré par l'adjonction d'une résistance de contre- réaction positive reliant la sortie du comparateur 12 à l'entrée positive 18 de ce comparateur 12. Ceci permet de créer un hystérésis qui a pour effet d'éviter les oscillations lorsque les tensions des cellules de batteries 4 ont des valeurs proches. Dans un autre mode de réalisation, le nombre de cycles d'ouvertures de la boucle dissipative 10 peut être notablement réduit par une légère modification des valeurs des résistances d'entrée Rs du comparateur 12 de manière à fermer la boucle dissipative lorsque la tension propre d'une cellule de batterie 4 dépasse la tension moyenne d'une certaine valeur prédéfinie. Ceci permet de faibles variations des tensions des cellules de batteries 4 sans pour autant fermer la boucle dissipative 10. Dans un mode particulier de réalisation de l'invention, une diode Zener est montée en série avec les résistances Rb de manière à éviter la décharge des cellules dont la tension de charges est descendue en dessous d'un seuil de tension préalablement fixé. Selon un autre mode de réalisation, on peut modifier légèrement la valeur des deux résistances de sommation à l'entrée du comparateur C12 de manière à dériver du courant des cellules uniquement lorsque leur charge dépasse la valeur moyenne prédéterminée d'une certaine valeur. Ceci a pour effet de réduire le nombre de cycles de commutation et permet d'obtenir des faibles variations de la tension des cellules sans pour autant dériver celles-ci. Bien entendu, tout dispositif programmable tel qu'un ordinateur ou un circuit spécialisé peut être utilisé pour contrôler la charge et la décharge des cellules de l'invention sans sortir du cadre de cette invention. REVENDICATIONS 1. Procédé d'équilibrage des charges d'une pluralité de cellules de batteries (4) montées en série, caractérisé en ce que l'on monte en parallèle aux bornes de chaque cellule de batterie (4) une boucle (10) dissipative de courant, on mesure la tension aux bornes de chaque cellule de batterie (4), on détermine une valeur moyenne des tensions mesurées, on compare chaque tension mesurée à ladite valeur moyenne, et pour une cellule de batterie (4) donnée, on ajuste la tension mesurée à ladite valeur moyenne de manière à égaliser les charges de toutes les cellules de batteries (4). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on ferme la boucle dissipative (10) si la tension mesurée aux bornes de cette cellule de batterie (4) est supérieure à la moyenne des tensions mesurées, et on ouvre ladite boucle dissipative (10) si la tension mesurée aux bornes de ladite cellule de batterie (4) est inférieure à la moyenne des tensions mesurées. 3. Dispositif d'équilibrage des courants de charge respectifs d'une pluralité de cellules de batteries (4) montées en série, caractérisé en ce qu'il comporte un premier moyen (2) pour mesurer la tension propre de chaque cellule de batterie (4), un deuxième (6) moyen pour déterminer la tension moyenne de toutes les cellules de batteries (4) montées en série, et un module de commande (8) pour déclencher l'égalisation de la tension mesurée avec ladite tension moyenne déterminée. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque cellule de batterie (4) comporte une boucle (10) dissipative de courant reliée audit module de commande (8) qui provoque soit l'ouverture de la boucle, si la tension propre de la cellule de batterie est inférieure à la tension moyenne, soit la fermeture de ladite boucle (10) si la tension propre de la cellule de batterie (4) est supérieure à la tension moyenne. 5. Dispositif selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que ladite boucle dissipative (10) comporte un comparateur (12) et une résistance Rc (14) dont une première borne (16) de potentiel électrique Vr+ est reliée à la borne positive (18) du comparateur (12), via une première résistance Rs, et une deuxième borne (20) de potentiel électrique Vr- est reliée à la borne négative (22) dudit comparateur (12) via une deuxième résistance Rs, chacune desdites bornes positive (18) et négative (20) du comparateur (12) étant en outre reliées, respectivement, à la borne négative (24) et, à la borne positive (26) de la cellule de batterie (4) de potentiels électriques respectifs Vc- et V,+, via une troisième et une quatrième résistances Rs, la sortie dudit comparateur (12) étant reliée à une résistance de dissipation Rb. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la boucle dissipative (10) est commandée à la fermeture lorsque la condition suivante est réalisée: Vc++ Vr- > Vr++ Vc- 7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte une diode Zener montée en série avec la résistance Rb de manière à empêcher la décharge des cellules lorsque la tension de ces dernières descend en dessous d'un seuil prédéterminé.