Brevet FR2801982A1 — publié le 20010608

Dispositif de contrôle d'une batterie d'accumulateurs et son procédé associé La presente invention a pour objet un dispositif de contrôle d'une batterie d'accumulateurs et son procédé associé. Elle s'applique au domaine des accumulateurs et plus particulièrement à la surveillance et au contrôle de la charge accumulateurs montés en série. Chaque accumulateur d'une batterie produit en général une tension de l'ordre de 2,27 volts mais d'une capacité, en ampère-heure, qui peut être très importante, par exemple supérieure 1 A.h.. On produit ainsi des ensembles pouvant fournir selon les applications, en plus d'une forte capacité, une tension pouvant aller au- delà de 400 Volts. Le but de l'invention est de permettre une mesure d'une information 'état relative à un état de charge d'un accumulateur d'une batterie et de transmettre cette information tout en assurant une isolation galvanique. Actuellement, il existe des systèmes de mesure et de contrôle d'un accumulateur d'une batterie d'accumulateurs. Une batterie d'accumulateurs comporte ainsi un ensemble d'accumulateurs élémentaires en série. Un accumulateur élémentaire est ici un accumulateur fournissant faible tension électrique, de l'ordre de 2 volts, mais ayant une capacité suffisante, généralement supérieure à 300 A.h., pour l'application envisagée pour cette batterie. On peut ainsi remplacer symboliquement une batterie de N accumulateurs par un accumulateur fictif fournissant une tension fois supérieure à la tension nominale d'un accumulateur élémentaire. Une tension nominale d'un accumulateur correspond ici à la tension bornes d'un accumulateur une fois celui-ci chargé. Cependant, la tension aux bornes d'un accumulateur diminue au fil des utilisations jusqu'à arriver à un seuil en deçà duquel considère l'accumulateur comme étant déchargé. A ce moment là, il est nécessaire de le recharger. II en est de même dans le cas de l'accumulateur fictif à la différence que, au lieu de surveiller un accumulateur, on doit en surveiller N. Pour cela, on prélève par fil conducteur une information d'état relative à l'état de charge chaque accumulateur puis on transmet, généralement en point à point, cette information à une unité centrale de traitement. Une telle réalisation pose des problèmes notamment d'isolation électrique donc de sécurité. Le fait de transmettre ces informations en point à point revient à avoir une nappe de fils électriques l'on relie à un connecteur de raccordement de l'unité centrale. Des différences de potentiel très dangereuses sont présentes sur ce connecteur. En effet une différence maximale de potentiel entre deux accumulateurs successifs est faible et de l'ordre de 4,54 Volts. En outre, une différence de potentiel entre les deux accumulateurs les plus éloignés l'un de l'autre peut atteindre 460 Volts voire plus. Ainsi, l'unité centrale doit faire face à des tensions de mode commun très importantes et doit donc comporter des dispositifs de réception adéquats pour affranchir de ce problème. Cependant, cela augmente le coût de réalisation d'un tel dispositif de contrôle. En outre, pour prélever N informations, il faut au moins N liaisons entre accumulateurs et l'unité centrale de traitement ce occasionne un encombrement supplémentaire en plus de celui des accumulateurs pour lesquels un encombrement est déjà conséquent. existe encore un autre problème important et concerne plus directement la sécurité. II s'agit en effet des risques d'explosion. En effet, certains types d'accumulateurs peuvent produire des dégagements d'hydrogène notamment. Ces dégagements gazeux sont très inflammables et peuvent donc provoquer des catastrophes. C'est pourquoi les locaux de conditionnement de tels accumulateurs respectent de nombreuses contraintes de sécurité telles que le fait de placer les éclairages dans des dispositifs de diffusion étanches et ou antidéflagrants par exemple. En outre, ces locaux comportent rarement de dispositif de contrôle encore moins un dispositif présentant de tels risques d'étincelles dus à la présence de haute tension principalement. La présente invention a pour objet de remédier à problèmes en proposant un dispositif de contrôle permettant d'obtenir une isolation galvanique. L'invention s'affranchit en outre des problèmes haute tension et des risques en découlant en ne transmettant des informations que sous forme numérique dans une architecture en boucle. Cette architecture en boucle permet de réduire un encombrement du dispositif contrôle en ne nécessitant que deux liaisons entre la batterie d'accumulateurs et l'unité centrale de traitement. L'invention propose en outre un procédé simple de mise en oeuvre et de gestion d'une transmission d'informations à travers cette liaison en boucle et à moindre coût. L'invention concerne donc une batterie d'accumulateurs en série caractérisée en ce qu'un accumulateur comporte un dispositif de contrôle avec un moyen de mesure de son état de charge et en ce que les dispositifs de contrôle sont reliés à une unité centrale de surveillance et de traitement l'intermédiaire d'une liaison de transmission respectant une topologie en boucle, chaque dispositif de contrôle, ainsi que l'unité centrale de traitement, comportant un émetteur récepteur et une entrée d'un premier émetteur recepteur étant reliée à une sortie d'un deuxième émetteur récepteur. Elle concerne aussi un procédé de contrôle d'une batterie d'accumulateurs caractérisé en ce que - on relie chaque accumulateur à un dispositif de contrôle produisant une information d'état de cet accumulateur, les dispositifs de contrôle étant reliés à une unité centrale de surveillance et de traitement par l'intermédiaire d' liaison de transmission respectant une topologie en boucle ; - on émet, à partir de l'unité centrale, sur la liaison de transmission un jeton ; et en ce que lorsqu'un dispositif de contrôle reçoit un message connu - il reçoit des informations d'états de dispositifs de contrôle ayant déja reçu jeton avant lui. il émet sur la liaison de transmission le jeton, l'information d'état relative à ce dispositif de contrôle ainsi que les informations d'états dispositifs de contrôle ayant reçu le jeton avant lui. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Celles-ci ne sont présentees qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures montrent - Figure 1 : un exemple d'architecture mettant en couvre le dispositif de l'invention ; - Figure 2 : un diagramme montrant un exemple de fonctionnement du procédé de l'invention. La figure 1 montre une batterie 1 d'accumulateurs réalisée à partir d'un ensemble d'accumulateurs A1, A2 à AN qui sont des accumulateurs élémentaires. En effet, pour obtenir un accumulateur de forte capacité et fournissant en outre une tension élevée, on préfère, pour réaliser un tel accumulateur, mettre en série plusieurs accumulateurs fournissant une tension plus faible. Un tel accumulateur élémentaire, produisant une tension de l'ordre de 2,27 volts, est en effet plus simple à réaliser qu'un accumulateur produisant une tension pouvant aller jusqu'à 600 volts. Cependant, on doit contrôler un état de charge de chacun des accumulateurs A1 AN en tension et ou en courant. Ainsi, chaque accumulateur A1 à AN comporte un dispositif 2-1 à 2-N de contrôle respectivement. Chacun des dispositifs 2-1 à 2-N comporte un moyen 3-1 à 3-N de mesure d'un état de charges d'un accumulateur A1 à AN respectivement. Ces moyens 3-1 à 3-N permettent ainsi de produire une information d'état relative à un état de charge d'un accumulateur A1 à AN respectivement. Cette information peut être une information de type tout ou rien c'est-à-dire indiquant si état de charge, déterminé à l'aide de la tension aux bornes d'un accumulateur élémentaire considéré, est inférieur ou supérieur à un seuil fixé. Dans ce cas, le moyen de mesure peut se réduire à un simple comparateur entre la tension mesurée et le seuil fixé. Cependant, et dans un exemple préféré, cette information correspond à une valeur de tension. Ainsi, en mesurant régulièrement une valeur d'une tension présente aux bornes d'un accumulateur élémentaire on peut tracer des courbes de charges et décharges permettant ainsi d'anticiper une décharge d'un accumulateur. On peut ainsi déduire de ces courbes des pentes de décharge afin pouvoir estimer une date à laquelle le seuil sera atteint par exemple. Toutefois, une interprétation d'une information d'état dépend de l'application à laquelle la batterie 1 est associée et du type de maintenance que l'on souhaite réaliser. Une fois prélevée, par les moyens 3-1 à 3-N, ces informations d'état sont transmises à une unité 4 centrale de surveillance et de traitement. L'unité 4 recueille ainsi toutes ces informations et les interprète afin d'en déduire notamment un état de charge des accumulateurs A1 à AN. Pour cela, les dispositifs 2-1 à 2-N sont reliés, dans l'invention, à l'unité 4 par l'intermédiaire d'une liaison 5 de transmission. Cette liaison 5 est realisée en respectant une topologie en boucle encore appelée topologie en anneau. En conséquence, les dispositifs 2-1 à 2-N ainsi que l'unité 4 comporte un émetteur récepteur 6-1 à 6-N et 7 respectivement. Dans cette architecture en boucle, l'entrée d'un premier émetteur récepteur est reliée à une sortie d'un deuxième émetteur récepteur. Ainsi, les émetteurs récepteurs 6-1 à 6-N comportent une entrée 8-1 à 8-N et une sortie 9-1 à 9-N respectivement. De meure l'émetteur récepteur 7 comporte une entrée 10 et une sortie 11. En conséquence dans cet exemple, les entrées 10, 8-1à 8-N sont reliées aux sorties 9-1 à 9-N et 11 respectivement. Ainsi, l'information est transmise dans l'invention de proche en proche jusqu'à l'unité 4. La liaison 5 pourrait être une liaison électrique. Dans ce cas, afin d'assurer une isolation électrique entre l'unité 4 et la batterie on peut placer transformateurs d'isolement aux entrées 10 et 8-N et aux sorties 11 et 9 1. Cependant, cette solution présente le désavantage de nécessiter l'insertion d'un transformateur d'isolement dans la liaison 5. Dans un exemple préféré, la liaison 5 est réalisée avec de la fibre optique. Ainsi, les émetteurs récepteurs 6-1 à 6-N et 7 sont des émetteurs récepteurs de type optoélectronique. Dans cet exemple préferé, on utilisera de préférence une fibre optique réalisée avec une matière plastique. En effet, les fibres optiques de type plastique offrent une meilleure résistance vis à vis des attaques acides occasionnées notamment à partir l'électrolyte presente dans les accumulateurs A1 à AN. En outre, dans l'invention, un accumulateur A1 à AN est utilisé, de manière préférée, comme source d'alimentation du dispositif 2-1 à 2-N respectivement qui lui est associé. Ainsi, on fournit des alimentations locales à chaques dispositifs et on s'affranchit d'un problème de mesure de potentiels flottants. Par exemple, la tension aux bornes de l'accumulateur A2 un potentiel flottant par rapport à une masse de référence de la batterie 1 mais si l'on considère des masses de références locales alors le potentiel n'est plus flottant. En outre, chaque dispositif 2-1 à 2-N comporte un microprocesseur 12-1 à 12-N commandé par un programme 13-1à 13-N dans une mémoire de programme 14-1 à 14-N, une mémoire 15-1 à 15-N de données et un bus 16-1 à 16-N d'adresses, de données et de commandes respectivement. Ces derniers éléments permettant notamment de contrôler les moyens 3-1 à 3-N et les émetteurs récepteurs 6-1 à 6-N respectivement. Dans un exemple préféré de l'invention, les dispositifs 2-1 à 2-N sont micro-contrôleurs c'est à dire qu'ils comportent en plus éléments de base associés à un microprocesseur des moyens permettant d'assurer notamment la fonction des moyens 3-1 à 3-N. Ces moyens sont par exemple realisés à l'aide d'un convertisseur analogique numérique present dans le micro-contrôleur. Ainsi, une mesure consiste en une conversion analogique numérique de la valeur de tension présente aux bornes d'un accumulateur. On obtient ainsi à l'issus de cette mesure une information d'état. Cette information d'etat peut être mémorisée dans la mémoire 15- à 15-N du dispositif correspondant. L'invention concerne aussi un procédé de contrôle de la batterie 1. Ce procédé permet de gérer notamment la transmissions des informations d'état vers l'unité 4. La figure 2 montre sous forme d'un diagramme de transmission un fonctionnement du procédé de l'invention. Dans une étape initiale, l'unité 4 émet à travers la liaison 5, un message connu 17 ou encore jeton 17. Ainsi, dans l'invention, de manière générale, lorsqu'un dispositif 2-1 à 2-N reçoit le jeton 17 alors émet sur la liaison 5 le jeton 17, l'information d'etat mesurée à l'aide du moyen 3-1 à 3-N respectivement ainsi que les informations d'état des dispositifs précédents. Cela revient à dire que seul le dispositif qui est en possession jeton 17 peut émettre à travers la liaison 5. procédé de l'invention utilise en outre un fonctionnement simple qui consiste pour le dispositif qui a le jeton en sa possession à le réémettre ainsi que l'information d'état qu'il a obtenu par mesure. Dès lors, un dispositif de contrôle suivant va recevoir le jeton 17 ainsi que l'information d'état du dispositif de contrôle précédant et lorsque ce nouveau dispositif de contrôle va réémettre le jeton 17 alors celui-ci émettra aussi l'information d'état du dispositif précédent en plus de l'information d'état le concernant. On observe ainsi une augmentation de la taille du message transmis entre une sortie de dispositif contrôle et une entrée d'un dispositif de contrôle suivant. Plus précisément, comme la sortie 11 de l'émetteur récepteur 7 est reliée à l'entrée 8-N de l'émetteur récepteur 6-N du dispositif N alors ce dernier reçoit le jeton 17. Le programme 13-N identifie le message reçu comme étant le jeton 17. Les programmes 13-1 à 13-N sont réalisés de telle manière qu'ils autorisent une émission à travers la liaison 5 que si un message reçu à été identifié comme étant le jeton 17. Ainsi, lorsque le dispositif 2-N reçoit le jeton 17 alors le programme 13-N commande le moyen 3-N afin d'obtenir une information d'état de l'accumulateur AN. Une fois cette mesure effectuée le dispositif 2-N émet le jeton 17 à travers la liaison 5 à l'aide de la sortie 9-N ainsi que l'information d'état info N. De même vue que la sortie 9-N est reliée à l'entrée 8-N-1 (non représenté) alors c'est le dispositif 2-N-1 qui va recevoir le jeton 17 et l'information info N. En conséquence le dispositif 2-N-1, après une phase de mesure de l'information d'état de l'accumulateur AN-1, va réémettre à son tour le jeton 17 l'information d'état info N et l'information d'état info N-1 correspondant à la mesure réalisée par le dispositif 2-N-1. En conséquence et selon l'exemple de la figure 2, le dispositif 2-2 reçoit alors sur son entrée 8-2 le jeton 17 et les informations d'état infoN jusqu'à info3 du dispositif 2-3 (non représenté). Le programme 13-2 commande alors une mesure de l'information d'état info2 relative à un état de charge de l'accumulateur A2. Une fois l'information d'état info2 obtenu le programme 13-2 commande l'émetteur récepteur 6-2 afin de transmettre, à travers la liaison 5 en utilisant la sortie 9-2, le jeton 17 ainsi que les informations d'état infoN à info2. La sortie 9-2 est reliée à l'entrée 8-1 du dispositif 2-1 alors celui-ci reçoit le jeton 17 ainsi que les informations d'état infoN info2. Le programme 13-1 commande alors une mesure de l'information d'état infol relative à un état de charge de l'accumulateur A1. Le programme 13-1 commande ensuite une transmission, à travers la liaison 5 à l'aide de l'émetteur récepteur 6-1, du jeton 17 ainsi que des informations d'état infoN à infol. Ainsi, vu que la sortie 9-1 est reliée l'entrée 10 de l'émetteur récepteur 7 de l'unité 4 alors ce dernier reçoit le jeton 17 ainsi que les informations d'état relatives à l'état de charge des accumulateurs A1 à AN. L'ordre dans lequel les informations d'état sont transmises étant connu de l'unité 4 alors cette dernière peut aisément déterminer à quel accumulateur est associé telle information d'état. Les étapes réalisées à partir de l'émission du jeton 17 par l'unité 4 jusqu'à la réception par cette même unité du jeton 17 émis ainsi que des informations d'état associées constituent un cycle de contrôle. Une durée de traitement de cycle dépend pour l'essentiel d'une vitesse de transmission à travers la liaison 5 et d'une vitesse de traitement dans les dispositifs 2-1 à 2- N. En outre, on sauvegarde dans les mémoires 15-1 à 15-N, toutes les informations intermédiaires telles que, par exemple par rapport à un dispositif donné, les informations d'état reçues des dispositifs précédents pendant une phase de mesure dans le dispositif considéré. peut résumer un fonctionnement du procédé de l'invention l'identifiant à un programme de test. En effet, lorsqu'un dispositif reçoit message, il le compare avec une valeur connue afin de déterminer s'il s'agit du jeton ou non. S'il ne s'agit pas du jeton alors on considère qu'il agit d'une information d'état de charges d'un accumulateur précédent et donc transmet cette information telle quelle éventuellement après l'avoir mémorisee dans une mémoire 15-1 à 15-N. Si on reconnaît dans le message reçu le jeton 17 alors on commande une mesure d'une information d'état du dispositif considéré puis on transmet cette valeur ainsi que le jeton 17. Dans un exemple de réalisation préféré de l'invention, on réalise transmission sur la liaison 5 en utilisant un protocole de transmission asynchrone. C'est à dire que l'on émet un octet de données encapsulees dans un message délimité d'une part par des bits de début et des bits identifies couramment par leurs dénominations anglaises start bit et stop bit respectivement. Ainsi, le jeton 17, ou une information d'état infol à infoN encapsulee dans un tel message. outre, dans une variante préférée de l'invention on émet régulièrement un jeton à partir de l'unité 4. Ainsi, l'unité 4 aura sa possession des séries de valeur permettant de produire notamment diagrammes de charges et décharges d'autant plus précis que les intervalles d'émissions sont de durée faible. Par exemple, une valeur de quelque seconde permet d'avoir un échantillonnage d'une information d'etat suffisamment rapide pour permettre d'anticiper des débuts de décharges d'un accumulateur. En outre, on tient compte, dans un exemple préféré de l'invention, d'une eventuelle rupture d'une communication à travers la liaison 5 à une defaillance par exemple d'un émetteur récepteur 6-1 à 6-N et ou 7. On émet pour cela un nouveau jeton à partir d'un dispositif 2-1 à 2-N et ou de l'unité lorsque le dispositif 2-1 à 2-N et ou de l'unité 4 n'a pas reçu de jeton au-dela d'une durée d'attente supérieure à un temps de garde. Cette durée d'attente mesurée à l'aide d'un compteur présent, mais non représenté, dans chaque dispositif 2-1 à 2-N et dans l'unité 4. Dans un exemple de réalisation, on mesure un écoulement du temps à l'aide d'un compteur donné après une émission du jeton 17 par le dispositif associé à ce compteur. Cependant, lors d'une étape initiale et comme aucun dispositif de contrôle n'a encore reçu le jeton 17 alors on mesure l'écoulement du temps seulement dans l'unité 4 qui permettra de détecter ainsi un éventuel problème de communication à travers la liaison 5. REVENDICATIONS 1 - Batterie (1) d'accumulateurs en série caractérisée en ce 'un accumulateur (A1 - AN) comporte un dispositif (2-1 - 2-N) de contrôle avec un moyen (3-1 - 3-N) de mesure de son état de charge et en ce les dispositifs contrôle sont reliés à une unité (4) centrale de surveillance et de traitement par l'intermédiaire d'une liaison (5) de transmission respectant une topologie en boucle, chaque dispositif de contrôle, ainsi l'unité centrale traitement, comportant un émetteur récepteur (6-1 - 6-N, 7) et une entrée (10, 8-1 - 8-N) d'un premier émetteur récepteur étant reliée à une sortie (9-1 - 9-N, 11) d'un deuxième émetteur récepteur. 2 - Batterie selon la revendication 1 caractérisé en ce que la liaison de transmission est réalisée avec de la fibre optique. 3 - Batterie selon la revendication 2 caractérisé en ce que la fibre optique réalisée avec une matière plastique. 4 Batterie selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que les dispositifs de contrôle sont des micro-contrôleurs. 5 - Batterie selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'un accumulateur est utilisé comme source d'alimentation d'un dispositif de contrôle associé. 6 - Procédé de contrôle d'une batterie (1) d'accumulateurs caractérisé en ce que: - on relie chaque accumulateur (A1-AN) à un dispositif (2-1 - 2-N) de contrôle produisant une information d'état de cet accumulateur, les dispositifs de contrôle étant reliés à une unité (4) centrale de surveillance et de traitement par l'intermédiaire d'une liaison (5) de transmission respectant une topologie en boucle ; - on émet, à partir de l'unité centrale, sur la liaison de transmission un jeton ; et en ce que lorsqu'un dispositif de contrôle reçoit un jeton - il reçoit des informations d'états de dispositifs de contrôle ayant déjà reçu le jeton avant lui, - il émet sur la liaison de transmission le jeton, l'information d'état relative à ce dispositif de contrôle ainsi que les informations d'états des dispositifs de contrôle ayant reçu le jeton avant lui. - Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que on réalise une transmission sur la liaison de transmission utilisant un protocole de transmission asynchrone. - Procédé selon la revendication 6 ou 7 caractérisé en ce on émet régulièrement un jeton à partir de l'unité centrale. - Procédé selon la revendication 6 à 8 caractérisé en ce que on émet un nouveau jeton à partir d'un dispositif de contrôle et ou de l'unité centrale lorsque ce dernier n'a pas reçu de jeton au-delà d'une durée d'attente supérieure à un temps de garde.