Brevet FR2895163A1 — publié le 20070622

ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION DOMAINE DE L'INVENTION La presente invention concerne un circuit de commande connecte en parallele a une batterie connectee en serie a une autre batterie, en particulier 5 un procede et un dispositif de protection pour batterie au lithium. DESCRIPTION DE L'ART ANTERIEUR La categorie des batteries rechargeables est divisee en batteries au nickel-cadmium (Ni-Cd) et en batteries au nickel-hydrure de metal (Ni-MH). La batterie Ni-Cd est un produit de derniere generation et elle est largement 10 repandue sur le rnarche. Ses inconvenients redhibitoires sont que la batterie presente un effet de memoire et une duree de vie en usage courte. En outre, le cadmium est un type de metal lourd qui provoque aisement une pollution environnementale. Le developpement de la batterie Ni-MH vise a surmonter ces inconvenients de la batterie Ni-Cd. Ses avantages incluent : la reduction 15 de I'effet de memoire, ('augmentation de la capacite de charge, ('endurance a la surcharge ou a la surdecharge, la prolongation de la duree de vie en usage en recyclage, le temps de charge plus court et, de loin le plus important, ('absence d'utilisation de metal toxique, de telle sorte que le probleme de la pollution environnementale ne se pose plus. Bien entendu, la batterie Ni-MH 20 n'est pas parfaite a cent pour cent. Par exemple, son adaptabilite environnementale est mediocre. Elie est presque inoperante dans un environnement specifique clans Iequel la temperature est superieure a 45 C ou inferieure a 0 C. Par consequent, dans un endroit extremement chaud ou extremement froid, la batterie Ni-MH est incapable de fournir une puissance a 25 un equipement eIectronique. En outre, apres qu'elle a ete chargee et maintenue en attende pendant une certaine periode temporelle, sa puissance decrolt de fawn significative sauf si elle est rechargee a nouveau. Lorsque la batterie au lithium est chargee, si la tension de charge est trop eIevee, y a un risque de survenue d'explosion clans la batterie. D'autre 30 part, lorsque la batterie au lithium est dechargee, si la tension de decharge est trop faible de telle sorte que la tension de la batterie au lithium est inferieure a une tension de base, alors la duree de vie en usage de la batterie au lithium est influencee. Par consequent, pendant la charge et Ia decharge, un dispositif de protection tel que represents sur la figure 1 est associe. Sur la figure 1, quatre batteries au lithium connectees en serie sont presentees a titre d'exemple d'illustration. Un dispositif de protection 100 inclut : un circuit integre (IC) de protection 101 qui est specifique pour quatre batteries connectees en serie ; et un commutateur de circuit 103. Pendant la conception pratique, un IC de protection approprie 101 est choisi en fonction du nombre de batteries au lithium connectees en serie 102. Lorsqu'une anomalie de tension sur la batterie au lithium 102 est detectee, I'IC de protection 101 envoie un signal sur le commutateur de circuit 103 et ainsi, le circuit de commutateur 103 est commute par saut afin de couper le courant de charge ou de decharge. Ainsi, lorsque le nombre de batteries au lithium connectees en serie 102 est different de quatre, est necessaire de produire un nouveau modele de circuit de protection 100. Habituellement, les fabricants peuvent produire I'IC de protection 101 uniquement pour pas plus de 4 batteries au lithium connectees en serie. Plus le nombre de batteries au lithium connectees en serie est grand, plus la conception de circuit de I'IC de protection 101 est compliquee. Du fait de la complexite de la conception de circuit et du fait d'un probleme de desequilibrage provoque par un vieillissement et par une perte de performance inegaux entre les batteries connectees en serie, est tres difficile de produire le circuit de protection pour plus de 5 batteries au lithium connectees en serie. RESUME DE L'INVENTION L'objet essentiel de la presen e invention consiste a resoudre les inconvenients mentionnes ci avant de fart anterieur. Afin d'eviter les inconvenients existants, ('invention a pour objet de reconcevoir tout le dispositif de protection pour une batterie rechargeable et cette invention est caracterisee par ce qui suit : en premier lieu, it nest pas necessaire de considerer le nombre de batteries au lithium connectees en serie ; en second lieu, chaque batterie au lithium connectee en serie est egalement connectee en parallele a une carte de circuit individuelle qui comprend une interface pour I'interconnexion avec une autre carte de circuit ; en troisieme lieu, pour une quelconque batterie au lithium anormale, sa carte de circuit correspondante genere un signal pour notifier au systeme la localisation de cette batterie anormale puis pour commuter par saut le commutateur de circuit pour couper le courant de charge ou de de"charge. Un autre objet essentiel de la presente invention consiste a proposer un dispositif de protection selon Iequel, lorsqu'une quelconque batterie au lithium connectee en serie est anormale, sa carte de circuit connectee en parallele apprecie en premier lieu si la batterie au lithium est surchargee puis applique une procedure de decharge a la batterie si necessaire de telle sorte que I'equilibrage de chaque batterie au lithium connectee en serie puisse titre simultanement microregle. L'autre objectif essentiel de la presente invention consiste a proposer un dispositif de protection pour de multiples batteries au lithium connectees en serie selon lequel, Iorsque le nombre de batteries au lithium connectees en serie est augmente ou diminue, n'est pas necessaire de reproduire une quelconque nouvelle carte de circuit du fait que la carte de circuit peut titre modifiee par I'intermediaire d'un cablage externe. Afin de realiser Ies objectifs mentionnes ci avant, le dispositif de protection pour batterie au lithium selon la presente invention a pour but d'empecher qu'une batterie rechargeable ne soit surchargee ou surdechargee au moyen de la commande d'un circuit externe qui charge ou decharge la batterie. Le dispositif de protection est constitue par un circuit de detection d'anomalie, par un circuit de photocouplage, par un circuit d'equilibrage et par un circuit d'identite. Le circuit de detection d'anomalie verifie la valeur de tension de la batterie chargee et emet en sortie un signal de mesure. Si le signal est normal, alors ('action de charge ou de decharge est poursuivie et sinon, die est coupee. Ensuite, le circuit d'equilibrage apprecie si le signal de mesure est un signal de surcharge puis decide si la batterie dolt titre dechargee ou non. [Jails le meme temps, conformement a I'etat du signal de mesure, le circuit de photocouplage regle son impedance pour couper la connexion entre la batterie chargee et le circuit externe tandis que le circuit d'identite procure au systeme la position de la batterie, Iequel circuit envoie en sortie le signal anormal. Afin de realiser les objectifs mentionnes ci avant, la presente invention propose un procede de protection pour batterie au lithium pour empecher que la batterie chargee ne soit surchargee ou surdechargee au moyen de la commande d'un circuit externe qui charge ou decharge la batterie au lithium. Le procede de protection pour batterie au lithium inclut les Mapes qui suivent. En premier lieu, verifier que la batterie est sous charge ou decharge ; lorsque la batterie est sous charge, examiner si sa tension moyenne est superieure a Ia tension de charge maximum d'une unique batterie ; si la reponse est OUI, la boucle de charge est ouverte et la procedure de charge est arretee ; si la reponse est NON, verifier si le signal de sortie du dispositif de protection est normal ou anormal ; si le signal de sortie est anormal, la batterie est chargee avec un courant plus faible et sinon, la procedure de charge normale est poursuivie. Lorsque la batterie verifiee est sous decharge, verifier si sa tension moyenne est inferieure a la tension de decharge minimum dune unique batterie ; si la reponse est OUI, la boucle de decharge est ouverte et la procedure de decharge est arretee ; si la reponse est NON, verifier si le signal de sortie du dispositif de protection est normal apres plusieurs secondes de decharge supplementaire ; si le signal apprecie est normal, la decharge est poursuivie et sinon, ('action de decharge est coupee. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 est une illustration de circuit du dispositif de protection pour 25 batterie au lithium selon 'tart anterieur ; Ia figure 2 est une illustration de circuit d'un module connecte en parallele de dispositif de protection pour batterie au lithium selon la presente invention ; la figure 3 est une illustration de circuit qui represente un module 30 connecte en parallele de dispositif de protection pour batterie au lithium selon la presente invention, selon lequel le dispositif de protection est connecte a une batterie rechargeable de maniere parallele ; la figure 4 est une illustration de circuit qui represente le dispositif de protection pour de multiples batteries au lithium connectees en serie selon la presente invention ; la figure 5 est une illustration de circuit qui represente un autre 5 dispositif de protection pour de multiples batteries au lithium connectees en serie selon la presente invention ; la figure 6 est une illustration de circuit qui represente le dispositif de protection pour de multiples batteries au lithium connectees en serie selon la presente invention, () CI un circuit externe est inclus ; 10 la figure 7 est une illustration d'un autre mode de realisation du dispositif de protection pour batterie au lithium selon la presente invention ; la figure 8 est une illustration d'un mode de realisation supplementaire du dispositif de protection pour batterie au lithium selon la presente invention ; et 15 la figure 9 est un organigramme du proc&d& de protection pour la charge et la decharge d'une batterie au lithium selon la presente invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION En cooperation avec les dessins annexes, les contenus techniques et la description detainee de la presente invention sont comme suit. 20 Reportons-nous a la figure 2 et a la figure 3 qui sont respectivement un schema de circuit pour un module connecte en parallele du dispositif de protection pour batterie au lithium et un schema de circuit d'un module connecte en parallele de dispositif de protection de batterie rechargeable connecte en parallele a une batterie au lithium selon la presente invention. 25 Selon ce mode de realisation selon la presente invention, le dispositif de protection est constitue par un circuit de detection d'anomalie 2 et par un circuit de photocouplage 3. En premier lieu, le circuit de detection d'anomalie 2 verifie la tension de la batterie chargee 4 puis &net en sortie un signal de mesure sur le circuit de 30 photocouplage 3, Iequel *le son impedance conformement a I'&tat de signal afin de couper la connexion entre le dispositif de protection 11 et un circuit externe ou afin de chargerldecharger en continu la batterie rechargeable 4. Le circuit de photocouplage 3 inclut une diode emettrice de lumiere (DEL) 31 et un transistor 32. La DEL 31 est couplee eIectriquement au circuit de detection d'anomalie 2 de telle sorte qu'elle puisse decider de s'eclairer ou non en fonction de la valeur de tension de la batterie rechargeable 4. Par ailleurs, le transistor 32 est couple eIectriquement a un circuit externe qui est connects ou coupe en fonction de I'etat d'eclairage de la DEL 31, ce qui a son tour determine la valeur d'impedance du transistor 32. Selon ce mode de realisation, lorsque la batterie 4 est clans une condition normale, le circuit de detection d'anomalie 2 envoie un signal de mesure de la tension de batterie 4 sur la DEL 31 du circuit de photocouplage 3. Apres reception du signal de mesure, la DEL 31 commence a emettre de la lumiere, laquelle arrive en incidence sur un autre cote du transistor 32, de telle sorte que I'impedance entre les deux cotes du transistor 32 est abaissee. Lorsque la batterie 4 est dans une condition anormale, le circuit de detection d'anomalie 2 n'envoie pas de signal sur la DEL 31, laquelle n'emet pas de lumiere non plus, de telle sorte que ('impedance entre les deux cotes du transistor 32 est augmentee selon un degre tel que le circuit de photocouplage 3 devient un circuit ouvert (interrompu) du fait qu'aucune lumiere n'arrive en incidence sur un autre cote du transistor 32. Du fait de I'arrivee en incidence de la lumiere, les deux cotes du circuit de photocouplage 3 sont en communication sans contact electrique de telle sorte quill y a une isolation tres eIevee entre ces deux cotes. Ainsi, comme represents sur la figure 4, un grand nombre de batteries au lithium connectees en serie 4 peuvent titre connectees en parallele avec cette sorte de module de protection. Les deux cotes du transistor 32 de chaque module sont interconnectes run a I'autre d'une fawn connectee en serie de telle sorte qu'il n'y a absolument pas de contact electrique entre la chaine de transistors 32 et la chaine de batteries au lithium 4. Sur la figure 4, sill se produit une quelconque situation anormale dans une batterie au lithium connectee en serie 4 comme decrit ci-dessus, son circuit de detection d'anomalie 2 envoie un signal de mesure pour eteindre une diode emettrice de lumiere (DEL) correspondante 32. Du fait qu'il n'y a pas de lumi6re arrivant en incidence sur I'autre cote du transistor 32, 'Impedance entre les deux cotes du transistor 32 est augment6e jusqu'au point le transistor 32 devient presque un circuit ouvert. En outre, puisque chaque transistor 32 est connects en serie avec un autre, 'Impedance de toute la chaine de transistors 32 devient si 6levee qu'il n'y a aucun courant traversant ses deux cotes. D'autre part, si chaque batterie au lithium est dans une condition normale, 'Impedance entre les deux cotes (c'est-a-dire A et B) de toute la chaine de transistors 32 est tres faible. AussitOt qu'une quelconque anon-mile se produit dans une quelconque batterie au lithium connectee en serie 4, !impedance entre les cotes A et B croft instantanement de telle sorte que Iron a presque un circuit ouvert. En outre, sur la base de la variation d'impedance entre les cotes A et B de la chaine de transistors 32, un autre mode de realisation du dispositif de protection pour de multiples batteries au lithium connectees en serie selon la presente invention peut titre pre vu, comme represents sur 'Illustration de circuit de la figure 5. Selon ce mode de realisation, un commutateur de circuit 5 et un circuit de commande de commutateur 6 sont en outre concus dans le dispositif de protection. Le circuit de commande 6 est couple eIectriquement au dernier niveau du circuit de photocouplage 3. En fonction de 'Impedance de toute la chaine de transistors 32, un signal de commande peut titre emis en sortie depuis le circuit de commande de commutateur 6 auquel le commutateur de circuit 5 est couple eIectriquement. En appreciant I'6tat de ce signal de commande, le courant de charge ou de decharge est interrompu ou poursuivi. Par consequent, Iorsque 'Impedance entre les cotes A et B est faible, le commutateur de circuit 5 est conducteur d'autre part, lorsque 'Impedance entre les cotes A et B est eIevee, le commutateur de circuit 5 est commute par saut, et ainsi le courant de charge ou de decharge est coupe. Reportons-nous a la figure 6, laquelle est une illustration de circuit d'un mode de realisation du dispositif de protection pour de multiples batteries au lithium connect6es en serie avec un circuit externe selon la presente invention. Les cotes A et B sont connectes 6lectriquement a un circuit externe 7 qui pent titre par exemple un systeme ou un chargeur, mais ces exemples ne sont pas inclus de fawn exclusive ici. Sur la figure 6, le circuit de detection d'anomalie 2 informe le circuit externe 7 par I'intermediaire de la variation d'impedance entre les cotes A et B. Par consequent, lorsque le circuit externe 7 est inform& du fait que ('impedance entre les cotes A et B est faible, le circuit externe 7 fonctionne selon le but usuel et lorsque ('impedance est &Ievee, le circuit externe 7 arrete le fonctionnement normal pour couper le courant de charge ou de decharge. Reportons-nous a la figure 7, laquelle est une autre illustration de mode de realisation du dispositif de protection pour une batterie au lithium selon a presente invention. Un circuit d'identite 8 est connecte electriquement au circuit de photocouplage 3 dans le dispositif de protection 1. Le circuit d'identite 8 est une resistance presentant une valeur Rx. Lorsque le circuit de photocouplage 3 *le une impedance en fonction de I'&tat du signal de mesure pour couper la connexion &Iectrique entre la batterie rechargeable 4 et le circuit externe, le circuit d'identit& 8 &net en sortie simultanement un signal (une valeur de resistance) sur le circuit externe de telle sorte que le circuit externe est informe de quelle batterie 4 est dans une situation anormale. Si lion prend I'exemple de la figure 4, le circuit de photocouplage 3 dans chaque dispositif de protection 1 est connecte electriquement a un circuit d'identit& 8 auquel est assignee une valeur de resistance de fawn specifique, telle que 5K, 10K, 15K et 20K, etc. Lorsque le circuit de photocouplage 3 du second dispositif de protection 1 est dans un &tat de circuit ouvert, le circuit externe recoit une valeur de resistance de 10K de telle sorte que 1'anomalie qui est survenue dans la seconde batterie est notifiee. Reportons-nous a la figure 8, laquelle est une autre illustration de mode de realisation du dispositif de protection pour une batterie au lithium selon la presente invention. Dans ce mode de realisation, en plus du fait qu'un circuit d'identit& 8 est connecte electriquement au circuit de photocouplage 3 du dispositif de protection 1, un circuit d'equilibrage 9 est &galement connecte electriquement au circuit de detection d'anomalie 2. Lorsque la batterie 4 est en surcharge, le circuit de detection d'anomalie 2 Omet en sortie un signal de mesure sur le circuit d'equilibrage 9, Iequel peut commander la batterie 4 pour prendre une action de decharge de telle sorte qu'un endommagement de batterie cause par une surcharge peut &re &it& Reportons-nous a la figure 9, laquelle represente un organigramme du proc&de de protection pour une charge et decharge dune batterie au lithium selon la presente invention. Selon la procedure de charge de la batterie 4, comme represents au niveau de I'&tape 10, I'&tat de charge ou decharge de la batterie 4 est appreci& en premier lieu ; lorsque I'&tat de charge de la batterie 4 est confirm& le processus entre dans I'&tape 10a pour verifier si oui ou non la tension moyenne de la batterie 4 est superieure a Vh1gh (la tension de charge maximale d'une unique batterie, par exemple 4,2 V) si la reponse est OUI, alors le processus entre dans I'&tape 10b dans laquelle la boucle de charge est ouverte, c'est-A-dire que la procedure de charge est interrompue ; et d'autre part, si la tension moyenne de la batterie 4 nest pas superieure a Vhigh, alors le processus est commute sur I'&tape 10c au niveau de laquelle le signal de sortie du dispositif de protection pour la batterie au lithium est verifis ; si le signal est anormal, alors le processus entre dans I'etape 10d au niveau de laquelle la batterie 4 est charge avec un courant faible (ibw) ; si le signal est normal, alors le processus entre dans I'etape 10e au niveau de laquelle la procedure de charge normale est poursuivie. Si la batterie testee 4 est clans I'etat decharge, alors le processus entre clans I'etape 10f au niveau de laquelle la tension moyenne de la batterie 4 est verifiee ; si la valeur verifiee est inferieure a \lbw (Ia tension de decharge minimum d'une unique batterie), alors le processus passe a une &tape 10g au niveau de laquelle la boucle de decharge est ouverte et le processus de decharge est arret& ; par ailleurs, si la tension verifiee est superieure a Vbw, alors le processus passe a une etape 10h et apres plusieurs secondes de decharge, le processus passe a une &tape 10i pour verifier si le signal de sortie du dispositif de protection pour batterie au lithium est correct ou non ; si le signal est normal, alors le processus passe a une etape 10j et la procedure de decharge est poursuivie ; sinon, la procedure passe a une &tape 10k au niveau de laquelle ('action de decharge est coupee. La presente invention a ete divulguee en tant que descriptions mentionnees ci avant qui sont cependant seulement ses modes de realisation preferables et qui ne sont pas utilisees pour limiter son cadre d'execution. N'importe quelle variante equivalente et n'importe quelle petite modification afferente qui sont mises en oeuvre selon les revendications annexees par I'homme de fart pertinent sont toutes couvertes par les revendications revendiquees par la presente invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif de protection pour batterie au lithium prevu pour la commande d'un circuit externe (7) qui charge ou decharge une batterie rechargeable (4) de telle sorte que la surcharge ou la surdecharge de la batterie rechargeable puisse &tre empechee, le dispositif de protection pour batterie au lithium etant caracterise en ce qu'il inclut : un circuit de detection d'anomalie (2), qui verifie la tension de ladite batterie rechargeable (4) et qui emet en sortie un signal de mesure ; et un circuit de photocouplage (3) qui est couple electriquement audit circuit de detection d'anomalie (2) et qui regle son impedance en fonction de I'etat dudit signal de mesure pour la coupure de la connexion entre ladite batterie rechargeable (4) et ledit circuit externe (7), ou pour faire en sorte que ladite batterie rechargeable (4) soit en continu dechargee ou chargee. 2. Dispositif de protection pour batterie au lithium selon la revendication 1, caracterise en ce que le circuit de photocouplage (3) inclut : une diode emettrice de Iumiere (DEL) (31) qui est couplee electriquement audit circuit de detection d'anomalie (2) pour prendre la decision de s'eclairer ou non en fonction de I'&tat de signal de tension mesure par ledit circuit de detection d'anomalie ; et un transistor (32) qui est couple electriquement audit circuit externe (7) pour la decision concernant I'impedance dudit transistor en fonction de la situation d'eclairage de ladite DEL (31) et pour la connexion ou la d&connexion dudit circuit externe (7). 3. Dispositif de protection pour batterie au lithium selon la revendication 2, caracterise en ce que, lorsque ladite batterie rechargeable (4) est dans une condition normale, ledit circuit de detection d'anomalie (2) emet un signal de mesure vers ladite DEL (31), ce qui eclaire ladite DEL (31). 4. Dispositif de protection pour batterie au lithium selon la revendication 2 ou 3, caracterise en ce que, lorsque ledit circuit de detection d'anomalie (2) &met un signal de mesure vers ladite DEL (31), ce qui eclaire 12 ladite DEL (31), ['impedance dudit transistor (32) est dans une condition de valeur faible de telle sorte que la connexion entre ladite DEL et ledit circuit externe (7) reste normale. 5. Dispositif de protection pour batterie au lithium selon la revendication 2, caracterise en ce que, lorsque ladite batterie rechargeable (4) est dans une condition anormale, ledit circuit de detection d'anomalie (2) n'emet pas de signal de mesure vers ladite DEL (31), ce qui fait que ladite DEL (31) s'arrete de s'eclairer. 6. Dispositif de protection pour batterie au lithium selon la revendication 5, caracterise en ce que, lorsque ledit circuit de detection d'anomalie (2) n'emet pas de signal de mesure vers ladite DEL (31), ce qui fait que ladite DEL (31) s'arrete d'eclairer, ['impedance de ladite resistance est une impedance de valeur elevee de telle sorte que la connexion sur ledit circuit externe (7) est coupee. 7. Dispositif de protection pour batterie au lithium selon ['une quelconque des revendications 1 a 6, caracterise en ce que, dans (edit dispositif de protection, sont de fagon additionnelle agences : un circuit de commande de commutateur (6) qui est couple electriquement audit circuit de photocouplage (3) pour la sortie d'un signal de commande en fonction de I'etat d'impedance dudit circuit de photocouplage ; et un commutateur (5) qui est couple electriquement audit circuit de commande de commutateur (6) pour prendre la decision de couper le courant de charge ou de decharge en fonction de I'etat dudit signal de commande. 8. Dispositif de protection pour batterie au lithium selon ['une quelconque des revendications 1 a 7, caracterise en ce que, dans ledit circuit de protection, sont de fawn additionnelle agences : un circuit d'identite (8) qui est couple electriquement audit circuit de photocouplage (3) et, lorsque (edit circuit de photocouplage est sous une condition de commutation par saut, ledit circuit d'identite emet en sortie un signal sur (edit circuit externe (7), lequel est informe de la localisation de la batterie (4) qui est dans une condition anormale. 13 9. Dispositif de protection pour batterie au lithium selon la revendication 8, caracterise en ce que (edit signal de sortie dudit circuit d'identite (8) est une valeur de resistance (8). 10. Dispositif de protection pour batterie au lithium selon rune quelconque des revendications 1 a 9, caracterise en ce que, dans ledit dispositif de protection, sont de fawn additionnelle agenc&s : un circuit d'equilibrage (9) qui est couple electriquement audit circuit de detection d'anomalie et a ladite batterie rechargeable (4) ; lorsque ladite batterie est surcharge, ledit circuit de detection d'anomalie (2) &met en sortie un signal de mesure sur ledit circuit d'equilibrage, lequel effectue ensuite une action de decharge sur ladite batterie (4).