Brevet FR2966655A1 — publié le 20120427

La présente invention concerne un dispositif d'alimentation d'un équipement électronique. De nos jours, de nombreuses installations ou ma-chines, quelles que soient les fonctions qu'elles assu- rent, sont associées à des équipements électroniques fournissant une puissance de calcul permettant de prendre en charge par exemple la gestion ou la surveillance du fonctionnement des installations ou machines. Lorsqu'une telle installation ou machine exerce des fonctions critiques, il est connu d'alimenter l'équipement électronique par un dispositif d'alimentation qui est raccordé à une source d'énergie externe, comme le réseau de distribution électrique ou un groupe électrogène, et qui dispose d'éléments d'accumulation d'énergie pour suppléer à une défaillance de la source d'énergie externe. Ces dispositifs peuvent être amenés à travailler dans des conditions difficiles qui favorisent l'apparition des défaillances et rendent problématiques la réparation de celle-ci et la logistique nécessaire au maintien en fonctionnement de l'équipement. Un but de l'invention est de fournir un moyen pour améliorer la disponibilité d'un dispositif du type précité. A cet effet, on prévoit, selon l'invention, un équipement électronique, comprenant des éléments d'accumulation et des moyens de raccordement des éléments d'accumulation à un circuit de gestion comportant au moins un chargeur et des premiers moyens de raccordement à une source externe d'énergie électrique et des deuxièmes moyens de raccordement des éléments d'accumulation à l'équipement électronique, caractérisé en ce que le circuit de gestion est agencé pour déterminer une température d'au moins un des éléments d'accumulation et corn- prend un module de commande agencé pour transmettre pé- riodiquement, via des moyens de liaison à une unité informatique externe, un signal représentatif d'un état du dispositif, le signal ayant la forme d'une trame comportant au moins une donnée relative à un état de charge des éléments d'accumulation et une donnée relative à la température déterminée. Ainsi, l'unité informatique est informée périodiquement de l'état de charge des éléments d'accumulation et de la température de ceux-ci. Ces caractéristiques sont représentatives à la fois du bon fonctionnement du dispositif et de l'autonomie restante de l'équipement, qui constituent des données déterminantes pour assurer la continuité du fonctionnement de l'équipement. L'étude de leur variation permet également d'anticiper une défail- lance. Selon un mode de réalisation particulier, les éléments d'accumulation sont regroupés en un module amovible et, de préférence, les moyens de raccordement des éléments d'accumulation au circuit de gestion sont agen- cés pour permettre le raccordement simultané de deux modules amovibles d'éléments d'accumulation. Ceci permet un remplacement rapide du module amovible d'éléments d'accumulation, par exemple lorsque qu'en l'absence d'une source d'énergie externe un module amovible est proche de son état de charge minimal et doit être remplacé par un module à son état de charge maximal. Le remplacement d'un module amovible peut également être nécessaire lorsque l'état de charge maximal des éléments d'accumulation d'un module ne permet plus une autonomie suffisante. Ce type de dégradation des performances des éléments d'accumulation survient quand les paramètres de charge sont inadaptés ou après un trop grand nombre de cycles complets de décharge (batteries lithium ion). Avantageusement alors, le circuit de gestion est agencé pour réaliser une commutation d'un module amovible à l'autre sans coupure de l'alimentation de l'équipement et de l'unité informatique. A cette fin, le dispositif comprend avantageuse-ment une électronique de commutation contrôlée numérique- ment. Selon une première caractéristique particulière, le module amovible est pourvu de moyens électriques de réchauffage des éléments d'accumulation, les moyens de réchauffage étant reliés au circuit de gestion qui est agencé pour commander les moyens de réchauffage lorsque la température d'au moins un des éléments d'accumulation descend sous un seuil prédéterminé et, de préférence, les moyens de réchauffage sont alimentés via les premiers moyens de raccordement. Une recharge d'éléments d'accumulation de type lithium-ion à une température trop basse pourrait aboutir à une dégradation des performances des éléments d'accumulation. Le réchauffage des éléments d'accumulation préalablement à la recharge permet ainsi d'augmenter la longévité de ces éléments. Selon une deuxième caractéristique particulière, le circuit de gestion est agencé pour interrompre le fonctionnement du chargeur lorsque la température de l'élément d'accumulation dépasse un seuil prédéterminé. Un échauffement trop important des éléments d'accumulation peut entraîner une détérioration définitive, voire une explosion, des éléments d'accumulation. Selon une troisième caractéristique particulière, les premiers moyens de raccordement comprennent un pre- mier connecteur de raccordement à un circuit basse tension et un deuxième connecteur de raccordement à un circuit moyenne tension et, de préférence, le circuit de gestion comprend un convertisseur ayant une entrée reliée aux premiers moyens de raccordement pour transformer la tension d'entrée en une tension stabilisée, le convertis- seur étant relié au module de commande pour informer ce dernier de la tension d'entrée, le module de commande étant agencé pour commander le chargeur selon un profil de charge déterminé en fonction de la tension d'entrée. Le circuit de gestion peut alors optimiser la charge et d'une manière générale la consommation du dis-positif en fonction de la tension d'entrée et de la puissance disponible. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation particulier non limita-tif de l'invention. Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels : - la figure 1 est une vue de face d'un dispositif conforme à l'invention, la figure 2 est une vue en perspective de ce dispositif, la figure 3 est une vue schématique du circuit électrique de ce dispositif. En référence aux figures, le dispositif conforme à l'invention, généralement désigné en 1, est destiné à être raccordé à une source d'énergie électrique 100 pour alimenter des équipements électroniques 200 (dont un seul est ici représenté) et transmettre des informations périodiques de fonctionnement du dispositif à une unité informatique 300. La source d'énergie électrique 100 comporte une arrivée moyenne tension (avec un connecteur 100.2), par exemple un réseau de distribution public fournissant un courant alternatif à une tension de 110 V ou 220 V, et une arrivée basse tension (avec un connecteur 100.1), par exemple un réseau de bord d'un véhicule fournissant un courant continu à une tension de 24 V issue d'un véhicule. L'unité informatique 300 est ici un ordinateur comportant un écran permettant à un opérateur de surveiller le fonctionnement du dispositif comme cela sera expliqué plus loin. Le dispositif 1 comprend un boîtier 10 comportant un support 11 pour un module amovible d'éléments d'accumulation 23 et un compartiment 12 pour un circuit de gestion 30. Un capot 13 est articulé sur le boîtier 10 pour recouvrir le compartiment 12 et le module amovible 20 supporté. Le module amovible 20 comporte un boîtier 21 contenant des éléments d'accumulation 23 reliés de façon connue en elle-même à un connecteur 22 via un câble 24 s'étendant à l'extérieur du boîtier 21. Chaque module amovible 20 incorpore au moins une sonde de température 25 reliée à des conducteurs dédiés du connecteur 22. Le circuit de gestion 30 comprend un module de commande 31 relié à un module convertisseur 32 et à un chargeur 33. Le module convertisseur 32 est relié à un connecteur 37, ou premiers moyens de raccordement, débouchant à l'extérieur du boîtier 10 pour permettre le raccordement du convertisseur 32 aux deux arrivées de courant de la source d'énergie électrique 100. Le connecteur 37 comprend un premier connecteur 37.1 de raccordement au circuit basse tension (24Vdc) et un deuxième connecteur 37.2 de raccordement au circuit moyenne tension (110Vac/220Vac). Le module convertisseur 32 est composé d'un premier convertisseur 32.1 DC/DC (10Vdc - 36Vdc / 24Vdc) relié au connecteur 37.1 et d'un deuxième convertisseur 32.2 AC/DC (80Vac - 265Vac / 24 Vdc) relié au connecteur 37.2. Ces deux convertisseurs sont agencés pour fournir en sortie une tension et un courant stabilisés proche de 24 Vdc. Le chargeur 33 est relié en entrée à la sortie du module convertisseur 32 et en sortie à deux connecteurs 34 qui débouchent à l'extérieur du compartiment 12 pour coopérer chacun avec un connecteur 22 d'un module amovible. Le chargeur 33 comprend ici plusieurs unités de charge destinés chacune à recharger une pluralité d'éléments d'accumulation 23 d'un module amovible 20. Les connecteurs 34 sont branchés à un organe de sélection 35 relié, d'une part, à la sortie du convertisseur 32 et, d'autre part, à un connecteur 36, ou deuxièmes moyens de raccordement, pour permettre la liaison du connecteur 36 soit avec la sortie du convertisseur 32 soit avec le module amovible 20 via les connecteurs 34 et 22. Le connecteur 36 débouche à l'extérieur du boîtier 10 et est agencé pour être raccordé à un connecteur complémentaire solidaire de l'équipement 200. Les connecteurs 34 comportent également des conducteurs dédiés reliés au module de commande 31 et destinés à coopérer avec les connecteurs dédiés du connecteur 22 pour relier la sonde de température 25 du module amovible 20 au module de commande 31. Un organe de commutation 45 est monté entre le chargeur 33, l'organe de sélection 35 et les connecteurs 34. L'organe de commutation 45 comprend un ensemble de relais 45.1 positionnés entre les connecteurs 34 et l'organe de sélection 35 et un transistor de type mosfet 45.2 positionné entre les relais 45.1 et le chargeur 33. Les éléments 45.1,45.2 et 35 sont commandés par le module de commande 31 (signaux Sel A, Sel B et Sel Chrg) pour raccorder le module amovible 20 présent soit à l'organe de sélection 35 pour l'alimentation de l'équipement 200 et de l'unité informatique 300 par le module amovible 20 présent (le dispositif n'est pas connecté à la source ex- terne d'énergie 100) soit au chargeur 33 pour recharger le module amovible 20 présent (le dispositif est connecté à la source externe d'énergie 100). Le module de commande 31 reçoit des convertisseurs 32.1 et 32.2 un signal DC present et AC present respectivement indiquant si une tension est reçue en en- trée et, le cas échéant, laquelle (ceci permet de détecter si le dispositif est ou non connecté à la source ex-terne d'énergie 100). Le module de commande 31 est relié au chargeur 33 pour commander celui-ci en fonction de la tension reçue en entrée par les convertisseurs 32.1 et 32.2. Le module de commande 31 est relié à un interrupteur 38 de mise en fonctionnement du circuit de gestion 30, à des voyants 39, à un avertisseur sonore 40 et à un connecteur série 41 de type RS232 pour relier le module de commande 31 à l'unité informatique 300. L'avertisseur sonore 40 et les voyants 39 sont respectivement activés par les interrupteurs 48 et 49. Le module de commande 31 est également relié à un organe 42 qui mesure la tension, le courant et la température du module amovible 20 pour déterminer l'état de charge du module amovible 20 (signaux SDA A, SCI A, SDA B, SCI B). Le module de commande 31 est agencé pour activer le fonctionnement des voyants 39 (un rouge, un orange et un vert) en fonction de l'état de charge du module amovible 20. Le module de commande 31 reçoit d'un détecteur de présence 43 un signal représentatif de la présence de l'un ou l'autre module amovible 20 (signaux PACK A Pres et PACK B Pres). Le détecteur de présence 43 est relié à la sonde de température 25 de sorte que la présence du module amovible 20 est déterminée en fonction de la température détectée par la sonde de température 25. Les sondes de température 25 fournissent un signal de température T PackA, T PackB à un commutateur 44 relié au module de commande 31 pour lui fournir un signal de température T Pack. Le commutateur 44 est commandé par le module de commande 31 (signal Select jauge). Le module amovible 20 est pourvu de résistances électriques de chauffage symbolisées en 50. Les résistances électriques 50 sont reliées à la sortie du convertis- Beur 32 et sont commandées par le module de commande 31. Des filtres 46 et des protections 47, connus en eux-mêmes, sont montés au niveau des entrées et des sorties si nécessaire. Il va de soi que les filtres 46 et les protections 47 ont des caractéristiques adaptées aux entrées ou aux sorties auxquelles ils sont reliés. Le fonctionnement du dispositif va maintenant être décrit. Le dispositif 1 est tout d'abord relié à la source d'énergie 100, à l'équipement électronique 200 et à l'unité informatique 300. Un module amovible 20 est également relié au connecteur 34 et monté sur le support 11. Lorsqu'une tension est présente à l'entrée du module convertisseur 32, le module de commande 31 commande l'organe de sélection 35 pour relier la sortie du module convertisseur 32 au connecteur 36. Simultanément, le module de commande 31 commande l'organe de commutation 45 et le chargeur 33 pour recharger les éléments d'accumulation 23 du module amovible 20. Les paramètres de charge sont déterminés par le module de commande 31 en fonction de la tension présente en entrée du module convertisseur 32. On notera que lorsque les deux tensions sont présentes en entrée du module convertisseur 32, le module convertisseur 32 est agencé pour privilégier la tension la plus élevée. Lorsqu'aucune tension n'est présente à l'entrée du module convertisseur 32 et qu'un module amovible 20 est relié au connecteur 22, la tension des éléments d'accumulation 23 se retrouvera en sortie du connecteur 36. Dans ce cas, l'équipement électronique 200 est donc alimenté par les éléments d'accumulation 23. Si nécessaire, un deuxième module amovible 20 peut être raccordé au connecteur 34 libre. Les deux modules amovibles 20 sont alors reliés en parallèle au connecteur 36 et le premier module amovible 20 peut être déconnecté et ôté du support 11 sans interruption de l'alimentation de l'équipement 200. Une fois le premier module amovible 20 ôté du support 11, le deuxième module amovible 20 peut prendre sa place. Le positionnement des connecteurs 34 et des câbles 24 de longueur suffisante facilitent cette substitution. Le module de commande 31 détecte la présence des modules amovibles via le détecteur 43. Le module de commande 31 est agencé pour commander les résistances de réchauffage 50 lorsque la tempéra- ture interne du module amovible 20 descend sous un seuil prédéterminé, par exemple -10°C. Le module de commande 31 est également agencé pour interrompre le fonctionnement du chargeur 33 en cas de surchauffe, lorsque la température interne du module amovible 20 dépasse un seuil pré- déterminé, par exemple 50°C (commandes MODE et CHARGE). Le module de commande 31 est agencé pour élaborer un signal représentatif d'un état du dispositif, le signal ayant la forme d'une trame comportant au moins une donnée relative à un état de charge des éléments d'accumulation et une donnée relative à la température déterminée. Plus précisément, la trame est en code ASCII (NMEA) et a ici le format suivant : $PIXSE,ALIM,NNN,TTT,HHHH*hh où . - NNN est le niveau de charge du module amovible 20 en % de 0 à100% (par incrément de 1%) ; - TT est la température interne du module amovible 20 en °C (+/-99 °C) ; - HHHH est une valeur hexadécimale correspondant à un statut de fonctionnement du dispositif (16 bits) ; - hh est la somme de contrôle (ou checksum) pré- vue dans le code NMEA ; - CR est un retour chariot ; - LF est un saut de ligne. 30 35 5 10 15 20 2530 Le champ HHHH peut prendre différentes valeurs à 16 bits représentant chacun (si la valeur du bit en question est à 1) par exemple : - une panne détectée, - une surchauffe (température supérieure à un seuil maximal ici de 60°C), - une activation de l'interrupteur d'alarme 48, - une tension de sortie, présente sur le connec- teur 36, supérieure à un seuil (par exemple 15VDC), - une activation des résistances de chauffage 50, - une activation des voyants 39, - une information d'état de fonctionnement de l'avertisseur sonore 40, - un état de charge inférieur à un seuil prédéterminé (par exemple 5%) correspondant à l'allumage du voyant rouge, - un état de charge compris dans une plage inférieure prédéterminée (par exemple entre 5% et 20%) correspondant à l'allumage du voyant orange, - un état de charge supérieur à un seuil de fonc- tionnement normal prédéterminé (par exemple 20%) correspondant à l'allumage du voyant vert, - une activation du chargeur 33, - une indication de présence de moyenne tension en entrée du convertisseur 32, - une indication de présence de basse tension en entrée du convertisseur 32, - une indication de présence d'une tension basse inférieure à un seuil prédéterminé (par exemple 18VDC), - une absence de tension en entrée du module convertisseur 32. 35 Il va de soi que le circuit de gestion comprend des moyens pour permettre au module de commande de déterminer l'état du dispositif pour chacun de ces paramètres. Reste un bit libre pour faire figurer une dernière infor- mation. Le module de commande 31 est agencé pour transmettre périodiquement ladite trame réactualisée, via le connecteur série 41, à l'unité informatique externe 300. L'unité informatique 300 comporte un organe d'affichage et exécute un programme de présentation des informations correspondantes à l'opérateur. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit mais englobe toute variante entrant dans le champ de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier, l'unité informatique 300 peut disposer de sa propre alimentation électrique. Le circuit de gestion peut avoir une structure différente de celle décrite. Ainsi, un commutateur peut être monté entre les connecteurs 34 et le commutateur 35 pour raccorder sélectivement, à la demande de l'opérateur, l'un ou l'autre des connecteurs 34 au commutateur 35. L'opérateur peut alors désigner le module amovible à utiliser lorsque deux modules amovibles 20 sont raccordés aux connecteurs 34. Les éléments d'accumulation 23 peuvent être logés à demeure dans le logement 11 du boîtier 10. Les températures des éléments d'accumulation peu-vent être déduites de la température extérieure plutôt que mesurées directement. La trame peut comprendre un nombre de données plus faible ou plus élevé que dans la trame décrite. REVENDICATIONS1. Dispositif d'alimentation (1) d'un équipement électronique (200), comprenant des éléments d'accumulation (23) et des moyens de raccordement (22, 34) des éléments d'accumulation à un circuit de gestion (30) comportant au moins un chargeur (33), des premiers moyens de raccordement (37) à une source externe d'énergie électrique (100) et des deuxièmes moyens de raccordement (34) des éléments d'accumulation à l'équipement électronique, caractérisé en ce que le circuit de gestion est agencé pour déterminer une température d'au moins un des éléments d'accumulation et comprend un module de commande agencé pour transmettre pé- riodiquement, via des moyens de liaison (41) à une unité informatique externe (300), un signal représentatif d'un état du dispositif, le signal ayant la forme d'une trame comportant au moins une donnée relative à un état de charge des éléments d'accumulation et une donnée relative à la température déterminée. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans le-quel les éléments d'accumulation (23) sont regroupés en un module amovible (20). 3. Dispositif selon la revendication 2, dans le- quel les moyens de raccordement (22, 34) des éléments d'accumulation (23) au circuit de gestion (30) sont agencés pour permettre le raccordement simultané de deux modules amovibles (20) d'éléments d'accumulation. 4. Dispositif selon la revendication 3, dans le- quel le circuit de gestion (30) est agencé pour réaliser une commutation d'un module amovible (20) à l'autre sans coupure de l'alimentation de l'équipement et de l'unité informatique (300). 5. Dispositif selon la revendication 2, dans le- quel le module (20) est pourvu de moyens électriques deréchauffage (50) des éléments d'accumulation, les moyens de réchauffage étant reliés au circuit de gestion (30) qui est agencé pour commander les moyens de réchauffage lorsque la température d'au moins un élément d'accumulation descend sous un seuil prédéterminé. 6. Dispositif selon la revendication 5, dans le-quel les moyens de réchauffage (50) sont alimentés via les premiers moyens de raccordement (37). 7. Dispositif selon la revendication 1, dans le- quel le circuit de gestion (30) est agencé pour interrompre le fonctionnement du chargeur (33) lorsque la température de l'élément d'accumulation (23) dépasse un seuil prédéterminé. 8. Dispositif selon la revendication 1, dans le- quel les premiers moyens de raccordement (37) comprennent un premier connecteur de raccordement à un circuit basse tension et un deuxième connecteur de raccordement à un circuit moyenne tension. 9. Dispositif selon la revendication 8, dans le- quel le circuit de gestion (30) comprend un module convertisseur (32) ayant une entrée reliée aux premiers moyens de raccordement (37) pour transformer la tension d'entrée en une tension stabilisée, le module convertisseur étant relié au module de commande (31) pour informer ce dernier de la tension d'entrée, le module de commande étant agencé pour commander le chargeur (33) selon un profil de charge déterminé en fonction de la tension d'entrée présente en entrée du module convertisseur. 10. Dispositif selon la revendication 1, dans le- quel les moyens de liaison (41) comprennent une liaison filaire série.