Brevet FR3058271A1 — publié le 20180504

Procédé et système de contrôle de charge d'une batterie d'un équipement électrique Domaine technique de l'invention La présente invention se rapporte à un procédé et un système de contrôle de charge d'une batterie rechargeable d'un équipement électrique. Etat de la technique Les batteries ou accumulateurs rechargeables, notamment de type li-ion, sont actuellement largement utilisés pour alimenter des appareils électroniques nomades, tels que par exemple les téléphones portables. En vieillissant, ces batteries perdent en autonomie, entraînant une baisse de leur durée de vie. L'un des facteurs qui accélère le vieillissement d'une batterie est lié au maintien prolongé de la batterie dans des conditions proches de la charge maximale. Cela se produit notamment lorsque la batterie est en charge pendant la nuit. Elle atteint en effet rapidement son état de charge maximal et y reste le restant de la nuit. Une telle gestion de la charge est néfaste et a tendance à accélérer le vieillissement de la batterie. Pour remédier au problème de vieillissement, une méthode connue consiste à définir un instant d'arrêt de la charge (correspondant au moment où l'utilisateur aura besoin de son appareil - par exemple le matin au réveil) et à commander une charge contrôlée de la batterie jusqu'à cet instant d'arrêt de la charge. L'instant d'arrêt de la charge sera par exemple l'heure prévue d'utilisation de l'appareil électrique. Grâce à cette charge contrôlée, la batterie passera moins de temps dans son état de charge maximal. Les demandes de brevets US2014/239894A1 et US2015/048803A1 décrivent de telles solutions de programmation de charge de batterie d'un appareil électrique. Il s'avère cependant que ces solutions connues activent systématiquement une charge de la batterie dès la connexion à la source d'alimentation pour débuter le programme de charge prévu. Or, débuter la charge de la batterie dès qu'elle est raccordée à une source d'alimentation entraîne l'enclenchement d'un cycle de charge. Et si ce cycle de charge est prolongé alors qu'il n'est pas nécessaire, il aura tendance à accélérer le vieillissement de la batterie. Le but de l'invention est donc de proposer un procédé et un système de contrôle qui permettent de retarder et donc limiter le vieillissement d'une batterie à base de 3058271 2 lithium. La solution de l'invention est particulièrement simple à mettre en oeuvre, fiable et d'un coût modéré. Exposé de l'invention 5 Ce but est atteint par un procédé de contrôle de charge d'une batterie d'un équipement électrique, ladite batterie étant destinée à être chargée par un chargeur connecté à une source d'alimentation de manière à fournir un courant de charge et à appliquer à ladite batterie une tension de charge, ledit procédé comportant : - Une étape de connexion de la batterie audit chargeur à un premier instant, 10 ladite batterie ayant un état de charge initial, - Une étape de détection de la connexion de la batterie au chargeur à un deuxième instant, postérieur au premier instant, - Une étape de déclenchement automatique d'un processus de contrôle du courant de charge et de maintien d'une tension non nulle aux bornes de 15 ladite batterie pour maintenir un état de charge de la batterie à un niveau compris entre plus ou moins 10% de son état de charge initial, ledit processus étant déclenché à un troisième instant, postérieur au deuxième instant. Selon une particularité, le processus de contrôle du courant de charge est 20 interrompu automatiquement dès lors que l'équipement demande une puissance plus élevée que celle que peut fournir le chargeur. Selon une autre particularité, l'étape de déclenchement automatique intervient dans un intervalle de temps après le premier ou le deuxième instant qui correspond à 1% de la durée de charge totale de la batterie. 25 Selon une autre particularité, le courant de charge est contrôlé à une valeur inférieure à cent fois un courant de régime nominal de charge de ladite batterie. Selon une première variante de réalisation, ledit troisième instant est déterminé après application d'un retard de durée déterminée après ledit deuxième instant. Selon une deuxième variante de réalisation, ledit troisième instant est déterminé 30 après application d'un retard de durée déterminée après ledit premier instant. Selon une autre particularité, le procédé comporte une étape de déclenchement d'une charge à pleine puissance à un quatrième instant postérieur audit troisième instant, par réception d'une commande. Cette commande est avantageusement reçue en provenance de l'équipement électrique. 35 Selon une autre particularité, la charge à pleine puissance est réalisée selon la méthode CC-CV. 3058271 3 L'invention concerne également un système de contrôle de charge d'une batterie d'un équipement électrique, ladite batterie étant destinée à être chargée par un chargeur connecté à une source d'alimentation de manière à fournir un courant de 5 charge sur une ligne de charge et à appliquer à ladite batterie une tension de charge, ladite batterie ayant un état de charge initial lorsqu'elle est connectée à un premier instant au chargeur et la connexion de la batterie au chargeur étant détectée à un deuxième instant, postérieur au premier instant, caractérisé en ce qu'il comporte : - Un dispositif de contrôle du courant de charge et de maintien d'une tension 10 non nulle aux bornes de ladite batterie, - Une unité de commande dudit dispositif de contrôle, ladite unité de commande comportant un module de déclenchement automatique d'un processus de contrôle du courant de charge et de maintien d'une tension non nulle aux bornes de ladite batterie de contrôle pour maintenir un état de 15 charge de la batterie à un niveau compris entre plus ou moins 10% de son état de charge initial, ledit processus étant déclenché à un troisième instant, postérieur au deuxième instant, ledit processus étant déclenché à un instant, postérieur au deuxième instant. Selon une particularité, le système comporte un module d'interruption du 20 processus de contrôle du courant de charge lorsque l'équipement demande une puissance plus élevée que celle que peut fournir le chargeur. Selon une autre particularité, le processus de contrôle du courant de charge est déclenché dans un intervalle de temps après le premier ou le deuxième instant qui correspond à 1% de la durée de charge totale de la batterie. 25 Selon une autre particularité, le courant de charge est contrôlé à une valeur inférieure à cent fois un courant de régime nominal de charge de ladite batterie. Selon une autre particularité, le dispositif de contrôle comporte un transistor connecté en série sur ladite ligne de charge. Selon une autre particularité, l'unité de commande comporte un 30 microprocesseur. Selon une première variante de réalisation, ledit troisième instant est déterminé après application d'un retard de durée déterminée après ledit deuxième instant. Selon une deuxième variante de réalisation, ledit troisième instant est déterminé après application d'un retard de durée déterminée après ledit premier instant. 35 3058271 4 Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages vont apparaître dans la description détaillée qui suit, faite en regard des dessins annexés dans lesquels : - La figure 1 représente de manière schématique, une architecture de charge 5 classique d'une batterie d'un équipement électrique. - La figure 2 représente des courbes illustrant le principe de fonctionnement de l'invention. - La figure 3 représente un exemple de réalisation du système de contrôle de charge de l'invention. 10 - La figure 4 représente les courbes de charge en courant et en tension pour une charge de type CC-CV. Description détaillée d'au moins un mode de réalisation 15 L'invention concerne un procédé de contrôle de charge d'une batterie d'un équipement électrique. Il comporte plusieurs étapes mises en oeuvre pour contrôler la charge de la batterie. Les étapes seront détaillées ci-dessous. L'invention concerne également un système de contrôle de charge d'une batterie d'un équipement électrique. Il s'agit alors du système et de ses différents 20 composants matériels et/ou logiciels qui permettent de mettre en oeuvre le procédé de contrôle de charge. En référence à la figure 1, pour rappel, une architecture de charge comporte les caractéristiques suivantes : 25 - Une source d'alimentation 1, par exemple le réseau électrique ou une batterie externe (type "power bank"). La source d'alimentation 1 fournit une tension Valim, par exemple égale à 220 Volts, entre deux bornes d'alimentation. - Un circuit de charge connecté entre les deux bornes d'alimentation et 30 comportant un chargeur 2. Ce chargeur 2 se compose souvent d'un système d'alimentation à découpage destiné à adapter la tension fournie par la source d'alimentation à la tension de charge de la batterie. Ce chargeur 2 fournit en sortie une tension référencée Vch1 et génère un courant de charge de la batterie désigné lch sur une ligne de charge reliant 35 le chargeur à ladite batterie 3. 3058271 5 - Une batterie rechargeable 3. La batterie rechargeable 3 est par exemple à base de lithium telle qu'une batterie de type lithium-ion. La batterie 3 présente une tension à ses bornes désignée Vcell. Elle est par exemple associée à un équipement électrique 4 et permet d'alimenter cet 5 équipement lorsque celui-ci n'est pas connecté à une source d'alimentation. La batterie pourra notamment être intégrée à l'équipement électrique 4, utilisant par exemple les moyens matériels et/ou logiciels de l'équipement pour sa gestion. Il est connu que la batterie et/ou l'équipement auquel elle est associée comporte une unité de gestion destinée à déterminer son état 10 de charge (SOC) par mesure de tension aux bornes de ses différentes cellules. - L'équipement électrique 4 est par exemple un appareil électronique nomade, tel que par exemple un téléphone portable. Mais il pourra s'agir de tout autre appareil qui peut être alimenté par une batterie rechargeable. 15 L'invention consiste principalement à ne pas déclencher immédiatement la charge de la batterie 3 lorsque son chargeur 2 vient d'être raccordé à la source d'alimentation, ceci de manière à ne pas charger la batterie inutilement Il s'agit donc de mettre en place une première phase de pause de charge, le 20 plus tôt possible après la connexion du chargeur 2 et de la batterie 3 à la source d'alimentation 1. On entend par l'expression "pause de charge", une phase sans charge ou avec une charge bridée, c'est-à-dire destinée à maintenir l'état de charge (appelé couramment SOC pour "State Of Charge") de la batterie 3 à un niveau constant ou quasi-constant, 25 c'est-à-dire compris entre plus ou moins 10% de l'état de charge initial, désigné SOC ini, préférentiellement entre plus ou moins 5% de l'état de charge initial. L'état de charge initial SOC ini correspond préférentiellement à l'état de charge de la batterie lors de la connexion de la batterie à la source d'alimentation (à l'instant tO qui sera défini ci-dessous). Cependant, cet état de charge initial pourra correspondre à un état de charge 30 pris ultérieurement, l'instant initial pouvant être par exemple choisi par l'utilisateur. Pour maintenir l'état de charge de la batterie à un niveau constant ou quasi-constant par rapport à l'état de charge initial, l'invention consiste à contrôler le courant de charge lch ou la puissance de charge fourni à la batterie 3. 35 Si lorsqu'il est connecté à la source d'alimentation, l'équipement 4 consomme très peu, il s'agira alors de contrôler le courant de charge lch ou la puissance de charge 3058271 6 à une valeur très faible ou quasi-nulle. Dans ce cas, par courant (ou puissance) de charge très faible, on entend désigner un courant (ou une puissance) de charge au moins cent fois inférieur au courant (ou puissance) de régime nominal. Cependant, selon l'invention, il faut noter que pendant cette phase de pause de charge, le courant de 5 charge lch reste non nul. A titre d'exemple : - Pour un courant nominal de charge de 1A, le courant lch durant une phase de pause de charge est non nul et par exemple inférieur ou égal à 10mA, ou 10 - Pour une puissance nominale de charge de 4W, la puissance durant une phase de pause de charge est non nulle et par exemple inférieure ou égale à 0,04W Pour différents types d'appareil électrique, on aura ainsi un courant de charge limité dans les fourchettes suivantes : 15 - Téléphone mobile : de 1/1000 à 1/100 du courant nominal ; - Ordinateur portable : de 1/100 à 1/10 du courant nominal ; - Vélo-électrique, scooter,... : REVENDICATIONS1. Procédé de contrôle de charge d'une batterie (3) d'un équipement électrique (4), ladite batterie étant destinée à être chargée par un chargeur (2) connecté à une source d'alimentation (1) de manière à fournir un courant de charge (lch) et à appliquer à ladite batterie une tension de charge, caractérisé en ce qu'il comporte : - Une étape de connexion de la batterie (3) audit chargeur à un premier instant (t0), ladite batterie ayant un état de charge initial (SOC ini), - Une étape de détection de la connexion de la batterie au chargeur à un deuxième instant (t1), postérieur au premier instant (t0), - Une étape de déclenchement automatique d'un processus de contrôle du courant de charge (lch) et de maintien d'une tension non nulle aux bornes de ladite batterie (3) pour maintenir un état de charge de la batterie à un niveau compris entre plus ou moins 10% de son état de charge initial, ledit processus étant déclenché à un troisième instant (t2), postérieur au deuxième instant. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le processus de contrôle du courant de charge est interrompu automatiquement dès lors que l'équipement (4) demande une puissance plus élevée que celle que peut fournir le chargeur (2). 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'étape de déclenchement automatique intervient dans un intervalle de temps après le premier ou le deuxième instant qui correspond à 1% de la durée de charge totale de la batterie. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le courant de charge (lch) est contrôlé à une valeur inférieure à cent fois un courant de régime nominal de charge de ladite batterie (3). 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit troisième instant (t2) est déterminé après application d'un retard de durée déterminée après ledit deuxième instant (t1). 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit troisième instant (t2) est déterminé après application d'un retard de durée déterminée après ledit premier instant (t0). 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de déclenchement d'une charge à pleine puissance à un 3058271 14 quatrième instant (t3) postérieur audit troisième instant (t2), par réception d'une commande. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la commande est reçue en provenance de l'équipement électrique (4). 5 9. Procédé selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que la charge à pleine puissance est réalisée selon la méthode CC-CV. 10. Système de contrôle de charge d'une batterie (3) d'un équipement électrique (4), ladite batterie étant destinée à être chargée par un chargeur (2) connecté à une source d'alimentation (1) de manière à fournir un courant de charge 10 (lch) sur une ligne de charge et à appliquer à ladite batterie (3) une tension de charge, ladite batterie ayant un état de charge initial (SOC ini) lorsqu'elle est connectée à un premier instant (t0) audit chargeur, la connexion de la batterie au chargeur (2) étant détectée à un deuxième instant (t1), postérieur au premier instant (t0), caractérisé en ce qu'il comporte : 15 - Un dispositif de contrôle (50) du courant de charge et de maintien d'une tension non nulle aux bornes de ladite batterie, - Une unité de commande (51) dudit dispositif de contrôle, ladite unité de commande (51) comportant un module de déclenchement automatique d'un processus de contrôle du courant de charge et de maintien d'une tension 20 non nulle aux bornes de ladite batterie de contrôle pour maintenir un état de charge de la batterie à un niveau compris entre plus ou moins 10% de son état de charge initial, ledit processus étant déclenché à un troisième instant (t2), postérieur au deuxième instant, ledit processus étant déclenché à un instant (t2), postérieur au deuxième instant. 25 11. Système selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte un module d'interruption du processus de contrôle du courant de charge lorsque l'équipement (4) demande une puissance plus élevée que celle que peut fournir le chargeur (2). 12. Système selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que le 30 processus de contrôle du courant de charge est déclenché dans un intervalle de temps après le premier ou le deuxième instant qui correspond à 1% de la durée de charge totale de la batterie. 13. Système selon l'une des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que le courant de charge (lch) est contrôlé à une valeur inférieure à cent fois un courant de régime nominal de charge de ladite batterie. 3058271 15 14. Système selon l'une des revendications 10 à 13, caractérisé en ce que le dispositif de contrôle (50) comporte un transistor (51) connecté en série sur ladite ligne de charge. 15. Système selon l'une des revendications 10 à 14, caractérisé en ce que 5 l'unité de commande (51) comporte un microprocesseur. 16. Système selon l'une des revendications 10 à 15, caractérisé en ce que ledit troisième instant (t2) est déterminé après application d'un retard de durée déterminée après ledit deuxième instant (t1). 17. Système selon l'une des revendications 10 à 15, caractérisé en ce que ledit 10 troisième instant (t2) est déterminé après application d'un retard de durée déterminée après ledit premier instant (t0).