CH680691A5 - Battery life extending technique - includes use of switching circuit introducing new cells in series after voltage falls below threshold - Google Patents
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Abstract
Description
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CH 680 691 A5 CH 680 691 A5
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Description Description
L'utilisation de l'électronique dans la vie quotidienne nécessite la création de nombreux appareils devant être alimentés en énergie électrique. Dans bien des cas, il est nécessaire que l'appareil en question soit transportable et qu'il soit donc muni d'une source d'énergie autonome pouvant être une batterie de piles électriques. Il peut être intéressant de prolonger cette durée d'utilisation. D'autre part, il est difficile de déterminer le moment où la batterie est déchargée, et où elle doit être remplacée, sans équiper l'appareil d'un voltmètre, instrument fragile, coûteux et peu précis. The use of electronics in everyday life requires the creation of many devices to be supplied with electrical energy. In many cases, it is necessary that the device in question is transportable and that it is therefore provided with an autonomous energy source which can be a battery of electric cells. It may be interesting to extend this period of use. On the other hand, it is difficult to determine the moment when the battery is discharged, and when it must be replaced, without equipping the device with a voltmeter, a fragile, expensive and imprecise instrument.
Le procédé selon l'invention résout ces problèmes en proposant un dispositif permettant de prolonger la durée d'utilisation d'une batterie de piles électriques et signalant le cas échéant la proximité de la fin de la durée d'utilisation de la batterie. The method according to the invention solves these problems by proposing a device making it possible to extend the duration of use of a battery of electric batteries and signaling, where appropriate, the proximity of the end of the duration of use of the battery.
Le procédé tient compte du fait que la courbe représentant la décharge d'une batterie, soit la tension aux bornes de la batterie en fonction du temps, a toujours une pente négative. Si, pour une valeur prédéterminée de la tension, on rajoute des éléments de pile neufs en série avec la batterie, on obtient alors une nouvelle courbe de décharge constituée par la somme des tensions de décharge de la batterie initiale et de la tension de décharge des éléments de pile neufs rajoutés. On constate alors que la durée nécessaire pour atteindre à nouveau la tension à laquelle les éléments de pile neufs avaient été précédemment rajoutés est plus longue que si ces éléments de pile avaient été incorporés à la batterie dès le début de son utilisation. Le procédé ne s'applique pas seulement à une seule commutation après décharge de la batterie; il peut aussi s'appliquer à plusieurs commutations, lorsque plusieurs jeux d'éléments de pile neufs sont successivement ajoutés au cours de la décharge. The method takes into account the fact that the curve representing the discharge of a battery, that is the voltage across the terminals of the battery as a function of time, always has a negative slope. If, for a predetermined value of the voltage, new battery cells are added in series with the battery, a new discharge curve is then obtained, consisting of the sum of the discharge voltages of the initial battery and the discharge voltage of the new battery cells added. It is then found that the time required to reach again the voltage to which the new battery cells had been previously added is longer than if these battery cells had been incorporated into the battery from the start of its use. The method does not only apply to a single switch after discharging the battery; it can also apply to several switching operations, when several sets of new battery cells are successively added during the discharge.
Il en est de même lorsqu'on a affaire à une batterie devant fournir une pointe de courant durant un instant relativement court, alors que le reste du temps le courant demandé est nettement moindre, par exemple pour le démarrage d'un moteur ou lors de la phase émission d'un émetteur-récepteur radio. Dans ce cas, la pointe de courant provoque une chute de tension dans la batterie, soit une diminution de la tension à ses bornes. Après détection de cette chute de tension, l'enclenchement d'un ou plusieurs éléments de pile frais en parallèle aux précédents permet de fournir la pointe de courant demandée; ces éléments supplémentaires sont à nouveau déclenchés dès que les conditions d'enclenchement ont disparu pour être à nouveau réenclenchés lors de la prochaine pointe de courant. On constate ici aussi que le fait de n'enclencher les éléments de pile frais que lors des pointes de courant, prolonge la durée totale d'utilisation de la batterie par rapport au cas où ces éléments seraient continuellement connectés en parallèle à la batterie initiale. It is the same when we are dealing with a battery having to provide a current surge for a relatively short time, while the rest of the time the current required is much less, for example for starting an engine or during the transmission phase of a radio transceiver. In this case, the current surge causes a voltage drop in the battery, i.e. a decrease in the voltage across its terminals. After detecting this drop in voltage, switching on one or more fresh battery cells in parallel with the previous ones makes it possible to supply the required current surge; these additional elements are triggered again as soon as the switch-on conditions have disappeared, to be reset again during the next current surge. It is also noted here that the fact of switching on the fresh cell elements only during current peaks, prolongs the total duration of use of the battery compared to the case where these elements are continuously connected in parallel to the initial battery.
On appelle «élément de pile neuf» un élément primaire ou secondaire non-utilisé avant sa mise en service. On appelle «élément de pile frais» un élément primaire ou secondaire utilisé pendant une durée limitée (lorsque la batterie doit fournir une pointe de courant) au cours de la décharge d'une batterie. A new or unused primary or secondary element before it is put into service is called a "new cell element". The term “fresh cell element” is used to mean a primary or secondary element used for a limited period of time (when the battery has to supply a surge of current) during the discharge of a battery.
Le dispositif selon l'invention est destiné à mettre en œuvre l'un ou l'autre de ces procédés, en détectant par un circuit électronique approprié le niveau de tension auquel il est nécessaire d'ajouter en série les nouveaux éléments de pile, respectivement d'ajouter en parallèle les éléments de pile frais. Il est alors facile de prévoir que le dispositif signale d'une manière quelconque, électrique ou mécanique, que les nouveaux éléments de pile ont été commutés et que la fin de durée d'utilisation de la batterie est proche. The device according to the invention is intended to implement one or the other of these methods, by detecting by an appropriate electronic circuit the voltage level to which it is necessary to add in series the new battery cells, respectively add the fresh stack elements in parallel. It is then easy to foresee that the device signals in some way, electrical or mechanical, that the new battery cells have been switched and that the end of the useful life of the battery is near.
Le dessin annexe illustre le procédé ainsi que le dispositif selon l'invention, avec les figures où: The accompanying drawing illustrates the process as well as the device according to the invention, with the figures where:
la fig. 1 représente la courbe caractéristique de décharge d'une batterie de piles ainsi que l'effet de la mise en série de nouveaux éléments de pile, fig. 1 represents the characteristic discharge curve of a battery of cells as well as the effect of the placing in series of new cell elements,
la fig. 2 représente un schéma de principe de fonctionnement d'un circuit électronique permettant cette mise en série, fig. 2 represents a diagram of the operating principle of an electronic circuit allowing this serialization,
la fig. 3 représente les principaux détails d'une forme d'exécution préférentielle d'un circuit électronique permettant cette mise en série, et la fig. 4 représente un schéma de principe de fonctionnement d'un circuit électronique permettant la mise en parallèle d'éléments de pile frais. fig. 3 shows the main details of a preferred embodiment of an electronic circuit allowing this series connection, and FIG. 4 represents a diagram of the principle of operation of an electronic circuit allowing the placing in parallel of fresh cell elements.
La courbe caractéristique de décharge de la fig. 1 représente en ordonnée la tension U aux bornes de la batterie et en abscisse le temps t. La courbe A représente la caractéristique de décharge d'une batterie, alors que la courbe B représente la courbe de décharge d'une autre batterie dont la tension est par exemple de 120% de celle de la batterie précédente. Au temps TA, la courbe A atteint une valeur de tension US pouvant être par exemple la tension minimum à laquelle l'équipement électronique alimenté par cette source est apte à fonctionner convenablement. Cette même tension US est atteinte par la courbe B au temps TB. Si, après avoir suivi une décharge selon la courbe A, on atteint la tension US au temps TA, et qu'à ce moment on ajoute en série de nouveaux éléments de pile neufs dont la tension correspond dans notre exempie au 20% de la tension initiale de la batterie, on obtient dès cet instant TA une nouvelle courbe de décharge C correspondant à la somme de la courbe de décharge A et des nouveaux éléments montés en série. On remarque alors que la courbe C atteint à nouveau la tension US au temps TC. La différence entre les temps TB et TC représente l'augmentation de durée d'utilisation de la batterie en utilisant le procédé de commutation, par rapport à l'utilisation d'une batterie comportant le même nombre total d'éléments de pile sans dispositif de commutation. L'ordre de grandeur d'une telle augmentation de durée d'utilisation peut facilement atteindre une valeur de 10%. Si un signal quelconque est commandé lors de la commutation au temps TA, l'utilisateur sait que les éléments de pile supplémentaires ont été rajoutés et qu'il ne lui reste qu'une durée d'utilisation correspondant à la différence entre les temps TC et TA. Dans l'exemple cité, on a adopté une va5 The characteristic discharge curve of FIG. 1 represents on the ordinate the voltage U at the terminals of the battery and on the abscissa the time t. Curve A represents the discharge characteristic of a battery, while curve B represents the discharge curve of another battery whose voltage is for example 120% of that of the previous battery. At time TA, curve A reaches a voltage value US which can be, for example, the minimum voltage at which the electronic equipment powered by this source is able to function properly. This same US voltage is reached by curve B at time TB. If, after having followed a discharge according to curve A, the US voltage is reached at time TA, and at that time we add in series new new battery cells whose voltage corresponds in our example to 20% of the voltage initial of the battery, a new discharge curve C is obtained from this instant TA corresponding to the sum of the discharge curve A and the new elements connected in series. It is then noted that curve C again reaches the voltage US at time TC. The difference between TB and TC times represents the increase in battery usage time using the switching method, compared to using a battery with the same total number of battery cells without a device switching. The magnitude of such an increase in useful life can easily reach a value of 10%. If any signal is commanded when switching to time TA, the user knows that the additional battery cells have been added and that there is only one usage time remaining corresponding to the difference between the times TC and YOUR. In the example cited, we adopted a va5
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leur de la tension des éléments de pile neufs de 20% de la tension de la batterie; toute autre proportion, plus faible ou plus élevée peut être choisie selon les besoins. their from the voltage of new battery cells to 20% of the battery voltage; any other proportion, lower or higher, can be chosen as required.
Sur la fig. 2, on distingue la batterie 1 composée d'une pluralité d'éléments de pile 10 montés en série. Cette batterie 1 est séparée en deux parties principales, la partie 11, la plus importante correspondant à la batterie qui est utilisée dès le début, alors que la partie 12 qui vaut une fraction de la partie 11 correspond aux élément de pile neufs qui seront connectés ultérieurement. La batterie 1 comporte en outre 4 bornes de contact, la borne 13 correspondant au pôle négatif de la batterie 1 lorsque les parties 11 et 12 sont montées en série, la borne 14 correspondant au pôle négatif de la batterie 1 lorsque seule la partie 11 est utilisée, la borne 15 servant à prélever une fraction de la tension de la batterie et la borne 16 correspondant au pôle positif de la batterie 1. Le circuit électronique 2 comprend en particulier un élément de détection de seuil de tension 20 agissant sur un relais commutateur 21. Le détecteur 20 prélève une fraction de la tension de la batterie entre les bornes 14 et 15 et commande la commutation des contacts 22 du relais 21 lorsque cette tension est inférieure à la fraction correspondante de la tension US, soit au temps TA. Avant cette commutation, l'utilisateur 3 a sa borne 30 alimentée par la borne 14, soit seulement par la partie 11 de la batterie, alors qu'après commutation, cette borne 30 est alimentée par la borne 13 de la batterie, soit avec les parties 11 et 12 en série; la borne 31 de l'utilisateur est toujours alimentée par la borne 16 de la batterie. In fig. 2, there is a battery 1 made up of a plurality of battery cells 10 mounted in series. This battery 1 is separated into two main parts, part 11, the largest corresponding to the battery which is used from the start, while part 12 which is worth a fraction of part 11 corresponds to the new battery cells which will be connected later. The battery 1 also includes 4 contact terminals, the terminal 13 corresponding to the negative pole of the battery 1 when the parts 11 and 12 are connected in series, the terminal 14 corresponding to the negative pole of the battery 1 when only the part 11 is used, the terminal 15 used to draw a fraction of the battery voltage and the terminal 16 corresponding to the positive pole of the battery 1. The electronic circuit 2 comprises in particular a voltage threshold detection element 20 acting on a switch relay 21. The detector 20 takes a fraction of the battery voltage between the terminals 14 and 15 and controls the switching of the contacts 22 of the relay 21 when this voltage is less than the corresponding fraction of the voltage US, ie at time TA. Before this switching, the user 3 has his terminal 30 supplied by the terminal 14, or only by the part 11 of the battery, whereas after switching, this terminal 30 is supplied by the terminal 13 of the battery, either with the parts 11 and 12 in series; terminal 31 of the user is always supplied by terminal 16 of the battery.
Sur la fig. 3, on a une représentation plus détaillée d'une forme d'exécution préférentielle du circuit électronique 2 de la fig. 2. L'elément détecteur de tension 20 est constitué principalement d'un circuit ICL 7665 par exemple, le potentiomètre de 100 kfl servant à régler le seuil de sa tension de détection. Le relais 21 est préférentiellement un relais bis-table Zettler de type AZ 830 P2-2C 5D.5V dont le contact commutateur 22 permet de commuter la borne de la batterie alimentant l'utilisateur comme indiqué plus haut, alors que le contact 23 permet de couper l'alimentation dudit relais après commutation afin d'économiser du courant. Ce circuit a été spécialement conçu pour économiser au maximum le courant nécessaire à son alimentation, afin de ne pas trop charger la batterie. In fig. 3, there is a more detailed representation of a preferred embodiment of the electronic circuit 2 of FIG. 2. The voltage detector element 20 mainly consists of an ICL 7665 circuit, for example, the 100 kfl potentiometer used to adjust the threshold of its detection voltage. Relay 21 is preferably a Zettler bis-table relay of type AZ 830 P2-2C 5D.5V, the switch contact 22 of which switches the terminal of the battery supplying the user as indicated above, while the contact 23 allows cut the supply of said relay after switching in order to save current. This circuit has been specially designed to save as much current as possible to power it, so as not to overcharge the battery.
Il est facile d'ajouter à ce circuit un dispositif électronique ou électro-mécanique indiquant que le relais 21 a commuté et que la batterie sera prochainement complètement déchargée. Une adaptation de ce circuit permet la commutation successive d'éléments de pile neufs. It is easy to add to this circuit an electronic or electro-mechanical device indicating that the relay 21 has switched and that the battery will soon be completely discharged. An adaptation of this circuit allows successive switching of new battery cells.
Le schéma de principe de la fig. 4 montre l'ensemble 17 composé d'un ou plusieurs éléments de pile, ainsi que l'ensemble 18 composé lui aussi d'un ou plusieurs éléments de pile frais qui sont commutés en parallèle aux précédents lorsque l'élément de détection de tension 20 du circuit électronique 2 aura détecté une chute de tension entre les bornes 15 et 16, respectivement 15A et 16A, ...15N et 16 N, des éléments de pile de l'ensemble 17. Le détecteur de tension 20 commande le relais 21 qui actionne le contact 24 pour la mise en parallèle des éléments de pile de l'ensemble 17 et des éléments de pile de l'ensemble 18. Le relais 21 déclenchera la mise en parallèle lorsque le détecteur 20 aura détecté la fin de la chute de tension, soit la fin de la pointe de courant, afin que seuls les éléments de pile de l'ensemble 17 continuent d'être exploités et que les éléments de pile de l'ensemble 18 puissent se régénérer. Vu dans ce cas le mode de fonctionnement du relais 21, celui-ci est alimenté par une source autonome 25. La figure montre que la détection de la chute de tension se fait entre les bornes 15 et 16, respectivement 15A et 16A,.. 15N et 16N de toutes les batteries constituant l'ensemble 17; il est évident qu'il est possible de mesurer cette chute de tension entre les bornes 15 et 16 d'une seule batterie ou de plusieurs batteries sans que toutes soient concernées. The block diagram of fig. 4 shows the assembly 17 composed of one or more battery cells, as well as the assembly 18 also composed of one or more fresh battery cells which are switched in parallel with the previous ones when the voltage detection element 20 of the electronic circuit 2 will have detected a voltage drop between the terminals 15 and 16, respectively 15A and 16A, ... 15N and 16 N, of the battery elements of the assembly 17. The voltage detector 20 controls the relay 21 which actuates the contact 24 for the parallelization of the battery elements of the assembly 17 and of the battery elements of the assembly 18. The relay 21 will trigger the paralleling when the detector 20 has detected the end of the voltage drop , or the end of the current surge, so that only the battery elements of the assembly 17 continue to be used and that the battery elements of the assembly 18 can regenerate. Seen in this case the operating mode of the relay 21, it is supplied by an autonomous source 25. The figure shows that the detection of the voltage drop takes place between the terminals 15 and 16, respectively 15A and 16A, .. 15N and 16N of all the batteries constituting the assembly 17; it is obvious that it is possible to measure this drop in voltage between the terminals 15 and 16 of a single battery or of several batteries without all of them being concerned.
Le procédé selon l'invention consistant à mettre en série, respectivement en parallèle, des éléments de pile neufs, respectivement des éléments de pile frais, permet de prolonger la durée d'utilisation de batteries constituées de n'importe quelle sorte d'éléments primaires ou secondaires, en particulier les piles salines pour lesquelles il est très adapte vu leur caractéristique de décharge. The method according to the invention consisting in putting in series, respectively in parallel, new cell elements, respectively fresh cell elements, makes it possible to extend the service life of batteries made up of any kind of primary cells or secondary, especially saline batteries for which it is very suitable given their discharge characteristic.
D'autres signaux ou paramètres qu'une fraction de la tension aux bornes de ia batterie peuvent être utilisés pour commander la commutation en série, respectivement en parallèle selon le procédé; par exemple, une mesure de la température ou d'une réaction chimique à l'intérieur des éléments, ou tout autre paramètre donnant une image de l'état de décharge des éléments. En particulier, un détecteur de pointe de courant peut commander la mise en parallèle des éléments de pile frais. Le détecteur 20 du circuit électronique 2 sera choisi selon le paramètre à détecter. Other signals or parameters than a fraction of the voltage at the terminals of the battery can be used to control the switching in series, respectively in parallel according to the method; for example, a measurement of the temperature or of a chemical reaction inside the elements, or any other parameter giving an image of the state of discharge of the elements. In particular, a peak current detector can control the placing in parallel of the fresh cell elements. The detector 20 of the electronic circuit 2 will be chosen according to the parameter to be detected.
La batterie de piles a été représentée comme étant un seul bloc comportant plusieurs bornes intermédiaires; le procédé et le dispositif s'appliquent également à une batterie composée de piles standard, la ou les bornes intermédiaires nécessaires étant des prises de tension aménagées entre les différentes piles. The battery pack has been shown as being a single block comprising several intermediate terminals; the method and the device also apply to a battery made up of standard batteries, the necessary intermediate terminal (s) being voltage taps arranged between the different batteries.
Le procédé de mise en série d'éléments de pile neufs a été décrit appliqué à une seule commutation après décharge de la batterie; il peut aussi s'appliquer à plusieurs commutations, lorsque plusieurs jeux d'éléments de pile neufs sont successivement commutés. The method of placing new battery cells in series has been described applied to a single switching after discharging the battery; it can also apply to several switching operations, when several sets of new battery cells are successively switched.
Le circuit électronique de commutation représenté plus haut n'est qu'une forme d'exécution préférentielle proposée, d'autres composants peuvent être choisis afin de remplir la même fonction, la polarité indiquée peut être inversée en fonction des composants choisis, la prise de tension 15 peut éventuellement se confondre avec la borne 16, l'alimentation électrique du circuit électronique peut être autonome et se faire à partir d'une pile ou d'une batterie séparée afin d'économiser l'énergie de la batterie principale. The electronic switching circuit shown above is only a preferred embodiment, other components can be chosen to fulfill the same function, the polarity indicated can be reversed depending on the components chosen, the voltage 15 can possibly be confused with terminal 16, the electrical supply of the electronic circuit can be autonomous and be done from a separate battery or battery in order to save the energy of the main battery.
Le circuit électronique de commutation qui est de volume assez réduit peut être incorporé dans un boîtier contenant en outre la batterie et ses élé- The electronic switching circuit, which is of relatively small volume, can be incorporated in a box which also contains the battery and its elements.
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ments supplémentaires ou alors peut être monté séparément de la batterie. additional elements or can be mounted separately from the battery.
Ainsi le dispositif électronique de commutation permet d'augmenter de façon non négligeable la durée d'utilisation d'une batterie et de signaler le cas échéant la proximité de la fin de la durée d'utilisation de la batterie; ce dispositif est de conception et de réalisation assez simple, donc de faible coût et d'un encombrement minime, permettant facilement son intégration à toutes sortes d'appareils alimentés par batterie. Thus, the electronic switching device makes it possible to significantly increase the duration of use of a battery and to indicate, where appropriate, the proximity of the end of the duration of use of the battery; this device is of fairly simple design and construction, therefore of low cost and of minimal bulk, easily allowing its integration into all kinds of battery-powered devices.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH20590A CH680691A5 (en) | 1990-01-23 | 1990-01-23 | Battery life extending technique - includes use of switching circuit introducing new cells in series after voltage falls below threshold |
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CH680691A5 true CH680691A5 (en) | 1992-10-15 |
Family
ID=4181652
Family Applications (1)
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| CH20590A CH680691A5 (en) | 1990-01-23 | 1990-01-23 | Battery life extending technique - includes use of switching circuit introducing new cells in series after voltage falls below threshold |
Country Status (1)
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| CH (1) | CH680691A5 (en) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 1990-01-23 CH CH20590A patent/CH680691A5/en not_active IP Right Cessation
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PL | Patent ceased |