FR2539918A1 - Procede et dispositif de regulation de la temperature de formation d'hydrate dans une batterie metal-halogene - Google Patents

Abstract

LE MECANISME DE COMMANDE DE TEMPERATURE A LA FORME D'UN CIRCUIT ELECTRONIQUE DISCRET OU D'UN ORDINATEUR NUMERIQUE PROGRAMME 203 POUR REGLER AVEC PRECISION LA TEMPERATURE D'UNE SOLUTION DE FORMATION D'HYDRATE DANS UNE BATTERIE METAL-HALOGENE 15 PENDANT SA CHARGE. LE CIRCUIT ELECTRONIQUE ETOU L'ORDINATEUR NUMERIQUE DETECTE LA TEMPERATURE REELLE DE LA SOLUTION, EN MESURANT LA TEMPERATURE REELLE DE LA SOLUTION, EN MESURANT LA TEMPERATURE D'UN CIRCUIT DE FLUIDE DE REFROIDISSEMENT 44 EN COMMUNICATION THERMIQUE AVEC CETTE SOLUTION 20. LA TEMPERATURE REELLE EST COMPAREE A UNE TEMPERATURE DE POINT DE REGLAGE BASEE SUR UN ALGORITHME D'AJUSTEMENT DE COURBE POUR SE RAPPROCHER DE LA TEMPERATURE DE FORMATION D'HYDRATE QUI VARIE PENDANT LA CHARGE. POUR DES DIFFERENCES SUFFISAMMENT IMPORTANTES ENTRE TEMPERATURE REELLE ET TEMPERATURE DU POINT DE REGLAGE, UNE IMPULSION ELECTRIQUE EST APPLIQUEE A UNE VALVE DE MELANGE 72 ENTRAINEE PAR SERVOMOTEUR 90 DE MANIERE A AUGMENTER OU DIMINUER SELECTIVEMENT LE COURANT DE FLUIDE REFROIDI DANS LE CIRCUIT DE FLUIDE DE REFROIDISSEMENT.

Description

La présente invention concerne des systèmes de stockage d'énergie

électrique perfectionnés et, plus

particulièrement, des systèmes de batterie métal-halogène.

Plus spécifiquement, la présente invention concerne un procédé et un dispositif permettant de maintenir dynamique- ment la température de formation d'hydrate à l'intérieur

d'une solution de formation d'hydrate pendant la charge.

Des systèmes de stockage d'énergie électrique du

type dont il est question ici (par exemple batterie zinc-

chlore) utilisent un hydrate d'halogène comme source du

composant halogène pour réduction à une électrode normale-

ment positiveet un métal oxydab Ie destiné à s'oxyder à une électrode normalement négative lors de la décharge normale du système de stockage Un électrolyte aqueux est employé pour regarnir le composant halogène alors qu'il se réduit à l'électrode positive L'électrolyte contient les ions dissous du métal oxydé et de l'halogène réduit, et est mis en circulation entre une zone d'électrode et-une

zone de stockage contenant l'hydrate d'halogène, qui pro-

gressivement se décompose pendant une décharge normale du 2. système d'énergie électrique, libérant de l'halogène

éléioentaire supplémentaire pour consommation à l'électrode positive.

Les systèmes de stockage d'énergie électrique ou systèmes de batterie de ce type sont décrits dans des brevets de l'art antérieur ayant pour n 3 713 888, 3 993 502,

4 001 036 et 4 146 680 De tels systèmes sont éga-

lement décrits dans les demandes de brevet S N 372 088 ayant pour titre "Inert Gas Rejection System for Metal Halogen Batteries",S N 357 742 ayant pour titre "Halogen Hydrate Storage Device for Mobile Zinc-Chloride Battery Systems S N 291 030 ayant pour titre "Liquid Cooling System and proportional valve forthe same",et S N 291 029 ayant pour titre "Method and Apparatus for Supplying

Cooling Liquid to a Storage Battery".

Le fonctionnement de base d'une batterie métal-

halogène, tel qu'un système de batterie zinc-chlorure aqueux avec substrats-d'électrode en graphite et/ou autres substrats stables est le suivant Pendant la charge, une pompe a électrolyte fournit de l'électrolyte aqueux à des alvéoles entre paires d'électrodes poreuses en graphite-chlore dans

un empilage de batteries constitué d'une pluralité d'élé-

ments L'électrolyte traverse les électrodes poreuses en chlorepour entrer dans une chambre entre électrodes de

polarité opposée, s'élève entre les électrodes puis re-

vient dans la cuve de batterie Le chlore gazeux libéré par les substrats des électrodes poreuses en graphite est entraîré par pompage par une pompe à gaz, et avant d'entrer dans la pompe à gaz, le chlore est mélangé à l'électrolyte refroidi par un ensemble de refroidissement Le chlore et l'électrolyte refroidis sont mélangés dans la pompe à gaz, de l'hydrate de chlore se formeet le mélange hydrate de chlore-électrolyte est déposé dans une enceinte de stockage Pendant

la décharge,du chlore est libéré par l'hydrate par décompo-

sition de l'hydrate de chlore par injection d'électrolyte chaud à partir de la cuve Lors du développement de la 3. pression requise du chlore gazeux dans l'enceinte de stockage,le chlore est injecté et mélangé à l'électrolyte et dissous

dans celui-ci, puis introduit dans les électrodes poreu-

ses L'empilage de batteries est alors déchargé, o la dissolution de zinc se produit à l'électrode en zinc, la réduction du chlore dissous se produit à l'électrode en chlore, l'énergie est disponible aux bornes de la batterie, et du chlorure de zinc est formé dans l'électrolyte par réaction du zinc et du chlore pour former du chlorure de

zinc.

Pendant la charge, de façon que l'hydrate se forme correctement, la température à l'intérieur de l'électrolyte doit être contrôlée étroitement dans des

tolérances de l'ordre de quelques dizièmes de degré cen-

tigrade Un problème que soulèvent actuellement les ensem-

bles de refroidissement est qu'ils se sont révélés générale-

ment déficients pour fournir des températures étroitement

contrôlées Par conséquent, un objet de la présente inven-

tion est un procédé et un dispositif permettant de comman-

der la température de formation d'hydrate pendant la charge et un autre objet est de prévoir une commande de température très précise de l'électrolyte de formation d'hydrate Un autre objet de la présente invention est un procédé et un dispositif de commande de la température de formation d'hydrate pendant la charge, qui utilisent une servo- commande basée sur une commande de vitesse, ce qui permet la mise en oeuvre en utilisant des servo-moteurs en courant alternatif bi- directionnels, relativement bon

marché et analogue.

Le procédé de la présente invention comprend la commande de la température à l'intérieur d'une batterie

métal-halogène du type comportant une alimentation en solu-

tion de formation d'hydrate ou électrolyte; un premier circuit de fluide de refroidissement pour un échange de chaleur avec

la solution ou l'électrolyte; et un dispositif de refroi-

4.

dissement pour extraire la chaleur du circuit de fluide de refroi-

dissement Selon la présente invention, le dispositif de refroidissement comprend un moyen de réfrigération et un second circuit de fluide de refroidissement pour transfé rer la chaleur au moyen de réfrigération, et une valve de

mélange proportionnel pour accoupler les premier et se-

cond circuit de refroidissement Le procédé comprend la dé-

termination de la température de la solution d'électrolyte, de préférence par mesure de la température à l'intérieur du premier circuit de fluide de refroidissement au point, o à proximité de ce point, o la chaleur est échangée

entre le circuit de fluide de refroidissement et la solu-

tion d'électrolyte Une température de point de réglage est déterminée sur la base de la température de la solution

en conformité avec l'algorithme d'ajustement de courbe qui se rappro-

che de la température de formation d'hydrate en fonction de la charge stockée dans la batterie La température

du point de réglage peut être également basée sur la con-

centration d'hydrate dans la solution-d'électrolyte qui

est généralement proportionnelle à la charge La températu-

re du point de réglage et la température réelle de la solu-

tion sont comparées pour produire une valeur d'erreur

ayant une amplitude représentative de la différence abso-

lue entre température réelle et température du point de réglage, et ayant d'autre part un signe indiquant si la température du point de réglage est au-dessus ou au-dessous de la température réelle Des impulsions électriques sont

produites à des intervalles de temps qui varient en fonc-

tion de la grandeur de la valeur d'erreur De préférence,

les impulsions électriques maintiennent une largeur d'im-

pulsion sensiblement constante ou durée dans le temps,

mais il y a une variation entre temps d'apparition des im-

pulsions qui est proportionnelle à la valeur d'erreur La

valve de mélange est commandée en conformité avec les im-

pulsions électriques, d'o il résulte qu'elle est amenée à augmenter ou diminuer sélectivement l'accouplement entre les premier et second circuits de fluide de refroidissement

en fonction du signe ou de la polarité de la valeur d'er-

reur La valve de mélange est ajustée, dans le sens-soit d'une augmentation soit d'une diminution du degré de mé-

lange entre les premier et second fluides de refroidisse-

ment, chaque fois que se produit une impulsion électrique.

Par exemple, une valeur d'erreur ayant une première polari-

té peut amener la valve de mélange à augmenter progressive-

ment le degré de mélange lors de chaque impulsion successi-

ve alors que la valeur d'erreur ayant l'autre polarité amè-

nera la valve à diminuer le degré de mélange Si l'erreur est au-dessous d'une quantité déterminée, aucune impulsion électrique n'est produite et par conséquent aucun réglage

n'est effectué par la valve de mélange.

Le dispositif mettant en oeuvre le procédé dé-

crit ci-dessus, dans un premier mode de réalisation, com-

prend un ordinateur numérique qui est programmé pour exé-

cuter les étapes précédentes comme cela sera décrit ul-

térieurement Un second mode de réalisation, décrit ci-

dessousmet en oeuvre le procédé en utilisant des compo-

sants discrets, des circuits intégrés et des composants

logiques en combinaison.

La présente invention sera bien comprise lors

de la description suivante faite en liaison avec les des-

sins ci-joints dans lesquels:

La figure 1 est un schéma représentant un sys-

tème de batterie métal-halogène typique selon la présente invention;

La figure 2 est un graphique de la relation en-

tre la température de formation d'halogène et la charge permettant de décrire l'algorithme d'ajustement de courbe de la présente invention; La figure 3 est un organigramme décrivant la séquence logique des étapes de commande du servo de la 6. valve de mélange selon la présente invention;

La figure 4 est un schéma d'un mode de réalisa-

tion actuellement préféré de la présente invention; La figure 5 est un diagramme de formesd'onde donné à titre d'exemple, qui sert à décrire le fonctionne- ment de la présente invention; et La figure 6 est un organigramme décrivant la séquence logique des étapes 4 pour la production d'une

erreur selon la présente invention.

La figure 1 représente un mode de réalisation

d'un système de batterie zinc-chlore, dans lequel la pré-

sente invention peut être utilisée Le système a pour réf é-

rence 10 et des moyens sont prévus pour obtenir les circu-

lations désirées de chlore, d'électrolyte, d'eau et de

chaleur, dont on procèdera maintenant à la description

générale. En charge,une pompe Pl fournit de l'électrolyte à des alvéoles 12 entre paires d'électrodes poreuses 14

en graphite et chlore de l'empilage de batterie 15.

L'électrolyte traverse les électrodes 14 pour entrer dans une chambre 16 située entre une électrode en zinc 17 et les électrodes en chlore 14, s'élève entre les électrodes et finit par retomber dans la cuve 18 Le chlore gazeux est

acheminé par une pompe P 2 dans une conduite C Avant d'en-

trer dans la pompe P 2, le chlore gazeux est mélangé à de l'électrolyte refroidi qui est acheminé par une conduite W et provient du fond d'une enceinte de stockage 20 Le

chlore et l'électrolyte refroidi sont mélangés dans la pom-

pe à gaz P 2, de l'hydrate de chlore se forme et le mélange hydrate de chlore-électrolyte est déposé dans l'enceinte par l'intermédiaire d'une conduite H L'électrolyte se trouvant dans la conduite W est refroidi par passage dans

un échangeur de chaleur 40 Du glycol refroidi par un en-

semble de refroidissement 42 traverse une conduite 44 de

l'échangeur de chaleur 40.

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7. Pendant la décharge, une valve 24 d'une conduite D est ouverte, permettant & un courant d'électrolyte

chaud de traverser un échangeur de chaleur 26 dans l'en-

ceinte de stockage Le chlore est formé par décomposition-

de l'hydrate de chlore dans l'enceinte 20 Lors du déve- loppement de la pression requise dans cette enceinte, une valve 28 d'une conduite G s'ouvre et le chlore entre dans

une conduite E du côté haute pression de la pompe à élec-

trolyte Pi Le chlore se dissout dans l'électrolyte qui est

alors fourni aux électrodes poreuses 14 en graphite-chlo-

re L'empilage de batterie 15 peut alors être déchargé, o la dissolution de zinc se produit à l'électrode de zinc 17, la réduction du chlore dissous à l'électrode de chlore 14, de l'énergie est disponible aux bornes 30 et 31 de la batterie, et du chlorure de zinc est formé dans

l'électrolyte par réaction du zinc et du chlore.

On comprendra que ce qui précède constitue une

description d'un système de batterie métal-halogène typi-

que auquel se rapporte la présente invention La descrip-

tion précédente ne doit pas être considérée comme limi-

tant la présente invention De même, l'ensemble de refroi-

dissement 42,qui sera décrit en détail ultérieurement,

est un exemple d'ensemble pouvant être utilisé dans la mi-

se en oeuvre de la présente invention dans ses modes de réalisation actuellement préférés Des modifications de cet ensemble de refroidissement peuvent être envisagées,

ou cet ensemble remplacé par d'autres ensembles de refroi-

dissement sans qu'on sorte du cadre de la présente inven-

tion. L'ensemble de refroidissement 42 comprend un

échangeur de chaleur 46 couplé à un ensemble de réfrigé-

ration 48 pour extraire la chaleur d'un circuit de refroi-

dissement de glycol 50 L'ensemble de réfrigération 48

peut comprendre un réfrigérateur disponible dans l'indus-

trie ou une pompe à chaleur mettant en circulation un flui-

8. de de refroidissement tel que le fréon dans une conduite

52 de l'échangeur de chaleur 46 L'ensemble de refroidis-

sement de glycol 50 est à son tour couplé par la condui-

te 44 de l'échangeur de chaleur 40 au moyen de raccords à branchement rapide 54, 56, 58 et 60 Plus particulière-

ment, le circuit 50 comprend une conduite 62 branchée en-

tre l'échangeur de chaleur 46 et l'échangeur de chaleur 44 via les raccords 54 et 56 Le circuit 50 comprend d'autre part un réservoir 64 qui est destiné à recevoir du fluide de refroidissement provenant de l'échangeur de chaleur 44 via le raccord 58, une conduite 66, et le raccord 60 Le fluide de refroidissement est extrait du réservoir 64 par l'intermédiaire d'une conduite 68 au moyen d'une pompe 70, qui introduit à son tour le fluide

dans une valve de mélange proportionnel 72 par l'in-

termédiaire d'une conduite 74 La valve 72 peut être mise en oeuvre en utilisant une valve rotative commandée par servo-moteur du type décrit dans la demande de brevet 2 '91 030 citée ci-dessus La valve de mélange 72 comprend

un premier orifice de-sortie 76 couplé par l'intermédiai-

re d'une conduite 78 à l'échangeur de chaleur 46 et un second orifice de sortie 80 couplé par une conduite 82, une valve de coupure 84 et une conduite 86 à la conduite 62, au moyen d'un raccord en T, par exemple La valve de

mélange 72 est actionnée par un servo-moteur 90 de maniè-

re à diriger le courant de fluide de refroidissement sui-

vant des proportions variables à travers l'échangeur de chaleur 46 et/ou dans la conduite 82 de dérivation de l'échangeur de chaleur 46 Par réglage des proportions

relatives du fluide de refroidissement traversant l'échan-

geur de chaleur 46 en fonction du fluide de refroidisse-

ment contournant cet échangeur de chaleur, de la chaleur peut être extraite du fluide de refroidissement du circuit

par l'ensemble de réfrigération 48 et cela en quanti-

téscontrôlées Grâce à cet agencement de mélange proportion-

9. nel, la capacité calorifique de la totalité du fluide en circulation sert à maintenir sa température à une valeur relativement constante Le détournement d'une partie de ce fluide de refroidissement à travers l'échangeur de chaleur 46 pour l'extraction de chaleur permet de procéder à un réglage contrôlé de la température sans perturber

l'équilibre général de température du circuit de refroidis-

sement. Selon la présente invention, un servo-moteur 90 comprend une première borne 92 pour entraînement dans le sens des aiguilles d'une montre et une seconde borne 94 pour entraînement dans le sens inverse des aiguilles d'une montre Le servo-moteur 90 comprend d'autre part une borne de masse 96 qui en conjonction avec l'une ou l'autre borne 92 ou 94 sert à alimenter le moteur 90 Dans le mode de réalisation actuellement préféré, le servo-moteur 90 peut être un moteur alternatif bi-directionnel que l'on trouve dans le commerce, et qui présente l'avantage d'être relativement peu coûteux Cependant, en général, d'autres

moteurs appropriés peuvent être utilisés sans sortir du ca-

dre de la présente invention Le moteur 90 peut être couplé par l'intermédiaire d'engrenagesappropriés(non représentés)

pour obtenir une commande plus précise de la valve de mélan-

ge 72 De plus, la valve 72 peut comporter des butées per-

mettant d'éviter sa rotation au-delà de limites prédéter-

minées, typiquement de 900 dans chaque direction.

Pendant la charge, l'électrolyte de la solution de chlorure de zinc forme un hydrate à l'intérieur de l'enceinte 20 Pour favoriser la formation d'hydrate, la température dans la solution d'électrolyte doit être maintenue à la température de formation d'hydrate (nominalement -3 + 30 C) de préférence à moins de 1/10

de degré centigrade d'une telle température Si on lais-

se la température croître beaucoup au-dessus de la tempéra-

ture de formation d'hydrate, celle-ci sera considérablement 10. diminuée et les performances de la batterie sensiblement influencées D'autre part, si on laisse la température tomber beaucoup au-dessous de la température de formation

d'hydrate, le système gèlera et perturbera le fonctionne-

ment de la batterie. Pour compliquer encore le problème du maintien de la solution à la température de formation d'hydrate, celle-ci varie au cours du processus de charge Alors que

le processus de charge progresse et que de l'hydrate s'ac-

cumule,la concentration de chlorure de zinc dans la solu-

tion varie, ce qui amène la température de formation

d'hydrate à augmenter progressivement et de manière conti-

nue La figure 2 représente cette augmentation de la tem-

pérature de formation d'hydrate o la courbe 100 représente la température en fonction de la charge (ou concentration d'hydrate) Comme on l'expliquera davantage ci-après, la courbe quasi-linéaire 102 représente une approximation du premier ordre du profil de la température de formation d'hydrate Cette approximation peut être déterminée par un

algorithme d'ajustement de courbe décrit ci-après Cependant,on com-

prendra que des approximations du premier ordre ou des al-

gorithmes différents peuvent être mis en oeuvre selon les

principes décrits ici.

En liaison maintenant avec l'organigramme des figures 3 et 6, on discutera maintenant la procédé selon la présente invention En commençant tout d'abord avec la figure 6, un bloc 200 représente l'étape de détection ou de mesure de la température à l'intérieur du circuit de

refroidissement de glycol Comme ce circuit est en communi-

cation thermique avec l'électrolyte de formation d'hydra-

te par l'intermédiaire de l'échangeur de chaleur 40, cette température suit étroitement la température réelle de l'électrolyte et peut donc être utilisée à des fins de

commande par réaction Dans la pratique, l'étape de détec-

tion de température du bloc 200 implique la lecture de la 11. chute de tension aux bornes d'une thermistance 202 ou du

courant la-traversant, laquelle est disposée en communica-

tion thermique avec la conduite 66 comme représenté en figu-

re 1 La lecture de la therimistance est alors linéarisée et mise à l'échelle selon le programme BASIC dans des éta-

pes li 40 à 1280 indiquées en annexe Pour éliminer des lec-

tures erronées et le bruit, la lecture mise à l'échelle de la thermistance traverse un filtre de logiciel 204 qui

procède à une moyenne d'un nombre prédéterminé de lec-

tures pour produire une indication de la température du fil-

tre Ensuite, la température du point de réglage ou tempé-

rature désirée est calculée ou produite en utilisant un algorithme d'ajustement de courbe tel que l'algorithme illustré en figure 2 Cette étape est décrite en figure 6 par le bloc 206, et exécutée en conformité avec les lignes

29100 à 29190 du sous-programme BASIC indiqué en anne-

xe A titre de commodité, les variables utilisées pour mettre en oeuvre le programme donné en annexe comprennent

une pluralité de variables indicées contenues dans un ré-

seau En liaison avec les lignes 29100 à 29190 du program-

me, on verra que la ligne 29110 est une équation pour la partie en pente vers le haut de la ligne 102 Ce seqment qui est représenté par la référence 210 peut être décrit en utilisant l'équation générale d'une ligne droite, à savoir

Y = MX + B Par conséquent, dans la ligne 29110 du program-

me, la variable X 9 correspond à la valeur Y de l'équation linéaire, S( 26) correspond à la pente M, Rl( 8) X -et

S( 27) à B, interception avec l'axe des Y Selon l'algo-

rithme d'ajustement de courbe, si la valeur calculée X 9 est au-dessous d'une certaine limite S( 25), alors la valeur calculée X 9 est égale à la valeur de référence S( 25) En figure 2, cette valeur de référence minimum est appelée "MIN" et le segment de ligne 212 est produit lorsque cette

valeur minimum n'est pas dépassée.

Ayant maintenant mesuré une température réelle 12.

et calculé également une température désirée ou températu-

re de point de réglage, ces deux températures sont compa-

rées au cours d'une étape 214 pour produire une erreur ou valeur de différence La commande du procédé se branche alors, en conformité avec le bloc 216, sur un sous-program-

me de commande par servo qui actionne sélectivement le ser-

vo-moteur 90 soit dans le sens des aiguilles d'une montre soit dans le sens inverse en conformité avec la valeur

d'erreur Ce sous-programme est représenté en figure 3.

En liaison avec la figure 3, et avec les diagram-

mes de temps de la figure 5, la commande du servo-moteur progresse de la manière suivante En commençant avec

l'étape 300, la variable X 3 est rendue égale à une varia-

ble de minuterie qui mesure le temps écoulé En pratique, il est souvent commode d'utiliser une horloge en temps réel

pour fournir les signaux de minuterie En figure 5, la sé-

quence temporelle est représentée en utilisant une première ligne intitulée "APPEL SOUSTRACT" qui marque 1 au moyen d'une

flèche dirigée vers le bas, chaque fois que le sous-pro-

gramme de commande de eervo est appelé De préférence, le sous-programme est appelé à une cadence périodiquement constante En figure 5, les lignes en pointillé appelées X 3 (quel que soit l'exposant) indiquent le moment o X 3 est

égal à la valeur de la minuterie On expliquera ultérieure-

ment au cours de la description qu'une autre variable X 2

est également rendue égale à la valeur de la minuterie.

Ces deux variables se comportent quelque peu comme un chronomètre, o X 2 marque la mise en route du chronomètre et X 3 son arrêt Ainsi, la différence X 3 X 2 est une mesure de temps écoulé Bien que l'organigramme de la figure 3

et le diagramme de temps de la figure 5 représentent pleine-

ment la partie à servo -commande de la présente invention, on se reportera aux lignes 29200 à 29290 du programme BASIC cité en annexe, qui peut être utilisé pour mettre en oeuvre le mécanisme à servo-commande Dans l'étape 302, 13. la variable X 4 est calculée comme une fonction d'erreur, l'erreur ayant été précédemment calculée par les étapes

citées en figure 6 X 4 représente une valeur intermédiai-

re qui est utilisée dans l'étape 306 pour calculer Xi, durée désirée entre impulsions de servo-commande Comme

la variable X 1 est inversement proportionnelle à la varia-

ble X 4, les étapes 304 et 305 permettent d'assurer que le calcul ne tentera pas une division par zéro, dans le cas

o X 4 serait égal à zéro Parmi les étapes discutées jus-

qu'ici, l'étape 300 correspond à la ligne 29210 du pro-

gramme BASIC de l'annexe, alors que les lignes 302, 304, 305 et 306 correspondent aux lignes 29215 et 29220 de ce programme Ensuite, l'étape 308 procède à un essai tendant à déterminer si le temps écoulé, mesuré par les variables X 3 X 2,est inférieur au temps désiré ou calculé entre impulsions X 1 On notera que, pour les petites erreurs,la variable de temps calculée X 1 est généralement importante, ce qui se traduit par un branchement du programme au point

de sortie 318 Cela correspond au test exécuté par la li-

gne 29230 du programme et le branchement à la ligne 29270.

Si, d'autre part, l'erreur est importante, la commande de

programme procède au branchement sur le bloc 310 Une er-

reur importante indique généralement que la température

réelle et la température désirée sont suffisamment éloi-

gnées pour que des mesures correctives soient prises par

le servo-moteur 90 qui commande la valve de mélange 72.

L'étape 310 détermine si la valeur d'erreur est positive ou négative En d'autres termes, l'étape 310 détermine si le servo-moteur 90 doit être actionné dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens inverse On comprendra qu'un sens de rotation provoque le mélange d'une quantité plus grande du fluide de refroidissement du glycol dans le circuit 50, et sa circulation dans ce circuit, alors que l'autre sens réduit la quantité de glycol mélangéadans le système Si le signe de la valeur 14. d'erreur est positif, la commande se branche sur 312, o une salve ou impulsiond'énergie électrique est émise à la borne 92 de rotation dans le sens des aiguilles d'une

montre du servo-moteur 90 Si le signe de la valeur d'er-

reur est négatif, une impulsion est sortie à la borne 94

de rotation dans le sens inverse des aiguilles d'une mon-

tre du servo-moteur 90 Les lignes 29240 et 29250 corres-

pondent à ces deux possibilités Après qu'une impulsion soit de rotation dans le sens des aiguilles d'une montre, soit de rotation dans le sens inverse des aiguilles d'une montre a été émise, l'étape 316 établit la variable X 2 du chronomètre pour qu'elle soit égale à la valeur présente de la minuterie On notera que la variable X est remise à la valeur présente de la minuterie seulement si la commande a progressé dans les blocs 310, et 312 ou 314 Si, d'autre part, le test exécuté dans le bloc 308 détermine que l'erreur n'est pas suffisamment importante pour émettre

* une impulsion de servo-commande, la commande se branche au-

tour du bloc 316 et ainsi la variable X 2 restera à la va-

leur qu'elle avait, à un certain temps antérieur En liai-

son avec la figure 5, quatre appels successifs de sous-program-

me donnés à titre d'exemple sont représentés, ayant pour référence les lettres A, B, C et D On comprendra que la séquence spécifique de la figure 5 est donnée à titre d'exemple et seulement d'illustration et ne constitue pas

une limite du domaine de la présente invention Dans l'exem-

ple représenté en figure 5, on suppose que le premier appel A s'est produit sur la base des événements ayant eu lieu auparavant; ainsi l'appelA est utilisé ici comme moyen d'établir des conditions données à titre d'exemple pour

l'appel suivant B Dans l'appel A, on suppose qu'une impul-

sion est sortie sur la ligne SA (sens des aiguilles d'une montre) et qu'aucune impulsion n'est sortie sur la ligne

SIA (sens inverse des aiguilles d'une montre) Après émis-

sion de l'impulsion, la variable X 2 est établie à la valeur 15. présente de la minuterie Un peu plus tard, à l'appel B, la variable X 3 est réglée à la valeur présente de la

minuterie Cette valeur de la minuterie est naturelle-

ment différente de la variable X 2 précédente, car un cer-

tain temps s'est écoulé entre la fin de l'appel A et le commencement de l'appel B Le temps écoulé est X '

3 2

Ensuite, selon l'algorithme de la figure 3, l'erreur est

déterminée tant en amplitude qu'en signe A des fins d'exem-

ple, on supposera qu'une erreur positive est calculée, et

que cette erreur est supérieure au temps écoulé X X 2.

Par conséquent, une impulsion est émise sur la ligne SA et la variable X 2 est rétablie à la valeur courante de la minuterie A l'appel C, on suppose,à titre d'exemple, que l'erreur est inférieure au nouveau temps écoulé X 3 X 2 ' Ainsi, aucune impulsion n'est émise et X 2 n'est pas mis à jour A l'appel D, on suppose que la grandeur de l'erreur est supérieure au nouveau temps écoulé X 3 " X 2 ' et est négative Ainsi, une impulsion est émise sur la

ligne SIA.

On comprendra que la description précédente

a adopté une convention o des valeurs d'erreur posi-

tive produisent un mouvement du servo dans le sens des

aiguilles d'lune montre alors que des valeurs d'erreur né-

gative produisent un mouvement dans le sens opposé Cela

ne doit pas être considéré comme une limitation de l'inven-

tion, la convention opposée pouvant s'appliquer aussi bien.

Le procédé décrit ci-dessus peut être mis en oeuvre en utilisant un ordinateur numérique, représenté dans ses grandes lignes par la référence 203 en figure 1, qui a été programmé pour exécuter les étapes indiquées dans

les organigrammes des figures 3 et 6 Dans certaines appli-

cations, l'ordinateur peut avoir la forme d'un ordinateur de commande tel que l'appareil MACSYM 2 de la société dite

Analog Devices En général, on peut utiliser une grande va-

riété d'ordinateurs pour la mise en oeuvre de la présente 16.

invention, y compris des ordinateurs & hase de microproces-

seurs En outre, alors que le mode de réalisation préféré

met en oeuvre les algorithmes décrits ci-dessus en utili-

sant un ou des programmes d'ordinateurs en BASIC, on com-

prendra qu'ils peuvent l'être en utilisant d'autres lan-

gages sans sortir du domaine de la présente invention.

L'ordinateur peut comprendre des points d'accès d'entrée/ sortie analogiques, pour l'interface avec le détecteur de température par thermistance et comprendre également des

modules d'entrée/sortie pour interface avec le servo-mo-

teur En pratique, ces modules d'interface peuvent consti-

tués une partie de l'ordinateur de commande, ou être des dispositifs d'entrée/sortie extérieurs L'homme de l'art verra que divers convertisseurs analogiques/numériques peuvent réaliser l'interface entre une thermistance et

un ordinateur numérique, et que des commutateurs comman-

dés numériquement se trouvent dans le commerce pour l'ali-

mentation par une tension en 110 volts alternatif du ser-

vo en réponse aux signaux de commande numériques provenant

d'un ordinateur Le commutateur ou relais à commande numé-

rique actuellement préféré comprend un isolement optique afin de protéger l'ordinateur d'un endommagement éventuel

par la haute tension du secteur.

Un second mode de réalisation préféré est illus-

tré en figure 4 Ce mode utilise des composants discrets, circuits intégrés et circuits logiques disponibles dans le commerce et peut être employé pour mettre en oeuvre le procédé de la présente invention à un coût économique dans

un minimum de place En-figure 1, le bloc ayant la rêfà-

rence 203 représente comment ce second mode de réalisa-

tion est placé dans le circuit.

En liaison avec la figure 4 _le mode de réalisa-

tion de circuit comprend une alimentation 400 pour fournir de l'énergie sous deux tensions différentes au circuit de

commande de la présente invention En pratique, l'alimen-

17. tation fournit du courant par l'intermédiaire d'un fil 402 sous un potentiel de 12 volts en courant continu et

du courant par l'intermédiaire d'un fil 404 sous un poten-

tiel de 5 volts en courant continu On comprendra que ces tensions sont des tensions nominales, choisies en confor- mité avec les conditions d'alimentation des composants constituant le circuit de commande Plus spécifiquement, l'alimentation 400 comprend un fusible de ligne 406 par l'intermédiaire duquel le courant alternatif est fourni à un transformateur 408 Le secondaire du transformateur 408 est connecté à un redresseur en pont 410 qui est à son tour couplé par un condensateur de filtrage 412 Une paire de régulateurs de tension 414 et 416 est couplée en série à la borne positive du redresseur 410 Chaque

1-5 régulateur comprend un condensateur de filtrage de sor-

tie 418 et 420, respectivement Le régulateur de tension 414 délivre une tension nominale en courant continu de

12 volts et peut être mis en oeuvre en utilisant un cir-

cuit intégré dit 7812 Le régulateur 416 fournit nominale-

ment une tension de 5 volts en courant continu et peut être mis en oeuvre en utilisant un circuit intégré dit 7805. Le circuit de commande de la présente invention comprend un premier jeu de bornes d'entrée 422 pour le couplage d'un dispositif capable de fournir une indication de la température du point de réglage, comme cela a été discuté antérieurement En figure 4, ce dispositif est illustré comme étant un potentiomètre 424 qui peut être

réglé manuellement pour donner une indication de la tem-

pérature désirée du point de réglage Le potentiomètre

424 peut être manuellement ou automatiquement réglé pen-

dant le cycle de charge de la batterie de façon que la température de réglage suive ou se rapproche de la courbe de la figure 2 Dans un autre mode de réalisation, la potentiomètre 424 peut être remplacé par un dispositif 18. de mesure de densité, capable de mesurer la densité de l'électrolyte de formation d'hydrate, ce qui donne une

indication précise de la température de réglage désirée.

Dans un autre mode de réalisation, le potentiomètre 424 peut être remplacé par un contrôleur programmable que l'on ren- contre dans le commerce, capable de donner une tension de signal qui varie dans le temps en conformité avec des

paramètres pré-établis Un tel dispositif peut être pro-

grammé de manière à mettre en oeuvre l'algorithme d'ajus-

tement de courbe, illustré par la fonction 102 de la figu-

re 2, ou sinon se rapprocher de la courbe de température 100.

La présente invention comprend en outre des bor-

nes d'entrée 426 pour le couplage à la thermistance 202.

Les bornes 426 fournissent une polarisation pour la ther-

mistance par couplage à une source de tension en courant

continu,telle que 428, et par l'intermédiaire d'une résis-

tance 430 à la masse Un signal représentant la tempéra-

ture de réglage désirée est acheminé via un fil 432 à la borne négative d'un comparateur 434, alors qu'un signal représentant la température mesurée est transmis via un

fil 436 à la borne positive du comparateur 434 La sor-

tie du comparateur 434 sur un fil 438 représente la diffé-

rence entre la température mesurée ou température réelle et la température de réglage désirée En d'autres termes, le fil 438 achemine un signal représentant une valeur d'erreur Cette valeur d'erreur comporte à la fois une grandeur ou valeur absolue et un signe ou polarité La valeur d'erreur est appliquée à un circuit 440 qui calcule la valeur absolue ou amplitude de l'erreur L'erreur est également appliquée à l'entrée d'un inverseur 442 qui fournit un signal de sortie qui est l'inverse de l'erreur; en d'autres termes, lorsque le signal d'erreur est positif,

la sortie de l'inverseur 442 est négative, et vice-versa.

Le signal d'erreur inversé est appliqué via un fil 444 à 19. circuit d'entraînement 446 Egalement appliqué,via un

fil 448, au circuit 446 est le signal d'erreur Le cir-

cuit d'entraînement reçoit des impulsions électriques sur un fil 50 pour commander le servo-moteur 90 Le circuit 446 dirige ces impulsions soit vers la borne 92 de rotation dans le sens des aiguilles d'une montre, soit vers la borne 94 de rotation dans le sens inverse des aiguilles d'une montre en conformité avec le signe ou polarité de la valeur d'erreur Le circuit 446 peut

être mis en oeuvre en utilisant des commutateurs analo-

giques tels que des circuits intégrés dits CD 4016.

Le circuit de valeur absolue 440 est également mis en oeuvre en utilisant des commutateurs analogiques

tels que des circuits intégrés CD 4016 interconnectés com-

me représenté en figure 4 Quatre commutateurs analogi-

ques constituent le circuit 440 qui répond au signal d'er-

reur présent sur le fil 452 et son inverse présent sur un fil 454 de manière à appliquer le signal de température réelle à partir du fil 436 et la température de réglage

désirée à partir du fil 432 aux bornes positive ou néga-

tive d'un amplificateur d'erreur 456 La sortie de l'am-

plificateur 456 fournit un signal d'erreur proportionnel à la valeur absolueou amplitude de la différence entre

la température mesurée réelle et la température de régla-

ge désirée Ce signal de valeur absolue est appliqué par l'intermédiaire d'un fil 458 à un circuit convertisseur tension/fréquence 460 La sortie du convertisseur 460 sur un fil 462 comprend un signal oscillant dont la fréquence varie en fonction du signal d'amplitude d'erreur présent sur le fil 458 Ce signal oscillant à fréquence variable est appliqué à un circuit monostable 464 qui produit une série d'impulsions de largeur de préférence fixe, mais de période variable entre impulsions, en conformité avec la fréquence du signal oscillant du fil 462 La sortie du circuit 464 est appliquée via un fil 450 au circuit 20.

d'entraînement 446 o les impulsions produites sont diri-

gées vers l'une ou l'autre borne de rotation dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens inverse du servo-moteur 90 Des relais à l'état solide 466 et 468 répondent aux impulsions produites par le circuit 464 pour fournir la tension d'accroissement nécessaire et/ou

le courant permettant d'entraîner le servomoteur 9 o.

En fonctionnement, le circuit ainsi décrit en liaison avec la figure 4 exécute les étapes illustrées en

figures 3 et 6 Ce mode de réalisation correspond essen-

tiellement au diagramme de temps de la figure 5.

La présente invention n'est pas limitée aux exem-

ples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle

est au contraire susceptible de modifications et de va-

riantes qui apparaîtront à l'homme de l'art.

IN 10 a Sz 'suc l suc

à 06 Z 6 Z

Un OIRH OLZ 6 Z 21-daiúINIW=ZX o 9 z 6 z O= (t, 'l Z) IMI Oa SUVIV 'l+=(t X)NE)S IS OSZ 6 Z o=(ú"Z) INRIIV INI Oc I S UOUV -l-=(t X)NDS IS OPZ 6 Z OLZEZ V Mririld BUOIV IX>ZX-EX IS OEZ 6 Z (t X) su'il (EZ) s=-Ix ozz 6 z ,0 =PX suorild O =X IS ( 8 x%(ZZ)S+ 9 x)=t X STZ 6 Z

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0616 Z

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0116 Z

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a uiloisu Ex (-l?:)s smorly (sz)s=< 6 x is SM Or IV (SZ)S> 6 X IS (LE) S+ ( 8) -lHàc( 9 Z) S= 6 X IMUNS Isn cvaa zaurio D DMD 1 linôs il OLET 08 ZT v usant 6166-=( I)zu sioiv "I),v is O 9 ZT 08 ZI V UT 11 V 6 'U 6 =( I) ZU SUOUV Z'O>(-l"ú+ I)i IS OSZT

T = 8-1 WIOCI OZT

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Claims (24)

REVENDICATIONS

1 Procédé de commande de la température à l'intérieur d'une batterie métal-halogène d'un type comportant une alimentation en solution de formation d'hydrate; un premier circuit de fluide de refroidisse- ment pour un échange de chaleur avec la solution et un moyen pour extraire la chaleur du premier circuit de

fluide de refroidissement comprenant un moyen de réfrigé-

ration, un second circuit de fluide de refroidissement pour transférer la chaleur au moyen de réfrigération et un moyen de valve de mélange proportionnel pour accoupler les premier et second circuits de fluide de réfrigération, caractérisé en ce qu'il comprend:

la détermination de la température de la solu-

tion; la détermination de la température d'un point de réglage en conformité avec des mesures indicatrices de la concentration de la solution en hydrate;

la comparaison de la température de la solu-

tiôn avec la température de réglage de manière à produire une valeur d'erreur ayant une amplitude et un signe; la production d'impulsions électriques à des intervalles de temps variant en conformité avec l'amplitude de la valeur d'erreur; et la commande du moyen de valve de mélange

proportionnel en conformité avec les impulsions électri-

ques et le signe de la valeur d'erreur, d'o il résulte la commande du degré d'accouplement entre les premier et

second circuits de fluide de refroidissement.

2 Procédé selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que le moyen de valve de mélange proportionnel

comprend un moyen de servomoteur, et l'étape de comman-

de du moyen de valve de mélange proportionnel comprend la commande du moyen de servomoteur en conformité avec les

impulsions électriques.

3 Procédé selon la revendication 2, caractéri-

sé en ce que le moyen de servomoteur est bi-direction-

nel ayant un moyen d'entraînement dans le sens des aiguil-

les d'une montre et un moyen d'entraînement dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, et en ce que l'étape de commande du moyen de valve de mélange proportionnel comprend l'entraînement sélectif du servomoteur dans

le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens inver-

se des aiguilles d'une montre en conformité avec le signe

de la valeur d'erreur.

4 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de détermination de la température de la solution comprend la détection de la température du

premier circuit de fluide de refroidissement.

5 Procédé selon la revendication l,caractérisé en ce que l'étape de détermination d'une température de réglage comprend le calcul d'une température de réglage

estimée sur la base de la température de la solution.

6 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de production d'impulsions électriques comprend la mesure d'un temps écoulé par rapport à une impulsion électrique précédente; le calcul d'un temps de point de réglage en fonction de la valeur d'erreur; la comparaison du temps du point de réglage au temps écoulé; et la production d'une impulsion électrique en réponse au résultat de la comparaison du temps du point

de réglage et du temps écoulé.

7 Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le temps du point de réglage est inversement

proportinnel à la valeur d'erreur.

8 Procédé selon la revendication 6, caractéri-

sé en ce que le temps du point de réglage est calculé par

calcul d'une valeur intermédiaire sous forme d'une fonc-

tion linéaire de la valeur d'erreur; et calcul du temps du point de réglage-sous formé de fonction inversement

proportionnelle de la valeur intermédiaire.

9 Procédé selon la revendication 8, carac-

térisé en ce qu'il comprend en outre l'essai de la va-

leur intermédiaire et le changement de la valeur inter-

médiaire par un incrément prédéterminé si cette valeur

intermédiaire est égale à zéro.

10 Procédé selon la revendication 9, carac-

térisé en ce que le temps du point de réglage est inver-

sement proportionnel à l'amplitude de la valeur intèrmé-

diaire.

11 Procédé selon la revendication 1, carac-

térisé en ce que l'étape de détermination de la tempéra-

ture de la solution comprend la mesure de la température

à l'intérieur du premier circuit de fluide de refroidisse-

ment en un point en communication thermique avec la solu-

tion.

12 Procédé selon la revendication 11, carac-

térisé en ce qu'il comprend en outre le filtrage de la tem-

pérature mesurée.

13 Dispositif de commande de la température à l'intérieur d'une batterie métal-halogène du type ayant une alimentation en solution de formation d'hydrate; un premier circuit de fluide de refroidissement pour un

échange de chaleur avec la solution et un moyen pour ex-

traire la chaleur du premier circuit de fluide de refroi-

dissement comportant un moyen de réfrigération, un second circuit de fluide de refroidissement pour transférer la chaleur au moyen de réfrigération et un moyen de valve de

mélange proportionnel pour accoupler les premier et se-

cond circuits de fluide de refroidissement, caractérisé en ce qu'il comprend: un moyen pour déterminer la température de la solution et produire un signal de température; un moyen pour produire un signal de point de réglage; un moyen de comparaison répondant au signal de température et au signal de point de réglage pour pro- duire un signal d'erreur ayant une amplitude et un signe;

un moyen pour produire des impulsions électri-

que à des intervalles de temps variant en conformité avec l'amplitude du signal d'erreur; et un moyen de commande répondant au signe du signal d'erreur pour appliquer les impulsions électriques

au moyen de valve de mélange, ce qui a pour effet de com-

mander le degré d'accouplement entre les premier et se-

cond circuits de fluide de refroidissement -

14 Dispositif selon la revendication 13, carac-

térisé en ce que la valve de mélange proportionnel com-

prend un moyen de servomoteur pour actionner sélective-

ment la valve vers des positions correspondant à un plus grand accouplement et des positions correspondant à un

plus petit accouplement.

Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que le moyen permettant de déterminer

la température de la solution comprend un moyen de thermis-

tance. 16 Dispositif selon la revendication 15,

caractérisé en ce que le moyen de thermistance est dispo-

sé en communication thermique avec le premier circuit de

fluide de refroidissement.

17 Dispositif selon la revendication 15, carac-

térisé en ce que le moyen de thermistance est disposé en communication thermique avec la solution de formation d'hydrate.

18 Dispositif selon la revendication 13, ca-

ractérisé en ce que le moyen de production d'un signal de

réglage comprend un moyen d'ordinateur numérique.

U_^

19 Dispositif selon la revendication 13, carac-

térisé en ce que le moyen de production d'un signal de

réglage comprend un moyen pour fournir un signal de réfé-

rence de point de réglage variable avec le temps écoulé.

20 Dispositif selon la revendication 13, carac- térisé en ce que le moyen de production d'un signal de point de réglage comprend un moyen pour indiquer la concentration en hydrate de la solution et pour fournir un signal de référence de point de réglage en conformité

avec la concentration en hydrate.

21 Dispositif selon la revendication 13, carac-

térisé en ce que le moyen de comparaison comprend un moyen d'amplificateur ayant des moyens d'entrée d'inversion et de non-inversion, recevant le signal de température et le

signal de point de réglage.

22 Dispositif selon la revendication 13, carac-

térisé en ce qu'il comprend en outre un moyen de produc-

tion de valeur absolue répondant au signal de température et au signal de point de réglage pour produire un signal

d'amplitude représentatif de l'amplitude du signal d'er-

reur.

23 Dispositif selon la revendication 13, caracté-

risé en ce qu'il comprend en outre un moyen d'entraine-

ment recevant le signal d'erreur pour commander le moyen de valve de mélange en conformité avec la polarité du signal d'erreur.

24 Dispositif selon la revendication 13, caracté-

risé en ce que le moyen de commande comprend un moyen de

production de signal oscillant répondant au signal d'er-

reur.

Dispositif selon la revendication 24, caracté-

risé en ce que le moyen de production de signal oscillant

comprend un moyen de convertisseur tension/fréquence.

26 Dispositif selon la revendication 24, caracté-

risé en ce que le moyen de commande comprend-en outre un

moyen générateur d'impulsion répondant au moyen de produc-

tion de signal oscillant.

27 Dispositif selon la revendication 26, carac-

térisé en ce que le moyen générateur d'impulsion comprend un moyen monostable.