FR2545941A1 - Dispositif automatique de delestage pour batteries - Google Patents

Abstract

DISPOSITIF AUTOMATIQUE DE DELESTAGE POUR BATTERIES UTILISEES DANS UN ENGIN SPATIAL. IL COMPREND: -UN MOYEN 34 POUR MESURER UN COURANT DE CHARGE ET UN COURANT DE DECHARGE DES ACCUMULATEURS; -UN DISPOSITIF 44 COMPORTANT DES MOYENS AYANT UN PREMIER GAIN POUR ACCUMULER UNE PREMIERE VALEUR FONCTION DU COURANT DE CHARGE, DES MOYENS AYANT UN DEUXIEME GAIN POUR CALCULER UNE DEUXIEME VALEUR FONCTION DU COURANT DE DECHARGE, DES MOYENS EFFECTUANT LA DIFFERENCE ENTRE LA PREMIERE ET LA DEUXIEME VALEURS POUR OBTENIR UN ETAT DE CHARGE CALCULEE DE LA BATTERIE, DES MOYENS 62 POUR INITIALISER LES MOYENS DE DIFFERENCIATION AVEC UNE VALEUR CONNUE DE L'ETAT DE CHARGE DE LA BATTERIE ET DES MOYENS 60 PERMETTANT D'AVOIR UN SIGNAL DE SORTIE 48 DES MOYENS DE DIFFERENCIATION QUI SOIT UNE APPROXIMATION D'UN ETAT DE CHARGE VARIABLE DE LA BATTERIE; ET -UN RELAIS DE DELESTAGE40. APPLICATION AUX BATTERIES.

Description

La présente invention concerne les systèmes

d'alimentation en courant électrique et, plus particu-

lièrement, les dispositifs de délestage des alimentations

en courant par accumulateurs.

Certains systèmes d'alimentation en courant

qui comportent des accumulateurs peuvent subir des de-

mandes de charge qui dépassent périodiquement la capaci-

té énergétique du système Ces systèmes peuvent comprendre les engins spatiaux dans lesquels on change un système

d'accumulateurs par un panneau solaire.

Le problème devient particulièrement gênant

pour les engins spatiaux en orbite pour lesquels des pé-

riodes d'éclipse notables peuvent priver le panneau so-

laire d'ensoleillement Si la charge fournie par la bat-

terie augmente pendant une période d'éclipse, l'énergie

restante dans la batterie peut diminuer jusqu'à une va-

leur inférieure à celle pour laquelle les activités né-

cessaires à la survie de l'engin spatial peuvent être effectuées Par exemple, il est absolument nécessaire que l'engin spatial conserve une commande d'orientation

puisque la perte de cette dernière peut permettre à l'en-

gin de commencer à tomber Ceci peut être fatal, puisque

cela peut empêcher le panneau solaire d'acquérir à nou-

veau une énergie suffisante pour restaurer la charge de

la batterie pendant la période suivante d'ensoleillement.

Ainsi, la perte de fonction peut être permanente.

De manière à éviter la décharge potentielle-

ment fatale des accumulateurs de l'engin spatial, il est

devenu classique de diviser la charge électrique de l'en-

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gin en charge interruptible et charge non interruptible.

Dans un satellite de communications: par exemple, la com-

mande d'orientation et certaines activités de soin et de surveillance peuvent être définies comme la charge non interruptible qui doit demeurer fournie par la puis-

sance restante dans la batterie quelque soit la quanti-

té réelle d'énergie restante La fonction de communica-

tions du satellite peut être définie comme la charge in-

terruptible puisque, bien que le manque de communications

pendant un certain temps puisse présenter des inconvé-

nients, l'alternative de la perte complète et permanente

des services de l'engin spatial est généralement consi-

dérée comme un prix à payer trop élevé pour une période

limitée de communications continues.

De manière idéale, la charge interruptible est délestée lorsque la batterie contient une quantité de

charge restante qui est suffisante pour permettre à l'en-

gin spatial de survivre jusqu'à ce qu'un état positif de

charge de batterie soit atteint C'est-à-dire que le dé-

lestage doit être effectué lorsque la batterie a atteint un état de charge prédéterminé Ceci permet de poursuivre la mission (c'est-à-dire les communications) de l'engin

spatial sans mettre en danger la survie du système.

On peut déterminer ou déduire l'état de charge de certaines batteries à partir de mesures Par exemple,

on peut déterminer l'état de charge d'une batterie acide-

plomb à partir de mesure de la densité de son électro-

lyte Malheureusement, on ne peut déterminer précisément l'état de charge des batteries nickel-cadmium, qui sont préférées pour des applications spatiales, à partir de mesures internes ou de conditions finales La tension finale: par exemple, est une fonction non-linéaire de

la charge qui dépend d'une fonction complexe de la tem-

pérature, de l'âge de la batterie, de l'histoire de l'u-

sage de la batterie et de l'état de charge de la batte-

rie Plus particulièrement au voisinage de l'état de

pleine charge, la quantité de charge ajoutée à une bat-

terie nickel-cadmium par ampère-heure fourni diminue ra-

pidement et non linéairement De même, au voisinage de l'état de pleine charge, la tension finale s'élève rapi-

dement jusqu'à une valeur maximum.

Du fait de l'incertitude concernant l'état de charge de la batterie, les systèmes de délestage de

l'art antérieur dépendent principalement de simples stra-

tégies de chronométrage pour le choix d'un moment pour le délestage Ceci, bien entendu, entrainant le risque d'erreurs de deux sortes L'erreur la plus sérieuse étant celle de retarder le délestage au delà du moment

pour lequel il reste une charge suffisante pour mainte-

nir les fonctions vitales jusqu'à ce qu'un taux positif

de charge soit à nouveau atteint L'erreur moins impor-

tante est l'interruption inutile de la mission de l'en-

gin spatial lorsqu'il reste, pour survivre à la période

anticipée de déficit de charge, une charge plus que suf-

fisante.

La présente invention a pour buts de réaliser une commande automatique de délestage pour un système énergétique d'un engin spatial qui évite les inconvénients de l'art antérieur; de réaliser une commande automatique de délestage pour un système énergétique d'un engin spatial qui utilise une mesure de l'énergie ajoutée et enlevée à un système de batterie, en partant d'un état initial de pleine charge, pour déterminer un moment pour le délestage; de réaliser une commande automatique de délestage pour un système énergétique d'un engin spatial qui utilise un rapport déterminable entre les rendements de charge et de décharge pour en déduire un état de charge basé sur l'énergie ajoutée et enlevée à un système de batterie,

en partant d'un état initial de pleine charge, pour dé-

terminer un moment pour le délestage; d'obtenir une solution satisfaisante pour le système

pour déterminer un moment pour le délestage en réunis-

sant toutes les non-linéarités de la batterie et du sys-

tème de charge en un rapport déterminable entre les rende- ments de charge et de décharge pour en déduire l'état de charge d'une batterie à partir d'un état initial de

pleine charge.

Selon un mode de réalisation recommandé de l'invention, on a réalisé un dispositif pour calculer un

un état de charge des accumulateurs d'un système de bat-

terie du type ayant au moins l'une d'entre elles d'une

capacité-source variable et une charge variable, compre-

nant un moyen de mesure du courant de charge et de dé-

charge des accumulateurs, un moyen avec un premier gain

pour accumuler une première valeur se rapportant au cou-

rant de charge, un moyen ayant un deuxième gain pour cal-

culer une deuxième valeur se rapportant au courant de décharge, un moyen pour établir la différence entre les première et deuxième valeurs pour établir un état de charge calculé du système de batterie, des moyens pour

initialiser le moyen de différence avec une valeur con-

nue de l'état de charge du système de batterie et des moyens pour choisir une valeur d'au moins un des premier et deuxième gains qui permette de fournir un signal de sortie du moyen de différence qui soit une approximation

d'un état de charge variable de la batterie.

Selon une caractéristique de l'invention, on a réalisé une méthode de calcul d'un état de charge des accumulateurs dans un système de batterie du type ayant

au moins l'une d'entre elles d'une capacité-source va-

riable et une charge variable qui consiste à mesurer un

courant de charge et un courant de décharge des accumu-

lateurs d'une batterie, calculer une première valeur se rap-

portant au courant de charge avec un premier gain, calculer une deuxième valeur se rapportant au courant de décharge avec un deuxième gain, établir une différence entre la première et deuxième valeurs pour obtenir un état de charge calculé du système de batterie, initialiser la différence avec une valeur connue de l'état de charge du système de batterie et choisir une valeur d'au moins un des premier et deuxième gain qui permette de fournir un signal de sortie du moyen de différence qui soit une

approximation d'un état de charge variable de la batte-

rie.

Selon une autre caractéristique de l'invention, on a réalisé un dispositif automatique de délestage d'un

système de batterie du type ayant au moins un accumula-

teur et au moins l'une d'entre elles une capacité-source variable et une charge variable, la charge comprenant une charge interruptible et une charge non interruptible, dispositif comprenant des moyens pour émettre un premier signal avec un premier gain en réponse à un courant de charge dans la batterie, des moyens pour produire un deuxième signal avec un deuxième gain en réponse à un

courant de décharge, des moyens pour établir la diffé-

rence entre le premier et le deuxième signal pour four-

nir un signal d'état de charge, des moyens pour initia-

liser le signal d'état de charge à une valeur fixe pré-

déterminée, des moyens pour choisir au moins l'un des premier et deuxième gains de manière à rendre le signal

d'état de charge représentatif d'un état de charge va-

riable de l'accumulateur, des moyens pour fournir un si-

gnal de référence de délestage, des moyens pour fournir

un signal de commande de délestage en réponse à une re-

lation prédéterminée entre le signal d'état de charge et le signal de référence de délestage, et un relais de délestage sensible au signal de commande de délestage

pour délester la charge interruptible.

Brièvement énoncé, la présente invention réa-

lise un système de délestage automatique ou semi-automa-

tique, commandé du sol dans lequel l'un d'une-série de rendements de charge de batterie que l'on peut choisir

peut être utilisé dans un ampère-heure-mètre pour cal-

culer une approximation de l'état de décharge d'un sys- tème de batterie en partant d'un état initial de pleine charge L'ampère-heure-mètre produit un signal de sortie qui est comparé à un signal de référence de délestage

pour fournir un point de délestage On fournit des réfé-

rences de délestage différentes pour différents nombres

d'accumulateurs et différentes conditions de fonctionne-

ment.

La description qui va suivre se réfère aux fi-

gures annexées qui représentent respectivement: figure 1, une vue en perspective d'un engin spatial en orbite autour d'une planète à laquelle on se référera

lors de la description du problème que doit résoudre la

présente invention; figure 2, un schéma synoptique simplifié d'une commande automatique de délestage selon un mode de réalisation de l'invention;

figure 3, une courbe à laquelle on se référera en décri-

vant le rendement de charge de la batterie; figure 4, un schéma synoptique d'un ampère-heure-mètre de la figure 2; figure 5, une famille de courbes de rendement de charge; figure 6, un schéma d'un accumulateur d'état de charge

de la figure 4.

En liaison avec la figure 1, on a représenté

de manière générale en 10, un engin spatial sur une or-

bite 12 autour d'une planète 14, telle que la terre par exemple On suppose, dans un but descriptif, que l'engin spatial 10, est un satellite de communications ayant une

antenne directionnelle 16 qui nécessite un pointage sui-

vant une ligne de visée 18 vers une antenne 20 d'une sta-

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tion'terrestre On obtient le courant nécessaire pour toutes les fonctions de l'engin spatial 10 à partir d'un panneau solaire qui est de préférence fixé dans un plan

normal à une ligne de visée 24 vers le soleil 26.

Ainsi qu'il est bien connu, la planète 14 bloque l'énergie solaire à partir d'un cône 28 situé sur

son côté éloigné du soleil 26 Pour certaines inclinai-

sons orbitales, qui ont lieu deux fois par an, une par-

tie 30 de l'orbite 12 se trouve à l'intérieur du cône 28,

ce qui bloque le rayonnement solaire pour le panneau so-

laire Pour certaines orbites terrestres, la durée maxi-

mum d'éclipse pendant laquelle l'engin spatial se déplace le long de la partie éclipsée de l'orbite 30 peut être

une heure ou plus.

Bien que le système énergétique de l'engin spa-

tial puisse être conçu pour survivre avec toutes ses fonctions maintenues pendant une durée maximum prévue d'éclipse, des charges électriques plus élevées que

prévu, une dégradation plus importante que prévu du pan-

neau solaire 22 ou une réduction plus rapide que prévu de la capacité de la batterie peut diminuer l'énergie électrique emmagasinée au delà du point de sécurité ou

de survie avant que l'engin spatial 10 ne vienne à nou-

veau à l'intérieur de la ligne de visée du soleil 26.

Avant et après la période d'éclipse maximum, le temps

pendant lequel l'oblitération solaire a lieu diminue pro-

gressivement. Le problème de l'éclipse périodique de l'engin spatial 10 peut être aggravé par la demande périodique de reconditionnement de l'un des accumulateurs du système de batterie nickel-cadmium Dans un système de batterie

nickel-cadmium en série, on reconditionne un accumula-

teur en le mettant hors service et en réduisant sa charge emmagasinée à zéro pendant un certain temps avant de le remettre en service On peut répéter ce cycle deux ou

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trois fois pendant le reconditionnement d'un accumula-

teur Pendant que l'on reconditionne un accumulateur d'un système de batterie, on demande aux accumulateurs restants de fournir la charge Si le reconditionnement d'un accumulateur est en train ou si un accumulateur est en panne, les accumulateurs restants doivent fournir une quantité d'énergie plus importante que d'habitude et sont, par conséquent, capables de subvenir à toutes les demandes en électricité de l'engin spatial pendant une durée réduite De plus, lorsqu'un accumulateur est mis hors service pour reconditionnement et/ou est remis en

service ensuite, le calcul de l'état de charge du sys-

tème de batterie devient plus complexe, comme on le ver-

ra dans la description.

En liaison maintenant avec la figure 2, le pan-

neau solaire 22 est prévu pour fournir de l'énergie par

une ligne 32 à un ensemble d'accumulateurs et de dispo-

sitif de régulation de puissance 34 dans un ensemble de

commande automatique de délestage 36 ' -L'ensemble accumula-

teurs et dispositif de régulation de puissance 34 contient

une série d'accumulateurs nickel/cadmium pour emmagasi-

ner l'énergie électrique reçue du panneau solaire 22

ainsi que des dispositifs classiques de mesure et de ré-

gulation Dans le cas présent, il suffit de noter que l'ensemble accumulateurs et dispositif de régulation de puissance 34 fournit l'énergie électrique emmagasinée

par une ligne 38 à une charge ininterruptible (non re-

présentée) et par une ligne 42 à un relais-de délestage

L'ensemble accumulateurs et dispositif de régu-

lation de puissance 34 fournit un signal lié au courant envoyé vers les, ou provenant des accumulateurs, sur une

ligne 46 vers un ampère-heure-mètre 44 De plus, l'en-

semble accumulateurs et dispositif de régulation de puissance 34 fournit un signal sur une ligne 47 et qui indique si le flux net de puissance se trouve dans les

accumulateurs (charge nette) ou en dehors d'eux (dé-

charge nette).

L'ampère-heure-mètre 44 accumule les courants de charge et de décharge en partant d'un état initial de pleine charge des accumulateurs pour maintenir un

calcul continu de la charge fournie par les accumula-

teurs à pleine charge C'est-à-dire que l'ampère-heure-

mètre 44 assure un calcul de l'état de charge ou de dé-

charge des accumulateurs dans l'ensemble accumulateurs

et dispositif de régulation de puissance-34 L'ampè-

re-heure-mètre 44 fournit un signal représentant l'état de charge ou de décharge du système de batterie vers un

système télémétrique (non représenté) par une ligne 48.

L'ampère-heure-mètre 44 compare aussi son cal-

cul de l'état de décharge des accumulateurs avec une va-

leur de seuil et, si l'état de décharge dépasse la va-

leur de seuil, indiquant que la charge restant dans les

accumulateurs est calculée trop faible, l'ampère-heure-

mètre 44 applique un signal de commande de délestage par

une ligne 50 au relais de délestage 40.

En l'absence d'un signal de commande de déles-

tage sur la ligne 50, le relais 40 applique le courant provenant des accumulateurs et qui lui est fourni par la ligne 42, via une ligne 52 à la charge interruptible

(non représentée) Lorsqu'un signal de commande de dé-

lestage est reçu sur la ligne 50, le relais de délestage interrompt le courant sur la ligne 52 pour placer ainsi l'engin spatial 10 en mode de survie, mode dans lequel seulement sont assurées les fonctions de soin et de surveillance indispensables pour permettre à l'engin spatial 10 de se maintenir en état de fonctionnement jusqu'à ce qu'à nouveau un état de charge positif soit atteint. Un certain nombre de signaux d'entrée sont

fournis, de manière commode, à partir d'une source exté-

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rieure telle que, par exemple, un système télémétrique classique, au dispositif automatique de commande de

délestage 36 Par exemple, il peut être commode d'empê-

cher le délestage basé sur un signal d'entrée télémé-

trique sur une ligne 54 envoyé à l'ampère-heure-mètre 44.

Ceci peut être effectué lorsque, par exemple, "une sta-

tion de contrôle", guidée par les données télémesurées sur l'état de charge ou de décharge des accumulateurs, peut maintenir les communications avec l'engin spatial 10 pendant une éclipse et avoir priorité sur la fonction automatique de délestage de l'ampère-heure-mètre 44 On

peut réserver l'utilisation de la caractéristique de dé-

lestage automatique aux moments o la "station de con-

trôle" est incapable de maintenir une communication avec

l'engin spatial 10.

L'état de charge réel des accumulateurs nickel/

cadmium est une fonction tellement non-linéaire de nom-

breux paramètres, y compris plusieurs qui varient avec

le vieillissement du système, qu'une représentation vrai-

ment précise de l'état de charge ou de décharge d'une

batterie nickel/cadmium est extrêmement difficile à réa-

liser à partir des paramètres que l'on peut connaître dans un environnement d'engin spatial Cependant, on a découvert qu'on peut atteindre une solution satisfaisante

pour le système en utilisant un certain nombre de simpli-

fications qui transforment les incertitudes en un coef-

ficient relativement simple qui peut être réglé du sol

suivant les paramètres que l'on peut mesurer.

Un accumulateur nickel/cadmium a comme caracté-

ristique que pourun courant donné, sa tension finale s'élève rapidement jusqu'à une valeur maximum lorsqu'il atteint la pleine charge En fonction du circuit de

charge réel, cette élévation de tension ou une diminu-

tion correspondante du courant de charge peut servir

d'état de référence qui, lorsque détecté, peut être in-

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terprété comme indiquant un état de pleine charge de

l'accumulateur Ainsi peut-on détecter un état de l'ac-

cumulateur: l'état de pleine charge On peut déterminer l'état de pleine charge d'une autre manière à partir de la connaissance de la durée d'exposition à la lumière du soleil du panneau solaire 22 C'est-à-dire que, dans,

un système dans lequel le panneau solaire 22 a une ca-

pacité de production d'électricité supérieure à la charge électrique normale, si le panneau solaire 22 a reçu un ensoleillement pendant une durée prédéterminée, et si la charge électrique des accumulateurs reste à l'intérieur

des paramètres de fonctionnement normaux, on peut suppo-

ser qu'il existe un état de pleine charge.

Ainsi qu'il est connu, on ne peut récupérer qu'une partie seulement de l'énergie emmagasinée dans un accumulateur Une manière d'avoir une approximation de la différence entre la charge fournie aux accumulateurs et celle récupérable est de supposer une différence de

rendement dans les processus de charge et de décharge.

En liaison avec la figure 3, par exemple, un rendement de décharge représenté par la ligne 56, est supposé

être 1,0 pour n'importe quel état de charge des accumu-

lateurs Inversement, le rendement de charge représenté

par la courbe 58 est fortement non-linéaire, particuliè-

rement pour les valeurs supérieures à 70 % de charge.

Pour de faibles valeurs de charge inférieures à 70 % par exemple, le rendement de charge peut être pratiquement linéaire et aussi élevé qu'environ 0,98 C'est-à-dire que, pour cet intervalle, on peut récupérer environ 98 pour cent de la charge fournie aux accumulateurs Pour des valeurs d'état de charge plus élevées, cependant, les rendements de charge chutent notablement jusqu'à

approcher de zéro à proximité de l'état de pleine charge.

Bien qu'en fait le rendement de décharge ne soit pas 1,0

dans un système réel de batteries, il n'y a pas d'incon-

vénient à mettre en oeuvre pratiquement un système uti-

lisant cette hypothèse puisque le paramètre important

est le rapport entre les rendements de charge et de dé-

charge plutôt que les valeurs en elles-mêmes.

On remarquera que les rendements représentés figure 3 sont bons pour seulement un point dans la vie d'un accumulateur et que le rapport charge/décharge peut varier, habituellement se dégrader, avec le temps De

* plus, les accumulateurs nickel/cadmium présentent un phé-

nomène "d'apprentissage" dans lequel, lorsque leur état

de charge répéte régulièrement un cycle entre des condi-

tions maximum et minimum bien au-dessus d'un état de dé-

charge complète, ils subissent une réduction de leur ca-

pacité d'accumulation On peut représenter cette diminu-

tion de la capacité d'accumulation, au moins en première approximation, par une modification du rapport entre les

rendements de charge et de décharge supposés Le proces-

sus de reconditionnement mentionné précédemment a ten-

dance à dominer le processus d'apprentissage et à redon-

ner à la batterie une valeur approchée de sa capacité

de départ Ceci implique, bien entendu, que le recondi-

tionnement modifie le rapport entre les rendements de

charge et de décharge.

En se reportant à nouveau à la figure 2, on applique un signal de commande de réglage de gain de charge par une ligne 60 à partir du système télémétrique (non représenté) à l'ampère-heure-mètre 44 La commande de réglage de gain de charge établit l'un d'une famille de rapport charge/décharge que l'ampère-heure-mètre 44

utilisera pour calculer un état de charge.

On applique une commande d'initialisation à

partir du système télémétrique par une ligne 62 à l'am-

père-heure-mètre 44 au moment o les accumulateurs sont

en pleine charge Ceci établit l'état initial pour cal-

culer l'état de charge ou de décharge des accumulateurs

basé sur le courant de charge ou de décharge tel que re-

présenté par le rapport de charge/décharge présumé.

Dans un système qui assure la modification du nombre d'accumulateurs actifs en service dans le système pour, par exemple, permettre de réaliser le recondition-

nement d'un accumulateur ou s'adapter à une panne d'ac-

cumulateur, on applique un signal de commande d'accumu-

lateur indiquant le nombre d'accumulateurs à utiliser

à partir du système télémétrique par une ligne 64 à l'am-

père-heure-mètre 44 et à l'ensemble 'accumulateurs et

dispositif de régulation de puissance 34 Dans l'en-

semble accumulateurs et dispositif de régulation de puissance 34, le signal de commande d'accumulateur agit sur un dispositif de commutation classique pour connecter un ou plusieurs accumulateurs pour les mettre

en service, ou hors service, pour emmagasiner et four-

nir de l'énergie Dans l'ampère-heure-mètre 44, le si-

gnal de commande d'accumulateur initialise les circuits de calcul pour effectuer les calculs nécessaires sur

la base du nombre d'accumulateurs utilisés et aussi re-

régler le seuil de délestage pour s'adapter a la capa-

cité modifiée de la batterie.

Sans intention de limiter le cadre de l'inven-

tion à un nombre particulier d'accumulateurs ou à un agencement particulier pour modifier leur utilisation,

on admettra ici dans le but de rendre la description

plus concrète une batterie utilisant trois accumulateurs nickel/cadmium Chaque accumulateur est supposé avoir

une capacité nominale dans le pire cas de 32 ampères-

heure pour une capacité totale de 96 ampères-heure On suppose qu'au plus l'un des trois accumulateurs tombe

en panne, ou peut subir un reconditionnement à tout mo-

ment Ainsi on dispose d'une capacité totale minimum sup-

posée de 64 ampères-heure lorsque les deux accumulateurs

en activité sont à pleine charge.

On commence le reconditionnement seulement

lorsque les trois accumulateurs sont en pleine charge.

On le commence avec l'application d'un signal "deux ac-

cumulateurs" sur la ligne 64 et un signal de commande d'initialisation sur la ligne 62 Le signal "deux accu- mulateurs" qui peut être, par exemple, un signal à deux états provoque la commutation hors service de l'un des trois accumulateurs dans l Vensemble accumulateurs

et dispositif de régulation de puissance 34 La combi-

naison du signal "deux accumulateurs" et de la commande

d'initialisation permet à l'ampère-heure-mètre 44 de dé-

buter les calculs à partir d'un état de pleine charge et de modifier les seuils de charge et de délestage pour s'adapter à la capacité réduite Lorsqu'un accumulateur reconditionné est remis en service, on envoie une deuxième commande d'initialisation qui agit à ce moment là pour remettre le seuil de délestage à la valeur normale pour

trois accumulateurs.

En liaison maintenant avec la figure 4, on a représenté un mode de réalisation de l'ampère-heure-mètre 44 comportant un amplificateur à commande de gain 66 qui reçoit le signal de courant de batterie par la ligne 46 à l'une de ses entrées et qui a son gain commandé par le signal de réglage de gain de charge sur la ligne 60 à son autre entrée Comme indiqué sur la figure, le gain G de l'amplificateur à commande de gain 66 est réglé à

une valeur inférieure à 1 On applique le signal de sor-

tie de l'amplificateur 66 par une ligne 68 aux contacts

d'un relais 70 Une bobine de commande du relais 70 re-

çoit le signal de sortie d'un comparateur 72.

On applique le signal provenant du relais 70

à une borne fixe 74 d'un relais 76 On applique directe-

ment le signal de courant de batterie sur la ligne 46 à une deuxième borne fixe 78 du relais 76 On applique à une bobine de commande 80 du relais 76 le signal charge/

décharge de la ligne 47 qui indique si le signal de cou- rant de batterie représente une charge ou une décharge.

Lorsqu'une décharge nette de l'énergie de la batterie a lieu, le signal charge/décharge sur la ligne 47 a pour effet de manoeuvrer le relais 76 dans la position repré- sentée dans laquelle son contact mobile est placé en contact avec la borne fixe 78 Puisque la borne fixe 78 est directement reliée au signal de courant de batterie sur la ligne 46, le gain sur ce trajet est 1 Lorsqu'une charge nette a lieu, le signal de charge/décharge sur la

ligne 47 a pour effet de placer le contact mobile du re-

lais 76 en contact avec la borne fixe 74 Puisqu'ainsi remarqué, le gain de l'amplificateur à commande de gain 66 est toujours inférieur à 1, un signal de charge sur

ce trajet a un effet réduit sur les circuits suivants.

On applique le signal provenant du contact mo-

bile du relais 76 à une entrée d'un accumulateur d'états de charge 82 On applique la commande d'initialisation sur la ligne 62 à une deuxième entrée de l'accumulateur

d'état de charge 82 On applique le signal de charge/dé-

charge sur la ligne 47 à une troisième entrée de l'accu-

mulateur 82.

Lorsqu'il reçoit une commande d'initialisation indi-

quant un état initial de pleine charge, l'accumulateur

d'état de charge accumule la charge positive qui repré-

sente une fraction du taux de fourniture réelle de la charge à la batterie telle que déterminée par le signal de réglage de gain de charge appliqué à l'amplificateur à commande de gain 66 et soustrait 100 pour cent de la charge enlevée à la batterie pendant les périodes de

charge nette.

L'accumulateur d'état de charge 82 fournit un signal de sortie fonction de ses calculs de la quantité de charge enlevée la batteriequi est appliqué par une ligne 83 à l'entrée plus d'un comparateur de délestage 84

et par une ligne 48 au système télémétrique (non repré-

senté) On applique le signal indiquant le nombre d'ac-

cumulateurs sur la ligne 64 à une entrée d'un générateur

de seuil 86 Le générateur de seuil 86 a pour effet d'en-

gendrer un signal de seuil de délestage qui dépend du nombre d'accumulateurs actuellement à l'état actif dans

la batterie Si l'accumulateur d'état de charge 82 four-

nit une tension analogique dans l'intervalle de, par exemple, zéro volt pour une charge nulle à cinq volts pour une pleine charge, alors avec trois accumulateurs de 32 ampères-heure en série dans la batterie, cinq volts représentent 96 ampères-heure Si on choisit le point de délestage, lorsqu'on utilise trois accumulateurs, de manière à ce qu'il fonctionne lorsque 75 pour cent de la charge originale est utilisé le générateur de seuil 86

fournit une tension de seuil de 1,25 volts.

Lorsqu'on utilise deux accumulateurs, on peut se permettre un appauvrissement de la charge légèrement plus important comme par exemple, 85 pour cent de la pleine charge Si on initialise l'accumulateur d'état de charge 82 à cinq volts, ce qui peut représenter néanmoins une capacité potentielle de 96 ampères-heure, lorsqu'on

l'initialise par un signal "deux accumulateurs", le-gé-

nérateur de seuil 86 fournit un signal de tension de

seuil de délestage de 2,167 volts On atteint cette ten-

sion de seuil de délestage lorsqu'on a utilisé une charge

de 54,4 ampères-heure ( 64 x 0,85) de la batterie.

La génération d'un signal de tension de seuil de délestage après retour à un fonctionnement avec trois

accumulateurs à partir d'un fonctionnement avec deux ac-

cumulateurs suivant le reconditionnement d'un accumula-

teur est la même que pour le fonctionnement avec deux accumulateurs précédemment décrit puisque la charge des deux accumulateurs à pleine charge ( 64 ampères-heure)

est également partagée entre les trois accumulateurs.

Si l'accumulateur remis en service est aussi en pleine

charge, l'application d'un signal de commande d'initia-

lisation normal sur la ligne 62 a pour effet de remettre le signal de tension de seuil de délestage à sa valeur de 1,25 volts pour trois accumulateurs. L'homme de l'art admettra que les valeurs de

tensions données à titre d'exemple et la séquence d'uti-

lisation peuvent être modifiées à la lumière de la pré-

cédente description sans pour cela s'écarter du cadre

de la présente invention.

On applique le signal d'interdiction de déles-

tage sur la ligne 54 à une bobine 88 d'un relais d'in-

terdiction de délestage 90 Les contacts 92 du relais 90

sont en série entre la sortie du comparateur de déles-

tage 84 et la ligne de commande de délestage 50 Ainsi, lorsque le relais d'interdiction de délestage 90 est excité, ceci empêche la ligne de commande de délestage 50

de recevoir une commande de délestage.

En choisissant de manière appropriée le réglage de gain de l'amplificateur à commande de gain 66 selon le programme charge/décharge prévu, la charge, l'état du panneau solaire et l'âge de la batterie, on peut arriver à une solution satisfaisante pour le système de commande automatique ou semi-autonome de délestage On

peut commander de différentes manières le gain de l'am-

plificateur 66 pour obtenir un fonctionnement satisfai-

sant du système de délestage On a représenté une de ces techniques figure 5 En supposant une température

de batterie constante, au fur et à mesure qu'une batte-

rie nickel/cadmium vieillit, son rendement de charge diminue Ainsi, on peut représenter le rendement de charge sur la durée de vie d'une batterie par une famille de courbes Une courbe supérieure 94 représente le rendement de charge d'une batterie neuve Les courbes inférieures 96

98 et 100 représentent les rendements de charge de bat-

teries de plus en plus vieilles Ainsi, le signal de réglage de gain de charge sur la ligne 60 peut choisir l'une des courbes de rendement de charge 94, 100 qui peut être emmagasinée dans l'amplificateur à commande de gain 66 ou qui peut être fournie sous forme de don- née sur la ligne de commande de réglage de gain de charge Pour une quantité donnée de charge dans la batterie, telle que déterminée à partir d'un signal de sortie de l'accumulateur de gain de charge 82 renvoyé sur une ligne 102, on ajuste le gain de l'amplificateur 66 pour obtenir un signal de sortie qui varie de la même manière

que le rendement présumé de la courbe choisie de la fi-

gure 5 Pour plus de commodité, les courbes continues

de la figure 5 peuvent être approchées par une approxi-

mation linéaire partielle Il est bien connu que plus

le nombre de segments linéaires utilisés dans une ap-

proximation linéaire partielle est grand, plus la repré-

sentation de la courbe continue globale est précise.

Selon un mode de réalisation de l'invention, on a utilisé

11 segments linéaires avec 12 points de données.

On peut effectuer le choix de l'une des courbes

de rendement de charge à utiliser à tout moment en fonc-

tion de la simulation et/ou des résultats empiriques.

Par exemple, on peut choisir une courbe de rendement de charge initiale avant le lancement de l'engin spatial 10

en se basant sur des essais au sol et une simulation uti-

lisant des données à priori sur la mission, l'alimenta-

tion électrique, la charge et le calendrier Après lan-

cement, on peut contrôler le rendement de charge réel

pendant les périodes de couverture télémétrique de l'en-

gin spatial pour déterminer avec quelle fidélité il suit le rendement prédit En effectuant cette détermination, les paramètres suivants sont importants: le temps d'atteinte de la pleine charge la longueur d'une période d'éclipse; le courant utilisé pendant une période d'éclipse

le courant utilisé pour revenir à la pleine charge.

En supposant qu'une période d'éclipse com-

mence lorsque tous les accumulateurs sont en pleine charge, on connait la quantité d'électricité réelle en ampères-heure prélevée à la fin de l'éclipse à partir du courant soutiré pendant cette éclipse Puisqu'on

peut obtenir la quantité d'électricité réelle néces-

saire pour remettre la batterie en pleine charge, on peut vérifier si le choix des courbes de rendement de charge 94-100 est correct, et, si le résultat se trouve

à l'extérieur de limites satisfaisantes, on peut utili-

ser une courbe différente représentant plus exactement l'expérience. Certains types de mission permettent en outre de simplifier l'ampèreheure-mètre 44 Par exemple, au lieu de modifier le gain de l'amplificateur à commande de gain 66 en fonction de l'état de charge calculé comme indiqué dans les paragraphes précédents, on peut maintenir le gain de l'amplificateur 66 constant à une

valeur choisie indépendamment de l'état de charge cal-

culé par l'accumulateur d'état de charge 82 Bien que l'état de charge calculé puisse donner des erreurs, la simplification du matériel permise par la méthode à gain fixe peut rendre cette méthode souhaitable, et en fait,

ceci représente le mode de réalisation recommandé.

Bien que les valeurs exactes de gain utilisées

dans l'amplificateur à commande de gain 66 puissent va-

rier d'une application à l'autre, dans le mode de réali-

sation recommandé, le gain est commandé par un nombre

binaire à 3 bits qui prend l'une des huit valeurs sui-

vantes: Nombre binaire Gain

000 0,910

001 0,865

0,823

011 0,785

0,751

101 0,719

0,690

111 0,664

On choisit l'un d'entre les nombres binaires ci-dessus avant le lancement comme représentant le mieux

le rendement de charge total du nouveau système de bat-

terie dans les types de mission prévus Plus tard, lorsque le vieillissement de la batterie ou toute autre

cause fait que la valeur de gain choisie est une appro-

ximation inadéquate des performances du système, on peut fournir une valeur différente par commande télémétrique

à partir du sol.

On a représenté figure 6 un mode de réalisation de l'accumulateur d'état de charge 82 On applique le signal de courant de batterie provenant du relais 76 (figure 4), soit directement à partir de la ligne 46 pendant la décharge, soit à partir de l'amplificateur à commande de gain 66 pendant la charge, à une entrée d'un convertisseur tension-fréquence 104 Le convertisseur tension-fréquence 104 fournit une fréquence de sortie qui est proportionnelle à sa tension d'entrée On applique le signal de sortie du convertisseur 104 à une entrée des portes ET 106 et 108 On appliquele signal charge/ décharge à une deuxième entrée de la porte ET 106 On applique aussi ce signal à l'entrée d'un inverseur 110 dont la sortie est reliée à une deuxième entrée de la porte ET 108 On relie la sortie de la porte ET 106 à

une entrée haute U d'un compteur réversible 112 On re-

lie la sortie de la porte ET 108 à l'entrée basse D du

compteur réversible 112 On applique la commande d'ini-

tialisation sur la ligne 62 à une entrée de remise à zéro R du compteur réversible Le nombre emmagasiné dans

le compteur 112 est envoyé à un convertisseur-numérique-

analogique 114.

Le convertisseur numérique-analogique peut comporter un intervalle de zéro à cinq volts qui couvre la gamme de valeurs que le compteur réversible 112 peut

emmagasiner Lorsqu'on remet à zéro le compteur réver-

sible 112 par la commande d'initialisation sur la ligne

62, le signal de sortie permet au convertisseur-numéri-

que-analogique 114 de fournir un signal analogique de

cinq volts qui peut être converti pour le système télé-

métrique au sol Au fur et à mesure que le compte dans

le compteur 112 diminue et augmente, le signal de sor-

tie du convertisseur numérique-analogique diminue et

augmente de manière correspondante.

Le compteur réversible 112 peut être, par exemple, un compteur à huit bits réversible ayant une capacité de comptage de 256 Ainsi lorsqu'on initialise le compteur 112 par la commande d'initialisation de la ligne 62, on peut y emmagasiner une valeur de 256 On peut ainsi agencer le conveltisseur numérique-analogique 114 pour qu'il fournisse un signal de 5 volts en réponse

à un compte de 256 dans le compteur 112 Au fur et à me-

sure que la charge est retirée de la batterie, le compte

dans le compteur 112 et la tension de sortie du conver-

tisseur numérique-analogique 144 diminuent de manière correspondante. Il est évident pour l'homme de l'art qu'on peut utiliser directement le contenu numérique du compteur

112 pour une transmission numérique, et aussi pour ren-

voi vers l'amplificateur à commande de gain 66 (figure 4) sans qu'il soit nécessaire de passer par la conversion en analogique dans le convertisseur numérique-analogique 144 Cependant, le circuit représenté figure 6 permet

de simplifier le circuit et conserve la capacité du sys-

tème télémétrique et par conséquent le mode de réalisation recommandé.

Claims (19)

REVENDICATIONS

1 Dispositif ( 44) pour calculer un état de charge d'accumulateurs dans une batterie ayant au moins une capacité source variable ou une charge variable, caractérisé en ce qu'il comprend: un moyen ( 66) pour mesurer un courant de charge et un courant de décharge des accumulateurs; des moyens ( 47,66,74) ayant un premier gain pour accumuler une première valeur fonction du courant de charge des moyens ( 47,66,78) ayant un deuxième gain pour calculer une deuxième valeur fonction du courant de décharge; des moyens ( 82) pour effectuer la différence entre la première et la deuxième valeurs pour obtenir un état de charge calculé de la batterie; des moyens ( 62) pour initialiser les moyens de différenciation avec une valeur connue de l'état de charge de la batterie; et des moyens pour sélectionner une valeur d'au moins

l'un des premier et deuxième gains qui a pour effet de pro-

duire un signal de sortie des moyens de différenciation ( 82) qui est une approximation d'un état de charge variable de

la batterie.

2 Dispositif pour calculer un état de charge d'une batterie selon la revendication 1, caractérisé en ce que

la valeur connue est un état de pleine charge.

3 Dispositif pour calculer un état de charge d'une batterie selon la revendication 1, caractérisé en ce que la batterie comporte au moins un premier et un deuxième accumulateurs et que la valeur connue est un état de pleine

charge d'au moins l'un des premier et deuxième accumulateurs.

4 Dispositif pour calculer un état de charge d'une batterie selon la revendication 3, caractérisé en ce que la valeur connue est un état de pleine charge de l'un des premier et deuxième accumulateurs et un état de décharge

totale de l'autre accumulateur.

Dispositif pour calculer un état de charge d'une batterie selon la revendication 3, caractérisé en ce que la valeur connue est un état de pleine charge

totalité des premier et deuxième accumulateurs.

6 Dispositif pour calculer un état de charge d'une batterie selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de sélection d'une valeur comporte des moyens pour choisir une courbe parmi une famille de rendement de

courbes de la batterie.

7 Dispositif pour calculer un état de charge d'une batterie selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de commande gain selon la courbe de rendement de charge et le signal de

sortie des moyens de différenciation.

8 Dispositif pour calculer un état de charge d'une batterie selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de sélection d'une valeur comportent un moyen

éloigné de sélection d'une valeur.

9 Dispositif pour calculer un état de charge d'une batterie selon la revendication 8, caractérisé en ce que

le moyen éloigné comprend un système télémétrique.

Dispositif pour calculer un état de charge de batterie selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de sélection d'une valeur comporte des moyens pour choisir une parmi une série de valeurs fixées du

premier gain.

11 Dispositif pour calculer un état de charge d'une batterie selon la revendication 10, caractérisé en ce que les moyens de sélection d'une valeur comporte un moyen

éloigné de sélection d'une valeur.

12 Dispositif pour calculer un état de charge d'une batterie selon la revendication 11, caractérisé en ce que le moyen éloigné de sélection d'une valeur comporte un

système télémétrique.

13 Dispositif pour calculer un état de charge d'une batterie selon la revendication 1, caractérisé en ce que la charge variable comprend une charge interruptible et une charge ininterruptible, en ce que le dispositif comprend un relais de délestage ( 40) qui a pour effet de délester la charge interruptible, un générateur de seuil ( 86) qui génère une tension de seuil d'un état de la batterie pour lequel le délestage doit avoir lieu et un comparateur ( 84) sensible à cette tension de seuil et à ladite approximation pour produire un signal de commande de délestage de commande de délestage étant efficace pour actionner le

relais de délestage et ainsi délester la charge interruptible.

14 Dispositif pour calculer un état de charge d'une batterie selon la revendication 13, caractérisé en ce que la batterie comporte au moins un premier et un deuxième

accumulateur et en ce que le générateur de seuil est sensi-

ble nombre d'accumulateurs qui sont actifs dans la batterie. Dispositif pour calculer un état de charge d'une batterie selon la revendication 14, caractérisé en ce que le nombre d'accumulateurs qui sont actifs comporte la totalité des accumulateurs et que la valeur connue est en

état de pleine charge de tous les accumulateurs.

16 Dispositif pour calculer unétat de charge d'une batterie selon la revendication 14,caractérisé en ce que la valeur connue est un état de pleine charge d'au moins un des accumulateurs et un état de décharge totale d'au

moins un autre des accumulateurs.

17 Dispositif pour calculer un état de charge d'une batterie selon la revendication 1, caractérisé en ce que des moyens ayant un premier gain comprend un dispositif pour régler ce premier gain à zéro pour les courants de charge inférieurs à une valeur prédéterminée ette valeur prédéterminée dépendant du nombre d'accumulateurs étant chargés. 18 Dispositif pour calculer unétat de charge d'une batterie selon la revendication 1, caractérisé en ce que le

moyen de différenciation comprend un convertisseur tensio-

fréquence ( 104) sensible aux dites première et deuxième valeurs pour produire une fréquence variable, un compteur réversible ( 112) qui effectue un comptage en réponse à la fréquence variable, des moyens de porte ( 106, 108) sensible à la première valeur pour appliquer la fréquence variable à l'une des entrées haut et bas du compteur ( 112) et sensible à la deuxième valeur pour appliquer la fréquence variable à

l'autre entrée.

19 Dispositif pour calculer un état de charge d'une batterie selon la revendication 18, caractérisé en ce que les moyens de différenciation comporte un convertisseur numérique-analogique ( 114) qui a pour effet de convertir un nombre se trouvant dans le compteur haut-bas en une

tension analogique correspondante.

Méthode de calcul d'un état de charge des accu-

mulateurs d'une batterie du type ayant au moins une capacité source variable ou une charge variable, caractérisée en ce qu'elle consiste à: mesurer un courant de charge et un courant de décharge des accumulateurs; calculer une première valeur reliée au courant de charge avec un premier gain; calculer une deuxième valeur reliée au courant de charge avec un deuxième gain; effectuer la différence entre la première et la deuxième valeur pour obtenir un état de charge calculé de la batterie; initialiser cette différence à une valeur connue de l'état de charge de la batterie; et choisir une valeur pour au moins l'un parmi les premier et deuxième gains dans le but d'obtenir une valeur de sortie de ladite différence qui soit une approximation

d'un état de charge variable de la batterie.

21 Dispositif de délestage automatique d'un système de batterie électrique du type ayant au moins une batterie et au moins l'une d'entre elle d'une capacité source variable et d'une charge variable, la charge comprenant une charge interruptible et une charge ininterruptible, caractérisé en ce qu'il comporte: des moyens pour fournir un premier signal avec un premier gain en réponse à un courant de charge de la batterie; des moyens pour fournir un deuxième signal avec un deuxième gain en réponse à un courant de décharge de la batterie; des moyens ( 62) pour initialiser le signal d'état de charge à une valeur fixe prédéterminée;

des moyens ( 60, 102) pour choisirau moins les pre-

mier et deuxième gains dans le but de rendre ce signal d'état de charge représentatif d'un état de charge variable d'au moins un accumulateur;

des moyens ( 86) pour fournir un signal de réfé-

rence de délestage; -

des moyens ( 84) pour fournir un signal de commande ( 50) de délestage en réponse à une relation prédéterminée entre le signal d'état de charge et le signal de référence de délestage; et un relais de délestage ( 40) sensible au signal de

commande de délestage pour délester la charge interruptible.

22 Dispositif de délestage automatique selon la revendication 21, caractérisé en ce que la valeur fixe prédéterminée comporte un état de pleine charge d'au moins

une batterie.

23 Dispositif de délestage automatique selon la revendication 22, caractérisé en ce que la batterie comprend au moins un premier et un deuxième accumulateurs et que la valeur fixe prédéterminée comporte un état de pleine charge

de tous les accumulateurs.

24 Dispositif de délestage automatique selon la revendication 22, caractérisé en ce que la batterie comprend au moins un premier et un deuxième accumulateurs et que la valeur fixe prédéterminée comporte un état de pleine charge du premier accumulateur et un état de décharge totale du

deuxième accumulateur.