FR2601821A1 - Dispositif de controle de niveau centralise pour batteries d'accumulateurs electriques - Google Patents

Abstract

DISPOSITIF D'AJOUT CENTRALISE, PARTICULIEREMENT DU TYPE A EFFET DE SOUPAPE DE TENSION SUPERFICIELLE, COMPRENANT UN SYSTEME DE VERIFICATION ELECTRIQUE DE L'EXISTENCE DU JUSTE NIVEAU DE L'ELECTROLYTE OU BIEN D'UN NIVEAU INSUFFISANT. CE MOYEN DE VERIFICATION SE COMPOSE D'UNE SONDE 26, INSEREE SUR L'UN DES BOUCHONS INTERMEDIAIRES 20 DU DISPOSITIF AUTO-NIVELLANT ET DERIVANT ELECTRIQUEMENT D'UN CIRCUIT RELIE AUX BORNES DE LA BATTERIE, DE FACON QU'IL CIRCULE AU TRAVERS DE LA SONDE, QUELLE QUE SOIT LA TENSION DE LA BATTERIE ET QUEL QUE SOIT L'ELEMENT SUR LEQUEL EST INSERE LE BOUCHON, UN COURANT INSUFFISANT POUR CREER DES RISQUES D'EXPLOSION, MAIS QUI SUFFISE A METTRE EN ROUTE UN SIGNAL QUI DONNE UNE PREMIERE INDICATION QUE LE NIVEAU EST ATTEINT ET UNE SECONDE INDICATION DIFFERENTE QUE LE NIVEAU EST INSUFFISANT.

Description

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DISPOSITIF DE CONTROLE DE NIVEAU CENTRALISE POUR BATTERIES

D'ACCUMULATEURS ELECTRIQUES.

L'invention se rapporte à un dispositif de contrôle de niveau centralisé pour batteries d'accumulateurs électriques.

Plus particulièrement, elle concerne un dispositif comportant une signalisation lumineuse de l'insuffisance du niveau et/ou d'actionnement de dispositifs électriques de service pour que la solution aqueuse de l'électrolyte atteigne le

niveau correct.

Il est bien connu que les accumulateurs électriques, en particulier les accumulateurs plomb-acide, en raison du faible rendement de la charge, de l'évaporation de l'eau et de l'entraînement de la partie gazeuse, en particulier 15 pendant la surcharge inévitable, consomment l'eau distillée utilisée pour diluer l'électrolyte. Cette perte d'eau, dans une certaine mesure, ne peut pas être évitée et, pour cette raison, l'ajustement fréquent du niveau par ajout d'eau distillée est indispensable. En effet, le fait de ne pas 20 ajouter de l'eau distillée diminue de façon imprévisible la durée de vie de la batterie et augmente sérieusement les coûts du transport. En outre, l'abaissement du niveau de l'eau diminue également le degré de sécurité de la batterie, - 2 à cause du risque qu'une étincelle puisse jaillir dans la chambre formée par la partie découverte des plaques et des barrettes, souvent remplie par un mélange parfaitement détonant. Par conséquent, maintenir le juste niveau est non seulement avantageux mais est aussi indispensable, en particulier dans le cas des batteries dites anti-déflagrantes, c'est-à-dire aptes à fonctionner dans des milieux avec risques d'explo10 sion et dans lesquelles il est nécessaire de s'assurer l'intervention d'instruments aux fins de rétablir le niveau ou de signaler son abaissement. Dans la technique des transports électriques autonomes o les batteries d'accumulateurs, utilisées comme réservoirs d'énergie de bord, se 15 déchargent et se rechargent en restant toujours installées

sur le chariot, on utilise généralement un système d'ajout automatique centralisé de tous les éléments de la batterie.

Ce dispositif permet d'effectuer l'ajout mais ne donne pas 20 la confirmation que l'opération s'est bien déroulée.

Ce contrôle revêt une importance particulière et est nécessaire spécialement dans le cas de batteries anti-déflagrantes car il peut arriver que l'efficacité du système d'ajout 25 soit réduite par quelque inconvénient mécanique ou que le

personnel chargé de l'opération, par inattention, ne l'utilise pas. Ces inconvénients sont dus en partie au fait que, la consommation d'eau étant réduite, surtout dans les accumulateurs de fabrication plus soignée, le nombre 30 d'ajouts est très réduit.

Pour pallier les inconvénients ci-dessus, l'invention prévoit un dispositif de contr8le de niveau centralisé pour batteries pourvu d'un système de contrôle qui signale non 35 seulement l'abaissement du niveau mais également la mise en route du dispositif d'ajout et le rattrapage du niveau exact. - 3 Dans son aspect le plus général, le dispositif de l'invention comprend un dispositif électrique qui contrôle que le niveau est exact ou plus bas; ce dispositif est constitué par une sonde, placée sur l'un des bouchons intermédiaires 5 du dispositif de contrôle de niveau et dérivée électriquement d'un circuit connexe aux extrémités de la batterie de façon que, quelle que soit la tension de la batterie et quel que soit l'élément sur lequel on insère le bouchon, il circule à travers la sonde un courant insuffisant pour créer 10 des risques d'explosion mais permettant qu'entre en fonctionnement un signal qui indique que le niveau est correct

ou trop bas.

Ce dispositif garantit l'impossibilité qu'il y ait une 15 explosion même en présence de deux pannes en même temps,

indépendantes l'une de l'autre.

Le dispositif de vérification permet de visualiser deux

niveaux d'intervention.

Le premier, plus simple, indique si le niveau est descendu au-dessous d'une valeur inférieure à celle indiquée (par exemple au moyen d'un signal lumineux, par exemple rouge) et indique, au moyen d'un signal lumineux d'un autre type - par 25 exemple vert - si l'usager ainsi averti a, par l'intermédiaire du dispositif centralisé, rétabli le niveau correct.

Ceci est généralement suffisant pour les batteries des chariots communs qui se déplacent dans des ambiances o l'atmosphère est dénuée de risques d'explosions. Dans ce 30 type de batteries, ce dispositif permet d'éviter qu'elles soient endommagées et de devoir procéder, très tôt, à la

révision de l'installation.

L'autre intervention, par contre, procure la sécurité 35 intrinsèque du chariot au-delà de l'endommagement de la batterie. A cette fin, la batterie comprend un signal électrique qui, tout seul, donne l'autorisation de commencer la charge seulement dans le cas o le niveau est correct et, - 4 avant la charge, requiert d'insérer et d'actionner l'ajout centralisé. Toutes ces opérations sont réalisées par l'intermédiaire 5 d'une sonde conductrice qui, depuis un bouchon, descend dans un élément intermédiaire jusqu'au niveau de l'acide, fermant le circuit avec apparition d'un signal quand elle est immergée, dérivant d'un circuit limité inséré entre les bornes de la batterie. Afin que la sonde n'engendre pas de risque 10 ultérieur, il convient de disposer les deux circuits de

façon à ne jamais introduire dans la chambre des gaz de l'énergie à un degré tel qu'elle puisse provoquer la réaction du mélange stoechiométrique d'hydrogène et d'oxygène présent au-dessus du niveau de l'acide et obtenu par 15 électrolyse de l'eau.

Cela ne doit jamais se produire même si le bouchon qui porte la sonde est par erreur introduit dans quelque cheminée adjacente à la cheminée pilote sur laquelle il a été disposé 20 à l'avance et que cela se produise soit en phase de repos,

soit en phase de décharge ou de recharge.

Les caractéristiques constructives et fonctionnelles du dispositif objet de l'invention sont mieux explicitées par 25 la description détaillée qui suit et dans laquelle référence

est faite aux dessins annexés qui représentent deux modes de réalisation préférés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et dans lesquels:30 La figure 1 représente la section d'un bouchon du dispositif de contr8le de niveau, inséré symbolique- ment sur le couvercle d'un élément et relié au circuit électrique de signalisation; La figure 2 représente un schéma électrique particulier pour batteries à 12 V avec des valeurs préférées des constantes électriques des composants; - 5 La figure 3 représente trois diagrammes du courant total et de sonde pour batterie au repos, en phase de charge et de décharge complète; La figure 4 représente un schéma électrique préféré, mais non exclusif, dans lequel ne s'illuminent pas des diodes électroluminescentes, mais o le circuit est en mesure d'émettre des signaux électriques aux usagers sans que pour autant ce dispositif fasse circuler des 10 courants de valeurs essentiellement différentes de

celles indiquées à la figure 3.

La figure 1 illustre la partie supérieure d'un élément intermédiaire d'une batterie d'accumulateurs comprenant un 15 bac 1 contenant le groupe de plaques ayant une polarité 2

ainsi que celles ayant une polarité opposée 3, plongées dans l'électrolyte 4. Sur les bords libres du bac 1 est soudé, de préférence par soudure thermique autogène, le couvercle 5 muni de deux trous latéraux avec des douilles étanches 6 et 20 7, et au moins un trou central ou cheminée ll fileté.

A travers les douilles étanches 6 et 7 sont insérés les deux pieds 8 et 9 soudés aux groupes 2 et 3 et aux connecteurs en série 10 et 10'. Au travers du trou ou cheminée centrale 11 25 s'échappent les gaz de charge et/ou d'auto-décharge ainsi que les ajouts servant à maintenir le niveau H prévu pour un

bon fonctionnement.

Sur la cheminée 11 est bloqué, au moyen d'une vis, un 30 bouchon creux 20 serré sur un joint d'étanchéité 21. La chambre 22 du bouchon 20 est pourvue, dans sa partie centrale, d'un chalumeau tubulaire 24 solidaire du fond de la

chambre elle-même.

En outre, sur ledit fond et à côté du chalumeau 24 ont été pratiqués des trous ayant un diamètre calibré 23. Dans la même chambre 22 confluent les tubes 29 d'arrivée et 30 de

sortie de l'eau distillée du circuit centralisé.

- 6 Sur le corps du bouchon 20 est vissé le petit couvercle 25

qui rend étanche vers l'extérieur la chambre 22.

De cette façon, l'eau qui afflue de 29 à travers les trous 5 23 retombe dans l'électrolyte jusqu'à ce que l'air sorte du chalumeau 24 et ainsi le niveau monte jusqu'à la limite H correcte. Le niveau de l'eau qui est restée dans la chambre 22 monte 10 jusqu'à ce qu'il crée une contrepression qui pousse l'eau

vers la sortie 30.

Ceci est le schéma de fonctionnement, valable pour tous les bouchons de batterie, qui réalise avec le bouchon l'auto15 nivellement de tous les éléments.

En outre, selon l'invention, le bouchon pilote 20 porte, fixée et étanche sur son propre couvercle 25, une électrode auxiliaire ou sonde 26 en matière conductrice anti-acide, de 20 préférence en alliage de plomb. En particulier, la sonde 26

est en alliage plomb-antimoine et est revêtue d'une couche poreuse ou réseau anti-acide afin d'empêcher la précipitation du plomb peroxydé. Cette sonde 26 est solidaire, ainsi que le petit couvercle à filet de serrage à écrou 27, à une 25 cosse d'un câble conducteur 28.

Le pied de la sonde 26 descend jusqu'au niveau correct H et est immergé d'une certaine hauteur (qui n'est pas supérieure à 10 mm) quand l'ajout atteint le niveau correct H, tandis 30 qu'il se trouve découvert quand ce niveau H n'est pas atteint. Les connecteurs intermédiaires 10 et 10' de l'élément intermédiaire sont reliés en série à tous les autres éléments, 35 jusqu'aux bornes 41 et 42 de la batterie. Le terminal 27 de la sonde 26 est relié par un petit câble 28 à un cadre de contrôle 40, à une borne 41, c'est-à-dire au pôle positif de la batterie. Par conséquent, chaque fois que le pied de la - 7

sonde 26 sera plongé dans l'acide, on aura un passage de courant entre la sonde et le groupe négatif de la plaque de l'élément intermédiaire; l'intensité de ce courant est déterminée par la tension des éléments placés en série. Le 5 courant qui circule à travers le câble 28 fait fonctionner un signal lumineux sur le cadre 40.

Le dispositif de l'invention permet de régler cette intensité dérivée, en la réduisant à une valeur qui offre la 10 sécurité intrinsèque de façon qu'au moment de la fermeture

du circuit entre la sonde et l'électrolyte, on n'ait jamais une énergie qui puisse provoquer l'explosion des gaz autour de la sonde elle-même, gaz qui - on le sait parfaitement sont en relation stoechiométrique exacte et, par conséquent, 15 présentent le risque maximum d'explosion.

Le dispositif de l'invention permet en outre d'effectuer ce réglage même dans le cas o, par inattention, le bouchon ou la sonde serait placé sur une cheminée plutôt que sur une 20 autre cheminée adjacente à l'élément pilote, faisant varier

la tension en série avec la sonde elle-même.

Le système de réglage 40 y pourvoit. Il est toujours placé sur la batterie, aussi bien en phase de décharge qu'en phase 25 de charge, et permet d'avoir un signal 43 (par exemple diode électroluminescente rouge) d'absence de courant vers la sonde 26, c'est-à-dire de carence de niveau, ou bien un autre signal 44 (par exemple diode électroluminescente verte) qui indique le passage de courant vers la sonde, 30 c'est-à-dire le fait que le niveau couvre l'extrémité de la

sonde 26.

Ceci est obtenu en utilisant pour le réglage le schéma de la figure 2 o, entre les deux extrémités de la batterie (dans 35 ce cas de 12 V), un circuit ayant la résistivité nécessaire est dérivé entre les terminaux des deux bornes extrêmes 41 - 8

et 42 de la batterie elle-même; par conséquent, on a un flux de courant extrêmement réduit qui, en cas d'interruption occasionnelle, ne peut pas provoquer une explosion.

Par l'intermédiaire des transistors bipolaires T1 et T2 de ce circuit dérivent les circuits d'alimentation des diodes électroluminescentes rouge 43 et verte 44 qui n'entrent en fonction selon les cas qu'à la sonde 26, car elle n'est pas immergée, la tension n'arrive pas à la base de T2 ou bien la 10 tension y arrive du fait que ladite sonde est immergée. Dans un cas, c'est-à-dire lorsque le circuit vers la sonde est ouvert, la diode électroluminescente 43 (rouge) s'allume et constitue une alarme, tandis que dans le deuxième cas, c'est-à-dire lorsque le circuit vers la sonde est fermé, 15 c'est la diode 44 (verte) qui s'allume, pour indiquer que

tout est conforme.

Pour une sécurité intrinsèque, il est nécessaire que cette fonction soit remplie avec des courants minimes afin de ne 20 jamais atteindre - avec de très grandes marges de sécurité

la limite de l'énergie qui provoque une explosion.

Dans la pratique on a pu, avec le schéma de la figure 2, avec les fonctions qui y sont indiquées, avec les notations 25 habituelles et avec les valeurs des mêmes fonctions préférées indiquées dans le tableau au bas du schéma, réaliser de bonnes valeurs de courant, quelles que soient les conditions d'utilisation des batteries (repos, décharge, recharge), et quel que soit celui des six éléments qui constituent la 30 batterie o est insérée la sonde.

Pour constater le fait que les proportions sont justes, on a effectué des essais d'absorption ou courant total du circuit de signalisation (It) et du circuit vers la sonde (Is) quand 35 cette dernière est plongée dans l'électrolyte à un niveau qui doit rester à pas plus de 10 mm. Les valeurs de It et Is obtenues pendant les essais ont été reportées dans les

diagrammes des figures 3a, 3b, 3c.

- 9 Dans le diagramme 3a est mise en évidence la variation de It et de Is lorsque la sonde est transférée du premier (1) au sixième (6) élément (selon le dessin, ce fait est indiqué avec une échelle décuplée et montre les absorptions vers la sonde). Il en résulte que la sonde commence à émettre du courant après le deuxième élément et que ce courant, après le deuxième élément, s'accroit logiquement de façon linéaire, 10 passant de 0,15 à 1,0 mA, et en particulier atteignant la

valeur de 0,33 mA dans le troisième élément.

Le courant total It varie de façon linéaire de 8,875 mA à 10,25 mA, valeurs qui n'ont aucune influence sur la batterie 15 et ne comportent pas une puissance capable de provoquer

l'explosion des gaz.

Lorsque la batterie est déchargée, si on choisit le troisième élément comme élément pilote, car le deuxième pourrait 20 descendre à des tensions trop basses pour mettre en action la diode électroluminescente à travers les transistors, les tensions ont le profil indiqué à la figure 3b selon les

échelles habituelles.

Naturellement, les valeurs des courants descendent mais

la diode électroluminescente reste toujours allumée si la tension ne descend pas à des valeurs inférieures à 1,33 V/élem. A ces valeurs peut s'allumer la diode rouge même si le niveau est correct, ce qui induit à faire rechar30 ger la batterie, après avoir ajusté le niveau et avec batterie en décharge interrompue et réhabilitation de l'alarme.

Tout ceci est favorable à une bonne conservation de la batterie en empêchant des décharges trop complètes. 35 Par conséquent, il est préférable d'utiliser le troisième élément même si les éléments successifs ne présentent aucun risque. Enfin, toujours en positionnant la sonde sur le - 10 troisième élément, on a contrôlé le courant dans le cas de

risque maximum et avec le débit maximum.

La figure 3b met en évidence les variations de débit Is de 5 la sonde de 0,22 à 1,32 mA, valeur qui donne toujours une sécurité maximum, tandis que les courants totaux It ont un diagramme qui simule la tension de charge, mais avec des

valeurs toujours réduites.

Cette démarche, si elle exclut les risques sur n'importe quel élément, conseille ultérieurement d'utiliser le troisième élément comme élément pilote, surtout pour éviter d'avoir en charge des valeurs de courant vers la sonde qui puissent en écourter la durée par suite de corrosion, 15 toujours en l'absence de risques, mais seulement parce que sa réduction de durée indiquerait certes une carence d'eau présumée, mais n'arriverait jamais à faire fonctionner la

batterie en dessous du niveau.

Afin de faciliter la construction, on a pensé à unifier le circuit de contrôle sur le schéma 2, correspondant à une tension de 12 V aux bornes de la batterie, tension limite

inférieure dans la construction de batteries de traction.

Dans le cas d'une tension supérieure, on peut insérer après la borne positive de la batterie une résistance de réglage qui limite le courant It et Is aux valeurs propres au schéma de la figure à 12 V; par exemple pour une batterie de 24 V, cette résistance a une valeur de 1,500 K Z 30

Une variante intéressante du régulateur 40 de la figure 1 et du circuit de la figure 2 peut être réalisée avec le circuit représenté à la figure 4, en particulier avec les valeurs préférées indiquées dans le tableau au bas de ladite figure 35 4.

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Avec le circuit de la figure 4, toujours dérivé aux bornes de la batterie de 12 V, quand le niveau H atteint la sonde 26, il est possible d'obtenir en même temps que l'allumage de la diode électroluminescente rouge la mise sous tension 5 d'une commande pour télé-rupteur en mesure de commander un organe électrique AC qui est un accessoire du système de charge, par exemple capable de faire fonctionner la bobine d'autorisation au début de la recharge de la part du redresseur et/ou de donner l'ordre d'ajouter de l'eau distillée 10 avec une pompe d'alimentation ou par aspiration.

A la figure 4 est montré un schéma de moyens en eux-mêmes bien connus, mais avec les valeurs des fonctions indiquées dans le tableau au bas de la figure. 15 Dans tous les cas, on réalise des conditions qui rendent impossible la détonation du mélange explosif qui est dans la

batterie, même pour deux pannes simultanées du dispositif.

Le dispositif de l'invention, prévu en lui-même à 12 V ou muni d'une résistance de réglage pour d'autres tensions, est

conforme aux normes européennes EN 50.014 et EN 50.020.

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Claims (10)

Revendications

1. Dispositif de contrôle de niveau centralisé pour batteries d'accumulateurs électriques plomb-acide, comprenant un système d'ajout automatique fixé sur le bouchon (20) de la cheminée et un moyen de signalisation, caractérisé par le fait que ce moyen de signalisation comprend une sonde (26), constituée par un conducteur en alliage résistant à l'acide sulfurique, fixée sur le bouchon d'ajout d'un élément de la batterie, plongée dans l'électrolyte de l'élément pour une hauteur qui n'est pas supérieure 10 à 10 mm quand l'électrolyte est au juste niveau et reliée à

la borne positive de la batterie à travers un régulateur (40) pourvu d'un circuit de résistivité qui - réduit le courant à des valeurs plus basses que celles nécessaires pour provoquer l'explosion du mélange d'hydrogène et d'oxy15 gène présent autour de la sonde.

2. Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que la sonde est fixée au bouchon d'ajout

du troisième élément.

3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2,

caractérisé par deux circuits dérivant du circuit du régulateur, et entrant l'un ou l'autre en fonctionnement selon la tension qui arrive de la sonde et selon que celle-ci plonge 25 ou ne plonge pas dans l'électrolyte.

4. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'à partir du circuit du régulateur, dérive un circuit qui alimente une diode électroluminescen30 te, quand le courant arrive dans la sonde, et à la mise sous

tension de la commande d'un organe électrique (AC) accessoire, quand le courant n'arrive pas dans la sonde.

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5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes,

caractérisé en ce que le courant qui passe à travers la sonde dérive d'un circuit d'absorption continuelle entre les 5 deux bornes de la batterie, à travers des transistors de puissance qui ferment ou ouvrent les circuits de signalisation selon que passe ou ne passe pas la tension provenant de la sonde, avec, dans tous les cas, le courant qui passe dans le circuit principal - à travers d'importants moyens limi10 teurs - ayant une valeur d'une dizaine de milliampères, et

le courant qui passe dans la sonde ayant une valeur inférieure à quelques milliampères, valeur qui, en aucun cas, n'atteint le niveau nécessaire pour faire exploser le mélange.

6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes,

caractérisé en ce que quand la batterie a une tension supérieure à 12 V, on ajoute une résistance de réglage après la 20 borne positive, afin de porter la tension à cette valeur.

7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes,

caractérisé en ce que les limites de sécurité par rapport à 25 l'amorçage des gaz sont assurées pendant le repos, la décharge et la charge de la batterie et que le circuit électrique de signalisation est inséré immédiatement et automatiquement lorsque la batterie est arrêtée sur le circuit de charge ou d'utilisation. 30

8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes,

caractérisé par le fait que la sonde est en alliage plombantimoine et est revêtue d'une couche poreuse ou réseau 35 anti-acide pour empêcher la précipitation du plomb peroxydé.

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9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes,

caractérisé en ce que la sonde est placée de manière étanche au sommet d'un petit couvercle à vis et passe à travers la 5 chambre d'un bouchon pour ajout avec auto-nivellement à soupape à tension superficielle.

10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes,

caractérisé par le fait que du circuit du régulateur dérive

une impulsion électrique qui met en action un signal lumineux et un circuit d'introduction de l'appareil de charge dans le cas o la sonde est immergée et, si la sonde n'est pas immergée, met en route l'alimentation en eau distillée 15 au moyen d'une soupape électrique et/ou d'une pompe aspirante.