FR2683093A1 - Rapid-charging method for batteries - Google Patents
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Abstract
Description
Procédé de charae rapide pour batterie
L'invention concerne un procédé de charge rapide pour batterie disposant d'au moins un élément accumulateur et notamment pour batterie susceptible d'être portée à une température relativement haute, par exemple de l'ordre de 35 à 70oC. Rapid battery charae process
The invention relates to a rapid charging method for a battery having at least one accumulator element and in particular for a battery capable of being brought to a relatively high temperature, for example of the order of 35 to 70oC.
De manière connue, il existe une demande grandissante pour des éléments d'accumulateurs portables supportant des recharges rapides, tels les éléments de type cadmium-nickel. Ces éléments sont classiquement réalisés sous forme de modules cylindriques ou prismatiques étanches, exploitables soit isolément, soit associés à d'autres modules identiques avec lesquels ils sont éventuellement regroupés dans un même conditionnement.In known manner, there is a growing demand for portable accumulator elements supporting rapid recharges, such as elements of the cadmium-nickel type. These elements are conventionally produced in the form of sealed cylindrical or prismatic modules, which can be used either in isolation or associated with other identical modules with which they may be grouped together in the same packaging.
Les possibilités de charge rapide permettent de réduire la capacité nécessaire dans de nombreuses applications et par conséquent la taille et le coût des batteries, par contre elles demandent la mise en oeuvre de procédés de charge de batterie où l'évolution du processus de charge est contrôlé avec une grande précision pour faire fonctionner les batteries dans des conditions optimales, sans risque d'avarie ou de détérioration prématurée.The possibilities of fast charging make it possible to reduce the capacity necessary in many applications and consequently the size and the cost of the batteries, on the other hand they require the implementation of battery charging methods where the evolution of the charging process is controlled. with great precision to operate the batteries in optimal conditions, without risk of damage or premature deterioration.
Un procédé connu prévoit de prendre en compte la chute de tension se produisant aux bornes d'une batterie en fin de charge pour commander l'arrêt de cette charge.A known method provides for taking into account the voltage drop occurring at the terminals of a battery at the end of the charge in order to control the stopping of this charge.
Cette chute de tension succède à une montée en température de la batterie ce qui est un inconvénient qui s'accroît avec la rapidité de charge.This drop in voltage follows a rise in temperature of the battery, which is a drawback which increases with the rapidity of charging.
De plus il y a diminution des variations de la tension aux bornes d'une batterie en cours de charge, lorsque la batterie est à une température relativement élevée de la gamme de température évoquée plus haut, ce qui rend difficile le choix de l'instant d'arrêt de charge, alors que dans ces conditions la batterie peut être soumise à un fort courant, alors que sa tension est élevée et que sa température croît rapidement.In addition, there is a decrease in the variations of the voltage at the terminals of a battery during charging, when the battery is at a relatively high temperature of the temperature range mentioned above, which makes it difficult to choose the instant. charging stop, while under these conditions the battery may be subjected to a strong current, while its voltage is high and its temperature increases rapidly.
Un autre procédé connu prévoit de prendre en compte l'augmentation de l'intensité du courant traversant une batterie en fin de charge, lorsque, bien entendu, ce courant n'est pas maintenu constant, pour déclencher l'arrêt de charge.Another known method provides for taking into account the increase in the intensity of the current passing through a battery at the end of charging, when, of course, this current is not kept constant, in order to trigger the charging stop.
Ce procédé implique de connaître la constitution de la batterie, en particulier le nombre et l'intensité nominale des éléments qui la composent, pour déterminer la valeur de limitation de tension pour laquelle le courant de charge décroît.This process involves knowing the constitution of the battery, in particular the number and nominal current of the elements that compose it, to determine the voltage limitation value for which the charging current decreases.
De plus ce procédé ne donne pas de bons résultats avec une batterie dont la température est basse, le plus classiquement, en raison de la température ambiante.In addition, this process does not give good results with a battery whose temperature is low, most conventionally, due to the ambient temperature.
L'invention propose donc un procédé de charge rapide de batterie à courant constant et tension libre permettant la réalisation de charges rapides dans une gamme étendue de températures avec un arrêt de charge intervenant avant les montées en pression et en température de la batterie en charge et ce indépendamment du nombre d'éléments en fonction de cette batterie.The invention therefore provides a rapid battery charging method with constant current and free voltage allowing rapid charging to be carried out over a wide range of temperatures with a charging stop occurring before the pressure and temperature rises of the battery being charged and regardless of the number of cells depending on this battery.
Selon une caractéristique de l'invention, le courant de charge est brièvement interrompu à intervalles réguliers de temps pour de courtes durées qui correspondent chacune au laps de temps nécessaire pour que la tension aux bornes de la batterie atteigne une valeur de plateau pour laquelle elle cesse de décroître après l'instant d'interruption. La charge rapide est interrompue, lorsque la variation de l'écart, mesuré à chaque interruption brève, entre les tensions en début et en fin de cette interruption brève, dépasse une valeur déterminée légèrement supérieure à une valeur minimum de variation. According to a characteristic of the invention, the charging current is briefly interrupted at regular intervals of time for short durations which each correspond to the period of time necessary for the voltage across the terminals of the battery to reach a plateau value for which it ceases to decrease after the moment of interruption. The rapid charge is interrupted when the variation of the difference, measured at each brief interruption, between the voltages at the start and at the end of this brief interruption, exceeds a determined value slightly greater than a minimum value of variation.
L'invention, ses caractéristiques et ses avantages sont précisés dans la description qui suit, en liaison avec les figures répertoriées ci-dessous.The invention, its characteristics and its advantages are explained in the following description, in conjunction with the figures listed below.
La figure 1 présente un diagramme montrant l'évolution de la tension aux bornes d'une batterie chargée à courant constant, lorsque cette batterie est d'une part à O"C, d'autre part à 50"C. FIG. 1 presents a diagram showing the evolution of the voltage across a battery charged at constant current, when this battery is on the one hand at O "C, on the other hand at 50" C.
La figure 2 présente un diagramme de définition d'une interruption de charge.Figure 2 presents a diagram of definition of a load interruption.
La figure 3 présente un diagramme montrant l'évolution des tension V1 et V2 relevées aux bornes d'une batterie l'une au début et l'autre à la fin de chacune des brèves interruptions cycliques de charge intervenant dans le procédé de charge selon l'invention ainsi que la courbe représentative de la variation de leur écart au fur et à mesure d'une charge.FIG. 3 presents a diagram showing the evolution of the voltages V1 and V2 recorded at the terminals of a battery, one at the beginning and the other at the end of each of the brief cyclic charge interruptions occurring in the charging process according to the invention and the curve representative of the variation of their difference as and when a charge.
De manière connue, la charge d'une batterie, de type cadmium-nickel,comportant au moins un élément d'accumulateur se décompose en deux phases, une première phase où il y a normalement une oxydoréductionendothermique de la matière active des électrodes, sans dégagement gazeux; une seconde phase lui succède lorsque toute la matière active des électrodes a été transformée.In a known manner, the charging of a battery, of cadmium-nickel type, comprising at least one accumulator element breaks down into two phases, a first phase in which there is normally an endothermic oxidation-reduction of the active material of the electrodes, without release gaseous; a second phase follows after all the active material of the electrodes has been transformed.
La batterie entre alors dans une phase de surcharge où l'énergie, qui lui est fournie, produit un dégagement d'oxygène sur chaque électrode positive, la réduction de cet oxygène s'effectuant sur chaque électrode négative, une augmentation de la pression interne se produit alors, si la batterie est étanche, et il y a échauffement de la batterie.The battery then enters an overload phase where the energy which is supplied to it produces a release of oxygen on each positive electrode, the reduction of this oxygen taking place on each negative electrode, an increase in the internal pressure then produces, if the battery is waterproof, and there is heating of the battery.
Comme indiqué plus haut, dans le préambule de cette demande, l'évolution de la tension aux bornes d'une batterie en cours de charge est susceptible de varier grandement suivant la température à laquelle se trouve la batterie. As indicated above, in the preamble to this request, the evolution of the voltage across a battery during charging is likely to vary greatly depending on the temperature at which the battery is located.
La figure 1 montre deux courbes représentatives de l'évolution de la tension aux bornes d'une batterie, dont la tension évolue librement, alors que le courant de charge rapide qui lui est fourni, est maintenu constant en cours de charge.FIG. 1 shows two curves representing the evolution of the voltage across a battery, the voltage of which evolves freely, while the fast charging current which is supplied to it, is kept constant during charging.
L'une référencée VO correspond à la tension aux bornes d'une batterie dont la température est de l'ordre de O"C, cette batterie est soumise à une variation accélérée de la tension en fin de charge et la détection de cette variation accélérée peut constituer l'élément de déclenchement d'arrêt de charge.The one referenced VO corresponds to the voltage at the terminals of a battery whose temperature is of the order of O "C, this battery is subjected to an accelerated variation of the voltage at the end of charging and the detection of this accelerated variation may constitute the load stop triggering element.
L'autre V1 correspond à une batterie dont la température est de 50"C et dont la tension reste pratiquement constante en cours de charge, ce qui interdit l'usage du processus de déclenchement évoqué ci-dessus.The other V1 corresponds to a battery whose temperature is 50 "C and whose voltage remains practically constant during charging, which prohibits the use of the triggering process mentioned above.
Le procédé selon l'invention est lui aussi prévu dans le cas d'une charge rapide de batterie à l'aide d'un générateur fournissant un courant constant et laissant la tension aux bornes de la batterie évoluer librement.The method according to the invention is also provided in the case of a rapid battery charge using a generator providing a constant current and allowing the voltage across the battery to evolve freely.
Selon ce procédé, le courant constant est cycliquement interrompu avec une périodicité donnée pour des mesures de tension aux bornes de la batterie, alors que cette dernière ne reçoit plus aucun courant du générateur chargé de l'alimenter.According to this method, the constant current is cyclically interrupted with a given periodicity for voltage measurements at the terminals of the battery, while the latter no longer receives any current from the generator responsible for supplying it.
L'influence de la température est pratiquement éliminée par le fait que deux mesures de tension sont effectuées à chaque interruption, l'une avant l'interruption du courant de charge, l'autre après un laps de temps correspondant au temps nécessaire à la batterie pour retrouver une tension d'équilibre, communément dite de plateau, après cessation du courant de charge.The influence of temperature is practically eliminated by the fact that two voltage measurements are made at each interruption, one before the charging current is interrupted, the other after a period of time corresponding to the time required for the battery. to find an equilibrium voltage, commonly known as a plateau, after the charging current has ceased.
Ceci est symbolisé sur la figure 2 qui présente partiellement la variation du courant fourni à la batterie au cours du temps et où est représentée l'une des interruptions de ce courant pour laquelle sont effectuées deux mesures de tension aux bornes de la batterie, l'une des mesures V1 étant effectuée en un temps tl, juste avant l'interruption du courant, alors que l'autre V2, qui est la valeur de tension de plateau correspondante, est effectuée en un temps t2, à la suite duquel le courant de charge est immédiatement rétabli.This is symbolized in FIG. 2 which partially shows the variation of the current supplied to the battery over time and where is represented one of the interruptions of this current for which two voltage measurements are made at the terminals of the battery, the one of the measurements V1 being carried out in a time tl, just before the interruption of the current, while the other V2, which is the corresponding plateau voltage value, is carried out in a time t2, after which the current of charge is immediately restored.
La durée d'une interruption est par exemple fixée à une valeur de l'ordre de cinq secondes.The duration of an interruption is for example fixed at a value of the order of five seconds.
La périodicité des interruptions de courant est préférablement choisie relativement longue par rapport à la durée des interruptions et correspond à une fraction importante de la durée prévue pour la charge rapide, par exemple de l'ordre de la minute pour une charge dont la durée est inférieure à l'heure.The frequency of current interruptions is preferably chosen to be relatively long compared to the duration of the interruptions and corresponds to a large fraction of the duration provided for rapid charging, for example of the order of a minute for a charge whose duration is shorter. on time.
L'écart V1 - V2 déterminé entre deux mesures effectuées à l'occasion d'une même interruption brève évolue au cours de la charge ainsi que le montre la figure 3 où sont figurées les courbes, respectivement référencées
V1, V2 et V1 - V2 , établies à partir de relevés obtenus à l'occasion d'interruptions successives effectués en cours d'une charge pour les mesures V1 et
V2.The difference V1 - V2 determined between two measurements made during the same brief interruption changes during the charge as shown in Figure 3 where the curves, respectively referenced
V1, V2 and V1 - V2, established from readings obtained during successive interruptions made during a charge for measurements V1 and
V2.
Dans la mesure où la variation de cet écart V1 - V2 croît en fin de charge et où cette croissance reste notable tant à basse température qu'à une température atteignant 70 C, c'est elle qui est prise en compte pour déclencher l'interruption de charge, en fin de charge.Insofar as the variation of this difference V1 - V2 increases at the end of the charge and where this growth remains notable both at low temperature and at a temperature reaching 70 ° C., it is it which is taken into account to trigger the interruption charging, at the end of charging.
A cet effet, la valeur minimale positive de l'écart V1 - V2 étant déterminé, il est choisi une valeur de seuil de declenchement égale au produit de cette valeur minimale positive par un coefficient multiplicateur qui est par exemple de l'ordre de 1,1.To this end, the positive minimum value of the difference V1 - V2 being determined, a trigger threshold value equal to the product of this positive minimum value is chosen by a multiplying coefficient which is for example of the order of 1, 1.
Le procédé de charge rapide selon l'invention est susceptible d'être executé à l'aide d'un générateur dont la fourniture de courant est contrôlée par un processeur doté d'une horloge et d'une interface de mesure de tension destinée à être reliée aux bornes de la batterie à charger, ce processeur étant dûment programmé pour effectuer les opérations évoquées précédemment.The rapid charging method according to the invention is capable of being carried out using a generator whose supply of current is controlled by a processor provided with a clock and a voltage measurement interface intended to be connected to the terminals of the battery to be charged, this processor being duly programmed to perform the operations mentioned above.
Le programme du microprocesseur peut avantageusement inclure des modules de programme permettant la mise en oeuvre du procédé prenant en compte l'augmentation du courant traversant une batterie en fin de charge et/ou celle du procédé prenant en compte la chute de tension en fin de charge de manière que l'utilisateur puisse soit choisir le procédé qu'il pense le plus approprié, soit laisser au microprocesseur le soin de choisir celui des procédés qui est le mieux adapté dans une situation déterminée en fonction d'informations supplémentaires permettant ce choix. The microprocessor program can advantageously include program modules allowing the implementation of the method taking into account the increase in current flowing through a battery at the end of charging and / or that of the method taking into account the voltage drop at the end of charging. so that the user can either choose the method he thinks most appropriate, or leave it to the microprocessor to choose which of the methods is best suited in a given situation based on additional information allowing this choice.
Claims (3)
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