FR2722336A1

FR2722336A1 - Process for maintaining battery charge at predetermined minimum level

Info

Publication number: FR2722336A1
Application number: FR9408471A
Authority: FR
Inventors: Patrick Lailler; Joelle Guelin; Yves Guinamard; Jean Paul Cun
Original assignee: EUROP ACCUMULATEURS; Compagnie Europeenne dAccumulateurs SA
Current assignee: EUROP ACCUMULATEURS; Compagnie Europeenne dAccumulateurs SA
Priority date: 1994-07-08
Filing date: 1994-07-08
Publication date: 1996-01-12
Anticipated expiration: 2014-07-08
Also published as: FR2722336B1

Abstract

The process involves subjecting the battery to a succession of periods of alternate charging and rest. The transition from one to the other is effected when the voltage (U) between the battery terminals attains an upper limit (U2). The battery is then allowed to rest until the voltage has fallen to a lower limit (U1). Alternatively the parameter chosen to bring about the transition between periods of rest and recharging may be the duration (tR,tC) of these periods.

Description

La présente invention concerne un procédé pour maintenir la charge d'un accumulateur ainsi qu'un procédé pour surveiller sa capacité résiduelle, son état de charge et son vieillissement. The present invention relates to a method for maintaining the charge of an accumulator and a method for monitoring its residual capacity, state of charge and aging.

Les accumulateurs, notamment ceux utilisés dans les alimentations sans coupure, sont maintenus à l'état chargé durant toute leur durée d'utilisation. Ils demeurent donc en état de surcharge quasi-permanente. Accumulators, especially those used in uninterruptible power supplies, are maintained in a charged state for the duration of their use. They remain in a state of almost permanent overload.

La présente invention vise à fournir un procédé qui permet de maintenir la charge d'un accumulateur tout en ménageant cet accumulateur de manière à lui conférer une durée de vie plus importante. The present invention aims to provide a method for maintaining the charge of an accumulator while sparing the accumulator so as to give it a longer life.

La présente invention a pour objet un procédé pour maintenir la charge d'un accumulateur à un niveau minimal prédéterminé, qui est caractérisé par le fait qu'il consiste à soumettre l'accumulateur à une succession de périodes alternées de charge et de repos, le passage d'une période de charge à une période de repos étant déclenché par le franchissement, par un paramètre lié à l'accumulateur, d'une première grandeur limite prédéterminée et le passage d'une période de repos à une période de charge étant déclenché par le franchissement, par le même paramètre lié à l'accumulateur, d'une seconde grandeur limite prédéterminée. The present invention relates to a method for maintaining the charge of an accumulator to a predetermined minimum level, which is characterized in that it consists in subjecting the accumulator to a succession of alternating periods of charge and rest, the transition from a charging period to a rest period being triggered by the crossing, by a parameter linked to the accumulator, of a first predetermined limit quantity and the transition from a rest period to a charging period being triggered by crossing, by the same parameter related to the accumulator, a second predetermined limit magnitude.

Dans un premier mode de mise en oeuvre de ce procédé, on choisit comme paramètre lié à l'accumulateur la durée de chaque période de charge et de repos de l'accumulateur. In a first embodiment of this method, the duration of each period of charging and resting of the accumulator is chosen as parameter related to the accumulator.

On fixe à cet effet comme première grandeur limite une durée maximale prédéterminée de charge et comme seconde grandeur limite prédéterminée une durée maximale de repos. To this end, a predetermined maximum load duration is set as the first limit value and a maximum rest period as the second predetermined limit value.

Le choix de la durée maximale de chaque période de charge et de repos est déterminé en fonction notamment du type d'accumulateur à charger, de la puissance de la source électrique effectuant la charge et de la durée minimale pendant laquelle on désire que l'accumulateur fournisse de l'énergie. The choice of the maximum duration of each charge and rest period is determined according to the type of accumulator to be charged, the power of the electric source carrying the charge and the minimum duration during which it is desired that the accumulator provide energy.

Dans ce cas, la charge de l'accumulateur s'effectue avantageusement à tension constante ou à courant constant ou à puissance constante ou à tout autre mode combinant ces derniers. In this case, the charge of the accumulator is advantageously carried out at constant voltage or constant current or constant power or any other mode combining them.

Pour déterminer le mode de charge, on tient compte de la plage préférentielle de fonctionnement de l'accumulateur. To determine the charging mode, the preferred operating range of the accumulator is taken into account.

Dans un second mode de mise en oeuvre du procédé de l'invention, on choisit comme paramètre lié à l'accumulateur la tension présente aux bornes de ce dernier lors de la charge et lors du repos. In a second embodiment of the method of the invention, the voltage present at the terminals of the latter during charging and at rest is chosen as a parameter related to the accumulator.

On fixe à cet effet comme première grandeur limite prédéterminée une valeur limite haute de la tension et comme seconde grandeur limite prédéterminée une valeur limite basse de ladite tension. For this purpose, a predetermined first limit value is set for a high limit value of the voltage and as a second predetermined limit value a low limit value of said voltage.

Selon ce mode de mise en oeuvre, on effectue la charge avantageusement à courant constant ou à puissance constante ou tout autre mode combinant ces derniers et l'on mesure en permanence la tension présente aux bornes de l'accumulateur. According to this embodiment, the charge is advantageously carried out at constant current or at constant power or any other mode combining the latter and the voltage present at the terminals of the accumulator is continuously measured.

En période de charge, lorsque cette tension atteint la valeur limite haute, on passe en période de repos tout en continuant de mesurer la tension aux bornes de l'accumulateur. During the charging period, when this voltage reaches the high limit value, it switches to the idle period while continuing to measure the voltage across the accumulator.

Au cours de la période de repos, quand la tension mesurée atteint la valeur limite basse, on passe à nouveau en période de charge de 1 ' accumulateur. During the rest period, when the measured voltage reaches the low limit value, the charging period of the accumulator is again switched on.

Dans ce mode de réalisation, on observe que la durée des périodes de repos évolue, au cours de la vie de l'accumulateur, corrélativement à l'état de charge de ce dernier. In this embodiment, it is observed that the duration of the periods of rest evolves, during the life of the accumulator, correlatively to the state of charge of the latter.

En d'autres termes, plus la période de repos entre deux périodes de charge est courte, plus la durée pendant laquelle l'accumulateur est susceptible de fournir un courant électrique diminue. In other words, the shorter the period of rest between two charging periods, the shorter the period during which the battery is likely to supply an electric current.

I1 existe donc une corrélation entre la durée des périodes de repos et le'vieillissement de l'accumulateur. There is therefore a correlation between the duration of the rest periods and the aging of the accumulator.

La présente invention a également pour objet un procédé pour surveiller l'état de charge d'un accumulateur, qui est caractérisé par le fait qu'il consiste à maintenir la charge de l'accumulateur par mise en oeuvre du procédé de maintien de charge décrit ci-dessus en choisissant comme paramètre lié à l'accumulateur la tension présente aux bornes de ce dernier, et à comparer la durée de chaque période de repos à une valeur de durée limite prédéterminée, l'accumulateur étant considéré comme hors d'usage lorsque la durée d'une période de repos devient inférieure a ladite valeur de durée limite prédéterminée. The present invention also relates to a method for monitoring the state of charge of an accumulator, which is characterized in that it consists in maintaining the charge of the accumulator by implementing the charge maintenance method described above by choosing as the parameter related to the accumulator the voltage present at the terminals of the latter, and to compare the duration of each rest period with a predetermined limit time value, the accumulator being considered as out of use when the duration of a rest period becomes less than said predetermined limit duration value.

Dans le but de mieux faire comprendre l'invention, on va en décrire maintenant plusieurs modes de mise en oeuvre donnés à titre d'exemples non limitatifs en référence au dessin annexé dans lequel
- la figure 1 est un diagramme représentant la variation de la tension aux bornes d'un accumulateur dont la charge est maintenue par mise en oeuvre du procédé de maintien de charge de l'invention,
- la figure 2 est un diagramme analogue à celui de la figure l, illustrant un second mode de mise en oeuvre du procédé de maintien de charge de l'invention,
- la figure 3 est un diagramme représentant l'évolution du pourcentage de capacité défini comme étant le rapport de la capacité mesurée sur la capacité nominale de l'accumulateur au cours de la vie de cet accumulateur, soumis à quatre essais différents au cours desquels la charge est maintenue par mise en oeuvre du procédé de maintien de charge de l invention,
- la figure 4 est un diagramme représentant la durée des périodes de repos et le pourcentage de capacité d'un accumulateur soumis au procédé de maintien de charge illustré à la figure 2,
- la figure 5 est une vue analogue à la figure 4 pour un autre accumulateur.In order to better understand the invention, will now be described several embodiments given by way of non-limiting examples with reference to the accompanying drawing in which
FIG. 1 is a diagram showing the variation of the voltage at the terminals of an accumulator whose charge is maintained by implementing the charge maintenance method of the invention,
FIG. 2 is a diagram similar to that of FIG. 1, illustrating a second embodiment of the charge holding method of the invention,
FIG. 3 is a diagram showing the evolution of the percentage of capacity defined as the ratio of the measured capacitance to the nominal capacity of the accumulator during the lifetime of this accumulator, subjected to four different tests during which the charge is maintained by carrying out the charge keeping method of the invention,
FIG. 4 is a diagram representing the duration of the rest periods and the percentage of capacity of an accumulator subjected to the charge holding method illustrated in FIG. 2;
- Figure 5 is a view similar to Figure 4 for another accumulator.

Sur la figure 1, on a représenté l'évolution au cours du temps de la tension aux bornes d'un accumulateur dont la charge est maintenue par mise en oeuvre du procédé de maintien de charge de l'invention. FIG. 1 shows the evolution over time of the voltage at the terminals of an accumulator whose charge is maintained by implementing the charge maintenance method of the invention.

Les paramètres retenus pour déterminer le moment où l'on doit passer d'une période de repos à une période de charge, et inversement, sont les durées des périodes de repos et de charge. The parameters used to determine when to go from a rest period to a load period, and vice versa, are the periods of rest and load periods.

Dans l'exemple illustré, on a fixé à l'avance la durée de la période de repos t R et la durée de la période de charge tc. In the illustrated example, the duration of the rest period t R and the duration of the charging period tc have been fixed in advance.

Dans le cas présent, t R et tç sont égales. In the present case, t R and t c are equal.

On observe, sur cette figure 1, que durant la succession de phases alternées de repos et de charge, la tension aux bornes de l'accumulateur demeure dans un intervalle donné. It is observed in this figure 1 that during the succession of alternating phases of rest and charge, the voltage across the accumulator remains in a given range.

La figure 2 illustre un autre mode de mise en oeuvre du procédé de maintien de charge de l'invention. FIG. 2 illustrates another embodiment of the charge holding method of the invention.

Dans ce cas, le paramètre retenu pour déterminer le changement de période est la tension aux bornes de l'accumulateur. In this case, the parameter used to determine the change of period is the voltage across the accumulator.

A cet effet, on fixe à l'avance une valeur de tension limite basse U1 et une valeur de tension limite haute U2. For this purpose, a low limit voltage value U1 and a high limit voltage value U2 are set in advance.

On passe alors d'une période de repos à une période de charge lorsque la tension U aux bornes de l'accumulateur, qui est une fonction décroissante du temps, atteint la valeur basse U1. We then go from a rest period to a charging period when the voltage U across the accumulator, which is a decreasing function of time, reaches the low value U1.

L'accumulateur est alors mis en charge jusqu'a ce que la tension U à ses bornes, qui est dans ce cas une fonction croissante du temps, atteigne la valeur haute U2. The accumulator is then charged until the voltage U at its terminals, which is in this case an increasing function of time, reaches the high value U2.

A ce moment, l'accumulateur passe à nouveau en période de repos. At this moment, the accumulator goes back to the rest period.

Dans ce mode de mise en oeuvre, la durée des périodes de repos t R et de charge t0 varie tout au long de la vie de l'accumulateur. In this embodiment, the duration of the rest periods t R and charge t0 varies throughout the life of the battery.

I1 faut noter que l'échelle des temps de la figure 2 est environ 10 fois plus grande que celle de la figure 1, ce qui explique que la courbe de tension fait apparaitre des pics aux périodes de charge alors que l'évolution de la tension lors de cette période est similaire à celle représentée sur la figure 1. It should be noted that the time scale of FIG. 2 is approximately 10 times larger than that of FIG. 1, which explains why the voltage curve shows peaks at charging periods whereas the evolution of the voltage during this period is similar to that shown in Figure 1.

L'ordre de grandeur de t R est d'une dizaine de minutes tandis que l'ordre de grandeur de t est de quelques secondes. The order of magnitude of t R is about ten minutes while the order of magnitude of t is a few seconds.

C
Sur le diagramme de la figure 3, on a reporté, pour quatre essais définis ci-après, l'évolution, au cours de la vie de l'accumulateur, du pourcentage de capacité correspondant au ratio de la capacité mesurée sur la capacité nominale qui est définie dans des conditions de références spécifiques par le fabricant, la capacité étant une quantité d'électricité exprimée en ampères-heures qu'un accumulateur peut débiter.C
In the diagram of FIG. 3, for four tests defined below, the evolution over the lifetime of the accumulator of the percentage of capacity corresponding to the ratio of the capacity measured to the nominal capacity is defined under specific reference conditions by the manufacturer, the capacity being a quantity of electricity expressed in ampere-hours that an accumulator can charge.

Ce pourcentage de capacité est caractéristique de la capacité de l'accumulateur à restituer l'énergie électrique qu'il a emmagasinée. This percentage of capacity is characteristic of the capacity of the accumulator to restore the electrical energy that it has stored.

Trois des quatre essais (20s/20s);24h/24h;lh/5h) ont été réalisés avec les durées choisies pour la période de repos et pour la période de charge résumées dans le tableau suivant

Three of the four tests (20s / 20s), 24h / 24h, lh / 5h were carried out with the durations chosen for the rest period and for the charging period summarized in the following table.

<tb> <SEP> tR <SEP> tC <SEP>
<tb> <SEP> R <SEP> C
<tb> Essai <SEP> 1 <SEP> 20 <SEP> secondes <SEP> 20 <SEP> secondes
<tb> Essai <SEP> 2 <SEP> 24 <SEP> heures <SEP> 24 <SEP> heures
<tb> Essai <SEP> 3 <SEP> 5 <SEP> heures <SEP> 1 <SEP> heure
<tb>
Le quatrième essai a été réalisé selon le mode illustré par la figure 2 de seuil de tension (UlSUSU2). <tb><SEP> tR <SEP> tC <SEP>
<tb><SEP> R <SEP> C
<tb> Test <SEP> 1 <SEP> 20 <SEP> seconds <SEP> 20 <SEP> seconds
<tb> Test <SEP> 2 <SEP> 24 <SEP> hours <SEP> 24 <SEP> hours
<tb> Test <SEP> 3 <SEP> 5 <SEP> hours <SEP> 1 <SEP> hour
<Tb>
The fourth test was performed according to the mode illustrated in Figure 2 of the voltage threshold (UlSUSU2).

La figure 3 fait apparaître clairement que, grâce au procédé selon l'invention, les accumulateurs dont la charge est maintenue par mise en oeuvre du procédé selon l'invention ont une durée de vie au moins égale à 6 ans, ce qui est environ 20 % de plus que ce que l'on constate sur les accumulateurs connus qui sont soumis à une surcharge permanente, notamment ceux utilisés dans les alimentations sans interruption. FIG. 3 makes it clear that, thanks to the method according to the invention, the accumulators whose charge is maintained by implementing the method according to the invention have a lifetime of at least 6 years, which is about 20 % more than what is found on known accumulators that are subject to permanent overload, especially those used in uninterrupted power supplies.

Le procédé de maintien de charge selon l'invention permet donc d'allonger la durée de vie des accumulateurs. The charge holding method according to the invention therefore makes it possible to extend the life of the accumulators.

De surcroit, on remarque que le mode de mise en oeuvre dans lequei le passage d'une période de repos à une période de charge, et inversement, s'effectue en fonction de l'évolution de la tension aux bornes de l'accumulateur, permet d'obtenir une durée de vie supérieure à 7 ans, soit plus de 40 % de ce que l'on constate sur les applications connues. In addition, it is noted that the implementation mode in which the transition from a rest period to a charging period, and vice versa, is effected as a function of the evolution of the voltage at the terminals of the accumulator, allows a lifetime greater than 7 years, more than 40% of what is found on known applications.

En outre, ce mode de mise en oeuvre du procédé de maintien de charge permet de surveiller l'état de charge de l'accumulateur en mesurant la durée de chaque période de repos, ainsi qu'il va étre expliqué ci-après. In addition, this embodiment of the charge holding method makes it possible to monitor the state of charge of the accumulator by measuring the duration of each rest period, as will be explained hereinafter.

La figure 4 est un diagramme représentant, d'une part, l'évolution de la durée de repos tR et, d'autre part, l'évolution du pourcentage de capacité d'un accumulateur au cours de sa vie. FIG. 4 is a diagram representing, on the one hand, the evolution of the rest period t R and, on the other hand, the change in the percentage of capacity of an accumulator during its lifetime.

I1 est clairement visible sur cette figure 4 qu'il existe une corrélation entre la grandeur tiret le pourcentage de capacité. It is clearly visible in this FIG. 4 that there is a correlation between the size and the percentage of capacity.

En d'autres termes, en surveillant la durée des périodes de repos tR, on peut contrôler le vieillissement de l'accumulateur et décider son remplacement lorsque la durée de la période de repos t R devient inférieure à une valeur limite donnée. In other words, by monitoring the duration of the rest periods tR, it is possible to control the aging of the accumulator and to decide on its replacement when the duration of the rest period t R becomes lower than a given limit value.

La figure 5 est analogue à la figure 4 mais relate les résultats d'essais effectués sur un autre accumulateur du même type que précédemment. Figure 5 is similar to Figure 4 but reports the results of tests on another battery of the same type as before.

Les courbes décrites ci-dessus sont corrigées en fonction de la température. The curves described above are corrected according to the temperature.

Au vu des figures 4 et 5 de la présente description, il apparait clairement que, conformément à l'invention, le contrôle de l'état de charge de la capacité résiduelle et du vieillissement de l'accumulateur peut être effectué en surveillant l'évolution des périodes de repos de cet accumulateur, lorsqu'il est soumis au procédé de maintien de charge illustré à la figure 2. In view of FIGS. 4 and 5 of the present description, it is clear that, according to the invention, the control of the state of charge of the residual capacity and the aging of the accumulator can be carried out by monitoring the evolution of periods of rest of this accumulator, when subjected to the charge maintenance process illustrated in Figure 2.

I1 est bien entendu que les modes de mise en oeuvre qui viennent d'être décrits ne présentent aucun caractère limitatif et qu'ils pourront recevoir toutes modifications désirables sans sortir pour cela du cadre de l'invention. It is understood that the implementation modes which have just been described are not limiting and that they can receive any desirable modifications without departing from the scope of the invention.

Claims

1 - Method for maintaining the charge of an accumulator at a predetermined minimum level, characterized in that it consists in subjecting the accumulator to a succession of alternating periods of charge and rest, the passage of a charge period at a rest period being triggered by the crossing, by a parameter (t, U) linked to the accumulator, of a first predetermined limit value (toc, U2) and the transition from a rest period to a period of charge being triggered by the crossing, by the same parameter (t, U) connected to the accumulator, of a second predetermined limit value (tR U1).

2 - Process according to claim 1, characterized in that one chooses as parameter related to the accumulator the duration (t) of each period of charging and resting of the accumulator and which is fixed as the first magnitude predetermined limit a maximum load duration (toc) and as second predetermined limit value a maximum rest period (tR)

3 - Process according to claim 1, characterized in that one chooses as parameter related to the accumulator the voltage (U) present at the terminals of the latter during charging and during discharge and which is fixed as a first predetermined limit value a high limit value (U2) of the voltage and as a second predetermined limit value a low limit value (U1) of said voltage.

4 - Method for monitoring the state of charge, the residual capacity and the aging of an accumulator, characterized in that it consists in maintaining the charge of the accumulator by implementing the charge holding method according to the claim 3, and comparing the duration (t) of each rest period with a predetermined limit value, the accumulator being considered out of use when the duration (t) of a rest period becomes less than said predetermined time limit value.

5 - Process according to claim 4, characterized in that one corrects the duration of each period of rest as a function of the operating temperature of the accumulator before comparing this duration to said predetermined limit time value.