FR2803105A1 - Procede de charge rapide d'une batterie d'accumulateurs - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne la charge rapide d'une batterie d'accumulateurs.Elle se rapporte à un procédé dans lequel l'état de charge rapide est déterminé soit d'après une tension de crête de la batterie soit d'après une réduction de tension DELTAV de la tension de la batterie (1) après la tension de crête. La tension initiale de la batterie (1) est détectée au début de l'opération de charge et la charge rapide avec un courant de charge rapide normale est exécutée dans le cas où la tension initiale est supérieure à un niveau prédéterminé, et une charge rapide avec un courant de charge rapide limitée est réalisée avec un courant inférieur au courant de charge rapide dans le cas où la tension initiale est inférieure au niveau prédéterminé.Application à la charge des batteries d'accumulateurs.
Description
La présente invention concerne essentiellement un procédé de charge d'une
batterie d'accumulateurs, par exemple du type nickel-cadmium (Ni-Cd) ou nickel-hydrure métallique (Ni-MHD) qui présente une réduction AV de tension depuis la tension de crête après sa charge complète. Pour la charge d'une batterie d'accumulateurs, il est
important de détecter l'état de charge complète et d'inter-
rompre la transmission du courant de charge à la charge de pleine capacité (100 %), car d'une part une charge excessive réduit la qualité de la batterie et d'autre part une charge incomplète, c'est-à-dire inférieure à une charge à 100 % de la capacité, réduit la durée d'utilisation. Cependant, il n'est pas facile de charger une batterie d'accumulateurs à
la capacité maximale dans diverses conditions.
Une batterie d'accumulateurs, par exemple de type Ni-Cd
ou Ni-MHD, présente une réduction AV par rapport à la ten-
sion de crête lorsque la charge se poursuit après la charge totale. Cette caractéristique est utilisée pour la détection
de l'état de charge complète d'une batterie d'accumulateurs.
Dans les conditions normales, l'état de charge complète peut être détecté avec précision par détection de la tension de crête ou d'une réduction AV de tension. Une batterie
d'accumulateurs, lorsqu'elle a une tension de sortie exces-
sivement faible, présente des caractéristiques de tension de
charge différentes des caractéristiques normales, lors-
qu'elle est chargée rapidement. De telles batteries d'accu-
mulateurs ayant une tension de sortie excessivement faible
ne sont plus utilisables à cause d'un court-circuit interne.
Pour que les batteries utilisables puissent être distinguées de celles qui ne le sont plus, un faible courant de charge est transmis dans une première étape de charge rapide jusqu'à ce que la tension de sortie atteigne une tension prédéterminée, par exemple de 1 V, et la charge rapide
commence alors.
La figure 1 représente une courbe de tension dans un processus de charge rapide d'une batterie d'accumulateurs ayant subi une décharge excessive. Comme l'indique la figure, la tension de charge présente une montée nette juste après le début de la charge rapide qui suit la charge préliminaire, puis la tension de la charge diminue. Ainsi, une courbe caractéristique présente une réduction de tension
AV après avoir atteint une valeur de crête. Lorsque la ten-
sion de charge change avec une courbe de variation analogue, le chargeur de batterie détermine la fin de l'opération de charge et termine la charge. L'opération de charge est donc terminée avant que la batterie d'accumulateurs n'ait été totalement chargée. La montée à la valeur de crête et la
réduction de tension AV de la tension de charge sont remar-
quables lorsque la température de la batterie d'accumu-
lateurs est basse.
On a proposé de remédier à cet inconvénient avec un nouveau procédé dans lequel la détection de la réduction de tension est compensée pendant une certaine période après le début de l'opération de charge rapide qui suit la charge préliminaire. Cependant, ce procédé présente des difficultés pour le réglage de la période pendant laquelle la détection de tension est compensée. Dans le cas o la période prédéterminée est excessivement longue, une charge excessive a fréquemment tendance à réduire la qualité de la batterie
à cause du défaut de détection de l'état de pleine charge.
Dans le cas oh une période excessivement courte est prédéterminée, la charge n'est plus possible dans le cas d'une batterie ayant une réduction de tension égale à AV
avant que l'état de pleine charge ne soit atteint.
L'invention a été mise en oeuvre pour remédier à ces inconvénients. Son objet principal est la mise à disposition d'un procédé de charge rapide de batteries d'accumulateurs ayant subi une décharge excessive, et permettant une charge
précise à l'état de charge complète.
Le procédé selon l'invention de charge rapide d'une batterie d'accumulateurs est tel que la fin de l'opération de charge est déterminée par détection d'une tension de crête ou d'une réduction d'une tension de la batterie par rapport à la tension de crête. Ce procédé selon l'invention, destiné à la charge rapide, comprend en outre une étape de détection de la tension initiale de la batterie au début de l'opération de charge. Si la tension initiale est supérieure à un niveau prédéterminé, la batterie subit une charge rapide avec un courant prédéterminé de charge rapide. Si la tension initiale est inférieure au niveau prédéterminé, celle-ci subit une charge rapide avec un courant limité de charge rapide qui est inférieur au courant normal de charge rapide. Le procédé de charge rapide selon l'invention présente l'avantage de permettre une charge rapide d'une batterie normalement déchargée d'une part, et la charge d'une batterie ayant subi une décharge excessive à son état de pleine charge d'autre part. Une batterie excessivement déchargée a une tension de crête suivie d'une réduction de tension AV avant que la batterie ne soit totalement chargée, lorsqu'elle subit une opération de charge rapide par un courant normal de charge rapide. Dans le procédé selon l'invention, une batterie ayant subi une décharge excessive subit une charge rapide avec un courant limité de charge rapide qui empêche la batterie de présenter une tension de crête ou une réduction de tension AV avant d'être à pleine
charge. Le procédé permet la détection de la fin de l'opé-
ration de charge rapide dans le cas d'une batterie ayant subi une décharge excessive d'après la tension de crête ou
une réduction de tension AV.
Le procédé selon l'invention destiné à la charge rapide comporte de préférence des étapes de détection de la tension de la batterie ainsi que de la température de la batterie au début de la charge. Si la tension initiale de la batterie est supérieure à un niveau prédéterminé et la température de la batterie est supérieure à un niveau prédéterminé, la batterie subit une charge rapide avec un courant de charge rapide. Cependant, si la tension initiale de la batterie est inférieure au niveau prédéterminé et la température de la batterie est inférieure au niveau prédéterminé, la batterie subit une charge rapide avec un courant de charge rapide qui
est limité et plus petit.
Le courant limité de charge rapide est réglé par exemple entre 50 et 90 % du courant de charge rapide. Plus le courant limité de charge rapide est faible et plus les incidents de détection erronée de l'état de pleine charge sont peu fréquents. Cependant, plus les courants limités de charge rapide sont faibles et plus le temps avant charge complète est important. Le courant limité de charge rapide est donc déterminé à une valeur aussi grande que possible dans la mesure o les incidents de détection erronée de
l'état de pleine charge peuvent être évités.
Dans un autre mode de réalisation de l'invention destiné à la charge rapide d'une batterie d'accumulateurs, le procédé comprend de préférence une étape de charge préliminaire par un courant de charge préliminaire inférieur au courant limité de charge rapide qui précède la charge rapide dans le cas o la tension initiale de la batterie est supérieure au niveau prédéterminé mais inférieure à un
niveau prédéterminé pour la charge préliminaire.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention
seront mieux compris à la lecture de la description qui va
suivre d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels:
la figure 1 est un graphique représentant les carac-
téristiques de tension d'une batterie d'accumulateurs, ayant subi une décharge excessive, lors d'une opération de charge rapide; la figure 2 représente un diagramme synoptique d'un dispositif de charge rapide, permettant une charge rapide selon l'invention;
la figure 3 représente un graphique des caracté-
ristiques de tension d'une batterie d'accumulateurs, ayant subi une décharge excessive, pendant la charge rapide avec un courant limité; et la figure 4 est un ordinogramme illustrant les étapes d'une opération de charge rapide exécutée par le dispositif
de charge rapide décrit en référence à la figure 2.
La figure 2 est un diagramme synoptique d'un circuit destiné à la mise en oeuvre du procédé de charge rapide selon l'invention. Ce circuit de charge de batterie comprend une alimentation 2 destinée à transmettre une tension et un courant à une batterie d'accumulateurs 1, un interrupteur 3 de charge connecté aux bornes de sortie d'alimentation, un
circuit 4 de commande de charge destiné à commander l'inter-
rupteur 3 de charge, un circuit 5 de détection de tension destiné à détecter la tension de la batterie d'accumulateurs
1, un circuit 6 de détection de la température de la batte-
rie d'accumulateurs, et un circuit 7 de commutation de courant commandé par le circuit de commande de charge et
destiné à régler la puissance donnée par l'alimentation 2.
Le circuit de charge rapide représenté sur les dessins est destiné à la charge d'une batterie d'accumulateurs,
telle qu'une batterie Ni-Cd ou Ni-MHD, ayant les caracté-
ristiques selon lesquelles une réduction de la tension de batterie se produit lorsque la charge se poursuit après que la tension de crête a apparu au moment de la charge totale
de la batterie.
L'alimentation 2 comporte un circuit qui peut limiter
la tension et le courant à des valeurs maximales, c'est-à-
dire un circuit à tension constante et à courant constant.
L'alimentation 2 peut charger avec une tension et un courant optimaux. L'alimentation peut aussi commuter le courant de sortie au courant de charge rapide normale ou au courant de
charge rapide limitée en fonction du circuit 7 de commuta-
tion de courant. L'alimentation 2 soit assure la charge rapide d'une batterie normalement déchargée avec le courant
de charge rapide, soit assure la charge rapide d'une batte-
rie ayant subi une décharge excessive avec le courant limité. Le courant de charge rapide normale est préréglé à une valeur optimale compte tenu des types d'accumulateurs
considérés. Une batterie d'accumulateurs a son propre cou-
rant de charge maximale suivant le type de batterie. Ainsi, le courant de charge rapide normale, qui est le courant transmis par l'alimentation 2, est réglé à une valeur optimale, par exemple de 0,5 à 2 A, avec lequel la batterie d'accumulateurs peut subir une charge rapide aussi rapide que possible sans réduction de la qualité de la batterie d'accumulateurs. Le courant limité de charge rapide est réglé entre 50 et 90 % et de préférence entre 60 et 85 % environ, très avantageusement entre 65 et 85 % et notamment à 85 % du courant de charge rapide normale. L'amplitude du courant de charge rapide limitée est ainsi choisie afin que le courant de charge rapide ne donne pas des signaux erronés d'état de pleine charge lors de la détection de la tension de crête ou
d'une réduction depuis la tension de crête.
La figure 3 montre comment la tension de la batterie varie lorsque la charge rapide progresse. Comme l'indique la figure 3, au cours de l'opération de charge rapide avec le
courant limité de charge rapide, qui est inférieur au cou-
rant de charge rapide normale, la tension de la batterie présente une montée nette juste après l'application du courant de charge rapide normale. Dans ce cas, la tension de la batterie n'atteint pas une valeur de crête ou ne diminue
pas depuis une tension de crête.
Lors de la charge d'une batterie ayant subi une décharge excessive, lorsque le courant de charge rapide limitée devient plus élevé, une tension de crête a tendance à apparaître juste après que le courant de charge est passé au courant de charge rapide normale, puis la tension de
charge diminue de AV par rapport à la tension de crête.
Lorsque le circuit 4 de réglage de charge du type qui déter-
mine l'état de charge totale non par la tension de crête, mais par la réduction de tension AV par rapport à la tension de crête, le courant de charge rapide limitée peut être sélectionné à une valeur qui donne une tension de crête au moment du décalage du courant de charge au courant de charge rapide, car la détection de la charge totale ne repose pas sur la tension de crête au moment du décalage du courant de charge au courant de charge rapide. D'autre part, dans le cas o le circuit 4 de réglage de charge détermine que l'état de charge totale a été atteint d'après la tension de crête, le circuit détermine de manière erronée un état de charge complète d'après la tension de crête au moment du décalage du courant de charge vers le courant de charge rapide. En conséquence, lorsque le circuit 4 de réglage de charge détermine l'état de pleine charge par rapport à la tension de crête, le courant de charge rapide limitée doit être réglé à une valeur qui ne donne pas de tension de crête au moment du décalage du courant de charge au courant de charge rapide. Lors de la détection d'un état de pleine charge de la batterie d'accumulateurs 1, le circuit 4 de réglage de
charge commute par tout ou rien l'interrupteur de charge 3.
Le circuit 4 de réglage de charge maintient l'interrupteur de charge 3 à l'état conducteur afin que la charge de la batterie d'accumulateurs soit maintenue jusqu'à la décharge totale de la batterie 1 d'accumulateurs. Lorsque la batterie d'accumulateurs 1 atteint l'état de pleine charge, le circuit 4 ouvre l'interrupteur de charge pour interrompre la charge. Le circuit 4 de réglage de charge détecte la tension de crête ou la réduction de tension de charge AV ou les deux pendant l'opération de charge pour déterminer l'état de
pleine charge.
Le circuit 4 de réglage de charge détecte la tension
initiale et la température initiale de la batterie d'accu-
mulateurs au début de l'opération de charge pour régler le courant de charge provenant de l'alimentation 2 à l'aide du circuit 7 de commutation de courant. Le circuit 4 de réglage
de charge règle le courant de charge provenant de l'alimen-
tation 2 à l'aide du circuit 7 de commutation de courant afin que le courant de charge rapide normale soit transmis pour la charge rapide lorsque la tension initiale ou la
température initiale de la batterie dépasse un niveau prédé-
terminé. Dans le cas o la tension initiale et la température initiale de la batterie sont toutes deux inférieures à un niveau prédéterminé, le circuit de réglage de charge règle le circuit 7 de commutation de courant afin que l'alimentation 2 puisse transmettre le courant de charge
rapide limitée.
Le circuit 5 de détection de tension détecte la tension de la batterie d'accumulateurs et transmet le signal au circuit 4 de réglage de charge. Le circuit 6 de détection de température détecte la température de la batterie et transmet les signaux au circuit 4 de réglage de charge. Le circuit 6 de détection de température est connecté à un dispositif 8 de détection de température placé au contact de la batterie à charger ou près de celle-ci pour détecter la température de la batterie. La figure 4 est un ordinogramme illustrant l'opération exécutée par le circuit 4 de réglage de charge qui charge rapidement une batterie d'accumulateurs avec un courant de charge normale ou un courant de charge limitée transmis par l'intermédiaire du circuit 7 de commutation de courant à
partir de l'alimentation 2. L'opération de charge d'une bat-
terie d'accumulateurs 1 représentée sur l'ordinogramme est
exécutée au cours des étapes suivantes.
Etape n=l Détection de charge de batterie. La charge d'une batterie est détectée, par exemple par mesure de la tension à l'aide du circuit 5 de détection de tension ou par un
dispositif mécanique, par exemple un interrupteur de limite.
Etape n=2 La tension initiale de la batterie est mesurée et comparée à une tension prédéterminée et une tension de charge préliminaire afin que la batterie soit rangée dans
l'une des trois catégories suivantes, c'est-à-dire une bat-
terie ayant subi une décharge excessive et ayant une tension
initiale inférieure à une tension prédéterminée, une bat-
terie déchargée ayant une tension initiale comprise entre la tension prédéterminée et une tension de charge préliminaire, et une batterie non déchargée dont la tension initiale est supérieure à la tension de charge préliminaire. Dans le cas d'une batterie non déchargée, la charge rapide à la tension
normale de charge est réalisée sans charge préliminaire.
L'ordinogramme est représenté pour l'exécution de l'opération de charge d'une batterie d'accumulateurs Ni-Cd ou Ni-MHD, et la tension prédéterminée et la tension de charge préliminaire sont réglées respectivement à 0,6 V et 1 V par accumulateur. La tension et la tension de charge préliminaire prédéterminées peuvent varier en fonction du type d'accumulateur. Dans le cas des accumulateurs Ni-Cd et Ni-MHD, la tension prédéterminée est réglée entre 0,4 et 0,8 V et la tension de charge préliminaire entre 0,8 et
1,1 V. La tension de charge préliminaire est toujours supé-
rieure à la tension prédéterminée.
Etape n=3 Les batteries déchargées ou excessivement déchargées subissent une charge préliminaire exécutée avec un courant réduit. Les batteries non déchargées subissent une charge rapide sans charge préliminaire. Sur l'ordinogramme, la valeur 0,5 A est sélectionnée pour la charge préliminaire, c'est-à-dire qu'elle correspond à 25 % du courant de charge rapide normale. Le courant de charge préliminaire est de préférence compris entre 5 et 30 % du courant de charge rapide normale. La charge préliminaire est terminée lorsque
la tension de la batterie atteint la tension préliminaire.
La charge préliminaire peut être interrompue lorsqu'une
minuterie a décompté un temps prédéterminé.
Etape n=4 La température de la batterie est mesurée et comparée à une température prédéterminée après la charge préliminaire
d'une batterie ayant subi une décharge excessive. La tempé-
rature prédéterminée est réglée à 10 0C. La température prédéterminée est choisie afin que la tension de crête et la réduction de tension apparaissent lorsque le courant de
charge rapide normale est transmis.
Etape n=5 Si la température de la batterie est inférieure à la valeur prédéterminée, la batterie subit une charge rapide avec le courant de charge rapide limitée. Dans le mode de réalisation de l'ordinogramme, le courant de charge rapide limitée est réglé à 1,6 A, c'est-à-dire à 80 % du courant de charge rapide normale. L'étape de charge rapide avec le courant de charge rapide limitée est terminée lorsque la tension de la batterie atteint la tension de crête ou
diminue de AV par rapport à la tension de crête.
Etape n=6 Si la température de la batterie est supérieure à la valeur prédéterminée, la batterie subit une charge rapide avec le courant de charge rapide normale. L'étape de charge rapide avec le courant de charge rapide normale est terminée lorsque la tension de la batterie atteint la tension de crête ou donne une diminution AV par rapport à la tension de crête. Dans l'ordinogramme décrit, la détection de température est réalisée pour les batteries ayant subi une décharge excessive dont la tension initiale est inférieure à une valeur prédéterminée, et la charge rapide avec le courant de
charge rapide limitée est réalisée uniquement si la tempé-
rature de la batterie est inférieure à la valeur prédéter-
minée. Dans le cadre de l'invention, il est aussi possible d'assurer la charge rapide de batteries ayant subi une décharge excessive avec le courant de charge rapide limitée sans détection de la température de la batterie. Dans ce cas, l'étape n = 4 est sautée et toutes les batteries ayant subi une décharge excessive et qui ont subi la charge préliminaire subissent la charge rapide avec le courant de
charge rapide limitée.
Dans le procédé de charge rapide décrit précédemment, les batteries, qui sont classées en batteries ayant subi une décharge excessive ou en batteries décharges, dont la tension initiale de batterie est inférieure à la tension prédéterminée, subissent une charge rapide après la charge préliminaire. Avec incorporation de la charge préliminaire, le procédé de charge rapide permet la détermination de batteries détériorées, et la charge dans des conditions optimales des batteries utilisées dans diverses conditions
d'autre part.
Cependant, une autre caractéristique du procédé selon l'invention est la charge rapide avec un courant de charge rapide limitée d'une batterie ayant subi une décharge
excessive sans l'étape de charge préliminaire.
Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemple non limitatif
sans sortir du cadre de l'invention.
il
Claims (10)
1. Procédé de charge rapide d'une batterie d'accumu-
lateurs (1), dans lequel l'état de charge rapide est déterminé soit d'après une tension de crête de la batterie soit d'après une réduction de tension AV de la tension de la batterie après la tension de crête, caractérisé en ce que la tension initiale de la batterie est détectée au début de l'opération de charge (n=2) et la charge rapide avec un courant de charge rapide normale est exécutée (n=6) dans le cas o la tension initiale est supérieure à un niveau prédéterminé, et une charge rapide avec un courant de charge rapide limitée est réalisée (n=3, n=6, n=4, n=5) avec un courant inférieur au courant de charge rapide dans le cas o
la tension initiale est inférieure au niveau prédéterminé.
2. Procédé de charge rapide d'une batterie d'accumu-
lateurs (1), dans lequel l'état de pleine charge est déterminé soit d'après une tension de crête de la batterie soit d'après une réduction de tension AV de la tension de la batterie après la tension de crête, caractérisé en ce que la tension initiale de la batterie et la température de la batterie sont mesurées au début de l'opération de charge (n=2) et une charge rapide avec un courant de charge rapide normale de la batterie est réalisée (n=6) dans le cas o la tension initiale est supérieure au niveau prédéterminé ou la température est supérieure à une valeur prédéterminée, et une charge rapide avec un courant de charge rapide limitée est réalisée (n=3, n=6, n=4, n=5) avec un courant inférieur au courant de charge rapide dans le cas o la tension initiale et la température initiale sont inférieures à la
valeur prédéterminée.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2,
caractérisé en ce que le courant de charge rapide limitée (n=5) est compris entre 50 et 90 % du courant de charge
rapide normale.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2,
caractérisé en ce qu'une charge préliminaire (n=3) est exé-
cutée avec un courant de charge préliminaire inférieur au courant de charge rapide limitée, et est suivie d'une opération de charge rapide (n=4) dans le cas o la tension initiale détectée est supérieure à un niveau prédéterminé, mais inférieure à une tension de charge préliminaire lors de
la mesure de tension initiale.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2,
caractérisé en ce qu'une charge préliminaire est exécutée avec un courant de charge préliminaire qui précède la charge rapide avec un courant de charge limitée dans le cas o la
tension initiale détectée est inférieure au niveau prédéter-
miné lors de la mesure initiale de la tension de batterie.
6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel une charge préliminaire est exécutée avec le courant de charge préliminaire dans le cas o, au début de l'opération de
charge, la tension initiale de batterie détectée est infé-
rieure au niveau prédéterminé, et caractérisé en ce que la température de la batterie est mesurée (n=4) à la fin de la charge préliminaire, et la charge rapide avec le courant de charge rapide normale (n=6) est exécutée dans le cas o la température de la batterie est supérieure à une valeur
prédéterminée.
7. Procédé selon la revendication 4, dans lequel une charge préliminaire est réalisée avec un courant de charge préliminaire lorsque, au début de l'opération de charge, la tension initiale de batterie détectée est supérieure à un niveau prédéterminé mais inférieure à la tension de charge
préliminaire, et caractérisé en ce que la charge prélimi-
naire est exécutée pendant une période prédéterminée, la charge préliminaire étant suivie d'une opération de charge
rapide avec un courant de charge rapide normale.
8. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2,
caractérisé en ce que la batterie est une batterie d'accu-
mulateurs choisie parmi les batteries de type nickel-cadmium
et de type nickel-hydrure métallique.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications
1 à 8, caractérisé en ce que l'état de pleine charge est
déterminé d'après la tension de crête de la batterie.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications
1 à 8, caractérisé en ce que l'état de pleine charge est déterminé d'après la réduction de tension AV de la tension de la batterie par rapport à la tension de crête de la batterie.
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