FR2852158A1 - Procede et installation de surveillance de l'etat et de gestion d'une batterie au plomb - Google Patents

Abstract

Procédé et installation adaptée de surveillance et de gestion d'une batterie au plomb, selon lequel :- on mesure périodiquement le temps t écoulé depuis la mise sous surveillance et la tension U aux bornes de la batterie ;- si U est inférieure à un seuil A représentatif d'un état de charge, on compare U à un seuil D représentatif d'un état de décharge de la batterie ; et :* si U est supérieure à D depuis une durée supérieure à une limite t0, on déclare la batterie en repos et on poursuit la surveillance ; si la durée t0 n'est pas atteinte, on poursuit la surveillance sans déclarer le repos ;* si U est inférieure à D, on déclare l'état de décharge, et :* * si cela se produit pour la première fois, on fait débuter une période de décharge dont on mesure la durée td ;* * si cela ne se produit pas pour la première fois, on ajoute à td la durée écoulée depuis la mesure de U précédente ;- si U est supérieure à A, on compare la durée écoulée à une valeur t2 et on débute le relevé du temps de décharge td ; et* si t2 n'est pas encore écoulée ou si td est inférieur à t4, on poursuit la surveillance ;* si t2 est écoulée et si td est supérieur à t4, on fait débuter une opération de détection de charge ; et lorsque la charge est terminée, on débute un nouveau cycle de mesures.

Description

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L'invention concerne le domaine des batteries. Plus précisément, elle concerne le domaine de la gestion des batteries au plomb, qu'elles soient du type ouvert ou à recombinaison de gaz.

Les dispositifs de surveillance, de contrôle et de gestion des batteries au plomb sont souvent équipés d'un shunt permettant de mesurer l'intensité du courant émis par la batterie lorsque ses bornes sont connectées. Cette intensité est prise en compte par l'opérateur ou le dispositif qui assure la gestion de la batterie, et qui doit déterminer son état lors des périodes d'utilisation, de charge 10 ou de repos.

Ce shunt et l'électronique qui lui est associée coûtent cher. De plus, la présence de ce shunt impose l'ajout de connexions souvent complexes à réaliser.

Le but de l'invention est de proposer un procédé et un dispositif 15 permettant à l'utilisateur de connaître en permanence l'histoire de la batterie, afin d'être en mesure de déterminer son état et son aptitude à fonctionner de façon satisfaisante dans la suite de son utilisation, sans qu'il soit besoin de mesurer l'intensité du courant.

A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de surveillance de l'état 20 et de gestion d'une batterie au plomb, selon lequel: - on mesure à intervalles de temps réguliers (At) le temps t écoulé depuis l'initialisation de la mise sous surveillance de la batterie et la tension U aux bornes de la batterie; - si on trouve que U est inférieure à un seuil prédéterminé A 25 représentatif d'un état de charge de la batterie, on compare U à un seuil prédéterminé D représentatif d'un état de décharge de la batterie; et: * si on trouve que U est supérieure à D et ce depuis une durée supérieure à une limite prédéterminée to, on déclare la batterie en état de repos et on poursuit la surveillance de la batterie; si la durée to n'est pas encore 30 atteinte, on poursuit la surveillance de la batterie sans la déclarer en état de repos; si on trouve que U est inférieure à D, on déclare la batterie en état de décharge, et: ** si cela se produit pour la première fois depuis le début des mesures, on fait débuter une période de décharge dont on mesure la durée td; * * si cela ne se produit pas pour la première fois depuis le début des mesures, on ajoute à td la durée écoulée depuis la mesure de U précédente; 5 - si on trouve que U est supérieure à A, on compare la durée écoulée depuis le début des mesures à une valeur prédéterminée t2 et on débute le relevé du temps de décharge td de la batterie; et * si t2 n'est pas encore écoulée, on poursuit la surveillance de la batterie; * si t2 est écoulée et si td est inférieur à une valeur prédéterminée t4, on poursuit la surveillance de la batterie; * Si t2 est écoulée et si td est supérieur à t4, on considère qu'un cycle de décharge/charge vient de commencer et on fait débuter une opération de détection de charge de la batterie; et lorsque l'opération de détection de 15 charge est terminée, on débute un nouveau cycle de mesures en affectant à t la valeur zéro.

Si ladite batterie est du type étanche à recombinaison de gaz à soupape, pour détecter la nature de la charge, on peut comparer U à des valeurs de seuil B et C prédéterminées avec C > B; et - si U est supérieure à C depuis une durée supérieure à une valeur tg prédéterminée, on considère que la charge de la batterie est complète; - si U est supérieure à B depuis une durée supérieure à une valeur t5 prédéterminée, on considère que la charge de la batterie est complète; - si U est supérieure à B et si AU/At est inférieure à une valeur seuil 25 prédéterminée x' depuis au moins un durée t6 prédéterminée, on considère que la charge de la batterie est complète; - si U est supérieure à A et inférieure à B on considère que la charge de la batterie est partielle, - si U est supérieure à B depuis une durée inférieure à t5 et AU/At 30 supérieure à x' depuis au moins ladite durée t6, on considère que la charge de la batterie est partielle.

Si ladite batterie est du type plomb ouvert, pour détecter la nature de la charge, on peut comparer U à une valeur de seuil B prédéterminée, et on calcule la pente AU de la courbe donnant l'évolution de U au cours du temps, At At étant l'intervalle entre deux mesures; et: - si U est supérieure à B et si AU a été comprise entre deux valeurs At seuil prédéterminées x et x' pendant au moins une durée t6 prédéterminée, on considère que la charge de la batterie est complète; - si U est supérieure à A et inférieure à B, ou si U est supérieure à B et AtU est supérieure à x' depuis au moins ladite durée t6, on considère que la charge de la batterie est partielle.

Lorsque la batterie se trouve en état de décharge, on peut calculer la 10 moyenne M des tensions U mesurées pendant l'intervalle de temps d'une durée t7 prédéterminée qui a précédé la dernière mesure de U; et - si M est supérieure à un seuil prédéterminé (E, F), on estime que la batterie n'est pas en état de décharge profonde; - si M est inférieure audit seuil prédéterminé (E, F), on estime que la 15 batterie est en état de décharge profonde et on comptabilise la somme t8 de durées t7 passées par la batterie avec M inférieure audit seuil prédéterminé (E, F).

On peut mesurer de manière permanente ou périodique la température interne T de la batterie, et on compare T à des seuils 20 prédéterminés: - Tmin représentatif d'une température relativement basse o la capacité de la batterie est diminuée; - Tjim représentatif d'une température relativement élevée pouvant conduire à une perte de capacité résiduelle totale; et on comptabilise les durées totales des périodes passées par la batterie dans les gammes de température T < Tmin, Tmin < T < Tlim, T > Tjim.

On peut comptabiliser également le nombre de périodes passées par la batterie dans lesdites gammes de température.

On peut comparer également T à un seuil prédéterminé Tmax 30 représentatif d'une température excessive de la batterie nécessitant l'arrêt immédiat de son utilisation, et si T>Tmax, on en informe l'utilisateur ou on déclenche automatiquement l'arrêt de l'utilisation de la batterie.

Si on détecte que U est inférieure à D pour la première fois après une durée supérieure à un seuil t1 prédéterminé, on peut considérer que la batterie est défectueuse.

L'invention a également pour objet une installation de surveillance et de gestion d'une batterie au plomb, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens pour mettre en oeuvre le procédé précédent et des moyens pour restituer à l'opérateur les données recueillies.

Comme on l'aura compris, l'invention consiste d'abord à mesurer périodiquement, au cours d'un cycle de décharge-charge la tension aux bornes de la batterie, et de préférence également sa température. Les données ainsi recueillies sont traitées comme on l'a exposé pour en déduire les renseignements dont l'utilisateur a besoin pour apprécier l'état de la batterie.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit.

Selon le procédé de l'invention, on mesure à intervalles réguliers At (de l'ordre de 1 ms par exemple) au moyen de dispositifs connus de l'homme du métier: - le temps t écoulé depuis l'initialisation de la mise sous surveillance 20 de la batterie; - la tension U à ses bornes; - de préférence également la température T. Lors de chaque cycle de mesures, on détermine après chaque mesure si la tension U est supérieure à un seuil prédéterminé A, représentatif d'un état 25 de charge de la batterie.

Si on trouve que U est inférieure à A, on en déduit que la batterie se trouve dans un état de décharge ou de repos. On compare alors U à un seuil prédéterminé D, représentatif d'un état de décharge de la batterie qui nécessiterait une opération de recharge.

Si on trouve que U est encore supérieure à D depuis un temps supérieur à une limite prédéterminée to, on considère que la batterie se trouve dans un état de repos ou de stockage ne nécessitant pas d'action de recharge, et on ajoute au temps de repos ou de stockage précédemment mesuré le temps écoulé depuis la dernière mesure o on a trouvé que U était supérieure à D. Puis on poursuit la surveillance de la batterie comme indiqué précédemment. Si le temps to n'est pas encore atteint, on poursuit la surveillance de la batterie sans la déclarer en état de repos.

Si on trouve que U est inférieure à D, on déclare la batterie en état de décharge. Si cela se produit pour la première fois depuis le début du cycle de mesures, on fait alors débuter une période dite de décharge dont on va mesurer la durée td. Si cela ne se produit pas pour la première fois depuis le début du cycle, on ajoute à la durée de la période de décharge précédemment mesurée le 10 temps écoulé depuis la mesure de U précédente, de manière à obtenir une nouvelle valeur du temps de décharge td.

De préférence, lorsque U est détectée comme étant inférieure à D pour la première fois et que cet événement survient après un temps supérieur à une valeur limite prédéterminée t1, on déclare que la batterie est défectueuse.

Si on trouve que U est supérieure au seuil A, on compare alors le temps écoulé depuis le début du cycle à une valeur t2 prédéterminée, et on débute le relevé du temps de décharge td au cours du cycle. Si le temps t2 est écoulé et si td est inférieur à une valeur prédéterminée t4, on considère que la batterie n'a pas encore subi de décharge significative, et le cycle en cours se 20 poursuit sans comptabilisation d'une nouvelle décharge qui signifierait qu'un nouveau cycle de décharge-charge a commencé. On ne tient donc pas compte des très faibles décharges et des éventuelles charges d'égalisation qui peuvent intervenir après la fin de la charge de la batterie.

On peut éventuellement décider de détecter l'exécution d'une charge 25 d'égalisation si un temps de charge supérieur à une limite prédéterminée t3 s'est écoulé, sans détection de décharge faisant suite à une charge complète ou à une charge partielle. Dans ce cas, on note l'exécution de cette charge d'égalisation.

Si le temps t2 est écoulé et si td est supérieur à t4, cela signifie qu'un cycle de décharge/charge vient de commencer, et doit être comptabilisé comme 30 tel. Une opération de détection de charge complète ou partielle de la batterie doit alors être réalisée.

La manière de suivre la réalisation de cette opération dépend du type de batterie utilisé.

Dans le cas d'une batterie du type étanche à recombinaison de gaz à soupape, on vérifie si U est supérieure à des valeurs de seuil B et C prédéterminées avec C > B, et: - si U est supérieure à C depuis une durée supérieure à une valeur tg prédéterminée, on considère que la charge de la batterie est complète; - si U est supérieure à B depuis une durée supérieure à une valeur t5 prédéterminée, on considère que la charge de la batterie est complète; - si U est supérieure à B et si AU/At est inférieure à une valeur seuil prédéterminée x' depuis au moins un durée t6 prédéterminée, on considère que 10 la charge de la batterie est complète; - si U est supérieure à A et inférieure à B on considère que la charge de la batterie est partielle, - si U est supérieure à B depuis une durée inférieure à t5 et AU/At supérieure à x' depuis au moins ladite durée t6, on considère que la charge de la 15 batterie est partielle.

Dans le cas d'une batterie du type plomb ouvert, l'appréciation du caractère complet ou partiel de la charge de la batterie est effectuée de manière différente. Une charge n'est considérée comme complète, et décomptée comme telle, qu'à deux conditions: - U est mesurée comme étant supérieure au seuil B prédéterminé ; et - la pente SU de la courbe donnant l'évolution de la tension au cours 'At du temps, At étant l'intervalle entre deux mesures, a été calculée comme étant comprise entre deux valeurs seuil x et x' prédéterminées pendant au moins une durée t6 prédéterminée précédant la dernière mesure de U. Il faut donc, pour qu'une charge soit considérée comme complète que U présente une valeur à la fois élevée et relativement stable dans le temps.

Une charge est, au contraire, considérée comme partielle et décomptée comme telle: - si U est mesurée comme étant supérieure au seuil A mais inférieure 30 au seuil B prédéterminé; ou - si U est mesurée comme étant supérieure au seuil B, et si IU a été At calculée comme étant supérieure au seuil x' pendant au moins ladite durée te prédéterminée, ce qui traduit que la tension aux bornes de la batterie n'est pas encore stabilisée et qu'une charge supplémentaire est encore possible.

Les variantes dans la façon de procéder pour les deux types de batterie se justifient en ce que les batteries étanches à recombinaison de gaz 5 sont chargées avec un coefficient de charge plus faible que les batteries plomb ouvert. Dans le cas des batteries étanches à recombinaison de gaz, il se peut donc que la tension en fin de charge ne soit pas complètement stabilisée. Une stabilité de la tension ne constitue pas ainsi un critère satisfaisant pour déterminer si la batterie est complètement chargée ou non. A l'inverse, les 10 batteries plomb ouvert complètement chargées présentent une stabilité de leur tension, et la constatation d'une telle stabilité est équivalente à la constatation d'une charge complète.

Lorsqu'une charge partielle ou complète a été détectée par le test qui vient d'être décrit, le processus est réinitialisé et un nouveau cycle peut démarrer. 15 A cet effet, on affecte à t la valeur zéro.

Afin d'obtenir une meilleur connaissance de l'histoire de la batterie, on peut, de préférence, ajouter au processus qui vient d'être décrit l'une et/ou l'autre des opérations que l'on va à présent décrire.

Selon une première opération, parallèlement au processus précédent, 20 lorsque la batterie se trouve en état de décharge (U < D), on calcule la moyenne M des tensions U mesurées pendant l'intervalle de temps d'une durée prédéterminée t7 qui a précédé la dernière mesure de U. Tant que cette valeur M demeure supérieure à un seuil prédéterminé, E pour les batteries étanches à recombinaison de gaz, F pour les batteries de plomb ouvert, on estime que la 25 batterie n'est pas en état de décharge profonde. Mais lorsqu'on détecte que M est inférieure à E ou F, on déclare la batterie en état de décharge profonde et on commence à comptabiliser le temps que la batterie passe dans cet état, jusqu'à la prochaine opération de charge. Le temps passé en décharge profonde correspond alors à la somme t5 des périodes passées par M en dessous du seuil 30 E ou F. Le fait que les seuils E et F soient différents pour les deux types de batterie possibles provient, là encore, de la faiblesse relative des coefficients de recharge dans le cas des batteries étanches à recombinaison de gaz. En cas de décharge profonde, il est plus difficile de récupérer un état de pleine charge avec une batterie étanche à recombinaison de gaz qu'avec une batterie plomb ouvert.

Pour cette raison, on doit en général imposer une tension d'arrêt E plus élevée que la tension d'arrêt F. Selon une deuxième opération, on mesure de manière permanente ou périodique la température T à l'intérieur de la batterie, de manière à être en mesure de déterminer: - si T est inférieure à une température Tmîn, ce qui correspond à une situation o la capacité de la batterie est diminuée, sans toutefois que la durée de 10 vie de la batterie soit susceptible d'être altérée; - si T est comprise entre Tmin et une température Tjim, cette gamme correspondant à une gamme de températures de fonctionnement optimale; - si T est supérieure à Tlim, ce qui correspond à un fonctionnement à chaud avec perte de capacité résiduelle totale, voire également supérieure à une 15 température Tmax au-delà de laquelle la température de la batterie doit être considérée comme excessive et nécessitant un arrêt immédiat de l'utilisation de la batterie.

On comptabilise la durée passée par la batterie dans ces différentes gammes de température, voire également le nombre de périodes passées par la 20 batterie dans ces différentes gammes de température, ce qui donne des informations sur les incidents de fonctionnement qu'elle a pu subir, donc sur son état.

Toutes ces opérations peuvent être effectuées par un opérateur humain qui peut comptabiliser, pour une batterie donnée, le nombre total de 25 cycles effectués, le nombre total de charges partielles, de charges complètes et le nombre de charges d'égalisation effectuées, le cumul du temps passé en décharge et le temps de repos total, voire éventuellement le nombre de périodes de décharge profonde et leur durée, et le nombre de cycles passés à une température supérieure à Tjim, voire Tmax et le nombre de cycles passés à une 30 température inférieur à Tmin Mais bien entendu, ces opérations de collecte et de traitement des données et la restitution de leurs résultats peuvent aussi, avantageusement, être exécutées par des moyens adaptés, notamment des moyens informatiques.

Le procédé est applicable aux batteries au plomb, pour lesquelles les seuils de tension A, B, C, D, E et F sont compris généralement entre 1,4 et 3V multiplié par leur nombre d'éléments. Les temps to à t9 sont en général chacun compris entre 0 et 8 heures. Les seuils de température Tmin, Tlim et Tmax sont en général compris entre 0 et 70 C.

Claims (9)

REVENDICATIONS

1. Procédé de surveillance de l'état et de gestion d'une batterie au plomb, selon lequel: - on mesure à intervalles de temps réguliers (At) le temps t écoulé depuis l'initialisation de la mise sous surveillance de la batterie et la tension U aux bornes de la batterie; - si on trouve que U est inférieure à un seuil prédéterminé A représentatif d'un état de charge de la batterie, on compare U à un seuil 10 prédéterminé D représentatif d'un état de décharge de la batterie; et: * si on trouve que U est supérieure à D et ce depuis une durée supérieure à une limite prédéterminée to, on déclare la batterie en état de repos et on poursuit la surveillance de la batterie; si la durée to n'est pas encore atteinte, on poursuit la surveillance de la batterie sans la déclarer en état de 15 repos; si on trouve que U est inférieure à D, on déclare la batterie en état de décharge, et: * * si cela se produit pour la première fois depuis le début des mesures, on fait débuter une période de décharge dont on mesure la durée td; * * si cela ne se produit pas pour la première fois depuis le début des mesures, on ajoute à td la durée écoulée depuis la mesure de U précédente; - si on trouve que U est supérieure à A, on compare la durée écoulée depuis le début des mesures à une valeur prédéterminée t2 et on débute le relevé du temps de décharge td de la batterie; et * si t2 n'est pas encore écoulée, on poursuit la surveillance de la batterie; * si t2 est écoulée et si td est inférieur à une valeur prédéterminée t4, on poursuit la surveillance de la batterie; * si t2 est écoulée et si td est supérieur à t4, on considère qu'un 30 cycle de décharge/charge vient de commencer et on lance la détection d'une opération de charge complète ou partielle de la batterie; et lorsque la charge partielle ou complète est terminée, on débute un nouveau cycle de mesures en affectant à t la valeur zéro. il

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite batterie est du type étanche à recombinaison de gaz à soupape, et en ce que, pour réaliser la détection de l'opération de charge, on compare U à des valeurs de seuil B et C prédéterminées avec C > B; et - si U est supérieure à C depuis une durée supérieure à une valeur t9 prédéterminée, on considère que la charge de la batterie est complète; - si U est supérieure à B depuis une durée supérieure à une valeur t5 prédéterminée, on considère que la charge de la batterie est complète; - si U est supérieure à B et si AU/At est inférieure à une valeur seuil 10 prédéterminée x' depuis au moins un durée t6 prédéterminée, on considère que la charge de la batterie est complète; - si U est supérieure à A et inférieure à B on considère que la charge de la batterie est partielle, - si U est supérieure à B depuis une durée inférieure à t5 et AU/At 15 supérieure à x' depuis au moins ladite durée t6, on considère que la charge de la batterie est partielle.

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite batterie est du type plomb ouvert, et en ce que, pour réaliser la détection de l'opération de charge, on compare U à une valeur de seuil B prédéterminée, et on 20 calcule la pente AU de la courbe donnant l'évolution de U au cours du temps, At 'At étant l'intervalle entre deux mesures; et: - si U est supérieure à B et si Au a été comprise entre deux valeurs At t opieetedu aer seuil prédéterminées x et x' pendant au moins une durée t6 prédéterminée, on considère que la charge de la batterie est complète; si U est supérieure à A et inférieure à B, ou si U est supérieure à B et AtU est supérieure à x' depuis au moins ladite durée t6, on considère que la charge de la batterie est partielle.

4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lorsque la batterie se trouve en état de décharge, on calcule la moyenne M des 30 tensions U mesurées pendant l'intervalle de temps d'une durée t7 prédéterminée qui a précédé la dernière mesure de U; et - si M est supérieure à un seuil prédéterminé (E, F), on estime que la batterie n'est pas en état de décharge profonde; - si M est inférieure audit seuil prédéterminé (E, F), on estime que la batterie est en état de décharge profonde et on commence à comptabiliser le temps t8 passé par la batterie dans cet état de décharge profonde.

5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on mesure de manière permanente ou périodique la température interne T de la batterie, en ce qu'on compare T à des seuils prédéterminés: - Tmin représentatif d'une température relativement basse o la 10 capacité de la batterie est diminuée; - Tjim représentatif d'une température relativement élevée pouvant conduire à une perte de capacité résiduelle totale; et en ce qu'on comptabilise les durées totales des périodes passées par la batterie dans les gammes de température T < Tmin, Tmin < T < TIim, T > Tjim.

6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on comptabilise également le nombre de périodes passées par la batterie dans lesdites gammes de température.

7. Procédé selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu'on compare également T à un seuil prédéterminé Tmax représentatif d'une 20 température excessive de la batterie nécessitant l'arrêt immédiat de son utilisation, et en ce que si T>Tmax, on en informe l'utilisateur ou on déclenche automatiquement l'arrêt de l'utilisation de la batterie.

8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que si on détecte que U est inférieure à D pour la première fois après une durée 25 supérieure à un seuil t1 prédéterminé, on considère que la batterie est défectueuse.

9. Installation de surveillance et de gestion d'une batterie au plomb, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens pour mettre en oeuvre le procédé selon l'une des revendications 1 à 8 et des moyens pour restituer à 30 l'opérateur les données recueillies.