FR2855666A1 - Controle de fin de decharge d'une batterie de generateurs electrochimiques rechargeables, par derivation temporelle - Google Patents

Abstract

Un dispositif (D) est dédié au contrôle de l'état de décharge d'une batterie (B) comprenant un ensemble d'au moins deux générateurs électrochimiques secondaires montés en série. Ce dispositif (D) comprend des moyens de contrôle (MC) chargés de déterminer de première (V1) et seconde (V2) tensions aux bornes d'au moins un premier et un second sous-ensembles complémentaires de l'ensemble de générateurs, puis de dériver par rapport au temps la différence entre ces première et seconde tensions, et d'interrompre la décharge de la batterie (B) lorsque la valeur absolue du résultat de la dérivation est supérieure à un seuil choisi.

Description

CONTRÈLE DE FIN DE DÉCHARGE D'UNE BATTERIE DE

GÉNÉRATEURS ÉLECTROCHIMIQUES RECHARGEABLES, PAR DÉRIVATION TEMPORELLE L'invention concerne les batteries de générateurs électrochimiques secondaires ou rechargeables (également appelés accumulateurs), montés en série, et plus particulièrement les batteries rechargeables équipées d'un dispositif de contrôle de l'état de décharge de leurs générateurs électrochimiques.

Les batteries rechargeables sont soumises à des cyclages électriques consistant en une alternance de phases de décharge et de charge. Or, comme le sait l'homme de l'art, le niveau de décharge pouvant varier d'un générateur à l'autre au sein d'une même batterie, lesdits générateurs peuvent 15 subir des sur-décharges (ou " inversions ") susceptibles de les endommager et par conséquent de réduire sensiblement la durée de vie de la batterie dont ils font partie.

Pour tenter de remédier à cet inconvénient, il a été proposé d'équiper les batteries d'un dispositif de contrôle de l'état de décharge de leurs 20 générateurs électrochimiques. Ainsi, certains de ces dispositifs ont pour fonction de comparer la tension aux bornes de chaque générateur d'une batterie à un seuil prédéterminé, afin d'interrompre la décharge en cas de franchissement dudit seuil. C'est notamment le cas des dispositifs décrits dans les documents US 2001/0017534, US 5,929,603 et US 5,841,265. Ces 25 dispositifs ne sont hélas utilisables que dans des batteries comportant moins d'une dizaine de générateurs. Au delà de la dizaine, il devient nécessaire, comme cela est notamment décrit dans le document JP 63294216, de subdiviser la batterie en sous-ensembles comportant chacun moins d'une dizaine de générateurs et d'assurer un contrôle de l'état de décharge au 30 niveau de chaque sous-ensemble, toujours par comparaison à un seuil prédéterminé de la tension aux bornes de chaque générateur du sousensemble considéré. Mais, cela augmente notablement l'encombrement de la batterie et son coût. En outre, le choix du seuil dépendant du courant d'utilisation de la batterie, un mécanisme d'adaptation du seuil doit être prévu lorsque la batterie est utilisée dans une large gamme de courant. Cela complexifie encore plus la batterie.

Pour améliorer la situation, il a été proposé un dispositif de contrôle destiné à comparer à un seuil prédéterminé les différences de tension entre générateurs de la batterie. Un tel dispositif est notamment décrit dans le document JP 04067733. Cette technique offre une meilleure sensibilité, mais elle n'assure pas une détection suffisamment fiable lorsque la différence de capacité entre les générateurs d'une même batterie est faible, ce qui est fréquemment le cas.

L'invention a donc pour but de remédier à tout ou partie des inconvénients précités.

Elle propose à cet effet un dispositif dédié au contrôle de l'état de décharge d'une batterie comprenant un ensemble d'au moins deux générateurs électrochimiques secondaires montés en série.

Ce dispositif se caractérise par le fait qu'il comprend des moyens de contrôle chargés de déterminer de première et seconde tensions aux bornes 20 d'au moins un premier et un second sous-ensembles complémentaires de l'ensemble de générateurs, puis de dériver par rapport au temps la différence entre ces première et seconde tensions, et d'interrompre la décharge de la batterie lorsque la valeur absolue du résultat de la dérivation est supérieure à un seuil choisi.

On entend ici par " complémentaires " le fait que l'ensemble des générateurs de la batterie est réparti entre les premier et second sousensembles. Une telle répartition n'est pas forcément équilibrée. Le nombre de générateurs constituant l'un des sous-ensembles peut en effet être différent de celui constituant l'autre sous-ensemble. On peut même envisager une 30 subdivision de l'ensemble en plus de deux sous-ensembles.

Dans un premier mode de réalisation, les moyens de contrôle comprennent préférentiellement des premier et second ponts diviseurs montés respectivement aux bornes de l'ensemble et aux bornes de l'un des premier et second sous-ensembles, afin de délivrer des tensions d'un niveau choisi.

Dans ce cas, les moyens de contrôle peuvent comprendre des premier et second amplificateurs opérationnels, montés en suiveur de tension.

Plus précisément, le premier amplificateur opérationnel est monté aux bornes de l'ensemble via le premier pont diviseur et est chargé de délivrer sur une sortie un premier signal analogique d'impédance choisie représentatif de la l0 somme des première et seconde tensions, tandis que le second amplificateur opérationnel est monté aux bornes du premier ou second sous-ensemble via le second pont diviseur et est chargé de délivrer sur une sortie un second signal analogique d'impédance choisie représentatif de la première ou seconde tension.

Par ailleurs, les moyens de contrôle peuvent comprendre un microcontrôleur chargé, d'une première part, de déterminer la différence entre les première et seconde tensions à partir des premier et second signaux analogiques reçus des premier et second amplificateurs opérationnels, d'une deuxième part, de dériver cette différence par rapport au temps, d'une 20 troisième part, de comparer le résultat de la dérivation au seuil choisi, et d'une quatrième part, de placer sa sortie dans un état haut lorsque la valeur absolue du résultat de la dérivation est supérieure audit seuil, la sortie demeurant dans un état bas lorsque le résultat de la dérivation est inférieur audit seuil.

Un tel microcontrôleur comporte préférentiellement un convertisseur 25 analogique/numérique chargé de convertir les premier et second signaux analogiques en signaux numériques.

Dans un second mode de réalisation, les moyens de contrôle comprennent préférentiellement des premier et second amplificateurs opérationnels, montés en amplificateur différentiel. Dans ce cas, le premier 30 amplificateur opérationnel est couplé, d'une part, à une borne commune placée entre les premier et second sous-ensembles, et d'autre part, aux bornes de l'ensemble, et est chargé de délivrer sur une sortie un premier signal analogique d'impédance choisie représentatif de la seconde tension en référence au potentiel de la borne du premier sous-ensemble qui est opposée à la borne commune, tandis que le second amplificateur opérationnel est couplé, d'une part, à la sortie du premier amplificateur opérationnel, et d'autre 5 part, aux bornes du premier ou second sousensemble et à une borne de référence placée à un potentiel de référence, et est chargé de délivrer sur une sortie un second signal analogique d'impédance choisie représentatif de la différence entre les première et seconde tensions.

Les moyens de contrôle peuvent alors comprendre un 10 microcontrôleur chargé, d'une première part, de dériver par rapport au temps la différence de tension, contenue dans le second signal délivré par le second amplificateur opérationnel, d'une deuxième part, de comparer le résultat de la dérivation au seuil choisi, et d'une troisième part, de placer sa sortie dans un état haut lorsque la valeur absolue du résultat de la dérivation est supérieure 15 audit seuil, la sortie demeurant dans un état bas lorsque le résultat de la dérivation est inférieur au seuil. Un tel microcontrôleur comporte préférentiellement un convertisseur analogique/ numérique chargé de convertir les seconds signaux analogiques en signaux numériques.

On peut également prévoir un pont diviseur, installé entre la sortie du 20 second amplificateur opérationnel et l'entrée du microcontrôleur afin de placer les seconds signaux à un niveau choisi.

Par ailleurs, quel que soit le mode de réalisation choisi, le dispositif comprend préférentiellement un interrupteur chargé d'autoriser ou d'interdire la circulation de courant au sein de la batterie en fonction des instructions 25 reçues des moyens de contrôle, et plus précisément de son microcontrôleur.

Par exemple, l'interrupteur peut comporter un transistor de commande d'ouverture/fermeture par commutation capable de se placer dans un état ouvert lorsque le microcontrôleur est dans son état haut. L'interrupteur peut également comporter un premier transistor auxiliaire chargé d'adapter le 30 niveau de sortie du microcontrôleur au niveau d'entrée du transistor de commande d'ouverture/fermeture. En variante ou en complément, l'interrupteur peut comporter un second transistor auxiliaire monté en parallèle avec le premier transistor auxiliaire et chargé, d'une part, d'accélérer la vitesse de commutation du transistor de commande d'ouverture/fermeture, et d'autre part, de maintenir fermé le transistor de commande d'ouverture/fermeture tant que l'application raccordée à la batterie n'est pas s déconnectée ou que la batterie n'est pas remise en charge. On peut également prévoir dans l'interrupteur une diode zener polarisée montée en parallèle avec le premier transistor auxiliaire et chargée de limiter le niveau d'entrée du transistor de commande d'ouverture/fermeture lorsque le premier transistor auxiliaire est placé dans un état ouvert.

o Le dispositif peut également comprendre un circuit de réinitialisation, raccordé au microcontrôleur et à une borne du transistor d'ouverture/fermeture, raccordée à l'une des bornes de la batterie, et agencé, d'une part, pour informer le microcontrôleur de l'état de connexion/déconnexion de l'application ou d'un chargeur de batterie, et 15 d'autre part, pour réinitialiser l'interrupteur en refermant le transistor d'ouverture/fermeture.

L'invention concerne également une batterie comportant un dispositif de contrôle du type de celui présenté ci-avant.

Par ailleurs, I'invention porte également sur un procédé de contrôle 20 de l'état de décharge d'une batterie comprenant un ensemble d'au moins deux générateurs électrochimiques secondaires montés en série. Ce procédé se caractérise par le fait qu'il consiste à déterminer de première et seconde tensions aux bornes d'au moins un premier et un second sous- ensembles complémentaires de l'ensemble de générateurs, puis à dériver par rapport au 25 temps la différence entre ces première et seconde tensions, et à interrompre la décharge de la batterie lorsque la valeur absolue du résultat de la dérivation est supérieure à un seuil choisi.

En outre, I'invention est particulièrement adaptée aux batteries comportant des générateurs électrochimiques choisis dans un groupe 30 comprenant au moins les générateurs alcalins, et notamment les générateurs nickel / métal-hydrure (Ni/MH) et nickel / cadmium (Ni/Cd), et les générateurs au lithium, et en particulier les générateurs lithium / ion (Li/lon).

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 illustre de façon schématique et sous la forme d'une 5 combinaison de blocs fonctionnels, une batterie équipée d'un dispositif de contrôle selon l'invention, - la figure 2 illustre de façon schématique un premier exemple de réalisation d'une batterie équipée d'un dispositif de contrôle selon l'invention, et - la figure 3 illustre de façon schématique un second exemple de réalisation l0 d'une batterie équipée d'un dispositif de contrôle selon l'invention.

Les dessins annexés pourront non seulement servir à compléter l'invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant.

L'invention est dédiée au contrôle de la décharge des générateurs électrochimiques secondaires au sein d'une batterie rechargeable.

Comme cela est illustré sous une forme fonctionnelle sur la figure 1, l'invention propose un dispositif D de contrôle d'état de décharge pour une batterie B comportant un ensemble d'au moins deux générateurs électrochimiques secondaires (ou rechargeables) Gi-j montés en série.

Ces générateurs rechargeables Gi-j sont préférentiellement de type 20 alcalin, comme par exemple les générateurs nickel / métal-hydrure (Ni/MH) ou nickel / cadmium (Ni/Cd). Mais, il pourrait également s'agir de générateurs non aqueux comme par exemple les générateurs au lithium, et en particulier les générateurs lithium-ion (Li-ion). Dans ce qui suit, on considère que les générateurs rechargeables Gi-j, ci-après appelés générateurs, sont de type 25 nickel / métal-hydrure (Ni/MH).

Dans l'exemple illustré, I'ensemble de générateurs Gi-j est subdivisé en un premier sous-ensemble E1 constitué de dix générateurs G1-1 à G1-10 montés en série, et d'un second sous-ensemble E2 constitué de neuf générateurs G2-1 à G2-9 montés en série.

Bien entendu, I'invention n'est pas limitée à ces deux nombres de générateurs. Elle concerne en effet toutes les batteries du type précité comportant au moins un premier E1 et un second E2 sous-ensembles de générateurs, chaque sous-ensemble étant constitué d'au moins un générateur et les sous-ensembles pouvant être constitués d'un même nombre de générateurs ou de nombres différents.

Les premier E1 et second E2 sous-ensembles sont couplés en série par une borne commune Em. On peut ainsi définir une première tension V1 aux bornes du premier sous-ensemble El, et plus précisément entre une borne d'ensemble E- et la borne commune Em. De même, on peut définir une seconde tension V2 aux bornes du second sous-ensemble E2, et plus 10 précisément entre la borne commune Em et une borne d'ensemble E+. Les bornes E- et E+ définissent ainsi les bornes de l'ensemble de générateurs de la batterie B, dont la borne B+ peut être assimilée à la borne E+, mais dont la borne B- est ici différente de la borne E- du fait de l'interposition entre celles-ci d'un interrupteur de puissance I du dispositif de contrôle D. Le dispositif D, chargé de contrôler les décharges de la batterie B, comprend un module fonctionnel de contrôle MC chargé de déterminer les valeurs des première Vl et seconde V2 tensions aux bornes des premier E1 et second E2 sous-ensembles complémentaires, puis de dériver par rapport au temps la différence (V2 - V1) entre ces première et seconde tensions, et 20 d'adresser des instructions à l'interrupteur de puissance I lui ordonnant d'interrompre la décharge de la batterie B lorsque la valeur absolue du résultat de la dérivation est supérieure à un seuil choisi.

Plus précisément, le module de contrôle MC comporte tout d'abord un premier module fonctionnel M1 couplé aux bornes E-, Em et E+ de l'ensemble 25 de générateurs Gi-j et chargé de déterminer, de préférence périodiquement, les première V1 et seconde V2 tensions.

Le module de contrôle MC comporte également un deuxième module fonctionnel M2 couplé au premier module M1 et chargé de calculer, de préférence périodiquement, la différence V2 - V1 (AV) entre les deux 30 c tensions.

Le module de contrôle MC comporte également un troisième module fonctionnel M3 couplé au deuxième module M2 et chargé de calculer, de préférence périodiquement, la dérivée par rapport au temps de la différence V2 - Vl (dAV/dt). Ce calcul de dérivée consiste par exemple à effectuer l'opération [(V2 - V1l)(t) - (V2 - Vl)(t-1)] / At, o (V2 - V1) (t) représente la différence de tension à l'instant t, (V2 - V1)(t-1) représente la différence de 5 tension à l'instant t-l, et At représente l'écart temporel (ou période) entre deux déterminations successives des tensions V1 et V2.

Le module de contrôle MC comporte enfin un quatrième module fonctionnel M4 couplé au troisième module M3 et à l'interrupteur de puissance I et chargé de comparer, de préférence périodiquement, la valeur absolue du 10 résultat de la dérivée à un seuil choisi et d'ordonner à l'interrupteur de puissance I d'interrompre la décharge de la batterie B lorsque la valeur absolue est supérieure audit seuil.

On se réfère maintenant à la figure 2 pour décrire un premier exemple de réalisation d'un dispositif de contrôle D, selon l'invention, capable de 15 mettre en oeuvre les fonctionnalités présentées ci-avant.

Dans cet exemple, le module de contrôle MC comporte un microcontrôleur pC, couplé à l'interrupteur de puissance I et alimenté par un double amplificateur opérationnel A01, A02, monté en suiveur de tension et couplé aux bornes E+, Em et E- par l'intermédiaire de deux ponts diviseurs 20 (R1, R2) et (R3, R4), et un régulateur de tension RT couplé, notamment, aux bornes E- et E+ de l'ensemble de générateurs Gi-j et fournissant les tensions d'alimentation au microcontrôleur pC et au double amplificateur opérationnel A01, A02, à partir de la tension aux bornes dudit ensemble.

Plus précisément, un premier pont diviseur (R3, R4) comporte une 25 première résistance R3 raccordée, d'une part, à la borne E+, et d'autre part, à l'entrée non inverseuse (+) d'un premier amplificateur opérationnel A01 et à une seconde résistance R4 également raccordée à la borne E-. Ce premier pont diviseur (R3, R4) est chargé d'abaisser ia tension de l'ensemble à un niveau exploitable par le microcontrôleur pC et donc par le premier 30 amplificateur opérationnel A01.

Un second pont diviseur (R1, R2) comporte une première résistance R1 raccordée, d'une part, à la borne commune Em, et d'autre part, à l'entrée non inverseuse (+) d'un second amplificateur opérationnel A02 et à une seconde résistance R2 également raccordée à la borne E-. Ce second pont diviseur (R1, R2) est chargé d'abaisser la tension du premier sousensemble E1 à un niveau exploitable par le microcontrôleur pC et donc par le second amplificateur opérationnel A02.

Le premier amplificateur opérationnel A01 étant monté en suiveur de tension, son entrée inverseuse (-) est raccordée à sa sortie A, elle-même raccordée à l'une des entrées du microcontrôleur pC. De même, le second amplificateur opérationnel A02 étant monté en suiveur de tension, son entrée 10 inverseuse (-) est raccordée à sa sortie B, elle-même raccordée à l'autre entrée du microcontrôleur pC.

Grâce à ce montage, d'une part, la tension VA en sortie du premier amplificateur opérationnel A01 est donnée par la relation VA = kl x (VI + V2), o kl = R4 / (R3 + R4), et d'autre part, la tension VB en sortie du second 15 amplificateur opérationnel A02 est donnée par la relation VB = k2 x Vl, o k2 = R2 / (R1 + R2).

En prenant R1 égale à R3 (R1 = R3) et R2 égale à R4 (R2 = R4), on obtient alors VA = kl x (V1 + V2) et VB = kl x V1. En d'autres termes, le premier amplificateur opérationnel A01 délivre sur sa sortie A des premiers 20 signaux analogiques représentatifs de la somme (V1 + V2) des première V1 et seconde V2 tensions, tandis que le second amplificateur opérationnel A02 délivre sur sa sortie B des seconds signaux analogiques représentatifs de la première tension Vl.

Les premier A01 et second A02 amplificateurs opérationnels 25 permettent avantageusement d'adapter l'impédance entre les ponts diviseurs et les entrées du microcontrôleur pC. Cela est notamment avantageux lorsque le microcontrôleur pC comporte en entrée un convertisseur analogique/numérique chargé de convertir les premier et second signaux analogiques en signaux numériques.

Le microcontrôleur pC est configuré de manière à effectuer l'opération [(2 x VB - VA) I kl] dont le résultat donne la différence de tension recherchée AV = V2 -V1.

2855666 Une fois la différence AV déterminée, le microcontrôleur pC peut déterminer sa dérivée par rapport au temps (dAV/dt). Puis, le microcontrôleur pC compare la valeur absolue du résultat de la dérivée (dAV/dt) à un seuil stocké dans sa mémoire et si cette valeur absolue est supérieure au seuil il 5 place alors préférentiellement sa sortie C dans un état haut contraignant ainsi un transistor de commande d'ouverture/fermeture par commutation Q3, de l'interrupteur de puissance 1, à interrompre la décharge de la batterie B. Dans le cas contraire, c'est-à-dire lorsque le résultat de la dérivation est inférieur au seuil, le microcontrôleur pC place (ou laisse) préférentiellement sa sortie C o0 dans un état bas contraignant ainsi le transistor de commande d'ouverture/fermeture par commutation Q3 à autoriser la poursuite de la décharge de la batterie B. Lorsque le microcontrôleur pC est équipé d'un convertisseur analogique/numérique, il effectue ses calculs sous une forme numérique.

L'interrupteur de puissance I est ici implanté entre la borne E- de l'ensemble de générateurs Gi-j et la borne B- de la batterie B. Dans l'exemple illustré, cet interrupteur I comporte une première résistance R5 raccordée, d'une part, à la sortie C du microcontrôleur pC, et d'autre part, à la base d'un premier transistor auxiliaire Q1, de type NPN, et à une seconde résistance R6 20 raccordée à la borne d'ensemble E-. L'émetteur de ce premier transistor auxiliaire Q1 est raccordé à la borne d'ensemble E-, tandis que son collecteur est raccordé à un transistor de commande d'ouverture/fermeture à commutation Q3. Le premier transistor auxiliaire Q1 est chargé d'adapter le niveau de sortie du microcontrôleur pC au niveau d'entrée du transistor de 25 commande d'ouverture/fermeture Q3.

Le transistor de commande d'ouverture/fermeture Q3 est préférentiellement de type à effet de champ et à grille isolée. Sa grille isolée est raccordée au collecteur du premier transistor auxiliaire Q1, et ses deux autres bornes sont respectivement raccordées à la borne B- de la batterie B 30 et à la borne E- de l'ensemble, afin de lui permettre d'agir comme un interrupteur.

Préférentiellement, I'interrupteur comporte également un second iln 2855666 transistor auxiliaire Q2, de type NPN et dont le collecteur est raccordé à la grille isolée du transistor de commande d'ouverture/fermeture Q3, l'émetteur est raccordé à la borne E- de l'ensemble, et la base est raccordée, via une résistance R8, à la borne Bde la batterie B. Ce second transistor auxiliaire 5 Q2 est chargé d'accélérer la vitesse de commutation du transistor de commande d'ouverture/fermeture Q3 et de le maintenir fermé tant que l'application n'est pas déconnectée ou que la batterie n'est pas remise en charge.

Un circuit de réinitialisation, constitué d'une résistance R9 (raccordée 10 au microcontrôleur pC) et d'une diode zener D2 (raccordée à la résistance R8 et à la borne du transistor d'ouverture/fermeture Q3 qui est raccordée à la borne B- de la batterie B), permet au microcontrôleur pC de savoir quand l'application est déconnectée ou quand le chargeur est connecté, et de réinitialiser le circuit en refermant le transistor d'ouverture/fermeture Q3.

On peut également prévoir dans l'interrupteur de puissance I une diode zener D1 raccordée, d'une part, à la borne E+ de l'ensemble, via une résistance R8, et à la grille isolée du transistor de commande d'ouverture/fermeture Q3, et d'autre part, à la borne E- de l'ensemble. Cette diode zener D1 est par ailleurs polarisée par la résistance R7. Elle est 20 chargée de limiter le niveau d'entrée du transistor de commande d'ouverture/fermeture Q3 lorsque le premier transistor auxiliaire Q1 est placé dans un état ouvert.

On se réfère maintenant à la figure 3 pour décrire un second exemple de réalisation d'un dispositif de contrôle D, selon l'invention, également 25 capable de mettre en oeuvre les fonctionnalités présentées ci-avant. Ce mode de réalisation reprend l'interrupteur de puissance I décrit ciavant, mais en remplaçant les références R5, R6 et R8 des résistances d'entrée respectivement par les références R12, R13 et R15. Il reprend également le circuit (R9, D2) de réinitialisation de la fermeture du transistor Q3 décrit ci30 avant, mais en remplaçant la référence R9 de la résistance par la référence R16.

Dans cet exemple, le module de contrôle MC comporte un 12 2855666 microcontrôleur pC', couplé à l'interrupteur de puissance I et alimenté par un double amplificateur opérationnel AO1', AO2', monté en amplificateur différentiel et couplé aux bornes E+, Em et E- par l'intermédiaire d'un pont diviseur (R1, R2), et un régulateur de tension RT' couplé, notamment, aux 5 bornes E- et E+ de l'ensemble de générateurs Gi-j et fournissant les tensions d'alimentation au microcontrôleur pC'. L'alimentation du double amplificateur opérationnel AO1', AO2' s'effectue ici par la borne E+ de l'ensemble.

Plus précisément, un premier pont diviseur (R1, R2) comporte une première résistance R1 raccordée, d'une part, à la borne E+, et d'autre part, à 10 I'entrée non inverseuse (+) d'un premier amplificateur opérationnel AO1' et à une seconde résistance R2 également raccordée à la borne E-. Ce premier pont diviseur (R1, R2) est chargé d'abaisser la tension de l'ensemble à un niveau exploitable par le microcontrôleur pC' et donc par le premier amplificateur opérationnel AO1'.

L'entrée inverseuse (-) du premier amplificateur opérationnel AO1' est raccordée, d'une part, à la borne commune Em via une résistance R3, et d'autre part, à la sortie A du premier amplificateur opérationnel AO1' qui est raccordée à l'entrée inverseuse (-) du second amplificateur opérationnel AO2' via une résistance R6. Par ailleurs, I'entrée non inverseuse (+) du second 20 amplificateur opérationnel AO2' est raccordée, d'une part, à la borne commune Em via une résistance R5, et d'autre part aux résistances R7 et R8 d'un second pont diviseur (R7 étant raccordée à la borne d'ensemble E- et R8 étant raccordée à une sortie F du régulateur de tension RT', placée à un potentiel de référence Vr/2). En outre, I'entrée inverseuse (-) du second 25 amplificateur opérationnel AO2' est également raccordée à sa sortie B via une résistance R9. Ce second pont diviseur (R7, R8) est chargé d'abaisser la tension à un niveau exploitable par le microcontrôleur pC' et donc par le second amplificateur opérationnel AO2'.

La sortie B du second amplificateur opérationnel AO2' est raccordée 30 à l'entrée du microcontrôleur pC', éventuellement via l'une (R10) des résistances d'un pont diviseur, dont l'autre résistance Rl1 est raccordée à la borne d'ensemble E-. Ce pont diviseur (R10, Rl1) est destiné à adapter le niveau des seconds signaux analogiques, représentatifs de la différence de tension (AV = V1 - V2), à l'entrée du microcontrôleur pC'. Par ailleurs, le microcontrôleur pC' est alimenté par la sortie F du régulateur de tension RT' et dispose de la valeur du potentiel de référence Vr/2 par le biais de son alimentation Vr.

Grâce à ce montage et en choisissant, d'une part, R1 = R2 = R3 = R4, et d'autre part, R5 = R6 = R9 = R7 / 2 = R8 / 2, on obtient, d'une part, en sortie A du premier amplificateur opérationnel AO1' la seconde tension par rapport au potentiel de la borne d'ensemble E- (soit VA = V2), et d'autre part, 10 en sortie B du second amplificateur opérationnel A02' la différence de tension entre la borne commune Em et la tension (VA) au niveau de la sortie A du premier amplificateur opérationnel AO1' (soit VB = V1 - V2 + Vr/2).

En d'autres termes, le premier amplificateur opérationnel AO1' translate la seconde tension V2 et délivre sur sa sortie A des premiers 15 signaux analogiques représentatifs de la seconde tension V2 translatée, tandis que le second amplificateur opérationnel A02' délivre sur sa sortie B des seconds signaux analogiques représentatifs de la différence de tension (AV = V1 -V2).

Les premier AO1' et second A02' amplificateurs opérationnels 20 permettent avantageusement d'adapter l'impédance entre les ponts diviseurs et les entrées du microcontrôleur pC'. Cela est notamment avantageux lorsqueledit microcontrôleur pC' comporte en entrée un convertisseur analogique/numérique chargé de convertir les seconds signaux analogiques en signaux numériques.

Le microcontrôleur pC' est donc ici configuré de manière à déterminer la dérivée par rapport au temps (dAV/dt), puis à comparer la valeur absolue du résultat de cette dérivée (dAV/dt) à un seuil stocké dans sa mémoire.

Ainsi, lorsque la valeur absolue du résultat de la dérivée est supérieure au seuil le microcontrôleur pC' place préférentiellement sa sortie C dans un état 30 haut contraignant le transistor de commande d'ouverture/fermeture Q3, de l'interrupteur de puissance I', à interrompre la décharge de la batterie B. En revanche, lorsque le résultat de la dérivation est inférieur au seuil, le microcontrôleur pC' place (ou laisse) préférentiellement sa sortie C dans un état bas contraignant ainsi le transistor de commande d'ouverture/fermeture Q3 à autoriser la poursuite de la décharge de la batterie B. Lorsque le microcontrôleur pC' est équipé d'un convertisseur analogique/numérique, il effectue ses calculs sous une forme numérique.

Bien que cela ne soit pas représenté, le dispositif de contrôle peut comporter une mémoire dans laquelle sont stockées les informations relatives aux incidents tels que les détections d'inversion en fin de décharge. Par ailleurs, le dispositif peut également comporter une interface de communication permettant l'échange de données avec un équipement de communication externe, adapté à cet effet, comme par exemple un microordinateur portable ou un assistant numérique personnel (ou PDA pour " Personal Digital Assistant ") ou encore un boîtier dédié. Tout type d'interface peut être envisagé que ce soit par voie filaire ou par voie d'ondes, 15 et notamment les connecteurs mâles ou femelles, les émetteurs/récepteurs radio (y compris de type Bluetooth ou IEEE 802.11 (ou WiFi)) ou infrarouge.

Grâce à une telle interface de communication, il est non seulement possible de mettre à la disposition d'un équipement externe les informations stockées dans la mémoire précitée, mais également d'alimenter cette mémoire et/ou la 20 mémoire du microcontrôleur pC en seuil, notamment. Mais cela peut également permettre de reconfigurer (ou reprogrammer) le module de contrôle MC en fonction des besoins et du type de batterie qu'il doit équiper.

Le module de contrôle MC peut être réalisé sous la forme de circuits électroniques (ou " hardware "), de modules logiciels ou informatiques (ou 25 " software "), ou d'une combinaison de circuits et de logiciels.

L'invention offre également un procédé de contrôle de l'état de décharge d'une batterie B comprenant un ensemble d'au moins deux générateurs électrochimiques secondaires Gi-j montés en série.

Celui-ci peut être notamment mis en oeuvre à l'aide des dispositifs de 30 contrôle D et batteries B présentées ci-avant. Les fonctions et sousfonctions principales et optionnelles assurées par les étapes de ce procédé étant sensiblement identiques à celles assurées par les différents moyens constituant le dispositif D, seules seront résumées ci- après les étapes mettant en oeuvre les fonctions principales du procédé selon l'invention.

Ce procédé consiste à déterminer de première V1 et seconde V2 tensions aux bornes d'au moins un premier E1 et un second E2 sous5 ensembles complémentaires de l'ensemble de générateurs Gi-j, puis à dériver par rapport au temps la différence (V2 - V1) entre ces première et seconde tensions, et à interrompre la décharge de la batterie B lorsque la valeur absolue du résultat de la dérivation est supérieure à un seuil choisi.

Grâce à l'invention, il est désormais possible de détecter un état de 10 fin de charge, avant inversion, lorsque l'écart de capacité entre deux générateurs, appartenant à deus sous-ensembles différents, est de l'ordre de 0,1%, voire moins, par exemple lorsque la valeur de la dérivée de la différence de tension est de l'ordre 0,1 V/s (ce seuil n'est qu'un exemple illustratif dépendant du type de la batterie et de son type d'utilisation).

L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation de dispositif de contrôle et de batterie décrits ci-avant, seulement à titre d'exemple, mais elle englobe toutes les variantes que pourra envisager l'homme de l'art dans le

cadre des revendications ci-après.

Ainsi, dans ce qui précède il a été question d'un dispositif de contrôle 20 équipé d'un interrupteur de puissance (I). Mais, le dispositif de contrôle peut ne pas comporter d'interrupteur. Dans ce cas, le quatrième module (M4), chargé d'effectuer la comparaison de la valeur absolue du résultat de la dérivation à un seuil, fournit à l'application alimentée par la batterie l'information de franchissement de seuil (par valeur supérieure) de sorte 2 5 qu'elle interrompe automatiquement sa consommation d'énergie. La réinitialisation s'effectue alors, de préférence, lors de la connexion du chargeur par l'intermédiaire du signal arrivant au niveau de la résistance R9 ou R16 du circuit de réinitialisation.

Claims (22)

REVENDICATIONS

1. Dispositif (D) de contrôle de l'état de décharge d'une batterie (B) comprenant un ensemble d'au moins deux générateurs électrochimiques 5 secondaires (Gi-j) montés en série, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de contrôle (MC) agencés pour déterminer de première (V1) et seconde (V2) tensions aux bornes d'au moins un premier (El) et un second (E2) sous-ensembles complémentaires de l'ensemble de générateurs, puis pour dériver par rapport au temps la différence entre lesdites première et 10 seconde tensions, et pour interrompre la décharge de ladite batterie (B) lorsque la valeur absolue du résultat de ladite dérivation est supérieure à un seuil choisi.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits premier (El) et second (E2) sous-ensembles comportent un même nombre 15 de générateurs (Gi-j).

3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit premier sous-ensemble (El) comporte un nombre de générateurs (Gi-j) différent du nombre de générateurs du second sous-ensemble (E2).

4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que 20 lesdits moyens de contrôle (MC) comprennent un premier (R3, R4) et un second (R1, R2) ponts diviseurs montés respectivement aux bornes (E-, E+) dudit ensemble et aux bornes (E-, Em) de l'un desdits premier (El) et second (E2) sous-ensembles, et agencés pour délivrer des tensions d'un niveau choisi.

5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de contrôle (MC) comprennent un premier (A01) et un second (A02) amplificateurs opérationnels, montés en suiveur de tension respectivement aux bornes (E-, E+) dudit ensemble via ledit premier pont diviseur (R3, R4) et aux bornes (E-, Em) de l'un desdits premier (El) et second (E2) sous30 ensembles via ledit second pont diviseur (R1, R2), et agencés pour délivrer sur une sortie respectivement un premier signal analogique d'impédance choisie représentatif de la somme desdites première et seconde tensions et un second signal analogique d'impédance choisie représentatif de ladite première (V1) ou seconde (V2) tension.

6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens de contrôle (MC) comprennent un microcontrôleur (pC) agencé, 5 d'une première part, pour déterminer ladite différence entre les première (V1) et seconde (V2) tensions à partir des premier et second signaux analogiques délivrés par lesdits premier (AO1) et second (A02) amplificateurs opérationnels, d'une deuxième part, pour dériver ladite différence par rapport au temps, d'une troisième part, pour comparer le résultat de ladite dérivation 10 audit seuil, et d'une quatrième part, pour placer sa sortie (C) dans un état haut lorsque la valeur absolue du résultat de ladite dérivation est supérieure audit seuil, ladite sortie (C) demeurant dans un état bas lorsque le résultat de ladite dérivation est inférieur audit seuil.

7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit 15 microcontrôleur (pC) comporte un convertisseur analogique/numérique, propre à convertir lesdits premier et second signaux analogiques en signaux numériques, et est agencé pour procéder à la détermination de la différence et à ladite dérivation à partir desdits signaux numériques.

8. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que 20 lesdits moyens de contrôle (MC) comprennent un régulateur de tension (RT) agencé pour fournir une tension d'alimentation audit microcontrôleur (pC) et auxdits premier (AOI1) et second (A02) amplificateurs opérationnels, à partir de la tension aux bornes de la batterie (B).

9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que 25 lesdits moyens de contrôle (MC) comprennent un premier (AO1') et un second (A02') amplificateurs opérationnels, montés en amplificateur différentiel, ledit premier amplificateur opérationnel (AO1') étant couplé, d'une part, à une borne commune (Em) placée entre les premier (El) et second (E2) sous-ensembles, et d 'autre part, aux bornes (E-, E+) dudit ensemble, et 30 agencé pour délivrer sur une sortie (A) un premier signal analogique d'impédance choisie représentatif de la seconde tension en référence au potentiel de la borne (E-) du premier (El) ou second (E2) sous-ensemble, opposée à la borne commune (Em), et ledit second amplificateur opérationnel (A02') étant couplé, d'une part, à la sortie (A) dudit premier amplificateur opérationnel (AO1'), et d'autre part, aux bornes (E-, Em) dudit premier (El) ou second (E2) sous-ensemble et à une borne de référence (F) placée à un 5 potentiel de référence (Vr/2), et agencé pour délivrer sur une sortie (B) un second signal analogique d'impédance choisie représentatif de la différence entre lesdites première (V1) et seconde (V2) tensions.

10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdits moyens de contrôle (MC) comprennent un microcontrôleur (pC') agencé, d'une première part, pour dériver par rapport au temps la différence, contenue dans ledit second signal délivré par ledit second amplificateur opérationnel (AO2'), d'une deuxième part, pour comparer la valeur absolue du résultat de ladite dérivation audit seuil, et d'une troisième part, pour placer sa sortie (C) dans un état haut lorsque la valeur absolue du résultat de ladite dérivation est 15 supérieure audit seuil, ladite sortie (C) demeurant dans un état bas lorsque le résultat de ladite dérivation est inférieur audit seuil.

11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que ledit microcontrôleur (pC') comporte un convertisseur analogique/numérique, propre à convertir lesdits second signaux analogiques en signaux 20 numériques, et est agencé pour procéder à la détermination de ladite dérivation à partir desdits signaux numériques.

12. Dispositif selon l'une des revendications 10 et 1 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de contrôle (MC) comprennent un pont diviseur (R10, Rl1) installé entre la sortie (B) dudit second amplificateur opérationnel (A02') 25 et ledit microcontrôleur (pC') et agencé pour placer lesdits seconds signaux à un niveau choisi.

13. Dispositif selon l'une des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que lesdits moyens de contrôle (MC) comprennent un régulateur de tension (RT') agencé pour fournir une tension d'alimentation auxdits premier (AO1') et 30 second (A02') amplificateurs opérationnels et pour définir ledit potentiel de référence (Vr/2), à partir de la tension aux bornes de la batterie (B).

14. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'il comprend un interrupteur (I) agencé pour autoriser ou interdire la circulation de courant au sein de ladite batterie (B) en fonction d'instructions reçues desdits moyens de contrôle (MC).

15. Dispositif selon la revendication 14 en combinaison avec i'une des 5 revendications 5 et 10, caractérisé en ce que ledit interrupteur (I) comporte au moins un transistor de commande d'ouverture/fermeture par commutation (Q3), présentant un niveau d'entrée choisi, et agencé pour se placer dans un état ouvert lorsque ledit microcontrôleur (pC; pC') est dans son état haut.

16. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que ledit interrupteur (I) comporte un premier transistor auxiliaire (Q1) agencé pour adapter le niveau de sortie (C) dudit microcontrôleur (pC; pC') au niveau d'entrée dudit transistor de commande d'ouverture/fermeture (Q3).

17. Dispositif selon l'une des revendications 15 et 16, caractérisé en ce que ledit interrupteur (I) comporte un second transistor auxiliaire (Q2) monté 15 en parallèle avec ledit premier transistor auxiliaire (Q1) et agencé, d'une part, pour accélérer la vitesse de commutation dudit transistor de commande d'ouverture/fermeture (Q3), et d'autre part, pour maintenir fermé ledit transistor de commande d'ouverture/fermeture (Q3) tant qu'une application raccordée à ladite batterie n'est pas déconnectée ou que ladite batterie n'est 20 pas remise en charge.

18. Dispositif selon l'une des revendications 16 et 17, caractérisé en ce que ledit interrupteur (I) comporte une diode zener polarisée (D1) montée en parallèle avec ledit premier transistor auxiliaire (Q1) et agencée pour limiter le niveau d'entrée dudit transistor de commande d'ouverture/fermeture (Q3) 2 5 lorsque ledit premier transistor auxiliaire (Q1) est placé dans un état ouvert.

19. Dispositif selon l'une des revendications 15 à 18, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de réinitialisation (R9, D2; R16, D2), raccordé audit microcontrôleur (pC; pC') et à une borne dudit transistor d'ouverture/fermeture (Q3), raccordée à une borne (B-) de ladite batterie, et 30 agencé, d'une part, pour informer ledit microcontrôleur (pC; pC') de l'état de connexion/déconnexion de l'application ou d'un chargeur de batterie, et d'autre part, pour réinitialiser ledit interrupteur (I) en refermant ledit transistor d'ouverture/fermeture (Q3).

20. Batterie (B) comprenant un ensemble d'au moins deux générateurs électrochimiques secondaires (Gi-j) montés en série, caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif de contrôle (D) selon l'une des revendications précédentes.

21. Procédé de contrôle de l'état de décharge d'une batterie (B) comprenant un ensemble d'au moins deux générateurs électrochimiques secondaires (Gi-j) montés en série, caractérisé en ce qu'il consiste à déterminer de première (VI) et seconde (V2) tensions aux bornes d'au moins 10 un premier (El) et un second (E2) sous-ensembles complémentaires de l'ensemble de générateurs (Gi-j), puis à dériver par rapport au temps la différence entre lesdites première et seconde tensions, et à interrompre la décharge de ladite batterie (B) lorsque la valeur absolue du résultat de ladite dérivation est supérieure à un seuil choisi.

22. Application du dispositif de contrôle (D), du procédé de contrôle et de la batterie (B) selon l'une des revendications précédentes, aux générateurs électrochimiques secondaires (Gi-j) choisis dans un groupe comprenant au moins les générateurs alcalins, et en particulier les générateurs nickel / métalhydrure (Ni/MH) et nickel / cadmium (Ni/Cd), et les générateurs au lithium, et 20 en particulier les générateurs lithium /ion (Li/Ion).