FR3076110A1 - DEVICE FOR REGULATING A CHARGING CURRENT OF A BATTERY - Google Patents
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Abstract
La présente invention se rapporte à un dispositif de régulation (1) d'un courant de charge fourni à une batterie d'un appareil électronique (2), caractérisé en ce qu'il comporte un premier connecteur (11) destinée à être connectée à l'appareil électronique (2), un deuxième connecteur (12) destinée à être connectée à une source d'alimentation délivrant le courant de charge, des moyens de communication (15) avec l'appareil électronique (2) adaptés pour récupérer l'état de charge de la batterie et des moyens de régulation (14) du courant de charge en fonction de l'état de charge de la batterie.The present invention relates to a device for regulating (1) a charging current supplied to a battery of an electronic device (2), characterized in that it comprises a first connector (11) intended to be connected to the electronic apparatus (2), a second connector (12) for connection to a power supply supplying the charging current, communication means (15) with the electronic apparatus (2) adapted to recover the state of charge of the battery and regulating means (14) of the charging current as a function of the state of charge of the battery.
Description
DISPOSITIF DE RÉGULATION D’UN COURANT DE CHARGE D’UNE BATTERIEDEVICE FOR REGULATING A CHARGING CURRENT OF A BATTERY
DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTIONTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
La présente invention concerne un dispositif de régulation d’un courant électrique de charge fourni à une batterie d’un appareil électronique.The present invention relates to a device for regulating an electric charging current supplied to a battery of an electronic device.
ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTIONTECHNOLOGICAL BACKGROUND OF THE INVENTION
Il est connu que la manière dont est chargée une batterie a une incidence sur la durée de vie de la batterie, ou en d’autres termes sur sa perte d’autonomie dans le temps. Cela est particulièrement vrai pour les batteries lithium-ion utilisées dans les appareils électroniques nomades tels que les ordinateurs portables, les téléphones intelligents, usuellement nommés par l’anglicisme « smartphones >>, et les tablettes électroniques.It is known that the way a battery is charged affects the life of the battery, or in other words its loss of autonomy over time. This is especially true for lithium-ion batteries used in portable electronic devices such as laptops, smartphones, commonly known as "smartphones" and tablets.
Actuellement, la batterie d’un appareil électronique est chargée avec un courant électrique constant, quelles que soient les conditions. Un inconvénient à cette façon de procéder est que cela détériore la batterie et réduit sa durée de vie.Currently, the battery of an electronic device is charged with a constant electric current, whatever the conditions. One drawback to this procedure is that it deteriorates the battery and shortens its lifespan.
RÉSUMÉ DE L’INVENTIONSUMMARY OF THE INVENTION
Il ressort de ce qui précède qu’il existe un besoin de disposer d’un moyen d’adapter le courant électrique de charge fourni à une batterie en fonction des conditions dans lesquelles se trouve cette batterie.It appears from the above that there is a need to have a means of adapting the electric charging current supplied to a battery according to the conditions in which this battery is found.
La présente invention vise à répondre à ce besoin en proposant un dispositif de régulation d’un courant de charge fourni à une batterie d’un appareil électronique. Le dispositif de régulation comporte un premier connecteur destinée à être connectée à l’appareil électronique, un deuxième connecteur destinée à être connectée à une source d’alimentation délivrant le courant de charge, des moyens de communication avec l’appareil électronique adaptés pour récupérer l’état de charge de la batterie et des moyens de régulation du courant de charge en fonction de l’état de charge de la batterie.The present invention aims to meet this need by proposing a device for regulating a charging current supplied to a battery of an electronic device. The regulating device comprises a first connector intended to be connected to the electronic device, a second connector intended to be connected to a power source delivering the charging current, means of communication with the electronic device suitable for recovering the state of charge of the battery and means for regulating the charging current as a function of the state of charge of the battery.
Le fait d’ajuster le courant de charge de la batterie en fonction de l’état de charge de la batterie permet de limiter la détérioration de la batterie et d’améliorer ainsi sa durée de vie. La capacité de stockage d’énergie électrique est mieux préservée dans le temps.Adjusting the charge current of the battery according to the state of charge of the battery can limit the deterioration of the battery and thus improve its lifespan. The electrical energy storage capacity is better preserved over time.
Le dispositif de régulation selon l’invention peut également comporter une ou plusieurs caractéristiques parmi les suivantes considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles.The regulation device according to the invention may also include one or more of the following characteristics, considered individually or in all technically possible combinations.
Selon un mode de réalisation, les moyens de communication comprennent des moyens de communication par ondes radiofréquence.According to one embodiment, the means of communication comprise means of communication by radiofrequency waves.
Selon un mode de réalisation, le courant de charge est régulé en fonction de la température de la batterie transmise depuis l’appareil électronique vers le dispositif de régulation via les moyens de communications.According to one embodiment, the charging current is regulated as a function of the temperature of the battery transmitted from the electronic device to the regulation device via the communications means.
Selon un mode de réalisation, le dispositif de régulation comporte des moyens de détermination de la température ambiante, le courant de charge étant régulé en fonction de la température ambiante.According to one embodiment, the regulating device comprises means for determining the ambient temperature, the charging current being regulated as a function of the ambient temperature.
Selon un mode de réalisation, les moyens de détermination de la température ambiante comportent un capteur de température.According to one embodiment, the means for determining the ambient temperature comprise a temperature sensor.
Selon un mode de réalisation, le courant de charge est régulé en fonction de l’état de santé de la batterie transmis depuis l’appareil électronique vers le dispositif de régulation via les moyens de communications.According to one embodiment, the charging current is regulated as a function of the state of health of the battery transmitted from the electronic device to the regulation device via the communications means.
Selon un mode de réalisation, le dispositif de régulation comporte des moyens de gestion de configurations de charge.According to one embodiment, the regulation device comprises means for managing load configurations.
Selon un mode de réalisation, l’état de charge et/ou l’état de santé de la batterie sont obtenus par les moyens de gestions en effectuant des mesures de courant et de tension sur la batterie de l’appareil électronique.According to one embodiment, the state of charge and / or the state of health of the battery are obtained by the management means by carrying out current and voltage measurements on the battery of the electronic device.
Selon un mode de réalisation, le dispositif de régulation comporte des moyens de vérification de l’appairage entre le dispositif de régulation et l’appareil électronique.According to one embodiment, the regulation device comprises means for checking the pairing between the regulation device and the electronic device.
Selon un mode de réalisation, le dispositif de régulation comporte des moyens d’avertissement que la vérification de l’appairage retourne un résultat négatif.According to one embodiment, the regulating device comprises means of warning that the verification of the pairing returns a negative result.
BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES L’invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent, parmi lesquelles : - la figure 1 représente schématiquement un dispositif de régulation d’un courant de charge fourni à une batterie d’un appareil électronique, selon un mode de réalisation préférentiel de l’invention ; - la figure 2 est une représentation fonctionnelle schématique du dispositif de régulation de la figure 1.BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES The invention and its various applications will be better understood on reading the description which follows and on examining the accompanying figures, among which: - Figure 1 schematically represents a device for regulating a charging current supplied to a battery of an electronic device, according to a preferred embodiment of the invention; - Figure 2 is a schematic functional representation of the regulation device of Figure 1.
Les figures ne sont présentées qu’à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention.The figures are presented only as an indication and in no way limit the invention.
Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de référence identiques sur toutes les figures.For the sake of clarity, identical or similar elements are identified by identical reference signs in all the figures.
DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE RÉALISATION DE L’INVENTIONDETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS OF THE INVENTION
Une batterie est un dispositif de stockage d’énergie électrique qui peut être caractérisée par deux paramètres, à savoir un état de santé, également appelé SOH pour « State Of Health >> en anglais, et un état de charge, également appelé SOC pour « State Of Charge >> en anglais. L’état de santé est exprimé en pourcentage et correspond au rapport entre la capacité de décharge et la capacité nominale de la batterie. La capacité de décharge représente la quantité d’énergie électrique que la batterie peut fournir lorsqu’elle est complètement chargée. La capacité nominale est la capacité de décharge initiale de la batterie, c’est-à-dire lorsque la batterie est neuve. Plus la capacité de décharge est proche de la capacité nominale de la batterie, meilleur est l’état de santé de la batterie. L’état de santé est donc représentatif d’une perte irréversible d’autonomie de la batterie, qui est notamment due à des détériorations subies par la batterie. L’état de charge est exprimé en pourcentage et correspond au rapport entre la quantité d’énergie électrique stockée dans la batterie à un instant donné et la quantité maximale d’énergie électrique que la batterie peut stocker lorsqu’elle est complètement chargée.A battery is an electrical energy storage device which can be characterized by two parameters, namely a state of health, also called SOH for “State Of Health”, and a state of charge, also called SOC for “ State Of Charge >> in English. The state of health is expressed as a percentage and corresponds to the ratio between the discharge capacity and the nominal capacity of the battery. The discharge capacity represents the amount of electrical energy that the battery can provide when fully charged. The nominal capacity is the initial discharge capacity of the battery, that is to say when the battery is new. The closer the discharge capacity to the nominal capacity of the battery, the better the health of the battery. The state of health is therefore representative of an irreversible loss of battery life, which is in particular due to deterioration suffered by the battery. The state of charge is expressed as a percentage and corresponds to the ratio between the amount of electrical energy stored in the battery at a given time and the maximum amount of electrical energy that the battery can store when fully charged.
Un mode de réalisation préférentiel d’un dispositif de régulation 1 selon l’invention va maintenant être décrit en référence aux figures 1 et 2.A preferred embodiment of a regulating device 1 according to the invention will now be described with reference to FIGS. 1 and 2.
La figure 1 montre un appareil électronique 2, par exemple un téléphone intelligent (« smartphone >> en anglais), comportant une batterie (non représentée) alimentant l’appareil électronique 2 en énergie électrique. L’appareil électronique 2 peut être connecté électriquement à une source d’alimentation (non représentée), telle qu’un réseau électrique domestique, par exemple par l’intermédiaire d’un chargeur. Le chargeur comprend un adaptateur secteur 4 branché sur le réseau électrique et un câble d’alimentation 3 reliant l’appareil électronique 2 à l’adaptateur secteur 4. L’adaptateur secteur 4 transforme un courant électrique alternatif délivré par le réseau électrique en un courant électrique continu, dit « courant de charge >>, approprié pour charger la batterie de l’appareil électronique 2.FIG. 1 shows an electronic device 2, for example a smart phone (“smartphone” in English), comprising a battery (not shown) supplying the electronic device 2 with electrical energy. The electronic device 2 can be electrically connected to a power source (not shown), such as a household electrical network, for example by means of a charger. The charger comprises an AC adapter 4 connected to the electrical network and a power cable 3 connecting the electronic device 2 to the AC adapter 4. The AC adapter 4 transforms an alternating electric current delivered by the electric network into a current continuous electric, called "charging current", suitable for charging the battery of the electronic device 2.
Le câble d’alimentation 3 comporte un premier connecteur 31 et un deuxième connecteur 32, par exemple tous les deux de type mâle, coopérant chacun avec un connecteur respectif (non représentés), par exemple de type femelle, appartenant à l’appareil électronique 2 et à l’adaptateur secteur 4. Dans l’exemple d’application illustré à la figure 1, le câble d’alimentation 3 est un câble de bus série universel (USB pour « Universal Serial Bus » en anglais) qui permet à la fois d’établir une connexion électrique et de transmettre des informations.The power cable 3 comprises a first connector 31 and a second connector 32, for example both of the male type, each cooperating with a respective connector (not shown), for example of the female type, belonging to the electronic device 2 and to the power adapter 4. In the application example illustrated in FIG. 1, the power cable 3 is a universal serial bus cable (USB for “Universal Serial Bus” in English) which allows both establish an electrical connection and transmit information.
Le dispositif de régulation 1 du courant de charge fourni à la batterie est disposé entre l’appareil électronique 2 et la source d’alimentation. Le dispositif de régulation 1 permet d’ajuster le courant de charge à une valeur optimale pour minimiser la détérioration de la batterie et ainsi prolonger la durée de vie de la batterie. A cette fin, le dispositif de régulation 1 comporte des moyens de régulation 14 adaptés pour modifier la valeur du courant de charge provenant de la source d’alimentation puis fourni à la batterie. De tels moyens de régulation 14 comprennent par exemple un circuit électronique composé d’un transistor et de résistances.The device 1 for regulating the charge current supplied to the battery is arranged between the electronic device 2 and the power source. The regulating device 1 makes it possible to adjust the charging current to an optimal value to minimize deterioration of the battery and thus prolong the life of the battery. To this end, the regulating device 1 comprises regulating means 14 adapted to modify the value of the charging current coming from the power source and then supplied to the battery. Such regulation means 14 comprise for example an electronic circuit composed of a transistor and resistors.
Comme mieux visible à la figure 2, le dispositif d’alimentation comporte un premier connecteur 11 servant à connecter électriquement le dispositif de régulation 1 à l’appareil électronique 2 et un deuxième connecteur 12 servant à connecter électriquement le dispositif de régulation 1 à la source d’alimentation.As best seen in Figure 2, the power supply device comprises a first connector 11 used to electrically connect the control device 1 to the electronic device 2 and a second connector 12 used to electrically connect the control device 1 to the source power.
Selon le mode de réalisation des figures 1 et 2, le premier connecteur 11 du dispositif de régulation 1 est un connecteur USB femelle apte à recevoir le deuxième connecteur USB mâle 32 du câble d’alimentation 3, et le deuxième connecteur 12 du dispositif de régulation 1 est un connecteur USB mâle apte à s’insérer dans le connecteur USB femelle de l’adaptateur secteur 4.According to the embodiment of Figures 1 and 2, the first connector 11 of the regulating device 1 is a female USB connector capable of receiving the second male USB connector 32 of the power cable 3, and the second connector 12 of the regulating device 1 is a male USB connector capable of fitting into the female USB connector of the power adapter 4.
Dans d’autres contextes de mise en oeuvre de l’invention, la source d’alimentation peut délivrer un courant électrique adapté pour charger la batterie. C’est le cas par exemple lorsque la source d’alimentation est une batterie externe ou un autre appareil électronique tel qu’un ordinateur portable ou une tablette électronique. L’appareil électronique 2 peut alors être connecté électriquement à la source d’alimentation seulement par l’intermédiaire du câble d’alimentation 3 et du dispositif de régulation 1. Dans ce cas, le deuxième connecteur 12 du dispositif de régulation 1 peut être directement connecté à la source d’alimentation.In other contexts of implementation of the invention, the power source can deliver an electric current suitable for charging the battery. This is the case, for example, when the power source is an external battery or another electronic device such as a laptop or tablet. The electronic device 2 can then be electrically connected to the power source only via the power cable 3 and the control device 1. In this case, the second connector 12 of the control device 1 can be directly connected to the power source.
Le dispositif de régulation 1 comporte des moyens de communication 15 avec l’appareil électronique 2 qui leur permettent d’échanger des informations. Le dispositif de régulation 1 communique par exemple avec l’appareil électronique 2 au travers d’une liaison filaire 3 formée par le câble d’alimentation 3. Le dispositif de régulation 1 et l’appareil électronique 2 peuvent également ou alternativement communiquer via une liaison sans fil 9. Dans ce cas, les moyens de communication 15 comportent des moyens de communication par ondes radiofréquences, par exemple de type Bluetooth.The regulating device 1 comprises means of communication 15 with the electronic device 2 which allow them to exchange information. The regulating device 1 communicates for example with the electronic device 2 through a wired link 3 formed by the power cable 3. The regulating device 1 and the electronic device 2 can also or alternatively communicate via a link wireless 9. In this case, the means of communication 15 comprise means of communication by radiofrequency waves, for example of the Bluetooth type.
Le courant de charge est régulé en fonction de l’état de charge de la batterie qui peut être transmis depuis l’appareil électronique 2 vers le dispositif de régulation 1 au moyen de la liaison filaire 3 et/ou par l’intermédiaire de la liaison sans fil 9. Contrairement à l’art antérieur, le courant de charge n’est pas constant lors de la charge de la batterie mais s’adapte en fonction de l’état de charge de la batterie pour minimiser sa dégradation. Le courant de charge optimal qui convient à un état de charge peut être déterminé par des tests effectués en laboratoire puis implémenté dans le dispositif de régulation 1 sous forme d’un algorithme. Le courant optimal dépend notamment du type de batterie, par exemple s’il s’agit d’une batterie lithium-ion (Li-ion) ou d’une batterie nickel-hydrure métallique (NiMH).The charging current is regulated as a function of the state of charge of the battery which can be transmitted from the electronic device 2 to the regulating device 1 by means of the wire link 3 and / or via the link wireless 9. Unlike the prior art, the charging current is not constant when charging the battery but adapts as a function of the state of charge of the battery to minimize its degradation. The optimal charge current which is suitable for a state of charge can be determined by tests carried out in the laboratory and then implemented in the regulation device 1 in the form of an algorithm. The optimal current depends in particular on the type of battery, for example whether it is a lithium-ion battery (Li-ion) or a nickel metal hydride battery (NiMH).
Avantageusement, le dispositif de régulation 1 comporte des moyens de détermination 16 de la température ambiante. Le courant de charge peut ainsi être régulé en fonction de la température ambiante. La température ambiante peut être directement mesurée par le dispositif de régulation 1 au moyen d’un capteur de température. Alternativement ou de manière complémentaire, la température ambiante peut être transmise depuis l’appareil électronique 2 vers le dispositif de régulation 1 par l’intermédiaire de la liaison filaire 3 et/ou de la liaison sans fil 9.Advantageously, the regulating device 1 comprises means 16 for determining the ambient temperature. The charging current can thus be regulated as a function of the ambient temperature. The ambient temperature can be directly measured by the regulating device 1 by means of a temperature sensor. Alternatively or additionally, the ambient temperature can be transmitted from the electronic device 2 to the control device 1 via the wired link 3 and / or the wireless link 9.
Le courant de charge peut également être régulé en fonction de la température de la batterie qui peut être transmise depuis l’appareil électronique 2 vers le dispositif de régulation 1 au moyen de la liaison filaire 3 et/ou de la liaison sans fil 9.The charging current can also be regulated as a function of the temperature of the battery which can be transmitted from the electronic device 2 to the regulating device 1 by means of the wired link 3 and / or the wireless link 9.
Par exemple, le courant de charge est maximal lorsque la température ambiante et/ou la température de la batterie sont dans une plage de températures intermédiaires et le courant de charge est réduit pour des températures extrêmes, basses et élevées, situées en dehors de la plage de températures intermédiaires.For example, the charging current is maximum when the ambient temperature and / or the temperature of the battery are in an intermediate temperature range and the charging current is reduced for extreme, low and high temperatures, located outside the range. of intermediate temperatures.
Le courant de charge peut également être régulé en fonction de l’état de santé de la batterie qui peut être transmis depuis l’appareil électronique 2 vers le dispositif de régulation 1 au moyen de la liaison filaire 3 et/ou de la liaison sans fil 9. Le courant de charge est par exemple réduit lorsque l’état de santé de la batterie diminue.The charging current can also be regulated as a function of the state of health of the battery which can be transmitted from the electronic device 2 to the regulating device 1 by means of the wired link 3 and / or the wireless link. 9. The charging current is reduced, for example, when the state of health of the battery decreases.
Avantageusement, le dispositif de régulation 1 comporte des moyens de gestion 17 de configurations de charge. Une configuration de charge peut par exemple consister à indiquer au dispositif de régulation 1 l’heure à laquelle on souhaite que la charge de la batterie soit terminée. Le dispositif de régulation 1 optimise alors la charge de la batterie avec le temps qui lui est imparti. Une autre configuration de charge peut consister à définir un seuil d’arrêt de la charge inférieur à l’état de pleine charge. Les configurations de charge peuvent être préalablement programmées dans les moyens de gestion 17 ou programmées par un utilisateur depuis une interface telle qu’une application logicielle installée sur l’appareil électronique 2.Advantageously, the regulating device 1 comprises means 17 for managing charge configurations. A charging configuration can for example consist in indicating to the regulating device 1 the time at which it is desired that the charging of the battery is completed. The regulating device 1 then optimizes the battery charge with the time allotted to it. Another charging configuration may consist in defining a threshold for stopping the charge lower than the fully charged state. The charging configurations can be previously programmed in the management means 17 or programmed by a user from an interface such as a software application installed on the electronic device 2.
Les moyens de gestion 17 comprennent par exemple un microcontrôleur. Avantageusement, les moyens de gestion peuvent également être utilisés pour calculer l’état de santé et/ou l’état de charge de la batterie à partir de mesures de courant et de tension effectuées via le câble d’alimentation 3.The management means 17 comprise for example a microcontroller. Advantageously, the management means can also be used to calculate the state of health and / or the state of charge of the battery from current and voltage measurements made via the power cable 3.
Avantageusement, le dispositif de régulation 1 comporte des moyens de vérification de l’appairage entre le dispositif de régulation 1 et l’appareil électronique 2 afin de s’assurer que l’appairage est correct. En effet, si le dispositif de régulation 1 se trouve à porter de communication sans fil de plusieurs appareils électroniques, il convient d’éviter que l’appairage s’effectue avec un autre appareil électronique que celui avec lequel le dispositif de régulation 1 est connecté électriquement. Sinon, le courant électrique de charge fourni à la batterie serait régulé sur la base d’informations erronées. Dans ce mode réalisation, tant que l’appairage n’est pas validé, le courant de charge n’est pas modifié et reste à sa valeur par défaut.Advantageously, the regulating device 1 includes means for verifying the pairing between the regulating device 1 and the electronic device 2 in order to ensure that the pairing is correct. Indeed, if the regulating device 1 is to carry wireless communication of several electronic devices, it is advisable to avoid that the pairing is carried out with another electronic device than that with which the regulating device 1 is connected electrically. Otherwise, the charging electric current supplied to the battery would be regulated on the basis of incorrect information. In this embodiment, as long as the pairing is not validated, the charging current is not modified and remains at its default value.
Pour vérifier l’appairage entre le dispositif de régulation 1 et l’appareil électronique 2, la liaison filaire 3 et la liaison sans fil 9 sont par exemple toutes les deux utilisées pour recevoir de l’appareil électronique 2 à charger une information redondante, telle qu’un identifiant de l’appareil électronique 2. Si les identifiants reçus par le dispositif de régulation 1 correspondent, cela signifie que l’appairage est correct et les moyens de vérifications retournent une réponse positive.To check the pairing between the regulating device 1 and the electronic device 2, the wired link 3 and the wireless link 9 are for example both used to receive from the electronic device 2 to load redundant information, such as an identifier of the electronic device 2. If the identifiers received by the regulating device 1 correspond, this means that the pairing is correct and the verification means return a positive response.
Avantageusement, le dispositif de régulation 1 comporte des moyens d’avertissement indiquant que le dispositif de régulation 1 ne s’est pas appairé avec le bon appareil électronique 2, ou autrement dit que le résultat de la vérification de l’appairage est négatif. Les moyens d’avertissement peuvent comprendre des moyens d’émission lumineuse, tels qu’une diode électroluminescente, pour émettre un signal lumineux. Le dispositif de régulation 1 peut également se mettre à vibrer. Un message d’avertissement peut également être transmis à l’appareil électronique 2 via la liaison filaire et être affiché sur un écran de l’appareil électronique 2.Advantageously, the regulating device 1 includes warning means indicating that the regulating device 1 has not paired with the correct electronic device 2, or in other words that the result of the pairing check is negative. The warning means may include light emitting means, such as a light emitting diode, for emitting a light signal. The regulating device 1 can also start to vibrate. A warning message can also be transmitted to electronic device 2 via the wired link and be displayed on a screen of electronic device 2.
Naturellement, l’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits en référence aux figures et des variantes pourraient être envisagées sans sortir du cadre de l’invention.Naturally, the invention is not limited to the embodiments described with reference to the figures and variants could be envisaged without departing from the scope of the invention.
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