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Title:
ACCUMULATOR BATTERY WITH IMPROVED DISCHARGING AND RECHARGING
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1998/020593
Kind Code:
A1
Abstract:
The device consists of a battery (4) made up of electric accumulators (1) connected to a unit (2) and to a unit (3) respectively managing their discharging and their recharging. The management of the discharging and recharging of each accumulator (1) is totally independent of the others. The unit (2) connects to the apparatus not forming part of the invention and supplied by the battery, the minimum number of accumulators required for its operation. These are completely discharged before other accumulators are connected by the unit (2). The unit (3) enables the recharging of the discharged accumulators among which the minimum number of non-depleted accumulators. The system thus reduces the loss of performance noted in certain batteries or certain accumulators which are recharged before being completely depleted and increases their longevity.

Inventors:
BRUERE JEAN NOEL (FR)
Application Number:
PCT/FR1997/001836
Publication Date:
May 14, 1998
Filing Date:
October 15, 1997
Export Citation:
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Assignee:
BRUERE JEAN NOEL (FR)
International Classes:
H01M10/44; H02J7/00; (IPC1-7): H02J7/00; H01M10/44
Foreign References:
EP0609564A21994-08-10
EP0361859A21990-04-04
EP0420645A21991-04-03
EP0335316A21989-10-04
Attorney, Agent or Firm:
Cabinet, Christian Lejet (Asni�res, Asni�res, FR)
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Claims:
REVENDICATIONS
1. 1) Dispositif de batterie d'accumulateurs électriques caractérisé : En ce qu'il est constitué d'une batterie (4) composée d'accumulateurs (1), d'une unité de gestion des décharges (2) appelée aussi « unité 2 », d'une unité de gestion des recharges (3) appelée aussi « unité 3 » ; En ce que nombre d'accumulateurs (1) peut varier de 1 à un grand nombre. En ce que les accumulateurs (1) sont raccordés à l'unité de gestion des dé charges (2) et à l'unité de gestion des recharges (3). En ce que le courant produit par la batterie (4) peut alimenter l'appareil (5) par le raccordement électrique (6) en passant par l'unité 2. En ce que courant fourni, le moment venu, par la source de courant de re chargement (7) peut permettre la recharge des accumulateurs (1) composant la bat terie (4) en passant par le raccordement électrique 8 et par l'unité 3.
2. En ce que l'unité.
3. gère les décharges des accumulateurs (1) de la façon suivante : * En début de cycle, quand il y a demande de courant de la part de l'appareil (5), l'unité.
4. choisit un accumulateur (1) non déchargé complètement. * Si la demande de courant est plus importante que ce que peut fournir un seul accumulateur (1) l'unité 2 en choisit le nombre nécessaire. * L'unité 2 connecte ce ou ces accumulateurs à l'appareil (5), qui en utilise le courant électrique. * Lorsque le ou les accumulateurs choisis sont complètement déchargés, l'unité 2 le ou les déconnecte et recommence le cycle, de la mme façon, avec un plusieurs autres accumulateurs non déchargés. * Le processus cidessus est poursuivi jusqu'à, soit l'arrt de la demande de courant par l'appareil (5), soit l'épuisement de tous les accumulateurs (1).
5. En ce que l'unité.
6. gère les rechargements des accumulateurs (1) de la fa çon suivante : * Quand la source (7) est raccordée à l'unité 3, cette dernière dirige le cou rant de recharge vers les accumulateurs et assure la recharge de ceux qui ont été uti lisés.
7. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la recharge des accumulateurs gérée par l'unité 3 ne concerne que les accumulateurs totalement épuisés.
8. Dispositif selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que la batterie (4) et les unités 2 et 3 sont regroupées, tous ou deux à deux.
9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que l'unité 3 assure l'épuisement des accumulateurs (1) non complètement déchargés avant de permettre leur recharge.
10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que l'unité 2 assure l'épuisement des accumulateurs (1) non complètement déchargés avant de permettre leur recharge.
11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que l'unité 2 est alimentée, pour son fonctionnement, par la batterie (4).
12. Dispositif selon l'une des revendication 1 à 6 caractérisé en ce que l'unité 3 est alimentée, pour son fonctionnement, par la batterie (4).
13. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que le fonctionnement de l'unité 2 est piloté par microprocesseur électronique.
14. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que le fonctionnement de l'unité 3 est piloté par microprocesseur électronique.
15. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9 caractérisé en ce que les accumulateurs (1) ont des capacités totales variant l'un par rapport à l'autre.
16. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 3 ou 5 ou 8 ou 10 caractéri sé en ce que l'unité 3 est constituée d'un simple raccordement électrique laissant circuler passivement le courant électrique de la source (7) vers les accumulateurs (1).
17. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11 caractérisé en ce que quand il y a demande de courant de la part de l'appareil (5) et que cette demande est plus importante que ce que peut fournir un seul accumulateur (1), l'unité 2 connecte le nombre minimum d'accumulateurs (1) nécessaires pour lui faire face.
18. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 12 caractérisé en ce que le commutateur (9) permet le branchement soit de l'appareil (5) soit de la source (7) sur un raccordement unique (10) suivant que le dispositif est dans sa phase de dé charge ou de recharge.
19. Dispositif selon la revendication 13 caractérisé en ce que le raccordement unique (10) est équipé d'une prise spéciale (11) compatible avec l'appareil (5) et la source (7).
Description:
BATTERIE D'ACCUMULATEURS A DECHARGES ET RECHARGES OP- TIMISEES SITUATION ACTUELLE Certains accumulateurs électriques, comme ceux au Cadmium Nickel, voient leurs performances, notamment leurs capacités, réduites quand ils ont été rechargés avant d'avoir été épuisés totalement.

Ceci constitue un inconvénient pour l'utilisateur qui doit épuiser complète- ment son accumulateur puis le recharger avant de l'utiliser de nouveau pour tre sûr de disposer de l'autonomie maximum.

Cette manoeuvre provoque une perte de temps et, si elle est répétée, réduit durablement la capacité et affecte la longévité de la batterie.

Certains chargeurs dits « intelligents > permettent des recharges partielles en adaptant celles-ci aux caractéristiques précises des batteries à recharger.

Ces chargeurs sont d'un emploi très limité dans la mesure où chacun d'eux n'est efficace qu'avec un type déterminé de batterie.

Cette dernière caractéristique induit un manque de souplesse dans l'utilisation des batteries.

De plus, la multiplication des recharges, liée à l'utilisation des chargeurs « intelligents » nuit à la longévité des batteries sur lesquelles on les utilise.

PRÉSENTATION GÉNÉRALE DE L'INVENTION Le dispositif selon l'invention concerne un système qui permet de palier ces défauts en autorisant son utilisateur à faire recharger sa batterie à tout moment sans se soucier de son état de décharge ou du type de chargeur qu'il utilise.

Le principe de l'invention est le fonctionnement d'éléments d'accumulateurs constituant la batterie indépendamment les uns des autres.

La fourniture d'électricité est assurée, selon la puissance demandée, par un seul accumulateur ou un seul groupe d'accumulateurs jusqu'à sa décharge complète.

Lorsque cette décharge complète est effective, le relais est pris par un autre accumulateur ou groupe d'accumulateurs.

La recharge de la batterie ne concernera, quand elle sera engagée, que les accumulateurs ayant subi une décharge.

La perte de performances de la batterie sera alors limitée à celle subie par le ou les accumulateurs dont la décharge n'aura pas été complète au moment de la re- charge, c'est à dire limitée au minimum.

La suite du texte ne fera référence, pour des raisons de commodité, qu'aux pertes de performances correspondant à des pertes de capacité.

Ces pertes seront d'autant plus faibles que la capacité d'un accumulateur sera petite devant la capacité totale de la batterie ou, autrement dit, que le nombre d'accumulateurs sera important.

Le gain de capacité induit par l'invention par rapport aux dispositifs tradi- tionnels dépend des caractéristiques des accumulateurs utilisés et de leurs modes d'utilisation, il peut tre estimé, en moyenne, à 20%.

Le dispositif selon l'invention peut assurer la décharge complète des accumu- lateurs non totalement épuisés auparavant avant d'en autoriser la recharge.

La perte de capacité de la batterie sera alors nulle quel que soit le moment ou la recharge est opérée.

L'utilisateur de l'invention n'a donc pas à se préoccuper de la charge rési- duelle de sa batterie avant de la faire se recharger pour tre sûr d'atteindre ou d'avoisiner l'autonomie maximum quel que soit le chargeur qu'il utilise.

Il est également à noter que l'invention, en réduisant le nombre de décharges et de recharges de chaque élément de batterie, améliore leur longévité.

Si l'on prend l'exemple d'un dispositif selon l'invention comportant une batterie de 34 accumulateurs de 100 mAH, la durée de vie de la batterie est, dans ce cas, en moyenne 4 fois plus longue qu'une batterie traditionnelle de 3400 mAH L'invention permet également d'élargir les domaines d'utilisation des batte- ries qui en sont équipées.

TERMINOLOGIE Les termes employés dans les textes relatifs à l'invention le sont dans leurs acceptions habituelles, les expressions suivantes peuvent cependant avoir les sens particuliers précisés ci-dessous : -« Accumulateur électrique » ou « accumulateur » ou « élément d'accumulation électrique » : élément permettant l'accumulation d'électricité par rechargement à partir d'une source extérieure.

-« Capacité » : quantité totale de courant que peut fournir un élément d'accumulation d'électricité.

- « Décharge » ou « déchargement » : fourniture de courant par une source d'accumulation électrique telle que batterie ou accumulateur.

-« Recharge » ou « rechargement » : fourniture de courant à un élément d'accumulation électrique telle que batterie ou accumulateur.

- « Epuisement » ou « décharge complète » ou « totalement épuisé » : état dans lequel se trouve un élément d'accumulation électrique dès qu'il ne peut plus fournir suffisamment de courant pour alimenter correctement l'appareil auquel il est raccor- dé.

L'état décrit plus est très proche, pour la plupart des types d'accumulateurs concernés par la présente invention, de l'état dans lequel ils se trouvent quand ils ne peuvent plus fournir de courant.

- « Connecter » ou « connexion » : mise en rapport d'éléments de façon à per- mettre le passage de courant électrique entre ceux-ci.

- « Raccorder » ou « raccordement » : Mme sens et mme représentation que connecter ou connexion.

REPRESENTATIONS Les divers éléments composant l'invention ont, sur les figures, des représen- tations symboliques sans rapport avec leurs formes réelles.

II en va de mme pour la représentation de leurs positions mutuelles et de leurs connexions.

Chaque connexion entre deux éléments est représentée sur les figures par un trait joignant ces deux éléments.

COMPOSITION DE L'INVENTION En référence à la figure 1, le dispositif selon l'invention est constitué : -D'accumulateurs d'électricité 1 constituant la batterie 4 ; -D'une unité de gestion des décharges 2 appelée aussi « unité » ; -D'une unité de gestion des recharges 3 appelée aussi « unité » ; Le nombre d'accumulateurs qui peut tre relevé sur la figure 1 est simple- ment indicatif, ce nombre peut aller de 1 à un grand nombre.

La source 7 et l'appareil 5 sont en dehors du champ de la présente invention.

CONNEXIONS Chaque accumulateur 1 est raccordé individuellement à l'unité de gestion des décharges 2 et à l'unité de gestion des recharges 3.

En phase de décharge : -L'appareil 5 est connecté sur le raccordement électrique 6.

-Le courant produit par la batterie 4 peut alimenter l'appareil 5 par le raccor- dement électrique 6 en passant par l'unité 2.

En phase de recharge : -La source de courant de rechargement 7 est connectée sur le raccordement électrique 8.

-Le courant produit par la source de courant de rechargement 7 peut permet- tre la recharge des accumulateurs 1 composant la batterie 4 en passant par le raccor- dement électrique 8 et par l'unité 3.

PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT Le principe de fonctionnement, en deux phases, de l'invention est décrit ci- dessous.

En phase de décharge : L'unité 2 gère les décharges des accumulateurs 1 de la façon suivante : -Quand il y a demande de courant de la part de l'appareil 5, l'unité 2 choisit un accumulateur 1 non déchargé complètement.

-Si la demande de courant est plus importante que ce que peut fournir un accumulateur 1 l'unité 2 en choisit le nombre nécessaire, généralement associés en parallèle.

-L'unité 2 connecte ce ou ces accumulateurs à l'appareil 5 qui peut dès lors en utiliser le courant électrique.

-Lorsque le ou les accumulateurs choisis sont complètement déchargés, l'unité 2 le ou les déconnecte et recommence le cycle, de la mme façon, avec un plusieurs autres accumulateurs 1 non déchargés.

-Le processus est recommencé jusqu'à, soit l'arrt de la demande de courant par l'appareil 5, soit l'épuisement de tous les accumulateurs 1.

Le fonctionnement de l'invention est optimisé quand l'unité 2 est conçue pour choisir le nombre minimum d'accumulateurs 1 à chaque cycle.

L'unité 2 peut tre conçue de façon à ce que la continuité de l'alimentation de l'appareil 5 ne soit pas affectée par la baisse de puissance des accumulateurs 1 sur le point d'tre déchargés.

Pour cela, l'unité 2 peut connecter le ou les accumulateurs non déchargés un peu avant la fin de la décharge complète du ou des accumulateurs précédents afin de : -Éviter une rupture d'alimentation à chaque déconnexion/connexion ; -Éviter une baisse de puissance de l'alimentation de l'appareil 5 dans ces mmes circonstances.

En tout état de cause, la rapidité d'action de l'unité 2 est une garantie pour la continuité de l'alimentation de l'appareil 5.

En phase de recharge : L'unité 3 gère les recharges des accumulateurs 1 de la façon suivante : -Quand la source 7 est raccordée à l'unité 3, cette dernière dirige le courant de recharge vers les accumulateurs, rechargeant ceux qui ont subi une décharge.

Les recharges des accumulateurs déchargés peuvent tre opérées simultané- ment ou successivement, éventuellement par impulsions tournantes.

L'emploi de chargeurs « intelligents » est possible à ce stade.

Les accumulateurs 1 qui auront été épuisés lors du processus de décharge ne subiront aucune perte de capacité au moment de leur rechargement et la batterie 4 ne subira, de leur fait, aucune perte de capacité.

La perte de capacité de la batterie 4 est limitée à celle subie par le ou les ac- cumulateurs 1 non épuisés au moment du rechargement, c'est à dire un nombre fai- ble d'accumulateurs 1.

ILLUSTRATIONS GRAPHIQUES D'EXEMPLES DE FONCTIONNEMENT Les figures 2 et 3 illustrent des exemples, parmi d'autres, du fonctionnement de l'invention tel qu'il est décrit dans le présent document en supposant qu'un numé- ro (de 1 à N) est affecté à chacun des accumulateurs 1 et que chacun de ces accumu- lateurs est suffisant pour fournir le courant demandé par l'appareil 5.

La figure 2 présente un diagramme, reprenant les éléments ci-dessus et per- mettant de visualiser un exemple de fonctionnement de l'invention en phase de dé- charges, lorsque l'unité 2 est en service.

La figure 3 présente un diagramme, reprenant les éléments ci-dessus et per- mettant de visualiser un exemple de fonctionnement de l'invention en phase de re- charges, lorsque l'unité 3 est en service.

L'exemple présenté, dans ce dernier cas, correspond à une version particu- lière de l'invention, à savoir celle pour laquelle l'unité 3 procède à l'épuisement ac- cumulateurs non déchargés avant de permettre leur recharge et pour laquelle les ac- cumulateurs sont rechargés successivement et non simultanément.

CARACTÉRISTIQUES ET VARIANTES DIVERSES L'invention peut avoir, suivant ses différents modes de conception ou de réa- lisation, une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : MODES DE FABRICATION : Suivant les modes de fabrication, les unités 2 et 3 peuvent tre des appareils électroniques, fonctionner autour de microprocesseurs électroniques, etc.

Chaque élément constitutif de l'invention est défini et individualisé dans les textes par ses fonctions principales. La réalisation pratique de l'invention peut per- mettre la conception et la fabrication de modules regroupant des fonctions ne rele- vant pas du mme élément de l'invention.

Le recours à des microprocesseurs électroniques pour assurer les fonctions logiques de l'invention est sans doute la meilleure option qui permet : -de gérer un grand nombre d'accumulateurs 1 ; -de rester dans des limites d'encombrement, de poids, de consommation électrique et de prix extrmement faibles.

La fiabilité de ces matériels est par ailleurs très grande, leur emploi très sim- ple, et ils mettent la conception pratique des dispositifs relevant principe de l'invention à la portée de tout professionnel de niveau moyen.

ÉPUISEMENTS AVANT RECHARGEMENTS : L'invention peut assurer l'épuisement des accumulateurs 1 dont la décharge a été entamée avant d'en assurer la recharge, réduisant ainsi à zéro la perte de capacité de la batterie 4.

L'unité 3 ou l'unité 2 peuvent assurer ou gérer cette tâche.

ALIMENTATIONS ÉLECTRIQUES : Les unités 2 et 3 peuvent fonctionner, toutes les deux ou individuellement, à l'électricité provenant des accumulateurs 1.

RÉPARTITION DES CHARGES/DÉCHARGES : L'unité 2 peut gérer la dé- charge des accumulateurs 1 de façon à la répartir au mieux sur chacun de ceux-ci, autrement dit à ne pas toujours choisir les mmes pour des décharges partielles.

DÉTERMINATION DE LA TAILLE DES ACCUMULATEURS : La taille (capacité) des accumulateurs 1 peut tre décidée en prenant en compte divers critères et notamment : -En fonction des caractéristiques techniques propres des accumulateurs 1 ; -En fonction de la demande moyenne de courant de l'appareil 5 et en déci- dant qu'un accumulateur 1 serait nécessaire et suffisant pour lui faire face.

-En considérant que plusieurs accumulateurs 1 peuvent tre mis à contribu- tion par l'unité 2 pour faire face à la demande de courant.

-En considérant que plus cette taille est petite, plus la perte éventuelle de capacité, à l'occasion des recharges partielles est faible.

Les accumulateurs 1 peuvent, par ailleurs, avoir des capacités totales variant l'un par rapport à l'autre.

LIMITATION DES RECHARGES : La recharge des accumulateurs, gérée par l'unité 3 peut ne concerner que les accumulateurs totalement épuisés.

REGROUPEMENTS D'ÉLÉMENTS : La batterie 4 et les unités 2 et 3 peu- vent tre regroupés, tous ou deux à deux.

SIMPLIFICATION DE L'UNITÉ 3 : L'unité 3 peut tre constituée d'un sim- ple raccordement électrique laissant circuler passivement le courant électrique de la source 7 vers les accumulateurs 1.

BRANCHEMENT UNIQUE POUR LES DECHARGES ET LES RECHAR- GES : Cette variante est illustrée par la figure 4.

Il est possible d'envisager que la source 7 et l'appareil 5 se connectent sur un raccordement unique 10 muni éventuellement d'une prise spéciale 11 compatible avec ces deux éléments.

Dans ce cas, les raccordements 6 et 8 sont connectés sur le commutateur 9.

Le commutateur 9 assure la connexion du raccordement 10, soit au raccor- dement 6, soit au raccordement 8, selon que le dispositif selon l'invention est en phase de décharge ou de recharge.

Le commutateur 9 peut tre un dispositif électronique du mme type de con- ception et de fabrication que les unités 2 et 3.

Il peut également tre regroupé avec d'autres éléments tels que la batterie 4 et les unités 2 et 3.

En situation de repos, c'est à dire quand le dispositif selon l'invention n'est ni en phase de décharge, ni en phase de recharge, le commutateur 9 peut tre conçu pour connecter : -Soit le raccordement 10 avec le raccordement 6 ; -Soit le raccordement 10 avec aucun autre élément ; -Soit le raccordement 10 avec le raccordement 8 ; -Soit le raccordement 10 avec un autre élément à déterminer ; La variante décrite sous ce titre présente de nombreux avantages, notamment en termes de facilité d'utilisation.

Elle permet également, lorsque tous les éléments composant l'invention sont regroupés, la manipulation et l'utilisation des batteries équipées de l'invention dans des conditions strictement identiques à celles des batteries traditionnelles.