Brevet FR2012997A1 — publié le 19700327

É>9 24008 2012997 L'invention concerne îsn procédé et m appareil pour la charge de batteries d'accumulateurs et elle convient en particulier lorsqu'il s'agit de charger des batteries en un temps minimal et avec une élévation de température de la batterie non des-5 tructrice. Apparemment, on n'était pas parvenu à charger des batteries pratiquement à la capacité nominale en moins d'une heure, avant le procédé décrit dans la demande de brevet en France n° 137*950 du 30 Janvier 1968 et la demande de certificat d'addi-10 tion n° 6.914.021 du 2 Mai 1969. Ceux-ci permettent de charger au moins à la capacité nominale en moins de 20 minutes des batteries formées d'un ou plusieurs éléments. On a trouvé maintenant qu'il est possible de charger des batteries à la capacité nominale en moins de 15 minutes sans élé-15 vaticn notable de la température grâce au procédé et à l'appareil de la présente invention, la outre 9 on peut arrêter le courant élevé nécessaire à la charge rapide ou bien 1s. convertir en un courant faible pour la charge d'entretien, au moyen d'un circuit simple qui contrôle la tension aux bornes de' la batterie® 20 Ainsi, selon l'invention, on charge des batteries formées d'un ou plusieurs éléments en un temps très court9 par exemple en moins de 15 minutes» avec une élévation minimale de la température ûes éléments9 sa utilisant le procédé qui consiste à trass-mettre des impulsions de eoaraat continu à raae batterie par une 25 connexion électrique pouvant fonctionner continuellement, à engendrer un premier signal de commande en réponse à une fonction de la batterie, à engendrer "on deuxième signal de commande en réponse à l'arrêt d'une impulsion de courant continu fournie à la batterie, le deuxième signal de commande coopérant avec le 30 premier signal de commande pour former un signal de commande composite capable de brancher électriquement sur la batterie un parcours de décharge pendant un incréaient entre la transmission à la batterie d'impulsions adjacentes de courant continu, et à limiter le temps d'application du parcours de décharge à la batte-35 rie à un incrément inférieur à celui qui sépare des impulsions adjacentes de courant continu. La durée de l'impulsion de courant de décharge peut avantageusement dépendre d'une durée associée aux caractéristiques électrochimiques et à la construction du ou des éléments de la batterie à charger. —- ~\ l bat) ÛRfGfNAL 69 24008 2012997 1:3 groeëcle acasicvo en ©"tro à arrêter la ©harge ou è sra-LiSaeir le conrasij ?„ ma ofcairr:: €'entretien lorsqu'une tension pré-ÉétciHniEJû ent strâoi&te axs somes d© la feotterie pendant que 1© esisrszïfc de eharg© ac. passa jas5 la tension ©ux bornes étant liée 5- à l'état â® oûargs âe la batterie® En outre5 selon 15 invention8 on charge des -batteries en us court laps rie temps avec une élévation minimale de température m uoTjen, â8im circuit de charge qui comprend un dispositif de transmission capable de transmettre des impulsions de courant 1€- continu à lie feofcteri© gue l'on charges par une liaison électrique pouvant fonctionner continuellement. On prévoit un parcours de âésâaxg® et ta. dispositif de décharge servant à brancher élec-triquesent" le parso-irs fie décharge de façon périodique sur la batterie sans interrompre la connexion électrique entre la bat-i§ teri® et le dispositif d© transmissions le dispositif de décharge comprenant un prealor dispositif générateur de signaux pouvant fonctionner en réponse à une fonction de la batterie et un deuxième dispositif générateur de signal pouvant fonctionner "en réponse à l'arrêt Ses impulsions de courant continu fournies à la 20 batterie 3 le deuxième dispositif générateur de signaux coopérant avec le premier dispositif générateur d© signaux de manière à donner m signal ds cosamaade capable de brancher le parcours de -désliass® sur la "batterie pondant un incrément entre la transmission d'iapulsioas adjacentes de courant continu à la batterie. 23 Le circuit peut en outre comprendre un dispositif capable de diminuer -le courant appliqué à la batterie en réponse au fait qu'une tension prédéterminée est atteinte aux bornes de la batterie pendant lsabsence d8impulsions de courant continu, et un dispositif destiné à rendre le dispositif de diminution pratiquement 50 insensible aux variations de température. En outre, le circteit peut aussi- comprendre un dispositif permettant de mettre sélectivement hors d5 action le dispositif de diminution. Dans un mode d'exécution particulier, le premier dispositif générateur d© signaux comprend un condensateur servant à 35 intégrer en fonction du temps un courant lié à la tension aux bornes de la batterie et le deuxième dispositif générateur de signaux set capable d1engafirer un courant transitoire qui s'ajoute par sa polarité à la charge que présente le condensateur, bad original 69 24008 -5- 012997 le dispositif de décharge étant capable de brancher le parcours de décharge sur la batterie en réponse au fait que le condensateur présente une charge totale prédéterminée en plus de la part due au courant transitoire. 5 En outre, dans un mode d'exécution, le deuxième dispo sitif générateur de * signaux comprend une inductance reliée en série au condensateur et un diviseur de tension, le courant transitoire étant engendré dans l'inductance en réponse à l'arrêt d'une impulsion de courant appliquée à la batterie. 10 Dans un mode d'exécution particulier, le parcours de dé charge comprend deux transistors reliés en cascade dont l'un est branché directement sur la batterie tandis que l'autre est relié au premier dispositif générateur de signaux. On comprendra plus clairement et plus complètement les 15 caractéristiques et avantages ci-dessus de l'invention, ainsi que d'autres, à l'examen de la description suivante et des dessins sur lesquels : la figure 1 est Tan schéma d'un circuit permettant de charger une batterie en un temps court avec une élévation mini-20 maie de la température de la batterie, conformément à l'invention; la figure 2 est un graphique indiquant les variations de la tension aux bornes de "la batterie et du courant moyen de charge dans le circuit de la figure 1, conformément à l'inven-25 tion; la figure 3 est un graphique indiquant la relation entre la tension puisée de courant continu et la tension aux bornes de la batterie ; la figure 4 est un graphique indiquant la relation du 30 courant de charge et du courant de décharge avec la tension puisée de courant continu indiquée par le graphique de la figure la figure 5 est un graphique à base de temps étalée indiquant la variation de la tension aux bornes de la batterie pendant une impulsion de courant de décharge; 35 la figure 6 est un graphique indiquant la variation de la tension aux borneg de la batterie pendant une impulsion de courant de décharge, relativement à une base de temps étalée, et la figure 7 est un schéma d'une variante de circuit ser- tgas aaism 1 69 24008 -4- 2012997 vant à charger une batterie en un temps court avec une élévation minimale de température de la batterie, conformément à l'invention. Dans la majorité des applications où l'on utilise"comme source d'énergie des batteries ou autres sources électrochimiques rechargeables, il est désirable de charger la source de courant dans le temps le plus court possible. La figure 1 montre un schéma d'un mode d'exécution préférentiel d'un circuit servant à charger de telles sources de courant et en particulier des batteries comportant un ou plusieurs éléments, en un très court laps de temps, par exemple en moins de 15 minutes, avec une très faible élévation de la température de la batterie. Le circuit servant à charger une batterie 1 comprend une source 2 d'impulsions de courant continu, un premier dispositif interrupteur commandé 5 branché entre la source 2 et la batterie ( 1 et un deuxième dispositif interrupteur commandé 4- relié aux bornes de la batterie 1. L'appareil comprend encore un dispositif 5 qui, obéissant à une tension choisie qui existe aux bornes de la batterie, commande le fonctionnement de l'interrupteur 4 de manière à décharger sélectivement la batterie 1 entre lès impulsions de charge. Aux fins d'illustration, on supposera que la batterie à charger est constituée par dix éléments étanches nickel-cadmium du type "sub C. Toutefois, il est entendu que l'invention n'est pas limitée à la charge d'éléments étanches nickel-cadmium ni à des batteries de dix éléments exactement. Elle est applicable à la charge d'un ou plusieurs éléments. Elle est applicable aussi à la charge de toute source électrochimique rechargeable. Pour l'exemple considéré, on suppose qu'unélément nickel-cadmium du type "sub Cn est celui qui est utilisé dans la batterie 41 B001KDQ6 fabriqués par General Electric Company, qui a une tension nominale ds 1,2 Y par élément et une capacité nominale de 1 Ah quand on la décharge à un régime de 100 mk en l'espace de 10 heures jusqu'à une tension finale choisie. Le fabricant recommande de charger cet élément à 100 mA pendant 16 heures. Oe temps est excessif étant donné que l'on peut charger cet élément en un temps considérablement moindre avec une élévation négligeable de température en utilisant le procédé de l'invention. BAD ORIGINAL 69 24008 2012997 Aux fins de la description^ on appelle G la moyenne du courant auquel un élément se décharge jusqu'à uae tension final© choisie en un laps de temps choisi qui est généralement de 1 h ou de 10 h. Par exemple, l'élément ci-dessus présente un régime 5 C de 1 A avec lequel une tension finale choisie est atteinte en une heure. Le procédé de l'invention peut servir avantageusement à charger l'élément au moins jusqu'à sa capacité nominale en moins de 15 minutes et on l'a appliqué pour charger un tel élément à 10 sa capacité nominale en environ 6 minutes. la tension aux bornes d'une batterie formée de dix éléments "sub 0" et le courant de charge appliqué à la batterie suivant le procédé de l'invention sont illustrés par le graphique de la figure 2. Aux fins d'illustration, on suppose que la batte-15 rie à charger est initialement déchargé© jusqu'à une tension finale d'environ 6 V et on suppose que ©'est la tension aux bornes de la batterie au moment où l'on commence la charge. Le moment où l'on coamence la charge est indiqué par le moment sur le graphique de la figure 2. Au moment t^, on applique à la batte-20 rie un courant de charge qui est supérieur au régime nominal d© charge en une heure de la batterie, dans le cas présent enviroa 7 fois 0. Lorsqu'on applique le courant de charge, la tension aux bornes de la batterie, représentée par la courbe 40, s'élève très rapidement de 8 "v" jusqu'à environ 14 Y. Ensuite, la 25 tension tend à s'uniformiser à environ 15 Y et reste à ce niveau lorsqu'on continue d'appliquer des impulsions détourant de charge. A mesure que la tension aux bornes de la batterie s'élève rapidement jusqu'à 14 Y, il se produit une diminution correspondante du courant de charge, jusqu'à une valeur moyenne JO d'environ 5 A. Le courant de charge est appliqué à la batterie sous forme d'impulsions que l'on peut produire en utilisant la tension puisée de courant continu qui apparaît à la sortie d'un redresseur relié à une source de tension alternative. La corres-35 pondance qui en résulte entre les impulsions d® courant de charge et la tension continue puisée est indiquée par les graphiques des figures 3 et 4 qui ont la même base de temps. Le courant de charge arrive à la batterie quand la tension puisée de courant 69 24008 2012997 e-oatiaoi ®L© la smsm g'élèv© au-deseus de la tension ans Derses de la featt©£i©s-oGlrê© tension aux bornes étant d'environ 15 V d'après 1© grgpMqHe «i© la figure J® àxm fias d ' iliug'teawioa, on suppose que la tension oonti-e nue puisée menant d© la source en circuit ouvert présente une vaXsur de poisfe© ûs®wi2rea 20 1 corne l'indique à titre d|example la courbe de la figure do sorte que le courant de charge passe pendant environ la ®oiti-§ d© chaque impulsion d© courant continu venant de la'source. Ainsi# si la tension est fourni© par 1* laïc teraédiaire d'un transformateur abaisseur relié à un réseau ordinaire de 110 ¥ ®t 60 lst le courant de charge passe pendant environ 4 as 3ur les 8S? d© durée des impulsions de- tension continue. Bans la demande de certificat d'addition n° 6«914.021, 15 1® courant de désâarge est appliqué pendant un laps de temps -plus long que la durée d'une impulsion d'entrée venant de la coures de tension mais ©a a trouvé qu'une impulsion de décharge de plus court© durée présente certains avantages. En particulier, on à trouvé que la batterie reste plus froide pendant le cycle 20 de décharge et que l'on, peut charger la batterie quasi-complètement en un temps plus court. On a trouvé aussi en particulier que des batteries formées de dix éléments "sub 0" et ayant une capacité nominal© de 1 Ah petit être chargée complètement au niveau de 1 Ali en moins-de 8 minutes. 25 Dans le sas d® la batterie formée de dix éléments "sub 0", 0a a trouvé que la tension aux bornes pendant l'impulsion de décharge présente une variation telle qu'il existe une variation à haut© fréquence de la tension, superposée à la variation de la tension aux bornes de la batterie. Cette variation à haut© 30 fréquence est indiquée sur la figure 6 qui représente avec une échelle ds temps étalé© la forme d'onde de la tension aux bornes de la batterie pendant la décharge. On a trouvé que la fréquence de la tension superposée était d'environ 0,4 MHz. La cause de cette composante à haute fréquence n'est pas connue mais on a 35 supposé qu'il peut se produire une sorte de résonance dans la bat™ terie. Pour tirer parti de cette composante à haute fréquence et de la résonance possible, on choisit pour l'impulsion de décharge une durée d * environ 2 jus, qui est la période de la composante de 0,4 KHz. BAu OftiGif-i'ÂL 69 24008 -7- 2012997 Quand on utilise une impulsion de déchargoéyant une durée de 2^s, on trouve que la batterie reste relativement froide. Par exemple, sur tout le cycle de charge, la température de la batterie s'élève généralement de 3-8°C. On a trouvé en outre que 5 la valeur moyenne de l'impulsion de décharge pouvait être notablement inférieure à la valeur moyenne de l'impulsion de décharge utilisée dans les procédés des brevets cités plus haut,, Avec une durée d'impulsion de décharge de 2 ^s seulement, 11 n'est pas nécessaire d'interrompre le courant de charge car 10 l'impulsion de décharge peut s'intercaler entre des impulsions de courant de charge. Gela est indiqué par le graphique de la figure 4. L'impulsion de décharge telle qu'elle est indiquée sur la figure 4 se produit immédiatement après une impulsion de charge. Toutefois, il peut y avoir un temps de repos avant l'appli-15 cation de l'impulsion de décharge et l'impulsion peut se produire vers la fin du laps de temps qui sépare des impulsions de charge de sorte qu'il existe un court temps de repos avant l'impulsion de charge suivante. Un chargeur permettant de charger rapidement des battè-20 ries d'un ou plusieurs éléments selon l'invention est représenté schématiquement par la figure 1. Comme on l'a dit plus haut, la batterie 1 qu'il s'agit de charger est reliée à une source 2 par l'intermédiaire d'un interrupteur commandé 3. La source 2 qui fournit une tension continue puisée pour charger la batterie 1 25 peut être toute source pouvant fournir un courant de charge à la batterie qu'il s'agit de charger. Dans l'exemple, la source 2 comprend un redresseur biphasé constitué par les diodes 7 e"b S reliées aux extrémités opposées duéecondaire 9 d'un transformateur 10= Le primaire 11 du transformateur 10 est relié à une 30 source de courant alternatif 12» La source de courant alternatif 12 peut être avantageusement le courant alternatif de 60 Hz fourni par une prise de courant murale. Avec une entrée de 60 Hz et un redressement biphasé, la forme d'onde de tension qui apparaît à la sortie de la source 2 présente l'allure de la figure 3 avec 35 une fréquence de répétition d'environ 8,3 ms. La tension continue puisée est appliquée à la batterie 1 par l'intermédiaire de l'interrupteur commandé 3 qui comprend un redresseur commandé au silicium 13, une résistance 14 étant bran- 6ao omtm. chée entre l'anode et la porte du redresseur 13 et une résistance 15 entre la porte et la cathode du redresseur-13. Quand la tension de sortie de la source 2 dépasse la tension aux bornes d© la batterie 18 le redresseur commandé au silicium 13 est pclari-5 sé dans le sens direct et le courant commence à passer par les résistances 14 et 15 et par la jonction porte-cathode du redresseur 13, rendant celui-ci conducteur, le courant de charge arrive alors à la batterie 1 par le redresseur 15 et continue de passer aussi longtemps que la sortie de la source 2 dépasse la tension 10 aux bornes de la batterie 1. Le circuit entre la source 1 et la batterie 2 forme une connexion pouvant fonctionner continuellement . Dans l'exemple considéré, la tension qui apparaît sur la moitié du secondaire à prise centrale 9 cLu transformateur 10 pré-15 sente une valeur de pointe de 20 Y. Toutefois, la tension appliquée à la batterie 1 ne s'élève pas jusqu'à la valeur de pointe de 20 V mais est maintenue à une valeur inférieure par la batterie 1, qui joue le rôle d'un condensateur branché sur le secondaire du transformateur, et par l'impédance de la source à tra-20 vers laquelle passe le courant de charge. La tension en l'absence de consommateur, sur le secondaire du transformateur, qui a une valeur de pointe de 20 V, est indiquée par la courbe de tension 20 de la figure 3. La tension au secondaire, avec une batterie servant de consoinniatsur , est indiquée par la courbe de 25 tension 4-5 sur la figare 5® Quand la tension au?: bornes de la batterie est d5©aviron 15 ¥§ oa observe que la chute de teasiea à la traversée de la batterie , due à la résistance de celle-cis est d8environ 0S8 ï de sorte que la tension s'élève d'environ 0,8 ¥ au-dassus d© la tension aux bornes de la batterie au repos, 30 c'est-à-dire lorsqu'il ne passe aucun courant de charge ni de décharge. L'élévation de tension dépend de l'état de la batterie, une plus grande élévation se produisant quand la batterie à charger a une plus grande impédance interne, l'impédance interne étant généralement une indication de l'état de la batteries de 35 fortes impédances internes étant associées à des batteries relativement médiocres. Quand 1© coursât de charge commence à arriver à la batterie 1s la tension aine bornes s3 élève rapidement au-dessus de la BAD ORIGINAL 69 24008 •"9- 2012997 valeur obtenue immédiateeieat après la décharge et que l'on suppose 6tre de 6 V dans 1'exemple» la tension aux bornes de la batterie s'élève rapidement à ©nviros.-14 Y puis s'uniformise aux environs de 15 V. 5 Selon l'invention, on décharge la batterie par intermit tence, ce qui augmente sa capacité de charge. D'autre part, en appliquant les courtes impulsions de décharge intercalées entre les impulsions de charge, on a trouvé que la température de la batterie varie très peu* par exemple de 3-8°Q. La batterie se 10 décharge par le parcours de décharge formé par l'interrupteur commandé 4 qui peut avantageusement être un transistor de puissance dont le parcours émetteur-collecteur est branché sur la batterie, le fonctionnement du transistor de puissance étant commandé par le circuit détecteur de tension 5» I«e circuit 5 agit 15 de façon similaire à. L'apparition de la première impulsion de décharge par fermeture de l'interrupteur 4S qui est dans 1'exemple un transistor de puissance, et des impulsions de décharge suivantes, 30 est déterminée principalement par la constante de temps résistance-capacité du circuit de commande 5 qui est déterminée par la capacité du condensateur 21 et la valeur de la résistance 16 et de l'inducteur 19» A assure que la charge du condensateur 21 augmente, la tension à la borne de porte du redresseur com-55 mandé au silicium 22 entre les résistances 17 st 18 augmente aussi. Quand la tension à la porte relativement à la cathode du redresseur 22 est de grandeur suffisante pour rendre conducteur le redresseur 22, le courant passe à la fois de la borne posi- BAD ORIG'NAJ- i 69 24008 -10- 2012997 tixro &0 le bat'ôexi-j i ®t ùa eoadensateur 21, par. le parcours saoâe-Gatiîoà© de soteaaseïs SS3 à la jonction base-émetteur du feaîasletor gsMaafc ©©luirai conducteure 1® polarisation dass. le csats G®«ciuotsE^ §m transistor 4 fournit le parcours de -dé-? eiiarge teaneàô sus la bafea@sie 1 « • Quand le redresseur commandé eu silicium 2£ aovient sc-aciucssor, le condensateur 21 se décharge^ fournissant un grand courant de base au transistor de puissant© 4 pas 14 intermédiaire du redresseur 22» de manière à saturer pratiquement 1© transistor 4 pour fournir un parcours de 10 déek&rg© à faibls résistance branché sur la batterie. Ensuitet la s^sbisaison de 1°impédance d© commande de base du transistor 4 sa parallèle à la résistance 23 et de la capacité du condensateur 21 âêtsnaàjse la dosée de l'impulsion de décharge ®n déter°> EimaiaG 1q temps pendant laque! le transistor 4 est polarisé dans 15 I® 833.3 directs ]?our 15exemple, la durée de l'impulsion est fixé© ( à environ 2 jaa. La •fréquence do répétition des impulsions de décharge établies par la constante de temps du circuit de commande 5 est d:©aviron une par seconde aux premiers stades de la charge et 20 augmente à mesure que la batterie se charge. Cette fréquence de répétition n*est pas visible sur les courbes de la figure 2 à cause de la bas© de temps de ces courbes. ïoutefois, l'application d*iispulsisas de décharge entraînant une diminution de la tension arcc bornes est indiquée de façon représentative sur la 25 ooisls ds tension 40 de la figure 2. La tension aux bornes de la batterie, dans le cas d'une batterie relativement bonne de dix éléments, diminue d'environ 5 V pendant les premiers stades de la change et d'environ 4 V vers la fia de la charge, comme l'indique le tireté 5© de la figure 2» 30 Ii® acssnt où 1© transistor 4 est rendu conducteur doit être déterminé convenablement de façon que 19application du parcours d© décharge ne s© produise pas pendant que le redresseur 13 est conducteur et que le courant de charge est appliqué à la batterie, car cela appliquerait en fait un court-circuit au se-35 condaire du transformateur 10, ce qui pourrait facilement endommager celui-ci. Ainsi, dans ce cas, un inducteur 1 est placé dans 1® parcours de conduction entre la source 2 et la batterie 1 et aussi entre la porte et la cathode du redresseur commandé au r— - / - --—- ^ BAD ORfGiNAL L'~ -11- 20t2« silicium 22 de manière à rendre celui-ci conducteur entre les impulsions de courant de charge. Lorsque la tension de sortie au secondaire 9 du transformateur 10 diminue et approche de la tension aux bornes de la 5 batterie, la diode conductrice 7 ou 8 se bloque„ C'est un blocage brusque qui se produit pendant que l'inducteur 19 tend à conduire le courant. Par suites un courant transitoire est engendré sur l'inducteur chaque fois que l'une des diodes 7 ou 8 et le redresseur 13 cessent de conduire, lorsque la tension en-10 tre la porte et la cathode du redresseur 22 approche du seuil, un courant transitoire engendré sur l'inducteur 19 suffit à rendre conducteur le redresseur 22. Le condensateur -21 se charge suivant une courbe exponentielle en tendant vers la tension aux bornes de la batterie. Comme indiqué plus haut, cette tension 15 varie entre la tension de repos lorsqu'il ne passe aucun courant de charge et la tension plus élevée qui règne lorsque le courant de charge passe. Pour éviter d'atteindre la tension de seuil de conduction du redresseur 22 pendant l'application du courant de charge, l'inducteur 19 est conçu de manière à avoir une résis-20 tance égale ou supérieure à l'impédance interne de la batterie à charger. Du fait que la porte et la cathode du redresseur 22 sont reliées à des extrémités opposées de l'inducteur 19, la chute de tension à la traversée de l'inducteur 19 se soustrait de la tension aux bornes de la batterie et la tension entre la porte et 25 la cathode est alors égale ou inférieure à la tension qui règne lorsqu'il ne passe aucun courant de charge0 La porte détecte la différence entre une portion de la tension au condensateur 21 et la chute à la traversée de l'inducteur 19 de sorte que le redresseur commandé au silicium peut devenir conducteur pendant 30 que le courant de charge passe, pendant qu'aucun courant de charge ne passe, la porte détecte une portion de la tension au condensateur 21 et une portion de la tension transitoire lorsqu'elle est engendrée par l'inducteur 19. De cette manière, l'impulsion de décharge se proauit presque immédiatement après 35 que le courant de charge ait cessé de passer. Toutefois, si l'on désire regarder l'apparition ae l'impulsion de courant-de décharge après l2arrêt de l'impulsion de charge, c'est-à-dire obtenir un temps de repos entre l'impulsion de charge et l'impulsion jr— ggfô ORIGINAL 69 24008 -12- 2012997 de décharge, on peut retarder le moment où le redresseur 22 ©t le transistor 4 deviennent conducteurs. En tout cas, l'impulsion de décharge a une durée choisie qui est inférieure à 11intervalle entre les impulsions de courant de charge, de sorte que le cou-5 rant de charge n'est pas interrompu mais peut passer chaque fois que la tension de la source 2 excède la tension aux bornes de la batterie, les impulsions d© décharge se produisent environ une fois par seconde, la fréquence ds répétition augmentant à mesure que la charge progresse et que la tension aux bornes de la batte-10 rie augmente» 0n peut faire varier cette fréquence de répétition en modifiant les constantes de temps du circuit âe commande 5» Si l'on désire charger la batterie en un temps plus court que les 14- minutes indiquées par la figure 2, on peut augmenter le courant de charge. Bien entendu, il s'ensuit que la tension 15 aux bornes de la batterie augmente plus rapidement de sorte que les impulsions de décharge se produisent plus fréquemment. On a chargé des batteries formées de dix éléments étanches nickel-cadmium du type "sub G" jusqu'à la capacité nominale en moins de 8 minutes, en utUsant le procédé et 1'appareil de l'invention. 20 II est désirable d'arrêter la charge quand la batterie a été chargée jusqu'à sa capacité nominale ou à la charge maximale. On a trouvé que lorsque la batterie approche de la çhaxge maximale, il se produit une élévation très rapide de la tension aux bornes de la batterie. Cette élévation rapide est une indication 25 très sûre de l'état de charge maximale de la batterie tandis que la température de la batterie n'est généralement pas une bonne indication parce qu'elle n'augmente pas excessivement pendant le processus de charge quand on applique 1'invention. Dans les batteries formées de dix éléments "sub C", lors-30 qu'on applique l'invention, il se produit une élévation rapide de la tension d'environ 15,8 ? à 17 V en environ 1 minute, le temps d'élévation dépendant principalement de 1'intensité du courant de charge * Ainsi, pour la batterie à dix éléments de l'exemple, on choisit une tension aux bornes de la batterie d'en-55 viron 16,3 V pour indiquer le moment où il faut arrêter la charge aux régimes élevés. On choisit cette tension de manière à éviter les effets d'un chauffage excessif qui peut se produire au-dessus de 17 Y environ pour ce type d'élément. Pour assurer cet f JBAD ORIGINAL 69 24008 -13- 2012997 arrêt, un interrupteur sensible à la teasioa 24s constitué par un redresseur commandé au siliciums est relié-par l'intermédiaire d'une résistance limitatrice de courant 25 à la porte du redresseur 13. La porte du redresseur 24 est reliée à un diviseur de 5 tension constitué par une diode Zener 29 et des résistances 26 et 27 reliées en série entre elles et en parallèle à l'ensemble en série formé par l'inducteur 19 et la batterie 1. La cathode du redresseur 24 est reliée à la borne négative de la batterie 19 à la jonction de l'inducteur 19 et de la batterie 1. Par cette 10 connexion, et par le fait que l'on prévoit une valeur suffisante de résistance dans le parcours â.o courant de charge, résistance qui est représentée dans l'exemple de la figure 1 par celle de l'inducteur 19» le circuit d'arrêt do charge, comprenant le redresseur 24, est seulement rendu conducteur pendant les intérim valles où le courant de charge ne passe pas de sorte que le circuit obéit à la tension de xepcs qui est une indication efficace de 1'état de charge. Quand l'élévation rapide de la tension aux bornes au repos se produit, lorsque la batterie approche de l'ë-tat entièrement chargé et î*ae la tension prédéterminée aux bor-20 nés est atteinte, le redresseur coiamandé au silicium 24 est rendu conducteur, de manière à' dériver efficacement 1© courant de porte du redresseur 13. Gela empêche le redresseur 13 de redevenir conducteur tant que 1s redresseur 24 conduit9 de sorte que la charge rapide s'arrête. 25 On a trouvé qu'il est avantag©ux de faire en sorte que l'impédance de l'inducteur 19 soit égal® à 1!impédanee interne d'une bonne batterie. Ainsi, le circuit possède un® caractéristique inhérente de sécurité. Une batterie médiocre qui a une plus forte impédance interne tend à s'échauffer davantage pendant la 30 charge. Si l'on choisit la mime tension pour 1© déclenchement du redresseur commandé au silicium 24, il se peut qu'une batterie médiocre s'échauffe excessivement avant que cette tension ne soit atteinte. Toutefois, étant doimé l'impédance interne plis élevée, la tension aux bornes de la batterie dépasse la chute de 35 tension à la traversée de l'inducteur 19 et le redresseur d'arrêt réagit à cette tension plus élevée. Le redresseur 24 est rendu conducteur plus tôt, arrêtant la charge avant que la batteri© ne soit endommagée. |5T" bad orignal 69 24008 2012997 ? ? ; neu~ ■'r:o désirable d Appliquer une che:-.v:Q â'^stx^ti^a -prè-; x'nshèY*;^;.4; du cycle de cnarge rapide. À ces ;v-y- â- - si..: relativement élevée est branché le :);jr;joyr-3 de ^-^nlstanca rolntivaaent élevée peut comprendre, séparément ou en combinaison avec d'autres éléments, une lampe 23 •rii est *olus "oriliants lorsoue la majeure partie du courant ?9sise par 2s parcours an JLiau ds passer par la redresseur 13» pour fournir Tina indication visuelle de la i'in du cycle de cnarsre rapide. lïn faible courant» qui est d'environ 140 mÀ dans l'exemple ; passe par la combinaison en Parallèle comprenant la lamoa £3 es las résistances an série 14 et 1p. De ces 140 mÀ« environ 100 "A passent par la oatterxe pour effectuer une charçe d'en- ( jbretien. Le resta du courant ss partage entre las deux diviseurs Sa -renaion de la diode 2aner 29 et les résistances en série 26 50 27 et les résistances en série 16, 17 et 18. Le courant passant par la-résistance de fuite porte-cathode du redresseur 13» la résistance 15 et la résistance 25 ,joue le rôle d'un courant d'entretien du redresseur 24 de manière à poursuivre la charge d'c-n-tret5.cn aussi longtasros qu'on le désire. Le circuit de la figure 1 présente use certains compensation inhérente de température de manière à éviter un arrêt prématuré quand laa composants du circuit s'échauffent. Ordinairement;, .le redresseur d'arrêt 24 devient conducteur avec un plus faible courant porte à assure que sa température s'élève parce eue 93 --enslbilits de perte augmenta. Par suite, le circuit d'arrêt pe*;stv£oactionner prématurément avant que la batterie n'ait atteint l'état de charçe désiré. Toutefois, la diods Z-çp?r q~r rjx coefficient positif ds température de scrr* eus le • d.e ^ensxcn «. la traversée de la aiode augmente c. mesure wvs ;•?•? t«;:EÇfir.c f.'ro 3:elôva. Cette chute accrus diminua 1s cc-r-.sna ropli--:u~e -mi ceo.ressa\ir 24 et compense la sensibiliv;. rie •* c rue „ - cen.r.ni.iité *ccrue du rearesseur d5 arrêt 24 lorsau-? .ia 1 r. i-.-ve peut ^ussx servir avantageusement à pro tège" '"at^rxe «.tertre nos températures excessives causées par 69 24008 -15- 2012997 une surcharge. Le redresseur 24 peut être placé en contact thermique avec la batterie qu'il s'agit de charger de façon que toute élévation excessive de température soit détectée et amène le redresseur 24 à arrêter plus tôt. Un condensateur 30 est" 5 branché sur la jonction porte-cathode du transistor 24 pour dériver les'tensions transitoires de réseau. Une variante de circuit de charge est représentée sché-matiquement sur la figure 7 et présente certains avantages sur le circuit de la figure 1. Les composants qui sont semblables 10 dans les deux circuits portent les mêmes références. Pour décrire le fonctionnement du circuit de la figure 1, on suppose qu'il s'agit de charger une batterie de dix éléments. Pour charger une batterie comportant un nombre différent d'éléments, la diode Zener du circuit d'arrêt aura une caractéris-15 tique différente de celle qu'aurait la diode Zener 29 de la figure 1 pour une batterie de dix éléments. De même, la résistance de l'inducteur 19 sera différente pour compenser les impédances internes différentes qui sont observées avec des batteries différentes. Pour étendre l'utilité du circuit de la figure 1 à la 20 charge de nombreuses batteries, on peut ajouter au circuit plusieurs diodes Zener et mettre en circuit la diode présentant la caractéristique appropriée, au moyen d'un commutateur multipolaire situé soit au sommet de la résistance 26 soit à la cathode du redresseur commandé au silicium 13. En outre, on peut faire " 25 varier la résistance de l'inducteur 19 pour assurer la résistance appropriée, compte tenu de l'impédance interne de la batterie particulière à charger. Dans le circuit de la figure 7j deux transistors 50 et 51 sont branchés en c^ascade sur la batterie 1. Les transistors en 30 cascade de la figure 7 constituent un perfectionnement relativement au transistor unique 4 ds la figure 1, en ce sens que le transistor PriP, 50, est amené rapidement à la saturation de manière à donner une impulsion de décharge plus profonde de la batterie 1. En outre, une anplificasion du courant de ccr^ande 55 de base du transistor 50 est assurée psr le transistor- 51 de sorte que le transistor 50 arrive rapidement ù I~ saturation et conduit sur toute son aire de jonction au lieu àe coaauire par des régions localisées dans lesquelles un courant excessif pourrait endommager l'appareil. ' COPY 69 24008 -16- 2012997 Dans le circuit .de la figure 7% oel a trouvé jgu'ua.c&ia-rant de décharge de pointe de 150-200 A pendant? environ 1yis était approprié lorsqu'on charge une batterie de quatre éléments. Ces impulsions de décharge se produisent environ 8 fois par se-5 coude pendant les stades initiaux de la charge et sont portées à environ 11 fois par seconde à mesure que la batterie" approche de lr*état de charge maximale. Quand on charge une batterie de quatre éléments, la tension nominale aux bornes au repos est comprise entre 6 et 6,2 ¥ 10 lorsqu'on utilise le procédé et le circuit de charge de l'invention. Ainsi, si l'on suppose que le circuit de la figure 7 sert à charger une batterie de quatre éléments, la tension nominale de la diode Zener 52 est d'environ 5 "V". Mais on a trouvé que les diodes Zenerde 5 V ont un coefficient de température pratique-15 ment nul de sorte que la compensation de température qui apparaît dans le circuit de la figure 1 lorsqu'on charge une batterie de dix éléîaents n'existe pas lorsqu'on charge une batterie de quatre éléments. Pour assurer la compensation de température désirable, un assemblage en série comprenant une thermistance 53 et une 20 faible résistance 54- est branché dans le circuit de porte du redresseur d'arrêt 24. A mesure que la température des composants du circuit s ' élève, et en particulier la température du redrës-seur 24, sa sensibilité de porte augmente de sorte qu'il risque de conduire prématurément. Avec le branchement de la thermistance 25 53 tel qu'il est indiqué sur la figure 7j une élévation de température dans les composants de circuit cause line diminution de la résistance de la thermistance 53 de sorte qu'un signal plus faible est appliqué à la porte du redresseur commandé au silicium 24 pour compenser la sensibilité accrue et assurer un arrêt au mo-30 ment voulu. i.;n outre, il est désirable que les états transitoires qui peuvent apparaître lorsque le circuit est alimenté ou lorsque la batterie est branchée en vue de la charge ne rendent pas conducteur le redresseur 24 ce qui inhiberait l'application du cou-35 rant élevé de charge désiré. Ainsi, un interrupteur 58 est branché entre 1®anode et la cathode du redresseur 24. On peut fermer momentanément cet interrupteur après avoir branché la batterie et avoir alimenté le circuit, pour dériver tous courants transi- —? BACt ORIGINAL 69 24008 •••'- 2012997 toires et inhiber la conduction du redresseur 24c Ensuite, on peut ouvrir l'interrupteur 56 et eoimencer la charge rapide, les condensateurs 57 e"b 59 dérivant les tensions transitoires;de réseau. On peut apporter diverses modifications aux détails de construction sans sortir du cadre de l'invention. BAD ORIGINAL 69 24008 ia- ' 2012997 ; ' ::' - BtEiSaaffitïoiSB - . 1 — "Procédé- 5 continuellement g, eue 15ou engendre un premier signal de commande en réponse â une fonction de la batterie, que l'on engendre un deuxième signal de commande en réponse à 16arrêt d'une impulsion de courant continu fournie à la batterie, le deuxième signal de ooffiEande coopérant avec le premier signal de commande pour for-10 mer im. signal de commande composite capable de brancher électïi- -queaent un parcours de décharge sur la batterie pendant un in-créaaat entre la transmission d'impulsions adjacentes de courant continu à la batterie® 2 - Procédé seloa la revendication 1, caractérisé par le 15 fait que l'on limite 1© temps de branchement du parcours de décharge sur la batterie à un incrément qui ne dépasse pas 1*incrément séparant les impulsions adjacentes de courant continu. 3 - Procédé de charge rapide d'une batterie caractérisé par le fait que l'on communique une charge progressivement crois- 20 santé à une batterie en la soumettant à des intervalles alternés de charge et de décharge, que pendant chacun des intervalles de charge on transmet â la batterie des impulsions de courant continu par une connexion électrique pouvant fonctionner continuellement, que pour appliquer les intervalles de décharge on branche 25 un parcours de décharge sur la batterie entre les intervalles de charge en réponse au signal de commande, le signal de commande étant fonction d'un état de la batterie et fonction de l'arrêt d'une impulsion de courant continu appliquée â la batterie pendant un. intervalle de charge, et que 1'on limite chacun des in-30 tervalles de décharge à une durée qui ne coïncide avec aucune des impulsions de courant continu des intervalles de charge. 4- - Circuit de charge rapide de batterie caractérisé par le fait qu'il comprend un dispositif de transmission capable de transmettre des impulsions de courant continu à une batterie par 35 une connexion électrique pouvant fonctionner continuellement, un parcours de décharge et un dispositif de décharge servant à brancher électriquement le parcours de décharge sur la batterie de façon périodique sans interrompre la connexion électrique entre BAD ORIGINAL 69 24008 -19- 2012997 la batterie et le dispositif de transmission, et que le dispositif de décharge comprend un premier dispositif générateur de signal pouvant fonctionner en réponse à une fonction de la batterie et un deuxième dispositif générateur de signal pouvant fonc-5 tionner en réponse à lrarrêt d'impulsions de courant continu fournies à la batterie, et que le deuxième dispositif générateur de signaléoopère avec le premier dispositif générateur de signal pour donner un signal de commande capable de brancher électriquement le parcours de décharge sur la batterie pendant un incré-10 ment, entre la transmission d'impulsions adjacentes de courant continu à la batterie. 5 - Circuit de charge rapide de batterie caractérisé par le fait qu'il comprend une source servant à fournir des impulsions de courant continu à une batterie quand le niveau de ten- 15 sion des impulsions dépasse la tension aux bornes de la batterie, un parcours de décharge, un dispositif servant à engendrer un premier signal répondant à une fonction de la baiterie, un dispositif servant à engendrer un deuxième signal de commande répondant à une relation entre le niveau de tension des impulsions 20 de courant continu et la tension aux bornes de la batterie, un montage qui branche le parcours de décharge sur la batterie en fonction des signaux de commande, et tua dispositif de commande servant à limiter le branchement du parcours de décharge sur la batterie à un laps de temps qui ne coïncide avec aucune des 25 impulsions de courant continu. 6 - Circuit selon la revendication 5» caractérisé par le fait que le deuxième dispositif générateur de signal obéit à l'arrêt d'une impulsion de courant appliquée à la batterie. 7 - Circuit selon la revendication 5, caractérisé par le 30 fait que le premier dispositif générateur de signal comprend uxt condensateur servant à intégrer en fonction du temps un courant lié à la tension aux bornes de la batterie. 8 - Circuit selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le deuxième dispositif générateur de signal de commande 35 est capable d'engendrer un courant transitoire qui s'ajoute par sa polarité à une charge que présente le condensateur, le montage mentionné étant capable de brancher le parcours de décharge sur la batterie en réponse au fait que le condensateur présente, mû OfffâfNAL 69 24008 -20- 2012997 y compris l'additif transitoire, une charge totale qui dépasse une valeur prédéterminée. 9 - Circuit selon la revendication 8, caractérisé par le fait que le deuxième dispositif générateur de signai comprend une 5 inductance reliée en série à la capacité et que le courant transitoire est engendré dans l'inductance en réponse à l'arrêt d'une impulsion de courant appliquée à la batterie. 10 - Circuit selon la revendication 9» caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens qui, en fonction du fait qu'une 10 tension prédéterminée soit atteinte aux bornes de la batterie, peuvent réduire le courant appliqué par la source à la batterie. 11 - Procédé de charge rapide de batteries comportant un ou plusieurs éléments, caractérisé par le fait que l'on applique des impulsions de courant de charge dont la valeur moyenne dé- 15 passe le régime horaire nominal des éléments et que l'on décharge la batterie pendant un tamps inférieur à la durée d'une impulsion de courant de charge. 12 - Procédé selon la revendication 11, caractérisé par le fait qu'en outre on inhibe l'application du courant de charge 20 à la batterie quand une tension choisie est atteinte aux bornes de la batterie. 15 - Procédé selon la revendication 11, caractérisé par le fait que les impulsions de courant de charge ont une fréquence de répétition de 120 Hz. 25 14- - Procédé selon laéevendication 11, caractérisé par le fait que le courant de décharge présente une fréquence de répétition d'impulsions qui augmente à mesure que la charge progresse. 15 - Procédé selon la revendication 14, caractérisé par 30 le fait que l'impulsion de courant de décharge a une fréquence initiale de répétition d'environ une par seconde et que celle-ci est portée à environ deux par seconde à mesure que la charge progresse. 16 - Procédé selon la revendication 11, caractérisé par 35 le fait que le temps de décharge est d'environ 2^us. 17 - Procédé selon la revendication 11, caractérisé par le fait que le courant moyen de charge représente environ 5 fois le régime horaire nominal des éléments. 69 24008 -21- 20 T2997 18 - Procédé selon la rex^eadicatioa. 11, caractérisé par le fait que le courant moyen pendant la décharge présente une valeur de pointe qui vaut environ 100-200 fois le régime horaire nominal des éléments. 5 19 - Procédé selon la revendication 11, caractérisé par le fait que le courant de charge a une valeur initiale comprise entre 8 et 10 fois le régime horaire nominal des éléments. 20 - Procédé selon la revendication 19, caractérisé par le fait que le courant de charge diminue jusqu'à une valeur corn- 10 prise entre 4 et 7 fois le régime horaire nominal des éléments. 21 - Circuit de charge rapide de batterie caractériaé par le fait qu'il comprend un premier interrupteur commandé, une source de tension continue puisée couplée à la batterie par l'intermédiaire du premier interrupteur de manière à fournir des 15 impulsion» de courant de charge à la batterie, un deuxième interrupteur commandé branché entre les bornes de la batterie, un dispositif servant à détecter la tension aux bornes de la batterie de manière à commander le fonctionnement du deuxième interrupteur, un dispositif servant à fermer le deuxième interrupteur 20 par l'intermédiaire du dispositif de commande lorsqu'aucun courant de charge ne vient de la source de co?arants et un dispositif ssrvaitfc à maintenir fermé le deuxième interrupteur pendant un temps inférieur au laps de teaips qui sépare les. impulsions de courant de charge. 25 22 - Circuit selon la revendication 21, caractérisé par le fait que le premier interrupteur commandé est un redresseur commandé au silicium. 2.3 - Circuit selon la revendication 21, caractérisé par le fait que le deuxième interrupteur commandé est un transistor 30 de puissance. 24 - Circuit selon la revendication 21, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre un dispositif servant à inhiber le premier interrupteur commandé en réponse au fait qu'une tension choisie soit atteinte aux bornes de la batterie pendant la 35 charge, pour arrêter la charge. 25 - Circuit selon la revendication 21, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre un parcours relié en parallèle au premier interrupteur commandé et servant à fournir à la batte- —-* BA0 ORfGïNAL 69 24008 2012997 ri;? im .courant -le *.* entretien, et vas. dispositif sexvan% & SMtiJbex ' -le Smetioimem***; Sa premier interrupteur commandé en réponse a«. fait qu'us© tension choisie soit atteinte aux bors.es de la batterie penâe.n.1" la charge0 pour passer d'une charge r©= pide è. me char es -d'.entretien « . 26 - Procédé -ds ohergjs' rspide de batteries comportant ua ou -plusieurs éléE»eatss carectéri'sé pér le fait que l'on applique 'dss impulsions d® oîmraat -de charge ayant unepreaière fréquence de -répétition et que l'on branche-' sur la -batterie; te- parcours de décharge$ entre los impulsions de' charge:,..à une- deuxième frétasse© 'de1 répétition inférieure à la.première. 27-. - Procédé ds charge rapide de batteries comportant un. on plusieurs élésiQntSs caractérisé par le fait que l'on chargé la batterie ave© des impulsions de courant continu à use..première fréquence ds répétition .et que l'on, décharge' l'a:1?0tterie entre les impulsions de -courant de charge, à une deuxième fréquence de. répétition inférieure à la première. ..." 28 - Cire-uit servant à charger rapidement une batterie comportant un on plusieurs éléments et caractérisé par le fait-:;;. qu'il comprend un inducteur3 un premier interrupteur commandé5 un© source de /fcsas'i'oa continue puisée..reliée à la batterie par 1'intermédiaire â© l'Interrupteur d'un côté et de l'inducteur" de l'autre côté de manière à donner des impulsions de courant ds charge3 un douzième interrupteur commandé branché fiîïr les bornas de la batterie5 un dispositif oui-ferme le deuxième interrupteur en fonction de la tension aux bornes de la batterie et de 1'inducteurs un dispositif qui maintient le deuxième interrupteur fermé pendant un laps de temps inférieur à l'intervalle entre impuisions de charge 9 et un dispositif qui, -en fonction d'un niveau choisi d® tension aux bornes de la batterie entre impulsions de chars®8 inhibe le premier interrupteur pour arrêter la charge par celui-ci, BAD ORfOiNAL