Brevet FR2075859A1 — publié le 19711015

La présente invention concerne un procédéde charge de batterie d'accumulateurs à partir d'un générateur à courant constant ; elle concerne également un dispositif régulateur automatique pour l'açplication du procédé précité, dispositif intercalé entre un générateur d'énergie électrique à courant continu et une batterie d'accumulateurs aLin d'imposer à cette dernière une caractéristique de charte I = r (Ub) déterminée. Les fabricants d'accumulateurs définissent un certain nombre de conditions limites à'utilisation au-delà desquelles la durée de vie moyenne des batteries n'est plus garantie ; en particulier, le régime de charge doit être établi de façon à ce que le courant de charge ne dépasse pas une valeur fonction tout à la fois de la capacité en ampère-heure et de la force contre-électromotrice à l'instant considéré. De nombreux dispositifs automatiques de charge ont été déve- loupés en vue de respecter ces conditions. Dans ce domaine, on peut citer le brevet français n 1 535 510, intitulé "Perfection- nements aux dispositifs de chars pour générateurs électrocnimiques", qui décrit un dispositif de charge programmé suivant une caractéristique à trois paliers dont le premier et le dernier sont à courant constant. Ces dispositifs, basés sur l'asservissement du courant de char ge à la force contre-électromotrice de la batterie répondent parfaitement au but poursuivi qui est de faire récupérer à une batterie déchargée sa capacité maximale dans le minimum de temps et sans risque de détérioration ; ceci suppose un circuit de structure relativement complexe. Dans les installations où les batteries sont utilisées en tam pon, il est possible de charger celles-ci a courant constant jusqu'à récupération de la capacité maximale, puis de fournir en permanence un faible courant dit "d'entretien" ou"d'égalisation". C'est le cas ce certains appareillages de faible puissance qui utilisent le rayonnement solaire comme source d'énergie par l'intermédiaire d'un ensemble de cellules photovoltaïques couplées @ une batterie tampon étanche ; nombre de ces dispositifs fonctionnent sans surveillance et leur te::ps de service est généralement limité par la durée de vie de la batterie. Il .importe donc que le circuit de charge assure le stockage de l'énergie dans les meil leures conditions de façon a assurer a l'appareillage une autono- mie maximale. Le but de l'invention est d'assurer la charge d'une batterie selon des caractéristiques intensité/tension trèslScoches des conditions idéales à l'aide d'un dispositif dont le nombre réduit d'éléments lui assure une fiabilité maximale. Selon l'invention, le procédé de charge d'une batterie d'accumulateurs à partir d'un générateur à courant constant est remarquable en ce que ledit courant traverse en totalité la batterie jusqu'à ce que la force contre-electromotrice de c-ettedernière atteigne un seuil déterminé, le courant exeédentaire représentant la différence entre le courant fourni par le générateur et le courant d'entretien de la batterie étant dérivé dans un circuit extérieur. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé ci-desssus, remarquable en ce qu'aux bornes de sortie du générateur à courant constant est disposé un élément à conductibilité unilatérale et à effet de seuil. De préférence, l'élément à conductibilité unilatérale et à effet de seuil est une diode zéner. Les avantages du procédé et du dispositif selon l'invention par rapport aux systèmes connus consistent en un contrôle rigoureux des conditions optimales de charge alliées à une grande simplicité de moyens. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La Fig. 1 représente différentes courbes caractéristiques intensité/tension préconisées pour le régime de charge des batteries d'accumulateurs. La Fig. 2 représente le schéma de principe du dispositif selon l'invention dont la source d'énergie est constituée par une batterie de cellules photovoltaiques. Sur la Fig 1, la courbe 1 représente la caractéristique de charge d'une batterie ddchargée. Le point a, correspondant à une intensité iii représente la limite supérieure du courant de charge au-delà de laquelle la durée de vie de la batterie serait compromise ; la charge doit donc alors s'effectuer à courant constant suivant la courbe 3 jusqu'à ce que la force contre-électromotrice aux bornes de la batterie atteigne la valeur v2. De son côté, la courbe 2 correspond à la caractéristique de charge de la batterie chargée, le point b correspondant à un cou rant i2 étant le courant dit d'entretien que la batterie peut supporter en permanence sans détérioration. Le courant i2 correspond à une tension v2 à partir de laquelle le courant de charge de la courbe 3 doit passer de la valeur il à la valeur i2. La courbe 3 représente donc la caractéristique idéale de charge que le dispositif décrit ci-dessous permet d'approcher de très près. Sur la Fig. 2, la cellule photovolta1que 4 a sa borne négative reliée à la borne négative de la batterie 11, et sa borne positive connectée à l'émetteur du transistor 8 de type PNP par la résistance 7. Le réseau constitué de la diode zéner 5 en série avec la résistance 6 est connecté entre les bornes positie et négative de la cellule 4, la base du transistor 8 étant reliée au point commun de ces deux éléments. Le collecteur du transistor 8 est relié, d'une part à la borne positive de la batterie 11 par la diode 10, et d'autre part à la borne négative de ladite batterie par la diode zéner 9. Le fonctionneflent du dispositif selon l'Iivention peut s'expliquer de B façon suivante : le transistor 8, en association avec les résistances 6 et 7 et la diode zéner 5, constitue un générateur à courant constant dont le niveau est fonction de la valeur de la résistance 7, le seuil de tension v1 (Fig. 1) à partir duquel le courant est constant étant déterminé par la valeur de la résistance 6. Lorsque la tension fournie par la cellule photovolta1que 4 est inférieure à la tension v1, le courant de charge se situe, en fonction de l'état de charge de la batterie, à l'intérieur de l'aire délimitée par l'axe des tensions et les courbes 1 2 et ). A partir de l'instant où la tension v1 -est atteinte, la charge s'effectue à courant constant suivant la courbe 3. Lorsque la force contre-électromotrice aux bornes de la batterie 11 atteint la valeur v2, le courant excédentaire (i1 -i2 ). est dérivé dans la diode zéner 9 dont le seuil de tension est choisi égal à v2 plus la chute de tension dans la diode conjoncteur 10. De cette façon, le courant de charge de la batterie 11 ne peut dépasser la valeur d'entretien i2. Il importe évidemment de choisir la diode zéner 9 de façon à ce qu'elle puisse dissiper la totalité de la puissance appliquée à ses urnes et qui correspond à = Vzéner (il-i2). On peut remarquer que les courbes caractéristiques intensité/ tension en fonction de l'éclairement de certaines cellules solai res approchent de la forme idéale de la courbe 3 pour un éclairement déterminé ; il est donc théoriquement possible d'assurer la charge d'une batterie directement à partir d'une cellule sans autre élément qu'une diode conjoncteur en série. L'inconvénient d'un tel procédé est qu'il suppose un tri rigoureux des cellules afin que le coude corresponde aussi exactement que possible à la tension v2 ; un tel inconvénient n'existe pas dans le dispositif selon l'invention/ n'importe quel pnneau de cellules pouvant fournir la tension v2 -et l'intensité il étant utilisable. Le dispositif selon l'invention n'est pas limité-à l'utilisa- tion de cellules photovoltaSques comme source d'énergie, toute autre source étant utilisable, notamment le secteur alternatif après redressement. REVENDICATIONS 1. Procédé de charge de batteries d'accumulateurs à partir d'un générateur à courant constant, caractérisé en ce que ledit courant traverse en totalité la batterie jusqu' ce que la force contre-électrootrice de cette dernière atteigne un seuil déterminé, le courant excédentaire représentant a aifférence entre le courant fourni par le générateur à courant constant et le courant d'entretien de la batterie étant dérivé dans un circuit extérieur. 2. Dispositif pour a mise en oeuvre du procédé suivant la re vendiation 1, caractérisé en ce qu'aux bornes de sortie du générateur à courant constant est disposé un élément à conductibilité unilatérale et à effet de seuil. 3. Dispositif selon l'ensemble des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'élément à conductibilité unilatérale et à effet de seuil est une diode zéner. 4. Dispositif selon l'ensemble des revendications l â 3, caractérisé en ce qu'une diode semiconductrice est disposée en série avec l'une des bornes de la batterie.