Brevet FR2176600A1 — publié le 19731102

L'invention est du domaine des alimentations en courant continu comprenant une batterie d'accumulateurs rechargée par une source extérieure. Elle concerne une alimentation qui se charge sous tension relativement élevée et à faible courant, et se décharge à tension plus faible et à courant plus fort. Une application de l'invention se rencontre entre autres dans certains dispositifs téléphoniques où une installation d'abonné comporte une batterie qui est rechargée par un courant continu reçu du central téléphonique à travers la ligne d'abonné. Certaines installations téléphoniques d'abonné comportent un équipement électronique adjoint au poste téléphonique d'abonné, lequel est alimenté par un accumulateur qui est rechargé pendant la veille par un courant provenant du central téléphonique et circulant sur la ligne d'abonné. L'Administration impose à un tel courant de recharge une valeur relativement basse. D'autre part, il est avantageux que la capacité d'une telle batterie soit aussi grande que possible, afin d'assurer un fonctionnement aussi prolongé que possible sans recharge. Par ailleurs la tension de charge, 24 ou 48 volts, est beaucoup plus élevée que la tension de décharge, qui, pour des équipements transistorisés, est de l'ordre de 6 à 9 volts. I1 est donc tres avantageux de posséder une batterie qui se charge sous tension forte avec un courant de charge faible, et se décharge sous tension plus faible avec un courant plus fort, et ceci, bien entendu, sans aucune manoeuvre de commutation de la part de l'abonné. On y parvient selon l'invention en constituant la batterie sous forme de plusieurs batteries partielles toutes identiques, que l'on équipe de composants passifs disposés de façon telle que toutes les batteries partielles se trouvent pratiquement en série pour la charge, et pratiquement en parallèle pour la décharge. L'installation selon l'invention nlest pas limitée à la charge par une source continue. Elle est d'application tout à fait générale et admet la charge par une source alternative par l'intermédiaire dzun redresseur. On va la décrire en détail et expliquer son fonctionnement en se référant aux figures annexées, parmi lesquelles La figure I montre un montage à trois batteries, position de charge; La figure 2 le schéma équivalent; La figure 3 montre le même montage à trois batteries que la figure I, position de décharge; La figure 4 le schéma équivalent; La figure 5 montre un schéma complet d'installation pratique à deux batteries; La figure 6 un schéma équivalent simplifié; La figure 7 est une variante du montage à deux batteries selon la figure 5. FIGURE 1 - Le schéma de base le plus général admet, en principe, un nombre quelconque n de batteries partielles. En fait ce nombre n dépassera rarement deux ou trois dans les applications courantes. Pour fixer les idées, le schéma de la figure I comprend trois batteries partielles. La généralisation à un nombre quelconque n est immédiate. Les trois batteries partielles sont désignées par B1, B2, B3. Le pôle négatif de B1 est connecté en un point A. Son pôle positif (a) est relié au pôle négatif de B2 (b) à travers une diode D1 orientée dans le sens passant de b vers a. Le pôle positif de B2 (c) est relié au pôle négatif de B3 (d) à travers une diode D2 orientée dans le sens passant d - c. Le pôle positif de B3 est connecté en un point B. Le point a est connecté à un point P par une diode D5 passante de a vers P. Le point c est connecté au même point P à travers une diode D7 passante de c vers P. Le point b est connecté à un point Q à travers une diode D6 passante de Q vers b. Le point d est connecté au même point Q par une diode D8 passante de Q vers d. Une diode D3 est insérée entre Q et A, passante de Q vers A. Une diode D4 est insérée entre B et P, passante de B vers P. -Une ligne d'alimentation à deux conducteurs Li, L2 a son conducteur Li (-) relié au point A par l'intermédiaire d'un contact K1, et son conducteur L2 (+) relié au point B par l'intermédiaire d'un contact K3. Une résistance de charge a une de ses extrémités connectée au point Q par un contact K2 et l'autre extrémité reliée au point P par un contact K4. Les contacts Ki, K3 sont solidaires ; les contacts K2, K4 sont solidaires. Dans l'application à une installation téléphonique, on admet d'abord, pour simplifier l'étude du fonctionnement, que, le combiné du poste téléphonique étant accroché, les contacts K1-K3 sont fermés, et les contacts K2-K4 sont ouverts (cas de la figure 1). Lorsque le combiné est décroché (figure 3 ci-dessous), K1-K3 sont ouverts, K2-K4 sont fermés. La figure I est la position de charge. Le courant de charge Ic circule dans le sens de B vers A, ctest-à-dire dans le sens passant des diodes D1 et D2. Par contre, les diodes, D5...D8, sont polarisées en inverse et présentent une résistance considérable. FIGURE 2 - Le schéma équivalent pratiquement à la figure 1 est illustré par la figure 2. On a représenté un court-circuit entre a et b, un autre entre c et d. En fait ces résistances ne sont pas rigoureusement nulles, mais elles sont égales à quelques ohms, et -pratiquement négligeables. De même, les diodes D5-D8 polarisées en inverse ont une résistance de plusieurs mégohms et ont un effet de dérivation pratiquement négligeable. Le schéma de la figure 2 est donc bien le schéma équivalent du montage selon la figure 1 : les batteries sont chargées en série. FIGURE 3 - Le montage est le même que dans la figure 1, mais cette fois K1-K3 sont ouverts, K2-K4 sont fermés. C'est la position de décharge. La batterie 31 débite un courant I1 qui traverse D5, Rc, D3. La batterie B2 débite un courant I2 qui traverse D7, Rc, D6. La batterie B3 débite un courant I3 qui traverse D4, Rc, D8. Le courant de chaque batterie traverse donc la résistance de charge Rc et deux diodes. Les diodes D3...D8 sont passantes et présentent une résistance négligeable, les diodes D1, D2 sont polarisées en inverse et ont une résistance pratiquement infinie. FIGURE 4 - On en déduit, avec les mêmes réserves que ci-dessus, le schéma equivalent en décharge selon la figure 4 : les batteries se déchargent en pa allèle, avec un courant de décharge Io égal à I1 + I2 + 13. FIGURE 5 - La figure 5 est un exemple de montage pratique, où le nombre n de batteries B1 et B2 a eté pris egal à 2. La ligne L1, L2 est connectée en permanence aux bornes d'entrée du montage. (cas de téléalimentation par un central téléphonique). On trouve en tête un organe de filtrage comportant une bobine double L enfermée dans un blindage G, et deux condensateurs en série C1, C2 de point milieu M formant une double branche dérivation. Vient ensuite un redresseur R à quatre diodes Dii, D12, D13, D14, dont le rôle est de permettre le raccordement des batteries B1, B2 à la source sans se préoccuper des polarités. Une résistance variable R3, qui peut être éventuellement ajoutée à la résistance propre du circuit de téléalimentation est insérée en série avec le redresseur R. Puis vient un transistor T, dont l'émetteur est connecté à une borne C de la résistance R3, la base est polarisée par deux résistances en dérivation R1, R2, le collecteur est connecté au ple négatif de la batterie Bi. Le montage des batteries B1, B2 et des diodes D7, D3, D4, D5, D6 se déduit immédiatement du montage de la figure 1 en éliminant la batterie B3 et les diodes D2, D7, D8. On trouve ensuite un fusible F et le commutateur bipolaire K2, K4 (figures 1 et 3) et la résistance de charge Rc. Les points de sortie sont P pôle positif et Q pôle négatif. Le point milieu M, le blindage G et le point P sont réunis par une connexion S. Comme dans les figures précédentes, A désigne le pôle - de lXensemble des batteries, B désigne le pôle +. La tension de sortie U (= Vp O) a la valeur U1 en décharge et U2 en charge P-Q On a la relation approchée U2 ~ 2.U1 L'inductance L et les deux capacités C1, C2 forment un filtre passe-bas qui empêche toute perturbation de l'alimentation par les courants de.haute fréquence circulant éventuellement sur la ligne Ll-L2. La ligne L1-L2 débite un courant J1. La résistance R2 est traversée par un courant J2. La résistance R3 permet d'ajuster le système à plusieurs tensions de téléalimentation, par exemple 48 volts ou 60 volts. La tension aux bornes de la ligne, E, doit toujours être supérieure à U2. FIGURE 6 - Le schéma équivalent simplifié de l'installation selon la figure 5 comprend la ligne de téléalimentation L1, L2 dont la résistance est désignée par p ; l'ensemble des deux batteries avec leur équipement de diodes, désigné par Bo, de bornes A, B, pouvant débiter dans la résistance de charge Rc par les interrupteurs K4, K2. Le transistor T a son collecteur connecté en A, son émetteur en C, sa base polarisée par les résistances R1, R2. Une résistance R3 (non représentée dans la figure 6) peut être éventuellement insérée dans la ligne L1,-L2. La ligne débite un courant J1. La résistance R2 est traversée par un courant dérivé J2.p représente la résistance en continu de la ligne de téléalimentation et des équipements qu'elle comporte. Sa valeur peut être de l'ordre de 12 kQ , par exemple. Soit V1 = différence de potentiel entre B et A, V2 = différence de potentiel entre A et C, V3 = différence de potentiel aux bornes de p, égale à Jl.p E est la tension aux bornes de la ligne. On a E = V1 + V2 + V3. Les résistances Ri et R2 sont choisies de façon que le courant collecteur du transistor T soit égal au courant de charge de batteries désiré, par exemple 2 mA, et que la différence de potentiel V1 soit égale, en charge, à U2 = 2 Ul. La chute de tension V3 dans la résistance p a un effet stabilisateur sur la différence de potentiel entre B et C (V2) et sur les courants J1 et J2. Le courant de charge des batteries est Ic (figure 2). Si la tension est relativement élevée (par exemple 60 V), on ajoute avantageusement une résistance R3 en série dans la ligne. On donnera à R2 une valeur ohmique suffisamment grande pour que le courant dérivé dans R2 soit seulement une faible partie du courant de téléalimentation Ji (par exemple J2 = On va examiner successivement le cas de la décharge et le cas de la charge. 10 Décharge (K2 et K fermés) 2 4 On suppose E = 48 V. Lorsque les batteries Bo se déchargent en parallèle dans R (courant dans c Rc = Io, voir figure 4), on a Vi = U1, soit par exemple 12 V. On a alors V3 = 2.10 . 12.103 = 24 V; V1 = U1 = 12 V; V2 = E-(VI+V3) = 12 V. Le courant de téléalimentation a pour expression J1 = Ic + J2 Ce courant J1 varie peu quelle que soit la valeur ohmique de Rc, il reste voisin de 2 mA. Le courant Ic passe dans la résistance Rc et diminue le courant débité par les batteries. 20 Charge (K2 et K4 ouverts) Les deux batteries contenues dans Bo sont en série Vi = U2 = 24 V. V2 = E-(V1+V3) est très faible, le transistor T est sature. Le courant J1 varie très peu par rapport au cas précédent. Mais lorsque les batteries sont complètement chargées, leur tension U2 augmente, par exemple U2 = V1 = 28 V. Dans ce cas, V3 baisse à 20 V, puisqu' on a toujours E = 48 V = V1 + V3 (V2 négligeable). Donc le courant de téléalimentation baisse à 20/12 = 1,66 mA, ce qui est avantageux. Le rôle du transistor T est important : dans une réalisation pratique de téléalimentation, ce transistor est indispensable. FIGURE 7 - La figure 7 reprend la partie centrale de la figure 5, avec le transistor T et les résistances Ri et R2, les batteries B1 et B2, avec les diodes D1, D5 et D6. Les diodes D3 et D4 sont supprimées. Par contre le schéma comprend une diode D9 en serie entre le collecteur du transistor T et le pôle négatif de la batterie partielle B1. En se reportant à la figure 5, on peut observer que les diodes D3, D4 ne sont pas indispensables pour le changement de connexions série (charge) parallèle (décharge) : il suffit pour cela des diodes D1, D5 et D6. Cependant, dans la figure 5, les diodes D3 et D4 ont-une utilité : si la tension de téléalimentation disparalt aux bornes A, B, les deux batteries partielles pourraient se décharger à travers la résistance R2 et la jonction basecollecteur du transistor T. Les diodes D3, D4 évitent cet inconvénient. Ce même effet est obtenu plus economiquement par le schéma selon la figure 7, qui comporte une diode unique D9 en série entre le collecteur du transistor T et le pôle négatif de la batterie partielle B1, au lieu des deux diodes D3, D4. EXEMPLE NUMERIQUE. Soit un courant de charge limité à 1,8 mA, et une capacité de batterie necessaire de 180 mA.h. Avec une seule batterie de 180 mA.h , le courant de charge serait egal au centième de la valeur numérique de la capacité ce qui est considéré par le constructeur comme trop faible pour fournir une recharge sure de la batterie. Si on prend deux batteries de 90 mA.h , chargées en série, déchargées en parallèle, conformément à l'invention, le quotient courant de charge/capaeite devient 1/50, ce qui est considéré comme satisfaisant. REVENDICATIONS 1/ Dispositif d'alimentation de batterie à double configuration charge-décharge, comportant deux bornes d'alimentation et deux bornes de décharge, caractérisé en ce que la batterie est subdivisée en n batteries partielles toutes identiques connectées en série entre le pôle positif et le pôle négatif du dispositif, chacune d'elle étant séparée de la suivante par une diode passante dans le sens du courant de charge, et chaque pôle de chaque batterie partielle étant relié au pôle de même polarité du dispositif par une diode passante dans le sens du courant de décharge. 2/ Dispositif selon la revendication i, caractérisé en ce qu'il comprend en série un transistor régulateur du courant de charge, dont la base est polarisée par un diviseur de tension à résistances en dérivation, lequel est dimensionné de façon à dériver une portion relativement faible du courant de charge, le circuit étant dimensionné de façon que ledit transistor fonctionne en résistance variable, de valeur ohmique négligeable (état saturé) dans le fonctionnement en charge, et de valeur notable, absorbant une part notable de la tension de l'alimentation, dans le fonctionnement en décharge. 3/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le collecteur dudit transistor est connecté à un des pôles de la batterie par l'intermédiaire d'une diode passante dans le sens du courant de charge. 4/ Dispositif selon la revendication 3, pour un nombre de batteries partielles n égal à 2, caractérisé en ce qu'il comprend deux diodes en dérivation pour l'aiguillage du courant de décharge