Brevet FR2178816A1 — publié le 19731116

La présente invention concerne un circuit électronique pour charger une batterie, du type comportant un amplificateur différentiel à hautes impédances d'entrée, un chargeur à impédance variable alimenté par le secteur et dont le courant continu de sortie, envoyé sur la batterie, est commandé par la sortie de l'amplificateur. Dans les circuits électroniques de ce type, les entrées de l'amplificateur différentiel sont connectées l'une à la sortie d'un pont diviseur résistif branché sur la batterie et l'autre à la sortie d'un organe à tension constante par exemple une diode zener ou analogue,branchéesur une source d'alimentation en courant continu annexe par l'intermédiaire d'une résistance. Ces circuits sont satisfaisants lorsque la batterie est neuve, car la courbe représentative de la montée en charge en fonction du temps est alors bien déterminée,ce qui permet de choisir une diode zener dont la tension de référence est parfaitement adaptée à la tension de charge maximale de la batterie, c'est-à-dire que cette tension de charge maximale est égale à la tension zener multipliée par le rapport de division du pont diviseur, mais ils ne sont plus satisfaisants lorsque la batterie est vieillie. En effet, alors, la courbe de montée en charge en fonction du temps est décalée et la tension de charge maximale de la batterie est diminuée. Pendant la charge, il peut également se produire des variations de température,ce qui augmente encore le décalage de la courbe de montée en charge,ou encore un ou plusieurs éléments de la batterie peuvent être en courtcircuit. Il en résulte que l'équilibre des tensions sur les entrées de l'amplificateur différentiel ne peut jamais être atteint et que le chargeur à impédance variable alimente constamment la batterie en courant, même après une durée de charge très longue. La batterie peut ainsi etre totalement mise hors service par un échauffement consécutif à un courant trop élevé la traversant. Le but de la présente invention est de remédier à ces inconvénients et d'élaborer un circuit électronique pour charger une batterie qui donne satisfaction aussi bien lorsque la batterie est neuve que lorsque la batterie est vieillie. Pour ce faire, un circuit électronique selon l'invention est caractérisé en ce que les entrées de l'amplificateur sont d'une part reliées à un pôle de la batterie par deux organes interrupteurs munis chacun d'une entrée de commande, et d'autre part à l'autre pôle de la batterie par deux condensateurs, ledit circuit électronique comportant un générateur à deux sorties fournissant des signaux alternés, reliées respectivement aux entrées de commande des organes interrupteurs. On conçoit que dans un tel circuit il n'y a plus aucun organe à tension de référence constante. On comprend que les entrées de l'amplificateur différentiel dont la sortie commande le courant de charge envoyé sur la batterie par le chargeur à impédance variable reçoivent alternativement la tension de la batterie. La différence de potentiel entre ces deux entrées est égale à la différence entre la tension de la batterie lorsque l'un des organes interrupteurs est fermé et la tension qui figurait aux bornes de la batterie lorsque l'autre organe interrupteur était fermé lors du cycle de mesure précédent, cette tension précédente ayant été mise en mémoire dans le condensateur correspondant. On mesure ainsi en permanence l'évolution de la tension qui figure aux bornes de la batterie, ceci sans aucun organe à tension de référence constante. Lorsque la batterie a été mise en charge pendant une durée relativement longue, par exemple douze heures, la tension qui existe entre ses bornes n'évolue pratiquement plus et en conséquence la tension à laquelle est portée l'une des entrées de l'amplificateur différentiel et qui correspond à la tension de la batterie amenée sur cette entrée par l'interrupteur fermé correspondant est égale à la tension à laquelle est portée l'autre entrée de l'amplificateur qui correspond à la tension mise en mémoire par le condensateur correspondant lors du cycle précédent de mesure, tension égale à celle qui figurait aux bornes de la batterie lors de ce cycle. La tension de sortie de l'amplificateur différentiel est alors nulle et le chargeur à impédance variable ne délivre plus aucun courant à la batterie. La batterie peut ainsi rester indéfiniment sur le circuit de charge sans qu'il se produise d'inconvénient et ceci quel que soit son état de vieillesse. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, lesdits organes interrupteurs sont constitués par des transistors à effet de champ et le générateur à deux sorties par un multi-vibrateur à basse fréquence. On comprend que les sorties du multi-vibrateur à basse fréquence sont branchées sur les électrodes de commande des transistors à effet de champ. La fréquence de fonctionnement du multi-vibrateur peut être relativement faible, par exemple une impulsion alternative sur chaque sortie toutes les quinze minutes. L'invention concerne encore un véhicule automobile à moteur électrique muni d'un circuit électronique tel que défini plus haut et est alors caractérisée en ce que l'inducteur du moteur est connecté à la sortie du chargeur à impédance variable lorsque la batterie du véhicule est en charge. On comprend que l'inducteur du moteur sert alors de self-inductance de filtrage pour le courant ondulé continu qui est fourni à la sortie du chargeur à impédance variable. Un mode de réalisation de l'invention est représenté aux figures 3 et 4 des dessins nnexés dans lesquels - la figure I représente la courbe de montée en charge d'une batterie neuve en fonction du temps - la figure 2 représente un circuit électronique de type classique pour charger une batterie - la figure 3 représente schématiquement un circuit électronique selon l'invention ; et - la figure 4 représente de façon détaillée une réalisation du montage de la figure 3. Sur la figure 1, on voit que la charge d'une batterie neuve atteint assez rapidement une tension relativement élevée El pendant les premières heures de charge, puis que la pente de la montée en charge diminue pendant les heures suivantes pour atteindre une tension un peu plus élevée E2 environ après six heures de charge. Ensuite, la tension monte à nouveau assez brusquement pour atteindre rapidement la tension nominale E de la batterie. Sur la figure 2, où l'on a représente schématiquement un circuit électronique de charge de type connu, on voit que l'on a placé aux bornes de la batterie 1 destinée à être chargée un pont diviseur constitué de deux résistances 2 et 3 dont la sortie est reliée à l'une des entres 4 d'un amplificateur différentiel 5, l'autre entrée 6 étant reliée à une diode zener 7 alimentée par une source de courant annexe 8 par l'intermédiaire d'une résistance 9. La sortie 10 de l'amplificateur différentiel commande le courant de sortie I issu du chargeur à impédance variable 11 alimente par un secteur 12. La tension de référence de la diode zener 7 est choisie de façon à être égale à la tension nominale E de la batterie divisée par le rapport de division du pont constitué par les résistances 2 et 3. De la sorte, lorsque la tension aux bornes de la batterie atteint sa valeur nominale E, la différence de potentiel entre les entrées 4 et 6 de l'amplificateur 5 est nulle, le courant fourni à la sortie 10 de celui-ci est nul et le chargeur à impédance variable 11 n'envoie plus aucun courant sur la batterie 1. Cet état peut durer indéfiniment et ne risque donc pas de détériorer la batterie. Toutefois, si la batterie n'est pas neuve, la courbe représentée à la figure I est décalée et la tension de référence de la diode zener n'est plus égale à la tension de charge maximale de la batterie divisée par le rapport du pont diviseur constitué par les résistances 2 et 3. Ainsi, la différence de potentiel entre les entrées 4 et 6 ne peut jamais s'annuler et quelle que soit la durée de la charge, le chargeur à impédance variable envoie indéfiniment un courant i sur la batterie, ce qui produit un échauffement que celle-ci subit et qui risque de la mettre hors service. Un circuit électronique conforme à l'invention a été représenté à la figure 3. Sur cette figure, la batterie est représentée en I , le chargeur à impédance variable en 13, le secteur en 14 et l'amplificateur différentiel en 15. L'une des entrée 16 de l'amplificateur est reliee d'une part au pôle positif de la batterie 1 par un organe interrupteur 17 et d'autre part au pôle négatif de la batterie par un ondensateur 18. L'autre entrée 19 de l'amplificateur différentiel 15 est reliée d'une part au pôle positif de la batterie par un autre organe interrupteur 20 et d'autre part au pôle négatif de la batterie I par un autre condensateur 21. Chacun des organes interrupteurs 17 et 20 est muni d'une entrée de commande représentée par une flèche, respectivement en 22 et 23. Ces entrées de commande sont connectées aux sorties, respectivement 24 et 25, d'un générateur 26 fournissant sur ces deux sorties des signaux alternés, par exemple des impulsions, dont la periode est T,égale par exemple à 15 minutes. Le fonctionnement de ce circuit est le suivant Lorsque la sortie 24 envoie une impulsion sur l'entrée de commande 22, l'organe interrupteur correspondant 17 est fermé tandis que la sortie 25 du générateur 26, n'envoyant aucun signal sur l'entrée de commande 23 de l'autre organe interrupteur 20, celui-ci est ouvert. En supposant que ceci se produise dès le début de la mise en charge de la batterie 1 et qu'aucune tension n'ait eté emmagasinée par le condensateur 21, I'entrée 16 de l'amplificateur différentiel 15 reçoit la tension de la batterie 1 , tandis que l'autre entrée 19 ne reçoit aucune tension. La différence de potentiel entre les entrées 16 et 19 est alors relativement élevée et le courant de sortie qui va sur le chargeur à impédance variable est également important. Le chargeur envoie alors sur la batterie un courant I de charge maximale pendant quinze minutes, temps durant lequel par ailleurs le condensateur 18 met en mémoire la tension à laquelle est porté l'amplificateur, c'est-à-dire la tension de la batterie. Pendant le cycle suivant, c'est-à-dire après quinze minutes, c'est la sortie 25 du générateur 26 qui envoie une impulsion sur l'entrée de commande 23 de l'organe interrupteur 20 tandis que l'impulsion envoyee précédemment sur l'entrée de commande 22 disparaît. L'organe interrupteur 20 est alors fermé tandis que l'organe 17 est ouvert. La tension à laquelle est portée l'entrée 16 de l'amplificateur 15 est alors égale à la tension qui figurait aux bornes de la batterie lors du cycle précédent et qui a été mise en mémoire dans le condensateur 18, tandis que la tension à laquelle est portée l'entrée 19 est celle qui figure aux bornes de la batterie pendant le cycle actuel, tension qui à son tour est mise en mémoire dans le condensateur 21 et qui, du fait de la charge précédente, est légèrement plus élevée que la tension à laquelle est portée l'entrée 16. Ainsi, la différence de potentiel entre les entrées 16 et 19 de l'amplificateur différentiel 15 est inférieure à la différence de potentiel pendant le cycle précédent et il en est de même pour le courant I issu du chargeur à impédance variable qui alimente- la batterie. Lors du cycle suivant, organe interrupteur 17 se referme tandis que l'organe interrupteur 20 est rouvert. La différence de potentiel entre les entrées 16 et 19 de l'amplificateur 15 est alors encore inférieure à celle du cycle précédent et le courant I qui charge la batterie est encore diminué. On voit qu'à chaque cycle, le courant I diminue par paliers et que finalement lorsque la batterie aura atteint sa tension de pleine charge, sa tension, qui sera amenée par l'un des organes interrupteurs sur l'une des entrées de l'amplificateur différentiel, sera égale à la tension mise en mémoire sur le condensateur relié à l'autre entrée, et que le courant envoyé par l'amplificateur sur le chargeur à impédance variable sera nul. Il en sera de même pour le courant issu de la sortie du chargeur 13 et la batterie ne recevra plus alors aucun courant de charge. De la sorte, quel que soit l'état d'usure de la batterie et la valeur de la tension de charge maximale E de cette dernière, l'utilisation de ce circuit de charge selon l'invention permet d'éviter tout risque de détérioration de la batterie, même si celle-ci est laissée longtemps dans le circuit- de charge. A la figure 4, où les éléments correspondant à ceux de la figure 3 ont éte désignés par les mêmes références, on a représenté le détail d'exécution du circuit représenté schématiquement sur cette figure 3. On voit que dans ce mode d'exécution, les organes interrupteurs 17 et 20 sont constitués par des transistors à effet de champ et que le générateur à deux sorties 26 est constitué par un multi-vibrateur de type classique et qui n'a pas besoin d'être décrit en détail. Le fonctionnement de ce circuit est, dans son principe, exactement le même que celui du circuit représenté à la figure 3, les transistors à effet de champ 17 et 20 étant alternativement, par exemple toutes les quinze minutes, conducteurs et non conducteurs. La batterie en charge 1 étant par exemple constituée par la batterie d'un véhicule automobile à moteur électrique, on a prévu que lors de la charge, l'inducteur 27 du moteur est connecté à la sortie du chargeur à impédance variable 13. Ainsi, la self-inductance de l'inducteur constitue une bobine de filtrage pour le courant ondulé qui est fourni par le chargeur. Bien entendu, il convient que les impédances d'entrée de l'amplificateur différentiel 15 soient extrêment élevées afin que les courants de fuite qui pourraient décharger les condensateurs soient très réduits. Il convient toutefois de noter que l'essentiel est que les courants de fuite dans les impédances des entrées 16 et 19 soient égaux, ce qui égalise exactement la perte de charge des condensateurs et élimine toute erreur de mesure. Il est relativement facile, éventuellement après une mesure adéquate, de choisir un amplificateur différentiel 15 dont les impédances d'entrée sont rigoureusement égales. REVENDICATIONS 1.- Circuit électronique pour charger une batterie, du type comportant un amplificateur différentiel à hautes impédances d'entrée, un chargeur à impédance variable alimenté par le secteur et dont le courant continu de sortie, envoyé sur la batterie, est commandé par la sortie de l'amplificateur, carac térisé en ce que les entrées de l'amplificateur sont d'une part reliées à un pôle de la batterie par deux organes interrupteurs munis chacun d'une entrée de commande, et d'autre part à l'autre pôle de la batterie par deux condensateurs, ledit circuit électronique comportant un générateur à deux sorties fournissant des signaux alternés, reliées respectivement aux entrées de commande des organes interrupteurs. 2.- Circuit électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits organes interrupteurs sont constitués par des transistors à effet de champ et le générateur à deux sorties par un multi-vibrateur à basse fréquence. 3.- Véhicule automobile à moteur électrique, muni d'un circuit électronique selon les revendications 1- ou 2, caractérisée en ce que l'inducteur du moteur est connecté à la sortie du chargeur à impédance variable lorsque la batterie du véhicule est en charge.