Brevet FR2183257A1 — publié le 19731214

la présente invention concerne des perfectionnements relatifs au chargement automatique de batteries électriques. Les chargeurs répartiteurs normaux pour les batteries de traction plombiacide fournissent une caractéristique de sortie telle que les 100 % du courant nominal de sortie sont fournis à 2,1 volts/élément, et dininueilt linéaireraent jusqu'à environ 65% à 2,6 volts/élément. Au cours du chargeeent, une minuterie est déclenchée lorsque le voltage atteint 2,35 volts/ élément et arrête le charGeur après un laps de temps ultérieur, par exemple de trois neures. En fonctionne1ent,cea chargeurs ne tiennent pas compte des conditions des batteries telles que leur age et leur possibilité d'accumulation de charge, et ils exigent généralement un actionnement manuel des moyens de minutage et d'égalisation de la charge, et de la surcharge lente périodique nécessaire our assurer que tous les éléments soient chacun pleinerent chargés. La présente invention cherche à surmonter ces difficultés. Bans le rocédé et l'appareil de chargement de batterie de la présente invention, une batterie ust chargée à un voltace predéterminé, Ear exemple à 2,35 voîts/elément dans le cas d'une batterie de traction plomb-acide, aprs quoi le courant consommé par la batterie en charge d'entretien à voltage constant est périodiquenent échantillonné ou déterminé, la Datte- rie étant maintenue sous charge d'entretien tant que le courant consommé est faible, ce qui indique une pleine charge, mais ramenée à une charge à plein courant pour une nouvelle période avant un nouvel échantillonnage si ledit courant est élevé, ce qui indique une charge insuffisante. Avantageusement, dans certaines applications, le plein ccurant de chargement est maintenu pendant une période, par exemple de deux heures, après que le voltage prédéterminé, par exemple de 2,35 volts/élément, ait été atteint, avant de rendre le remier échantillonage ce courant. Cependant, une période totale maxima de charge à plein courant peut autre prédéterminée, par exemple de 4 heures. Dans tous les cas, une bonne charge d'égalisation peut être automatiquement assurée grS- ce au charGement d'entretien continu final. Comme on le verra, le fonctionne.nent d'un tel système ne repose pas sur des périodes dont la durée peut dépendre td'une chute dévoltage, ou même sur des périodes variables, excepté le temps total nécessaire pour charger la batterie. On peut en outre prevoir avantageusement 1) Une remise à zéro automatique du système lors de l'enlèvement de la batterie ou d'un défaut d'alirqentation des bornes. 2) Un retard au démarrage du chargement d'une courte période de temps après le branchement de la batterie pour réduire le crachement à la borne de chargement de la batterie. 3) Une limitation du courant disponible en charge d' entretien en employant le couplage d'égalisation à courant réduit habituellement présent dans l'appareil de chargement répartiteur. 4) Une lsnitation du courant disponible après 2,35 volts/ élément par réduction du coefficient d'utilisation du courant appliqué. Certains modes préférés de réalisation de l'invention vont maintenant être décrits relus en détail à titre d'exemples en référence aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est un schéma général d'un chargeur, - la figure 2 est un organigramme logique d'un système de commande d'un premier mode de réalisation de chargeur, - la figure 3 est un organigramme d'un système de commande d'un second ode de réalisation de chargeur, - la figure 4 est un organigramme d'un système de commande d'un troisième mode de réalisation de chargeur, - la figure 5 est une courbe du voltage/élérqent en fonction du temps pour une batterie en cours de chargement par le système représenté à la figure 4, - et la figure 6 est une ccurbe du courant en fonction du temps pour un chargeur commandé par le système représenté à la figure 4. la figure 1 représente un chargeur répartiteur 1 connecté à une batterie 2 à charger et à une source de courant alternatif. le chargeur 1 peut fournir un taux de courant de pleine charge lorsqu'il est actionné par un signal de scrute appliqué à un triac 3 et un taux de courant réduit lorsqu'il est actionné par un signal de porte appliqué à un triac 4. Ces signaux proviennent des lignes de sortie 3', 4' de la figure 2, comme il sera décrit ci-après. On voit à la figure 2 que le voltage de batterie appli- qué à la borne 2' est fourni à un détecteur de niveau de voltage 5 connecté à un oscillateur 5. Tant que le voltage de batterie n'a pas atteint 2,35 volts/élément, il n'y aura aucune sortie au détecteur 5, l'oscillateur 6 ne va pas fonctionner et les compteurs 7 (de 2 à 256 mi.utes), auxquels est connecté 1' oscillateur, vont rester à zéro. Les sorties des compteurs 7 "128" et "256" sont connectées à un élément "OU" 8, connecté à son tour, à travers un élément "inverseur" 9 et un élément "OU" 10, à l'entrée d'un oscillateur 11 dont la sortie est connectée à la ligne 3'. les zéros des compteurs 7 "128" et t'256" engendrent un signal zéro vers l'élément "inverseur" 9 et un signal "1" à travers l'élément "OU" vers l'oscillateur 11, qui fournit un signal au triac 3, provoquant le chargement à pleine charge par le chargeur 1. Un oscillateur 12 connecté à la ligne 4' est relié à l'oscillateur 11 par un couplage de sécurité 13 qui n' autorise le fonctionnement que d'un seul de ces oscillateurs à la fois. Aucun signal ne peut entre transmis au triac 4 à ce monent là. Cependant, lorsque le voltage de batterie atteint 2,35 volts/élément, le détecteur 5 va fournir une sortie qui fait démarrer l'oscillateur 6 et les compteurs 7. Dans un mode de réalisation pratique, la période totale de fonctionnement de l'oscillateur 6 était de 112,5 secondes. Les périodes de durée de pulsation des compteurs 7 (2 255) étaient donc respec vivement de 112,5 225 et 45C secondes; 15 et 30 minutes; et 1; 2 et 4 heures. lorsque le compte atteint 128 (2 heures), le signal fourni ç l'oscillateur 11, à travers la porte OU 8, l'inverseur 9 et la -porte CU 1C, c-lsparait et le triac 3 se déconnecte. La sortie du détecteur 5 est également connecte à un convertisseur vltage/coefficint d'utilisation 14, connecté à son tour à un dispositif synchroiisateur de cycle collet 1s, auquel aboutit égalent une connexicn provenant de la borne d'alimentation en courant alternatif 25, par l'intermédiaire de la ligne 16. La sortie du convertisseur 14, lorsqu'il est mis en fonctionnement par le détecteur 5, est synchronisé sous forme de cycles collets de même forme d'onde que l'alimenta- tion.Le convertisseur voltage/coefficient d'utilisation 14 mentionné plus haut est un circuit multi-vibrateur mono stable raccordé à une horloge (non-représentée) qui règle le monostable. Une remise à l'état initial variable est prévue pour le monostable, qui commande ainsi le Eourcentage des impulsions d'horloge durant lequel a lieu la conduction. Le dispositif synchronisateur de cycle complet 15 est un circuit qui est employé pour commander la sortie d'énergie d'un thyristor en commandant le nombre des cycles complets de l'alimentation en courant alternatif pendant lequel le thyristor conduit au cours d'une période donnée. l'oscillateur 12, et donc le triac 4, sont ainsi commandés de façon à donner une charge d'entretien à voltage constant avec une.valeur réduite de courant maximum. le couplage de sécurité 13 empêche le fonctionnement de l'oscillateur 11. L'oscillateur 6 est connecté à un élément "OU" 17 qui est également connecté, du côté de son entrée, aux compteurs 7 "2", "4" et "8" et, du côté de sa sortie, à un élément "ET" 18. Ce dernier est connecté entre un convertisseur coefficient d'u tilisation/moyenne 19, lui-même connecté à la sortie du convertisseur voltage/coefficient d'utilisation 14, et un détecteur de niveau 20. Le convertisseur coefficient d'utilisation/moyenne 19 fonctionne en produisant un courant de sortie qui est la moyenne des pulsations de courant d'entrée qu'il reçoit. Dans le cas present, il détermine donc en fait la sortie de courant moyenne du convertisseur 14. Après une nouvelle période de fonctionnement de l'os- cillateur 6, d'environ 1 minute et demie, un signal sera transmis, à travers l'élément OU 17, à l'élément ET 18, ce qui permet au convertisseur 19 de transmettre un signal au détecteur de niveau 20. Si le coefficient d'utilisation échantilloti ainsi à ce moment là est élevé, le courant consommé par la batterie étant alors également élevé, le détecteur 14 va fournir une sortie à l'élément 10, ce qui entrasse la trans;ission par l'oscillateur 11 d'un signal au triac 3 et le chargement par le chaleur 1 à pleine charge. I'oscillateur 12 est arrêté en raison de l'action du couplage de sécurité.Cet état va se pour suivreåusEu'i un compte de 8 + 4 + 2 + 1, c'est-à-dire tant que l'élément OU 17 recevra des signaux. Xe cycle décrit sera ensuite répété. Une fois que la sortie d'échantillonnage du convertisseur 19 engendre une faible sortie du détecteur 20, ou si le compte total arrive à 255, un signal est transis depuis le détecteur 20, à travers un élément "OU" 21, à l'oscillateur 6, ce qui maintient ce dernier dans un état de sortie positive. le signal fourni au triac 3 est donc interrompu comme il a été décrit plus haut. le détecteur 20 est bloqué à faible sortie au moyen du couplage 21' et une charge d'entretien continue est maintenue jusqu'à ce que la batterie soit séparée du chargeur. tes compteurs 7 sont connectés, à travers un élément "OU" 22 et un élément "inverseur "23, à la borne de batterie 2' et, à travers l'élément "OU" 22 et un élément courant alternatif/courant continu et "inverseur "24, à la borne d'ali.nenta- tion en courant alternatif 25 Une fois que la batterie,ou l'alimentation en courant alternatif, est enlevée, soit l'élément 23, soit l'élément 24, soit les deux, vont fournir une sortie qui proYoquezala remise à l'état initial des compteurs 7. Le second mode de réalisation représenté à la figure 3 se distingue principalement de celui qui vient d'entre décrit en référence aux figures 1 et 2 par le fait qu'il n'y est prévu qu'un seul taux de charge, qui est celui de pleine charge. Ceci permet de supprimer un certain nombre d'éléments, le seul élé- ment supplémentaire étant un élément "inverseur "26 connecté entre la sortie du détecteur ae niveau de voltage 5 et une en trée de élément "CU" 10. le second triac 4 et son oscillateur de commutation 12 sont supprimés. Au début du chargement, il n'y aura aucune entrée à l' élément "inverseur "' 26, de sorte qu'une sortie de cet élément traversera élément 10, provoquant le fonctionnement de l'os- cillateur 11 et le chargement continu de la batterie à pleine charge. lorsque la batterie atteint le voltage prédéterminé, par exemple de 2,33 volots/élément, ceci provoque le fonction cernent de l'oscillateur 6 et le démarra! de la séquence de comptage en 7. Au cours de chaque période de repos de l'oscillateur et des compteurs, il n'y a aucune entrée à l'élément "OU" 17, l'é- lément " T" 18 est inactif et le detecteur de niveau 20 est déconnecté. L'élément "OU" 1G ne reçoit donc que des signaux provenant du dispositif synchronisateur 15. La batterie est donc maintenue à voltage constant. Immédiatement après chaque période de repos, les éléments 17 et 18 sont excités, de sorte que le ccnvertisseur 19 peut transmettre des signaux au détecteur de niveau 2G.Si le courant de batterie, représenté par la sortie du convertisseur 19, est élevé, le détecteur 20 fournit une sortie continue, à travers l'élément "OU" 10, à l'oscillateur 11, ce qui ramène la charge à la pleine charge jusqu'à la période de repos suivante, où le cycle va se répéter. Cependant, une fois que la sortie du convertisseur 19 s'est révélés être basse, ou que le compte total a atteint 256, un signal est transmis à l'élément "OU" 21, de sorte que l'oscil- lateur 6 va entre maintenu dans un état de sortie positive, arre- tant le comptage et bloquant le détecteur 20 dans un état de faible sortie, ce qui fait que l'oscillateur 1 va fonctionner sous la commande du détecteur de niveau de voltage 5, à travers 14 et 15, jusqu'à ce que la batterie soit déconnectée. Le comptage sera alors remis à l'état initial. A titre de variante, un comparateur 20 peut être subs titué au détecteur de niveau 20 et la présence d'un élément "ET" 27 supplémentaire faurntttne entrée à une meroire analogique 28 qui, à son tour, envoie un signal de référence au comparateur 20'. Alors que le mode de réalisation qui vient Juste d'être décrit détermine la fin de la séquence d'échantillonnage, et donc du chargement à pleine charge, par comparaison du courant de consommation de la batterie avec une valeur fixe prédéterminée, la variante de réalisation de la figure 3 Compare ce courant pour chaque cycle avec la valeur obtenue au cycle précédent et mémorisée dans la mémoire 28. L'échantillonnage est achevé lorsque la différence constatée par la comparaison est inférieure à un pourcentage faible prédéterminé. Les caracteristiques des deux modes de réalisation décrits ci-dessus peuvent être utilisées en combinaison les unes avec les autres. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 4, on a utilisé les mêmes références pour désigner les éléments correspondants déjà représentés aux figures 2 et 3. Au début du chargement, le voltage de batterie est faible et il n'y aura donc aucune sortie du détecteur 5. L'oscilla ,teur 6 ne fonctionnera pas et les sorties du compteur 7 seront à afro, Comme on le voit, les sorties des trois premiers compteurs 7, c'est-à-dire "2", "4" et "8", sont connectées à une première porte "ET" 29 et à une seconde porte "3T" 30. Puisque ni l'oscillateur 6 ni les compteurs 7 ne donnent de sortie, il n'y aura donc aucune sortie des portes 29 et 30. La sortie de la porte 29 est connectée à une porte "0U" 31 et celle de la porte 31 à un élément "inverseur" 32. Il n'y aura donc aucune entrée à l'élément 32, qui fournira à son tour une entrée à un commutateur transistorisé 33, ce qui le met sur une position "maintien" dans laquelle un oscillateur de cycle collet 34 est connecté à la terre et donc maintenu déconnecté, ce qui permet à l'oscillateur 12 de fonctionner en continu. Le chargeur fournit donc une caractéristique normale de charge répartie. Lorsque le voltage de batterie atteint un niveau prédéterminé, par exemple de 2,35 volts/élément, indiqué par le point A sur la courbe de la figure 5, le détecteur 5 produit une sortie qui autorise le fonctionnement de 1'oscillateur 6 et fait donc démarrer la séquence de comptage des compteurs 7. Lorsque la séquence de comptage est arrivée au point où les compteurs "2", 4" et "8" ont chacun un "1" à leur sortie, la porte ET 29 produit une sortie qui, après avoir traversé la porte inverseuse 32, apparait sous forme du symbole logique "o" et le commutateur 35 est donc relEché. l'oscilla- teur de cycle complet 34 est donc libre de fonctionner et l'oscillateur 12 est commandé de façon à fonctionner selon le mode d'entretien constant, le niveau étant déterminé par le convertisseur volts/c6efficient d'utilisation 14 comme précé- demment. Au même moment, les sorties des compteurs "2", "4" et "8" sont appliquées à la porte ET 30 en même tems qu'un signal provenant de l'oscillateur 5. La porte 30 transmet donc un signal à un circuit de commutation 35 d'une minuterie de séquence d'échantillonnage pour faire débuter la séquence d'échantillonnage du courant de charge, qui détermine si le processus de chargement est terminé. Un signal provenant du circuit 35 ferme un commutateur 36, ce qui permet de comarer, dans un circuit comparateur 37, la valeur "x" du courant de charge à la valeur "y" précédem ment échantillonnée et mémorisée dans une mémoire 38. Si la différence entre "x" et "y" dépasse une valeur prédéterminée, ce qui indique que le processus de chargement n'est pas terminé, le comparateur 37 ne donne alors aucune sortie. le commutateur 36 est ensuite ouvert, le commutateur 39 s'ouvre et le commutateur 40 se ferme. Un amplificateur 41 a un signal qui représente le courant de charge I sous forme d'entrée et ce signal qui représente 1' "x" qui vient entre comparé est passé dans la mémoire 38 pour constituer 1' *y" de la comparaison suivante. Le commutateur 40 est alors de nouveau ouvert, le commutateur 39 est fermé et 1'échantifllonnage qui se trouve dans la mémoire 38 est tenu prét pour la comparaison suivante. A la fin de las-quenne de comptage déterminé ar les compteurs 7, les sorties des deux portes ET 29 et 30 reviennent à zéro. le commutateur 33 ramène de nouveau et maintient l'oscillateur 10 en charge répartirice normale pour une nouvelle période déterminée par le temps nécessaire aux compteurs 7 "2", "4" et "8" pour produire tous une sortie, moment où la séquence d'échantillonnage qui vient d'être décrite sera répétée. Lorsque la différence entre la valeur "x" de courant nouvellement échantillonnée et la valeur "y" précédemment échantillonnée est inférieure à une valeur précédemment déterminée, ce qui indique que le processus de chargement est terminé, le comparateur 37 donne un signal de sortie à un verrou 42. le signal sortant du verrou 42 est inversé par une porte inverseuse 43, ce qui maintient donc de façon permanente le commutateur 33 en position relâchée permettant à l'oscillateur de cycle complet 34 et donc à l'oscillateur 12 de fonctionner en continu en mode d'entretien constant. En ce point, indiqué en "B" à la figure 5, le signal provenant de la porte inverseuse 16 provoque une modification du niveau de voltage établi du détecteur 5, abaissant ainsi légèrement le niveau final du voltage d'entretien. Pour maintenir la batterie à l'état pleinement chargé et pour assurer que les voltages des différents éléments sont é gaux lorsque le voltage de la batterie tombe au niveau inférieur nonvellement établi sur le détecteur 5, un signal est transmis, à travers un circuit de minuterie 44, à l'oscillateur 12 qui charge alors la batterie à pleine charge pendant une courte période, par exemple de deux minutes, déterminée par la minuterie 44. A la fin de cette charge, la batterie est de nouveau laissée libre de redescendre au niveau de voltage inférieur du détecteur 5, où le processus se répète. Ce processus de maintient de la batterie à l'état de pleine charge continue jusqu'à ce que la batterie aoitdéconnectée. Dans tous les modes de réalisation qui ont été décrits, on peut obtenir un courant de chargement inférieur après le point initial de batterie fixé par exemple à 2,35 volts/élément, en accouplant le signal de départ de l'oscillateur 5 au convertisseur 14, de sorte que le coefficient maximum d'utilisation soit réduit par exemple de 100 ç à 70 c. REVENDICATI GNS 1 - procédé de chargement d'une batterie électrique rechar- geôle, caractérisé en ce qu'on charge tout d'abord la batterie à un premier taux élevé jusqu'à ce que son voltage atteigne un niveau prédéterminé, après quoi on charge la batterie à un second taux au plus égal au premier taux, le courant consommé par la batterie étant alors périodiquement échantillonné pour déterminer si la batterie doit ensuite être chargée au premier ou au second taux de chargement, en fonction du niveau dudit courant éehafltil- lonné. 2 - procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que le niveau dudit courant échantillonné est comparé à un niveau fixe prédéterminé, après quoi la batterie est chargée audit premier ou audit second taux, suivant que ledit niveau échantillonné est supérieur ou inférieur audit niveau fixe. 3 - Procedé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que le niveau dudit courant échantillonné est comparé au niveau précédemment échantillonné, après quoi la batterie est chargée audit premier ou audit second taux, suivant que la différence entre lesdits deux niveaux échantillonnés est supérieure ou inférieure à une quantité prédéterminée. 4 - Appareil pour la mise en oeuvre du procédé suivant l une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de chargement de batterie, et des moyens de commande du taux de chargement dudit dispositif de chargement compre- nant un détecteur de niveau du voltage de la batterie, des moyens de minuterie susceptibles d'être actionnés par ledit détecteur de niveau et de connecter ledit taux de chargement dudit dispositif de chargement à un taux inférieur après un intervalle de temps prédéterminé, des moyens étant prévus pour déterminer pé riodiquerrent le niveau du courant consommé par la oatterie au cours de son chargement audit taux inférieur et des moyens étant également prévus pour déterminer le taux futur de chargement dudit dispositif de chargement en fonction du signal fourni par lesdits moyens de détermination du niveau de courant. 5 - Appareil suivant la revendication 4 caractrisé en ce que les moyens de computation du taux de chargement dudit dispositif de chargement à un taux inférieur comprennent un convertisseur vol-ts/coefficient d'utilisation. 6 - Appareil suivant l'une des revendications 4 et 5 caractérisé en ce qu'un comparateur est prévu pour comparer le niveau du courant de chargement consommé par ladite batterie au cours du chargement audit taux inférieur à un niveau fixe prédéterminé, la sortie dudit comparateur déterminant le taux futur de chargement dudit dispositif de chargement. 7 - Appareil suivant l'une des revendieations 4 et 5 caractérisé en ce qu'un dispositif à ménoire est prévu et susceptible de mémoriser un signal correspondant au niveau du courant de chargement de la batterie déterminé lors d'un certain échantillonnage du niveau de courant, la sortie dudit dispositif à mémoire étant fournie à un compacteur qui reçoit également un signal correspondant au niveau du courant de chargement de la batteriehéterminé lors de l'échantillonnage suivant du niveau du courant, la sortie dudit comparateur déterminant le taux futur de chargement dudit dispositif de chargement.