Brevet FR2241899A1 — publié le 19750321

L'invention concerne un chargeur de batterie d'accumulateurs, comportant un transformateur9 sur le circuit primaire duquel est mont un organe de réglage, réglé en fonction de l'intensité de charge et/ou en fonction de la tension de charge, et sur le circuit secondaire duquel est monté un redresseur non commandé. On connait déjà des chargeurs de batterie dans lesquels, pour surveiller l'état de charge de la batterie, an règle le courant ainsi que la tension. On a besoin, à cet effet, d'un organe de réglage, qui est habituellement monté sur le secondaire du transformateur. L'organe de réglage peut par exemple être établi de telle façon que l'on monte des thyristors dans le pont redresseur, sur le secondaire du transformateur, de sorte qu'il se forme un pont redresseur dit à semi-commande. On connais en outre déjà une installation fournissant du courant continu2 dans laquelle sont montées sur le primaire du transformateur, deux triodes, en liaison avec deux diodes de désaccouplement. Cet appareil doit pouvoir, entre autres, être utilisé aussi pour charger des batteries toutefois sa capacité de charge ne se prête qu'à la fourniture de faibles courants de charge en raison de la dissipation de puissance relativement élevée aux triodes. L'invention a pour objet de réaliser un chargeur de batterie qui soit construit d'une façon simple et économique, de préférence entièrement électronique ; 1 ' ap- pareil est destiné à être utilisé dans les stations-service et dans lesateliers, et doit demander en conséquence un faible entretien, son fonctionnement étant fiable. I1 doit fournir une capacité de charge élevée pour donner une charge rapide et pour charger des batteries importantes, par exemple les batteries motrices des véhicules éleetriques. L'inventlon concerne, à cet effet, un chargeur du type ci-dessus9 caractérisé en ce que l'organe de réglage est constitué par un dispositif à valve semiconductrice qui peut être commandée pour êtré mise à ltétat conducteur dans les deux sens du courant, et qui est monté en série avec un organe de limitation du courant, une résistance de préférence, cet organe pouvant être shunté5 avec retard, après la mise en circuit de la tension alternative d'alimentation. Il a paru avantageux que le dispositif à valve semi-conductrice réglable soit constitué par un thyristor bidirectionnel (Triac) . Le dispositif de câblage est de ce fait particulièrement simple et économi.que, et en conséquence aussi d'un fonetionsaement plus sûr. On obtient une amélioration de la limitation du courant de mise en circuit, en posant une bobine de réactance en série avec le dispositif à valve semi-conductrice réglable et la résistance de limitation de courant court-circuitable.Cette bobine de réactance permet d'amortir plus rapidement le courant de mise en route en fonctionnement dynamFque, après la mise en route, et ne provoque pratiquement aucune dépense ni frais supplémentaires, car on a besoin de toute façon d'une inductivite avec un condensateur comme organe anti-parasite. On obtient une marche précise de la valeur théorique de la tension en fonction des pertes sur les conduites de charge, d'une façon tres simple et avantageuse, en montant parallèlement à l'élément de référence de la tension un dispositif de régulation9 un circuit de compensation de la chute de tension sur les conducteurs de charge, que l'on aura avantage à constituer du montage en série d'une diode et d'une résistance de limitation.En particulier avec des courants de charge élevés, on assurera, grâce à cette disposition, avec une faible dépense et une grande précision, la con-servation de la tension de charge sur la batterie, malgré des chutes de tension notables sur les conducteurs de charge, sans qu:1i1 soit nécessaire de prévoir des conducteurs de mesure séparés entre la batterie et le circuit de régulation. Dans les chargeurs dans lesquels on dispose déjà, pour la détection du courant de charge, sur le secondaire du transformateur, d'un transformateur d'intensité avec une résistance ohmique apparente montée à la suite, on obtient, d'une façon très simple et avantageuse, une nouvelle possibilité pour déterminer l'intensité de charge, en mesurant la chute de tension sur au moins une partie de cette résistance ohmique du transformateur d'intensité. On peut ainsi supprimer un shunt dans le circuit du courant de charge, ce qui, d'une part, diminue le coût, et, d'autre part, évite les pertes sur le shunt. L'invention sera mieux comprise en regard de la description ci-après et des dessins annexés, représentant un exemple de réalisation, non limitatif, de l'lnvention, dessins dans lesquels - La figure 1 est un schéma représentant le mode de construction d'un ckarge-ar de batterie suivant l'invention, avec une caractéristique d'intensité et de tension constantes -; - La figure 2 est un diagramme représentant la variation de 11 intensité et de la tension réglées. Dans la figure 1, on a désigné par 10 et il deux connexions d'un réseau de courant alternatif, reliées, par les contacts t2 à 16 d'un commutateur 17, avec le chargeur de batterie. Dans la position I du commutateur 17, les~contacts 12 à 16 sont fermés et ils sont ouverts dans la position 0. Le contact 16 est monté en présentant un retard pour la fermeture, par rapport aux contacts 12 à 15. Parallèlement au contact 16, est montée une résistance 18. Au point de jonction du contact mobile du commutateur 16 et de la résistance 18 est raccordé le montage en parallèle d'un condensateur 19, d'une part, et d'une bobine de réactance 20 ainsi que d'un thyristor bidirectionnel (triac) 21, d'autre part. Sur le montage en parallèle s 'applique l'une des extrémités de l'enroulement primaire 22 d'un transformateur 23, qui peut être raccordé au raccordement du réseau 10, par l'intermédiaire des contacts t2, 13, ainsi que par l'lntermédiaire du contact 16 monté retardé qui s'applique en série avec le contact 13. A l'une des extrémités de l'enroulement secondaire 24 du transformateur 23 est raccordée ltune des entrées du montage 25 du pont redresseur, et l'autre extrémité de cet enroulement secondaire 24 du transformateur 23 s1ap- plique9 par I'inte-rmédiare de l'enroulement primaire d'un transformateur dtintensité 27, sur l'autre entrée du pont redresseur 25. A la sortie du montage -du pont redresseur sont raccordés, d'une part, deux conducteurs de charge 28 et 29, et, d'autre part, deux conducteurs 30-, 31 du circuit de réglage de la tension du chargeur de batterie. Aux extrémités des conducteurs de charge 28 et 29, se trouvent les bornes de la batterie 32 et 33. Le conducteur 31 va directement à un appa reil de commande 34, construit de la façon connue, destiné au triac 21 ; sur la longueur du conducteur 30 se trouvent, entre son point de raccordement avec le montage du pont redresseur 25 et un point 35, une résistance réglable 36 et une résistance fixe 37. Le point 35 est relié, par une résistance 38 et le tronçon base-eolleeteur d'un transistor 39, avec l'une des entrées de l'appareil de commande 34 l'émetteur du transistor 39 est relié, par une diode Zener 40 et le conducteur 31, avec l'autre entrée de l'appareil de commande 34. L'appareil de commande 34 est construit, comme on l'a déjà dit, d'une façon connue, et il n'est pas nécessaire d'exposer sa construction plus en détail. Le seul point qui présente un intérêt pour l'invention est que, sur la longueur du tronçon eolleeteur-émetteur du transistor 39,se trouve, à l'intérieur de l'appareil de commande 34, un arrangement de résistance,et qu'une augmentation de la chute de tension sur ce réseau de résistance, à l'intérieur de l'appareil de commande 34, déplace le point d'allumage du triac 21,par l'intermédiaire des' conducteurs 41 et 42, vers un point d'allumage plus tardif. Les conducteurs 41 et 42 relient la sortie de l'appareil de commande 34, d'une part, avec 'électrode de commande, et, d'autre part, avec l'anode du triac 21 adjointe à l'électrode de commande.En outre, l'appareil de commande 34 est relié, par des conducteurs 43 et 44, avec les parties mobiles des contacts 14 et 15 qui sont actionnées en commun avec les autres contacts 12, 13 et 16 par le commutateur 17, et qui relient l'appareil de commande 34 avec le raccord du réseau 11. Le circuit de réglage de l'intensité du chargeur est accouplé au circuit de charge par l'enroulement secondaire 45 du transformateur d'intensité 27. Les deux raccords de l'enroulement secondaire 45 sont reliés avec l'entrée d'un second pont redresseur 46, dont la sortie est reliée, d'tune part, -par un conducteur 47, avec le conducteur 31, et, d'autre part, par un conducteur 48 et une diode 49, avec le point 35. Entre les conducteurs 48 et 31 se trouve la résistance ohmique apparente du transformateur d'intensité, qui est constituée d'une résistance réglable 50 et d'une résistance fixe 51. Entre les deux résistances 50 et 51, d'une part, et le conducteur 31, d'autre part, est raccordé un voltmètre 52. Parallèlement à la résistance ohmique apparente9 est branché un condensateur de filtrage 53. Le dispositif de régulation contient en outre un circuit de compensation comportant une diode 55 et une résistance 54. La cathode de la diode 55 est reliée avez l'anode de la diode 49 par un conducteur 56, l'anode de la diode 55 s'applique sur une extrémité de la résistance 54 dont -l'autre extrémité est reliée, par un conducteur 57, avec la cathode de la diode Zener 40. Le dispositif fonctionne de la façon suivante. Quand on enclenche le commutateur 17 de sa position O à sa position I, les contacts 12, 13, 14 et 15 sont fermés ; l'appareil de- commande 34 est raccordé directement au réseau de courant alternatif et fournit immédiatement une impulsion allumage pour commander le triac 21. Le transformateur 23 reçoit au même instant le courant par le contact 13, la résistance avant 18, la bobine de réactance 20, le triac 21 et le contact 12, pendant que le contact 16 reste d'abord encore -ouvert, et se ferme avec retard seulement après amortissement du choc du courant de mise en route, par l'intermédiaire de 1 ' enroulement primaire 22 du transformateur 239 et court-circuite la résistance 18.Quand on met en circuit une charge inductive, dans le cas présent celle du transformateur 23, il se produit des pointes de courant très importantes. Cet effet, et les propriétés d'allumage asymétrique d'un triac,peuvent, en particulier si le moment d'enclenchement est défavorable, c'est-à-diresl U = 0, facilement être causes d'une prémagnétisation en courant continu du transformateur 23. La conséquence en est qu'il se produirait un courant ondulatoire s'étendant d'un seul côté de l'axe zéro avec une forme de courbe fortement distordue, ne s'amortir sant pas ou du moins très lentement. Son tracé ressort de la caractéristique magnétique de la tole du transformateur.Il peut se produire des intensités qui se montent à un multiple de l'intensité théorique et qui, pour cette raison, détruiraient les éléments de construction raccordés. Dans le dispositif suivant l'invention, ce problème est résolu au moyen d'une résistance additionnelle 18 qui se trouve, pendant la mise en circuit, dans le circuit primaire du transformateur 23, et qui est court-circuitée pendant la marche, ainsi que par une bobine de réactance 20 montée en série avec la résistance 18 et le triac 21, dont l'effet de limitation du courant de mise en circuit s'exerce déjà immédiatement après la mise en circuit dans le fonction nement dynamique, et fait amortir plus rapidement le courant, de mise en circuit. La bobine de réactance 20 reprend, en commun avec un condensateur 19 monté en parallèle avec elle et le triac 21, en plus le rôle d'unetément anti-parasite.Le risque de prémagnétisation en courant continu du transformateur 23 est particulièrement élevé quand on utilise un dispositif à valve semi-conductrice comme organe de réglage, car cet organe de réglage est totalement conducteur immédiatement après la mise en circuit de la tension du réseau, et n'est pas capable de limiter automatiquement l'intensité de mise en circuit. La résistance 18 est court-circuitée peu après la mise en circuit par le contact 16 qui est enclenché avec retard, et elle n'a alors plus aucune influence sur le dispositif. La tension du réseau est ramenée, par le transformateur 23, à la tension momentanée de la batterie et est redressée ensuite dans le montage en pont redresseur 25. A la sortie du redresseur 25, la tension continue qui doit être réglée est reprise et envoyée,en passant par les résistances 36, 37 et 38 ainsi que par le tronçon base-émetteur du transistor 39, à la diode Zener 40 servant d'élément de référence de la tension. Aussi longtemps que la tension qui apparaît sur la batterie n'atteint pas la valeur de la tension Zener de la diode Zener 40, le courant ne passe pas par le transistor 39 ni par la diode Zener 40 et l'organe de commande 34 rend le riac 21 totalement conducteur. Quand la tension de charge augmente, on atteint, à un moment déterminé, une valeur de la tension pour laquelle la diode Zener s'amorce et rend conducteur le transistor 39 ; il se produit , dans l'appareil de commande, en raison de la chute de tension, dans une résistance, non représentée, qui se trouve sur le trajet du transistor 39 et de la diode Zener 40, un ordre de commande pour le blocage total ou partiel du triac 21, de sorte que la tension de charge baisse a nouveau. Cette opération de réglage de la tension se renouvelle et maintient la tension de charge à sa valeur théorique. En plus de la tension de--charge, le présent dispositif règle aussi l'intensité de charge. Celle-ci est prélevée sur le transformateur d'intensité 27, redressée dans le redresseur 46 et fournie à la résistance ohmique composée des résistances 50 et 51 du transformateur d'intensité 27. Suivant le niveau du courant qui passe des résistances 50 et 51 par le redresseur 46 et la résistance ohmique, il s'applique sur cette résistance ohmique une tension continue d'un niveau différent qui est envoyée,par la diode 49 et la résistance 38 ainsi que par le tronçon base-émetteur du transistor 39, à nouveau, à la diode Zener 40. Quand l'intensité de charge est très élevée, la tension dépasse, à la résistance ohmique du transformateur d'intensité, la tension Zener de la diode Zener 40, le transistor 39 et la diode Zener deviennent conducteurs et le courant recommence à passer, par la résistance de mesure qui ntest pas représentée, dans l'appareil de commande 34.La chute de-tension causée obligatoirement par ce courant sur la résistance de mesure diminue à nouveau l'angle d'allumage du triac 25 et abaisse ainsi l'intensité de charge. Quand l'intensité diminue, à un moment déterminé, la tension Zener de la diode Zener est dépassée par le bas, à la suite de quoi le courant de mesure est coupé dans l'appareil de commande 34 et le triac 21 redevient fortement conducteur. Les régulations de l'intensité et de la tension sont dans cettetmesure indépendantes l'une de autre. I-l se produit alors une action réciproque des régulations de l'intensité et de la tension au moyen -d'un circuit de compensation monté en parallèle avec la diode Zener 40. La figure 2 sert à illustrer le mode d'action du guidage de la valeur théorique de la tension au moyen du circuit de compensation. Sans circuit de compensation, il passerait, quand on met en circuit le chargeur de batterie9 d'abord une intensité maximale dont la valeur est limitée vers le haut par le dispositif de régulation de l'intensité. Quand serait atteinte la tension à la batterie de U1, la caractéristique se plierait et s'étendrait horizontalement avec la diminution de l'intensité I. Une telle caractéristique ne peut toutefois être obtenue dans la pratique sans conducteur détecteur, car si le courant de charge augmente, il se produit une augmentation de la chute de tension sur les conducteurs de charge. Cela a pour effet que la tension de charge U1 diminuerait avec l'augmentation de l'intensité de charge9 comme il est indiqué en tirets dans la figure 2.Pour la compensation de la chute de tension sur les conducteurs 28 et 29, la cathode de la diode Zener 40 est reliée, par la résistance 54 et la diode 55, avec le conducteur 48, de sorte qu ' est réalisé, quand l'intensité de charge est faible, par l'intermédiaire de ces deux éléments de construction et des résistances 50 et 31 de la résistance ohmique du transformateur d'intensité 27, un circuit parallèle à la diode Zener 40. De ce fait, l'intensité baisse dans la diode Zener et, en raison de la pente limitée de la caractéristique de la diode Zener, la tension baisse aussi sur celle-ci, de sorte que l'intensité augmente sur le transistor 39 en raison de l'augmentation du potentiel de commande du transistor. L'élévation de l'intensité sur le transistor 39 provoque une élévation de la chute de tension dans la résistance de mesure de l'appareil de commande 34 et une diminution de l'angle de phase pendant lequel le triac 21 est conducteur. L'élévation de la valeur théorique U de la s 'tension de charge est à son maximum quand l'intensité de charge est au maximum, car, dans ce cas, en raison du potentiel élevé qui s'établit sur la résistance ohmique du transformateur d'intensité, il ne passe pratiquement aucun courant par le circuit de compensation, et le transistor 39 ne laisse passer que son intensité9 qu'il laisserait passer également sans circuit de compensation. La chute de tension sur la résistance de mesure de l'appareil de commande 34-ne s'élève pas et l'angle d'allumage du triac 21 n'est en conséquence pas réduit. Quand l'intensité de charge diminue, la différence de potentiel entre la cathode de la diode Zener 40 et la résistance ohmique du transformateur d'intensité 27 augmente, c'est-à-dire qu'il passe une intensité plus élevée par le circuit parallèle à la diode Zener. Par suite, comme on l'a déjà décrit, l'intensité sur le transistor 39 et sur la résistance de mesure de l'appareil de commande34, qui n'est pas représenté , devient plus grande, l'angle d'allumage du triac 21 diminue, et l'augmentation de la veleur théorique de la tension de charge provoquée par la tension de la batterie diminue. On obtient la caractéristique dessinée- dans la figure 2 pour la valeur théorique de la tension de charge U sur le redresseur 25.En raison de s l'augmentation de la chute de tension quand l'intensité de charge monte sur les conducteurs de charge 28 et 29, la tension de charge reste à peu près constante à la valeur U1, aux bornes de la batterie 32 et 33. Si donc le régulateur se trouve dans la partie I, le dispo-sitif constitué de la diode 55 et de la résistance 54 ne reçoit pas de courant. Seule la valeur théorique est déterminée par la diode Zener. Si le régulateur passe dans la partie U, où la tension tombe sur la résistance ohmique apparente 50, 51 du transformateur d'intensité 27, la tension monte sur le dispositif formé de la diode 55 et de la résistance 54 ; le courant commence à passer. Le montage en série composé de la résistance 54, de la diode 55 et de la résistance ohmique 50, 51 est maintenant parallèle à la diode Zener 40. il passe, de ce fait, dans l'appareil de commande 34, un courant supplémentaire par l'intermédiaire de la résistance série, qui n'est pas représentée, de la diode Zener. En raison de la résistance différentielle de la diode Zener, la tension Zener tombe alors, e'est-à-dire que la valeur théorique de la tension devient plus petite avec la diminution de l'intensité de charge. En choisissant-eonvenablement le dispositif, on peut ainsi compenser la chute de tension sur le conducteur de charge, et au besoin meme la surcompenser. Si l'on doit compenser des effets supplémentaires du fonctionnement ou de l'environnement, on peut aussi remplacer la résistance 54, par exemple pour compenser la température, par une résistance NTC ou PTC. Il est possible ainsi d'obtenir une modification désirée de la valeur théorique -de la tension de charge U . En mettant en oeuvre d'autres s éléments de construction, on peut aussi arriver à obtenir une modification désirée de la valeur théorique par la température ou la lumière et supplémentairement par=llintensité de charge. Le régulateur du chargeur de- batterie doit mesurer et exploiter la tension à la batterie. Cela n'est possible dans les dispositifs connus que si llen envoie à la batterie des conducteurs de mesure séparés, car les conducteurs de charge sont affectés, par les différences d'intensité de charge, d'une chute de tension variable qui influe fortement sur la précision de la régulation suivant la densité de courant linéaire dans les câbles de charge de l'appareil. Grâce au perfectionnement de l'invention qui prévoit un circuit de compensation, on peut supprimer les conducteurs de mesure, de sorte qu'on obtient, d'une part, une économie, et, d'autre part, une augmentation de la sécurité du fonctionnement.Les conducteurs de charge ont en règle générale une section importante, et sont Soumis fréquemment, en fonctionnement, à une manipulation brutale. Les conducteurs de mesure raccordés aux bornes 32 et 33 sont facilement endommagés, ce qui peut entraîneur, non seulement -une défaillance de l'appareils mais aussi d'importants dégâts consécutifs.Le perfectionnement de l q nvention,illustré par un circuit de compensation pour envoyer la valeur théorique de la tension de charge,est applicable, non seulement dans l'exemple que 1'on vient de donner, et dans le dispositif suivant l'invention d'un organe de-réglage et d'un dispositif de lImitation, mais encore dans d'autres dispositifs connus pour des chargeurs dont le dispositif de régulation est construit d'une façon analogue. Par un autre perfectionnement de l'invention, que l'on peut utiliser également, indépendamment du mode de réalisation d'un chargeur illustré précédemment, on peut supprimer un shunt sur les conducteurs de charge 28 ou 29. On peut ainsi faire une economie sur le coût et éviter les pertes sur les conducteurs de charge qui, d'une part, rendent plus difficile la régulation, et, d'autre part, diminuent la capacité de charge. Pour mesurer l'intensité, on se sert,dans le cas présent, d'un voltmètre 52 qui est monté entre le conducteur 31 et le point de jonction des résistances 50 et 51 de la résistance ohmique apparente du transformateur d'intensité 27. Comme la chute de tension dans cette résistance ohmique est proportionnelle à l'intensité de charge, on obtient, grâce à cette disposition, une possibilité très simple et peu coûteuse de détermination de l'intensité de charge. Le voltmètre 52 peut évidemment aussi être monté en parallèle avec une autre partie de la résistance ohmique du transformateur. Cette disposition convient particulièrement dans les chargeurs de batterie,dans lesquels on dispose de toute façon d'un transformateur d'intensité pour la détection et la régulation de l'intensité de charge. Bien entendu9 l'invention n'est pas limitée à.l'exemple de réalisation ci-dessus décrit et représente, à partir duquel on-pourra prévoir d'autres exemples de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I O N S 10/ Chargeur de batterie d'accumulateurs comportant un transformateur sur le circuit primaire duquel est monté un organe de réglage, réglé en fonction de l'intensité et/ou de la tension de charge, un redresseur non commandé étant monté sur le circuit secondaire, chargeur caractérisé en ce que l'organe de réglage est constitué par un dispositif à valve semi-conductrice (21) qui peut être amené à l'état conducteur dans les deux sens du courant, et qui est monté en série avec un organe de limitation de l'intensité tel qu'une résistance (18), cet organe pouvant etre shunté avec retard, après la mise en circuit de la tension alternative d'alimentation. 20/ Chargeur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on se sert, comme dispositif à valve semi-conductrice réglable, d'un thyristor bidirectionnel (triac). 30/ Chargeur suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on monte une bobine de réactance (20) en série avec le dispositif à valve semi-conductrice réglable (21) et la résistance de limitation de l'intensité. 4 / Chargeur suivant la revendication 3, caractérisé en ce que l'on monte, en parallèle avec la bobine de réactance (20) et le dispositif à valve semi-conductrice (21), un condensateur (19) qui forme,en commun avec la bobine de réactance, un système antiparasite 50/ Chargeur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, comportant un dispositif de mesure de l'intensité et de la tension, dont les sorties sont réunies et reliées avec un élément de référence de la tension, caractérisé en ce que l'on monte, en parallèle avec l'élément de référence (40) de la tension, un circuit de compensation (54, 55, 50, 51) pour la chute de tension sur les conducteurs de charge(28, 29). 60/ Chargeur suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le circuit de compensation est constitué par le montage en série d'une diode (55) et d'une résistance (54). 70/ Chargeur suivant l'une quelconque des revendscatlons 5 et 6, caractérisé en ce que le circuit de compensation (54, 55) est monté entre la cathode et l'anode d'une diode Zener (40), par l'intermédiaire d'une résistance ohmique apparente (50, 51) d'un transformateur d'intensité (27), appartenant au circuit de réglage de'l'intensité, 80/ Chargeur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, comportant un transformateur d'intensité monté sur le secondaire du transformateur, qui est soumis à l'action d'un redresseur pourvu d'une résistance ohmique apparente de préférence réglable, caractérisé en-ce que la détermination de l'intensité de charge se fait en mesurant la chute de tension sur au moins une partie (51) de la résistance ohmique apparente (50, 51) du transformateur d'intensité. 90/ Chargeur suivant la revendication 8, caractérisé en ce que la résistance ohmique du transformateur d'intensité est constituée d'une résistance réglable (50) et d'une résistance fixe (51), et qu'un voltmètre (52) est monté en parallèle avec la résistance fixe.