Brevet FR2214988A1 — publié le 19740819

La présente invention concerne un dispositif de contrôle d'une batterie chargée par un redresseur, comprenant un dispositif de commande de charge par redresseur de cette batterie fonctionnant après toute décharge, même faible de la batterie, et un dispositif de commande de la décharge d'entretien par courant d'utilisation de la batterie , en bloquant le redresseur. Le dispositif, objet de la présente invention sert - maintenir une batterie servant de source de courant de secours et qui est placée en parallèle avec un redresseur de charge et d'alimentation, dans les meilleures conditions de fonctionnement, adaptées aux exigences de l'utilisateur et aux caractéristiques des batteries utilisées. On connaît des dispositifs de contrôle des batteries assurant les fonctions mentionnées ci-dessus. Ces dispositifs comportent des horloges, des relais et des dispositifs de mesure de la tension de batterie, et, par conséqzt, ils sont relativement encombrants et leur fiabilité est réduite surtout lorsqu ils sont employés dans un environnement industriel difficile (vibrations). Le dispositif , objet de la présente invention, vise à pallier ces in convénients et d cet effet, il est constitué uniquement par des composants électroniques de faible encombrement, poids et consommation, tels que des amplificateurs opérationnels réalisés en circuits intégrés ou des transistors, des diodes, des résistances, et d'un composant appelé ci-après "cellule électrochimique de mémoire" servant à accumuler , par électrolyse, un dépôt qui reste stocké et qui peut être éliminé au moyen des circuits de décharge. Le dispositif, objet de la présente invention, constitué par un dispositif de commande de charge et un dispositif de commande de décharge d'entre tien d'une batterie est caractérisé en ce que le dispositif de charge de la batterie comprend un amplificateur d'une tension proportionnelle au courant passant par la batterie, relié un un premier compteur ampéremétrique réalisé par une première cellule électrochimique de mémoire représentant l'état de décharge de la batterie , cette cellule étant placée l'entrée d'un amplificateur de commande de charge relié au redresseur ; en ce que le dispositif de commande de la décharge d'entretien comprend un horloge comportant au moins un amplificateur monté en "multivibrateur astable" dont le rapport cyclique des alternances de créneaux de tension est déterminé au moyen d'une deuxième cellule électrochimique de mémoire et qui est relié On décrira ci-après une forme d'exécution de la présente invention, à titre d'exemple nullement limitatif, en référence aux dessins ci-joints , dont la figure 1 est un schéma synoptique dw dispositif de contrôle selon la présente inventinn, la figure 2 est un schéma de principe du compteur ampéremétrique employé dans le dispositif de contrôle, la figure 3 est un schéma électrique du dispositif de contrôle et les figures 4, 4a à 4g illustrent les variations dans le temps des tensions prélevées à certains points du schéma suivant la figure 3. Le dispositif de contrôle d'une batterie représenté sur la figure 1 est placé entre une batterie B, dont il contrôle le débit etun redresseurchargeur RC de batterie se-rvant également d'alimentation principale en courant d'utilisation, le fonctionnement du cha;rgeur-redresseur étant commandé par le dispositif de contrôle objet de l'invention.Les fonctions principales sont les suivantes - enregistrement de l'état de décharge de la batterie B au moyen d'un premier compteur ampéremétrique CAH1 relié à un amplificateur d'une tension Ud prélevée sur la batterie B et proportionnelle au courant passant par cette dernière, -charge de la batterie par un courant de charge Ic superposé - un courant faible de charge permanent, dit de "floating" IF après toute décharge de la batterie, la commande de changement de régime de charge du redresseur-chargeur RC provenant du premier compteur ampéremétrique CAH1, - décharge d'entretien, allant jusqu'à une valeur prédéterminée, de la batterie B à l'état de repos par le courant habituel d'utilisation entièrement fourni par la batterie B. le redresseur-chargeur RC étant biloqué, la durée de cette décharge étant déterminée au moyen d'un second compteur ampéremétrique CAH2 en tenant compte de l'état de décharge de la batterie B, la temporisation des cycles de décharge d'entretien étant déterminée par une horloge H, - blocage de la décharge d'entretien de la batterie B par coupure de l'horloge H à partir du premier compteur ampéremétrique CAH 1 tant que la batterie B n est pas chargée complétement. Le dispositif de contrôle d'une batterie reçoit une seule information de la batterie : une tension Ud proportionnelle au courant passant par la batterie. I1 est constitué par deux sections, à savoir , une première section I comprenant un amplificateur A, à la sortie duquel est obtenue une tension Ud proportionnelle au courant de batterie, et le premier compteur ampéremétrique CAH1 à partir duquel s'effectue la commande de la charge de la batterie et une seconde section II comprenant l'horloge H et le second compteur ampéremétrique CAH2, à partir duquel s'effectue la commande de l'arrêt du redresseur-chargeur RC, provoquant la décharge d'entretien de la batterie allant jusqu ' une valeur de décharge prédéterminée.A la suite de cette décharge, la section I commande le régime élevé de charge du redresseur-chargeur RC qui recharge complètement la batterie. Pendant cette charge l'horloge de la section II est bloquée pour éviter que le redresseur-chargeur RC soit arrêté tant que la batterie n'est pas chargée complètement. La figure 2 représente le schéma de principe du montage dans lequel une cellule électrochimique EC est utilisée comme on verra plus loin, ce montage est apiqué dans tous les cas d'emploi de cellules électrochimiques, dans le cadre de la présente invention. Une tension d'entrée Ue de la polarité indiquée est apiquée aux bornes d'entrée. Le courant de charge passe par une résistance Rb et une résistance Ra en série avec une diode CRa, dont la résistance est considérée négligeable lors de la charge. Le courant de charge est donc déterminé par les deux résistances Ra et Rb, placées en parallèle, l'une sur l'autre. Après la disparition de la tension Ue une certaine charge électrique reste accumulée dans la cellule EC. Maintenant on suppose que la tension d'entrée soit inversée . La décharge peut donc s'effectuer àtravers la résistance Rb , la diode CRa étant bloquée . Le courant de décharge passant par la résistance Rb étant moins élevé que le courant de charge passant par les résistances Ra et Rb en parallèle, la durée de la décharge de la cellule EC est plus longue que le temps de charge donné par la durée de la présence de la tension Ue aux bornes d'entrée. En faisant par exemple en sorte que Ra Rb , on obtient un temps de décharge beaucoup plus long que celui de la charge ge. Une seconde diode CRb est placée en parallèle sur la cellule électrochimi que de mémoire EC.Elle devient conductrice lors de la décharge de cette cellule et, de ce fait, elle limite l'excursion de la tesnion négative présente aux bornes de la cellule EC lors de la décharge de cette dernière à une valeur égale a sa tension de jonction anode/cathode qui peut être comprise entre 100 mV et 700 mV , ce qui est une précaution c prendre pour éviter la destruc- tion de la cellule. La figure 3 représente le schéma électrique entier du dispositif de contrôle de l'état de la batterie B selon la présente invention. La tension Ud proportionnelle au courant passant par la batterie est pourvue par une résistance chutrice R19. Cette tension Ud est appliquée e l'entrée d'amplification, inversée d'un amplificateur opérationnel IC4 réalisé en circuit intégré.Une tension U04 ajustable manuellement pour tenir compte des caractéristiques de la batterie B, est appliquée ç l'entrée d'amplification directe de l'amplificateur IC4. Une combinaison de résistances R17 et R18 est telle que le gain de l'am plificateur IC4 est suffisamment réduit pour que la tension Ud à la sortie soit toujours proportionnelle la tension d'entrée Ud Par conséquent, une cellule électrochimique de mémoire EC4 placée à la sortie de l'amplificateur IC4 accumule une charge Q' = c dut qui est proportionnelle àla charge Q = SIc prélevée sur la batterie B, lorsque cette dernière fournit un courant 1c Le courant de charge i' de la cellule passe par des résistances R21 R2(, la résis c tance d'une diode de commutation CR10 en série avec la résistance R20 étant négligeable par rapport aux autres résistances. Une diode de protection CR li limitant les excursions de la tension négative lors de la décharge est connectée en parallèle sur la cellule EC4. La cellule EC4 est reliée l'entrée d'amplification inversée d'un autre amplificateur opérationnel IC5 réalisé en circuit intégré. Le gain de cet amplificateur IC5 est déterminé par des résistances R22 et R23 de façon qu'il passe en saturation lorsqu'une faible tension d'entrée est appliquée.La cellule EC4 ayant accumulé une charge Q', sa tension devient positive, et par conséquent, la tension de sortie de l'amplificateur IC5 devient négative. Cette tension sert d'une part ct mettre en régime de charge rapide le redressai r-chargeur RC non représenté à travers une diode CR12 et d'autre part à bloquer horloge H à travers une résistance- R24 et une diode CR 13. Lors de la décharge de la cellule EC4, ce qui correspond à la charge de la batterie , la diode CR 10 est bloquée et élimine donc la résistance R20 du circuit de décharge, augmentant ainsi le temps de décharge de la cellule EC4, correspondant au temps de charge de la batterie par rapport au temps de charge de la celluleEC4, de façon que la charge Qc reçue par la batterie soit Qc=NQ, Q étant la charge électrique prélevée sur la batterie, pour tenir comte du rendement de la batterie. Le facteur de rendement est choisi entre les valeurs 1, 1 /- N 1, 5. L'horloge H comporte un multivibrateur astable réalisé en employant un amplificateur opérationnel IC On se réfère également à la figure 4 représentant des tensions variables dans le temps. Le condensateur C1 et la résistance R3, en série l'un avec.l'autre, établissent une voie de réaction entre la sortie et l'entrée d'amplification directe de l'amplificateur IC1, Le condensateur C1 et la résistance R3 déterminent la durée tl (figure 4a) de l'alternance positive de la tension de créneaux à la sortie de l'amplificateur ICI, alternance qui sert à charger une cellule électrochimique EC1 essentiellement à travers une résistance R4 en parallèle sur la résistance R5 et une diode CR2, une diode de protection CR1 étant connectée en parallèle avec la cellule EC1. La durée t2 (figure 4a) de l'alternance négative de la tension de créneaux est déterminée par le temps de décharge de la cellule EC1 àtravers une résistance R4, le rapport cyclique t2/t1 étant déterminé de façon suivante t 2/t1 = R4/R5 avec R4 % > R5 Dans le cas de la variante de réalisation décrite, et à titre d'exemple on a choisi les valeurs t2/tl = 30;; tl = 1, 5 mn La sortie de l'amplificatelr IC1 est reliée à un différentiateur, constitué par un condensateur C2 et une résistance R9 en série, et ensuite à l'entrée d'amplification directe d'un amplificateur opérationnel IC2, monté en basculeur bistable et comportant un circuit de conditionnement comprenant des résistances R6, R7, R8 une diode CR3 et un condensateur C3.L'amplificateur IC2 présente normalement une tension positive à la sortie , et son état peut seulement être inversé, lorsqu'i2Ta une coincidence entre la tension maximale positive d'une cellule EC2 atteinte à la fin de la décharge de cette dernière (figure 4b) et présente à l'entrée d'amplification inversée IC2 et d'un flanc négatif différencié de la tension de créneaux provenant de la sortie de l'amplificateur IC 1 (figure 4a). Le circuit de conditionnement susmentionné fait que la tension de sortie de l'amplificateur IC2 retourne à l'état précédent au moment où le flanc positif différencié du signal de sortie de l'amplificateur IC est appliqué à l'entrée- d'amplification directe de l'amplificateur IC2.Les alternances négatives du signal de sortie de l'amplificateur IC2 sont présentes pendant le temps t2 (figure 4c), pendant ce temps une charge est appliquée à la cellule EC2 à travers une résistance R10 en parallèle avec une résistance R 11 et une diode CR4, une diode de protection CR5 étant connectée en parallèle sur la cellule EC2. L'amplificateur IC2 et la cellule EC2 constituent un genera teur de séquences d'intervalles de décharge, dont le fonctionnement sera décrit ultérieurement. Une connexion est établie entre la sortie de I'amplificateur IC5 et la cellule EC2 à travers la résistance R24et la diode CR13. Dans la cas où la tension à la sortie de l'amplificateur 1C5 est négative, c'est-à-dire lorsque la batterie B est part-iel- liement ou totalement déchargee, un courant passe par les composants CR13etR24 courant s'opposant au courant de décharge de la cellule EC2 qui passe par la résistance Rlo. De cette manière, on fait en sorte que la tension de la cellule EC2 appliquée à l'entrée d'amplification inversée de l'amplificateur IC2 reste constante durant la charge de la batterie, et cette tension n'atteint donc pas sa valeur maximale nécessaire pour autoriser le basculement de l'amplificateur IC2, ce qui correspond au blocage du fonctionnement de 1 'horloge . Un circuit de suppression des variations rapides de- tension, constitué par la résistance R13 et le condensateur C4 , est connecté àla sortie de l-'amplifica- teur lC2, est suivi d'un circuit de charge/décharge d'une autre cellule E?3 circuit comprenant une résistance de charge R14 en série avec une dinde de commutation CR6, et une résistance de décharge R12 en parallèle sur ces deux derniers composants.La cellule EC3 est chargée durant la présence t2 d'une tension négative a la sortie de l'.amplificateur IC2, simultanément avec la cellule EC2. Cette cellule EC constitue le second compteur ampéremétri 3 que CAHZ qui déterminé la quantité de décharge d'entretien Q DE en cas de repos de la batterie. fl s'est avéré que dans la plupart des cas la décharge d'entretien doit s'élever à 20 % de la charge maximale et nominale de la batterie pour obtenir les meilleurs résultats. Cette quantité de décharge peut être prédéterminée par le choix des valeurs des composants notamment des résistances R14 et R15 . Une diode de protection CR7 est connectée en paral lèle avec la cellule EC3. Par une résistance R15 en série avec une diode CR8, la cellule EC3 est reliée àla sortie de l'amplificateur IC4. Un courant proportionnel au courant de la batterie B passe par la résistance R15 et la diode CR8, courant s'opposant partiellement ou totalement au courant de charge de la cellule EC3 passant par la résistance R14 et la diode CR6. De cette façon la charge accumulée dansla cellule EC 3 durant sa période de charge t2 est variable en fonction du courant fourni par la batterie B modifiant ainsi le temps de la décharge d'entretien de cette dernière. Dans le cas où aucun courant n'est fourni par la batterie B, la charge de la cellule EC3 durant la période t2 devient maximale. La tension à l'entrée d'amplification directe de l'amplificateur IC3 sera donc suffisamment abaissée pour que la tension à la sortie de l'amplificateur IC3 soit inversée pendant le temps-de charge t2 et le temps de décharge t4 de la cellule EC3 jusqu'à une valeur de tension de seuil US (figure 4e) où l'amplificateur IC 3 qui fonctionne en saturation retourne àl'état précédent, sa tension de sortie devenant positive (figure 4g).La tension négative de la sortie de l'amplificateur IC3 passant par une diode CR9 conductrice est appliquée au redresseur-chargeur RC non représenté sur la figure 3 pour commander l'arrêt de ce dernier durant le temps de décharge d'entretien t DE de la-batterie par le courant d'utilisation habituelle. Le temps de décharge d'entretien, correspondant au temps d'inver- sion de la tension de sortie de l'amplificateur 1C3 est donc: tDE =t2 + t4 Dans le cas d'une charge maximale de la cellule EC3 et pour la forme d'exécution décrite, t DE atteint plusieurs jours. Pour mieux comprendre le fonctionnement du dispositif, objet de la présente invention, on se réfère aux figures 4a à 4g. On suppose que le courant de charge de la batterie I soit toujours constant dans le temps. On considère c d'abord le diagramme 4d qui représente les variations du courant de la batte- rie B. Au début, lorsque la batterie ne fournit pas le courant d'utilisation, un faible courant de charge permanent IF lui est imposé.Une décharge d'entretien suit où la batterie B fournit tant le courant IDE d'utilisation, le redresseurchargeur RC étant arrêté durant la période tDE La décharge 'QDE= ,9 IDEdt- déterminée par le second compteur ampéremétrique CAH2 comprenant la cellule EC3 est de l'ordre de 20 % de la capacité maximale et nominale de la batterie B. Cette décharge est suivie d'une charge à courant constant I de la c batterie B pendant le temps t5. Cette charge Q = dt est déterminée par le premier compteur ampéremétrique CAH 1 comprenant la cellule EC4. Comme déjà mentionné on tient compte du rendement de la batterie en la chargeant d'une quantité Q supérieure àla quantité Q DE de décharge. Ensuite, le courant de charge est réduitàNairdiedmrgepermanente IF jusqu'à l'intervention d'une nouvelle décharge d'entretien. On suppose qu'après un temps t6 Z t2 à compter du début de cette décharge d'entretien, une coupure de secteur et une augmentation importante du courant de décharge interviennent . La coupure du secteur disparait après le temps t7. Une charge par le courant I s'ensuit, c sa durée t8 étant déterminée par le premier compteur anpéremétrique CAH1 comprenant la cellule EC4.Les diagrammes 4a et 4b montrent les tensions présentes respectivement à la sortie de l'amplificateur IC1 et à la cellule EC E Le temps de charge de la cellule EC2 est toujours donnée par la durée t2 de l'alternance négative de la tension de l'amplificateur IC1. Le temps t3 s'écoulant jusqu'àla charge suivante est modifié par la durée t5 de la présence d'un courant s!opposant au courant de décharge de la cellule EC2, cette durée t5 représentant le temps de charge de la batterie B. Le temps de décharge de la cellule est également modifié par l'intervention de la coupure du secteur (t7) et la charge suivante (t8) bloquant ainsi la séquence des décharges d'entretien tant que la batterie n'est pas chargée complètement.La cellule EC2 et l'amplificateur IC2 constituent le générateur de séquences d'intervalles d'une durée de t2 mentionné. Comme indiqué sur la figure 4c, ces intervalles correspondent aux alternances négatives de la tension de sortie de l'amplificateur IC2 et aux périodes de charge des cellules EC3 (figure 4a) et EC2 (fig4b). Tandis que la décharge de la cellule EC2 peut être bloquée pendant la présence d'une tension négative fl la sortie de l'amplificateur IC5 (fig 4f), par un courant opposé au courant de décharge , on fait varier le courant de charge de la cellule EC3 au moyen d'un comparateur, constitué par les composants R14, CR6, R15, CR8- , où un courant proportionnel au courant de batterie et passant par la résistance R15 et la diode CR8 sioppose au courant de charge provenant de l'amplificateur IC2. De cette manière, et comme déjà indiqué, on fait varier le temps t4 de décharge partielle (fig. 4e) de la-cellule EC3 allant jusqu. la valeur de tension de seuil Us. Dans le cas où aucune charge n'est accumulée dans la cellule EC3, et lorsque l'horloge n 'est pas bloquée, la durée de la décharge d'entretien provoquée par l'alternance négative de la tension de sortie de l'amplificateur IC3, se limite au temps t2 (figure 4g) de la présence de la tension négative provenant de l'amplificateur IC2 (figure 4c) ; il est donc tDE = t2. La présente invention ne se limite pas seulement au contrôle d'une batterie. n est également concevable de contrôler d'autres réservoirs d'énergie ou encore de fluide, où un certain état de remplissage doit être assuré. Dans ces cas on se servira de capteurs convenables, dont les sorties présentent des tensions électriques analogiques correspondant au débit du réservoir ou à la nature de l'énergie mesurée. REVENDICATIONS 1. Dispositif de contrôle d'une batterie chargée par un redresseur comprenant un dispositif de commande de charge de ladite batterie fonctionnant après toute décharge de la batterie, même faible, et un dispositif de commande de la décharge d'entretien de la batterie allant jusqu'a un certain état de dé charge de la batterie, caractérisé en ce que le dispositif de charge de la batte rie comprend un amplificateur d'une tension proportionnelle au courant passant par la batterie, relié cL un premier compteur ampéremétrique CAH1 réalisé par une première cellule électrochimique de mémoire représentant l'état de décharge de la batterie, cette cellule- étant placée à l'entrée d'un amplificateur de commande de charge relié au redresseur ; en ce que le dispositif de com mande de la décharge d'entretien comprend une horloge H comportant au moins un amplificateur monté en "multivibrateur astable" dont le rapport cy clique des alternances îe créneaux de tension est déterminé au rnoyen d'une deuxième cellule électrochimique de mémoire et qui est relié à un second compteur ampéremétrique CAH2 lequel comporte une troisième cellule élec trochimique de mémoire génératrice du temps de décharge d'entretien ina'rlifi- sateur de oerrrrneW%carge d'entretien dont l'entrée est reliée à ladite trois sième cellule et lc sortie est connectée au redresseur ; en ce qu'un compara teur du courant de décharge de travail est placé avant la troisième cellule et en ce qu'une voie d'autorisation de la décharge d'entretien relie la sortie dudit amplificateur de commande de charge 'a l'horloge. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que sur chacune des cellules électrochimiques de temporisation, une première résis tance et une première diode sont placées en série dans la voie de charge et une seconde résistance, constituant la voie de décharge, est placée en paral lèle sur ces deux composants et en ce que la valeur de la seconde résistance est substantiellement plus grande que celle de la première résistance. 3. Horloge utilisable notamment dans un dispositif de contrôle d'une batterie suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend un amplificateur monté en "multivibrateur astable" dont le rapport cyclique des alternances de créneaux de tension est déterminé au moyen de ladite deuxième cellule électrochimique de mémoire et un générateur de séquences dtinter- valles de décharge comprenant un amplificateur monté en "multivibrateur bistable" et une troisième cellule électrochimique de mémoire temporisatrice de la séquence, cellule qui est reliée par ladite voie d'autorisation de décharge d'entretien à la sortie dudit amplificateur de commande de charge. 4. Compteur ampéremétrique utilisable notamment comme premier compteur du dispositif de contrôle selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte dans la voie de charge/décharge de ladite première cellule une troisième et une quatrième résistances disposées en parallèle et en ce que la quatrième résistance est éliminée de cette voie , au moyen d'une diode de commutation, pendant le temps de décharge de la cellule correspondant par exemple au temps de charge de la batterie multiplié par un facteur de rendement,