Brevet FR2239772A1 — publié le 19750228

L'invention concerne un procédé de charge pour batterie dtaccumulateurs comportant une phase de charge rapide interrompue lorsque la tension de la batterie se rapproche de la-tension d'ébullition et une phase de charge lente de durée prédéterminée. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé et s'applique en particulier à la charge des batteries d'accumulateurs au plomb. Les chargeurs modernes essaient de restituer à une batterie déchargée sa charge dans les plus brefs délais et en fonction de l'état de charge résiduelle. On sait que l'utilisation de courants de charge très intenses risque d'entraîner des réactions électrochimiques secondaires néfastes au fonctionnement ultérieur de la batterie. Un chargeur économiquement valable doit donc mettre en oeuvre des courants, des tensions et des temps de charge, proches mais toujours inférieurs à des valeurs limites; or ces valeurs limites sont fonction de la charge résiduelle et de l'état de vieillesseade la batterie souvent inconnus dans la pratique. On pourrait en principe associer à chaque batterie un ampère-heure-mètre qui enregistre à chaque moment l'état de décharge ou de charge de la batterie, mais cette solution est peu économique et peu fiable lorsque la batterie est montée sur un mobile. On pourrait également envisager de décharger complètement chaque batterie avant la recharge et de lui donner ensuite une charge complète, mais le procédé est couteux en temps et en énergie. Une meilleure méthode connue de recharge d'une batterie dont la charge résiduelle est inconnue consiste à surveiller les gradients de sa tension par rapport au temps et d'arrêter la charge lorsque ce gradient tend vers un certain degré de saturation. Il a également été proposé de déclencher un élément temporisateur lorsque le gradient devient faible, et d'arreter la charge au moyen de ce temporisateur. Bien que don#nant en général satisfaction, de tels dispositifs sont sensibles aux fluctuations du réseau d'alimentation. On observe souvent que le temporisateur se déclenche d'une façon prématurée et conduit ainsi à une charge finale incomplète de la batterie.Même un déclenchement retardé ne devenant effectif que si le faible gradient de la courbe de tension persiste un certain temps ne donne pas entière satisfaction. Le procédé de charge selon Invention vise à surmonter ces difficultés. Un procédé de charge selon l'invention comporte une phase de charge rapide àun premier niveau d'intensité et une phase de charge lente de durée prédéterminée à un second niveau d'intensite ; il-est caractérisé par le fait qu'il comporte une phase intermédiaire constituée par des alternances entre le premier et le deuxième niveau d'intensité. La durée de cette phase intermédiaire peut etre limitée par le passage de la tension de la batterie à deux valeurs prédéterminées, associées respectivement aux deux niveaux d'intensité, ces deux valeurs pouvant être identiques et proches de la tension d'ébullition de la batterie. Le procédé selon l'invention peut être aisément combiné à un procédé de contrôle de bon fonctionnement de la batterie. On a en effet observé qu'un état défectueux de la batterie, par exemple un court-circuit, n'est pas perceptible lors de la charge à intensité forte, car la tension de la batterie monte malgré le défau#t à la tension prédéterminée. Par contre, à une intensité de charge réduite, c'est le cas pendant la phase intermédiaire, on constate que la tension prédéterminée est, ou bien atteinte beaucoup plus tard que prévu, ou même jamais atteinte. Il suffit donc de constater que la phase intermédiaire de charge présente une durée anormale pour détecter une batterie défectueuse. D'autres caractéristiques du procédé de charge selon l'invention ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé seront décrits en détail ci-après à l'aide du dessin annexé donné à titre illustratif, mais nullement limitatif et dans lequel - la figure I est constituée par des diagrammes de la tension de charge U et de l'intensité de charge I d'une batterie en fonction du temps t; - la figure 2 est un schéma d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé; - la figure 3 est constituée par des diagrammes (a, b, c, d, e, f, g) de fonctionne ment en fonction du temps t des organes essentiels du dispositif de la figure 2. Comme on le voit sur la figure 1, le procédé de charge d'une batterie selon l'invention prévoit trois phases : une phase de charge intense au niveau li pendant la période Atl, une phase intermédiaire pendant la période At2 et une phase de charge lente au niveau I2 pendant la période A t3. La phase intermédiaire est c6nstituée par des alternances de courant entre le niveau li et le niveau I2; à titre d'exemple, les alternances de courant sont des créneaux. Au cours de la période # tl, la tension U de la batterie croît de la valeur Uo à une valeur Ui predeterminee, proche de la tension d'ébullition. Le passage de la tension U à la valeur Ui au temps tl commande-la première alternance de la phase intermédiaire. Après plusieur#s alternances, par~exemple au temps t8, la tension de la batterie repasse à la valeur Ui pour une intensité de charge 12 et définit la fin de la phase intermédiaire At2. Au cours de la phase de charge lente t3 la tension U de Ra batterie croît lentement de la valeur Ui à une valeur préétablie Um; la durée de cette phase~ At3 est indépendante de l'état de charge initial et constante dans tous les cas.Le fait que la tension Um soit légèrement supérieure à la tension Ui définie précédemment n'est pas nuisible à la batterie, le faible niveau I2 de l'intensité du courant de charge n'entraînant pas de dégagement important de gaz. Si, à cause des instabilités du réseau, la tension aux bornes de la batterie monte prématurément au-delà du seuil prédéterminé Ui, et provoque le passage de première phase à la phase intermédiaire, la période #t2 se prolonge automatiquement jusqu'à ce que la tension atteigne Ui pour le niveau d'intensité I2, et la batterie reçoit malgré cela une charge complète. Si toutefois un incident analogue se produit au cours de la phase intermédiaire et provoque le passage accidentel à la phase de charge lente, la charge finale de la batterie est légèrement plus basse que prévu, mais cet effet est peu marqué à cause du faible niveau I2 de l'intensité du courant de charge. On vient de décrire le procédé selon llinventión mis en oeuvre avec des sources de courant constant; il est possible d'utiliser au moins pour la phase de charge rapide et la phase de charge lente des courants d'intensité décroissante. Par ailleurs, on a indiqué que les transitions entre les phases étaient déterminées par deux passages de la tension U à la valeur Ui pour les deux niveaux d'intensité Pilet Iz; il peut être également envisagé d'associer à ces deux niveaux d'intensité deux valeurs de tension distinctes. Il est possible aussi de subordonner les transitions entre les phases à d'autres paramètres variant au cours de la charge, par exemple la température de la batterie. Enfin, il est avantageux d'accoler à la phase de charge lente, une dernière phase dite, "d'égalisation", de durée prédéterminée, où le courant de charge est très inférieur à 12 Le dispositif illustré schématiquement par la figure 3 permet de mettre en oeuvre le procédé selon l'invention. Il comprend une source de courant 1 permettant de délivrer des courants de charge présentant au moins deux niveaux différents li et I2, sélectionnés à l'aide du sélecteur 2 Le système de commande du sélecteur 2 comprend un comparateur 3 dont le fonctionnement est contrôle à l'aide du voyant 20, susceptible de comparer la tension U de la batterie à charger schématisée en 4 à une tension de référence, égale à la valeur Ui précédemment définie, fournie par un potentiomètre réglable 5. lorsque la tension de batterie atteint la valeur Ui pour le courant de charge li le co#mparateur 3 a pour fonction de commander le sélecteur 2 de manière à faire passer le courant de charge par cycles successifs de la valeur Il à la valeur 12 jusqu a ce que la tension de la batterie atteigne la valeur Ui pour le courant de charge I2 -Pour cela, la sortie du comparateur'3 est reliée par l'intermediaire d'une porte "NARD" 6 à un compteur 7 destiné à compter les impulsions d'horloge d'une minuterie 8. Des inverseurs 10 et 1I sont intercalés respectivement entre le compteur 7 et le sélecteur 2, et entre le comparateur 3 et le sélecteur 2. Le dispositif selon l'invention comporte également des moyens pour maintenir la charge lente de la batterie au niveau I2, pendant un temps déterminé après que la tension Ude la batterie ai#t atteint la valeur Ui pour ce niveau d'intensité. Ces moyens comportent un compteur 40 et un compteur 41 alimentes par un organe d'alimentation 50 par l'intermédiaire d'une porte "NARD" 51, dont une autre entrée est reliée à la sortie du comparateur 3. Ces compteurs connectés à une sortie du compteur 7 comptabilisent des impulsions émises régulièrement par ce compteur; le compteur 40 est associé à un voyant de contrôle 42 indiquant la phase de la charge lente;-la sortie du compteur 41 est associé à un organe 43 susceptible de eommander l'arrêt de la charge lente après un intervalle de temps préétabli. Le fonctionnement de la partie du dispositif qui vient d'être décrite est explicité par les diagrammes a, b, c, d, f et g de la figure 3: . a indique les variations de la tension de la batterie à charger 4 . b indique les variations du courant de charge commande par le sélecteur 2 . c représente la base de temps de l'horloge 8 . dreprésente ltetat d'ouverture ou de fermeture du compteur 7 . freprésente les impulsions comptées par les compteurs 40 et 41 . g indique les remises à zéro des compteurs 7, 40 et 41. - Au temps t : to, la tension Uo de la batterie est inférieure à la tension de référence Ui; le comparateur 3 émet un "ZERO" > et le courant sélectionné par le sélecteur 2 nrésente le niveau I1 de charge intense. - Au temps t- = ti, la tension de la batterie atteint la valeur de référence Ui; le comparateur 3 émet une information "UN" et les impulsions d'horloge de la minuterie 8 atteignent le compteur 7. La phase intermédiaire démarre. - Au temps t = t 2, défini par une base de temps de l'horloge 8, le compteur 7 délivre une information "UN" à l'entrée de l'inverseur 10, et commande la selectiondu courant I2; l'inverseur 11 délivre un "UN" à l'entrée de la porte 6; la tension aux bornes de la batterie baisse à un niveau inférieur à Ui et le comparateur 3 émet un signal "ZERO" à 1 'entrée de la porte 6 L'inverseur il délivre un "UN" à l'entrée de la porte 6 et les impulsions d'horloge continuent à atteindre le compteur 7, comme l'indique le diagramme d. - Au temps t = t3, défini par la base de temps de l'horloge 8, le compteur 7 délivre une information "ZERO" à ltentree de l'inverseur 10, et il est remis à zéro, comme l'indique. le diagramme g, par l'intermédiaire de l'inverseur 11 et de la porte 6. Le sélecteur 2 commandé par l'inverseur 10 fait passer le courant au niveau la latension de la batterie devient immédiatement supérieure à la tension Ui et le comparateur 3 émet une information "UN" permettant l'ouverture du compteur -7 - Au temps t2 "UN" à l'entrée du compteur 40, et par conséquent à l'entrez du compteur 41; au temps t3, ces compteurs sont remis à zéro par l'intermédiaire de la porte "RAND" 51 commandée par le comparateur 3, le niveau de l'intensité de charge étant à nouveau I1. La phase intermédiaire de charge de la batterie comporte plusieurs cycles successifs analogues à celui qui vient d'être décrit, jusqu'au temps t8 où le passage du niveau I1 au niveau 12 n'entratne pas un abaissement de la tension de batterie à un niveau inférieur à Ui. L'information émise par le comparateur 3 reste égale à "UN", le compteur 7 reste ouvert et les compteurs 40 et 41 ne sont pas remis à zéro. Dès qu'il a compté deux impulsions, le compteur 40 commande le voyant 42 indiquant le passage à la phase de charge lente. Dès qutil a compté n impulsions, n étant un nombre prédéterminé. correspondant au temps de charge lente prévu (temps compris entre t8 et t9), le compteur 41 adresse une impulsion à l'organe 43 de commande d'arrêt de la charge. Enfin, un dispositif selon l'invention comprend des moyens pour détecter un défaut dans la batterie. Ces moyens comportent un compteur 30 alimenté par un organe d'alimentation 37, connecté par l'intermédiaire d'une porte "NAND" 34 et d'un inverseur 35 à la sortie du compteur 7 reliée au compteur 40. Une porte "NAND" 38 dont les entrées sont reliées au compteur 30, au comparateur 3 et à une minuterie 31, commande un voyant 33 indicateur de défaut lorsque le nombre d'impulsions comptées par le compteur 30, c'est-à-dire la durée dde la charge lente, est-supérieure au temps limite défini par la minuterie 31. Ce temps peut être de l'ordre de deux heures par exemple. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté; on pourra remplacer le dispositif donné à titre d'exemple par tout dispositif équivalent susceptible de mettre en oeuvre le procédé selon l'invention. REVENDICATIONS 1/ Procédé de charge pour batterie d'accumulateurscomportant une phase de charge rapide à un premier niveau d'intensité et une phase de charge lente de durée prédéterminée à un second niveau d'intensité, caractérisé par le fait qu'il comprend une phase intermédiaire entre lesdites phases constituée d'alternances entre le premier et le second niveau d'intensité. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite phase intermédiaire se termine lorsque la tension de la batterie atteint une seconde valeur prédéterminée pour un courant de charge présentant le second niveau d'intensité. 3/ Procédé de charge selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les deux valeurs prédéterminées de la tension de la batterie sont identiques. 4/ Procédé de charge selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la phase de charge lente est suivie d'une phase dite "d'égalisation'# de durée prédéterminée et dont l'intensité du courant de charge est très inférieure à celle du deuxième niveau. 5/ Procédé de charge selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'aI moins llune des phases de charge rapide et de charge lente se fait à courant constant. 6/ Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'on vérifie si la seconde valeur prédéterminée de- la tension est atteinte au cours de la phase intermédiaire dans un-délai de temps prédéterminé et qu'on arrête le procédé si cette vérification s'avère négative. 7/ Dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte une source de courant constant a au moins deux niveaux d'intensité, une source de tension de référence alimentant un. comparateur commandant un sélecteur d'un des deux niveaux d'intensité, et des moyens pour maintenir pendant un temps déterminé l'intensité du courant au niveau le plus bas.