Brevet FR2237345A1 — publié le 19750207

La présente invention se rapporte à un procédé de chargeautomatique de batteries d!accumulateurs, à à un dispo- sitif ppur sa mise en oeuvre. Les batteries d'accumulateurs électriques sont utilisés dans de nombreuses applications : installatïons de sécurité, circuits de contrôle et de commande, éclairage, ordinateurs, alarme, téléphonie, télécommunications, véhicules à traction électrique, etc.... leur but principal est de fournir l'énergie électrique nécessaire lorsque la source principale, constituée par le réseau de distribution, est défaillante ou inutilisable. les batteries d'accumulateurs doivent-être chargées, et on emploie pour cela des chargeurs suivant des dispositions connues : marche en floating équilibré, en tampon, en-charge-et décharge séparées, mixtes, etc..., selon l'application de la batterie. Les chargeurs assurent selon des dispositions connues, des charges à courant constant, à tension constante, à pente, mixtes, par impulsions, etc... Il est toueurs nécessaire d'assurer automatiquement le maintien de la batterie en ltétat de- charge, afin de pouvoir-en disposer lors d'une panne.~ Les chargeurs de batteries d'accumu latenrs comportent généralement un automatisme assurant les changements de régime nécessaires au cours de la charge et 1' ar- rêt en fin de charge. Les automatismes actuellement utilisés comportent des moyens connus à base de relais voltmétriques élecroniques ou électromagnétiques, de minuteries et horloges électromagnétiques . Le fonctionnement de tels ensembles est lié à des organes mécaniques, donc non statiques t sujets à usure et de fiabilité réduite si l'on ne veut pas que le cout soit prohibitif, ce qui va à l'encontre de la sécurité. De plus, il est difficile d'obtenir des fonctionnements perfectionnéQ, - tels qu'avec réarmement automatique enfin de temporisation, désarmement volontaire en cours de temporisation, etc.... il en résulte que les chargeurs utilisant de tels auto matismessont d'autant plus fragiles qu'ils sont plus complexes,et leur souplesse remploi est limitée, si le coût des organes mécaniques reste dans des limites acceptables pour ce genre de matériel. La présente invention a pour but de fournir un procédé utilisables notamment dans les chargeurs de batterie destinés à des installations de sécurité, aux télécommunications, aux vehi- cules à traction électrique, sans que cela soit limitatif, assurant automatiquement des programmes de charge simples ou combinés, selon le choix de l'utilisateur, lesdits programmes pouvant être volontairement effacés à tout instant, le matériel utilisé pour la mise en oeuvre de ce procédé étant d'une grande fiabilité et assurant automatiquement les changements de régime destinés àmaintenir la batterie en parfait étatr;de charge et/ou à la recharger. A cet effet, le procédé selon l'invention consiste à émettre des signaux à intervalles réguliers au moyen d'au moins une horloge, à compter ces signaux au moyen d'au moins un compteur apte à délivrer des ordres au bout de durées prédéterminées correspondant à des durées intervenant en fonctionnement normal et/ou des durées intervenant pour des raisons de sécurité, et à commander le chargeur suivant un ou plusieurs programmes de charge, simples ou combinés, dont le déroulement est contrôlé par un ou plusieurs détecteurs extérieurs et par les ordres que délivre le compteur, lequel peut être remis à zéro, soit automatiquement pour réaliser une succession de phases, soit volontairement pour annuler, à tout instant, le programme en cours. De préférence, la fréquence des signaux de l'horloge est choisie peu élevée, de manière à limiter le nombre d'étages des compteurs. Un procédé connu consiste à détecter l'instant ou la tension d'un accumulateur au plomb atteint 2,40 V par élément; en effet, il suffit ensuite de poursuivre la charge durant quatre heures pour que celle-ci soit complète, quel que soit l'état de décharge initial de la batterie. Il est aussi connu que les accumulateurs au plomb dexwent recevoir une charge dite d'égalisation selon une périodicité dépendant de leur utilisation, pour compenser les différences d'état de charge des éléments. Cette égalisation consiste en une charge à intensité modérée durant une quinzaine d'heures. On a déåà réalisé des chargeurs assurant automaXiquement des programmes simples ou combinés, ces derniers comportant un cycle de charge normale suivi d'une charge d'égalisation. De plus, i; est bien connu que la détection de la tension 2,40 V par élément pour assurer un fonctionnement automatique présente des risques : le vieillissement de la batterie entraîne une "paresse" de la montée en tension. La défectuosité d'un ou de plusieurs éléments peut empêcher la tension totale de la batterie d'atteindre la valeur 24O x n lorsqu'elle est chargée. le relais voltmétrique destiné à la détection de la tension critique peut lui aussi être défectueux. Pour pallier ces risques pouvant entraîner la détérioration de la batterie, il est connu qu'une minuterie dite de sécurité peut; assurer larr8t du chargeur automatiquement, en tout cas, après un laps de temps choisi comme légerement supérieur à celui de la plus longue charge normale Dans le cadre de l'invention, les opérations précédemment indiquées sont contrées de la façon suivante : les ordres délivré par les compteurs sont de trois types, et sontliès respectivement à la charge normale, à la charge d'égalisation, et à l'arrêt de sécurité, de manière à pouvoir contrôler un programme de charge normale, un programme de charge d'égalisation, ou un programme combiné de charge normale suivie d'une charge d'égalisation. Un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé comprend essentiellement une horloge, un compteur à plusieurs sorties correspondant aux différents ordres -qu'il est apte à délivrer, un circuit logique utilisant des portes i! ou OU, un détecteur extérieur- constitué par un relais voltmétrique, la programmation étant réalisée au moyen d'non commutateur permettant la sélection des programmes ainsi que leur annulation volontaire, tandis que la liaison avec les circuits de puissance est réali- sée par un circuit de sortie commandant la marche ou 1' arrêt du chargeur, et un circuit de sortie commandant le passage en charge d'égalisation à condition que le chargeur soit en marche. De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence à l'unique figure du du dessin schématique -annexé représentant à titre d'exemple non limitatif, une forme dtexécution de cet automatisme. Le circuit représenté comprend essentiellement - - une horloge 2 à fonctionnement répétitif - une porte ET 3 ouverte lorsque le secteur alternatif est présent et qu'un signal de l'horloge se présente - un relais voltmétrique 4 émettant un signal lorsque la tension 2,40 V-est atteinte, et remettant à zéro un compteur 5 à cet instant - le compteur 5, avec sorties-5a, 5b et ac correspondant res pectivement à 4,--8 et-16 heures - une porte ET 6 ouverte lorsque le relais voltmétrique 4 émet un signal et que le compteur 5 a compté 4 heures;; - une porte ET 7 ouverte lorsque la porte ET 6 est'ouverte et qu'un commutateur 8 est en position de charge - une porte ET 9 ouverte lorsque. le relais voltmétrique 4 n'émet pas de signal et que le compteur 5 a compté 8 heures - une porte OU 10 ouverte lorsque le compteur 5 a compté 16 heures, ou lorsque la porte ET 7 ou la porte ET 9 sont ouvertes; - un circuit de sortie 12 arrêtant le chargeur lorsque la porte OU 10 est ouverte. - une porte OU 13 ouverte lorsque le commutateur 8 est en position d'égalisation ou lorsque la porte. ET 6 est ouverte - un circuit de sortie 14 faisant passer le chargeur en égalisation lorsque la porte OU 13 est ouverte. En outre, un inverseur 15 délivre un signal lorsque le relais voltmetrique 4 n'émet pas de signal. Conformément à l'invention, l'horloge 2 a un temps de base long, par exemple, elle émet un signal toutes les sept secondes, ce qui s'avère commBde car 7 s. x X 13 correspondent sensiblement à une durée de-16 heures. le choix d'un tel temps de base, de préférence au 1/50 de seconde habituellement employé, permet de limiter le nombre d'étagoedu compteur 5. Toutes les fonctions de mesure, de logique et de temporisation sont réalisées par des organes statiques, qui comprennent de préférence des -transis- tors et/ou des circuits intégrés, bi-polaires et/ou unipolaires. Des composants utilisés habituellement en logique industrielle, à consommation très faible, doivent 'être préférés aux composants plus rapides mais d'un prix plus élevés ce qui est possible étant donné que le temps de base de l'horloge 2 est élevé. Tous les organes nécessitant une alimentation électrique permanente sont alimentés par la batterie afin q'!une xnterrup- tion momentanée du réseau d'alimentation du chargeur soit sans influence sur le fonctionnement de l'automatisme. Ainsi, après une telle interruption, le chargeur continue le programme de charge au point où il se trouvait à l'instant de l'interruption, La faible consommation des composants électroniques utilisés est intéressante afin de ne pas vider les batteries en charge à 1' occasion d'une coupure de courant. Le commutateur 8 permet la mise en marche au gré de l'opé rateur, et le choix d'un programme parmi les trois possibilités déjà mentionnées : charge normale, charge d'égalisation, charge normale suivie automatiquement d'une charge d'égalisation. Il est également possible, en mettant le commutateur 8 sur la position arrêt, d'annuler tout cycle commencé par remise à zéro du compteur. Pour obtenir la charge seule, le commutateur 8 est mis en position correspondante, d'où la fermeture du contact 8a et l'ouverture du contact 8b. l'horloge 2 fonctionne, le secteur alternatif est présent, donc la porte EU 3 est ouverte dt le compteur 5 compte. Tant que la tension U de la batterie est ihférieure à 2,40 V par élément, le relais voltmétrique 4 n'émet aucun signal. Les portes 6, 7, 9, 10. sont fermées et le circuit de sortie 12 n'arrête pas le chargeur, tandis que l'autre circuit de sortie 14 ne commande pasl'égallsation. lorsque la tension U de la batterie atteint 2,40 V par élément, le relais voltmétrique 4 commande la mise à zéro du compteur 5, qui continue à compter. les portes 6, 7, 9, 10 sont fermées, le circuit de sortie 12 laisse fonctionner le chargeur, et le circuit de-sortie 14 ne commande pas l'égalisation. Après quatre heures, le compteur 5 émet un signal par sa sortie Sa. Les portes 6, 7, 10 sont à présent ouvertes, tandis que la porte 9 reste fermée. Le circuit de sortie 12 arrête le charge gour, et le circuit de sortie 14 ne commande pas l'égalisation. Pour obtenir l'égalisation seule, le commutateur 8est mis en position eorrespondante, d'oQ la fermeture du contact 8b et l'ouverture du contact 8a. l'horloge 2 fonctionne, le secteur alternatif est présent, la porte OU 13 est ouverte et le circuit de sortie 14 commande l'égalisation. Les autres portes 6, 7, 9, 10 sont dans le même état que pour le cas de la charge seule, décrit plus haut, état variable wXn que la tension de la batterie atteint ou n'atteintpas 2,40 Vparélé ment, si bien que le circuit de sortie 12 n'arrête pas le chargeur. Au bout de seize heures, le compteur 5 émet un signal par sa -sortie 5c. À cet instant, la porte 10 s'ouvre et le circuit de sortie 12 arrête le chargeur. Pour obtenir une charge suivie d'égalisation, le commuta teur 8 est mis en position correspondante, d'où ouverture- des contacts 8a et 8b. L'horloge 2 fonctionne, le secteur alternatif est présent, donc la porte ET 3 est ouverte et le compteur 5 compte. Aussi longtemps que la tension de la batterie est inférieure à 2,40 V par élément, et pendant une durée de quatre heures à partir de l'instant où cette tension est atteinte, il n'y a aucune différence de fonctionnement par rapport à la charge seule. Après cette période de quatre heures, le compteur 5 émet un signal par sa sortie ja. La porte 6 est ouverte, et la porte 7 fermée, ainsi que les portes 9 et 10, et le circuit de sortie 12 laisse fonctionner le chargeur. La porte 13 est ouverte, et le circuit de sortie 14 passe le chargeur en égalisation. Douze heures après, le compteur 5 émet un ordre "16 heures" par sa sortie Sc ; la porte 10 est ouverte et le circuit de sortie 12 arrête le chargeur. En outre, arrêt de sécurité peut intervenir. Cette fonction est ici assurée par l'arrêt du chargeur huit heures après sa mise en route, si le relais voltmétrique 4 n'a pas détecte le passage par la valeur 2,40 V. En effet, huit heures après sa mise en service, le compteur 5 envoie, par sa sortie 5b, un signal passant par les portes 9 et 10, commandant le circuit de sortie 12 qui arrête le chargeur. Bien entendu, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de cet automatisme décrite ci-dessus à titre d'exemple non limitatif, elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation permettant la mise en oeuvre du mme procédé. - REVENDICAEIONS 1. - Procédé de charge automatique de batteries d'accumulateurs, caractérisé en ce qu'il consiste à émettre des signaux à intervalles réguliers au moyen d'au moins une horloge, à compter ces signaux au moyen d'au moins un compteur apte à délivrer des ordres au bout de durées prédéterminées correspondant à des durées intervenant en fonctionnement normal et/ou des durees intervenant pour des raisons de sécurité, et à commander le chargeur suivant un ou plusieurs programmes de charge, simples ou combinés, dont le déroulement est contrôle par un ou plusieurs détecteurs extérieurs et par les ordres que délivre le compteur, lequel peut être remis à zéro soit automatiquement pour réaliser une succession de phases, soit volontairement pour annuler, à tout instant, le programme en course 2. - Procédé de charge selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la fréquence des signaux de l'horloge est choisie /eplevee, de manière à limiter le nombre d'étages des compteurs. 3. - Procédé de charge selon ltune quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les ordres délivrés par les compteurs sont de trois types, et sont liés respectivement & la charge normale, å la charge d'égalisation, et à l'arrêt de sécurit6, de manière à pouvoir contr8ler un programme- de charge normale, un programme de charge d'égalisation, ou un programme combiné-de charge normale suivie d'une charge d'égalisation. 4. - Procédé de charge selon la revendication 3, caractérisé en ce que le compteur est remis à zéro automatiquement lorsque la tension de la batterie atteint une valeur déterminée par élément. 5. - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de charge selon -l'ensemble des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend essentiellement une horloge, un compteur å plusieurs sorties correspondant aux différents ordres qu'il est apte à délivrer, un circuit logique utilisant des portes ET et OU, un détecteur extérieur constitué par un relais voltmétrique, la programmation étant réalisée au moyen d'un commutateur permettant la sélection des programmes ainsi que leur annulation volontaire, tandis que la liaison avec les circuits de puissance est réalisée par un circuit de sortie commandant la marche ou l'arrêt du chargeur, et un circuit de sortie commandant le pas sage en charge d'égalisation à condition quelle chargeur soit en marche. 6. - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que- les fonctions de logique, mesure et temporisation sont réalisées par des organes statiques. 7. - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les organes statiques comprennent des transistors, et/ou circuits intégrés, de préférence unipolaires, du type de ceux utilisés en logique industrielle en raison de leur faible consommation et leur grande immunité aux parasites. 8. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que tous les organes nécessitant une alimentation permanente sont alimentés par la batterie, afin qu'une interruption momentanée du réseau d'alimentation du chargeur soit sans influence sur le fonctonnement de l'automatisme.