Brevet FR2239773A1 — publié le 19750228

L'invention concerne un procédé de charge pour batteries d'accumulateurs comportant un premier palier de charge intense, le passage a un deuxieme palier diintensité plus faible lorsqu'on se rapproche de la tension de début de bouillonnement et un arrêt de charge en fonction d'une minuterie préétablie. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé et stapplique #a la charge des batteries d'accumulateurs électriques, en particulier aux aecunar laveurs au plomb. Les chargeurs modernes essaient de restituer a une batterie déchargée sa charge dans les plus brefs délais et en tenant compte de l'état de décharge initiale. On sait qu'on ne peut éviter des réactions électrochimiques secondaires qui sont néfastes #au bon fonctionnement ultérieur de la batterie qu'en limitant le courant de charge, clest- -dire l'intensité, et la tension de charge ainsi que le temps de charge. Un chargeur économiquement valable doit donc se rapprocher le plus près, sans jamais les dépasser, de ces limites, limites qui sont fonction de la charge résiduelle et de l'état de vieillesse de la batterie. Or, ces caractéristiques sont souvent inconnues dans la pratique. - On pourrait en principe associer a chaque batterie un ampère-heure#ètre qui enregistre a chaque moment l'état de décharge ou de charge de la batterie, mais cette solution est peu économique et peu viable lorsque la batterie est montée sur un mobile. On pourrait également envisager de décharger completement chaque batterie avant la recharge et de lui donner ensuite une charge complète, mais le procédé est coûteux en temps et en énergie. Une meilleure méthode connue de recharge dtun accumulateur dont la charge restante est inconnue consiste a surveiller les gradients de la tension de batterie et d'arrêter la charge lorsque le gradient de tension sur le temps tend vers un certain degré de saturation. Il a également été proposé de déclencher un élément temporisateur lorsque le gradient devient faible et dtarreter la charge au moyen de ce temporisateur. Bien-que donnant en général satisfaction, de tels dispositifs souffrent de leur sensibilité vis-a-vis des fluctuations du réseau d'alimentation.On observe en effet souvent que le temporisateur se déclenche d'une façon prematuree et conduit ainsi a-une charge finale incomplete de la batterie. MSeme un déclenchement retardé qui ne devient effectif que si le faible gradient de la courbe de tension persiste un certain temps ne donne pas entiere satisfaction. Le procédé de charge selon 11 invention vise a surmonter ces difficultés. Il comporte comme certains chargeurs connus un premier palier de charge intense, le passage a un deuxieme palier d'intensité plus faible lorsqu'on se rapproche de la tension d'ébullition et un arrêt de charge en fonction dtune minuterie préétablie. L'invention est caractérisée par le fait que la minuterie est mise en marche lorsque la batterie atteint au deuxième palier de charge une tension prédéterminée. Cette tension prédéterminée est de préférence identique à celle qui conduit au premier passage entre le premier et le deuxième paliers. Le procédé selon l'invention permet en outre d'appliquer un troisieme palier de charge dont l'intensité est plus faible encore que celle du deuxième palier. 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, ne se fait pas voir lors de la charge à intensité forte, car la tension de la batterie monte lors de la charge, malgré le défaut, à la tension prédéterminée. Par contre à une intensité de charge réduite, on constate que la tension prédéterminée est ou bien atteinte-beaucoup plus tard que d'habitude, ou mPms jamais. I1 suffit donc de mesurer ce temps entre le passage au deuxième palier et le démarrage de la minuterie pour détecter des batteries défectueuses. Ces caractéristiques du procédé de charge selon l'invention ainsi que le dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé seront décrits en détail ciaprès à l'aide de trois figures La figue 1 montre un diagramme tension de charge en fonction du temps qu'on observe selon le procédé inventif. La figure 2 montre pour le même procédé l'intensité du courant de charge en fonction du temps et, La figure 3 montre à titre d'exemple un diagramme schématique d'un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Comme on le voit sur la figure 2, le procédé selon l'invention peut employer des sources de -courant à intensité constante. Mais il est évident qu'une source à courant décroissant est également applicable. Conformément à la ligne continue dans la figure 1 et la figure 2, on peut prévoir trois paliers d'intensités différentes dont le premier avec 1 Intensité la plus forte Il est utilisé au début de la recharge dans une période appelée Ati. Cette période se termine lorsque la tension de la batterie dépasSe une tension prédéterminée, dans l'exemple choisi 2,4 volts. Cette tension qui est près de la tension de l'ébullition constitue la tension maximale admise pour la charge à grande intensité. Ensuite on passe au deuxième palier qui définit une deuxième périodes t2 et dont l'intensité I2 est plus faible que celle du premier palier. Par conséquent la tension aux bornes de la batterie descend d'abord, pour ensuite remonter lentement et atteindre au bout de la période At2 de nouveau le seuil de 2,4 volts. En détectant ce seuil, on passe au troisième -palier dont l'intensité du courant I3 est la plus basse et dont la durée de la périodes t3 est définie par une minuterie préétablie. Contrairement aux deux périodes précédentes et en particulier à la période ti, la durée de la période At3 est indépendante de l'etatode charge initiale et elle est constante pour tous les cas. Pendant cette période, il est généralement admis que la tension monte légèrement au-dessus de-- la tension pré- déterminée, car, grâce à l'intensité faible du courant de charge, la batterie s'échauffe peu et ne risque pas de dégager des gaz. Si, par malchance à cause dés instabilités du réseau, la tension aux bornes de la batterie monte prématurément au-delà du seuil prédéterminé de 2,4 Y, et provoque le passage du premier au deuxième palier, La période #t2 se prolonge automatiquement et la batterie reçoit -malgré cela une charge complète. Si toutefois un événement pareil se présente au passage entre le deuxième et le troisièmepalier, la charge finale de la batterie sera légèrement plus basse que d'habitude mais cet effet est beaucoup moins marqué à cause de l'intensité du courant de ch ge plus faible. il est évident que le procédé selon l'invention peut utiliser plus de trois paliers en répétant le jeu comme -il se déroule entre le premier et le deuxième -palier. On peut également imaginer de remplacer le palier intermédiaire par un cyclage répété entre le palier supérieur et le palier le plus bas. On peut, de plus, se limiter à deux paliers distincts en supprimant le deuxième passage. Les courbes en pointillé dans la figure I et la figure 2 concernent ce cas. On peut finalement accoler à la fin de la troisième période At3 une période de charge prédéterminéa de très faible intensité qui s'appelle d'égalisation. Le dispositif qui est représenté sur la figure 3 a une performance confor dément aux traits continus des figures précédentes. Une batterie 1 est chargée par une source de courant. constant 2 qui permet de livrer #les trois intensités diffé- rentes I1, I2 et 13. Un commutateur composé de trois relais 3, 4 et 5 est intercalé entre la batterie et la source de courant constant permettant de brancher l'une ou l'autre des sorties de la source 2 à la batterie.Chacun des relais est excité par un des elements binaires 6, 7 et 8 qui sont reliés en chaîne et dont le décalage est#assuré par des impulsions de sortie d'un comparateur 9 Ce comparateur compare la tension de référence fournie par un potentiomètre réglable 10 avec la tension aux bornes de la batterie 1. La tension de référence est choisie dans l'exemple à 2,4 V mais elle doit être réglée en fonction de l' ge et du type de la batterie à charger. Lorsqu'on met le dispositif en marche, on introduit une information UN dans le premier des éléments binaires 6 par une entrée 11. Aussitôt le relais 3 du commutateur branche la source avec son intensité la-plus forte à la batterie 1. On observe alors une montée de la tension aux bornes de la batterie qui se poursuit jusqu'à ce que la tension de référence soit égale à ladite tension de batterie. Le comparateur change donc de polarité et délivre une impulsion àsa sortie qui décale l'information contenue dans l'élément 6 vers l'élément 7. Ce dernier élément excite alors le relais. 4 et branche l'intensité intermédiaire à la batterie. En même temps, cet élément met une minuterie 12 en marche qui fournit pendant son fonctionnement actif à une porte 13 un potentiel de passage pour la tension d'alimentation du relais 4 venant de l'élément 7. Dans le cas d'une batterie normale, cette minuterie n'arrive pas au bout de son fonctionnement avant que le comparateur 9 constate de nouveau une colncidence entre-la tension de référence et la tension de la batterie. Dans ce cas, l'information UN de l'élément 7 est transférée dans l'élément 8, la porte 13 se ferme, le relais 4 se désexcite et l'élément 8 excite le relais 5 corsez pondant a l'intensité la plus faible.Dans le cas d'une batterie défectueuse, la minuterie 12 parvient à terminer son cycle, ferme ainsi la porte 13 et désex- cite l'ensemble du commutateur amans que le troisième palier soit atteint. L'état défectueux est analysé par une porte ET 14 et indiqué par une lampe 15 à lluti- lisateur. Dans le cas d'une batterie opérationnelle, l'information UN dans l'élément 8 n'excite pas seulement le relais 5 mais de nouveau la minuterie 12 en la remettant dans son état de démarrage. lci, la minuterie a la fonction d'arrêter la charge à l'intensité la plus faible après le temps qui lui est inhérent (porte ET 16). Ce temps peut être identique à celui de la surveillance du deuxième palier mais il est évident que la même minuterie pourrait fournir deux périodes différentes pour les deux fonctions. En pratique, la minuterie comporte un cycle entre une heure et demie et deux heures. A titreud'exemple, on indique l'intensité du courant du premier palier Il = 0,25 C5, celle du deuxième palier I2 = 0,15 C5 et celle du troisième palier I3 = 0,07 C5. Ltexpression C5 indique le courant conduisant après cinq heures a une décharge complète d'un accumulateur qui avait au préalable reçu une charge complete. REVENDICATIONS 1/ Procédé de charge pour batterie d'accumulateurs comportant un premier palier de charge intense, le passage à un deuxième palier d'intensité plus faible lorsqu'on se rapproche de la tension de début de bouillonnement et un arrêt de charge en fonction d'une minuterie préétablie, caractérisé par le fait que la minuterie est mise en marche lorsque la batterie atteint, au deuxième palier de charge, une tension prédéterminée. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la tension prédéterminé est identique à celle qui conduit audit passage. 31 Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'à la mise en marche de la minuterie on applique un troisième palier de charge dont l'in tensité est plus faible encore que celle du deuxième palier 4/ Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'au moins un des paliers se fait à courant constant. 5/ Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'on vérifie si la tension prédéterminée est atteinte au deuxième palier dans un délai de temps prédéterminé et qu'on arrête le procédé ou on signale la défectuosité si cette vérification s avère négative. 6/ Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon llune des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'il comporte une source de courant constant à au moins deux paliers d'intensité, une source de tension de référence alimentant un comparateur, un commutateur qui choisit le palier de charge en fonction de la comparaison dans le comparateur entre la tension de la batterie en charge et la tension de référence, et une minuterie qui est déclenchée par le comparateur et qui arrete la charge.