Brevet FR2260212A1 — publié le 19750829

Dans de nombreuses installations électriques, il est nécessaire d'utiliser une batterie dite batterie-tampon, dont le rôle est d'assurer la continuation de l'alimentation en cas d'interruption de courant provenant du secteur. Dans d'autres cas, notamment sur les véhicules, la batterie doit pouvoir fournir de l'énergie pendant les périodes où la génératrice de courant n'est plus entrat- née par le moteur. Dans ces différentes installations, la durée de vie de la batterie est souvent écourtée en raison d'un régime de charge qui ne correspond pas aux conditions idéales. En effet, si la charge est insuffisante, la batterie travaille dans des conditions mauvaises et s'épuise rapidement, de sorte qu'en général, on prévoit un courant de charge plus élevé que celui qui est nécessaire. Dans ces conditions, une partie relativement importante de l'énergie envoyée dans la batterie est utilisée pour décomposer l'électrolyte de la batterie et cette dernière doit être fréquemment rechargée en eau distillée. Elle est ainsi soumise à un travail inutile qui nuit à sa durée. L'invention a pour but de régler le courant de charge d'une batterie à la valeur la plus appropriée pour assurer une très longue durée de vie à la batterie. A cet effet, l'invention a pour objet un circuit de contrôle d'une alimentation électrique, destiné à être connecté à une source d'alimentation, à un circuit d'utilisation et à une batterie-tampon comprenant des moyens de contrôle de l'énergie fournie par la source au circuit d'utilisation et à la batterie, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de mesure de l'énergie fournie au circuit d'utilisation et/ou à la batterie, et des moyens pour former un signal de commande à partir des moyens de mesure, ce signal de commande étant appliqué aux moyens de contrôle pour déterminer le courant de charge de la batterie. Les fig. I à 4 du dessin annexé représentent, schématiquement et à titre d'exemple, quatre formes d'exécution du dispositif de contrôle objet de l'invention. Dans la première forme d'exécution, représentée à la fig. 1, le circuit de contrôle présente deux bornes d'entrée a et b destinées à être connectées à une source 1 de courant continu, cette source pouvant être, par exemple, constituée par un transformateur relié au réseau de courant alternatif et débitant sur un redresseur. Le circuit comprend également deux bornes de sortie c et d permettant sa connexion à un circuit d'utilisation qui peut comprendre un ou plusieurs appareils consommateurs d'énergie. Pour permettre l'alimentation du circuit d'utilisation même lorsque la source 1 ne fournit plus de coursant, par exemple par suite d'une panne momentanée du réseau, une batterie B est reliée aux bornes c et d par l'intermédiaire d'une résistance R1 à basse impédance. La tension apparaissant aux bornes de cette résistance lorsque la batterie B est traversée par un courant est appliquée -a un amplificateur 2 différentiel, lequel fournit un signal de commande sur la ligne ) en fonction de cette tension. Ce signal de commande est appliqué à un dispositif 4 de contrôle du courant fourni par la source 1. Dès qu'un appareil consommateur connecté aux bornes c et d est enclenché, la batterie B fournit un courant d'alimentation à cet appareil, ce qui produit une différence de potentiel sur la résistance R1 et aux deux entrées de l'amplificateur 2. Celui-ci donne un signal qui pilote le dispositif de contrôle 4 de façon telle que la source 1 fournisse à elle seule toute l'énergie qui est nécessaire au circuit d'utilisation. Comme l'amplificateur 2 peut présenter un gain très élevé, il est possible de piloter le dispositif 4 à partir de tensions de quelques mV aux bornes de la résistance R1. De cette façon, la batterie B ne fournit pratiquement aucun courant au circuit d'utilisation et reste dans son état de charge maximum.Bien entendu, dans une telle installation, il est nécessaire de prévoir une recharge périodique de la batterie, par exemple une fois par mois, pour compenser les pertes de charge internes qui se produisent par suite des courants de fuite internes de la batterie. De mAeme, si la batterie a dû fournir de l'énergie pendant une période de non-fonctionnement de la source 1, il est nécessaire de la recharger, ce- qui peut être fait, par exemple, en modifiant le signal de commande sur la ligne 3. I1 est clair que l'amplificateur différentiel 2, ou le dispositif 4 de contrôle, pourrait Aetre réglé de façon qu'un très léger courant d'entretien de la charge de la batterie soit maintenu dans le circuit. Ce courant pourrait être adapté pour correspondre sensiblement à la décharge provoquée par les courants de fuite internes de la batterie. Une diode D1 est prévue pour éviter que la batterie puisse fournir un courant inverse dans la source 1. La fig. 2 se rapporte à une forme d'exécution dans laquelle la source 1 est constituée par une génératrice à excitation contrôlée. Cette deuxième forme d'exécution diffère de celle de la fig.l par le fait que la résistance R1 est remplacée par un potentiomètre PI également à basse impédance, dont le curseur est relié à la borne a par l'intermédiaire de la diode D1. L'amplificateur 2 est branché sur ce potentiomètre P1 et l'on voit que pour que la tension soit nulle aux bornes de cet amplificateur, il faut que la chute de tension dans la partie de la résistance du potentiomètre qui est parcourue par le courant d'utilisation soit égale à celle qui est provoquée dans l'autre partie de la résistance du potentiomètre par le courant de charge de la batterie.On peut ainsi obtenir que la batterie B soit chargée par un courant proportionnel à celui absorbé par le circuit d'utilisation. En principe, le potentiomètre pl est réglé pour que le courant de charge de la batterie ne corresponde qu'à une faible proportion du courant d'utilisation, par exemple de l'ordre de 5 à 10 %. Ia fig.3 représente une autre forme d'exécution qui permet de régler facilement le courant de charge de la batterie en fonction du courant consommé dans le circuit d'utilisation. Le circuit selon la fig. 5 comprend un transformateur 5 destiné à être relié par ses bornes e et f au réseau. Ce transformateur alimente un redresseur 6, et le courant fourni par celui-ci est contrôlé par un dispositif 4 connu en lui-même, qui comprend, par exemple; un transistor en série dont l'état de conductibilité permet d'agir sur la valeur du courant fourni aux appareils consommateurs. A la sortie de ce dispositif 4, le courant traverse suceessivement deux résistances R2 et b pour parvenir au circuit d'utilisation connecté aux bornes c et d. Les deux résistances R2 et R3 sont à basse impédance, et leur valeur n'est en principe que d'une fraction d'ohm. Leur point commun X de liaison est relié à une borne g destinée à être connectée à la borne positive de la batterie-tam pon. Ces deux résistances R2 et R3 sont pontées par deux autres résistances R4 et R5 en série dont l'impédance est beaucoup plus élevée, ces résistances pouvant être de plusieurs milliers d'ohms. Leur point commun Y est relié à l'une des entrées de l'amplificateur différentiel 2, son autre entrée étant reliée au point commun X. Les résistances R2 à R5 constituent un pont de Wheatstone dont la diagonale X - Y, transversale au sens du passage du courant principal, est connectée à l'entrée de l'amplificateur 2. Dans ce pont, la résistance R3 est parcourue par la totalité du courant alimentant le circuit de consommation, à l'exception de l1inten- sité négligeable qui est dérivée par les résistances R4 et R5. Par contre, la résistance R2 est parcourue par la somme des courants fournis par la source 1, d'une part, à la batterie et, d'autre part, au circuit d'utilisation. En raison du gain très élevé de l'amplificateur 2, le réglage est toujours obtenu lorsque la différence de potentiel aux entrées de cet amplificateur est pratiquement nulle, et si le rapport entre R2 et R3 est le même que celui entre R4 et Rs, la condition pour que la tension entre les points X et Y soit nulle est que le courant dans R2 soit égal à celui dans R3. Dans ces conditions, le courant de charge de la batterie est nul, puisque tout le courant traversant R2 doit également traverser R3. Si, par rapport à la situation précédente, on augmente la valeur de la résistance R4, il faudra que le courant dans R2 soit plus grand que dans R3 pour obtenir une tension nulle entre les points X et Y.Ainsi, en fixant le rapport entre les résistances R4 et Rst on peut déterminer très facilement la valeur du odorant de charge de la batterie en fonction du courant consommé dans le circuit d'utilisation. La fig. 4 illustre une forme d'exécution du même genre que celle de la fig. 5, et les parties correspondantes sont désignées par les mêmes signes de référence. Les différentes parties de ce circuit sont davantage détaillées qu'à la fig.3, et cette forme d'exécution présente en outre des dispositions supplémentaires. Le signal de commande fourni par l'amplificateur 2 est amplifié avant de piloter le dispositif de contrôle 4, lequel est constitué par un circuit intégré, connu sous la dénomination LM309. Ce circuit intégré est réalisé de telle façon que le potentiel de sa sortie 7 soit positif de 5Vpar rapport à son entrée 8 destinée à recevoir le signal de commande. De cette façon, la tension aux bornes de la résistance R6 est toujours égale à 5V et le potentiel de la sortie 7 est égal à ces 5V plus la chute de tension de la résistance R7 qui est en série avec la résistance R6. La valeur de la résistance R7 est sensiblement égale au double de la résistance R6. La résistance R7 est pontée par un transistor T1 et par un condensateur C2 destiné à atténuer les effets de parasites éventuels. Si le transistor- Tl est non conducteur, tout le courant qui traverse la résistance R6 doit également passer dans la résistance R7, car l'entrée 8 du dispositif 4 est à haute impédance. I1 résulte du rapport des résistances R6 et R7 que le potentiel à la sortie 7 du dispositif 4 est de 15V environ. Dès que le transistor T1 conduit, une partie du coursant traversant R6 est déviée par ce transistor, et la chute de tension aux bornes de la résistance R7 diminue, ainsi que le potentiel de sortie du dispositif de contrôle 4. L'état de conduction du transistor T1 est contrôlé par le signal de sortie de l'amplificateur différentiel 2. Le circuit selon la fig. 4 comprend encore une disposition pour éviter une surcharge de l'ensemble. A cet effet, la résistance R2 est pontée par deux résistances R8 et Rg qui dérivent une certaine proportion du courant traversant R2. La tension aux bornes de la résistance R8 est une fonction proportionnelle à ce courant, et lorsque cette tension dépasse une valeur de seuil prédéterminée, elle amène un transistor T2 dans son état conducteur.Le courant traversant ce transistor T2 produit une chute-de tension dans une résistance R10 qui rend le transistor T1 fortement conducteur, de sorte que la tension à ses bornes diminue, ce qui provoque une diminution correspondante de la tension à la sortie du dispositif 4. I1 en résulte une limitation du courant débité, sa valeur limite étant déterminée par la valeur de la résistance R2 et par le rapport des résistances R8 et Rg. Toute détérioration du dispositif 4 par suite d'une surcharge est ainsi évitée. Lorsque le courant est nul dans le circuit d'utilisation, la batterie connectée à la borne g débite un courant à travers les résistances R2, R6 et R7, de sorte que la chute de tension aux bornes de la résistance R2 est de polarité inverse par rapport au fonctionnement normal du dispositif. Pour éviter cet inconvénient, une résistance Rîl est branchée entre les bornes de sortie c et d pour que le dispositif d'alimentation ne se trouve jamais dans le cas d'un courant totalement nul dans le circuit d'utilisation. Enfin, le circuit selon la fig. 4 présente encore une disposition assurant une augmentation temporaire du courant de charge chaque fois que la tension d'alimentation réapparatt à la suite d'un arrêt. Cette augmentation de la charge est assurée par un contact 9 commandé par un relais 10. Ce contact est fermé au repos et empêche l'application du signal de sortie de l'amplificateur 2 sur la base du transistor T1. Ce dernier est donc non conducteur, et le potentiel de la sortie 7 est de 15V environ, en raison du rapport prévu entre les résistances R6 et R7 dans cette forme d'exécution. Le relais 10 est commandé par un transistor T3 à effet de champ dont l'électrode de commande est reliée par un élément RC formé par une résistance R12 et un condensateur C5. La constante de temps de cet élément est élevée et peut atteindre plusieurs minutes. Cet élément RC est précédé par une résistance R1) et un condensateur C4 dont la fonction est simplement de filtrer la tension brute redressée par la diode D. Ainsi, lorsque la tension d'alimentation est réenclenchée après une interruption d'une certaine durée, le condensateur C3 doit tout d'abord être chargé à un potentiel plus élevé que la tension critique d'une diode Zener D2. Lorsque cette tension est atteinte, le transistor T5 devient conducteur et actionne le relais 10 pour ouvrir le contact 9 et permettre le réglage du courant par le signal de sortie de l'amplificateur 2. Un avantage important du dispositif selon la fig. 4 réside dans le fait que ce dispositif peut être utilisé sans modification pour différentes tensions d'utilisation. En effet, le potentiel de sortie est déterminé simplement par la tension de la batterietampon prévue dans l'installation, Bien entendu, il faut que la tension de cette batterie soit supérieure à la tension minimum de sortie du dispositif de contrôle 4,- c'est-à-dire à 5V, et infé rieure à la tension maximum de sortie de ce dispositif 4 qui est fixée par le rapport des résistances R6 et R7. Revendications 1. Circuit de contrôle d'une alimentation électrique, destiné à être connecté à une source d'alimentation, à un circuit drutili- sation et à une batterie-tampon, comprenant des moyens de contrôle de l'énergie fournie par la source au circuit d'utilisation et à la batterie, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de mesure de l'énergie fournie au circuit d'utilisation et/ou à la batterie et des moyens pour former un signal de commande à partir des moyens de mesure, ce signal de commande étant appliqué aux moyens de contrôle pour déterminer le courant de charge de la batterie. 2: Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une résistance parcourue par le courant de batterie et un amplificateur piloté au moins en partie par la tension aux bor- nes de cette résistance, cet amplificateur fournissant ledit signal de commande. 3. Circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'amplificateur est un amplificateur différentiel dont le signal d'entrée est formé par la différence entre ladite-tension-et une tension de référence. 4. Circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'amplificateur est un-amplificateur différentiel dont le signal d'entrée dépend du courant absorbé par le circuit d'utilisation et du courant de charge de la batterie, les moyens pour former le signal de commande étant agencés de façon à fournir un courant de charge de batterie augmentant en fonction du courant passant dans le circuit d'utilisation. 5. Circuit selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'une borne de la batterie est branchée au point de liaison entre deux résistances en série entre la source et le circuit d'utilisation, ces deux résistances étant pontées par deux autres résistances en série pour former un pont de Wheatstone, l'amplificateur différentiel étant branché sur la diagonale de ce pont qui est transversale à celle parcourue par le courant du circuit d'utilisation. 6. Circuit selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour augmenter temporairement le courant de charge de la batterie. 7. Circuit selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de détection de ltintensité fournie par la source au circuit d'utilisation, et des moyens pour modifier le signal de commande afin due limiter le courant, respectivement la tension, dans le circuit lorsque l'intensité précitée dépasse une valeur déterminée. 8. Circuit selon l'ensemble des revendications 5, 6 et 7, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (résistance R7) pour limiter la tension maximum délivrée au circuit d'utilisation dans le cas où la batterie-tampon serait déconnectée.