Brevet FR2298891A1 — publié le 19760820

ta présente invention a pour objet un dispositif de charge à courant de valeur moyenne constante , de limitation de fin de charge et de remise en charge destiné à équiper les chargeurs pour batteries de véhicules automobiles et pour batteries stationnaires,' et notamment les chargeurs équipés d'un dispositif de protection de polarité à thyristor. L'objet de l'invention se rattache au secteur technique des appareils de conversion de l'énergie électrique. I-l est bien connu que les batteries d'accumulateurs trop déchargées subissent certaines modifications électrochimiques difficilement réversibles qui limitent ultérieurement leur capacité à stocker de l'énergie électrique, et réduisent leur durée de vie. D'autre part, si la charge d'un accumulateur se trouve poussée trop loin, il en résulte un dégagement gazeux par échauffement ou éleciiblyse particulièrement nuisible et dangereux dans le cas d'accumulateurs étanches ou semi-étanches. Selon l'invention, on obvie à ces inconvénients en assurant d'une part le maintien à une valeur constante, la valeur moyenne de l'intensité du courant de charge pendant toute la durée de charge de la batterie. D'autre part, en assurant l'arrêt de la charge lorsque la tension par éléments d'accumulateur atteint une valeur limite représentative d'un état de charge qu'il n'est pas souhaitable de dépasser. Il est également possible d'asservir la coupure de fin de charge à d'autres paramètre physiques de l'état de l'accumulateur tels que : température, résistivité; quantité d'électricité emmagasinée Suivant l'invention, pour assurer la charge de la batterie d'accumulateur à intensité moyenne constante, la coupure de fin de chargé, ainsi que la remise en charge automatique en fin de décharge, le dispositif utilise comme organe de régulation, de coupure ou de remise de courant, le thyristor et son circuit de protection de polarité auxquels sont associés deux circuits complémentaires en l'occurence un transformateur d'intensité et un module optoélectronique. Ces caractéristiques et d'autres encore ressortiront de la suite de la description Pour bien fixer l-'objet de l'invention sans toutefois le limiter dans les dessins annexés La figure 1 illustre un schéma de principe dun circuit de régulation assurant la constance du courant de charge ; circuit de régulation comprenant pour l'essentiel un circuit de détection de variation de courant de charge A, un circuit de réaction et de commande Bagissant sur un transistor unijonction inséré dans le circuit de gâchette du thyristor relatif au dispositif protecteur de polarité La figure 2 montre une réalisation avantageuse mais non limitative du circuit de détection de variation de courant de charge. La figure. 3 complète la figure 2 en illustrant une réalisation du circuit de réaction et de commande du transistor unijonction inséré dans le circuit gâchette du thyristor relatif au dispositif protecteur de polarité La figure 4 illustreRun schéma de principe l'association avantageuse d'un circuit de détection de fin de charge et de dé-charge et de la commande de coupure de fin de charge et 4e la remise en charge automatique en fin de décharge par l'intermédiaire des contacts d'un relais inséré dans le circuit gâchette du thyristor. La figure 5 donntle schéma de principe d'un chargeur de batterie réalisé suivant l'invention, et assurant à la fois une charge à intensité moyenne constante quelles que soient la ten sion de la batterie à charger et la tension du secteur d'alimen d s les limites de lus ou moins de 20% tation,, tsurant autre part la coupure e in de charge et la remise en charge automatique en fin de décharge, tout en assurant la protection de la batterie. et du chargeur contre toutes erreurs dé manipulation. Afin de rendre plus concret la'objet de l'invention, on le décrit maintenant d'une manière non limitative en. se référant aux exemples illustrés par les figures des dessins. On sait que le dispositif protecteur de polarité présente comme première caractéristique, un système interrupteur mettant en oeuvre un thyristor Thl monté en série dans le circuit de charge de la batterie. Ce thyristor Thl se trouve passant ou non selon qu'il y a une tension positive entre l'anode et la cathode du thyristor et qu'il y a aussi un.courant ou une impulsion dans la jonction gâchette cathode GK du thyristor Thî. On sait également qu'au système interrupteur à thyristor est associé un circuit de détection comprenant pour l'essentiel un transistor NPN T2et un circuit de commande comprenant pour l'essentiel un transistor PNP T1 Le conduction émetteur-collecteur de ce transistor T1 entraine le passage du courant ou d'impulsion de courant IGK dans la jonction gâchette cathode provoquant ainsi le passage à l'état pas ni: du thyristor THî tant que la tension appliquée entre son @@@@@@t @a a cathode s'avère positive. De plus l'angle de passage du courant dans le thyristor TH1 onc la valeur moyenne de l'intensité de charge peuvent être réglés à volonté par l'association au dispositif de protection de polarité d'un circuit RC(résistance-capacité) ou d'un transistor urnonction(UJT) T3 dans le circuit de gâchette du dit thyristor. Les figures 1,2 et 3 des dessins annexés décrivent le prin cine du circuit de régulation de courant constant Ic associé au dispositif protecteur de polarité. On voit plus partivulièrement à la figure 2 que le circuit de détection de variation de courant de charge Ic comprend essentiellement un transformateur d'intensité Ti dont l'enroulement primaire à nombre de spires très faible se trouve inséré en série dans le circuit de charge de la batterie d'accumulateurs. L'enroulement secondaire à nombre de spires très élevéfle rapport de transformation peut par exemple avoir la valeur 2QO) amplifie considérablement les faibles variations de courant de charge ondulé. Ce dit enroulement secondaire alimente une lampe à incandescence@ relative au module opto-électronique M. Ce module opto-électronique du type connu est constitué comme illustré figure 3, de la lampe à incandescence a et d'une photorésistance PhR, encapsulées de manière à empêcher la pénétration de la lumière extèrieure. La photorésistance PhR se trouve insérée dans le bras d'un pont diviseur dont le point milieu P est relié à la base b d'un transistor NPN T4. l'émetteur de ce transistor T4 attaque à travers un circuit RCcomposé de la résisrance R1 et de la capacitéH la base du transistor unijonction T3. Le dispositif fonctionne comme suit Si le courant de charge Ic de la batterie d'accumu'lateur tend pour une raison quelconque (abaissement momentanée de la pension du secteur, élévation de la tension de la batterie) à diminuer, le courant ondulé traversant l'enroulement primaire du transformateur d'intensité Ti tend également à diminuer ainsi que la tension apparaissant au secondaire du dit Ti. Dans ces conditions, la lampe à incandescence # du module opto-électronique N voit sa luminosité baisser, La résistance de la photorésistance Phgaugmente, la tension au point P base du également transistor NPN T4 augmente, ainsi que le courant collecteur émet- teur de T4. de ce fait la capacité H se trouve plus rapidement chargée à travers la résistance RI. Le seuil de déclanchement du transistor unijonction T3 apparaît plus tôt, de même celui de la gâchette G duthyristor Thl dont l'angle de passage augmente. Il en résulte une augmentation de la valeur moyenne du courant tr.aversant le thyristor Thi rétablissant instantanément l'équilibre du courant de charge Ic constant. A l'inverse si une cause extérieure surtout pour les batte 'ries: stationnaires vient à consommer de l'énergie à la batterie pendant sa recharge (démarrage de groupes électrogènes, mise en fonctionnement de circuits d'alarme etc...) cette dernière tend à faire baisser la tension de la batterie. La surintensité momentanée est telle qu'elle permet à la lampe du module opto-électronique de a'illumineplus fortement, excitant par de la même, la cellule photo -B*s résistante qui va diminuer de valeur, dérivant ainsi le courant de base du transistor T4 et son courant collecteur.Cela retarde le basculement du transistor T3 augmentant l'angle de déphasage du thyristor et par la même diminuant la surintensité demandée au chargeur, rétablissant ainsi la valeur moyenne établie par le potentiomètre Rp2. A noter que le transformateur d'intensité Ti, détecteur des variations de courant Ic, peut être remplacé par une simple résistance, mais au prix de plusieurs inconvénients : Un risque de dissipation élevée dès que le courant de charge est prévu pour plusieurs dizaines d'ampères. La nécessité de prévoir une chaîne d'amplification importante les variations de tension aux bornes de la résistance s'avérant très faibles.' Un transformateur d'intensité remédie à ces inconvénients et de plus présente l'avantage de pouvoir réaliser des chaînes de régulation en courant pour des intensités très variables, en modifiant simplement les enroulements primaires et secondaires. Le potentiomètre Rp2 permet pour un chargeur de calibre donné de régler à volonté la valeur du courant de charge (l'angle de passage du thyristor Thl pouvant varier de 100 à 170 Celui-ci se trouvant ensuite maintenu constant quelles que soient les conditions de charges. Dans le cadre de l'invention, l'utilisation d'un module optoélectronique M of-fre l'avantage de 'découpler dlectriquement le circuit de détection des variations de courant du circuit de commande de gachette du thyristor Thl.- De ce fait, toute action de tensions transistoîres se trouve supprimée du fait de l'inertie de la lampe En variante, le module opto-glectronique constitué alune lampe à incandescence et d'une photo-résistance peut être remplacé par un module à photo-transistor mais avec la nécessité d'un étage supplémentaire pour commander le transistor unijonction T3 A la figure 4 est représenté le schéma de principe connu d'un dispositif de coupure de fin de charge et de remise en chat ge. .Dans le montage annexé, lorsque la tension de la batterie branchée entre les bornes la et lb n'a pas atteint la iimite par exemple de 2,45 volts par élémént, la bobine du relais L est excitée par le passage du courant à saturation dans le transistor T5 et par conséquent ferme les contacts de L avantageusement placés dans le circuit de gâchette du thyristor de protection de polarité Thl. Le courant à couper en fin de charge (IGK) est infime, et le relais L peùt être considérablement réduit. A noter que la diode D5 protège le circuit de coupure de fin de charge et de remise en charge automatique contre les inversions de polarité lorsdu branchement de la batterie. Ainsi on voit à la figure 5, l'association dans un même chargeur de batterie des trois fonctions, protection de polarité, régulation à I moyen constant, réglage de ce courant à volonté par le potentiomètre RP2, coupure de fin de charge automatique et remise en charge en fin de décharge. Toutes-ces fonctions s'associent sans difficultés, l'organe commun de commande de puissance étant le thyristor Thl. Les avantages ressortent bien de la description en particulier, on souligne Les diverses fonctions réalisées, charge à courant constant .coupure de fin de charge et remise en charge automatique présentent l'avantage d'accroître la longévité des batteries d'accumulateurs et la sécurité de leur emploi en particulier dans le cas des batteries d'accumulateurs de divers types (au plomb ou alcalin) étanches ou semi-étanches. que La charge à courant moyen constant realise le dispositif permet de connaître parfaitement la quantité d'électricité restituée à un accumulateur déchargé pour un temps de charge donné D'annuler la variation de cette valeur moyenne de l'intensité de charge pour toute variation incontrôlable de la tension du réseau De plus ce dispositif s'avère particulièrement adapté pour la réalisation, avec un peu de modifications, de chargeurs à courant constant offrant une vaste gamme d'intensité de quelques centaines de milli-ampères à plusieurs centaines d'ampères. L'invention ne se limite aucunement à celui de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties ayant plus spécialement été indiqués, elle en embrasse au contraire toutes les variantes. REVENDICATIONS - 1 - Dispositif de charge à courant de valeur moyenne constante de limitation de fin de charge et de remise en charge destiné à équiper les chargeurs pour batteries de véhicules automobiles et pour batteries stationaires, et notamment les chargeurs équipés d'un dispositif de protection de polarité à thyristor, caractérisé en ce que la chaîne de réaction imposant le courant moyen cons tant quelque soit l'état de la batterie et la valeur de la tension d'alimentation est obtenue par l'association d'un transformateur d'intensité placé directement dans le circuit de charge, et d'un module opto-électronique constitué d'une lampe alimentée par le secondaire du transformateur d'intensité, et d'une photorésistance modifiant la polarisation de base d'un transistor, luimême assurant l'apparition du pic de conduction d'un transistor unijonction qui commande la gâchette du thyristor du dispositif de protection de polarités. - 2 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qui le circuit de détection des variations de courant est un transformateur d'intensité sont l'enroulement primaire à faible nombre de spires est branché en série dans le circuit de charge de la batterie. - 3 - Dispositif suivant les revendications 1 et 2 ensemble, caractérisé par le fait que le module opto-électronique est cons titué d'une lampe à incandescence alimentée par l'enroulement secondaire du transformateur d'intensité et d'une photo-résistance insérée dans le bras d'un pont diviseur. - 4 - Dispositif suivant la revendication3, caractérisé par le fait que le point milieu du@pont diviseur est relié à la base d'un transistor NPN dont l'émetteur attaque à travers un circuit résistance capacité l'émetteur du transistor unijonction qui commande la gâchette d'un thyristor placé dans le circuit de charge de la batterie. - 5 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 4, caractérisé par le fait que lorsque le courant de harge de la batterie a tendance à diminuer le courant ondulé traversant le primaire du transformateur d'intensité diminue également de même que la tension apparaissant au secondaire ; il en résulte une baisse de luminosité de la lampe du module optoélectronique, la photo-résistance augmente ainsi que la tension de base du transistor NPN, et son courant émetteur collecteur, la capacité se trouve plus rapidement chargée à travers la résistance de sàn circuit,.que le seuil de déclanchement du transistor unijonction apparaît plus t9t que celui de la gâchette du thyristor de commande dont l'angle de passage augmente. - 6 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la coupure de fin de charge et de remise en charge se trouvent réalisées par l'insertion des contacts d'un relais à très faible pouvoir de coupure dans.le circuit gâchette du thyristor de commande, la bobine de ce realiséétant alimentée par tout circuit de type connu, détectant la tension de fin de charge d'une part et la tension de remise en charge d'autre part.