Brevet FR2337962A1 — publié le 19770805

La présente invention concerne les dispositifs de charge de batteries d'accumulateurs. On sait que toute surcharge d'une batterie est préjuduciable à sa vie. I1 peut en résulter notamment un échauffement excessif et une retombée des matières actives des plaques avec toutes leurs conséquences (court-circuit entre plaques1 déformation des plaques, consommation d'électrolyte etc.). Par ailleurs, la surcharge entraîne une consommation d'énergie inutile qui peut être néfaste àla batterie. En outre, le temps d'immobilisation de la batterie est inutilement prolongé. Ces inconvénients de la surcharge des batteries se font d'autant plus sentir que le nombre de cycles de décharge et de recharge est elevé ce quiet notamment le cas dans les batteries pour véhicules à traction électrique. On a déjà mis au point des dispositifs de coupure automatique de la charge d'une batterie dans lesquels la tension de charge est surveillée et on coupe la charge lorsque cette tension atteint une valeur prédéterminée. Ces dispositifs ne se sont pas averés satisfaisants en raison du fait que la caractéristique de tension de charge peut varier d'une batterie à l'autre ou en fonction de son état, de son ge,de sa température ou d'autres paramètres. Un tel dispositif ne peut donc être utilisé de façon uniforme pour toutes les batteries, la tension de coupure pouvant intervenir à un moment ot la coupure aurait déjà due avoir lieu ou ne devrait pas encore intervenir. On a également proposé (voir par exemple le brevet français nQ I 530 629) de créer un dispositif de charge dans lequel la tension de la batterie est périodiquement mesurée et à chaque mesure la tension antérieurement mise en mémoire est comparée avec la tension mesurée instantanément et lorsque l'élévation de la tension ainsi constatée devient peu ou pas sensible, on déclenche, à l'aide d'une minuterie, un intervalle de temps après l'écoulement duquel on coupe la charge de la batterie. Cependant, dans ce cas encore, il n'est pas possible de tenir compte des facteurs inhérents à chaque batterie mentionnés plus haut, car l'intervalle de temps est fixé au préalable, alors qu'il devrait être adapté à chaque batterie particulière. I1 en résulte donc que, pour chaque batterie individuelle l'instant de coupure de la charge ne peut intervenir avec la précision souhaitée et une surcharge demeure toujours possible. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients de la technique antérieure. Elle a donc pour objet un dispositif de charge pour batteries d'accumulateurs comprenant un circuit de charge destiné à être relié entre la batterie et une source de tension et muni d'un dispositif de coupure, un circuit de mesure de la tension de la batterie, un dispositif pour conserver en mémoire chaque tension mesurée jusqu'à la mesure suivante de celle-ci et un circuit de comparaison pour comparer la tension intantanée de la batterie avec celle antérieurement mesurée, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un générateur d'impulsions fournissant un train de premières impulsions pour commander la mise à jour périodique du contenu dudit dispositif de mémoire par rapport à la tension de la batterie en cours de charge, et fournissant également un groupe de secondes impulsions dont chacune apparait respectivement entre deux premières impulsions successives, lesdites secondes impulsions étant destinées à interroger ledit circuit de comparaison et à autoriser l'actionnement dudit dispositif de coupure lorsqu'une égalité est constatée par le circuit de comparaison entre la tension mise en mémoire et la tension de la batterie. Grâce à ces caractéristiques, le dispositif suivant l'invention est capable d'interrompre la charge de la batterie dès que sa tension atteint le palier de valeur constante qui correspond à la pleine charge de la batterie. Suivant une autre caractéristique de l'invention, ledit dispositif de mémoire est un générateur de tension en marches d'escalier connecté audit générateur de manière à être commandé pour la mise à jour chaque fois qu'une première impulsion apparaît à la sortie de ce dernier. Cette caractéristique est particulièrement avantageuse puisqu'elle permet, lors de chaque mise à jour du dispositif de m8- moire de se rapprocher de la tension de la batterie avec une précision élevée déterminée par la finesse de la courbe de tension fournie par le générateur de tension en marchesd'escalier. I1 en résulte ainsi une coupure très précise du processus de charge. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre. Aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple: - la Fig. 1 montre un schéma simplifié d'un dispositif de charge suivant l'invention; - les Fig. 2 à 4 sont des courbes de tension établies avec des échelles de temps différentes et illustrant le fonctionnement du dispositif représenté sur la Fig. 1. Suivant le mode de réalisation représenté à la Fig. 1, le dispositif comprend une source 1 de courant continu dont la tension est stabilisée avec précision ét dont la conception est classique. Cette source est raccordée à deux lignes d'alimentation 2a et 2b, la borne positive 3a de la batterie B à charger étant connectée à la ligne 2a. Entre la borne négative 3b de cette batterie B et la ligne 2a, est connecté un diviseur de tension formé par des résistances R1 et R2, la jonction de celles-ci étant raccordée à l'entrée positive 4a d'un amplificateur opérationnel 4. L'entrée nagative 4b de cet amplificateur est connectée à la jonction intermédiaire d'un autre-diviseur de tension formé par des résistances R3 et R4, cette jonction étant à un potentiel de référence fixe. Cette tension est choisie en fonction de la tension de la batterie au delà de laquelle les composants représentés entrent en action. Le gain de l'amplificateur 4 est réglé de telle façon que la tension de la batterie B évoluant entre deux valeurs déterminées, 2,2V et 2,-7V par élément par exemple, le signal à sa sortie variera d'un niveau zéro au niveau de la tension positive de la source d'alimentation 1. La sortie 4c de l'amplificateur 4 est connectée d'une part à un circuit à seuil 5 réalisé par exemple sous la forme d'un basculeur de Schmitt et d'autre part, à l'entrée positive 6a d'un comparateur 6. La sortie du basculeur 5 est reliée à l'entrée de déclenchement 7a d'un générateur 7 d'impulsions et à un dispo wommutation 8 qui lorsque le signal de sortie de l'am eç 4 franchit le seuil du basculeur 5, est capable de l ffluire le courant de charge de la batterie B en agissant sur un circuit de charge 9 de conception classique, pour ramener le courant de charge à une valeur adaptée à la fin du cycle de recharge de la batterie B. Le basculeur 5 peut être réglé à un seuil tel qu'il fournit un signal au dispositif de commutation 8 et au générateur d'impulsions 7, lorsque la tension par élément de la batterie atteint 2,4V, par exemple (début du bouillonnement de l'électrolyte). Le générateur d'impulsion 7 présente une première sortie 7b qui est reliée à une entrée lOb d'une porte ET 10, dont l'autre entrée 10a est reliée à la sortie 6c du comparateur 6. La seconde sortie 7c du générateur 7 est connectée à l'entrée 11b d'une porte ET 11, dont l'autre entrée lla est reliée à la sortie d'un inverseur 12. L'entrée de ce dernier est raccordée à la sortie du comparateur 6. Dans le mode de réalisation représenté, le compa rateur 6 fournit un signal de niveau haut à sa sortie lorsque la tension sur son entrée 6a est supérieure à celle appliquée à l'entrée 6b. Ce signal sera de niveau bas lorsque la tension de l'entrée 6a est inférieureou égale à celle appliquée à l'entrée 6b. La sortie 10c de la porte ET 10 est connectée par l'intermédiaire d'une résistance R5, à l'entrée de déclenchement 13a d'une horloge 13. La sortie 13b de cette horloge commande un circuit de comptage 14 formant avec une échelle de résistance 15 et l'horloge 13 une mémoire 16 destinée à conserver la tension de batteriemesue antérieurement dans le cycle de mesure comme il apparaîtra par la suite. L'échelle de résistances 15 est raccordé à la source d'alimentation 4 par l'intermédiaire d'une résistance R6. Dans le mode de réalisation décrit, la mémoire 16 est ainsi constituée par un générateur de tension en marches d'escalier qui est commandé par les impulsions fournies par l'horloge 13. La tension en escalier apparaît sur une ligne 17 qui est raccordée à l'entrée 6b du comparateur 6. La sortie de la porte ET 11c est reliée à un dispositif de coupure 18 qui agit sur le circuit de charge 9 pour couper la charge, lorsqu'il reçoitun signal de la porte ET 11. La résistance Reforme avec un condensateur C1 un circuit à retard dont le but apparaîtra par la suite. Par ailleurs, il est prévu un circuit de remise à zéro du compteur 14, constitué par une résistance R7 et un condensateur C2 et qui permet de remettre à zéro la mémoire 16, lorsque le dispositif est mis sous tension. Le fonctionnement de ce dispositif sera maintenant expliqué en se référant aux Fig. 2 à 4. Il convient de noter au sujet de ces Figures, que leurs échelles de temps sont différentes et que pour les besoins de l'illustration certainesparties des courbes sont étalés par rapport à d'autres. La Fig. 2 représente une partie d'une courbe de charge d'une batterie ordinaire au plomb. A la fin du cycle de charge, cette courbe présente un tronçcn ascendant dont le début correspond à peu près au bouillonnement de la batterie (2,4V par élément). Le circuit à seuil ou basculeur 5 est réglé à la tension correspondante apparaissant à la sortie 4c de l'amplificateur 4 (instant t0) . Par conséquent, dès que ce seuil est atteint, le générateur d'impulsion 7 est déclenché. Simultanément, le dispositif ae commutation 8 est commandé pour réduire le courant de charge à une valeur convenable. La tension issue de l'amplificateur 4 est également appliquée à l'entrée 6a du comparateur 6, tandis que la mémoire 16 qui est vide au debout du processus envoie une tension nulle à l'entrée 6b du comparateur. Le comparateur 6 délivre ainsi à sa sortie 6c un signal de niveau haut qui est transféré à l'entrée 10a de la porte ET 10. Celle-ci est ouverte au moment où elle reçoit une impulsion de commande de mise à jour de la sortie 7b du générateur 7. En négligeant pour l'instant l'influence du circuit RC formé par la résistance R5 et le condensateur C1, on voit que l'horloge 13 commence alors à fonctionner tant que l'impulsion à la sortie 7b est présente.L'horloge 13 envoie donc un train d'impulsions à fréquence relativement élevée au compteur 14, ce qui met à jour la mémoirel6 en augmentant progressivement la tension sur la ligne 17 et par conséquent celle qui est appliquée à l'entrée 6b du comparateur 6. Dès que la tension sur la ligne 17 atteint le niveau a correspondant à la tension aux bornes de la batterie B, le comparateur 6 délivre un signal de niveau bas, la porte ET 10 est fermée et l'horloge 13 cesse de commander la mémoire 16. La situation est maintenant stationnaire jusqu'à ce que le générateur 7 délivre une impulsion d'interrogation à sa sortie 7c. Celle-ci est en avance dans le temps par rapport à l'impulsion de mise à jour suivante qui apparaît à la sortie 7b,d'un intervalle prédéterminé qui peut être choisi à volonté. L'impulsion de la sortie 7c est appliquée à la porte ET 11. Cependant, entre temps la tension correspondant à la tension de la batterie a augmenté d'une certaine quantité ce qui revient à une inégalité aux entrées du comparateur 6. Sa sortie est donc de nouveau portée au niveau haut et l'entrée lla de la porte ET 11 reçoit un signal de niveau bas par l'intermédiaire de l'inverseur 12. La porte ET 11 demeure donc fermée et le dispositif de commutation 18 n'est pas actionné. A l'apparition d'une nouvelle impulsion de mise à jour (tl) sur la sortie 7b du générateur 7, un nouveau cycle de fonctionnement est déclenché pour porter la tension de la ligne 17 au niveau b (Fig. 3). Les impulsions de mise à jour sont espacées dans le temps d'une valeur qui peut être fixée à un quart d'heure par exemple. On voit donc quLau début de chaque cycle de mesure T, la tension sur la ligne 17 suit la tension de la batterie. Cependant, dès que pendant une période T la tension de la batterie n'évolue plus,le signal de sortie du comparateur 6 reste au niveau zéro, car ses tensions d'entrez seront alors égales. Dans ces conditions, à l'apparition de l'impulsion d'interrogation de la sortie 7c en fin de cycle, la porte ET 11 est ouverte et commande le dispositif de commutation 18 pour qu'il coupe le dispositif de charge 9 (instant t3). La Fig. 4 montre que le niveau de tension de la ligne 17 augmente par degrés qui correspnndent à une mise en circuit des résistances de l'échelle de résistance 15 dépendant du chiffre binaire apparaissant à la sortie du compteur~14, chaque degré étant atteint par une impulsion d'horloge de l'horloge 13. Le circuit R5 C1 permet d'obtenir une augmentation de la tension de la ligne 17 de manière à ce qu'elle soit en définitive légèrement supérieure pendant chaque cycle à la tension de l'entrée 6a du comparateur. En effet, ce circuit RC maintient le fonctionnement de l'horloge 13 au-del de la période fixée par l'ouverture de la porte 10. Il en résulte un basculement plus franc du comparateur 6. Bien entendu, la mémoire 16 peut être réalisée d'une autre manière, mais il convient de noter que la mémoiredécrite ci-dessus permet d'obtenir une tension stable sur la ligne 17 et de suivre avec une précision très élevée la tension de la batterie, cette précision dépendant du nombre de sorties du compteur 14 et du nombre de résistances de l'échelle 15. Or, une augmentation de ces nombres n'influe pratiquement pas sur le prix de revient du dispositif. Dans le mode de réalisation que l'on vient de décrire l'instant to auquel est déclenché le premier cycle de mesure T est déterminé en fonction de la tension de la batterie B. Cependant, il est possible d'utiliser un paramètre différent pour commander la mise en marche du générateur 7, tel que la température ou la densité dans la batterie, par exemple. On remarque que la Fig. 3 ne montre que trois cycles de mesure Tpour les besoins de l'illustration. En pratique, en particulier en fonction de la fréquence des impulsions de mise à jour,on peut augmenter ou diminuer ce nombre de cycles, sans sortir du cadre de l'invention. D' après la description qui précède, on voit que l'invention fournit un dispositif de charge qui évite toute surcharge de la batterie, qui permet de charger celle-ci avec un rendement éner gétique aussi élevée que possible sans prolongation inutile de la charge et de réduire au minimum le temps de charge de la batterie. REVENDICATIONS 1. Dispositif de charge pour batteries d'accumulateur comprenant un circuit de charge destiné à être relié entre la batterie et une source de tension et muni d'un dispositif de coupure, un circuit de mesure de la tension de la batterie, un dispositif pour conserver en mémoire chaque tension mesurée jusqu'à la mesure suivante de celle-ci et un circuit de comparaison pour comparer la tension instantanée de la batterie avec celle antérieurement mesurée, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un générateur d'impulsions (7) fournissant un train (7b) de premieres impulsions pour commander la mise à jour périodique du contenu dudit dispositif de mémoire (13, 16) par rapport à la tension de la batterie (B) en cours de charge et fournissant également un groupe (7c) de secondes impulsions dont chacune apparait respectivement entre deux premières impulsions successives, lesdites secondes impulsions étant destinées à interroger ledit circuit de comparaison (6) et à autoriser l'actionnement dudit dispositif de coupure (18) lorsqu'une égalité est constatée par le circuit de comparaison entre la tension mise en mémoire (6b) et la tension (6a) de la batterie (B). 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif de mémoire (13, 16) est un générateur de tension en marches d'escalier connecté audit générateur (7) de manière à être commandé pour la mise à jour chaque fois qu'une première impulsion apparait à la sortie (7b) de ce dernier. 3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que ledit générateur (16) à tension en marches d'escalier comprend une horloge (13) connectée de manière à pouvoir être déclenchée par lesdites impulsions de mise à jour (7b) et dont la sortie (13b) est raccordée à l'entrée d'un compteur (16) aux sorties duquel est raccordée une échelle de résistances (15), celleci étant connectée à l'une des entrées (6b) dudit circuit de comparaison (6). 4. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la sortie (7b) dudit générateur d'impulsions (7) fournissant les impulsions de mise à jour est raccordée à ladite horloge (13) par l'intermédiaire d'un circuit à retard (R5, C1). 5. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la sortie (7b) du générateur d'impulsions (7) fournissant les impulsions de mise à jour est raccordée à une entrée (lOb) d'une porte ET (10) dont l'autre entrée (10a) est reliée à la sortie (6c) du circuit de comparaison (6), sa sortie (10c) étant raccordée à l'entrée (13a) du dispositif de memoire et en ce que la sortie (7c) du générateur (7) fournissant les impulsions d'interrogation est raccordée à une entrée (lob) d'une autre porte ET (11), dont l'autre entrée (lla) est connectée à la sortie (6c) du circuit de comparaison (6) par l'intermédiaire d'un inverseur (12), la sortie (lac) de la seconde porte ET (11) étant reliée audit dispositif de coupure (18). 6. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit circuit de mesure (2 à 4 ; R1 à R4) est connecté audit générateur d'impulsions (7) par l'intermédiaire d'un circuit à seuil (5) pour ne déclencher le générateur (7) qu'à partir d'un instant donné du cycle de charge de la batterie (B). 7. Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce que ledit circuit à seuil (5) est agencé pour déclencher le générateur d'impulsions (7) à partir d'une valeur prédéterminée de tension de la batterie (B). 8. Dispositif suivant la revendication 7, caractérisé en ce que ledit circuit à seuil (5) est un basculeur de Schmitt. 9. Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce que ledit circuit à seuil est agencé pour déclencher le générateur d'impulsions à partir d'une certaine température qu'atteint la batterie (B) au cours d'un cycle de charge. 10. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que la sortie dudit circuit à seuil (5) est connectée à un dispositif de commutation (8) agissant pour réduire le courant de charge de la batterie (B) lorsque ledit générateur d'impulsions (7) est déclenché. 11. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que ledit circuit de mesure comprend un amplificateur opérationnel (4) dont le gain est réglé de manière que sa tension de sortie soit une image de la variation de la tension de la batterie (B) entre son point de bouillonnement et la fin de sa charge.