Brevet FR2327663A1 — publié le 19770506

La présente invention concerne un dispositif de sécurité pour générateur électrique continu, notamment pour chargeur de batterie dtaccumulateurs au plomb. Elle concerne également, à titre d'application, un chargeur équipé d'un tel dispositif. Les batteries d'accumulateurs au plomb admettent un courant de charge d'autant plus faible qu'elles sont plus voisines de l'état de pleine charge de sorte que, pour les charger dans un temps raisonnable, le courant de charge doit suivre une loi décroissante pendant le processus de charge. Différents paramètres ont été considérés pour piloter la décroissance du courant, par exemple le dégagement gazeux, la température, etc., mais le plus couramment utilisé est la croissance de la force électromotrice pendant la charge. Il a été possible ainsi de réaliser des chargeurs dont la caractéristique naturelle tension/courant était telle que le courant de charge décroissait naturellement et restait toujours inférieur à la limite admise par la batterie en fonction de son état de charge. Ces chargeurs avaient l'avantage d'être très rustiques et fiables mais leur caractéristique tension/courant n'était qu'une approximation assez grossière et les variations possibles de la tension d'alimentation se répercutaient fortement sur le courant de charge, si bien qu'il n'était guère possible de charger en moins de douze heures une batterie déchargée à 80 ffi si l'on voulait qutà tout moment le courant de charge ne dépasse pas la valeur permise. Les systèmes modernes de régulation, utilisant des thyris tors comme organes de réglage et des transistors ou des circuits intégrés comme organes de commande, ont permis de s'affranchir de ces inconvénients, d'une part en éliminant l'influence des variations de la tension d'alimentation et d'autre part, en permettant le modelage de la caractéristique tension/courant de façon telle que le courant admissible en fonction de l'état de charge de la batterie soit approché de beaucoup plus près. Le temps de charge a pu ainsi être abaissé à huit heures et meme en dessous. Cependant, ces dispositifs récents font apparattre des inconvénients graves par rapport aux solutions antérieurement connues. En effet, la présence d'un plus grand nombre de composants, meme de haute fiabilité individuelle, accrott le risque de défaillance de l'ensemble. D'autre part, la puissance potentielle du chargeur est plus élevée puisque la puissance nominale doit Qtre fournie dans des conditions défavorables de tension d'alimenstation. Enfin, le courant de charge est maintenu constamment au voisinage du courant maximal admissible pendant toute la durée de la charge, de sorte qu'un dérangement ou un déréglage même minime peut entraîner la valeur du courant de charge dans des zones dangereuses et avoir des conséquences dommageables pour la batterie. La présente invention a pour but de réaliser un dispositif de sécurité empêchant le courant de charge de prendre une valeur excessive en cas de dérangement des conditions de charge. Suivant l'invention, le dispositif de sécurité pour générateur électrique continu, notamment pour chargeur de batterie d'accumulateurs, s'applique à un générateur comprenant un système de régulation agencé pour conférer au circuit de sortie du générateur une caractéristique de fonctionnement tension/intensité prédéterminée, et il est caractérisé en ce qu'il comprend des moyens sensibles à la tension délivrée et à l'intensité du courant délivré pour couper le circuit de sortie quand le point de fonctionnement du générateur tend à franchir une caractéristique de sécurité prédéterminée, enveloppant la caractéristique de fonctionnement précitée de manière à donner une tension supérieure à intensité égale et une intensité supérieure à tension égale. On ménage ainsi, du côté dangereux de la caractéristique de fonctionnement du générateur, c'est-à-dire du côté des tensions supérieures ou des intensités supérieures, une bande de largeur prédéterminée où le point de fonctionnement peut se déplacer en fonction de légères perturbations. En cas de perturbations importantes et dangereuses, entraînant le franchissement de la caractéristique de sécurité, le circuit de sortie du générateur est automatiquement coupé. Suivant une réalisation particulière de l'invention, le dispositif de sécurité s'applique à un chargeur de batterie d'accumulateurs au plomb dont le système de régulation comprend des thyristors de redressement et un circuit (A) comportant une prise de tension aux bornes de la batterie, un shunt en série sur le circuit de charge1 des moyens pour élaborer un signal proportionnel à la différence entre une tension de référence et la tension aux bornes de la batterie, des moyens pour élaborer un signal proportionnel à la différence entre une tension de référence et la tension aux bornes du shunt, et des moyens pour délivrer en sortie le plus élevé des deux signaux. Le système de régulation comprend encore un circuit déphaseur à angle de phase variable commandé par le signal de sortie du circuit (A) et attaquant les gâchettes des thyristors de redressement.Dans cette application, le dispositif de sécurité comprend un circuit (B) analogue au circuit (A) ayant en commun avec le circuit (A) la prise de tension aux bornes de la batterie et le shunt en série sur le circuit de charge, mais dont les éléments sont déterminés de manière à procurer, si le circuit (B) était connecté à l'entrée du circuit déphaseur, une caractéristique différente, constituant une caractéristique de sécurit, enveloppant la caractéristique de charge fournie par le système de régulation et donnant une tension supérieure à intensité égale et une intensité supérieure à tension égale. Le dispositif de sécurité comprend encore des moyens sensibles au signal de sortie du circuit (B) pour ouvrir le circuit de charge quand le point de fonctionnement de la charge tend à franchir la caractéristique de sécurité. On obtient ainsi, par simple dédoublement d'une partie du système de régulation, au prix d'une certaine adaptation des caractéristiques de ses éléments, un circuit de sécurité faisant apparattre une nouvelle caractéristique, déduite de la caractérietique de charge par une translation prédéterminée dans un diagramme tension/intensité, et constituant une caractéristique de sécurité dont le franchissement provoque le déclenchement du circuit de charge. De préférence, un dispositif de temporisation est inséré entre le circuit de sécurité et les moyens de déclenchement, de manière à éviter des déclenchements intempestifs provoqués par des perturbations fugitives. D'autres particularités de l'invention ressortiront encore de la description détaillée qui va suivre. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif - la figure 1 est un schéma électrique d'ensemble d'un chargeur de batterie équipé d'un dispositif de sécurité conforme à l'invention - la figure 2 est un diagramme tension/courant montrant les caractéristiques réspectives de charge et de sécurité. Sur la figure 1, le schéma d'ensemble du chargeur de batterie a été, pour plus de clarté, dissocié en deux schémas par- tiels indépendants, mais en réalité ces deux schémas partiels sont interconnectés comme il sera expliqué ci-après. En référence à la figure 1, un système de régulation 1 comprend un circuit (A) comprenant lui-même une source de référence 2 de force électro-motrice prédéterminée. Par l'intermédiaire d'un pont diviseur 3, une fraction prédéterminée de cette force électro-motrice constituant une tension de référence est appliquée à l'entrée non inverseuse (+) d'un amplificateur opérationnel 4 dont l'entrée inverseuse (-) reçoit, par l'intermédiaire d'un pont diviseur 5, une tension proportionnelle à la tension aux bornes de la batterie à charger 6. L'amplificateur 4 est agencé pour délivrer en sortie un signal proportionnel à la différence entre ses deux signaux d'entrée. Un shunt 7 est monté en série sur le circuit de charge 8 et ses bornes sont reliées respectivement aux entrées inverseuse et non inverseuse d'un second amplificateur opérationnel 9 par l'intermédiaire de ponts diviseurs 11, 12 reliés d'autre part à la borne positive de la source de référence 2. L'amplificateur 9 est agencé en soustracteur, comme l'amplificateur 4, de sorte que son signal de sortie est proportionnel à la différence entre une tension de référence, qui est une fraction de la force électro-motrice de la source 2, et la chute de tension dans le shunt 7. Les sorties des amplificateurs 4 et 9 attaquent respectivement en sortie des diodes 13, 14 dont les sorties sont réunies pour constituer une porte 15 qui délivre en sortie du circuit (A) le plus grand des deux signaux de sortie des amplificateurs 4 et 9. Le sortie du circuit (A) est connectéeà ltentrée-de commande d'un circuit déphaseur 16 à angle de phase variable, dont la sortie est reliée aux gachettës 17 de thyristors de redressement 18 (dont un seul a été représenté) situés sur le circuit de charge 8. Le circuit déphaseur 16 est agencé de telle manière que l'angle de conduction des thyristors 18 diminue quand la tension en sortie du circuit (A) devient plus positive. On comprend que le système de régulation 1 qui vient d'être décrit permet de régler à la fois la tension et l'intensité de la charge, de manière que cette charge s'effectue suivant une caractéristique de charge prédéterminée, telle que celle représentée en traits pleins 19 sur la figure 2. A titre d'exemple, dans le cas d'un chargeur de batterie d'accumulateur au plomb, les éléments du circuit (A) sont déterminés de manière que la partie horizontale de la caractéristique corresponde à une tension de 2,4 V, et que sa partie verticale corresponde à une intensité exprimée en ampères égale à 20 % de la capacité de la batterie exprimée en ampèressheure. Le dispositif de sécurité 21 conforme à l'invention comprend un circuit (B), distinct du circuit (A) mais constitué de fa çon analogue. Pour cette raison, les éléments constitutifs du circuit (B) ont reçu les mêmes repères que les éléments correspondants du circuit (A), mais affectés de l'indice a. Toutefois, les circuits (A) et (B) ont en commun le shunt 7 et la prise de tension aux bornes de la batterie 6, ce qui assure leur interconnexion mentionnée plus haut. Les éléments communs aux circuits (A) et (B) ont été figurés en traits tiretés. Les valeurs caractéristiques des éléments du circuit (B) sont déterminées, suivant un calcul accessible à l'homme de l'art, de telle manière que, si l'on connectait la sortie du circuit (B) à l'entrée du circuit déphaseur 76, on obtienne une caractéristique de charge 22 figurée en trait tirets sur la figure 2, enveloppant la caractéristique 19 de manière qu'à tension égale la caractéristique 22 donne une intensité supérieure et qu'à intensité égale elie donne une tension supérieure. La caractéristique 22 est appelée ici caractéristique de sécurité.Dans l'exemple décrit, il est fait en sorte que l'écart entre les deux branches horizontales soit de 2 %, et que ltécart entre les deux branches verticales soit de 5 sl La sortie du circuit (B) est reliée, par l'intermédiaire d'un dispositif de temporisation 23 qui, dans l'exemple décrit, comprend un condensateur 24, à la bobine 25 d'un relais 26 dont un contact 27 permet la mise "hors circuit" du chargeur. On comprend que, si le point de fonctionnement du chargeur tend à s'écarter de la caractéristique de charge idéale 19 en raison par exemple d'une défaillance d'un élément du circuit (A), ou d'un des thyristors 18, ou encore par suite d'une variation importante de la tension d'alimentation, ltopération de charge ne pourra se poursuivre que si cet écart du point de fonctionnement reste faible. Si le point de fonctionnement tend au contraire à franchir la caractéristique de sécurité 22, alors le circuit (B) provoque le déclenchement du circuit de charge 8 par re du relais 26. Le rôle du dispositif de temporisation 23 est d'empê- cher le déclenchement du circuit de charge sous l'influence de perturbations purement transitoires, sans conséquences dommageables pour la batterie, seules les perturbations durables étant prises en compte. L'invention permet donc de faire fonctionner le chargeur en toute sécurité en évitant que le point de fonctionnement ne passe dans une zone dangereuse pour la batterie, quels que soient les incidents susceptibles d'affecter le système de régulation ou la tension d'alimentation. La sécurité étant ainsi assurée, on peut se permettre d'effectuer la charge dans des conditions optimales conduisant à une durée de charge minimale, conditions qui peuvent être très proches de la limite de sécurité. Les deux caractéristiques de la figure 2 seront alors très proches l'une de l'autre. Il est évident que l'invention ne se limite pas à l'exemple décrit et que l'on peut concevoir de nombreuses variantes de réalisation des schémas et adopter des valeurs numériques différentes. On pourrait également concevoir que la caractéristique de sécurité ne soit pas parallèle à la caractéristique de charge, comme indiqué sur la figure 2, pourvu qu'elle ltenveloppe comme il a été expliqué. Enfin, l'invention ntest pas susceptible de s'appliquer seulement aux chargeurs de batterie d'accumulateurs, mais également à tout générateur électrique continu devant fonctionner suivant une caractéristique tensionlcourant prédéterminée, quel que soit le genre du système de régulation adopté. REVENDICATIONS 1. Dispositif de sécurité pour générateur électrique continu, notamment pour chargeur de batterie cl'accumulateurs, ce générateur comprenant un système de régulation agencé pour conré- rer au circuit de sortie du générateur une caractéristique de fonctionnement tension/intensité prédéterminée, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens sensibles à la tension délivrée et à l'intensité du courant délivré pour couper le circuit de sortie quand le point de fonctionnement du générateur tend à franchir une caractéristique de sécurité tension/intensité prédéterminée, enveloppant la caractéristique de fonctionnement précitée, de manière à donner une tension supérieure à intensité égale et une intensité supérieure à tension égale. 2. Dispositif de sécurité conforme à la revendication 1, prévu pour équiper un chargeur de batterie d'accumulateurs au plomb dont le système de régulation comporte des thyristors de redressement et un circuit (A) comprenant une prise de tension aux bornes de la batterie, un shunt en série sur le circuit de charge, des moyens pour élaborer un signal proportionnel à la différence entre une tension de référence et la tension aux bornes de la batterie, des moyens pour élaborer un signal proportionnel à la différence entre une tension de référence et la tension aux bornes du shunt, et des moyens pour délivrer en sortie le plus élevé des deux signaux précités, ce système de régulation comportant encore un circuit déphaseur à angle de phase variable commandé par le signal de sortie précité et attaquant les gâchettes des thyristors de redressement, les éléments du circuit (A) étant déterminés pour obtenir une caractéristique de charge prédéterminée, ce dispositif de sécurité étant caractérisé en ce qu'il comprend un circuit (B) analogue au circuit (A), ayant en commun avec le circuit (A) la prise de tension aux bornes de la batterie et le shunt en série sur le circuit de charge, mais dont les éléments sont déterminés de manière à procurer, si le circuit (B) était connecté au circuit déphaseur précité, une caractéristique différente constituant une caractéristique de sécurité, enveloppant la caractéristique de charge fournie par le système de régulation, donnant une tension supérieure à intensité égale, et une intensité supérieure à tension égale, et en ce qu'il comprend des moyens sensibles au signal de sortie du circuit (B) pour ouvrir le circuit de charge quand le point de fonctionnement de la charge tend à franchir la caractéristique de sécurité. 3 Dispositif de sécurité conforme à la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de temporisation inséré entre la sortie du circuit (B) et les moyens d'ouverture du circuit de charge. 4. Application d'un dispositif de sécurité conforme à l'une des revendications 1 à 3 à un chargeur de batteries d'accumulateurs au plomb muni d'un système de régulation permettant d' ef- fectuer la charge suivant une caractéristique tension/intensité pré- déterminée. 5. Chargeur de batterie d'accumulateurs au plomb, muni d'un système de régulation agencé pour que la charge steffectue suivant une caractéristique de charge tension/intensité prédétermi nee, caractérise en ce qu'il comprend des moyens sensibles à la tension aux bornes de la batterie et à l'intensité du courant de charge pour couper le circuit de charge quand le point de fonctionnement de la charge tend à franchir une caractéristique de sécurité tension/intensité prédéterminée, enveloppant la caractéristique de charge précitée, de manière à donner une tension supérieure à intensité égale et une intensité supérieure à tension égale.