Brevet FR2399149A1 — publié le 19790223

La présente invention concerne un circuit de charge d'une batterie rechargeable constitué d'une source d'alimentation du trajet du courant de charge avec une tension continue, d'une résistance qui est placée dans le trajet du courant de charge pour limiter ce courant, et d'un transistor en série qui est également placé dans le trajet du courant de charge; le circuit comprend en outre un diviseur de tension constitué d'une dérivation de base et d'une dérivation variable, et un dispositif à seuil dont l'entrée de contrôle est connectée à la prise intermédiaire du diviseur de tension, qui est commandé par la tension apparaissant à cette prise intermédiaire et qui rend non-conducteur le transistor en série chaque fois que la tension la prise intermédiaire tombe au-dessous de la valeur supérieure du dispositif å seuil, et rend conducteur ce transistor chaque fois que la tension apparaissant à la prise intermédiaire reste au-dessous d'une valeur inférieure du dispositif seuil. Un circuit de ce type est connu et est, par .exemple,décrit dans la demande de brevet allemand (DT-AS) nO 22.55.894. Des Deys Des circuits du type décrit ci-dessus sont utilisés en particulier pour la charge de batteries rechargeables, par exemple des batteries de dispositifs électriques portatif s qui servent a leur alimentation. Dans ce but, de tels circuits de charge de batteries rechargeables sont incorporés au chargeur de batterie, ou bien un grand nombre de ces circuits sont incorporés dans des dispositifs de charge de batterie comportant plusieurs positions de charge. Pour être chargées, les batteries peuvent être extraites de leur compartiment du dispositif portatif, et insérées dans une case du chargeur de batterie.On connaît aussi des dispositifs électriques portatifs comportant des moyens de raccordement, grace auxquels les batteries contenues dans le dispositif peuvent être rechargées, ces dispositifs étant insérés, pour la recharge des batteries, dans les douilles d'un chargeur de batterie muni de la moitié de connecteur opposée correspondante. Dans de nombreux cas, les dispositifs électriques portatifs alimentés par batterie rechargeable doivent être prêts à fonctionner de nouveau dans un laps de temps très court, et lorsqu'ils ne sont pas utilisés immédiatement, doivent être maintenus à l'état de pleine charge. Les batteries de ces dispositifs sont d'abord totalement chargées par une charge dite rapide. Ensuite, la charge des batteries est conservée par un courant de maintien circulant en permanence.Etant donné que les batteries rechargeables de faible volume ont une capacité de charge élevée et sont particulièrement sensibles aux surcharges, des courants importants sont mis en jeu, en particulier dans le cas des charges rapides, de façon à obtenir des courants de charge maximum.On ne peut procéder dans ce cas à la charge de batteries- rechargeables qu'à l'aide de dispositifs de surveillance automatique de la charge placés dans les circuits utilisés dans la charge. La demande de brevet allemand (DT-AS) nO 22.55.894 décrit un circuit du type indiqué ci-dessus, permettant la charge d'une batterie rechargeable, dans lequel une résistance de limitation du courant de charge est placée dans le trajet du courant de charge, ainsi qu'un transistor en série commutable, et une diode polarisée dans le sens direct. Un dispositif à seuil comportant un seuil inférieur et un seuil supérieur est connecté au diviseur de tension placé en parallèle avec l'agencement ensérie constitué par la diode et la batterie. Lorsque la tension de la batterie atteint sa valeur de charge maximum, le dispositif à seuil du circuit classique bloque le transistor, car la valeur supérieure du seuil est dépassée.Un condensateur placé en parallele avec le diviseur de tension se dé charge ge dans ce dernier jusqu'à ce que la tension tombe au-dessous de la valeur inférieure du seuil du dispositif à seuil, de sorte que le transistor en série est de nouveau rendu conducteur. En conséquence, après une première charge complète, la batterie est continuellement alimentée avec des impulsions de courant de recharge de façon à la maintenir en pleine charge. Dans le cas des courants très élevés rencontrés dans les charges rapides, qui sont sensiblement supérieurs au courant normal de charge, par exemple, au courant de charge correspondant à une charge en 10 heures,ce processus de charge d'entretien ne convient plus, parce qu'il produirait une usure très rapide ou une destruction prématurée de la batterie rechargeable. La présente invention a poux objet de prévoir un circuit permettant la charge de batteries rechargeables, qui convienne avec des courants de charge très élevés, de l'ordre des courants correspondant à une décharge en une heure, et qui, à l'issue d'une charge rapide, permette une charge continue avec un courant de maintien n'ayant pas d'effet néfaste sur la batterie. Dans l'un des modes de réalisation du circuit du type décrit ci-dessus, l'objet -précédent est atteint en prévoyant que, premièrement, la valeur inférieure du seuil corresponde à une tension de la batterie raccordée qui soit située soit dans la plage des faibles tensions de décharge de la batterie, soit au-dessus; deuxièmement, la dérivation à résistance ohmique assurant le courant de maintien de charge soit parallèle au transistor en série; troisièmement, une dérivation de réduction soit placée en parallèle à la dérivation de base du diviseur de tension,laquelle est constituée d'une résistance et d'un commutateur, la résistance étant dimensionnée par rapport à la dérivation du diviseur de tension, de façon que, le commutateur se trouvant à l'état conducteur, une tension apparaisse à la prise intermédiaire du diviseur de tension qui soit toujours plus petite que la valeur inférieure du seuil du dispositif à seuil, même lorsqu'il n'y a aucune batterie dans le trajet du courant de charge; quatrièmement, un second commutateur à seuil soit disposé en parallèle avec la partie du trajet de courant de charge formé par la batterie, la valeur du seuil de ce commutateur étant supérieure à la tension debatterie à laquelle le transistor en série est rendu non-conducteur par le dispositif à seuil commandant ce dernier; et cinquièmement,un dispositif à retard de commutation soit inséré entre la sortie de commande du second commutateur à seuil et 1' entrée de commande du commutateur de la dérivation de réduction, le retard à la déconnexion étant supérieur à la durée de la chute de tension au diviseur de tension aussitôt après l'insertion de la batterie dans le trajet du courant de charge. Avec le dispositif selon la présente invention, toute batterie insérée dans le chargeur de batterie est d'abord soumise à un processus de charge rapide. Le courant de charge rapide peut être réglé à sa valeur la plus élevée admissible, quels qu soient le courantde recharge ou le courant de maintien de charge admissibles. De cette façon, la batterie rechargeable est prête à être utilisée dans le laps de temps le plus court possible et est maintenue prête à fonctionner dans son état de pleine charge pendant n'importe quelle période de temps arbitraire grâce à un courant de maintien de charge qui est très inférieur au courant correspondant a la charge rapide. La présente invention a également comme caractéristique intéressante le fait que le commutateur de la dérivation de réduction est un transistor et/ou que le second commutateur à seuil est une diode Zener a limitation de courant. Le dispositif à retard de commutation est constitué, dans un mode de réalisation intéressant, d'un condensateur et d'une résistance de charge et de décharge. Le dispositif à seuil peut être, par exemple, un trigger de Schmitt dont l'hystérésis a été réglée de façon à être élevée, ou peut être constitué d'un comparateur, dans lequel une hystérésis relativement importante a été obtenue à l'aide d'un couplage à réaction négative approprié. La présente invention sera bien comprise à l'aide de la description suivante faite en liaison avec les dessins cijoints dans lesquels La figure I représente sous forme de blocs un circuit ae charge de batterie rechargeable; La figure 2 représente deux courbes de tension correspondant au circuit de la figure 1; et La figure 3 représente un autre mode de réalisation d'un circuit de charge de batterie rechargeable; Le circuit de charge d'une batterie rechargeable 1, repré senté schématiquement sous forme de blocs dans la figure 1, comprend un trajet de courant de charge 2, indique en trait plein dans la figure, qui est alimenté à partir d'une source de tension continue 3, et est constitué d'un transistor en série 4, d'un agencement transistorise 5, d'une résistance 6 de limitation du courant de charge, ainsi que de douilles de connexion 7 et 8 pour le raccordement de la batterie rechargeable. Une dérivation 9 pour la production du courant de maintien de charge comprenant une résistance 10 est placée en parallèle avec le transistor en série 4.Entre les douilles de connexion 7 et 8 de la batterie est placé un diviseur de tension dont la dérivation de base comprend une résistance 11, et dont la dérivation de division est constituée d'une résistance variable 12. A la prise intermédiaire 13 du diviseur de tension est connectée l'entrée de controle 14 dtun dispositif à seuil 15 comportant une valeur supérieure de seuil Usl et une valeur inférieure de seuil U52 de la tension ainsi contrô idée. La sortie 16 du dispositif à seuil est connectée à l'entrée de commande de l'agencement transistorisé comportant le transistor en série.En parallèle avec le diviseur de tension 11, 12 est placé un commutateur à seuil 17 qui, par l'intermédiaire d'un agencement à retard de commutation 18, commande un commutateur 19 situé dans une dérivation de réduction qui est en parallèle avec la dérivation de base 11 du diviseur de tension. En plus du commutateur 19, cette dérivation contient une résistance 20. Le mode de fonctionnement du circuit représenté dans la figure 1 sera maintenant expliqué enltsan avec les courbes a et b de la figure 2. Dans la courbe a, la tension U13 à la prise intermédiaire 13 du diviseur de tension 11/12 est représentée en fonction des diverses conditions defonctionnementdu circuit, et la courbe b représente la tension conjuguée U7 appliquée à la douille 7 du trajet du courant de charge. Pendant la période A, représentée dans les deux courbes, aucune batterie n'est branchée entre les douilles 7 et 8 du chargeur de batterie, de sorte que le courant de charge 2 est coupé en ces points.Par l'intermédiaire de la dérivation assurant le courant de maintien de charge 9, la douille 7 peut être soumise à la presque totalité de la tension continue UO de la source de tension continue 3 alimentant le trajet du courant de charge. Cette tension est sensiblement supérieure au seuil de tension Us3 du du commutateur à seuil 17 qui, pour cette raison, pro S, U53 duit à sa sortie 21 un signal fermant le commutateur 19 de la dérivation de réduction, ce qui met la dérivation debase du diviseurde tension 11/12 en parallèle avec la résistance 20 de.la dérivation de réduction.La résistance 20 de la dérivation de réduction est dimensionnée de façon que, en depit de la haute tension UO ap piquée au diviseur de tension, la tension U13 à la prise intermédiaire 13 du diviseur de tension soit plus petite que le seuil inférieur de tension US2 du dispositif a seuil 15.Par conséquent, ce dispositif 15 produit à sa sortie 16 un signal grâce auquel le transistor 4 du trajet du courant de charge est rendu conducteur. A l'instant tl, une batterie 1 rechargeable, déchargée en partie, est connectée aux douilles 7 et 8. La période de temps suivante B est représentée comme étant particulièrement étendue. La tension 7 à la douille 7, selon la constante de temps de décharge du trajet du courant de charge 2, tombe à cette valeur particu lièvre de la tension de la batterie 1 dans le trajet du courant de décharge qui est appliquée à la batterie pendant la charge rapide, entre la faible tension de décharge UBT et la tension maximum admissible UBmaX, et tombe simultanément au-dessous de la valeur du seuil Us3 du commutateur 17, ce qui provoque l'élimination du signal de sortie.Le dispositif à retard de commutation 18 retarde la chute de ce signal dlune durée tv qui est supérieure au temps tA pendant lequel la tension de batterie chute à une valeur inférieure à la valeur maximum admissible UBmax de la tension axe batterie (pour la charge rapide), et est restée au-dessous, par exemple, à l'instant t2. Après le temps ztv, la dérivation de réduction se déconnecte d'elle-même de la dérivation de base 11 du diviseur de tension, de sorte que seul le diviseur de tension 11/12 reste dans le circuit. La charge rapide de la batterie 1 est effectuée pendant la période de temps C. Les deux courbes de tension U7 et U13 sont représentées comme ayant des valeurs proportionnelles. A l'aide de la dérivation 12 du diviseur1 la prise intermédiaire 13 du diviseur de tension 11/12 est réglée de façon que la tension à cette prise atteigne la valeur supérieure du seuil U51 du dispositif à seuil 15 dès que la tension de la batterie atteint la valeur UBmax cor respondant à la tension maximum de charge rapide.A cet instant t4, le dispositif à seuil se trouve dans un etat où il se maintient jusqu'à ce que la valeur inférieure du seuil Us2 ne soit pas attein te, et où il produit un signal de sortie grace auquel le transistor 4 est rendu non conducteur. A partir de-ce moment-ld (période D), un courant de maintien de charge circulera dans la dérivation 9, qui, avec l'aide de la résistance 10, est tel qu'il permet de compen ser les pertes dues à l'autodecharge de la batterie. Dans le mode de réalisation de la figure 3, qui correspond sensiblement au mode de réalisation de la figure 1, les élé- ments identiques des circuits étant représentés par les mêmes références, le dispositif à seuil 15, le commutateur à seuil 17 et le dispositif à retard de commutation 18, et le commutateur de la dérivation de réduction seront représentés avec plus de détail. Le dispositif à seuil comprend un amplificateur opérationnel con çu comme un comparateur 22, dont l'entrée constituant l'entrée de contrôle 14 est connectée à la prise intermédiaire du diviseur de tension 11/12, une source de tension continue de référence 24 étant connectée à l'autre entrée 23. Les deux valeurs de seuil U51 et Us2 du comparateur, formant hystérésis, sont produites par la source de tension de référence 24 et les deux résistances de réaction négati ve 25 et 26. Le commutateur à seuil 17 de contrôle de la tension U7 est une diode Zener 27, et à la résistance de limitation 28 apparat le signal de sortie destiné au dispositif à retard de commu- tation suivant 18. Ce dispositif comprend un condensateur de stockage 29 qui, par l'intermédiaire d'un condensateur de charge 30, est connecte à sa sortie, et,par l'intermédiaire d'une résistance de décharge 31,est connecté à la base du commutateur 20 de la dérivation de réduction comportant un transistor 32. La tension Zener de la diode 27 représente la valeur US3 du seuil et est supérieure à la tension UBmax de charge rapide maximum admissible de la batterie. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaitront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 - Circuit de charge de batterie rechargeable, comprenant une source alimentant le trajet du courant de charge avec une tension continue, une résistance placée dans le trajet du courant de charge pour limiter ce courant, et un transistor en série commandé placé également dans le trajet du courant de charge, comprenant en outre un diviseur de tension constitué d'une dérivation réglable et d'une dérivation de base, et un dispositif à seuil dont l'entrée de contrôle est connectée à la prise intermédiaire du diviseur de tension et qui est commandé par la tension apparaissant à cette prise intermédiaire, et qui rend non conducteur le transistor en série chaque fois que la tension à la prise intermédiaire tombe audessous d'une valeur supérieure du dispositif à seuil, et rend le transistor en série conducteur chaque fois que la tension apparaissant à la prise intermédiaire reste au-dessous- d'une valeur inférieure du seuil, caractérisé en ce que premièrement, la valeur inférieure du seuil (Us2) correspond à une tension de la batterie connectée (1) située soit dans la plage de faible tension de décharge (UBE) de la batterie, soit au-dessous; deuxièmement, une dérivation à résistance ohmique pour le courant de maintien de charge est disposée en parallèle avec le transistor en série (4); troisièmement, une dérivation de réduction est disposée en parallèle avec la déri vation de base (11) du diviseur de tension (11/12) , qui est cons tituée d'une résistance (20) et d'un commutateur (19), la résistance étant dimensionnée par rapport à la dérivation de division (12) du diviseur de tension de façon que, le commutateur (19) tant conducteur, une tension (U13) apparaisse à la prise intermédiaire (13) du diviseur de tension, qui soit toujours inférieure à la plus petite valeur du seuil (US2) du dispositif à seuil (15), même lorsqu'aucune batterie n'est placée dans le trajet du courant de charge (2); qua triemement, un second commutateur à seuil (17) est placé en parallèle avec la partie du trajet du courant de charge formé par la batterie,la valeur (Us3) du seuil de ce commutateur (17) étant supérieure à la tension (UBmax) de batterie à laquelle le transistor en série est rendu non conducteur par le dispositif à seuil (15) de commande de ce dernier; et cinquièmement, un dispositif à retard de commutation (18) est inséré entre la sortie de commande (21) du second commutateur à seuil (17) et l'entrée de commande du commuta teur de la dérivation de réduction, le retard de déconnexion (+ étant supérieur au temps (tA) de chute de la tension (U7) au diviseur de tension (11/12) immédiatement après l'insertion de la batterie dans le trajet de courant de charge. 2 - Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que le commutateur (19) de la dérivation de réduction est un transistor (32). 3 - Circuit selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le second commutateur à seuil (17) est une diode Zener à courant limité (27). 4 - Circuit selon l'une des revendications 1 à 3, carac térisé en ce que le dispositif à retard de commutation (18) est un condensateur (29) avec une résistance de charge (30) et une résistance de décharge (31). 5 - Circuit selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le dispositif à seuil (15) est un trigger de Schmitt ayant une hystérésis largement réglée. 6 - Circuit selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le dispositif à seuil (15) est un comparateur (22) comprenant un dispositif à réaction négative (25, 26) qui est dimensionné de façon que le comparateur présente une grande hysté résis.