Brevet FR2454208A1 — publié le 19801107

La présente invention concerne un dispositif de commutation automatique de deux batteries chargées en parallèle et déchargées en série. Elle est particulièrement, mais non exclusivement, applicable à des batteries alimentant en secours une utilisation, telle qu'un magnétoscope ou le réseau de bord d'un aéronef, et chargées par une source à tension constante qui alimente en même temps l'utilisation. Dans un tel cas il est nécessaire que la tension de la source et la tension de la batterie en décharge soient pratiquement égales puisqu'elles alimentent alternativement l'utilisation. Ceci pose un problème pour la charge de la batterie et en particulier lorsqu'elle est d'un type outil est préférable de charger à courant constant plutôt qutà tension constante. C'est le cas par exemple des batteries étanches nickel-cadmium. La solution de ce problème qui a été retenue est de diviser la batterie en deux parties qui sont chargées en parallèle et déchargées en série de sorte que la tension fournie par l'alimentation est à tout moment supérieure à la tension des batteries à charger. On connais déjà des dispositifs où des batteries sont chargées en parallèle et déchargées en série, principalement dans la technique de démarrage des moteurs de véhicules. C'est le cas par exemple du système décrit dans le brevet américain n 2.671.978. La plupart de ces systèmesfonctionnent manuellement sous l'influence d'un bouton manipulé par le conducteur. La présente invention a pour but de fournir un dispositif où la commutation du montage des batteries se fait automatiquement et dépend de la présence ou de l'absence de l'alimentation normale. Elle a pour objet un dispositif de commutation automatique permettant la charge de deux batteries en parallèle par un circuit de charge et leur décharge en série dans une utilisation, comprenant un organe de commande et des organes d'interruption du circuit de charge, caractérisé par le fait que ltorgane de commande est constitué par l'association d'un premier transistor (T1), d'une résistance (R2) et d'une première diode (D1), laquelle est connectée entre la borne d'une polarité d'une première batterie (BT1) et la borne de l'autre polarité de la seconde batterie (BT2), en sens direct quand les batteries sont en décharge, ledit premier transistor (T1) étant monté de telle sorte outil commute de ltétat passant à ltétat bloqué et inversement suivant le sens de la tension aux bornes de ladite première diode (D1), la résistance (R2) confirmant l'état passant, et par le fait que lesdits organes d'interruption sont au nombre de deux (T2 et T3, T2 et TE, CT1 et CT2), placés respectivement entre les bornes de même polarité des deux batteries (BT1 et BT2) de telle sorte que les batteries sont chargées en parallèle lorsqu'ils sont passants, la première batterie à travers le premier organe d'interruption et la seconde batterie à travers le second organe d'interruption, lesdits organes d'interruption étant commandés par le premier transistor (T1), les circuits de charge et d'utilisation étant connectés aux bornes des batteries non connectées à ladite première diode (D1). De cette manière lorsque les batteries sont légèrement déchargées et que le circuit de charge est sous tension, la tension aux bornes de la première diode est inverse de la tension de conduction. Le premier transistor est polarisé par cette tension et devient conducteur, et l'effet de réaction fourni par la résistance complète la saturation du premier transistor qui commande les organes d'interruption, lesquels deviennent passants et provoquent la charge des batteries en parallèle. Si le circuit de charge n'est plus alimenté, les deux batteries débitent dans le circuit utilisation et la diode D1 laisse passer le courant entre les deux batteries qu'elle met en série. Le premier transistor se trouve bloqué et met les organes d'interruption dans l'état non conducteur. Les organes d'interruption peuvent être de nature électronique (transistors par exemple), ou mécanique (relais à contacts). On peut leur associer une temporisation pour limiter le temps de charge. L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples qui vont suivre, en rapport avec le dessin annexé dans lequel : - la figure 1 représente schématiquement un premier exemple de réalisation du dispositif selon l'invention. - la figure 2 représente schématiquement un deuxième exemple de réali station du dispositif selon l'invention. - la figure 3 représente schématiquement un troisième exemple du dispositif selon l'invention. Dans la figure 1, on a représenté deux batteries BT1 et BT2 et une diode D1 dont l'anode est connectée à la borne positive de la batterie BTI et la cathode à la borne négative de la batterie BT2. La borne négative de la batterie BTI est connectée à une borne négative UC- commune à un circuit de charge (Ch) et à une utilisation (Ut) alimentée par le circuit de charge en temps normal. Le circuit de charge est alimenté par un réseau Re. La borne positive de la batterie BT2 est connectée à une borne positive UC+ commune au circuit de charge et à l'utilisation.Le point commun à l'anode de la diode D1 et à la borne positive de la batterie BT1 est connecté à travers une résistance R1 à la base d'un transistor pnp T1 dont l'émetteur est par ailleurs connecté au point commun à la cathode de la diode D1 et à la borne négative de la batterie BT2. Le collecteur du transistor T1 est connecté à travers deux résistances R3 et R4 à la borne UC- . Au point commun aux résistances R3 et R4 est connectée la base d'un transistor npn T3 dont l'émetteur est connecté à la borne UC-. La borne négative de la batterie BT2 est connectée à travers une résistance R5 et une diode D2 au collecteur du transistor T3, la cathode de la diode D2 étant connectée au collecteur du transistor T3. Entre la base du transistor T1 et l'anode de la diode D2 est connectée une résistance R2. Le point commun à la cathode de la diode D2 et à l'émetteur du transistor T3 est connecté à travers deux résistances R7 et R8 à la borne UC+. Le point commun aux résistances R7 et R8 est connecté à la base d'un transistor pnp T2 dont ltémetteur est connecté à la borne UC+ et dont le collecteur est connecté à travers une résistance R6 à la borne positive de la batterie BT1. Le fonctionnement de ce dispositif est le suivant. Au début de la charge par le chargeur (Ch), la tension inverse aux bornes de la diode D1 polarise à travers la résistance R1 le transistor T1 qui conduit et commande le transistor T3. L'effet de réaction fourni par la résistance R2 augmente la polarisation du transistor T1 et le transistor T3 se sature.Par l'inter- médiaire de la résistance R8 il commande le transistor T2 et les deux batteries se chargent en parallèle : BT1 à travers le circuit UC+, émetteur-collecteur du transistor T2, R6, BT1, UC- ~ BT2 à travers le circuit UC+, BT2, R5, D2, collecteur-émetteur du transistor T3, UC-. Tant que le chargeur (Ch) est sous tension, les bornes UC+ et UCfournissent du courant aux batteries BT1 et BT2, du moins tant que leur tension de fin de charge ntest pas atteinte. Il faut toutefois pour cela que la tension entre UC+ et UC- ne soit pas inférieure à la tension des deux batteries BT1 et BT2 en série augmentée de la moitié environ de la tension directe de la diode D1. Il ntest en effet plus nécessaire d'avoir une tension inverse aux bornes de la diode D1 pour commander le transistor T1, la résistance R2 étant à ce moment prépondérante pour polariser le transistor T1 par son effet de réaction. Si le courant vient à manquer dans le circuit de charge, les batteries BT1 et BT2 mises en série par la diode D1 alimentent le circuit utilisation. Le transistor T1 se trouve polarisé en inverse par la résistance R1, ce qui entraine le blocage des trois transistors T1, T2 et T3. On remarquera que du fait du blocage des transistors aucun courant ne passe dans les circuits partiels de charge particuliers à chacune des batteries pendant que les batteries débitent. Bien entendu il est nécessaire que la somme des tensions de fin de décharge des batteries augmentée de la chute de tension directe dans la diode D1 soit acceptable par l'utilisation. Il faut également préciser qu'il suffit de mettre ltensemble des bat teries BTI et BT2 en circuit ouvert, par exemple par interruption de la charge mais sans utilisation, pour bloquer la décharge dans le circuit de charge : en effet, la décharge dans le circuit de eharge polarise complète ment la diode D1 et R1 inverse la polarisation de T1 et l'ensemble se bloque. 5 Remarquons qu'il serait possible sans grandes modifications de faire corrander directement les deux transistors T2 et T3 chacun par un transistor co plé entaire. On a cependant dans ce cas un moins bon synchronisme de ltétablissesent de la charge sur chaque batterie, d'où un déséquilibre de la charge. I De même, la diode D2 permet d'utiliser un seul transistor à deux potentiels différents. Il serait possible de la remplacer par un transistor supplémentaire, ais cette solution serait plus coûteuse. La figure 2 représente un dispositif analogue, mais où le transistor T3 a été remplacé par un circuit temporisateur. 15 On retrouve, dans la même disposition, tous les composants du circuit sauf le transistor T3 et les résistances R3 et R4 qui ont été remplacés plr un circuit tewporisateur TE qui comporte un compteur de 18 à 24 étages avec multivibrateur incorporé auquel on aJoute la résistance R et le oonden- sateur C ayant les valeurs voulues pour obtenir le temps de charge recherché. 20 Un tel circuit peut, par exemple, être celui eommercialisé par la Société HOTOROLA sous la référence 14521. L'entrée E du temporisateur passe à 1 par exemple quand le transistor T1 devient passant. Sa sortie S passe alors à O et la charge de la batterie BT2 est assurée à travers la temporisation, tandis que le transistor T2 devient passant et permet la charge de la batterie 8T1. La sortie S revient à 1 après le temps déterminé par la fréquence fixée par les valeurs de R et C, et par le nombre d'étages du compteur. Si le courant de charge n'est pas trop élevé, il peut traverser directement le compteur ainsi qu'il est représenté sur la figure. Sinon il est facile de commander par la sortie un transistor reliant la cathode de la diode D2 30 à UC-. La figure 3 représente un autre exemple de réalisation qui peut être employé dans le cas où l'utilisation nécessite des tensions et des courants élevés. Dans la figure 3, on retrouve les batteries BT1 et BT2 entre lesquelles est connectée la diode D1, de la même façon que dans les exemples précédents. Le courant du circuit de charge (Ch) arrive par les bornes UC+ et UC-, ou bien le eourant de la batterie va à l'utilisation lUt) par les mêmes bornes. On retrouve égale ent le transistor T1 polarisé par la résistance R1, et aussi la résistance R2. Par contre le collecteur du transistor T1 est maintenant connecté à l'enroule ent d'un relais RL, connecté lui-même à la borne UC-. La borne négative de la batterie BT2 est connectée à travers une résistance R9 à un contact CT2 du relais RL qui, quand il est fermé, la relie à la borne UC-. La borne positive de la batterie BT1 est connectée à travers une résis- tance R10 et un contact CT1 du relais RL à la borne UCo. La résistance R2 est connectée à travers un contact CT3 du relais RL à la borne UC-. Une diode D3, placée aux bornes de la jonction émetteurcollecteur du transistor T1, protège celui-ci contre les intensités trop élevées. Le fonctionnement de ce dispositif est tout à fait analogue à celui des exemples précédents. Lorsque le transistor T1 est passant, les contacts du relais RL se ferment et la résistance R2 augmente la polarisation du transistor T1. Les batteries sont chargées en parallèle à travers le contact CT1 et la résistance R10 pour BT1, et le contact CT2 et la résistance R9 pour BT2. Le blocage du transistor T1 amène ltouverture des contacts, et les batteries débitent en série dans l'utilisation. Il peut être avantageux de brancher en parallèle aux bornes de l'utilisation et du chargeur plusieurs ensembles selon l'invention. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits. On pourra sant sortir du cadre de l'invention, remplacer tout moyen par un moyen équivalent. REVENDICATIONS 1/ Dispositif de commutation automatique permettant la charge de deux batteries en parallèle par un circuit de charge et leur décharge en série dans une utilisation, comprenant un organe de commande et des organes d'interruption du circuit de charge, caractérisé par le fait que ltorgane de commande est constitué par l'association d'un premier transistor (T1), d'une résistance (R2) et d'une première diode (D1), laquelle est connectée entre la borne d'une polarité d'une première batterie (BT1) et la borne de l'autre polarité de la seconde batterie (BT2), en sens direct quand les batteries sont en décharge, ledit premier transistor (T1) étant monté de telle sorte outil commute de l'état passant à l'état bloqué et inversement suivant le sens de la tension aux bornes de ladite première diode (D1), la résistance (R2) confirmant ltétat passant, et par le fait que lesdits organes d'interruption sont au nombre de deux (T2 et T3, T2 et TE, CT1 et CT2), placés respectivement entre les bornes de même polarité des deux batteries (BT1 et BT2) de telle sorte que les batteries sont chargées en parallèle lorsqu'ils sont passants, la première batterie à travers le premier organe d'interruption et la seconde batterie à travers le second organe d'interruption, lesdits organes d'interruption étant commandéspar le premier transistor (T1), les circuits de charge et d'utilisation étant connectés aux bornes des batteries non connectées à ladite première diode (D1). 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le premier transistor (T1) est connecté de façon à être à l'état bloqué lorsque les batteries sont en décharge. 3/ Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que les deux organes de commutation sont constitués le premier par un deuxième transistor (T2) et le second par un troisième transistor (T3). 4/ Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le deuxième transistor (T2) est connecté de façon à être commandé par le troisième transistor (T3). 5/ Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que les deux organes d'interruption sont constitués le premier par un deuxième transistor (T2) le second par un organe temporisateur (TE). 6/ Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que l'organe temporisateur (TE) est un compteur. 7/ Dispositif selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé par le fait qu'une seconde diode (D2) est insérée entre le point commun à la première diode D1 et à la seconde batterie (BT2) et entre le point commun au second organe d'interruption (T3 ou TE) et à l'électrode de commande du deuxième transistor. 8/ Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait que la résis tance est connectée à l'électrode de commande du premier transistor dlune part et à une borne du circuit de charge à travers la seconde diode et le second organe dtinterruption d'autre part. 9/ Dispositif selon Alune des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le premier organe d'interruption est constitué par un premier contact (CT1) d'un relais dont l'excltation est commandée par le premier transistor et le second organe d'interruption par un deuxième contact (CT2) dudit relais. 10/ Dispositif selon la revendication 9, caractérisé par le fait que la résistance est connectée à l'électrode de commande du premier transistor (T1) d'une part et à une borne du circuit de charge à travers un troisième contact (CT3) dudit relais d'autre part.