Brevet FR2513454A2 — publié le 19830325

FR 2513454 A2 19830325 FR 8117779 A 19810921 L'invention concerne l'utilisation de sources d'énergie intermittentes, en particulier de l'énergie solaire, et peut se présenter comme un perfectionnement du dispositif objet du brevet principal. Au brevet principal, on a proposé un quadripole d'interconnexion entre un générateur électrique à fonctionnement intermittent, tel qu'un générateur photo voltaSque, et une charge, telle qu'un moteur a courant continu, nécessitant un fort courant de démarrage. Le dispositif proposé comporte un accumulateur d'énergie monté en parallèle cté générateur, un interrupteur commandé monté en série sur un des fils entre générateur et charge, et un montage de commande de l'interrupteur, en fonction de la tension aux bornes de l'accumulateur, pour qu'il conduise au-del d'un seuil de tension Ce seuil est défini par rapport a une source de tension de référence. Au brevet principal, il a été envisagé d'utiliser comme accumulateur d'énergie une batterie, par exemple une batterie au plomb. Cependant, on rencontre alors le problème que les tensions disponibles aux bornes d'une batterie ne représentent la charge effective de celle-ci que d'une manière qui varie largement en fonction de la température. Pour cela, il avait été proposé en particulier de calorifuger la batterie, afin d'en maintenir la température constante autant que possible. Un tel calorifugeage constitue en fait une solution de mise en oeuvre délicate dans beaucoup d'applications. La présente invention a en particulier pour but d'apporter une solution plus simple, et qui permet de se dispenser du calorifugeage. Un autre but de la présente invention est d'apporter une solution au même problème, dans laquelle le quadripôle d'interconnexion puisse être utilisé de façon quasi universelle, sans avoir a priori a tenir compte de la capacité d'alimentation des générateurs électriques utilisés, de celle de l'accumulateur électrique entrant dans le montage, et également de celle de la charge qu'il s'agit d'alimenter. Selon une caractéristique importante de la présente invention, le circuit de commande comprend une partie de temporisation, apte à faire conduire l'interrupteur commandé pendant un temps prédéfini, ainsi qu'une partie de déclenchement, apte à déclencher la temporisation lorsque la tension aux bornes de l'accumulateur dépasse le seuil ; ces deux parties interagissent comptetenu de la caractéristique tension-courant de l'accumulateur pour faire travailler le moteur de façon intermittente, découplé de fait du fonctionnement intermittent du générateur, et malgré tout avec un bon rendement par rapport à l'énergie reçue de façon intermittente et le plus souvent modulée du générateur. A cet égard, la présente addition peut s'appliquer à des générateurs qui peuvent être du type photovoltaïque, et/ou du type aérogénérateur. Selon un autre aspect de la présente invention, la partie de temporisation comprend un circuit résistancecondensateur, monté aux bornes de l'accumulateur; et suivi d'un circuit bascule à seuil, puis d'un circuit de puissance commandant l'interrupteur principal. Dans un mode de réalisation particulier, l'interrupteur principal peut être constitué d'un interrupteur mécanique commandé par relais. De son coté, la partie de déclenchement réagit au dépassement du seuil en déchargeant brutalement le condensateur, et l'interrupteur principal est alors mis en conduction pendant une fraction de la recharge du même condensateur, fraction déterminée par le bascule à seuil. En pratique, la constante de temps du circuit résistance-condensateur est d'une fraction de minute à quelques minutes, de préférence de 1 à 5 minutes environ. De façon plus précise, le circuit de déclenchement comprend un étage générateur de tension de référence, un étage monostable détecteur de seuil, apte à comparer la tension aux bornes de l'accumulateur à un seuil lié à la tension de référence, et des moyens pour courtcircuiter le condensateur pendant la durée d'excitation de l'étage monostable. L'étage monostable est doué d'une durée d'excitation suffisante pour décharger complètement le condensateur. La charge peut être autre qu'un moteur à courant continu, par exemple un dispositif de réfrigération à effet Peltier, ou à moteur et compresseur. On voit im médiatement l'intérêt de faire fonctionner un tel réfri gérateur à partir de l'énergie solaire. Par ailleurs, la charge peut aussi être constituée par exemple d'un convertisseur continu-continu, élévateur de tension, auquel cas l'accumulateur d'énergie peut être un simple condensateur, et l'interrupteur commandé peut être un transistor-commutateur incorporé au convertisseur. Dans le mode de réalisation préférentiel, l'accumulateur est constitué d'une batterie au plomb, et la tension de seuil est de 13 à 14 volts environ. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, ainsi que sur les dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 illustre le schéma électrique détaillé d'un mode de réalisation préférentiel de la présente invention ; et - la figure 2 est un diagramme illustrant la caractéris tique de fonctionnement de l'un des composants du schéma de la figure 1. Sur la figure 1, la référence GPV1 désigne un générateur photovoltaïque. La borne positive de sortie de celui-ci est reliée par l'intermédiaire d'une diode D1 à l'entrée positive du quadriple d'interconnexion selon l'invention. Sa borne négative est reliée directement à ce même quadripôle. Un autre générateur photovoltaïque GPV2, ou bien un aérogénérateur AG, peut être relié par sa borne de sortie positive et à travers une diode D2 à l'entrée positive du quadripôle de l'invention, tandis que sa borne négative est reliée directement à l'entrée négative du même quadripôle. Tout comme au brevet principal, le quadripôle commence par un accumulateur d'énergie A10, constitué par exemple d'une batterie d'accumulateur au plomb. A l'autre-extrémité, le quadrip6le débouche sur une charge, constituée ici d'un moteur à courant continu M, actionnant par exemple un dispositif de pompage due l'eau. Dans de nombreuses applications, il est souhaitable de réaliser un pompage-del'eau qui soit plus ou moins lié à l'ensoleillement, et/ou à la présence de vent, d'ou l'intérêt de commander ce pompage à partir d'une source photovoltalque ou d'un aérogénérateur. Entre l'accumulateur AlO et le moteur M est monté un interrupteur commandé désigné généralement par 40, et constitué ici d'un interrupteur mécanique R402, commandé par un relais constitué d'un enroulement R400 et d'un noyau R401. De manière connue, une diode de roue libre 403 est montée en inverse aux bornes de l'enroulement de relais R400. Le reste du schéma de la figure 1 constitue le montage de commande, qui est désigné dans son ensemble par 20. Dans ce montage, on distinguera en partie droite une partie de temporisation. Cette partie débute par un ensemble résistance 321 condensateur 320 monté en parallèle aux bornes de la batterie A10. Le point commun intermédiaire de cette résistance et de ce condensateur est relié à la base d'un transistor 330, du type NPN, et dont le collecteur est relié à la ligne positive par une résistance 331, tandis que son émetteur est relié à la ligne négative par une résistance 332. Le collecteur du transistor 330 est également relié à la base d'un transistor 334 dont l'émetteur revient à travers une résistance 333 vers l'émetteur du transistor 330.Enfin, le collecteur du transistor 334 est relié à la ligne positive par l'inter- médiaire d'une résistance 335 ; et il est également relié à l'électrode de commande d'un montage Darlington 340, susceptible de commander l'alimentation de l'enroulement de relais R400 entre les lignes positive et négative. On voit immédiatement que le montage articulé autour des transistors 330 et 334 constitue une bascule à seuil. On admettra pour commencer que le condensateur 320 est initialement déchargé. Dans cet état, le transistor 330 est bloqué. Sa tension collecteur-émetteur est donc importante, et le transistor 334 est de son coté conducteur, commandant de même la conduction de l'étage Darlington 340, et par là même le passage d'un courant à travers le relais R400, ce qui se traduit par la fermeture de l'interrupteur R402. Au bout d'un certain temps de charge du condensateur 320, le transistor 330 atteint un état de conduction suffisant pour que sa tension collecteur-émetteur s'abaisse au point de bloquer le transistor 334. Cet état de blocage se fait avec un basculement franc, comptetenu du fait que le courant d'émetteur du transistor 334 revient à travers la résistance 333 dans le circuit émetteur du transistor 330. L'étage Darlington 340 va alors cesser de conduire, d'où par conséquent l'ouverture de l'interrupteur R402. En résumé, pendant une fraction de la charge du condensateur 320, on aura une fermeture de l'interrupteur R402, après quoi celui-ci va s'ouvrir. On peut observer immédiatement que cette fermeture de l'interrupteur R402 se traduit par un appel de courant de la part du moteur M, et par conséquent par une décharge de l'accumulateur A10, d'où, en principe, une diminution assez rapide de la tension aux bornes de celuici. En revanche, ce phénomène ne se produira pas si le moteur M est hors d'état de fonctionner, où si l'enroulement de relais R400 s' avérait coupé accidentellement. Dans sa partie gauche, le montage de commande 20 comporte une partie de déclenchement. Celle-ci commence par un montage générateur de tension de référence, constitué d'une résistance 222 en série sur une diode Zener 221, dont la tension est par exemple de 6,2 volts. Cette tension est appliquée à la base d'un transistor 223, du type NPN, possédant dans son émetteur une résistance 225 et dans son collecteur une résistance 224. Ce collecteur est relié directement à la base d'un transistor 235 également du type NPN, et dont l'émetteur est relié par un ensemble parallèle constitué d'un condensateur 230 et d'une résistance 231 à l'émetteur du transistor 223.Enfin, le collecteur du transistor 235 est relié à la ligne positive par une résistance 236, ainsi qu'à la base d'un transistor 237, cette fois du type PNP, tandis que le collecteur de ce transistor 237 est relié à la ligne négative à travers un diviseur résistif 238 et 239, dont le point intermédiaire commande la base d'un transistor 315 possédant son émetteur relié à la masse, et son collecteur à l'autre borne du condensateur 320 déjà cité. On observe immédiatement que lorsque le transistor 235 conduit, il en est de même du transistor 237, et par conséquent du transistor 315, ce qui se traduit par la présence d'un court-circuit aux bornes du condensateur 320, lequel se décharge rapidement. De son coté, possédant entre base et émetteur une tension de 6,2 volts, le transistor 223 est en état de forte conduction. Sa tension entre collecteur et émetteur dépend alors de la valeur des résistances 225 et 224, préétablies, ainsi que de la tension d'alimentation présente aux bornes de l'accumulateur AlO. Tant que cette tension n'atteint pas unseuil, la tension collecteur-émetteur est insuffisante pour mettre en conduction un transistor 235. Le générateur photovoltaique GPV1 va alors simplement charger l'accumulateur A10, la consommation du reste du montage étant presque négligeable. Au contraire, lorsque la tension aux bornes de l'accumulateur A10 va atteindre un seuil, le transistor 235 va alors se mettre à conduire. Il en résulte une charge du condensateur secondaire 230, et en même temps une mise en court-circuit du condensateur 320. Le temps de charge de ce condensateur, de l'ordre de 50 millisecondes, est choisi suffisamment long pour assurer une décharge quasi complète du condensateur 320. Dès que la décharge du condensateur 320 est suffisante, l'interrupteur R402 est fermé, et le moteur M va alors tourner, consommant de l'énergie prelevee dans l'accumulateur A10, ce qui se traduit par conséquent par une baisse de la tension aux bornes de celui-ci, et un nouveau passage du transistor 235 à l'état bloqué. On voit alors que le moteur M va fonctionner tout à fait correctement, mais de façon intermittente, en prélevant l'énergie contenue dans l'accumulateur AlO, et ce en fonction de la charge de celui-ci. Toutefois, comme le temps de fonctionnement du moteur M est défini par une temporisation, le déclenchement de ce moteur par rapport à la tension aux bornes de l'accumulateur A10 est beaucoup moins critique, et peut donc être assuré à partir d'une valeur de seuil définie une fois pour toutes, sans qu'il soit besoin de se préoccuper des variations en température de la relation entre la tension aux bornes de l'accumulateur AlO et la charge électrique réellement contenue dans celui-ci.La durée de temporisation est établie avantageusement de manière que l'énergie prélevée par la charge à chaque fois soit une fraction (par exemple entre 1/4 et 3/4 de l'énergie totale contenue dans la batterie, ceci afin de ne jamais décharger complètement la batterie, quelle que soit la température. On remarquera que ceci suppose qu' tout moment, la somme des courants absorbés par le montage 20, l'interrupteur commandé 40, et le moteur M soit supérieure à la somme des courants d'alimentation disponibles dans le ou les générateurs électriques placés à l'entrée, A cet égard, la figure 1 fait apparaître qu'on peut placer en parallèle plusieurs dispositifs générateurs électriques, à savoir un ou plusieurs générateurs photovoltaïques GPV1 et GPV2, ou bien un ou plusieurs aérogénérateurs tels que celui noté AG, pourvu que des- diodes convenablement disposées interdisent le bouclage entre ces différents générateurs. I1 faut bien entendu que continue à être respectée la condition énoncée ci-dessus. Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, les composants du montage sont les suivants: GPV1 : générateur photovoltalque 12 Volts (36 cellules silicium) A10 : batterie au plomb 12 Volts 2,5 Ah 221 : diode Zener 6,2 Volts 222 = 225 = 4,7 kiloohms 223 = 235 = 2N 2222 224 = 5,6 kiloohms 231 = 8,2 kiloohms 230 = 10 microfarads électrochimique 236 = 16 kiloohms 237 = 2N 2907 238 = 470 ohms 239 = 332 = 16 kiloohms 315 = 330 = 334 = 2N 2222 321 = 270 kiloohms 320 = 100 microfarads électrochimique 331 = 39 kiloohms 333 = 12 kiloohms 335 = 100 kiloohms 340 = D44E3 (Darlington) R400 à 402 = relais 12 Volts M : moteur à courant continu 12 Volts. On remarquera également que si l'enroulement R400 et/ou le moteur M ne fonctionnent pas, la condition sus-visée ntest plus vérifiée, en ce sens que les générateurs électriques vont fournir plus d'énergie que le montage n'en consomme. La tension aux bornes de l'accumulateur A10 pourra alors largement dépasser le seuil, fixé précédemment à 13 Volts par exemple. Dans ce cas, la résistance 231 placée aux bornes du condensateur 230 continue à absorber une certaine énergie, et le transistor 235 va demeurer bloquer à l'état conducteur. Il en résulte que le montage continuera à consommer une certaine énergie, ce qui évite une montée excessive de la tension aux-bornes de l'accumulateur, et constitue par là meme une sécurité. La caractéristique tension-courant souhaitable pour le transistor 235 dans le montage décrit est illustréesur la figure 2, où l'on voit que le transistor commence à conduire au seuil de 13 Volts ; si du fait de l'appel de courant, la tension diminue aux bornes de l'accumulateur A10, cette conduction est interrompue rapidement. Si au contraire, la tension continue à monter, la conduction du transistor 235 augmente, jusqu'à atteindre la valeur de saturation. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit, mais s'étend à toute variante conforme à son esprit. REVENDICATIONS 1. Quadriple d'interconnexion entre un générateur électrique a fonctionnement intermittent, tel qu'un générateur photovoltalque, et une charge, telle qu'un moteur à courant continu, nécessitant un fort courant à l'égard des possibilités du générateur en régime permanent, du type comprenant un accumulateur d'énergie (A10) monté en parallèle coté générateur (GPV1), un interrupteur commandé (40) monté en série sur l'un des fils entre générateur et charge, et un montage de commande (20) de l'interrupteur, en fonction de la tension aux bornes de l'accumulateur, pour qu'il conduise au-delà d'un seuil de tension, défini par rapport à une source de tension de référence (221, 222), caractérisé par le fait que ce circuit de commande (20) comprend une partie de temporisation (320 à 340) apte à faire conduire l'interrupteur commandé (40) pendant un temps prédéfini, ainsi qu'une partie de déclenchement (221 à 315) apte à déclencher la temporisation lorsque la tension aux bornes de l'accumulateur dépasse ledit seuil, ces deux parties interagissant compte-tenu de la caractéristique tension/courantde l'accumulateur pour faire travailler le moteur de façon intermittente avec un bon rendement par rapport à l'éner- gie reçue de façon intermittente et modulée du générateur. 2. Quadripôle selon la revendication 1, carac térisé par le fait que la partie de temporisation comprend un circuit résistance-condensateur (321, 320), monté aux bornes de l'accumulateur (A10) et suivi d'un circuit bascule à seuil (320-335), puis d'un circuit de puissance (340) commandant l'interrupteur principal (40), tandis que la partie de déclenchement (221 à 315) réagit au dépassement du seuil en déchargeant brutalement le condensateur (320), et que l'interrupteur principal est mis en conduction pendant une fraction de la recharge du même condensateur, fraction déterminée par la bascule à seuil. 3. Quadripôle selon la revendication 2, carac térisé par le fait que la constante de temps du circuit résistance-condensateur est de quelques secondes, de préférence de 3 secondes environ. 4. Quadripôle selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le circuit de déclenchement comprend un étage (221-225) générateur de tension de référence, un étage monostable détecteur de seuil (230 à 236) apte à comparer la tension aux bornes de l'accumulateur (A10) à un seuil lié à la tension de référence, et des moyens (237 à 315) pour court-circuiter le condensateur (320) pendant la durée d'excitation de L'étage monostable. 5. Quadripôle selon ia revendication 4, carac térisé par le fait que l'étage monostable est doué d'une durée d'excitation suffisante pour décharger complètement le condensateur (320). 6. Quadripôle selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé par le fait que l'étage monostable détecteur de seuil est agencé pour éviter un fonctionnement en relaxation si la tension aux bornes de l'accumulateur ne diminue pas consécutivement à ladite excitation. 7. Quadripôle selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que l'accumulateur est constitué d'une batterie au plomb et que la tension de seuil est de 13 à 14 volts environ.