Brevet FR2547420A1 — publié le 19841214

I La présente invention a pour objet un dispositif indicateur de l'imminence de la décharge d'une batterie d'accumulateurs électrochimiques. Elle trouve une application dans les dispo5 sitifs de stockage d'énergie électrique en vue d'assurer la permanence du fonctionnement d'équipements électroniques lorsque l'énergie primaire qui les alimente vient à disparaître momentanément, comme c'est souvent le cas des équipements de télécommunications. 10 I 11 est important, vue la probabilité d'absence de l'énergie primaire pendant des périodes ionguesi d'être prévenu de l'imminence de la décharge. complète de la batterie, décharge qu'il faut éviter par la mise en oeuvre d'un générateur de secours, par 15 exemple. Jusqu'à présent, les dispositifs qui permettent de connaître l'état résiduel de charge d'une batterie étaient basés sur l'établissement d'un bilan des quanttées d'électricité entrant dans la batterie 20 et en sortant. Les procédés de mesure employés mettaient en oeuvre un calcul numérique à partir du comptage (ou du décomptage) d'impulsions dont la fréquence est proportionnelle au courant. Ces dispositifs ont l'inconvénient d'être délicats parce quails sont soumis aux dérives des horloges et aux variations de capacité des batteries. L Vinvention a justement pour but de remédier a ces inconvéneintso. Pour cela, elle prévoit un dispositif ne nécessitant qu'un petit nombre de composants discrets. Ce dispositif est donc plus robuste et plus fiable que les circuits complexes de l'art antérieur. De manière plus précise, l'invention a pour objet un dispositif indicateur de l'imminence de la décharge d'une batterie, caractérisé en ce qu'il comprend une batterie auxiliaire montée en série avec une batterie principale, la capacité de la batterie auxi5 liaire étant inférieure à la capacité de la batterie principale, et un moyen pour indiquer que la batterie auxiliaire est en fin de décharge et prévenir de l'imminence de la décharge de la batterie principale. Selon une autre caractéristique, le dispola sitif comprend des circuits pour protéger la batterie auxiliaire contre une décharge excessive et contre un courant de charge excessif lors de la recharge de l'ensemble des-batteries. Selon une autre caractéristique, le circuit 15 pour protéger la batterie auxiliaire est constitué par un premier élément monté en série avec la batterie auxiliaire et placé entre la batterie principale et la batterie auxiliaire, ce premier élément ayant pour première fonction de laisser passer le courant de 20 charge et pour deuxième fonction d'introduire une différence de potentiel telle que lorsque la batterie auxiliaire a atteint sa décharge limite, le courant de décharge cesse de passer par elle, et par un second -élément, monté en parallèle avec le circuit, ce second 25 élément ayant pour premiere fonction de dériver tout courant excessif au cours de la charge, et de dériver le courant de charge une fois la batterie auxiliaire chargée et pour deuxième fonction de se substituer à la branche de circuit comprenant la batterie auxiliai30 re, une fois celle-ci déchargée jusqu'à la limite tolérable. Selon une autre caractéristique, le circuit pour protéger la batterie auxiliaire est constitué par un premier élément, monté en série avec la batterie 35 auxiliaire et placé entre la batterie principale et la batterie auxiliaire, ce premier élément ayant pour première fonction de laisser passer le courant de charge et pour deuxième fonction d"introduire une difference de potentiel telle que lorsque la batterie 5 auxiliair a atteint sa décharge limite, le courant de décharge cesse de passer par le circuit et par un troisième éxement, monté en parallèle avec la branche de circuit comprenant la batterie auxiliaire et léelément, ce troisième élément ayant pour fonction de 0 se substituer a cette branche de circuit, une fois la batterie auxiliaire déchargée jusqu àa la limite tolérable et par un quatrième élément monté en parallèle avec la batterie auxiliaire, qui dérive tout courant excessif au cours de la charge et qui dérive le 3.5 courant de charge, une fois la batterie auxiliaire chargée. Selon une autre caractéristique, le premier élément est constitué par un groupement de diodes une seule dans le sens direct permettant la charge de la 20 batterie auxiliaire montée en parallèle avec un certain nombre de diodes en série dans le sens inverse, nombre déterminé selon la difféerence de potentiel à obtenir en cours de décharge de la batterie auxiliaire et selon le courant à laisser passer. Se lon une autre caractéristique, le premier élément est constitué par une diode Zener en sens direct de la charge de la batterie auxiliaireo Selon une autre'caracteristiqueu le premier élément est constitué par l'association en parallèle d'une part d'une diode en sens direct du courant de charge de la batterie auxiliaire et d'autre part d'un transistor dont la base et le collecteur sont reliés par l intermédiaire d'une diode Zener et dont lémetteur et le collecteur sont liés respectivement à l'anode et à la cathode de la diode. 4 2547420 Selon une autre caractéristique, le second élément est constitué par l'association en parallèle d'une diode en sens direct pour le courant de la décharge de la batterie auxiliaire et par ailleurs d'un 5 certain nombre de diodes en série montées en sens inverse du courant de décharge de la batterie auxiliaire. Selon une autre caractéristique, le second élément est constitué par une diode Zener montée en 10 sens direct pour le courant de charge de la batterie auxiliaire. Selon une autre caractéristique, la batterie auxiliaire est une batterie au nickel-cadmium, le premier élément est constitué par deux diodes tête15 bêche et le second élément est constituépar l'association en parallèle d'une part d'une diode en sens inverse pour le courant de charge des batteries et d'autre part d'une diode branchée dans le sens direct pour le courant de charge et branchée en série avec 20 une deuxième batterie auxiliaireo Selon une autre caractéristique, le second élément est constitué par l'association en parallèle d'une part d'une diode montée en sens inverse pour le courant de charge de la batterie auxiliaire et d'autre 25 part d'un transistor, dont la base et le collecteur sont reliés par l'intermédiaire d'une diode Zener et dont l'émetteur et le collecteur sont liés respectivement à l'anode et à la cathode de la diode. Selon une autre caractéristique, le troi30 sième élément est une diode montée en sens inverse pour le courant de charge. Selon une autre caractéristique, le quatrième élément est constitué par des diodes montées en série dans le sens direct pour le courant de charge. Selon une autre caractéristique, le qua- trième élément est une diode Zener branchée dans le sens direct pour le courant de charge. Selon une autre caractéristique, le quatrième élément est constitué par un transistor dont la 5 base et le collecteur sont reliés par l'intermédiaire d'une diode Zener. Selon une autre caractéristique, la tension de la batterie auxiliaire est appliquée à l'entrée d'une balance voltmétrique dont le seuil de bascule10 ment est réglé entre la tension maximale de cette batterie et zéro, et il comprend un relais, qui est actionné lorsqu'un çertain seuil est atteint, une alarme 4 tant alors émise. Les caractéristiques de l invention ressor15 tiront mieux de la description qui va suivre, donnée à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels > la figure la représente un diagramme, montrant la tension V en fonction du temps, en cours de 20 décharge des batteries reliées à l'équipement utilisateur, la figure lb représente un diagramme, montrant la tension VA de la batterie auxiliaire en fonction du temps, les figures 2 a et 2 b montrent les schémas de principe des circuits protecteurs de la batterie auxiliaire dans deux variantes, la figure 3 représente schématiquement un mode de réalisation d'un circuit protecteur de la bat30 terie auxiliaire, comportant des diodes Zener, la figure 4 représente schématiquement un autre mode de réalisation d'un circuit de protection utilisant des diodes, la figure 5 représente schématiquement un 35 autre mode de réalisation d'un circuit de protection employant une deuxième batterie auxiliaire et des diodes, la figure 6 représente schématiquement encore un autre mode de réalisation d'un circuit de protections employant l'association d'une diode Zener et d'un transistor de puissance. S Comme le montrent les figures la et lb la batterie auxiliaire Ba(au nickel-cadmium, courbe A, au plomb courbe B), accuse une chute de tension au moment de sa décharge, avant que la batterie principale Bp soit déchargée. Cette diminution de tension permet l'émission d'un signal d'alarme graâce à une bascule voltmétrique par exemple. Si la batterie auxiliaire est en nickel-cadmium et potasse (courbe A, figure lb) on pourra auto15 riser sa décharge complète mais ni son inversion de polarité ni un courant de charge trop important Si la batterie auxiliaire est au plomb et à l'acide sulfurique (courbe B, figure lb), il faudra éviter de la laisser se décharger complètemento Des circuits de 20 protection sont prévus dans les deux cas pour éviter ces inconvénients. Les figures 2 a et 2 b montrent les schémas de principe de ces circuits de protection, dans deux variantes Sur ces figures, Bp et Ba désignent la batte25 rie principale et la batterie auxiliaire Le moyen 5 marque que la batterie auxiliaire se décharge. Sur la figure 2 a l'élément référencé 2 et sur la figure 2 b l'élément référencé 4 ont pour fonction de dériver tout courant excessif au cours de la 30 charge, ou de dériver le courant de charge une fois la batterie auxiliaire chargée. La force contre-électro-motrice des éléments 2 ou 4 est alors légèrement inférieure à celle de l'élément 1 plus celle de la batterie Ba, dans le 35 cas de la figure 2 a et à celle de la batterie Ba dans le cas de la figure 2 b. Sur la figure 2 a, l'élément référencé 2 et sur la figure 2 b l'élément référencé 3 D ont pour fonction de se substituer à la branche de circuit comprenant la batterie auxiliaire 9 une fois celle-ci déchar5 gée jusqua'à la limite tolérable. Sur les figures 2 a et 2 b, iélément référencé 1 a pour première fonction de laisser passer le courant de charge, et pour deuxième fonction, en cours de décharge, d'introduire un décalage de tension tel 10 que, lorsque la batterie auxiliaire a atteint sa décharge limite 9 le courant de décharge cesse de passer par le circuit Bal mais passe par les éléments 2 ou 3. La tension de la batterie auxiliaire est reliée à l'entrée d'une balance voltmétrique dont le 15 seuil de basculement est réglé entre la tension îmaxrimale de cette batterie et zéroo Lorsque ce seuil est attein-t un relais est actionné et une alarme est déclenchée suivant un procédéa déjà utilisé pour les équipements de télécommunicationso Les figures suivantes donnent des exemples de réalisation de divers composants remplissant les fonctions des éléments de protection des figures 2 a et 2 bl L'élément 2 de la figure 2 a est, sur la 25 figure 3, une diode Zener Dz 2 pouvant fonctionner en inverse (flèche 1) pour éviter la surcharge de la batterie auxiliaire ou en direct (flèche 2) pour éviter quuelle se décharge de façon excessive Leélément 1 de la figure 2 a est aussi O sur 30 la figure 3, une diode Zener Dzl permettant O en sens direct (flèche 3)> la charge de la batterie auxiliaire et O en sens inverse (flèche 4), s'opposant a sa décharge excessive par une force électromotrice qui s'ajoute à celle de la batterie. La batterie auxiliaire est constituée d'un nombre d'éléments suffisant pour arriver à une tension permettant l'emploi des diodes Zenero La figure 4 correspond à la figure 2 a lorsque les éléments 1 et 2 sont des diodes, et lorsque la batterie auxiliaire est un élément unique au plomb dont la tension serait trop faible pour permettre l'emploi de diodes Zenero L'élément 1 est constitué par un groupement de diodes, une seule dans le sens dir-ect permettant la charge de la batterie auxiliaire, 10 deux en série ajoutant une force contre-électromotrice a celle de la batterie auxiliaire, pour permettre à une diode de l'élément 2 d'éviter une décharge excessive de la batterie auxiliaire en dérivant le courant de décharge. L'élément 2 de la figure 2 a est, par ailleurs, constitué par (par exemple) cinq diodes en série dérivant tout courant de charge excessif de la batterie auxiliaire quand sa tension est suffisamment élevée. Sur la figure 5, deux batteries auxiliaires Bal, Ba 2 au nickel-cadmium sont employées Elles acceptent des décharges complètes (jusqu'à O volt), l'élément 1 de la figure 2 b est cosntitué par deux diodes t te-bêche, l'une permettant la charge de la 25 batterie auxiliaire, l'autre sa décharge Comme la force électromotrice de la diode de décharge s'ajoute à celle de la batterie, elle contribue à permettre le passage du courant de décharge par l'une des diodes qui constitue l'élément 2 de la figure 2 a, lorsque la 30 batterie auxiliaire est suffisamment déchargée, c'est-à-dire lorsque sa tension est voisine de O volt. L'autre fonction de l'élément 2 de la figure 2 a est assurée par l'association d'une diode et d'une deuxième batterie auxiliaire au nickelcadmium, qui ne 35 se décharge pas. On notera que la capacité de la batterie Ba 2 est seulement calculée pour le courant de surcharge. Cet élément ne participe pas à la fonction d'alarme puisqu'il ne peut pas se décharger Cette batterie, et la diode en série avec elle, ne sont pas nécessaires si Bal peut supporter le courant de surcharge. En régime de décharge O le courant circule à travers Bal et une diode, et la tension à laquelle est soumise l'élément 2 est telle que cet élément ne con10 duit pas. Lorsque Bal est déchargée et que sa tension se rapproche de zéro, les éléments 1 et 2 tendent à être soumis à la même tension et à conduire également le courant Dès que la tension aux bornes de Bal tend 15 à diminuer en dessous de zéro, l'élément 2 conduit l'essentiel du courant et stabilise la tension aux bornes de Bal au voisinage de zéro. Sur la figure 6, les diodes Zener sont remplacées par l'association d'une diode Zener Dz 3, Dz 4 20 et d'un transistor de puissance TP 1, TP 2 Mais cette association ne pouvant laisser passer le courant que dans un sens, il est nécessaire d'avoir recours à deux diodes D 1, D 2 pour laisser passer le courant de charge et le courant de décharge lorsque la batterie auxi25 liaire est suffisamment déchargée. Cette figure est dérivée de la figure 2 b, l'élément l de 2 b étant remplacé par l'association d'une diode permettant la charge de la batterie auxiliaire et d'un transistor avec sa diode Zener pour sa 30 décharge jusqu'à un certain seuil Au-delà de ce seuil, la décharge emprunte le chemin que matérialise la diode D 2 de l'élément 3 L'élément 4 de la figure 2 b est l'ensemble transistor-diode Zener, équivalent à une diode Zener de puissance unidirectionnelle Cet 35 ensemble dérive le courant de surcharge de la batterie auxiliaire quand sa tension dépasse un seuil de sécurité Ici, la batterie auxiliaire est constituée d'un nombre d'éléments suffisant pour obtenir une tension permettant l'emploi des diodes Zener. Ces schémas ne sont donnés qu'à titre d'exemples non limitatifs En particulier, on remarquera que les systèmes décrits sur les figures précédentes conviennent encore en inversant le sens des batteries et de leurs éléments de protection. REVENDICATIONS 1 Dispositif indicateur de l'imminence de la décharge d'une batterie 2 caractérisé en ce qu'il 5 c:o>mprend une batterie auxiliaire (Ba) montée en série avec une batterie principale (Bp) la capacité de la batterie auxiliaire étant inférieure à la capacité de la batterie principale 2 et un moyen ( 5) pour indiquer que la batterie auxiliaire (Ba) se décharge et préve10 nir de limminence de la décharge de la batterie principaleo Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des circuits ( 1 à 4) pour protéger la batterie auxiliaire (Ba) contre une 15 décharge excessive et contre un courant de charge excessif lors de la recharge de l Vensemble des batteries. 3 o Dispositif selon la revendication 2 D caractérisé en ce que le circuit pour protéger la bat20 terie auxiliaire est constitué par un premier élément { 1) monté en série avec la batterie auxiliaire et placé entre la batterie principale (Bp) et la batterie auxiliaire (Ba) D ce premier élément ayant pour premiere fonction de laisser passer le courant de charge et 25 pour deuxième fonction d'introduire une différence de potentiel telle que lorsque la batterie auxiliaire (Ba) a atteint sa décharge limite, le -courant de décharge cesse de passer par le circuit, (Ba, 1) et par un second élément ( 2), monté en parallèle avec le 30 circuit (Ba, l) le second élément ayant pour première fonction de dériver tout courant excessif au cours de la charge, et de dériver le courant de charge une fois la batterie auxiliaire chargée et pour deuxième fonction de se substituer à la branche de circuit compren- 2547420 ' ant la batterie auxiliaire, une fois celle-ci déchargée jusqu'à la limite tolérableo 4 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit pour protéger la bat5 terie auxiliaire est constitué par un premier élément ( 1), monté en série avec la batterie auxiliaire et placé entre la batterie principale et la batterie auxiliaire 1 ce premier élément ayant pour première fonction de laisser passer le courant de charge et 10 pour deuxième fonction d'introduire une différence de potentiel telle que lorsque la batterie auxiliaire a atteint sa décharge limitez le courant de décharge cesse de passer par le circuit (Ba, 1) et par un troisième élément ( 3), monté en parallèle avec la branche 15 de circuit comprenant la batterie auxiliaire et l'élément ( 1), ce troisième élément ayant pour fonction de se substituer à cette branche de circuit, une fois la batterie auxiliaire déchargée jusqu'à la limite tolérable et par un quatrième élément ( 4) monté en paral20 lèle avec la batterie auxiliaire, qui dérive tout courant excessif au cours de la charge et qui dérive le courant de charge, une fois la batterie auxiliaire chargée. Dispositif selon l'une quelconque des re25 vendications 3 et 4, caractérisé en ce que le premier élément ( 1) est constitué par un groupement de diodes, une seule dans le sens direct permettant la charge de la batterie auxiliaire montée en parallèle avec un certain nombre de diodes en série dans le sens inver30 se, nombre déterminé selon la différence de potentiel à obtenir en cours de décharge de la batterie auxiliaire et selon le courant à laisser passer. 6 Dispositif selon liune quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que le premier 35 élément ( 1) est cosntitué par une diode Zener en sens direct de la charge de la batterie auxiliaire. 7 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que le premier élément ( 1) est constitué par l'association en paral5 lèle d'une part d'une diode en sens direct du courant de charge de la batterie auxiliaire et d'autre part d'un transistor dont la base et le collecteur sont reliés par l'intermédiaire d'une diode Zener et dont l'émetteur et le collecteur sont liés respectivement à 10 l'anode et à la cathode de la diode. 8 Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le second élément ( 2) est constitué par l'association en parallèle d'une diode en sens direct pour le courant de la décharge de la batterie 15 auxiliaire et par ailleurs d'un certain nombre de diodes en série montées en sens inverse du courant de décharge de la batterie auxiliaire. 9 Dispositif selon la revendication 3, caractérisê en ce que le second élément ( 2) est constii20 tué par une diode Zener montée en sens direct pour le courant de charge de la batterie auxiliaire. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la batterie auxiliaire est une batterie au nickel-cadmium, le premier élément ( 1) est 25 constitué par deux diodes tete-beche et le second élément ( 2) est constitué par l'association en parallèle di'une part d'une diode en sens inverse pour le courant de charge des batteries (Ba, Bp) et d'autre part d'une diode branchée dans le sens direct pour le courant de 30 charge et branchée en série avec une deuxième batterie auxiliaire. 11 Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le second élément ( 2) est constitué par l'association en parallèle d'une part d'une 35 diode montée en sens inverse pour le courant de charge de la batterie auxiliaire et d'autre part d'un transistor, dont la base et le collecteur sont reliés par l'intermédiaire d'une diode Zener et dont l'émetteur et le collecteur sont liés respectivement à l'anode et à la cathode de-la diode. 12 Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le troisi'me élément ( 3) est une diode montée en sens inverse pour le courant de charge 13 Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le quatrième élément ( 4) est constitué par des diodes montées en série dans le sens direct pour le courant de charge. 14 Dispositif selon la revendication 4, 15 caractérisé en ce que le quatrième élément ( 4) est une diode Zener branchée dans le sens direct pour le courant de charge. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le quatrième élément ( 4) est 20 constitué par un transistor dont la base et le collecteur sont reliés par l'intermédiaire d'une diode Zener. la Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tension de la batterie auxi25 liaire est appliquée à l'entrée d'une balance voltmétrique dont le seuil de basculement est réglé entre la tension maximale de cette batterie et zéro, et en ce qu'il comprend un relais, qui est actionné lorsqu'un certain seuil est atteint, une alarme étant alors 30 émise.