Brevet FR2571905A1 — publié le 19860418

La présente invention concerne les systèmes utilisés pour la charge d'accumulateurs électriques, en particulier d'accumulateurs électriques au Cadmium Nickel- NiCd. La présente invention qui s'applique tout particulièrement aux ensembles accumulateurs pour appareils électriques portatifs1 notamment aux ensembles accumulateurs comprenant une pluralité d'éléments accumulateurs électriques rechargeables, a pour but principal d'assurer une charge rapide de ces derniers. La présente invention concerne en particulier, mais non exclusivement, la mise en charge d'appareils électriques portatifs et autonomes alimentés par une batterie interne d'accumulateurs, destinés à être disposés périodiquement sur un support de rangement associé comportant un système de charge, afin d'assurer que les accumulateurs soient toujours correctement chargés, de sorte que les appareils soient constamment disponibles. Un aspirateur portatif électrique de ce type est par exemple décrit dans la demande de brevet en France au nom de la Demanderesse publiée sous le nO 2 432 857. Deux types de système de charge sont principalement utilisés de nos jours pour assurer la charge des ensembles accumulateurs intégrés à ces appareils électriques portatifs. Le premier type de système est adapté pour assurer une charge permanente de l'ensemble accumulateur. Pour ce faire, le courant constant de charge est réglé à une valeur faible afin de préserver une durée de vie acceptable pour les accumulateurs. Le coût des chargeurs de ce premier type est relativement faible ce qui permet leur utilisation sur les produits dits Grand Public. Toutefois, le temps de charge imposé par le faible courant de charge, temps qui peut atteindre largement plus de 10 heures pour une batterie initialement complètement déchargée, par exemple de l'ordre de 16 heures, constitue un inconvénient majeur de ces systèmes. Le second type de système est adapté pour réduire le temps de charge, en général à environ une heure. Pour cela, les chargeurs de ce second type, qui doivent être très puissants, contiennent un système de détection de fin de charge pour interrompre le courant de charge lors de cette détection afin d'éviter l'endommagement de ces ensembles. Les systèmes de détection de fin de charge sont généralement sensibles soit à la tension présente aux bornes de l'ensemble accumulateur, soit à la température de ce dernier. Pour garantir un état de charge satisfaisant certains chargeurs maintiennent la charge de l'ensemble accumulateur après la détection de fin de charge, pendant un temps prédéterminé défini par une minuterie actionnée lors de ladite détection. L'intérêt principal des chargeurs de ce second type est bien entendu de permettre une grande disponibilité des ensembles accumulateurs. Toutefois, les systèmes de détection, le plus souvent électroniques, sont à la fois coûteux et encombrants. De ce fait, ces chargeurs de par leur prix élevé doivent être réservés à des applications professionnelles. Pour réduire le coût des chargeurs tout en maintenant un régime de charge élevé en vue d'une charge rapide et d'une grande disponibilité, différents fabricants demandent à l'utilisateur de débrancher le chargeur ou les ensembles accumulateurs au bout de quelques heures. Cette condition d'utilisation est assez contraignante et peut en cas d'oubli, conduire à une détérioration irréversible des ensembles accumulateurs au moins à moyenne échéance. On a proposé récemment des accumulateurs électriques aptes à supporter des courants de charge élevés pendant des périodes importantes. Toutefois, de tels accumulateurs sont encore d'un prix élevé, très nettement supérieur à celui des éléments standards. Le problème à résoudre est donc de réaliser un chargeur pour ensembles accumulateurs électriques qui tout en étant très économique et robuste en vue d'une utilisation Grand Public puisse assurer une charge rapide de ces ensembles sans risque de détérioration. La présente invention résout ce problème en proposant un dispositif chargeur pour un ensemble accumulateur électrique, comprenant deux bornes d'entrée destinées à être connectées à des moyens d'alimentation électrique, deux bornes de sortie destinées à être reliées aux bornes de l'ensemble accumulateur, un interrupteur commandé, des moyens de liaison électriques reliant d'une part une première borne d'entrée à une première borne de sortie et reliant d'autre part la seconde borne d'entrée, par l'intermédiaire de l'interrupteur commandé, à la seconde borne de sortie, des moyens de temporisation aptes à commander la fermeture de l'interrupteur commandé pendant une période prédéterminée, des moyens de détection reliés aux moyens de liaison pour détecter la connexion de l'ensemble accumulateur sur les bornes de sortie afin d'initialiser lors de cette connexion les moyens de temporisation et la période de fermeture de l'interrupteur commandé. Cette disposition proposée selon l'invention résulte de la constatation faite par les inventeurs selon laquelle les ensembles accumulateurs standards disponibles sur le marché, en particulier les accumulateurs Ni-Cd pouvaient supporter, quel que soit leur état de charge initial, un courant de charge élevé (300 à 400 mA par exemple pour un accumulateur de 1,2Ajheure) pendant une période fixe preeetenSmde (3 à 4 heures par exemple) sans être l'objet de détériorations. Ainsi, selon l'invention, il n'est plus nécessaire d'utiliser de moyens de détection de fin de charge. La structure du chargeur conforme à la présente invention est ainsi largement simplifiée. De plus, selon l'invention, un élément résistif est relié en parallèle de l'interrupteur commandé pour assurer un entretien de la charge de l'ensemble accumulateur, lors de l'ouverture de l'interrupteur commandé. Ainsi, la charge de l'ensemble accumulateur est toujours optimum. En outre, selon l'invention, les moyens de détection sont sensibles à la tension présente sur les bornes de sortie. Grâce à cette disposition, la détection de la mise en place d'un ensemble accumulateur sur le chargeur est garantie en toute sécurité puisque la détection de cette mise en place est opérée directement sur les bornes de sortie du chargeur sans intervention de l'utilisateur ni mise en oeuvre de composants auxiliaires (capteurs optiques, capteurs mécaniques...) sensibles à la présence physique de l'ensemble accumu laveur Ainsi, selon un mode de réalisation préférentiel , la présente invention concerne un dispositif chargeur pour un ensemble accumulateur d'appareils électriques portatifs, qui est intégré dans un support de rangement et comprend deux bornes d'entrée destinées à être connectées à des moyens d'alimentation électrique, deux bornes de sortie destinées à être reliées aux bornes de l'ensemble accumulateur, un interrupteur commandé, des moyens de liaison électriques reliant d'une part une première borne d'entrée à une première borne de sortie et reliant d'autre part la seconde borne d'entrée, par l'intermédiaire de l'interrupteur commandé, à la seconde borne de sortie,, un élément résistif relié en parallèle de l'interrupteur commandé, des moyens de temporisation aptes à commander la fermeture de l'interrupteur commandé pendant une période prédéterminée, des moyens de détection reliés aux moyens de liaison et sensibles à la tension présente sur les bornes de sortie pour détecter la connexion de l'ensable accumulateur sur les bornes de sortie afin d'initialiser lors de cette connexion les moyens de temporisation et la période de fermeture de l'interrupteur commandé, un entretien de la charge étant assuré lors de l'ouverture de cet interrupteur, par l'intermédiaire de l'élément résistif. Un tel chargeur, de structure simple, économique, robuste et fiable permet une charge rapide des ensembles accumulateurs en imposant un temps de charge constant - 3à 4 heures - sous intensité élevée - 300 à 400 mA par exemple pour un accumulateur de 1,2A/heure- pour ceux-ci. Selon un mode de réalisation préférentiel de la présente invention, les moyens de détection comprennent un transistor dont la base est attaquée par un pont connecté aux bornes de sortie et comprenant une diode Zener dont la tension Zener est comprise entre la tension pressente å vide sur les bornes de sortie, et la tension de l'ensemble accumulateur, Le trajet de conduction principal du transistor est alors avantageusement connecté entre les bornes de sortie. Selon une caractéristique avantageuse de la présente invention, les moyens de temporisation comprennent une horloge qui attaque une bascule contrôlant l'interrupteur commandé. Ainsi, selon l'invention, les changements d'état de la bascule sont commandés d'une part par les moyens de détection lors de la connexion d'un ensemble accumulateur sur les bornes de sortie, d'autre part par l'horloge à la fin de la période prédéterminée. Selon une caractéristique avantageuse de la présente invention, la période standard prédéterminée de charge est comprise entre 3 et 4 heures. Ainsi, un même chargeur peut permettre plusieurs recharges dans une seule journée. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaitront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, et sur lequel , la figure unique représente le schéma électrique d'un chargeur conforme à un mode de réalisation préférentiel de la présente invention. On distingue sur cette figure deux bornes d'entrée 1, 2 destinées à être connectées à des moyens d'alimentation électriques. De tels moyens d'alimentation électriques peuvent comprendre, comme représenté sur la gauche de la figure annexée, un transformateur et un pont de redressement comprenant quatre diodes D1 à D4 connectées de façon classique en soi pour former un pont de Graetzen vue d'un redressement double alternance. Pour cela, les bornes 11, 12 du primaire TRî du transformateur T R sont connectées à une source d'alimentation en tension alternative moyenne tension, par exemple 220 Volts, tandis que les bornes du secondaire T R2 du transformateur T R attaquent respectivement d'une part le point commun à la cathode de la diode D1 et à l'anode de la diode D2, et d'autre part, par l'intermédiaire d'un fusible F le point commun à l'anode de la diode D3 et à la cathode de la diode D4. Les cathodes des diodes D2 et D3 sont reliées à la borne d'entrée référencée 1. Les anodes des diodes D1 et D sont reliées à la seconde entrée référencée 2. De façon classique, le potentiel présent sur la borne d'entrée 1 première nommée est positif par rapport au potentiel présent sur la seconde entrée référencée 2. Le chargeur comprend par ailleurs, comme représenté sur la droite de la figure annexée, deux bornes de sortie 5, 6 destinées à être reliées aux bornes d'un ensemble accumulateur référencé schématiquement 10, en vue de la charge de celui-ci. La borne d'entrée 1 première nommée est reliée à une première borne de sortie 5 par l'intermédiaire d'une liaison électrique directe 3. La seconde borne d'entrée 2 est reliée à l'aide d'une liaison électrique 4,et par l'intermédiaire d'un thyristor Th à la seconde borne 6 de sortie. Plus précisément, la borne d'entrée 2 est reliée à la cathode du thyristor Th, tandis que l'anode du même thyristor T h est reliée à la borne de sortie 6. Une capacité C1 est connectée en parallèle des bornes d'entrée 1 et 2. Par ailleurs, une résistance R4 est connectée en parallèle du thyristor Th, c'est-à-dire en parallèle de la borne d'entrée 2 et la borne de sortie 6. Il apparat clairement que lorsque le thyristor Th est fermé, c'est-à-dire à l'état passant, un ensemble accumulateur 10 connecté aux bornes 5, 6 est mis en charge sous un courant de charge élevé. Par contre, lorsque le thyristor T h est ouvert, crest-à-dire à l'état non passant, l'entretien de la charge de l'ensemble accumulateur 10 est assuré par l'intermédiaire de la résistance R connectée aux 4 bornes du thyristor Th. La gâchette du thyristor Th est reliée par l'intermédiaire d'une résistance R5 à la sortie d'une bascule 7 contrôlant l'état (conducteur ou non conducteur) du thyristor Th. Cette bascule 7 est elle-mee commandée d'une part par des moyens de détection 13 reliés aux bornes de sortie 5, 6 pour détecter la connexion d'un ensemble accumulateur 10 sur ces bornes de sortie, et d'autre part par une horloge 8 formant moyen de temporisation initialisée par les moyens de détection 13 précités. Ces moyens de détection 13 comprennent un transistor NPN T1 dont l'émetteur est relié à la borne de sortie 6 et le collecteur est relié-par l'intermédiaire d'une résisctance de charge R3 à la borne de sortie 5 (lIgna conductrice 3) La base du transistor T1 est reliée par l'intermédiaire d'une résistance R2 à un pont comprenant une résistance R1 et une diode Zener 95 connectés en série entre les bornes de sortie 5 et 6. Plus précisément encore, la cathode de la diode Zener D5 est reliée à la borne de sortie 5, tandis que l'anode de cette diode Zener D5 est reliée à la résistance R2. Par tailleurs, une première borne de la résistance R1 est reliée au point commun à l'anode de la diode Zener D5 et à la résistance R2, tandis que la seconde borne de cette résistance R1 est reliée à la borne de sortie 6. Le collecteur du transistor T1 est relié à l'entrée de commande 14 de la bascule 7. Le passage de cette entrée 14 d'un niveau bas (0 Volt) à un niveau haut (tension +VCC présente sur la borne d'entrée 1) induit le passage de la sortie 15 de la bascule 7 reliée à la résistance R5 au niveau haut (tension +VCC présente sur la borne d'entrée 1) et en parallèle valide une sortie 16 reliée à l'entrée d'initialisation 17 de l'élément de temporisation 8. La diode Zener D5 est choisie de telle sorte que sa valeur seuil soit comprise entre la tension présente à vide sur les bornes de sortie 5, 6, c'est-à-dire sensiblement égale à la tension crête délivrée en sortie du pont de Graetz D1 à D4 et la tension de l'ensemble accumulateur. Le fonctionnement de la cellule de détection 13 sera explicité par la suite. L'élément de temporisation 8 formé de préférence d'un circuit intégré, comprend essentiellement un oscillateur interne et des diviseurs de fréquence. L'oscillateur interne de l'élément de temporisation 8 est piloté par la cellule RC comprenant des résistances R7, R8 et le condensateur C2. Selon le mode de réalisation représenté sur la figure annexée, ces trois composants possèdent une borne commune, la seconde borne de ceux-ci étant reliée à une entrée respective de l'élément de temporisation 8. Le branchement de ces différents composants, conforme à un mode de réalisation préférentiel de la présente invention sera explicité par la suite. Une sortie 18 de l'élément de temporisation 8 est reliée par l'intermédiaire d'une résistance Re à une seconde entrée de commande 19 de la bascule 7. Cette sortie 18 de l'élément de temporisation 8 est validée à la fin d'une période de comptage prédéterminée ayant pour origine la validation de l'entrée 17de l'élément de temporisation 8. Comme explicité précédemment, cette origine colncide avec la détection de la connexion d'un ensemble accumulateur 10 sur les bornes de sortie 5, 6. La validation de l'entrée de commande 19 de la bascule 7 induit le passage de la sortie 15 de celle-ci au niveau bas (0 Volt). L'alimentation de la bascule 7 est assurée par les lignes 20, 21 reliées respectivement aux bornes d'entrée 1 et 2. L'alimentation de l'élément de temporisation 8 est assurée par l'intermédiaire des lignes 22, 23 reliées respectivement aux bornes d'entrée 1 et 2. Le fonctionnement du chargeur conforme à la présente invention ainsi décrit est le suivant. En l'absence d'un ensemble accumulateur 10 sur les bornes de sortie 5, 6, la tension à vide présente sur les bornes d'entrée 1 et 2 et ramenée sur les bornes de sortie 5 et 6 par l'intermédiaire des lignes 3, 4 et de la résistance R4, est égale à la tension crête de redressement en sortie du pont de Graetz D1 à D4. Cette tension à vide est appliquée aux bornes du pont D5 - R1. La diode Zener D5 est passante. Un potentiel de polarisation positif est appliqué sur la base du transistor T par l'intermédiaire de la résistance R2. Le transistor T1 est alors conducteur. Le potentiel présent sur l'entrée 14 de la bascule 7 est donc proche de la tension présente sur la borne de sortie 6 (0 Volt). De ce fait, la sortie 15 de la bascule 7 est également au niveau bas (0 Volt) et le thyristor Th est bloqué à l'état non passant. De même, le niveau de la sortie 16. de la bascule 7 bloque l'élément de temporisation 8. Lors de la connexion d'un ensemble accumulateur 10 sur les bornes de sortie 5, 6, la tension présente sur ces bornes chute en devenant égale à la tension de l'ensemble accumulateur 10. Cette tension appliquée aux bornes du pont D5-R1 bloque la diode Zener D5. En parallèle, le transistor T est alors bloqué. Un potentiel positif est appliqué sur l'entrée 14 de la bascule 7 par l'intermédiaire de la résistance R 3 La sortie 15 de la bascule 7 est alors portée au niveau haut et induit par l'intermédiaire de la résistance R5 la conduction du thyristor Th. La charge de l'ensemble accumulateur 10 sous un courant élevé par exemple de l'ordre de 300 à 400 mA est alors assurée par l'intermédiaire du thyristor Th. En autres le passage au niveau haut de l'entrée de la bascule 7 valide la sortie 16 de celle-ci pour itier le comptage da l'élément de temporisation 8-. A la fin d'une période de comptage prédétermite (par exemple de l'ordre de 3 à 4 heures), la sortie 18 de cet élément de temporisation 8 est validée @ commande un nouveau changement d'état de la bascule 7 pour reporter la sortie 15 de celle-ci au niveau bas. Le thyristor T h est donc bloqué à l'état non conducteur à la fin de l'alternance correspondante. Un entretien de l'ensemble accumulateur 10 connecté aux bornes de sortie 5, 6 est alors antorisé --r L'intermédiaire de la résistance R4 prévue en parallèle du thyristor Th. Ainsi, le passage à l'état conducteur du thyristor T h et donc la mise en charge de ensemble accumulateur 10 débutent à la détection de cet ensemble accumulateur sur les bornes de sortie 5, 6 par la cellule 13,tandis que le passage du thyristor Th à l'état bloqué non conducteur et la fin du régime de charge rapide de l'ensemble accumulateur 10 coïncident avec la fin du temps de comptage prédéterminé -3 à 4 heures - de l'élément de temporisation 8 (validation de la sortie 18 de ce dernier). On notera que la connexion d'un ensemble accumulateur chargé sur les bornes de sortie 5, 6 ou encore le réenclechement d'un accumulateur sur ces bornes de sortie 5, 6, initie un cycle de chargement rapide pendant ladite période prédéterminée - 3 à 4 heures - par exemple. Néanmoins, les inventeurs ont constaté qu'une telle application d'un courant de charge élevé sur un accumulateur chargé, pendant une période limitée, n'est pas préjudiciable à une bonne durée de vie, lorsqu'elle reste épisodique. Selon un mode de réalisation préférentiel de la présente invention donné à titre d'exempie non limitatif - le condensateur C1 a une valeur de 47 iF, - la diode Zener D5 présente-une tension Zener de 10 Volts, - les résistances R1 et R3 ont une valeur de 6,8 kQ, - la résistance R2 a une valeur de 22 kQ, - le transistor T1 est du type BC 547, - la résistance R4 a une valeur de 20 Q, - la résistance R5 a une valeur de 33 kQ, - la résistance R6 a une valeur de 100 kQ, - la résistance R7 a une valeur de 1 MQ, - la résistance R8 a une valeur de 150 kQ, - le condensateur C2 a une valeur de 2,2au, - la bascule 7 est formée d'un circuit intégré type 4013 dont la borne 1 est reliée à la résistance R5, la borne 2 est reliée à l'entrée 17 de l'élément de temporisation 8, la borne 3 est reliée au collecteur du transistor T1, la borne 4 est reliée à la résistance R6, les bornes 5 et 14 sont reliées à la borne d'entrée 1 et les bornes 6 et 7 sont reliées à la borne d'entrée 2, - l'élément de temporisation 8 est formée d'un circuit intégré type 4060 dont la borne 3 est reliée à la résistance R6, la borne 9 est reliée au condensateur C2, la borne 10 est reliée à la résistance R8, la borne 11 est reliée à la résistance R7, la borne 8 est reliée à la borne d'entrée 2, la borne 12 est reliée à la sortie 16 de la bascule 7 et la borne 16 est reliée à la borne d'entrée 1. Bien entendu, la présente invention n'est aucunement limitée au mode de réalisation particulier qui vient d'être décrit mais s'étend à toute variante conforme à son esprit. REVENDICATIONS 1. Dispositif chargeur pour un ensemble accumulateur électrique, caractérisé par le fait qu'il comprend - deux bornes d'entrée (1, 2) destinées à être connectées à des moyens d'alimentation électrique (TR, D1, D2, D3 D4), - deux bornes de sortie (5, 6) destinées à être reliées aux bornes de l'ensemble accumulateur (10), - un interrupteur commandé (Th), - des moyens de liaison électriques (3, 4) reliant d'une part une première borne d'entrée (1) à une première borne de sortie (5) et reliant d'autre part la seconde borne d'entrée (2), par l'intermédiaire de l'interrupteur commandé (Th), à la seconde borne de sortie (6), - des moyens de temporisation (8, R7, R8, C2) aptes à commander la fermeture de l'interrupteur commandé (Th) pendant une période prédéterminée, et - des moyens de détection (T1, R1, R2, R3, D5) reliés aux moyens de liaison pour détecter la connexion de l'ensemble accumulateur (10) sur les bornes de sortie (5, 6) afin d'initialiser lors de cette connexion les moyens de temporisation et la période de fermeture de l'interrupteur commandé (Th). 2. Dispositif chargeur selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'un élément résistif (R4) est relié en parallèle de l'interrupteur commandé (Th) pour assurer un entretien de la charge de l'ensemble accumulateur (10) lors de l'ouverture de l'interrupteur commandé (Th). 3. Dispositif chargeur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que les moyens de détection (T1, R1, R2, R3, D5) sont sensibles à la tension présente sur les bornes de sortie (5, 6). 4. Dispositif chargeur pour un ensemble accumulateur d'appareils électriques portatifs, qui est intégré dans un support de rangement, caractérisé par le fait qu'il comprend - deux bornes d'entrée (1, 2) destinées à être connectées à des moyens d'alimentation électrique , D1, D2, D3, D4), - deux bornes de sortie (5, 6) destinées à être reliées aux bornes de l'ensemble accumulateur (10), - un interrupteur commandé (Th) - des moyens de liaison électriques (3, 4) reliant d'une part une première borne d'entrée (1) à une première borne de sortie (5) et reliant d'autre part la seconde borne d'entrée (2), par l'intermédiaire de l'interrupteur commandé (Th), à la seconde borne de sortie (6), - un élément résistif (R4) relié en parallèle de l'interrupteur commandé (Th), - des moyens de temporisation (8, R7, R8, C2) aptes à commander la fermeture de 1'interrupteur commandé (Th) pendant une période prédéterminée, et - des moyens de détection (T1, R1, R2, R3, D5) reliés aux moyens de liaison (3, 4) et sensibles à la tension présente sur les bornes de sortie pour détecter la connexion de l'ensembSeaccumulateur (10) sur les bornes de sortie (5, 6) afin d'initialiser lors de cette connexion les moyens de temporisation et la période de fermeture de l'interrupteur commandé, un entretien de la charge étant assuré lors de l'ouverture de cet interrupteur, par l'intermédiaire de l'élément résistif (R4). 5. Dispositif chargeur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les moyens de détection comprennent un transistor (T1) dont la base est attaquée par un pont (R1, D5) connecté aux bornes de sortie (5, 6) et comprenant une diode Zener (D5) dont la tension Zener est comprise entre la tension présente à vide sur les bornes de sortie (5, 6), et la tension de l'ensemble accumulateur. 6. Dispositif chargeur selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le trajet de conduction- principal du transistor (T1) est connecté entre les bornes de sortie (5, 6). 7. Dispositif chargeur selon l1une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que les moyens de temporisation comprennent une horloge (8) -qui attaque une bascule (7) contrôlant l'interrupteur commandé (Th). 8. Dispositif chargeur selon la revendication 7, caractérisé par le fait que les changements d'état de la bascule (7) sont commandés d'une part par les moyens de détection (T1, R1, R2, R3, D5) lors -de la connexion d1un ensemble accumulateur (10) sur les bornes de sortie (5, 6), autre part par l'horloge (8) a la fin de la période prédéterminée. 9. Dispositif chargeur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que la période prédéterminée est comprise entre 3 et 4 heures