Brevet FR2631496A1 — publié le 19891117

Chargeur automatiaue pour batteries La présente invention concerne les chargeurs automatiques d'au moins une batterie amovible, du type comprenant un bloc d'alimentation en électricité à partir du réseau et au moins un module de chargement d'une batterie, ledit module comportant des moyens de régulation agencés pour délivrer une intensité constante de charge à la batterie, des moyens de détection de la présence de ladite batterie placée dans le module et des moyens de commande automatique et de signalisation de l'enclenchement et de l'arrêt de la charge de ladite batterie. Elle trouve une application particulièrement importante bien que non exclusive, dans le domaine du chargement des batteries de faible volume, 6 V à 24 V, au cadmium nickel, et demandant un temps de charge de plusieurs heures, par exemple 5 à 14 heures. On connaît déjà des chargeurs de batteries du type ci-dessus défini. Il existe, en effet, des chargeurs de batterie, par exemple pour une ou plusieurs paires d'émetteurs-récepteurs, permettant l'enclenche- ment et l'arrêt automatiques du chargement des batteries qui sont connectées aux chargeurs. Ces chargeurs présentent des inconvénients. Ils ne permettent pas, par exemple, d'éviter la surcharge desdites batteries, ce qui entraîne, à terme, une usure et une détérioration des batteries. Les moyens d'arrêt automatique du chargement-sont en effet déclenchés, soit par un thermocouple lorsque, du fait d'une surcharge, la batterie se met à chauffer, soit par une temporisation après un temps déterminé de chargement, quel que soit l'état de charge initial de la batterie, ce qui ne peut donc éviter des surcharges. La présente invention vise à fournir un chargeur automatique d'au moins une batterie du type décrit ci-dessus, répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'il permet la charge automatique de batteries sans risque de surcharge, et ce quel que soit l'état de charge initial des batteries, en ce qu'il permet la charge de plusieurs batteries, de volume, d'intensité et de tension différents avec le même bloc d'alimentation, en ce qu'il permet le changement des modules de chargement en cas de défaillance, sans avoir à immobiliser ou à changer la totalité des modules de chargement et le bloc d'alimentation, en ce qu'il est de fabrication simple, peu coteuse, et qu'il est de mise en oeuvre aisée et fiable. Dans ce but, l'invention propose notamment un chargeur automatique d'au moins une batterie du type ci-dessus défini, caractérisé en ce qu'il comporte un rail de liaisons électriques et de fixation sur lequel sont connectés et fixés rigidement, de façon amovible, le bloc d'alimentation et au moins un module de chargement, et en ce que lesdits moyens de commande automatique de l'enclenchement et de l'arrêt de la charge comprennent des moyens de mesure analogique de la tension aux bornes de la batterie et, des moyens de coupure de l'alimentation de ladite batterie lorsque la tension mesurée aux bornes de ladite batterie devient décroissante. Pour éviter les surcharges, l'invention utilise le fait que, lorsque la batterie est arrivée à pleine charge, la tension-à ses bornes décroît après un pic de tension maximale. C'est cette décroissance qui est détectée et qui entraine la coupure de l'alimentation de charge de la batterie. Dans un mode avantageux de réalisation, les moyens de commande automatique de l'enclenchement et de l'arrét de la charge comprennent des moyens de conversion analogique/numérique avec une périodicité déterminée, de la valeur de la tension mesurée aux bornes de la batterie, des moyens de conversion numéri- que/analogique de ladite tension convertie sous forme numérique pour constituer ainsi périodiquement une tension analogique de référence, et les moyens de coupure de l'alimentation électrique de la batterie comprennent des moyens de comparaison fournissant un signal électrique de sortie représentatif de la différence entre la valeur de la tension mesurée aux bornes de la batterie et la valeur de ladite tension analogique de référence mesurée précédemment, et des moyens de coupure de l'alimentation de la batterie lorsque ladite différence est négative. La présente invention sera mieux comprise à la lecture d'un mode particulier de réalisation donné ci-après à titre d'exemple non limitatif, en faisant référence aux figures qui l'accompagnent et sur lesquelles: la figure I est une vue, en perspective, schématique, d'un chargeur selon l'invention, comprenant quatre modules de chargement; - la figure 2 est une vue éclatée, en pers- pective, d'un mode de réalisation d'un module de char- gement selon l'invention; - la figure 3 est une vue, en perspective, d'un mode de réalisation des moyens de fixation du bloc d'alimentation ou d'un module sur le rail de fixation et de liaison du chargeur de la figure I; - les figures 4 et 5 donnent le schéma élec-- trique en deux parties, d'un mode de réalisation des moyens de commande automatique d'enclenchement et d'arrêt du chargement d'une batterie, appartenant & un module selon l'invention. - la figure 6 est une courbe montrant l'évolu- tion de la tension entre les bornes d'une batterie lors de son chargement, en fonction du temps. La figure I montre un chargeur automatique 1 selon l'invention, prévu par exemple pour quatre batteries 2a, 2b, 2c, 2d. Le chargeur 1 comprend un bloc d'alimentation 3 alimenté par le réseau 220 V ou 115 V, et quatre modules de chargement 4a, 4b, 4c, 4d, des batteries 2a, 2b, 2c, 2d. Le bloc d'alimentation est constitué de façon connue en soi et permet d'alimenter chaque module en tension redressée et filtrée. Les modules de chargement respectifs sont de constitution similaire, mais adaptés en fonction des dimensions et des caractéristiques (tension, intensité, vitesse de recharge recherchées, etc...) des batteries qu'ils doivent recharger. La figure 2 montre un module de chargement 4 du type selon l'invention et similaire aux modules 4a, 4b, 4c et 4d. Le module 4 comporte un corps 5 de dimensions variables, qui sert de support à un réceptacle 6 dans lequel la batterie à recharger est placée. Le fond du réceptacle 6 est connecté au module via les bornes positive 7 et négative 8. Le corps comporte par ailleurs des ailettes 9 de refroidissement, un premier capot 10 latéral démontable, par exemple fixé par des vis 11 sur le corps 5, et un deuxième capot 12, également démontable et fixé par des vis 14 sur le corps 5. Le deuxième capot 12 supporte la carte de fonctionnement électronique 13 du module. Le chargeur 1 comprend de plus un rail 15 de fixation et de liaisons électriques entre le bloc d'alimentation 3 et les modules de chargement. Le bloc 3 et les modules 4a, 4b, 4c, 4d sont fixés rigidement et de façon amovible, sur le rail 15, ce qui permet leur remplacement ou leur réparation sans immobiliser le reste du chargeur. On a représenté sur la figure 3 un mode de réalisation avantageux des moyens 16 de fixation et de connexion du bloc et des modules de chargement sur le rail 15. Le rail 15 comprend une cavité longitudinale 17 ouverte sur sa face supérieure, dans laquelle sont fixés trois chemins de cable 18 comprenant respectivement deux câbles 19 fournissant le courant redressé et un troi- sième cable 19 fournissant la terre. Chaque chemin de càble 18 présente une ouverture longitudinale, permettant, respectivement, la connexion avec trois languettes de contact 21, fixées sur un support 22 solidaire d'un module ou du bloc d'alimentation. Les languettes 21 sont raccordées électriquement, par exemple en 23, à un module ou au bloc d'alimentation. Le support 22 est agencé pour coopérer avec la cavité 17. Il peut glisser le long et à l'intérieur du rail 15 et permet la mise en place dans une position voulue sur le rail, ou le retrait, du module ou du bloc. Il peut également être bloqué sur le rail, les lan- guettes 21 étant alors mises en contact avec les câbles 19, respectifs. Pour ce faire, le support. 22 comporte, par exemple, une clé 24 de verrouillage/déverrouillage du support 22 sur le rail 15, par pivotement de 90' de la clé. Chaque module de chargement comporte une carte électronique 13 comprenant des moyens 30 d'enclenchement automatique du chargement lorsque la batterie est placée dans le module, des moyens de mesure analogique 31 de la tension aux bornes de la batterie et des moyens d'arrêt automatique 32 du chargement de ladite batterie lorsque la tension mesurée aux bornes de ladite batterie devient décroissante. Les figures 4 et 5 donnent le schéma électrique d'une carte électronique 13 d'un module de chargement selon l'invention. La figure 5 est la prolongation de la figure 4, les interfaces des liaisons électriques entre les deux figures étant répertoriées par les lettres c-.i Sur le schéma électrique des figures 4 et 5, sont représentées cinq unités distinctes, séparées les unes des autres par des traits en pointillé: - l'unité 33, de type connu,qui constitue le régulateur agencé pour délivrer une intensité constante, nécessaire à la charge de la batterie, - l'unité 34, également de type connu, qui comprend le dispositif de détection de la présence d'une batterie dans le module de chargement, - l'unité 35, d'analyse de la tension de la batterie, - l'unité 36 de commande automatique d'arrêt de la charge et de commande de la signalisation 39, et - l'unité 37, qui comporte le commutateur d'arrêt 38 de la charge et lesdits moyens de signalisation 39. L'unité 33 est alimentée en tension redressée et filtrée aux bornes 23, connectées au bloc d'alimentation via le rail 15. L'unité 33 comprend un circuit intégré 40 de commande d'alimentation à découpage, deux résistances 41 et 42, fixant la tension de sortie régulée et deux résistances 43 et 44 constituant le diviseur de tension de références du circuit intégré 40 et déterminant la fréquence de découpage. Les bornes n'5 et n'4 du circuit intégré 40 sont reliées au groupe de résistances 47, 48 déterminant le courant de charge. Le signal rectangulaire de sortie est généré aux bornes de sortie n'12 et n'13 du circuit intégré 40 et appliqué via la résistance 49, au transistor de commutation 50. Un niveau logique, fixé par une diode Zener 51, provenant de l'unité 36, et appliqué à la borne d'entrée n'10 du circuit intégré 40 détermine le fonctionnement ou l'arrêt de fonctionnement dudit circuit intégré 40 de commande. La tension issue du transistor 50, lissée par l'inductance 52 et le condensateur 53, est appliquée via la diode 54, à la borne positive 7a du réceptacle 6 de charge. L'enclenchement du chargement s'effectue automatiquement dès la mise en place d'une batterie dans le réceptacle 6 de charge, grâce aux moyens 30 compre- nant une diode de détection appartenant à un photocou- pleur 55 en série avec le circuit de charge et d'entretien de la charge de l'unité 34 qui comprend, de façon connue et par exemple, un transistor 56, trois résistances 57, 58, 59, et des diodes 60, 61 et 62. La diode du photocoupleur 55 devient conductrice, ainsi que le transistor dudit photocoupleur, lorsqu'une batterie est mise en place dans le réceptacle 6, ce qui provoque le changement d'état des circuits logiques de l'unité 36. L'unité 36 comporte: - un circuit intégré de quatre portes NAND, 63a, 63b, 63c et 63d, - un circuit intégré temporisateur monostable et programmable 64, - un circuit intégré de quatre portes NOR 65a, b, 65c, 65d. Dès la conduction du transistor du photocoupleur ,-il est appliqué simultanément un niveau bas (ou état 0) -. & l'entrée de l'inverseur 65a, ce qui force la sortie de 65b & l'état zéro, cet état étant transmis via la résistance 66 à la base du transistor 67, ce qui maintient celui-ci à l'état bloqué; - à 1' entrée de l'inverseur 63d dont la sortie, à cet instant, portée au niveau haut (ou état 1) permet l'alimentation, par l'intermédiaire d'une résistance 68, du temporisateur 64. L'état 0 de sortie du temporisateur 64 est appliqué à l'une des entrées de la porte 63a pendant toute la durée de la temporisation fixée par les composants périphériques du temporisateur 64, comprenant par exemple les résistances 69 et 70 et le condensateur 71. L'état 1 de sortie de la porte 63a provoque simultanément: - la conduction du transistor 72 et le collage du relais 38 de l'unité 37, - la conduction du transistor 73 de l'unité 37, commandée, via la résistance 74, par les portes 63c et c, ce qui provoque l'allumage de la diode électro- luminescente 75 de signalisation de charge automatique, par exemple de couleur rouge, - l'application via la résistance 76, d'un état 0 issu de la sortie de la porte 63b, à la borne 10 du circuit intégré 40 de commande de l'alimentation à découpage de l'unité 33, ce qui entraîne le fonction- nement dudit circuit intégré 40 de commande. Le contact "travail" du relais 38 étant relié à la borne positive 7a du réceptacle 6 de charge, la tension de la batterie est de ce fait appliquée, via la résistance 77 à l'entrée de mesure analogique du circuit intégré convertisseur analogique-numérique 78 de l'unité 35. L'unité 35 comprend, en outre: - un circuit intégré de quatre portes NAND 79a, 79b, 79c, 79d, - un circuit intégré convertisseur numérique analogique 80, deux doubles amplificateurs opérationnels 81a, 81b et 82a, 82b. Les portes 79a et 79b, la résistance 83 et le condensateur 84 constituent le circuit d'horloge du convertisseur analogique/numérique 78. De façon plus précise, le circuit intégré 78 comporte: - une borne d'entrée n'12 de mesure analogique, - une borne d'entrée n'6, d'ordre de conversion active à l'état 1, - une borne de sortie n'9, d'ordre de conversion active à l'état O, et - un bus de sortie de données de 8 bits reliés aux entrées du circuit intégré 80. Le circuit intégré convertisseur numérique/analo- gique 80 comporte quant à lui et entre autres: - un bus d'entrée de données de 8 bits, et - une borne de sortie n'4 analogique. Comme indiqué précédemment, dès la mise en place de la batterie dang le réceptacle 6, l'ordre de conversion est donné au circuit intégré 78 par le circuit temporisateur monostable 64 de l'unité 36, l'état O de sortie du temporisateur 64 étant appliqué à l'entrée inverseuse du comparateur 81a, dont l'entrée non inverseuse est fixée par les résistances 85 et 86, par exemple à + 7,5 V. Le comparateur 81a transmet alors via les diodes 87 et 88 un état 1 à l'une des entrées de la porte 79d dont l'autre entrée est connectée à la borne de sortie n'9 du circuit intégré 78. Celle-ci étant, à cet instant, au même niveau, c'est-à-dire à l'état 1, l'état de sortie de l'inverseur suiveur 79c est lui-aussi également à l'état 1. Il donne donc l'ordre de convertir au circuit 78 la valeur analogique de la tension de la batterie appliquée à-l'entrée n'12 dudit circuit intégré 78. Dès le début de la conversion, le niveau de sortie de la borne 9 du circuit intégré 78 bascule à l'état 0 et l'ordre de conversion est alors supprimé, L'impulsion d'ordre de conversion est à nouveau appliquée à l'entrée de la porte 79d en fin de conver- sion du fait du changement d'état de la borne n'9 du circuit 78. Ainsi la conversion est arrêtée pendant la durée t de temporisation du monostable 64. La valeur de la tension aux bornes de la batterie à un instant o est conservée pendant la durée de ladite temporisation, constituant ainsi une valeur de référence, qui sera réactualisée par une nouvelle conversion à l'instant o +. Le convertisseur numérique analogique 80 convertit le mot de 8 bits issu du circuit 78 en une valeur analogique ainsi mémorisée, qui est donc également de référence, et qui est représentative de la tension, mesurée à l'instant to précédent, aux bornes de la batterie. Cette valeur mémorisée est fournie à l'entrée non inverseuse de l'amplificateur suiveur, de gain unité, 82a. Elle est alors appliquée à l'entrée inverseuse du comparateur 81b, qui la compare à la tension de batterie appliquée à son entrée non inverseuse et correspondant à la mesure instantanée de la tension aux bornes de la batterie. En fin de temporisation du monostable 64, l'état de l'entrée inverseuse du comparateur 81a est porté à + 15V (état 1), sa sortie bascule alors à l'état 0 et le comparateur n'intervient plus dans le fonctionnement du circuit général. Le niveau de tension de la borne sortie n'4 du circuit intégré convertisseur 80 appliqué au comparateur 82b est ajusté par des résistances 89, à une valeur légèrement supérieure à la tension de batterie appliquée à l'entrée n'12 du circuit 78; de ce fait, l'ordre de conversion transmis par le comparateur 82b n'est obtenu que lorsque la tension de batterie appliquée à sa borne non inverseuse atteint une valeur supérieure à la valeur mémorisée présente à la borne inverseuse du même comparateur. En fin de charge, et comme représenté sur la figure 6, l'évolution de la tension de la batterie est décroissante après un pic de tension maximum 100. L'affaiblissement de la tension de batterie est enregistré par le comparateur 82b sur son entrée non inverseuse qui la compare à la valeur mémorisée issue du circuit 82a et qui est fixée par les résistances 91 et 92. Lorsque la différence est négative, la sortie du circuit 82a bascule à l'état 1; cet état, transmis à la porte 63a de l'unité 34, provoque le changement d'état des circuits logiques de commande. Simultanément: la sortie de la porte 63b bascule à l'état 1 qui est transmis, via la résistance 76, à la borne n'10 du circuit intégré 40, ce qui bloque le fonctionnement de ce circuit. La charge automatique est donc arrêtée. - de même, la sortie de la porte 63a bascule à l'état 0 et entraîne le blocage via la résistance 93, du transistor 73 de commande du relais 38. Le relais 38 décolle pour se mettre en position repos et la borne n'12 du circuit 78 de l'unité 35 est mise à la masse. - la sortie de la porte 65c bascule à l'état 0 et entraîne le blocage du transistor 73 et l'extinction de la diode électroluminescente 75, - la sortie de la porte 65d bascule à l'état 1 et provoque la saturation du transistor 94, entrainant l'allumage de la diode électroluminescente 95, par exemple de couleur verte, signalant la fin de charge automatique et le passage en charge d'entretien. Cet état est permanent tant que la batterie et maintenue dans le réceptacle de charge. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs de ce qui précède, la présente invention ne se limite nullement aux modes de réalisation plus particulièrement envisages, mais en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Chargeur (1) automatique d'au moins une batterie (2a, 2b, 2c, 2d) amovible, comprenant un bloc (3) d'alimentation en électricité à partir du réseau et au moins un module de chargement de batterie (4a, 4b, 4c, 4d) , ledit module comportant des moyens de régulation (33) agencés pour délivrer une intensité constante de charge à la batterie correspondante à charger, des moyens de détection (55) de la présence de ladite batterie placée dans le module et des moyens de commande automatique et de signalisation de l'enclenchement et de l'arrêt de la charge de ladite batterie, caractérisé en ce qu'il comporte un rail de liaison électrique et de fixation sur lequel sont connectés et fixés rigidement, de façon amovible, le bloc (3) d'alimentation et le module de chargement (4a, 4b, 4c, 4d), et en ce que lesdits moyens de commande automatique de l'enclenchement et de l'arrêt de la charge comprennent des moyens (36) de mesure analogique de la tension aux bornes de la batterie et des moyens (34, 37) de coupure de l'alimentation en électricité de ladite batterie lorsque la tension mesurée aux bornes de ladite batterie devient décroissante. 2. Chargeur de batterie selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de commande automatique de l'enclenchement et de l'arrêt de la charge de la batterie comprennent des moyens (64, 78) de conversion analogique/numérique avec une périodicité déterminée, de la valeur de la tension mesurée aux bornes de ladite batterie et des moyens (80) de conversion numérique/ana- logique de ladite tension convertie sous forme numérique, pour constituer ainsi périodiquement une tension analogique de référence, et en ce que les moyens (34, 37) de coupure de l'alimentation en électricité de ladite batterie comprennent des moyens de comparaison (81a, 81b, 82a, 82b) fournissant un signal électrique de sortie représentatif de la différence entre la valeur de la tension mesurée aux borne de la batterie et la valeur de ladite tension de référence analogique mesurée précédemment, et des moyens (63a, 38) de coupure de l'alimentation de la batterie lorsque ladite différence est négative. 3. Chargeur de batteries selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de conversion analogique/numérique de la tension mesurée aux bornes de la batterie avec une périodicité déterminée, comprennent des moyens temporisateurs programmables (64). 4. Chargeur de batteries selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de commande automatique de l'enclenchement et de l'arrêt de la charge de la batterie comprennent un circuit intégré (63d) de commande des moyens temporisateurs program- mables (64), un circuit intégré (63a) de commande des moyens de régulation (33) et de mesure de la tension de la batterie, et un circuit intégré (78) convertisseur analogique/numérique, à qui cette mesure est appliquée et qui est agencé pour attaquer un circuit intégré (80) convertisseur numérique/analogique, fournissant la tension analogique de référence. 5. Chargeur de batteries selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de commande automatique de l'enclenchement et de l'arrêt de la charge de la batterie comportent un circuit d'horloge du circuit intégré (78) convertisseur analogique/numérique comprenant deux portes NAND (79a et 79b), et un circuit de commande dudit circuit intégré (78) convertisseur analogique/numérique, comprenant un comparateur (l81a) et deux portes NAND (79c et 79d).