Brevet FR2638584A1 — publié le 19900504

Dispositif de commande pour chargeur d'accumulateur cadmium-nickel L'invention concerne un dispositif de commande pour chargeur d'accumulateur cadmium-nickel. Les accumulateurs cadmium-nickel actuels sont généralement réalisés sous forme de modules cylindriques ou prismatiques utilisables soit isolément, soit associés à d'autres modules identiques avec lesquels ils sont éventuellement regroupés sous un même conditionnement. Leur recharge est le plus souvent assurée par les utilisateurs eux-mêmes et ceux-ci ne sont généralement pas des spécialistes. Aussi il est nécessaire de fournir à ces utilisateurs des chargeurs qui assurent les charges dans les meilleurs conditions possibles tout en ayant l'exploitation la plus simple possible, se limitant par exemple au branchement d'un chargeur, à la mise en place des accumulateurs dans ce chargeur et au retrait après recharge. Il est en particulier souhaité que les recharges soient assurées de manière appropriée quels que soient, notamment initialement, l'état de charge et la température des accumulateurs, dans toute la gamme de charges et de températures correspondant aux conditions normales d'exploitation de ces accumulateurs. L'invention propose un dispositif de commande pour un chargeur, d'accumulateur cadmium-nickel, du type comportant un alimenteur apte à fournir au moins un courant continu de charge à un accumulateur, à partir d'une source d'énergie électrique et par l'intermédiaire d'au moins un générateur fonctionnant à tension constante en cours de charge, dont la mise en et hors circuit est déclenchée par le dispositif de commande en fonction de l'intensité du courant de charge fourni par le générateur à l'accumulateur, telle que mesurée à l'aide d'un shunt. Selon une caractéristique de l'invention, le dispositif de commande du chargeur comporte un agencement de mémorisation associé à un séquenceur et à un comparateur pour mémoriser la valeur minimale du courant fourni par le générateur au cours d'une charge d'accumulateur et pour détecter l'augmentation de ce courant d'une valeur prédéterminée à partir de la valeur minimale mémorisée, au cours de cette charge, de manière à commander alors la mise hors circuit du générateur (4), ledit comparateur relié par une entrée à l'agencement de mémorisation (11) étant aussi relié par une seconde entrée à une interface de mesure placée aux bornes du shunt. La figure 1 présente un schéma synoptique d'un chargeur équipé d'un dispositif de commande selon l'invention. Les figures 2A et 2B présentent un exemple de réalisation du dispositif de commande du chargeur tel que présenté en figure 1. Le chargeur objet de la figure 1 est destiné à assurer les recharges d'accumulateurs 1 de type cadmium-nickel1 il comporte a cet effet un alimenteur 2 et un dispositif de commande 3 pilotant l'alimenteur en fonction de critères prédéterminés. L'alimenteur 2 reçoit l'énergie électrique d'une source à laquelle il est relié par une prise Pur, cette source est le plus souvent un réseau de distribution. L'accumulateur 1 à charger vient se connecter aux bornes + et - de l'alimenteur 2, source à tension constante qui lui fournit un courant de charge I. L'alimenteur 2 fournit également les tensions nécessaires au fonctionnement du dispositif de commande 3. Les recharges d'accumulateur par l'intermédiaire du chargeur s'effectuent sous une tension constante de charge, par exemple de l'ordre de douze à quatorze volts, fournie par l'intermédiair d'un classique générateur 4 assurant la fourniture d'une tension continue réglable et régulée. Un second générateur 5 assure l'alimentation de l'unité de commande 3, il comporte par exemple un transformateur abaisseur, un pont redresseur et un régulateur, non présentés en figure 1, lorsque le réseau de distribution est de type alternatif. Le dispositif de commande 3 assure la mise en et hors circuit du générateur 4 par l'envoi d'un signal de commande, de type tout ou rien, à un organe bistable non figuré de ce générateur, par exemple une bascule électronique ou un relais électromagnétique. A cet effet, l'unité de commande 3 comporte un comparateur 7 permettant de surveiller l'évolution du courant aux bornes d'un shunt 6 en série avec l'accumulateur 1 et de commander en conséquence l'alimenteur 2. Des circuits auxiliaires de surveillance de tension 8, 9, sont associés au comparateur 7 de manière à tenir compte de conditions particulières d'exploitation du chargeur. Ils permettent respectivement une inhibition du chargeur, en cas de détection d'un court-circuit entre les bornes + et - et en cas de présence d'une tension U supérieure à la tension maximale susceptible d'être fournie par le chargeur à un module d'accumulateur. Un circuit auxiliaire 10 convertit le faible signal en courant obtenu aux bornes du shunt b en un signal en tension apte à être pris en compte par le comparateur 7. Le comparateur 7, qui reçoit à l'une de ses entrées un premier signal représentatif déduit de la tension U présente aux bornes du shunt lorsqu'un accumulateur 1 est raccordé, reçoit aussi sur une autre entrée un second signal correspondant à la valeur maximale du premier signal mesuré, lors de la recharge en cours, aux bornes du shunt 6. Ce second signal est fourni par un dispositif de mémorisation 11, cycliquement mis en action sous le contrôle d'un séquenceur 12. Le dispositif de mémorisation 11 reçoit le signal de sortie du comparateur 7 à l'entrée d'un déclencheur 13 activé par le séquenceur 12 pendant une période déterminée qui sera définie plus loin. Le déclencheur 13 autorise l'envoi d'impulsions d'une horloge rapide 14 à un compteur binaire 15, dit de mémorisation pendant le laps de temps durant lequel les signaux appliqués aux deux entrées du comparateur 7 restent inégaux. Le compteur de mémorisation 15 attaque par ses sorties un convertisseur numérique-analogique 16 qui transforme le résultat du comptage effectué en une tension exploitée pour obtenir le second signal représentatif et appliquée, à ce titre, à la seconde entrée du comparateur 7. Le signal de sortie du comparateur 7 qui est appliqué au dispositif de mémorisation 11 en entrée du déclencheur 13 est également transmis à une logique de traitement 17 qui reçoit aussi les indications émanant des circuits auxiliaires 8, 9 et 10, avec lesquels cette logique forme un module de contrôle 18, et une indication émanant du séquenceur 12, qui sera définie plus loin. La logique de traitement 17 supervise le fonctionnement du chargeur c'est-à-dire les mises en et hors circuit du générateur 4. Le fonctionnement du chargeur selon l'invention est précisé ci-dessous en liaison avec les figures 2A et 2B. L'alimenteur 2 représenté est ici destiné à être branché sur un réseau de distribution alternatif au niveau d'un prise PR et comporte deux générateurs 4 et 5 en parallèle, l'un de charge d'accumulateur, l'autre d'alimentation pour le dispositif de commande. Le générateur 4 comporte un organe bistable de mise en service non figuré qui est actionné par un signal de type tout ou rien appliqué à la borne IV, il fournit une tension continue régulée préférablement réglable, il ne sera pas développé ici dans la mesure ou sa structure n'a pas de rapport direct avec l'invention. Le générateur 5, lui aussi classique comporte ici un transformateur abaisseur 20 dont deux enroulements secondaires alimentent deux ponts redresseurs 21, 22 à diodes. Les ponts redresseurs 21 et 22 qui ont un point commun I correspondant à la borne négative de l'accumulateur à recharger permettent d'obtenir respectivement une tension négative et une tension positive par rapport à leur point commun I. Le pont redresseur 21 est associé à cet effet à deux condensateurs 33 et 34 et à une diode Zener 35. Le pont redresseur 22 alimente le dispositif de commande 3 par l'intermédiaire des points I, II et III d'un montage régulateur 23 fournissant ici respectivement une première tension continue captée aux bornes du pont redresseur 22 et appliquée entre les points I et II et une seconde tension continue, captée en aval d'un régulateur 24 fournissant une tension plus faible et obtenue entre les points I et III. Selon un arrangement usuel, un transistor 25, de type NPN, est inséré entre la borne positive de la diagonale de sortie du pont 22 et le régulateur 24 pour protéger ce dernier en cas de surtension. Ce transistor 25 est associé à cet effet à un condensateur 26 en parallèle sur la diagonale de sortie du pont et a une diode Zener 28 qui limite la tension appliquée à la base du transistor 25 par la borne positive de la diagonale de sortie du pont, via une résistance 27, en cas de surtension. Le point II d'alimentation de l'unité de commande 3 est situé entre l'émetteur du transistor 25 et l'entrée du régulateur 24. Deux condensateurs 29, 30 relient respectivement d'une part les points I et Il, d'autre part les points I et III en parallèle avec un pont diviseur a résistances 31, 32 dont le point milieu est connecté de manière connue a une troisième borne du régulateur 24. Une tension image du courant de charge émanant du générateur 4 et traversant le shunt 6, est obtenue aux bornes de ce dernier, elle est appliquée aux bornes d'un amplificateur opérationnel 36, via deux résistances 37, 38, afin d'être amplifiée. Cet amplificateur opérationnel 34 est associé à des résistances 39, 40 des condensateurs 41, 42, 43 et une diode Zener 44 dans un montage classique. Le signal amplifié obtenu en sortie de l'amplificateur opérationnel 34 est soutrait d'une tension de référence prise au point médian d'un pont diviseur à résistances 44, 45 connecté par ses extrémités aux bornes I et III de l'alimenteur. Cet un amplificateur opérationnel 46 reçoit d'une part sur une entrée inverseuse le signal de sortie de l'amplificateur opérationnel 34 via une résistance 47 et sur une entrée non-inverseuse la tension de référence prise au point milieu du pont diviseur via une résistance 48. Le signal de sortie Ux de l'amplificateur opérationnel 46 qui varie en sens inverse du courant de charge traversant le shunt 6, attaque une entrée du module de contrôle 18 par l'intermédiaire d'une borne VI. La tension existant entre les bornes + et -, lorsqu'un accumulateur 1 est présent, est appliquée par l'intermédiaire du point I et d'un point V, au module de contrôle 18, alimenté par le pont redresseur 22 via les points I, II et III. Cette tension entre points I et V est notamment appliquée aux circuits auxiliaires de surveillance 8 et 9 - figure 2B - constitués chacun autour d'un amplificateur opérationnel 66 ou 67. L'amplificateur opérationnel 66 a une entrée inverseuse reliée via une résistance 49 au point milieu d'un pont diviseur à résistances 50, 51 dont une extrémité est reliée au potentiel de référence I et dont l'autre extrémité est reliée au potentiel positif de l'accumulateur 1 via la borne V. Il a aussi une entrée non-inverseuse connectée au point milieu d'un second pont diviseur à résistances 52, 53 via une résistance 54, ce second pont étant relié aux bornes I et III par ses extrémités. La tension prélevée aux bornes de l'accumulateur I est donc comparée par l'amplificateur opérationnel 66 à une tension de référence, constante, obtenue de l'alimentation 2 et le signal de sortie fourni par cet amplificateur sert à détecter toute surtension présentée par un accumulateur par rapport à la tension de charge prévu pour le chargeur.A cet effet, le signal de sortie de l'amplificateur opérationnel 66 est envoyé à la logique 17, via une diode de seuil 72, a des fins de commande ainsi que de signalisation, par exemple visuelle non représentée ici. L'amplificateur opérationnel 67 a une entrée inverseuse reliée au point milieu du pont diviseur a résistances 52, 53 via une résistance 59 et une entrée non-inverseuse reliée au point milieu d'un troisième pont diviseur à résistances 55, 56 via une résistance 57. Le troisième pont a ses extrémités respectivement reliées l'une à la borne V, l'autre à la borne I, il permet à l'amplificateur opérationnel 67 de détecter la présence d'un accumulateur à recharger qui est en court-circuit, par exemple un accumulateur très fortement déchargé. Il produit en ce cas un signal d'information à la logique 17 via une diode de seuil 76 afin d'éviter l'application de la pleine puissance de charge a un accumulateur très déchargé et donc en mauvaise condition pour supporter une telle plein puissance. Le comparateur 7 comporte deux amplificateurs opérationnels 81 et 82 en série. L'amplificateur opérationnel 82 reçoit le signal de sortie de l'amplificateur 81 sur son entrée non-inverseuse et le signal de sortie de l'amplificateur opérationnel 46, via le point VI, sur son entrée inverseuse ; ce signal de sortie d'amplificateur 46 constitue le premier signal représentatif déjà évoqué. L'amplificateur opérationnel 82 est classiquement associé à un condensateur 83 et à une résistance de contre-réaction 84. L'amplificateur opérationnel 81 reçoit une tension, constituant le second signal représentatif évoqué plus haut, sur son entrée non-inverseuse et, sur son entrée inverseuse une tension "diode valeur fixe prédéterminée, qui est une image de l'accroissement de courant "di' pris en compte lorsque le courant de charge augmente à nouveau en fin de charge après avoir régulièrement décru. Cette tension "dv" est prélevée, via une résistance 85, au point milieu d'un pont diviseur à résistances 86, 87 dont une extrémité est connectée au point I, alors que l'autre est alimentée sous le contrôle du séquenceur 12, via un inverseur 88. L'emploi du résistance 87 réglable permet de choisir éventuellement la valeur "dv" image de "di" prise en compte. Une résistance de contre-réaction 89, un condensateur 90 et deux résistances 91, 92 complétent l'environnement de l'amplificateur opérationnel 81 de manière connue en soi, l'entrée non-inverseuse de ce dernier étant connectée au point milieu du pont diviseur que forment les résistances 91, 92 entre la sortie du convertisseur 16 et le point I. Le convertisseur 16 est réalisé par exemple sous la forme d'un circuit à réseau de résistances qui permet d'obtenir une gamme de tensions continues à partir d'un adressage binaire. Cet adressagq est ici réalisé par un compteur binaire 15 dont les sorties sont reliées aux entrées d'adressage du convertisseur 16 et dont une entrée de comptage est reliée à l'horloge rapide 14, via le déclencheur 13. Le compteur est par exemple un circuit CD 4020B de la société RCA et le convertisseur une association de réseaux R/2R de la société SFERNICE. Une entrée du compteur 15 permet de le forcer à un état initial d'inactivité a partir de la logique 17, à l'aide d'un agencement classique associant ici une diode 93 et une résistance 94. Le déclencheur 13 est ici constitué à l'aide de trois portes 95, 96 et 97. La porte 95 est une porte de type NAND utilisée en inverseur et commandée par le signal de sortie de l'amplificateur opérationnel 82 situé en sortie de comparateur 7, elle agit sur une entrée de la porte 96, de type ET, qui contrôle l'entrée de comptage du compteur binaire 15, de manière à autoriser ou non l'actionnement de ce dernier. Une seconde entrée de la porte 96 reçoit le signal de sortie de l'horloge rapide 14, via la porte 97, de type ET, qui permet ou non le transit de ce signal de sortie d'horloge rapide, appliquée à une première de ses deux entrées, en fonction du signal appliqué sur sa seconde entrée par le séquenceur 12. Le séquenceur 12, constitué par exemple par une horloge lente associée à un compteur, est susceptible d'être forcé à un état d'inactivité en même temps que le compteur binaire 15 par la logique 17. Il est programmé pour fournir une pluralité de signaux successifs correspondants à autant de pas successifs différents et répétés, à partir de son état initial, il est aussi préférablement programmable de manière à être apte à assurer des charges avec des durées choisies par l'utilisateur. Ceci permet de réaliser tant des charges lentes que des charges très rapides en cas de besoin. La logique 17 comporte essentiellement un ensemble de portes 98 å 102, la porte 98, de type ET, est contrôlée par le signal de sortie de l'amplificateur opérationnel 82 du comparateur 7, via une résistance 104, et par un signal fourni par le séquenceur 12, via une sortie 2 activée hors d'un second pas de ce séquenceur. Cette porte 98 attaque une entrée d'une mémoire constituée de deux portes 99 et 100, de type NOR, ayant chacune leur sortie raccordée à au moins une entrée de l'autre. Le signal de sortie de la porte 99, qui reçoit le signal de la porte 98, est aussi appliqué à une entrée d'une porte 101 de type NAND connectée au point commun aux diodes 72, 76 des circuits auxiliaires 8 et 9, ce point commun est aussi relié, via une porte 102 de type NOR utilisée en inverseur, à une entrée de la porte 100 du groupe de portes 99, 100 formant mémoire. Ceci permet aux circuits auxiliaires 8 et 9 d'empêcher l'activation du générateur 4, lorsqu'ils détectent une anomalie pour laquelle ils sont prévus, en bloquant l'organe bistable du générateur 4 en position hors service via le point IV. Simultanément ces circuits auxiliaires forcent le compteur binaire 15 et le séquenceur 12 à leur état initial d'inactivation, via la porte 102. Le circuit auxiliaire 10 agit, pour sa part, sur une entrée de la porte 98 et contrôle la mise en circuit du générateur 4 via les portes 98, 101 et la borne IV. Lors de la mise en charge d'un accumulateur 1, le séquenceur 12 atteint un premier pas pour lequel sa sortie 1 est activée, si les circuits auxiliaires 8 et 9 restent inhibés. L'accumulateur en charge est alors alimenté par le générateur 4, si simultanément une tension est fournie par les deux ponts redresseurs 21 et 22. L'activation de la porte 97 du déclencheur 13 autorise la transmission des signaux de l'horloge rapide 14 via la porte 96 à partir du moment où une différence de tension est constatée au niveau de l'amplificateur opérationnel 82 entre la tension Ux fournie par le circuit auxiliaire 10, et la tension de référence existant simultanément entre le point I et la sortie de l'amplificateur opérationnel 81, qui reçoit du convertisseur 16 une tension correspondant à la valeur de la tension Ux alors obtenue. Lorsque l'accumulateur 1 est totalement déchargé, ceci est constaté par l'amplificateur opérationnel 67 qui inhibe le générateur 4 via les bascules 102, 100, 101. Une recharge initialement sous plus faible tension est susceptible d'être entreprise à l'instigation de l'utilisateur tant que la force contre-électromotrice développée par l'accumulateur 1 reste très faible. Si la tension aux bornes de l'accumulateur 1 est suffisante pour empêcher le blocage du générateur 4 par le circuit auxiliaire 67 détecteur de court-circuit, le séquenceur 12 tente une phase de charge de reconstitution. A cet effet lors d'un premier cycle de cette phase correspondant à un second pas, la sortie 1 du séquenceur est activée et assure la mise sous tension du pont diviseur à résistances 86, 87 fournissant le signal de tension "dv" entre son point milieu et la borne I. Un premier signal de comparaison est alors obtenu en sortie des amplificateurs opérationnels 81 et 82, ce signal est normalement négatif et son application à la logique 17 est prise en compte, lorsque la sortie 2 du séquenceur est activée. Le signal négatif transmis via les portes 98, 99, 101 en série est mémorisé par l'agencement associant les portes 99 et 100. Il entraine alors une commande de mise en service du générateur 4 par son dispositif bistable et via la borne IV, l'accumulateur 1 se voit alors appliquer la tension de recharge par le générateur 4 tant que l'état des portes 99, 100 n'est pas modifié. Au cours du pas suivant la sortie 3 du séquenceur 12 est actionnée, la porte 88 n'est plus activée, les tensions aux bornes de l'amplificateur opérationnel 82 sont1 d'une part la tension Ux obtenue en sortie de l'amplificateur 46, à partir du shunt 6, d'autre part la tension présente en sortie du convertisseur 16. Le signal de sortie de l'amplificateur opérationnel 82 qui est appliqué à la porte 96 du déclencheur, via l'inverseur 95, permet l'incrémentation du compteur binaire 15 par l'horloge rapide 14, tant que la tension de sortie du convertisseur 16, commandé par ce compteur binaire 14, n'est pas égale à la tension Ux. A l'équilibre l'amplificateur opérationnel 82 bloque l'incrémentation par son action sur la porte 96. Le chargeur reste alors en l'état jusqu'au cycle suivant que déclenche le séquenceur 12. Au cours de ce cycle suivant, l'amplificateur opérationnel 82 reçoit sur son entrée non-inverseuse et au cours d'un premier pas, le signal de sortie du convertisseur 16 diminué de la tension fixe t'dv'r, ce signal de sortie correspond alors à la valeur maximale de tension mesurée précédemment, diminuée de la quantité "dv". Si la charge s'effectue normalement, le courant de charge diminue intialement au cours du temps et en conséquence la tension Ux en sortie de l'amplificateur opérationnel 46 tend à croître. L'amplificateur opérationnel 82- fournit un signal de sortie négatif, qui ne modifie pas la commande du générateur 4. En fin de recharge, le courant de charge tend à augmenter ce qui conduit à une diminution de la tension Ux, la valeur de tension mémorisée que fournit le convertisseur pour un cycle a alors une valeur plus élevée que la tension Ux. Un signal de sortie de l'amplificateur opérationnel 82 reste négatif tant que la tension en sortie de l'amplificateur opérationnel 81 reste inférieure à Ux, en raison de la soustraction de la tension "dv" effectuée par cet amplificateur opérationnel 81 et le compteur 15 se bloque à la valeur mémorisée. Lorsque le signal de sortie de l'amplificateur opérationnel 82 s'inverse traduisant une augmentation prédéterminée du courant de recharge, après décroissance, le générateur 4 est mis hors service via les portes 98, 99, 101 et toute incrémentation du compteur 15 est interdite par la porte 95. REVENDICATIONS 1/ Dispositif de commande pour chargeur d'accumulateur cadmium-nickel, comportant un alimenteur (2) apte à fournir un courant continu de charge à un accumulateur (1) à partir d'une source d'énergie électrique et par l'intermédiaire d'un générateur (4) fonctionnant à tension constante en cours de charge, la mise en et hors circuit de ce générateur étant assurée par le dispositif de commande agissant en fonction de l'intensité du courant de charge fourni par le générateur à l'accumulateur, via un shunt (6) de mesure, caractérisé en ce qu'il comporte un agencement de mémorisation (11) associé à un séquenceur (12) et à un comparateur (7) pour mémoriser la valeur minimale du courant fourni par le générateur (4) au cours d'une charge d'accumulateur (1) et pour détecter l'augmentation de ce courant d'une valeur prédéterminée a partir de la valeur minimale mémorisée, au cours de cette charge, de manière à commander alors la mise hors circuit du générateur (4), ledit comparateur (7) relié par une entrée à l'agencement de mémorisation (11) étant aussi relié par une seconde entrée à une interface de mesure (10) placée aux bornes du shunt (6). 2/ Dispositif de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'interface de mesure (10) fournit au comparateur (7) un signal en tension (Ux) variant en sens inverse du courant de charge traversant le shunt (6). 3/ Dispositif de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'interface de mesure (10) fournit une tension de sortie (Ux), image du courant de charge traversant le shunt (6), qui est obtenue en soustrayant, par un premier amplificateur opérationnel (46), à une tension de référence fixe, la tension amplifiée fournie, par un second amplificateur opérationnel (36), à partir de la tension prélevée aux bornes du shunt (o). 4/ Dispositif de commande selon au moins l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le comparateur (7) comporte deux amplificateurs opérationnels (81, 82) de manière à comparer au niveau du second d'entre eux la tension (Ux) produite en sortie de l'interface de mesure (10) avec une tension produite en sortie du premier d'entre eux, par soustraction d'une tension, image de la valeur choisie d'augmentation de courant de charge, de la tension mémorisée qui est fournie par l'agencement de mémorisation (11) et qui est l'image de la valeur minimale du courant mesuré aux bornes du shunt (6) par l'interface de mesure, en cours de charge. 5/ Dispositif de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'agencement de mémorisation (11) comporte un compteur binaire (15) activé par une horloge rapide (14), sous le contrôle du comparateur (7), lorsque la valeur du courant de charge mesuré aux bornes du shunt (6) est inférieure à la valeur minimale précédemment mémorisée pour ce courant, en cours de charge, ainsi qu'un convertisseur numérique-analogique (16) transformant l'adressage qui lui est appliqué par les sorties du compteur binaire en une tension, qui est fournie au premier amplificateur opérationnel (81) du comparateur (7). 6/ Dispositif de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que le séquenceur comporte des moyens pour modifier la durée des cycles de mesure de manière à permettre une modification de la durée de charge des accumulateurs.