Brevet FR2638585A1 — publié le 19900504

Chargeur pour accumulateur cadmium-nickel L'invention concerne un chargeur pour 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. I1 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 chargeur, pour accumulateur cadmium-nickel, du type comportant un alimenteur apte à fournir au moins un courant continu de reconstitution de charge à l'accumulateur, à partir d'une source d'énergie électrique et par l'intermédiaire d'au moins un générateur de courant, fonctionnant å courant constant, dont la mise en et hors service est déclenchée par une unité de commande en fonction de la tension présente aux bornes du chargeur auxquelles l'accumulateur à charger est raccordé. Selon une caractéristique de l'invention, l'unité de commande du chargeur comporte des moyens pour comparer cycliquement la tension mesurée auxdites bornes, auxquelles est raccordé l'accumulateur en charge avec une valeur de référence obtenue en soustrayant de la valeur maxiale de tension mesurée à ces bornes au cours d'un cycle précédent, une valeur prédéterminée fixe correspondant à une fraction de la tension nominale de l'accumulateur, ainsi que des moyens pour actionner de manière permanente le générateur de courant de reconstitution tant que la tension mesurée à chaque cycle demeure supérieure à la valeur de référence établie pour ce cycle. La figure 1 présente un schéma synoptique d'un chargeur selon l'invention. Les figures 2A et 2B présentent un exemple de réalisation d'un alimenteur et d'une unité de commande pour 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-nickel, il comporte à cet effet un alimenteur 2 et une unité 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 PR, 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 qui lui fournit un courant de charge I. L'alimenteur 2 fournit également les tensions nécessaires au fonctionnement de l'unité de commande 3. Les recharges d'accumulateur par l'intermédiaire du chargeur s'effectuent sous un courant constant de charge I1, par exemple de tordre d'un ampère, fourni par l'intermédiaire de générateurs 4 et 5. On laisse un courant constant d'entretien I2 beaucoup plus faible que 11, par exemple de l'ordre du dixième d'ampère lorsque la charge est pratiquement complétée, ce courant constant d'entretien est engendré par le seul générateur 4. Les générateurs 4 et 5 sont alimentés par une unité 6 qui 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. Les générateurs 4 et 5 sont connectés en parallèle dans l'alimenteur 2 entre l'unité 6 et les bornes + et - de raccordement d'accumulateur. L'unité de commande 3 assure la mise en et hors circuit d'au moins un des générateurs 4, 5 de l'alimenteur 2 en fonction des critères prédéterminés déjà mentionnés précédemment. A cet effet, l'unité de commande 3 comporte un comparateur 7 permettant de surveiller l'évolution de la tension aux bornes + et par lesquelles un accumulateur 1 se connecte au chargeur et de commander en conséquence l'alimenteur 2. Des circuits auxiliaires de surveillance de tension 8, 9, 10 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 d'absence de continuité électrique entre les bornes + et -, en cas de détection d'un court-circuit entre ces bornes + et - et un passage en entretien 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. Le comparateur 7, qui reçoit à l'une de ses entrées un signal représentatif de la tension U présente aux bornes et - lorsqu'un accumulateur 1 est raccordé, reçoit aussi sur une autre entrée un second signal fonction de la tension préalablement présentée par cet accumulateur 1. 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 19 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 17 en entrée du déclencheur 13 est également transmis à une logique de traitement 17 qui reçoit aussi les indications émanant des circuits auxiliaires de surveillance 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 et en particulier les mises en et hors circuit du générateur 4 de reconstitution de charge. Le fonctionnement du chargeur selon l'invention est précisé ci-dessous en liaison avec les figures 2A et 2B qui montrent respectivement l'une un alimenteur 2 et un accumulateur 1 en position de recharge, l'autre l'unité de commande 3. L'alimenteur 2 représenté est destiné à être branché sur un réseau de distribution alternatif au niveau d'un prise PR et par l'intermédiaire d'un transformateur abaisseur 20 possédant ici deux enroulements secondaires permettant d'alimenter séparément l'alimenteur 2 et l'unité de commande 3. Chaque enroulement secondaire est raccordé aux entrées d'un pont redresseur 21 ou 22 à diodes. Le pont redresseur 21 alimente les deux générateurs 4 et 5 de l'alimenteur 2 qui assurent la recharge de l'accumulateur 1 raccordé aux bornes + et - du chargeur. Le pont redresseur 22 alimente l'unité 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 à une diode Zener 28 qui limite la tension appliquée à la base du transistor ?5 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 II, d'autre part les points I et III en parallèle avec un pont diviseur à résistance 31, 32 dont le point milieu est connecté de manière connue à une troisième borne du régulateur 24. La sortie du régulateur contrôle, via une résistance 34, la base de deux transistors 33, 34 de type NPN reliés par leurs émetteurs et via des résistances 35 à la borne négative de la diagonale de sortie du pont redresseur 21, le collecteur du transistor 33 étant relié aux deux générateurs de courant 4 et 5 qu'il contrôle. Ces deux générateurs 4 et 5 sont de structure identique et comporte un montage de puissance de type DARLINGTON à deux transistors 36, 37 pour l'un et 38, 39 pour l'autre contrôlés chacun par un amplificateur opérationnel 40 ou 41. Le générateur 4 est ici constamment alimenté par le pont redresseur 21 sous le contrôle du transistor 33 et via l'amplificateur opérationnel 40 associé, de même que les transistors 36, 37 à une classique combinaison de composants dl adaptation 42 à 52, de type résistance ou condensateur. Le générateur 5 est de même structure que le générateur 4 avec lequel il est raccordé en parallèle aux bornes de la diagonale de sortie du pont redresseur 21, ses composants d'adaptation 55 à 64 sont choisis de manière à permettre la fourniture d'un courant constant I2 nettemment supérieur à celui fourni par le générateur de courant 4. Un transitor 65, de type NPN, connecté en entrée du générateur 5 permet d'en interdire le fonctionnement, la base de ce transistor 65 est reliée à cet effet a l'unité de commande 3, via un point IV. 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, d'une part au comparateur 7, d'autre part au module de contrôle 18, l'un et l'autre étant alimentés 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, 9 et 10 - figure 2B - constitués chacun autour d'un amplificateur opérationnel 66, 67 ou 68. L'amplificateur opérationnel 66 est relié au point V c'està-dire à la borne + par une entrée inverseuse et à la borne positive du pont redresseur 22, via d'une part le transistor 27, le point II et deux résistances 69, 70 d'autre part le transistor 27, le régulateur 24, le point III, une résistance 71 et la résistance 70. Il permet de détecter si un accumulateur 1 est connecté ou non aux bornes + et - et d'envoyer un signal d'information correspondant à la logique 17, via une diode de seuil 72, à divers fins notamment de signalisation par des moyens classiques, par exemple visuels, non présentés ici. L'amplificateur 67 est relié au point V par une entrée non-inverseuse et par son entrée inverseuse d'une part au point II, via les résistances 69, 71 et deux résistances 73 et 74 en série, d'autre part au point III via les résistances 73 et 74, cette dernière étant également reliée au point I via une résistance 75. Il permet de détecter la présence d'un court-circuit entre les bornes + et -, par exemple en cas de présence d'un accumulateur 1 déchargé, il produit en ce cas un signal d'information transmis à la logique 17, via une diode de seuil 76, afin notamment d'interdire le fonctionnement du générateur 4 tant que le court-circuit subsiste. L'amplificateur 68 est relié par une entrée non-inverseuse au point V et par son entrée inverseuse d'une part au point III, via une résistance 77 et une résistance 78, d'autre part au point I, via une résistance 79 et la résistance 78. Il permet de détecter la présence d'une tension, fournie par un accumulateur aux bornes + et -, qui est supérieure à une tension maximale prédétérminée susceptible d'être fournie par le chargeur. Il produit en ce cas un signal d'information à la logique 17, via une résistance 80, pour interdire le fonctionnement du générateur 4. 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 la tension relevée aux bornes + et -, via les points V et I, sur son entrée inverseuse ; cette tension 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 une tension "dv"de valeur fixe prédéterminée sur son entrée inverseuse. 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. Une résistance de contre-réaction 89, un condensateur 90 et deux résistances 91, 92 complétent l'environnement de l'amPlifica- teur 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 adressage 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 à 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. La logique 17 comporte essentiellement un ensemble de portes 98 à 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 NOw, avant 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 99 du groupe de deux portes 99, 100 formant mémoire. Ceci permet aux circuits auxiliaires 8 et 9 d'empocher l'activation du générateJr 4, lorsqu'ils détectent une anomalie pour laquelle ils sont prévus, en bloquant le transistor 65 -figure 2A - de ce générateur via le point IV, une résistance 103 et la porte 101. Simultanément ces circuits auxiliaires forcent le compteur binaire 15 et le séquenceur 12 à leur état initial d'inactivation, via la porte 102 dont la sortie est également connectée à une entrée de la porte 100. Le circuit auxiliaire 10 agit, pour sa part, sur une entrée de la porte 98 en empêchant la mise en circuit du générateur 4 via la porte 101 et le transistor 65 - figure 2A -. Lors de la mise en recharge 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 ne signalent pas une absence d'accumulateur 1 ou un accumulateur 1 en court-circuit. En dehors de ces deux cas, l'accumulateur en charge est alors alimenté par le générateur de courant 4, si 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 prélevée aux bornes + et - du chargeur, via les points I et V, et la tension de référence existant simultanément entre le point I et la sortie de l'amplificateur opérationnel 81. Dans une forme préférée de réalisation, une tension prédéterminée fixe "dv" est soustraite par l'amplificateur opérationnel 81 de la tension qui lui est fournie par le convertisseur 16. Lorsque ltaccumulateur 1 est totalement déchargé, ceci est constaté par l'amplificateur opérationnel 67 qui inhibe le générateur de courant 5 via les bascules 102, 100, 101 et le transistor 65 a l'état bloqué. Une recharge initialement à faible courant est alors entreprise par le générateur de courant 4, tant que la force contre-électromotrice développée par l'accumulateur 1 reste très faible et se traduit par un quasi court-circuit au niveau de l'amplificateur opérationnel 67. Dès que la tension aux bornes de l'accumulateur 1 est suffisante pour empêcher le blocage du générateur de courant 5 par le circuit auxiliaire 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 premier 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". 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 entrain alors un blocage du transistor 65 qui permet l'activation du générateur de courant 5, l'accumulateur 1 reçoit alors un courant I2 de forte intensité tant que l'état des portes 99, 100 n'est pas modifié. Au cours d'un pas ultérieur au cours duquel la sortie 3 du séquenceur 12 est actionnée, la porte 88 n'est plus activée, les tensions aux bornes de l'amplificateur opérationnel 82 sont, d'une part la tension présente aux bornes de l'accumulateur 1, d'autre part celle 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 a la tension aux bornes de l'accumulateur 1. 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 "dv", ce signal de sortie de convertisseur correspond alors à la tension mesurée aux bornes de l'accumulateur 1 lors du cycle précédent. Si la charge s1 effectue normalement, la tension mesurée aux bornes de l'accumulateur 1 augmente et s'avère supérieure à celle qui a été mémorisée au cycle précédent, l'amplificateur opérationnel 82 fournit un signal de sortie négatif, qui ne modifie pas la commande du générateur de courant 5. En fin de recharge, la tension mesurée aux bornes de l'accumula- teur 1 diminue et la valeur de tension mémorisée qui fournit le convertisseur 16, pour un cycle, a alors une valeur plus forte que celle mesurée aux bornes de l'accumulateur 1. En raison de la soustraction de valeur "dv" effectuée au niveau de l'amplificateur opérationnel 81, le signal de sortie de l'amplificateur opérationnel 82 reste inchangé au cours des pas 1 et 2 et le générateur de courant 5 reste actif. Par contre l'incrémentation du compteur binaire 15 au pas trois du cycle est stoppée par l'inverseur 95, la tension de référence fournie par le convertisseur 16 reste fixée à la valeur de tension maximale atteinte précédemment aux bornes de l'accumulateur 1. Lorsque la diminution de tension aux bornes de l'accumulateur 1, par rapport à la tension maximale atteinte, franchit le seuil correspondant à la valeur "dv" , le signal de sortie de l'amplificateur opérationnel 82 s'inverse et vient rendre conducteur le transistor 65 qui commande le générateur de courant 5, ce dernier devient alors inactif. Les portes 99 et 100 conservent la mémoire de cette commande et le générateur de courant 4 assure seul la fourniture d'un faible courant de maintien à l'accumulateur. Le convertisseur 16 reste alors en l'état tant que l'utilisateur où éventuellement le séquenceur 12 n'effectue pas une remise à zéro manuelle ou automatique du chargeur. REVENDICATIONS 1/ Chargeur pour accumulateur cadmium-nickel (1), comportant un alimenteur (2) apte à fournir au moins un courant continu de reconstitution de charge à l'accumulateur, à partir d'une source d'énergie électrique (PR) et par l'intermédiaire d'au moins un générateur de courant (5), fonctionnant à courant constant, dont la mise en et hors service est déclenchée par une unité de commande (3) en fonction de la tension présente aux bornes (+ et -) du chargeur auxquelles l'accumulateur à charger est raccordé, caractérisé en ce que l'unité de commande (3) comporte des moyens (7, 11, 12) pour comparer cycliquement la tension mesurée auxdites bornes, auxquelles est raccordé l'accumulateur en charge, avec une valeur de référence obtenue en soustrayant de la valeur maximale tension mesurée à ces bornes au cours d'un cycle précédent, une valeur prédéterminée fixe correspondant à une fraction de la tension nominale de l'accumulateur, ainsi que des moyens pour actionner de manière permanente le générateur de courant (5) tant que la tension mesurée à chaque cycle demeure supérieure à la valeur de référence établie pour ce cycle. 2/ Chargeur pour accumulateur cadmium-nickel, selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de comparaison cyclique de tension comportent - un séquenceur (12), pour déclencher périodiquement c , cycles de contrôle dans le chargeur - un dispositif de mémorisation (11) de tension, inscriptible et effaçable - un comparateur (7) recevant respectivement la tension mesurée aux bornes auxquelles est raccordé l'accumulateur, la tension mesurée au cycle précédent mémorisée et fournie par le dispositif de mémorisation (11) et ladite valeur prédéterminée fixe de tension, la sortie de ce comparateur étant reliée à une entrée du dispositif de mémorisation (11) et à une entrée de commande du générateur de courant (5) de reconstitution, via une logique (17) de déclenchement et de mémorisation chargée de la mise en et hors service de ce générateur. 3/ Chargeur pour accumulateur cadmium-nickel selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif de mémorisation (11) comporte un compteur binaire (15) qui est piloté par une horloge rapide (14), via un déclencheur (15), et un convertisseur numérique-analogique (16) qui est attaqué par le compteur binaire et qui fournit un signal de tension au comparateur (7), le déclencheur (15) à portes logiques commandant l'incrémentation du compteur binaire par l'horloge rapide sous le contrôle du séquenceur, et du comparateur. 4/ Chargeur pour accumulateur cadmium-nickel, selon la revendication 2, caractérisé en ce que le comparateur (7) comporte deux amplificateurs opérationnels (81, 82) en cascade recevant respectivement l'un la tension fournie par le dispositif de mémorisation (11), sur une entrée non-inverseuse, la valeur prédéterminée fixe, sur une entrée inverseuse, l'autre le signal de sortie du premier amplificateur opérationnel (81) sur une entrée non-inverseuse et la tension prélevée aux bornes du chargeur auxquelles est relié l'accumulateur, sur une entrée inverseuse.