Brevet FR2640817A1 — publié le 19900622

CHARGEUR ULTRA-RAPIDE POUR ACCUMULATEUR ELECTRIOUE La présente invention se rapporte à un chargeur pour accumulateur électrique, apte à recharger des accumulateurs dans des temps de l'ordre de la minute. Ce chargeur s'applique & tous les types d'accumulateurs, et en particulier mais non exclusivement aux accumulateurs étanches du type nickel-cadmium, désignés parfois comme "piles" rechargeables, d'un usage notamment domestique, de plus en plus répandu. Les accumulateurs étanches nickel-cadmium de petites capacités (inférieures à 10 Ah) vont avoir en effet valeur d'exemple, car ce sont eux qui posent les problèmes les plus aigus. On sait que leur fonctionnement implique l'existence d'une réaction de recombinaison de l'oxygène apparaissant en fin de charge. La vitesse de recombinaison est généralement plus faible que le vitesse de production de l'oxygène et, de plus, la réaction de recombinaison s'effectue avec un dégagement de chaleur. Il en résulte une montée en pression de l'élément constituant l'accumulateur, pouvant aller jusqu'à faire éclater cet élément Si l'intensité de charge est très élevée. Pour des raisons de sécurité, les couvercles des éléments comportent donc une valve qui s'ouvre pour des pressions supérieures à une valeur définie comme critique. De la sorte, tout incident grave peut être évité, mais les caractéristiques électriques de l'élément sont dégradées après ouverture de la valve, par suite d'une perte en électrolyte. Par conséquent, la plupart des chargeurs qui sont associés aux accumulateurs nickel-cadmium opèrent à des régimes de charge modérés (inférieur & 1 C) pour éviter les inconvénients précités et nécessitent alors des durées de recharge relativement importantes (au moins une heure). Or, les progrès réalisés dans la conception des accumulateurs nickel-cadmium étanches permettent la réalisation d'éléments pouvant être chargées à 90 % environ de la capacité nominale, et ceci en des temps aussi brefs qu'une minute. L'invention a donc pour objet un chargeur permettant des recharges en des temps aussi brefs que ceux indiqués plus hauts, l'accumulateur étant protégé des incidents dts à une surpression excessive, en prévoyant un dispositif de contrtle de fin de charge réagissant très rapidement. On connaft des dispositifs de contrôle de l'état de la charge d'accumulateurs ou- de batteries d'accumulateurs, ainsi que des dispositifs d'interruption de la charge par mesuré de la tension de charge de l'accumulateur et de ses variations au cours du temps, en comparaison avec une valeur de référence. Ainsi, l'exposé français FR 2 402 962 décrit un dispositif faisant appel à un signal de combinaison afin de déterminer le niveau de la charge de l'accumulateur. Ce signal de combinaison est réalisé à partir d'un signal de tension de l'accumulateur, mesurant l'accroissement de la tension de façon continue et d'un signal d'allure, mesurant la variation de tension au cours du temps. Une valeur de référence est conservée comme paramètre de comparaison. L'exposé GB 1 371 047 décrit un procédé dans lequel on mesure l'accroissement de la tension de charge de l'accumulateur à des intervalles de temps déterminés. La longueur de ces intervalles est fonction de la diminution de la valeur de la tension et le rapport entre la longueur de différents intervalles consécutifs est ensuite utilisée et comparée & une mesure prédéterminée pour décider ou non de l'interruption de la charge. t'exposé DE 2 948 251 décrit un dispositif permettant d'effectuer la mesure de la charge d'accumulateur et sa surveillance par la mise en oeuvre d'un paramètre proportionnel & la tension de l'accumulateur et se traduisant par une fréquence. Ce paramètre est exprimé par une fonction f proportionnelle à eU, u étant une tension. Il est d'ailleurs signalé dans le texte qu'il serait inapproprié d'utiliser la tension comme critère de détermination de fin de charge, dans la mesure où d'autres paramètres peuvent interférer. Enfin, l'exposé AT 297 156 divulgue un dispositif de contrtle et d'arrêt automatique de la charge d'un accumulateur mettant en oeuvre des mesures de charge A intervalles réguliers prédéterminés, puis la comparaison de la valeur lue & une valeur de référence inscrite dans un appareil comparateur. Tous les dispositifs décrits ci-dessus ne sont pas de nature à résoudre avec exactitude les problèmes posés par la charge ultra-rapide et sont relativement compliqués. Faisant appel å une solution technique différente, le chargeur selon l'invention résoud élégamment et de façon très simple le problème de la charge ultra-rapide. On prend en compte le fait que, par exemple pour certains accumulateurs nickel-cadmium performants, la tension de l'élément en charge en fonction du temps passe par un maximum, ceci en particulier pour des régimes de charges allant jusqu'à 10 C et pour une charge à courant constant. Le chargeur selon l'invention, qui comprend des moyens de mesure de la tension de charge U de l'accumulateur, comprend également des moyens de mesure de.la dérivée par rapport au temps U' = dU de la tension dt de charge de l'accumulateur. L'alimentation électrique de l'accumulateur est interrompue lorsque simultanément les deux conditions suivantes sont réalisées - la tension de charge U est supérieure à une valeur-seuil Us déterminée à l'avance et fonction de la tension nominale de l'accumulateur Un, - la dérivée de la tension de charge U' tombe sous une valeur résiduelle s voisine de zéro. L'utilisation de ces paramètres techniques permet la détection de fin de charge sans inertie et, en outre, la réalisation de chargeurs bon marché. Pour alléger l'exposé, on a désigné par l'expression "tension de charge de l'accumulateur" la tension régnant aux bornes de l'accumulateur au moment de la mesure. La tension nominale de l'accumulateur correspond & la tension de l'accumulateur lorsque celuici est chargé. Cette valeur est notablement inférieure au maximum de charge indiqué plus haut. Par exemple, selon le mode de charge, le maximum peut être de 1,45 à 1,7 V pour un élément de charge nominale égale à 1,2 V. Le titre en lui-même, à savoir "chargeur ultrarapide", contient une des caractéristiques de l'invention, car la charge intervient, à la différence de ce qui est connu, en des temps se comptant en minutes seulement. La charge de l'accumulateur est conduite sous de forts régimes de charge pouvant aller jusqu'à 10 C. La première condition relative à la tension de charge U a pour objet d'éviter une coupure de charge intempestive, due à des paliers "parasites". Ainsi, dans le domaine proche d'une demi-charge, on constate fréquemment que la courbe U = f(t), c'est- & dire la courbe illustrant la tension de charge en fonction du temps, montre un palier proche de l'horizontale. En fixant une valêur-seuil Us suffisamment haut, on évite ainsi d'interrompre la charge prématurément. En fin de charge, la courbe U = f(t) atteint un maximum avant de redescendre Si on n'interrompt pas la charge. La deuxième condition concernant la dérivée de la tension U' et la valeur résiduelle E, a pour objet d'interrompre la charge sans inertie dès que le maximum indiqué ci-dessus est atteint. Experimentalement, on fixe la valeur-seuil Us entre 100 ~' et 160 4 de la valeur de tension nominale Un de l'accumulateur et, expérimentalement également. la valeur résiduelle e est inférieure à 0,2 mV par seconde. A titre d'exemple, pour un accumulateur dont la tension nominale Un est de 1,2 V, on pourra choisir la valeur-seuil Us à 1,55 V et la valeur résiduelle s à 0,1 mV par seconde. Les mesures de la tension de charge U et de sa dérivée U' peuvent entre réalisées de façon simple par des moyens électriques ou électroniques. En particulier, la dérivée de la tension de charge U' peut Entre générée par un circuit comprenant par exemple un amplificateur opérationnel branché sur sa borne négative au travers d'un condensateur et dont la contre-réaction sur la borne négative inclut au moins deux résistances, la borne positive étant reliée à la masse. Le circuit générant la dérivée U' n'est activé, ou la sortie de ce circuit n'est prise en compte que si la valeur U de la tension de charge dépasse la valeurseuil Us. Ceci garantit que les deux conditions U > Us et U' REVENDICATION 1. Chargeur ultra-rapide pour accumulateurs électriques comprenant des moyens de mesure de la tension de charge U aux bornes de l'accumulateur, caractérisé en ce qu'il comprend également des moyens de mesure de la dérivée par rapport au temps U' = dU/dt de la tension dc charge de l'accumulateur et des moyens interrompant l'alimentation électrique de l'accumulateur lorsque simultanément les deux conditions suivantes sont rtalisées - la tension de charge U est supérieure à une valeur seuil Us déterminée & l'avance et fonction de la tension, nominale de l'accumulateur Un - la dérivée de la tension de charge U' tombe sous une valeur résiduelle @ voisine de zéro. 2. Chargeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur-seuil US est comprise entre 100 et 160 % de la valeur de tension nominale Un de 'accumulateur. 3. Chargeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur résiduelle E est inférieure A 0,2 mV/s. 4. Chargeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la dérivée de la tension de charge U' est générée par un circuit comprenant un amplificateur opérationnel branché sur sa borne négative au travers d'un condensateur et dont la contre-réaction sur la borne négative inclut au moins deux résistances, la borne positive étant reliée à la masse.