Brevet FR2684249A1 — publié le 19930528

- Module contrôleur d'alimentation pour ensemble de contrôle de batterie d'un appareil et batterie équipée d'un tel module. L'invention concerne un module contrôleur d'alimentation pour ensemble de contrôle de batterie d'un appareil susceptible d'être ainsi alimenté, ainsi que les batteries équipées de tels modules, en particulier celles de type lithium. L'alimentation en énergie de nombreux appareils électriques, notamment autonomes et/ou portables, est susceptible d'être réalisée par des batteries dont les constituants chimiques sont différents, mais qui sont agencées pour se loger dans les mêmes réceptacles des appareils à alimenter, de manière à être pratiquement interchangeables. Ces batteries bien qu'interchangeables ne possèdent pas exactement les mêmes caractéristiques électriques en particulier en matière de charge et de décharge. Or,il est bien connu d'assurer une surveillance d'une alimentation assurée par batterie à l'aide d'un ensemble de contrôle comprenant un appareillage et/ou un circuit permettant au minimum de mesurer au moins l'un des paramètres de la batterie, telle que la tension à ses bornes et/ou éventuellement d'assurer le contrôle de sa recharge et/ou de sa mise hors service, lorsque cela est nécessaire. Un tel ensemble de contrôle n'est généralement pas apte à reconnaître les caractéristiques du type de batterie auquel il est relié. Or une alimentation insuffisamment performante peut présenter de graves inconvénients pour l'utilisateur, en particulier si elle conduit à un fonctionnement incorrect et/ou sporadique de l'appareillage ou de son ensemble de contrôle; de plus, dans certains cas, une détérioration de la batterie est susceptible d'en résulter. L'invention propose donc un module contrôleur d'alimentation destiné à un ensemble de contrôle de batterie d'un appareil, ce module étant préférablement associé de manière permanente à une batterie, que celle-ci soit en exploitation ou non, pour l'alimentation de l'appareil et des autres éléments constitutifs de l'ensemble de contrôle qu'elle est susceptible d'alimenter. Selon une caractéristique de l'invention, ce module contrôleur comporte un circuit détecteur, associé à un circuit interrupteur placé dans la boucle d'alimentation de l'appareil par la batterie, ce circuit détecteur comporte un shunt inséré dans la boucle d'alimentation de l'appareil entre la batterie et le circuit interrupteur et ce shunt est relié par ses bornes aux entrées d'un premier amplificateur opérationnel, qui est monté en comparateur et exploité en détecteur de courant, pour ne fournir un courant de sortie qu'en présence dans le shunt d'un courant d'utilisation de batterie, supérieur à une première valeur prédéterminée. Selon une autre caractéristique de l'invention, un second amplificateur opérationnel est monté en comparateur et exploité en détecteur de courant, les entrées de ce second amplificateur opérationnel étant reliées d'une part aux bornes du shunt, d'autre part, via ce shunt, aux bornes d'une diode placée en série avec une résistance de calibrage dans une branche parallèle au circuit interrupteur, pour ne fournir un courant de sortie qu'en présence soit dans le shunt d'un courant de charge rapide de batterie qui traverse le circuit interrupteur et qui est supérieur à une seconde valeur prédéterminée, soit aux bornes de la diode d'une tension correspondant à une valeur de courant de charge d'entretien, via la diode, qui est supérieure à une troisième valeur prédéterminée, 2 - 3 - elle-même très inférieure à la seconde valeur prédéterminée. L'invention, ses caractéristiques et ses avantages sont précisés dans la description qui suit, en liaison avec la figure définie ci-dessous. Cette figure unique présente un schéma d'une alimentation par batterie pour appareil électrique comportant un module contrôleur d'alimentation, selon l'invention. Ce module contrôleur d'alimentation est destiné à être associé à une batterie 1 composée d'au moins un et le plus souvent de plusieurs éléments accumulateurs, ici référencés la, lb,, ln. Cette batterie 1 est destinée à alimenter un appareil électrique 2, supervisé par un ensemble de contrôle, organisé par exemple autour d'un microprocesseur de manière classique non détaillée ici, cet ensemble de contrôle est susceptible de comporter divers modules spécialisés, référencés en tant que sous-ensemble 3 et non développés ici car sans rapport direct avec l'invention, ainsi qu'un module contrôleur d'alimentation objet de l'invention. Le module contrôleur d'alimentation de batterie est ici composé d'un circuit interrupteur 4, d'un circuit détecteur 5 et d'un circuit logique d'interface 6 reliant le circuit détecteur au circuit interrupteur et à l'ensemble de contrôle. La batterie 1 comporte deux bornes d'extrémité Gl et G 2, l'une positive et l'autre négative, par l'intermédiaire desquelles elle est susceptible d'alimenter, d'une part, l'appareil 2, d'autre part, les circuits 4, 5, 6 et au moins une partie des modules de l'ensemble de contrôle. Elle est éventuellement rechargeable par l'intermédiaire d'un chargeur O qui assure par exemple une recharge individuelle rapide des éléments accumulateurs la à ln. 4 - Le chargeur O et l'appareil électrique 2 ne seront pas détaillés dans la mesure o ils appartiennent à des catégories de matériels bien connus de l'homme de métier et o leur structures internes respectives n'ont pas de rapport direct avec l'invention. Le circuit interrupteur 4 est un classique montage électronique qui s'insère en série dans la boucle d'alimentation de l'appareil 2 par la batterie 1, soit ici entre la borne G 2 de batterie et une borne G 3 d'alimentation, l'alimentation de l'appareil et la charge de la batterie par le chargeur s'effectuant en fait entre bornes GI et G 3 Ce circuit interrupteur 4 comporte au moins une et ici deux entrées de commande El et E 2, dont les actions respectives entraînent l'interruption d'une liaison conductrice interne autrement établie entre les bornes G 2 et G 3. Dans une forme préférée de réalisation, le circuit interrupteur 4 est prévu pour être physiquement associé à la batterie, avec les circuits 5 et 6, par exemple en un module incorporé dans le conditionnement individuel habillant un élément accumulateur destiné à être utilisé seul ou dans le conditionnement commun à l'ensemble des éléments accumulateurs d'une batterie. Le circuit détecteur 5 est organisé autour de deux amplificateurs opérationnels 7, 8 et d'un shunt 9. Le shunt 9 est monté en série entre le circuit interrupteur 4 et la borne de batterie G 2, il est parcouru par le courant provenant de cette batterie, lorsque la liaison conductrice interne du circuit interrupteur est passante. Les amplificateurs opérationnels sont similairement montés en comparateurs et respectivement destinés à agir l'un en cas d'utilisation de la batterie en source d'alimentation et l'autre en cas de charge, rapide ou d'entretien, de batterie; l'appareil n'est alors pas susceptible d'être alimenté. L'amplificateur opérationnel 7 est relié aux bornes du shunt 9, via deux résistances 10 et il respectivement reliées l'une à son entrée inverseuse et l'autre à son entrée non-inverseuse. Une forte résistance de régulation 13 relie également l'entrée inverseuse de cet amplificateur opérationnel 7 à la borne positive Gl, elle coopère avec la résistance 10 pour la fixation par cette dernière du seuil de basculement du montage comparateur, en phase d'utilisation de l'appareil 2. L'amplificateur 8 est actif en cas de charge, il possède une entrée inverseuse qui est reliée par une résistance 14 à la borne G 2, et une entrée non-inverseuse qui est reliée par une résistance 15 au point commun aux résistances 16, 17 d'un pont diviseur relié par une extrémité et via la résistance 16 à la borne Gl et par l'autre extrémité, à la borne G 3, via la résistance 17 et une résistance de calibrage 18 en série, la résistance 17 coopère avec la résistance pour la fixation du seuil de basculement du montage comparateur correspondant en phase de charge rapide. Une diode 19, éventuellement électroluminescente, est insérée en série avec la résistance 18 en une branche parallèle au circuit interrupteur 4, elle est reliée d'une part par sa cathode à la borne G 2, via le shunt 9, de même que les entrées d'alimentation négative des amplificateurs 7, 8 et de l'ensemble de contrôle 3, et d'autre part par son anode à la borne G 3, via la résistance 18. Elle permet à l'amplificateur opérationnel 8 de détecter la présence d'un courant de charge d'entretien insuffisant pour être détecté au niveau du shunt 9, vu sa relativement faible intensité vis à vis des courants de charge rapide et de décharge. - 6 - Le circuit d'interface 6 est relié aux sorties des amplificateurs opérationnels 7 et 8. Le signal de sortie de l'amplificateur opérationnel 7 est appliqué à une première entrée de deux portes 21 et 22, de type NAND, via un inverseur 23, alors que celui fourni par l'amplificateur opérationnel 8 est appliqué à une première entrée de deux portes 24 et 25 de type NAND, via un inverseur 29 pour la porte 24. Une seconde entrée de chacune des portes 22 et 24 reçoit un signal en provenance de l'ensemble de contrôle 3, via respectivement une borne référencée G 5 pour la porte 22 et une borne G 4 pour la porte 24, qui est par ailleurs reliée à la borne Gl par une forte résistance 27. Une porte 26, de type NAND, complète ce montage de portes, elle est reliée par une première entrée à la sortie de la porte 22 et par une seconde entrée en sortie de la porte 25, cette dernière ayant elle-même sa seconde entrée reliée en sortie de la porte 26 selon un montage classique. La porte 23 permet d'alimenter par l'intermédiaire des portes 21, 30 en série et soit directement, soit via le montage à portes 22, 25, 26, les éléments constitutifs non représentés de l'ensemble de contrôle 3, qui sont actifs en phase d'utilisation de la batterie pour l'alimentation de l'appareil. Cette porte 23 contrôle aussi l'établissement de la liaison conductrice interne du circuit interrupteur 4 entre bornes G 2 et G 3, via une entrée de commande El de ce circuit et suivant les niveaux respectifs du signal de sortie de l'amplificateur 7 et du signal correspondant fourni à la porte 22 du montage à portes 22, 25, 26 par l'ensemble de contrôle 3, via une borne référencée G 4. 7 - La porte 29 permet d'alimenter les éléments constitutifs non représentés de l'ensemble de contrôle 3, qui sont actifs en phase de charge de la batterie. Cette porte 29 contrôle aussi le montage de commande 28 du circuit interrupteur 4, en liaison avec la porte 24, elle agit ainsi sur l'entrée E 2 de ce circuit de sorte que la liaison conductrice interne de ce dernier soit établie passante, si la batterie est indiquée en charge rapide, et soit interrompue, si c'est une indication de charge d'entretien qui est obtenue. Le montage de commande 28 est par exemple organisé autour d'un multivibrateur non représenté. Lorsque la batterie 1 équipée du module contrôleur d'alimentation est laissée seule, par exemple en stockage, sans être connectée ni à un appareil 2 et à la logique de contrôle associée, ni à un chargeur O, la liaison conductrice interne du circuit interrupteur 4 est interrompue et la seule consommation effective est pratiquement celle des amplificateurs opérationnels 7 et 8 et des résistances associées à eux. Cette consommation est négligeable si les amplificateurs sont exploités en comparateurs et ont une très faible consommation unitaire en raison de leur technologie, par exemple de type C-MOS. Si la batterie 1 est en phase de charge rapide, un fort courant traverse le shunt 9 et agit sur l'amplificateur opérationnel 8, les éléments constitutifs, actifs en phase de charge, des modules du sous-ensemble de commande 3 sont alimentés et le circuit interrupteur 4 est alors passant. Si la batterie 1 est en phase de charge d'entretien, c'est la tension aux bornes de la diode 19 qui est prise en compte par l'amplificateur opérationnel 8, puisqu'il n' y a pas un courant suffisant au travers du shunt 9 et que pour cette raison le circuit interrupteur 4 est commandé non passant. 8 - En phase d'utilisation de la batterie 1 pour l'alimentation de l'appareil 2, l'amplificateur opérationnel 7 alimente les éléments constitutifs, actifs en phase d'utilisation, du sous-ensemble de commande 3 sont alimentés et maintient passant le circuit interrupteur 4, en l'absence de défaut, tel qu'une surintensité ou un e décharge profonde, en cours de décharge de la batterie, ce défaut étant alors indiqué au circuit 6, via la borne G 5. Dans la mesure o au moins le circuit détecteur 5 d'un module contrôleur d'alimentation est associé de manière permanente à une batterie d'un type donné en étant, par exemple, incorporé dans le conditionnement habillant cette batterie, avec éventuellement les deux autres circuits, il n' y a pas de difficulté à toujours disposer d'un module qui, spécifiquement adapté aux caractéristiques spécifiques de ce type de batterie, est susceptible d'attaquer dans des conditions standardisées, pour différents types de batterie interchangeables, les éléments constitutifs restants d'un ensemble de contrôle de batterie. 9 - REVENDICATIONS l/ Module contrôleur d'alimentation, pour ensemble de contrôle d'une batterie d'alimentation ( 1) d'un appareil ( 2) caractérisé en ce qu'il comporte un circuit détecteur ( 5), associé à un circuit interrupteur ( 4) placé dans la boucle d'alimentation de l'appareil par la batterie, en ce que ce circuit détecteur comporte un shunt ( 9) inséré dans la boucle d'alimentation de l'appareil entre la batterie et le circuit interrupteur, ce shunt étant relié par ses bornes aux entrées (+,-) d'un premier amplificateur opérationnel ( 7), qui est monté en comparateur pour consommer peu et exploité en détecteur de courant pour ne fournir un courant de sortie qu'en présence dans le shunt d'un courant d'utilisation de batterie, supérieur à une première valeur prédéterminée. 2/ Module contrôleur d'alimentation, pour ensemble de contrôle d'une batterie d'alimentation ( 1) d'un appareil ( 2) caractérisé en ce qu'il comporte un circuit détecteur ( 5), associé à un circuit interrupteur ( 4) placé dans la boucle d'alimentation de l'appareil par la batterie, en ce que ce circuit détecteur comporte un shunt ( 9) inséré dans la boucle d'alimentation de l'appareil entre la batterie et le circuit interrupteur, ainsi qu'un second amplificateur opérationnel ( 8), monté en comparateur pour consommer peu et exploité en détecteur de courant, dont les entrées (+,-) sont reliées d'une part aux bornes du shunt, d'autre part, via ce shunt, aux bornes d'une diode ( 19) placée en série avec une résistance de calibrage ( 18) dans une branche parallèle au circuit interrupteur, pour ne fournir un courant de sortie qu'en présence soit dans le shunt d'un courant de charge rapide de batterie qui traverse le circuit interrupteur et qui est supérieur à une seconde valeur prédéterminée, soit aux bornes de la diode d'une - tension correspondant à une valeur de courant de charge d'entretien, via la diode, qui est supérieure à une troisième valeur prédéterminée, elle-même très inférieure à la seconde valeur prédéterminée. 3/ Module contrôleur d'alimentation, selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte un premier et un second amplificateurs opérationnels ( 7,8) dont les entrées (+,-) sont reliées au même shunt ( 9) et qui dont respectivement actifs le premier lors d'une utilisation de la batterie et l'autre lors d'une charge de batterie. 4/ Module contrôleur d'alimentation, selon au moins l'une des revendications 1 et 3, caractérisé en ce qu'il comporte un premier amplificateur opérationnel ( 7) dont la sortie alimente les éléments constitutifs des autres modules de l'ensemble de commande, qui sont destinés à être alimentés à partir la batterie en phase d'utilisation de cette batterie en tant que source. / Module contrôleur d'alimentation, selon au moins l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce qu'il comporte un second amplificateur opérationnel ( 8) dont la sortie alimente les éléments constitutifs des autres modules de l'ensemble de commande, qui sont destinés à être alimentés à partir la batterie en phase de charge de cette dernière. 6/ Module contrôleur d'alimentation, selon les revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit logique d'interface ( 6) inséré entre les deux amplificateurs opérationnels ( 7,8) de son circuit détecteur ( 5), le circuit interrupteur ( 4) et un sous-ensemble ( 3) formé par les autres modules de l'ensemble de commande, ce circuit logique contrôlant l'alimentation des modules du sous-ensemble, actifs au cours des phases de charge et en cours d'utilisation de la batterie, à partir de la batterie et via ces il 2684249 amplificateurs opérationnels ( 7, 8), ainsi que la commande du circuit interrupteur ( 4). 7/ Module contrôleur d'alimentation pour batterie légère, selon au moins l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un circuit détecteur ( 5) et éventuellement un circuit interrupteur ( 4) et/ou un circuit logique d'interface ( 6) physiquement incorporé(s) dans un conditionnement d'un élément accumulateur destiné à être utilisé seul, ou de l'ensemble des éléments accumulateurs, d'une batterie. 8/ Batterie d'accumulateur, caractérisée en ce qu'elle inclut un module contrôleur d'alimentation, selon l'une des revendications 1 à 6, dans le conditionnement qui l'habille elle-même.