Brevet FR2696044A1 — publié le 19940325

La présente invention concerne une alimentation électrique pour un appareil électrique et plus particulièrement, mais sans que cela soit exclusif, pour un radio-téléphone portable tenu à la main, qu'on désigne ci-après par téléphone portable. Les téléphones portables, ainsi que d'autres appareils électriques portables fonctionnent avec une alimentation interne, amovible, se présentant généralement sous la forme d'une batterie d'accumulateurs rechargeables En général, la batterie d'accumulateurs peut comprendre six éléments au nickel- cadmium (Ni Cd). On effectue continuellement des travaux pour développer de nouveaux éléments pour des batteries d'accumulateurs, pour obtenir des alimentations plus petites, plus légères, plus efficaces et généralement plus universelles Des éléments qu'on a récemment mis au point utilisent un électrolyte en polymère On désigne un tel élément par l'appellation "élément à corps solide en lithium" (CSL). Les éléments CSL ont généralement une structure en couches, comprenant une électrode métallique en lithium, un électrolyte en polymère, un collecteur en carbone et une électrode métallique, par exemple, en clinquant d'aluminium ou de nickel Cette structure en couches a généralement une épaisseur inférieure à 1 mm Pour fournir la tension de sortie requise, on peut empiler et interconnecter de manière appropriée un certain nombre des structures en couches, sous la forme de feuilles rectangulaires On décrit des éléments CSL dans Electronics Times, Power Special Report, 16 juillet 1992, pages 21-22 Les éléments CSL ont l'avantage d'être légers, petits et rechargeables de temps en temps et, comme ils ont la forme de structures laminées très fines, peuvent être réalisés dans virtuellement n'importe quelle forme. Malgré ces avantages, un inconvénient est que leur tension de sortie est proportionnelle à la 2 2696044 charge restante, c'est-à-dire qu'ils présentent une chute de tension sensible pendant l'utilisation, ce qui ne permet pas leur emploi de manière appropriée dans les appareils électriques portables Par exemple, une batterie à deux éléments a une sortie de l'ordre de 6,3 V à pleine charge et de 3,8 v après décharge, mais entre ces points, la sortie chute sensiblement dans le temps comme cela est représenté en figure l A Le régime de décharge est généralement linéaire, la régime exact étant fonction de la charge reliée à la batterie Cela est contraire à une batterie Ni Cd classique qui présente une chute initiale brutale de la tension, avec ensuite une tension de sortie sensiblement plus constante jusqu'à ce qu'il y ait, en décharge, une nouvelle chute brutale de la tension de sortie. Pour surmonter le problème présenté par les batteries CSL, un système de transformation courant continu-courant continu (CC/CC) peut être prévu dans l'appareil électrique pour fournir une tension de sortie stable avant sa fourniture au circuit électronique de l'appareil La figure l B montre comment la tension de sortie d'une batterie CSL peut être stabilisée en fonction du temps en prévoyant un tel système de transformation CC/CC Cependant, cela soulève le problème des interférences électromagnétiques, c'est-à- dire du rayonnement électromagnétique émis par le convertisseur CC/CC qui "perturbe" les autres circuits de l'appareil, par exemple la section à haute fréquence (HF) du circuit électronique d'un téléphone. De plus, la présence dans l'appareil d'un convertisseur CC/CC constitue un coût supplémentaire lorsqu'il peut ne pas être nécessaire, par exemple, dans le cas o l'appareil peut aussi utiliser une batterie Ni Cd classique comme alimentation Cela signifie aussi qu'on ne peut utiliser une batterie CSL dans un "viel appareil" qui ne comporte pas un convertisseur CC/CC. Selon la présente invention, on fournit un bloc de batterie d'accumulateurs pour couplage à un 3 2696044 appareil électrique afin de lui fournir du courant, le bloc de la batterie comportant un logement enfermant une multitude d'éléments qui fournissent le courant pour l'appareil électronique renfermé intérieurement, et un moyen relié aux éléments pour maintenir une tension de sortie sensiblement uniforme alors que l'état de charge des éléments diminue, le moyen maintenant la tension étant présent à l'intérieur du logement. Cet agencement présente l'avantage que, en plaçant le moyen stabilisant la tension dans le bloc de la batterie d'accumulateurs, celle-ci fournira elle-même une tension constante même lors de l'utilisation des éléments CSL La batterie peut aussi avoir l'avantage des éléments CSL, par exemple être légère, plus compacte, et prendre virtuellement n'importe quelle forme Ainsi, un bloc de batterie d'accumulateurs peut être facilement fabriqué suivant la même forme qu'un bloc de batterie existant pour un appareil connu afin de permettre son montage dans un appareil pré-existant. Le moyen stabilisant la tension peut être prévu à l'intérieur d'un écran conducteur de l'électricité, disposé sur le logement de la batterie. Cela présente l'avantage que, comme le moyen stabilisant la tension est situé à une certaine distance des autres circuits de l'appareil (c'est-à-dire dans le bloc de la batterie d'accumulateurs), et comme on a prévu un écran conducteur de l'électricité, l'effet des interférences électromagnétiques à l'intérieur de l'appareil est réduit, voire éliminé. On décrira maintenant un mode de réalisation de l'invention, à titre d'exemple seulement, en liaison avec les dessins annexés, dans lesquels: Les figures l A et l B sont des courbes, données à titre d'illustration, de la tension de sortie d'un bloc de batterie d'accumulateurs à corps solide en lithium en fonction du temps en l'absence et en présence d'un ensemble de conversion CC/CC, respectivement; 4 2696044 La figure 2 est un croquis illustrant l'intérieur d'un bloc de batterie d'accumulateurs selon l'invention; La figure 3 est une représentation schématique de la batterie de la figure 1, illustrant ses connexions à un appareil téléphonique; La figure 4 est une représentation schématique d'un second mode de réalisation de la présente invention; La figure 5 est une représentation schématique d'un troisième mode de réalisation de la présente invention; et La figure 6 est une représentation schématique pour la fourniture d'une tension de commande au bloc de batterie d'accumulateurs afin de commander sa tension de sortie. Dans ce qui suit, on fera une description d'un mode de réalisation de la présente invention dans le cas de son emploi avec un radio-téléphone portable connu. Un bloc de batterie d'accumulateurs 4 selon la présente invention comporte un certain nombre d'éléments CSL, 1, et un convertisseur CC/CC 2 Comme on l'a discuté ci-dessus, un convertisseur CC/CC 2 maintient une tension sensiblement uniforme à la sortie des éléments 1 alors que l'état de charge de ceux-ci diminue De préférence, les éléments 1 et le convertisseur CC/CC sont disposés dans un logement 3 - représenté par les lignes en tirets dans la figure 2 - afin de former un bloc 4 de batterie d'accumulateurs ayant la forme requise Dans l'exemple représenté en figure 2, le bloc 4 a une forme sensiblement rectangulaire Le bloc 4 peut être formé pour ressembler à un bloc de batterie d'accumulateurs connu, classique, afin de permettre son montage dans un appareil déjà existant Les éléments 1 sont disposés dans un empilage, par exemple, de 3 ensembles d'éléments CSL, chaque ensemble d'éléments comprenant un empilage de trois à 2696044 cinq des feuilles rectangulaires qu'on a décrites dans les paragraphes ci-dessus,les ensembles étant reliés en série Les ensembles CSL des jeux seront connectés en parallèle Le convertisseur CC/CC 2 est situé dans le voisinage des éléments CSL à l'une des extrémités comme cela est représenté en figure 2 En général, le convertisseur CC/CC aura 40 mm x 10 mm x 5 mm de dimensions et l'empilage des éléments 1,40 mm x 50 mm x mm. Les convertisseurs CC/CC sont bien connus en soi Les convertisseurs CC/CC sont en effet des transformateurs haute fréquence qui emploient, par exemple, des transistors pour élever la tension de sortie d'une source de tension, o la tension de sortie diminue ou varie dans le temps pour fournir une tension de sortie stable, quelle que soit la tension réelle de sortie fournie par la source de tension Le convertisseur CC/CC 2 peut être relié aux éléments 1 selon n'importe quelle manière connue du technicien. Les éléments 1, et le convertisseur CC/CC 2, sont munis d'un écran 5 pour réduire les interférences électromagnétiques Cette protection est assurée sous la forme d'un revêtement conducteur de l'électricité qui est appliqué à la surface interne du logement de la batterie. L'écran 5 peut être prévu sur l'ensemble du bloc de batterie d'accumulateurs 4, avec une protection supplémentaire 6 à la limite entre le convertisseur CC/CC 2 et les éléments 1 pour fournir une protection séparée tant pour le convertisseur 2 que pour les éléments 1 En variante, une protection partielle peut être fournie afin de protéger le seul convertisseur CC 2. Dans son emploi avec un radio- téléphone portable 9, l'ensemble du bloc de batterie d'accumulateurs 4 comporte deux bornes de sortie 7 pour connexion à des entrées respectives 8 du téléphone 9 afin de fournir un courant au circuit électronique 6 2696044 classique de ce dernier, dont un processeur (non représenté) servant au fonctionnement du téléphone, et remplissant les diverses fonctions. Dans le second mode de réalisation de l'invention représenté en figure 4, le bloc 4 peut comporter deux ensembles de bornes de sortie 10, 11, partageant une borne commune 13 La première paire de sorties 10 fournit du courant directement à partir des éléments CSL 1 et la seconde paire 11 via le convertisseur CC/CC 2. La tension de la première paire 10 sera plus élevée, mais moins stable que la tension de la seconde paire 11. La seconde paire 11 fournit une tension de sortie plus basse, mais plus stable, que la tension de la première paire 10, laquelle est de préférence appliquée aux parties du circuit électronique du téléphone nécessitant un courant plus faible, par exemple la bande de base. Bien que la fourniture d'une sortie stable en courant soit préférable, la sortie en tension moins stable, mais plus élevée, de la première paire 10 peut convenir pour les parties du téléphone 9 nécessitant une tension plus haute, par exemple l'amplificateur de puissance. Comme cela est bien connu, le radio- téléphone portable 9 peut fonctionner, à certains moments, à une tension inférieure à celle d'autres instants Par exemple, lorsqu'un téléphone fonctionne dans le mode "attente", c'est-à-dire lorsque le téléphone n'est pas utilisé soit pour procéder à un appel soit pour en recevoir un, il faut une tension de fonctionnement plus faible que lorsque le téléphone est dans le mode "appel", c'est-à-dire lorsqu'il reçoit un appel ou procède à un appel. Dans un troisième mode de réalisation, représenté en figures 5 et 6, le convertisseur CC/CC 2 peut être à tension contrôlée de manière à fournir des 7 2696044 tensions de sortie différentes à la sortie du convertisseur 2 en fonction des bsoins du téléphone, par exemple en fonction du fait que le téléphone se trouve dans le mode "attente" ou dans le mode "appel". On choisit la tension de sortie appropriée en fournissant une tension de commande Vc au convertisseur CC/CC 2 à partir du téléphone sous la commande de son microprocesseur. La tension de commande Vc est fournie à un transistor à effet de champ 12 pour fournir une tension de sortie V qui peut passer à une valeur comprise entre 3 V et 5 V, par exemple, sous la commande de la tension de commande Vc comme cela est représenté en figure 6. Le drain du transistor à effet de champ 12 est relié via une résistance Rl au noeud commun de deux résistances montées en série R 2, R 3 La tension de commande Vc place le transistor 12 soit à l'état conducteur soit à l'état non conducteur, de sorte que la sortie appropriée de 3 V ou de 5 V est appliquée au convertisseur 2. Il apparaîtra au technicien d'après la description précédente que diverses modifications sont possibles dans le cadre de la présente invention Par exemple, on pourrait prévoir un régulateur linéaire en plus du convertisseur CC/CC Dans ce cas, des moyens peuvent être prévus pour commander le fait que le courant est fourni par l'intermédiaire du convertisseur CC/CC, ou du régulateur linéaire en fonction de ce qui est le plus efficace On utilise généralement des régulateurs linéaires lorsqu'il faut un courant de faible intensité et le convertisseur CC/CC dans le cas d'une puissance élevée. De plus, on peut prévoir un bloc de batterie d'accumulateurs qui non seulement fournit deux tensions différentes à des parties différentes du circuit électronique du téléphone, mais encore comporte un moyen pour faire passer la tension d'entrée du convertisseur CC/CC entre deux valeurs sélectionnées sous la commande 8 2696044 d'une tension de commande, c'est-à-dire un bloc de batterie d'accumulateurs ayant à la fois les caractéristiques des second et troisième modes de réalisation. Bien qu'on ait décrit un mode de réalisation de la présente invention en liaison avec une batterie conçue pour un radio-téléphone, on pourrait envisager un bloc de batterie d'accumulateurs, selon la présente invention, pour utilisation avec d'autres appareils électriques. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art. 9 2696044 REVEND ICATIONS l Bloc de batterie d'accumulateurs ( 4) pour couplage à un appareil électrique ( 9) pour lui fournir un courant, le bloc comprenant un logement ( 3) enfermant une multitude d'éléments ( 1) fournissant le courant à l'appareil électronique, et un moyen ( 2) relié aux éléments pour maintenir une tension sensiblement uniforme à leur sortie alors que l'état de la charge des éléments diminue, le moyen de maintien de la tension étant présent à l'intérieur du logement. 2 Bloc de batterie d'accumulateurs selon la revendication 1, dans lequel le bloc comporte un écran électriquement conducteur ( 5) autour de la quasi- totalité du moyen de maintien de la tension de manière à protéger les circuits externes contre les interférences électromagnétiques dues au moyen de maintien de la tension. 3 Bloc de batterie d'accumulateurs selon la revendication 1, dans lequel le bloc comporte un écran conducteur de l'électricité autour de la quasi- totalité des éléments et du moyen de maintien de la tension afin de protéger les circuits externes contre les interférences électromagnétiques dues au moyen de maintien de la tension. 4 Bloc de batterie d'accumulateurs selon la revendication 2 ou la revendication 3, dans lequel l'écran conducteur de l'électricité est disposé sur le logement ( 3). Bloc de batterie d'accumulateurs selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel un écran supplémentaire ( 6), conducteur de l'électricité, est prévu entre les éléments et le moyen de maintien de la tension. 6 Bloc de batterie d'accumulateurs selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un moyen pour fournir du courant directement à partir des éléments en plus de sa fourniture au moyen de maintien de la tension. 2696044 7 Bloc de batterie d'accumulateurs selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un moyen ( 12) pour fournir une tension sélectionnée prédéterminée à partir du moyen de maintien de la tension en réponse à l'appareil électronique, parmi plusieurs valeurs de la tension pouvant être sélectionnées en réponse à un signal de commande. 8 Bloc de batterie d'accumulateurs selon la revendication 7, dans lequel le moyen de fourniture du courant comprend une multitude d'éléments à électrolyte en polymère ( 1). 9 Bloc de batterie d'accumulateurs selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le moyen de maintien de la tension est un convertisseur courant continu/courant continu ( 2).