Brevet FR2733640A1 — publié le 19961031

CHARGEUR DE BATITERIE MODULAIRE La présente invention concerne un chargeur de batte- rie, notamment d'une batterie constituée de plusieurs éléments indépendants connectés en série. Pour charger une batterie constituée de plusieurs élé- ments connectés en série, la solution la moins coûteuse consiste à alimenter l'ensemble des éléments par un unique chargeur de forte puissance. Il en résulte que tous les éléments de la bat- terie sont traversés par un même courant. Cette solution est loin d'être optimale. En effet, les éléments d'une batterie ont généralement des caractéristiques différentes, comme par exemple la capacité, la résistance in- terne, la tension nominale... En conséquence, même si tous les éléments sont à un même état de charge au début d'une phase de charge, la dispersion des caractéristiques provoque que certains éléments atteindront un état de charge complète tandis que d'autres éléments seront à un état de charge intermédiaire. Ainsi, les éléments qui auront fini de se charger seront soumis à une surcharge en attendant que le dernier élément atteigne son état de charge complète. De telles surcharges des éléments peuvent réduire leur durée de vie. Une solution immédiate pour éviter cet inconvénient consiste à utiliser un chargeur "modulaire" qui comporte autant de chargeurs individuels de faible puissance que d'éléments de batterie. Cette solution nécessite la multiplication du nombre 5 de chargeurs et est particulièrement coûteuse, malgré le fait que les chargeurs sont de puissance réduite. En outre, la somme des puissances des chargeurs indi- viduels ne doit pas excéder la puissance disponible sur leur source d'alimentation commune, généralement le secteur. Ainsi,10 la puissance maximale de chacun des chargeurs doit être fixée, au plus, à la puissance disponible sur le secteur divisée par le nombre de chargeurs. Par conséquent, le temps total de la charge de la batterie est celui de l'élément qui met le plus longtemps à se charger à la puissance fixe de son chargeur. Un objet de la présente invention est de prévoir un chargeur modulaire de batterie particulièrement efficace tout en étant de faible coût. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un tel chargeur qui permette une réduction du temps total de charge. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un tel chargeur qui permette de réaliser une installation dans laquelle il est particulièrement aisé de remplacer un élément défectueux.25 Pour atteindre ces objets, la présente invention prévoit un chargeur à découpage d'une batterie constituée de plusieurs éléments connectés en série, comprenant un régulateur à découpage commun et des régulateurs à découpage individuels associés respectivement aux éléments et couplés au régulateur commun par des enroulements secondaires respectifs. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le régulateur commun comprend un enroulement primaire commun à tous les enroulements secondaires. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les régulations des régulateurs individuels sont indépendantes les unes des autres et de celle du régulateur commun qui est effectuée en courant. Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'enroulement secondaire de chaque élément est enroulé sur un tore magnétique, l'enroulement primaire étant formé d'au moins un conducteur qui traverse tous les tores. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les tores sont constitués de deux moitiés dont l'une est amovible. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les régulateurs individuels sont fixés sur les éléments. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention apparaîtront en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers, faite à titre non-limitatif à l'aide des figures jointes, parmi les- quelles: la figure 1 représente schématiquement un premier mode de réalisation de chargeur modulaire selon la présente inven- tion; la figure 2 représente schématiquement un deuxième mode de réalisation de chargeur modulaire selon la présente invention; et la figure 3 représente une vue en perspective schéma- tique d'une installation à chargeur modulaire selon l'invention. La figure 1 représente plusieurs éléments de batterie connectés en série. Chacun de ces éléments 10 est associé à un chargeur individuel 12, qui n'est autre qu'un régulateur à découpage. Selon l'invention, les régulateurs à découpage 12 sont des régulateurs fonctionnant à basse tension et alimentés à partir d'un régulateur à découpage commun 14 fonctionnant à haute tension, comme par exemple la tension du secteur VA. Dans le mode de réalisation de la figure 1, le régula- teur commun 14 alimente un enroulement primaire 16 qui est couplé à des enroulements secondaires 18 associés respectivement aux régulateurs individuels 12. Le régulateur commun 14 est prévu pour fournir à l'enroulement primaire 16 la puissance maximale disponible sur le secteur. Pour cela, il régule son courant d'entrée à une valeur constante légèrement inférieure au courant maximal que l'on peut soutirer du secteur. Si cette puissance maximale n'est pas consommée par l'ensemble des régulateurs individuels 12, le régulateur commun 14 agit naturellement en augmentant la tension aux bornes de l'enroulement primaire 16 de manière à tenter de compenser la diminution du courant d'entrée. La tension au pri- maire 16 n'exèdera toutefois pas la tension crête du secteur. Les régulateurs individuels 12 agissent indépendamment les uns des autres et chacun applique un "programme" de charge de l'élément 10 qui lui est associé. Un tel programme est clas- siquement, pour des batteries au plomb, une charge en trois phases, dite de type I-U-I. Lors de la première phase, on four- nit à l'élément autant de courant que possible. Lorsque la tension de l'élément atteint pratiquement sa tension nominale, la tension de charge est fixée, ce qui entraîne normalement une diminution progressive du courant de charge. Lorsque le courant atteint une valeur limite inférieure, 1 'élément est chargé sous un courant constant faible jusqu'au moment o la batterie est utilisée. Il y a autant de régulateurs individuels 12 que d'élé- ments de batterie 10 à charger, mais chacun des régulateurs 12 est un régulateur de faible puissance fonctionnant à basse ten- sion, qui peut donc être réalisé à faible prix dans un faible encombrement. Par contre, il y a un seul régulateur 14 de forte puissance fonctionnant à haute tension. Il est nettement moins coûteux de réaliser un tel régulateur que plusieurs régulateurs de moindre puissance fonctionnant à haute tension. La puissance disponible au primaire 16 est transmis- sible à tout instant, par couplage, à chacun des régulateurs individuels 12. Il en résulte que la puissance du primaire 16 est répartie entre les régulateurs 12 selon leur demande et qu'elle s'établit à la somme des puissances demandées par les régulateurs 12. Lorsque les éléments 10 sont entièrement déchargés, chaque régulateur individuel 12 demande une puissance maximale. Le primaire 16 reçoit alors la puissance disponible sur le sec-10 teur et répartit celle-ci régulièrement entre les régulateurs 12. Lorsque certains régulateurs 12 demandent une puis- sance décroissante, parce que leurs éléments atteignent un état de charge avancé, les régulateurs 12 qui demandent encore une puissance maximale voient leur puissance augmenter, de manière que la somme des puissances demandées soit égale à la puissance maximale diponible au primaire 16. Ceci augmente la vitesse de charge des éléments qui mettent le plus de temps à se charger, cette vitesse croissant au fur et à mesure que les éléments 1020 atteignent un état de charge avancé. A l'aide de cette configuration, on obtient donc une distribution de puissance optimale, c'est-à-dire permettant la charge la plus rapide possible de tous les éléments de la bat- terie, à partir de la puissance du secteur. La figure 2 représente un deuxième mode de réalisation de chargeur modulaire selon l'invention. Des mêmes éléments qu'à la figure 1 sont désignés par des mêmes références. Les enroule- ments secondaires 18 des régulateurs 12, au lieu d'être alimen- tés par un enroulement primaire commun 16, sont alimentés par des enroulements primaires individuels 16' reliés en parallèle au régulateur commun 14. Selon une variante, les enroulements primaires 16' (ou l'enroulement primaire 16 de la figure 1) sont alimentés par l'intermédiaire d'un transformateur d'isolation galvanique 20. En effet, les conducteurs qui alimentent les enroulements 16' peuvent s'étendre sur une longueur importante dans un environne- ment o ils peuvent être manipulés par des personnes, ce qui nécessite leur isolation de la tension du secteur et éventuelle- ment l'abaissement, grâce au transformateur 20, de leur tension. La figure 3 représente une vue en perspective schéma- tique d'une installation pratique d'un chargeur modulaire selon l'invention. Chacun des régulateurs 12 est inclus dans un boi- tier plat qui est fixé directement sur les cosses de sortie 22 des éléments de batterie 10. Chacun des enroulements secondaires 18 est enroulé sur un tore magnétique 24. Un enroulement pri- maire commun 16 comnporte des spires qui passent dans les tores 24 et se referment en dehors des tores. Bien entendu, les tores 24 sont solidaires des boîtiers des régulateurs 12, ce qui n'est pas représenté pour des raisons de clarté. Par ailleurs, comme cela est représenté, chacun des tores 24 est constitué de deux moitiés, dont celle qui ne comn- porte pas l'enroulement secondaire 18 est amovible. Ceci permet un retrait ou un ajout particulièrement aisé d'un élément 10 muni de son régulateur 12. Le bottier de chaque régulateur 12 pourra être prévu pour être fixé par enclenchement sur les cosses 22. Grâce au contact direct entre les régulateurs 12 et les éléments 10, chaque régulateur 12 peut surveiller des para- mètres de son élément 10, tels que la température. La tempéra- ture pourra être mesurée par une simple mesure ambiante ou, de préférence, par contact sur la surface supérieure de l'élément. La température est un paramètre important pour connaître le bon état d'un élément de batterie. En effet, le fait que cette température dépasse une valeur limite alors que le courant de charge qui est fourni à l'élément n'est pas anormalement élevé, indique de manière fiable que l'élément est défectueux. En outre, la mesure de la température peut être utilisée pour ajuster le courant de charge de l'élément. Le coût relativement faible des régulateurs 12 pourra permettre leur intégration dans les éléments de batterie, ce qui facilitera notablement leur remplacement dans l'installation. En effet, il suffira pour cela d'ouvrir le tore 24 dont la moitié 5 amovible est, par exemple, munie d'une charnière et d'un système à enclenchement. En outre, la température mesurée est alors plus précise car on mesure directement la température interne. Les régulateurs 12 et 14 sont des régulateurs à décou- page classiques bien connus de la technique. De préférence, dans une installation du type de la figure 3, le régulateur 14 fonc- tionne à une fréquence élevée, de l'ordre de plusieurs dizaines de kHz, afin d'augmenter l'effet de couplage entre le primaire 16 et les secondaires 18. REVENDICATIONS 1. Chargeur à découpage d'une batterie constituée de plusieurs éléments (10) connectés en série, comprenant un régu- lateur à découpage commun (14) et des régulateurs à découpage individuels (12) associés respectivement aux éléments et couplés au régulateur commun par des enroulements secondaires respectifs (18). 2. Chargeur de batterie selon la revendication 1, caractérisé en ce que le régulateur commun (14) comprend un enroulement primaire (16) commun à tous les enroulements secon- daires (18). 3. Chargeur de batterie selon la revendication 1, caractérisé en ce que les régulations des régulateurs indivi- duels (12) sont indépendantes les unes des autres et de celle du régulateur commun (14) qui est effectuée en courant. 4. Chargeur de batterie selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'enroulement secondaire (18) de chaque élément (10) est enroulé sur un tore magnétique (24), l'enroule- ment primaire (16) étant formé d'au moins un conducteur qui traverse tous les tores. 5. Chargeur de batterie selon la revendication 4, caractérisé en ce que les tores (24) sont constitués de deux moitiés dont l'une est amovible. 6. Chargeur de batterie selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les régulateurs individuels (12) sont fixés sur les éléments (10).