Brevet FR2769764A1 — publié le 19990416

CHAKGEUR A COURANT CONSTANT POUR BATTERIES PLOMB ACIDE La présente invention concerne un dispositif électronique permettant de charger à courant constant des batteries plomb-acide et de maintenir ensuite de maintenir une tension constante d'entretien ou "floating" sur la batterie chargée, si elle est branchée ou non en tampon sur une utilisation. Les chargeurs du commerce les plus rustiques se contentent de fournir un courant de charge sans contrôle de l'état de charge de la batterie. Si le chargeur est branché trop longtemps sans surveillance, la batterie peut se mettre à bouillir si c'est une batterie non scellée ou exploser si c'est une batterie scellée. Les chargeurs plus évolués, "professionnels", sont parfois dits "chargeur automatique" ou "Chargeur Floating". Ce sont des alimentations stabilisées en tension et limitées en courant. La charge s'effectue donc en début de charge à courant constant, tant que la tension de la batterie n'a pas atteint la valeur de tension d'entretien dite de "Floating", qui est la tension de consigne de l'alimentation stabilisée. La valeur d'entretien recommandée par les différents constructeurs de batteries est généralement 13,6 volts pour une batterie Plomb-Acide de 12 volts nominal. Lorsque cette tension est atteinte par la batterie en charge, on constate que la batterie est chargée à peu près à 20% à 25% environ de sa charge totale, valeur assez peu variable d'un type de batterie à l'autre. La fin de charge s'effectue donc ensuite à tension constante et on constate que la valeur du courant dirninue progressivement durant le reste de la charge, ce qui en rallonge considérablement la durée par rapport à ce que serait un charge à courant constant pendant toute la durée de la charge. La charge complète avec un chargeur à courant constant selon l'invention est en effet environ au moins deux fois plus rapide qu'avec un chargeur classique. D'autre part si la batterie est branchée à l'envers, ce qui peut se produire par inadvertance, il se produit un violent court-circuit qui généralement endommage définitivement le chargeur. Le dispositif selon l'invention a pour objet un système électronique qui remédie à tous les inconvénients cités plus haut. Ce dispositif est constitué par une alimentation à découpage stabilisée en tension destinée à charger la batterie. Cette alimentation est pilotée par un processeur qui se renseigne sur l'état de charge de la batterie au moyen de la mesure de la tension batterie et de son courant de charge. A l'aide de la connaissance de ces deux paramétres, le processeur pilote la charge de la batterie suivant un programme prédéterminé. C'est ce programme qui assure l'efficacité du chargeur. De plus le processseur active un voyant parrni quatre pour signaler chaque étape de la charge. A la mise sous tension du chargeur, batterie déja branchée, le processeur s'initialise et la tension de consigne imposée au chargeur durant toute la charge est différente et sensiblement plus élevée que la tension de consigne fixée pour l'entretien de la batterie chargée. 14,4volts à titre d'exemple pour la charge et 13,6 volts pour l'entretien de la batterie chargée sont des valeurs que l'expérience a confirmées correctes. Il y a une phase initiale si la batterie est fortement déchargée. Tant que la tension de la batterie en charge est inférieure à 11 volts, le processeur limite le courant de charge à une valeur inférieure au courant Imax nominal fixé pour la charge normale, par exemple Imax/2 afin de ne pas brutaliser une batterie faible. Simultanément le processeur active un premier voyant pour indiquer que le chargeur est dans cet état de précharge. Dés que la tension batterie a atteint 1 1 volts par exemple ou une autre valeur de seuil programmée, le courant de charge est programmé à sa valeur nominale Imax et un second voyant est activé pour indiquer à l'utilisateur que la pleine charge a commencé. Durant cette seconde phase, le chargeur délivre un courant constant à la batterie, ce qui fait croître réguliérement la tension batterie qui est alors inférieure à la tensiond de consigne. Lorsque la tension de la batterie est à 5% au dessous la tension de charge fixée à 14,4 volts par exemple, un troisiéme voyant est activé pour indiquer à l'utilisateur que la batterie est en état de surtension provisoire, ce qui, à cette phase de la charge est le seul moyen de maintenir le courant de charge à sa valeur nominale 'maux, car si la tension était plus basse, le courant de charge se mettrait à décroître rapidement et la durée de la charge serait sensiblement augmentée. Cette surtension n'est pas nocive tant. qu'elle n'est pas appliquée de façon permanente sur une batterie complètement chargée. Lorsque la tension batterie atteint les 14,4 volts de tension de consigne programméepar le processeur, on constate que le courant de charge reste un certain temps à sa valeur nominale Imax puis décroît rapidement. Lorsque le courant de charge est descendu à une valeur voisine de Imax/2, on sait par expérience que la batterie est chargée à prés de 85%. C'est cette valeur de courant au moment de sa décroissance dans la situation de troisiéme et dernière phase de la charge que le processeur utilise comme signal de fin de charge pour programmer la tension d'entretien ou "Floating" préconisée de 13,6 volts. comme nouvelle tension de consigne pour l'alimentation stabilisée. On constate alors que le courant de charge décroit instantanément, ce qui est un signe que la batterie est pratiquement chargée. Simultanément un quatriéme voyant est activé signalant que la batterie est chargée et le chargeur en état de maitien de la charge ou en état de chargeur tampon s'ily a une charge sur la batterie. Ainsi la charge de la batterie s'effectue à courant constant sur près de 85% de la capacité de la batterie au lieu de 20 à 25% lorsque la tension de consigne est la même pour la charge et pour l'entretien de la batterie. Le chargeur peut sortir de ce quatrième état d'entretien ou de tampon et revenir à l'état de charge dans deux circonstances: Le secteur est rétabli après une coupure d'au moins plusieurs secondes. Le processeur a perdu sa mémoire et reprend la charge à la phase correspondante à l'état de charge de la batterie. L'utilisation a fait chuter la tension de batterie de plus de 10% au dessous de sa tension de maintien, soit en la déchargeant fortement, soit sur un appel de courant suffisamment fort. Alors le processeur reprend la charge à la phase correspondant à l'état de charge de la batterie.. Le dispositif selon l'invention est en outre doté d'une sécurité contre une inversion de branchement de batterie avec signalisation sonore du défaut de branchement. La protection du chargeur contre une inversion de polarité de branchement de la batterie est assurée par un relais dont la bobine en série avec une diode est branchée sur la sortie du chargeur et possède un contact normalement ouvert ou "contact travail" en série dans la ligne (-) ou (+) du chargeur. La diode est orientée de telle sorte que si une batterie est branchée correctement, la bobine du relais est alimentée par cette batterie qui est alors connectée au chargeur par l'intermédiaire du contact travail qui alors se ferme. Dans cette configuration, si aucune batterie n'est branchée, si les fils de sortie sont mis en sourt-circuit ou si une batterie est connectée à l'envers, le contact du relais est ouvert car la bobine du relais n'est pas alimentée puisque la ligne (-) ou (+) du chargeur est coupée et le chargeur est déconnecté de l'utilisation, évitant ainsi les inconvénients de fils sous tension qui traient Un petit avertisseur sonore genre buzzer, ronfleur ou synthèse vocale avec une diode en série est branché sur la sortie du chargeur. La diode est orientée de telle sorte que si la batterie est branchée dans le mauvais sens, l'avertisseur sonore est activé prévenant ainsi l'utilisateur que la batterie ne se chargera pas. Les dessins annexes illustrent l'invention: La figure 1 représente un schéma synoptique du dispositif La figure 2 illustre le cycle de charge d'une batterie avec le dispositif décrit. En réfërence à ces dessins, le dispositif comporte une alimentation stabilisée à découpage (1) pilotée par un processeur (7) qui commande les voyants (12), (13), (14), (15) qui signalent dans quel état se trouve le chargeur. Le capteur (8) fournit au processeur la mesure du courant de charge de la batterie et la mesure de la tension se fait en (11). La charge (6) est une utilisation lorsque la batterie est utiliséée en secours ou en tampon. Un relais constitué par un contact normalement ouvert (2) commandé par une bobine (4) en série avec une diode (3) est activé par la présence de la batterie en charge (6) si celle-ci est branchée dans le bon sens et désactivé soit par un courteircuit à la place de la batterie, soit par la batterie si cette dernière est inversée. Un dispositif sonore (10) en série avec la diode (9) avertit si la batterie est branchée à l'envers. La figure 2 représente le cycle de charge adopté pour charger les batteries Plomb tel qu'il a été décrit: Dans la zone (1-2), la batterie ayant été fortement déchargée, la charge s'effectue avec un courant réduit et le voyant (12) est activé. En (2) la tension batterie atteint le seuil bas prédéftni et le courant de charge passe brusquement d'une valeur réduite à sa valeur norninale de charge ce qui pour effet de provoquer une hausse de tension et le voyant (13) est activé. Dans la zone (2-3) la charge s'effectue à courant constant avec une tension de consigne de 14,5 volts. En (3) la tension batterie est à 5% de la tension de consigne de l'alimentation stabilisée et le voyant (14) s'allume. A l'intérieur de la zone (34), en (7) la tension de consigne 14,5 volts est atteinte et la charge passe du mode courant constant au mode tenson constante. Un certain temps après, le courant commence à s'amenuiser. En (4) le processeur détecte le seuil bas de courant de charge et programme la tension de consigne (1.3,6 volts) du mode maintien en charge ce qui provoque une brutale chute du courant de charge. En (5) la tension batterie a chuté sous l'effet d'une surcharge et la charge reprend comme représenté dans la zone (5-6). Le dispositif selon l'invention est particuliêrernent déstiné à la charge rapide des batteries Plomb. REVENDICATIONS 1) Dispositif électronique pour charger les batteries plomb-acide (7) caractérisé en ce qu'il est constitué par une alimentation à découpage (1) stabilisée en tension et limitée en courant, pilotée par un processeur (7) qui se renseigne sur l'état de charge de la batterie par la mesure de la tension batterie (11) et la mesure du courant de charge batterie (8); en ce que à l'aide de ces deux informations, le processeur (7) charge la batterie avec un courant constant grâce à un algorithme de charge caractérisé par deux états: I'état de charge caractérisé par une tension de charge plus élevée qui force un courant constant dans la batterie jusqu'à ce que la batterie soit à peu près pleine et l'état d'entretien avec pour valeur de consigne la valeur de tension préconisée par le constnrcteur de batteries; en ce que la fin de charge est détectée par le processeur lorsque la tension batterie ayant atteint le point de consigne assigné pour la charge, le processeur a mesuré un courant de charge qui s'est amenuisé à une fraction prédéterminée de la valeur du courant de charge nominal; et en ce que lorsque le processeur a détecté la fin de charge, il programme la tension d'entretien et passe en mode chargeur à tension constante limité en courant; et en ce que le processeur sort de l'état d'entretien pour revenir à l'état de charge de deux façons possibles: Si le secteur a été interrompu, le processeur perd sa mémoire et reprend la charge à la phase correspondant à l'état de charge de la batterie. L'utilisation a amené, soit par décharge, soit par surcharge, la tension batterie à chuter de plus de 10% en dessous de la valeur de la tension d'entretien programmée. Le processeur reprend alors la charge à la phase correspondante à l'état de charge de la batterie. L'appareil est protégé contre une inversion de polarité de branchement de la batterie 2) Dispositif selon la revendication (1) caractérisé en ce que la protection de l'appareil contre une inversion de polarité de branchement de la batterie est assurée par un relais (4), son contact (2) normalement ouvert dans une ligne d'alimentation de la batterie et une diode (3) en série avec la bobine du relais et orientée de sorte que la bobine du relais ne soit pas alimentée si le branchement de la batterie est inversé, et qu'un système sonore constitué d'un avertisseur (10) avec une diode en série (9) orientée de sorte que l'avertisseur soit activé par une batterie branchée à l'envers avertit l'utilisateur d'un mauvais branchement qui empêcherait la charge de la batterie sans toutefois endommager le chargeur. 3) Dispositif selon l'une des revendications (1) et (2) caractérisé, caractérisé en ce que le processeur active toujours un voyant parmi quatre qui signale à l'utilisateur l'état de charge de la batterie.