Brevet FR2937193A1 — publié le 20100416

La présente invention se situe dans le domaine des chargeurs de batterie. Le Grenelle de l'Environnement et de nombreux organismes soucieux de développement durable recommandent de diminuer l'usage des piles électriques salines ou alcalines, et de les remplacer par des batteries rechargeables de type Nickel Métal Hydrure (NiMH) chaque fois que c'est possible. Cette recommandation paraît séduisante, parce que cela économise à l'utilisateur un achat répété de piles jetables. Cette recommandation est d'autant plus pertinente dans les pays les moins avancés. En effet, une bonne partie de la population de ces pays n'a pas accès à un réseau de distribution électrique, ou a accès à un réseau dont le fonctionnement n'est pas continu. En conséquence l'usage des piles est d'autant plus important, ce qui pose deux problèmes : les piles coûtent cher à ces populations souvent pauvres, • quand elles sont usées, les piles sont jetées, alors que souvent il n'y aucune forme de récupération et encore moins de filière de recyclage : les piles deviennent alors un facteur important de pollution et éventuellement un danger pour la santé publique, à cause des produits nocifs qu'elles contiennent. L'usage de batteries NiMH au lieu des piles présente donc un double intérêt, à la 20 fois économique et écologique. Il se pose alors la question de la charge de ces batteries. Les chargeurs disponibles actuellement sur le marché conviennent mal à ce contexte particulier. En effet : • Ils sont pour la plupart conçus pour fonctionner sur 220 V, or une grande 25 partie de la population n'a pas accès au réseau électrique. Certains modèles fonctionnent sur la prise allume-cigare d'une voiture, mais cela suppose qu'on dispose d'une voiture. On en trouve aussi quelques uns qui fonctionnent à l'énergie solaire, mais ils ne sont adaptés qu'aux plus petits modèles de batteries et ne garantissent pas une charge régulière. 30 Même en supposant qu'un usager dispose de la source d'énergie pour alimenter un chargeur, un tel appareil est coûteux dans ce contexte, surtout si c'est un modèle polyvalent, permettant de charger plusieurs types de batteries. II convient donc d'adopter une approche différente, avec un chargeur non pas individuel, mais à usage d'une collectivité (village, quartier, université...). II est destiné à des petits commerces ou des associations, auprès de qui les usagers individuels pourront venir faire recharger leurs batteries pour un prix modique. Ce chargeur devra donc : • permettre de charger un certain nombre de batteries, de différents types, simultanément • être alimenté par une source de courant fiable • avoir une conception modulaire pour pouvoir s'adapter à différents contextes • être d'une technologie simple et fiable. L'état de la technique nous enseigne plusieurs solutions de chargeurs de 15 batteries, et notamment quelques chargeurs capables de charger plusieurs types de batteries différentes. Le document US 5 489 836 décrit un chargeur capable de recharger au choix des batteries NiCD et NiMH. Ce chargeur est capable de détecter la fin de charge pour chacune de ces deux types de batteries. Mais il ne charge qu'un seul type de 20 batteries à la fois et seulement deux types de batterie l'une après l'autre. Le document US 5 523 668 décrit un chargeur capable d'effectuer la plus grande part de la charge en même temps pour une batterie NiCD et une batterie NiMH, mais cette partie doit se faire strictement en même temps, et la dernière phase de la charge doit être individualisée. 25 Le document US 5 744 937 décrit un chargeur capable de recharger au choix des batteries NiMH et Li ion, et il est capable en plus de reconnaître automatiquement le type de batterie qui a été insérée dans le chargeur. Mais là encore il ne charge qu'un seul type de batteries à la fois et seulement deux types de batterie l'une après l'autre. 30 La polyvalence introduite dans ces chargeurs ne permet pas une réduction de l'investissement représenté par l'achat d'un chargeur, et cela d'autant moins que ces chargeurs polyvalents sont souvent plus chers que les chargeurs standard. Le document DE 195 33 445 Al décrit un chargeur dont le contrôle est simplifié pour éviter d'avoir à recourir à un microprocesseur, et ainsi de réduire le niveau de l'investissement. Mais là encore le chargeur ne peut charger qu'un seul type de batterie rechargeable, ce qui oblige l'utilisateur à en acheter un pour chaque type de batterie rechargeable qu'il souhaite utiliser. L'objet de la présente invention est de trouver un chargeur qui permette de recharger un certain nombre de batteries rechargeables, de types variés, dans 10 des conditions économiques acceptables. Il est proposé selon la présente invention un chargeur pouvant être utilisé pour recharger des batteries à l'échelle d'une petite collectivité (laboratoire, entreprise, université, quartier, village,...), dans le cadre d'une association d'élèves, d'un comité d'entreprise, d'une association de quartier, d'un petit commerce... 15 Le chargeur objet de la présente invention comporte au moins une unité de batteries destinée à recevoir toutes les batteries devant être chargées en même temps selon un même cycle de charge. Il est caractérisé en ce qu'il comporte au moins une deuxième unité de batteries, et en ce que à chaque unité de batteries est associé un moyen permettant au chargeur d'effectuer le cycle de charge 20 correspondant à cette unité de batteries indépendamment des cycles de charge correspondant aux autres unités de batteries. Le chargeur de batteries selon l'invention est ainsi capable de charger simultanément un grand nombre de batteries, de charger des batteries de technologie (notamment NiCD ou NiMH) et de caractéristiques différentes 25 (capacité, dimensions) et de démarrer une nouvelle charge à tout moment, sans interférence avec les charges déjà en cours. Cela lui permet une grande souplesse et le rend adapté pour la charge de batteries variées dans le cadre d'une petite collectivité. L'utilisateur peut ainsi se rendre au lieu où se trouve le chargeur avec ses 30 batteries à recharger ; celles-ci peuvent être installées dans une ou plusieurs unités de batteries, quelles que soient leurs dimensions et caractéristiques et la charge peut démarrer immédiatement, peu importe si d'autres batteries sont en cours de charge ou non. La seule condition est que les unités de batteries nécessaires soient disponibles, sachant que seules des batteries identiques et ayant été utilisées ensemble (c'est-à-dire au même niveau de décharge) doivent être chargées dans la même unité de batterie pour assurer de bonnes conditions de charge, et donc de durée de vie, à chaque batterie. Selon un mode préféré de l'invention, le chargeur comporte au moins trois, et de préférence au moins quatre unités de batteries. Les unités de batteries sont regroupées par 3 ou par 4 en unités de charge. Le chargeur comporte une ou plusieurs unités de charge, jusqu'à quelques dizaines, selon le nombre de batteries qu'on souhaite pouvoir charger simultanément. Selon un mode préféré de l'invention, les batteries peuvent être chargées séparément ou par groupes de 2, 3 ou 4 en série dans une même unité de batteries ; les batteries regroupées en unité de batteries doivent être du même type et au même niveau de décharge pour assurer de bonnes conditions de charge, et donc de durée de vie, à chaque batterie : autrement dit, elles doivent avoir été utilisées ensemble dans le même appareil. En effet dans une unité de batterie toutes les batteries sont rechargées en même temps et selon le même cycle de charge. Selon un mode particulièrement préféré de l'invention, le mode de charge utilisé est celui qui préserve le mieux la longévité des batteries : pendant une quinzaine d'heures avec un courant constant qui, exprimé en milliampères, est égal à environ 1/10 de la capacité de la batterie, exprimée en milliampères heures. Le choix de ce type de charge permet, outre une optimisation de la durée de vie des batteries, une réalisation simple et peu onéreuse du chargeur. En effet il permet de s'affranchir de la détection de fin de charge, qui est plus onéreuse, technologiquement complexe, et pas toujours fiable. La contre partie en est la durée de la charge. Mais cette contre partie est très souvent acceptable : au niveau d'un laboratoire, on peut mettre en charge les batteries la nuit ; au niveau d'un quartier, on peut les déposer pour une charge, et les reprendre le lendemain chargées. Selon un mode particulier de l'invention, le chargeur de batteries comporte une unité de commande permettant de saisir les paramètres d'un cycle de charge à effectuer, typiquement un courant de charge et une durée de charge, et capable de transmettre ces paramètres à l'unité de batterie concernée. Il comporte également au moins une unité de charge capable de recevoir lesdits paramètres et d'effectuer le cycle de charge correspondant, chaque unité de charge comportant au moins une unité de batteries. L'unité de commande permet aussi à tout moment d'interrompre une charge en cours, ou de modifier ses paramètres, ou encore d'interroger les unités de batteries et d'obtenir des informations telles que : temps de charge restant, conformité de l'intensité réelle de charge à la consigne donnée. Ce mode de l'invention permet une utilisation particulièrement flexible. Il est en effet facile d'ajouter, ou d'enlever, un ou plusieurs unités de charge au chargeur, si la demande augmente ou diminue. Selon un mode particulièrement préféré de l'invention, chaque unité de charge comporte un microprocesseur qui lui permet, une fois que ladite unité de commande lui a transmis les paramètres d'un cycle de charge à effectuer, d'effectuer complètement ledit cycle de charge de manière autonome, sans nécessité de rester relié à l'unité de commande. Cela présente notamment l'avantage que l'unité de commande ne nécessite d'alimentation électrique que pour la phase de lancement de la charge. Dans le cas précité d'un laboratoire où on effectue toutes les charges la nuit, l'unité de commande peut être déconnectée et mise hors tension pour toute la nuit, une fois les charges lancées. Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, chaque unité de charge dispose de sa propre alimentation électrique, avec une tension continue comprise entre 9 et 15 Volts, capable de fournir un minimum de 1,5 Ampère. Deux ou plusieurs unités de charges peuvent aussi être raccordées à la même source d'alimentation, sous réserve que celle-ci soit capable de fournir le courant nécessaire. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, l'unité de commande est constituée d'un terminal comportant un clavier et un écran à cristaux liquides, mais 30 ne comportant pas de disque dur ni de système d'exploitation. Selon un mode différent de réalisation de l'invention, l'unité de commande est un ordinateur, (fixe, portable, PDA, ...). Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, ledit ordinateur comporte un logiciel adéquat, avec des possibilités plus étendues, comme la gestion de la clientèle et d'un parc de batteries 4 (par exemple pour un petit commerce de location des batteries 4) avec un suivi sur la durée des batteries 4 (nombre de charges, durée de vie...) Pour répondre aux besoins des zones insuffisamment couvertes par des réseaux d'alimentation électrique fiables, l'alimentation du chargeur peut être fournie par une ou plusieurs batteries au plomb de 12 V, type automobile. Aussi longtemps qu'elles sont à un niveau de charge suffisant, celles-ci constituent une source d'énergie stable pendant une longue durée et relativement économique. Elles pourront être maintenues en charge soit par un modèle courant de chargeur de batterie automobile (même si le réseau électrique est discontinu) ou par un panneau photovoltaïque si on souhaite faire fonctionner le chargeur en l'absence d'un réseau électrique. Avec ce type d'alimentation, il est utile de prévoir des mesures de gestion de la 15 baisse de tension d'alimentation, en fin de décharge de la batterie au plomb. Dans ce but, il est proposé un chargeur de batteries qui comporte un moyen de surveillance desdites batteries au plomb, en particulier un moyen de surveillance de la tension d'alimentation, et un moyen d'action, par exemple pour interrompre les cycles de charge en cours en cas de sous-tension détectée. 20 Selon un mode différent de réalisation de l'invention, le chargeur de batteries peut fonctionner sur le réseau 220 V moyennant un simple adaptateur du commerce, ou à la prise allume-cigare d'un véhicule. II peut être utile pour une entreprise ou une laboratoire qui souhaiterait utiliser des batteries rechargeables au lieu des piles pour alimenter des souris et claviers sans fil d'ordinateurs, des instruments 25 de mesures, des horloges,... ou pour un établissement scolaire soucieux d'éduquer ses élèves à l'utilisation des batteries rechargeables pour leurs baladeurs, éclairages de bicyclettes... . II est également proposé un chargeur de batteries dans lequel chaque unité de charge comporte en plus un moyen de signalisation, par exemple pour signaler 30 l'état des charges en cours et les éventuels incidents de charge. On peut par exemple disposer une signalisation lumineuse dans chaque unité de charge (concrètement : 4 voyants - des leds) ce qui permet de visualiser en permanence l'état de l'unité de charge (charge en cours, charge terminée, charge interrompue...) Enfin il est proposé un chargeur de batteries dont les unités de charge comportent en plus un moyen de calcul et une mémoire non volatile, leur permettant par exemple de calculer le temps de charge restant à effectuer et de poursuivre la charge dès que la tension d'alimentation redevient satisfaisante jusqu'à ce que le temps de charge global atteigne le temps de charge requis. Des exemples de types de batteries pouvant être chargées sont ceux qui peuvent remplacer les modèles courants de piles rondes, c'est-à-dire les types LRO3, 10 LRO6, LR14 et LR20. D'autres avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la description détaillée qui suit, et du dessin, présentant un mode préféré de réalisation de l'invention. Le dessin annexé illustre l'invention : 15 La figure 1 représente un mode particulier de réalisation d'un chargeur 1 selon l'invention En référence à ces dessins, la figure 1 illustre un exemple d'installation selon l'invention, comportant : • une unité de commande 1 avec son clavier 9 et son écran LCD 10 20 • deux unités de charges 2, avec chacune 4 unités de batteries 3 dont certaines contiennent des batteries 4 NiMH ou NiCD en cours de charge, et 4 voyants de signalisation 8 de l'état des charges • une batterie 12 Volts au plomb 5 qui alimente l'ensemble à travers les connexions d'alimentation 6 25 • le bus I2C 7 qui assure la communication entre l'unité de commande 1 et les unités de charge 2 Pour permettre d'adapter l'appareil aux différents besoins, il est conçu selon une architecture modulaire, avec : • une unité de commande 1 ayant comme fonctions principales : 30 • la mise en route d'une charge, avec la saisie des paramètres (courant et durée) et éventuellement des opérations particulières comme l'arrêt d'une charge ou la modification de ses paramètres • la lecture d'informations sur une charge en cours : durée restante, incidents éventuels, etc.... • la lecture d'informations sur une charge après qu'elle se soit terminée : déroulement sans incident, sinon, quel pourcentage de la charge a été assuré, etc.... • la lecture d'informations générales telles que les tensions aux bornes des batteries au plomb 5 qui alimentent les unités de charge 2. un certain nombre d'unités de charge 2 capables : • de communiquer avec l'unité de commande 1 • de gérer les charges de batteries en fonction des commandes reçues de l'unité de commande 1 • de fournir les informations adéquates en réponse aux demandes de l'unité de commande 1 tant pour les charges en cours que pour celles qui sont terminées. • d'indiquer au moyen de voyants 8 de signalisation les informations principales concernant les charges en cours L'unité de commande 1 est constituée d'un petit terminal avec un écran à cristaux 20 liquides 10 et un clavier 16 touches 9, piloté par un microprocesseur avec le logiciel adéquat. L'unité de commande 1 n'a besoin d'être alimentée que pour démarrer une charge ou pour consulter les informations. Dans le cas du terminal, celui-ci peut donc être alimenté simplement par l'une des batteries au plomb 5. Dans le cas d'un 25 ordinateur, un modèle portable convient parfaitement même si le réseau électrique est discontinu : il peut fonctionner sur sa batterie en cas de nécessité. L'unité de charge 2 est un module électronique piloté par microprocesseur, alimenté par une batterie au plomb 5 de 12 Volts, et capable de gérer 4 unités de batteries 3 indépendantes, avec pour chacune : 30 • de 1 à 4 batteries 4 de même type, avec leur courant et leur temps de charge • la gestion d'éventuels incidents (courant de charge non respecté, interruption de la charge par manque de tension d'alimentation) Une fois la charge lancée, l'unité de charge 2 fonctionne de manière autonome 5 (l'unité de commande 1 peut être arrêtée ou même déconnectée). L'unité de charge 2 gère alors : • le courant de charge, qui est régulé en fonction de la consigne donnée, de manière à rester constant malgré la variation des caractéristiques électriques des batteries 4 au fil de la charge et malgré les éventuelles 10 variations de la tension d'alimentation de la batterie au plomb 5 ou de facteurs de l'environnement comme la température. • le temps de charge, à l'issue duquel la charge est arrêtée et un signal lumineux de fin de charge activé. • la surveillance de l'alimentation : si la tension de la batterie au plomb 5 15 descend sous un certain seuil, les charges sont interrompues, les données nécessaires pour permettre le complément de charge adéquat sont mémorisées et un signal lumineux d'interruption prématurée de charge est activé. • La communication entre l'unité de commande 1 et les unités de charge 2 20 utilise le bus I2C 7, un bus industriel standard et simple à mettre en oeuvre, et qui permet de connecter une unité de commande 1 et jusqu'à une centaine d'unités de charges 2. En pratique, on se limitera à 30 unités de charge 2. Si l'unité de commande 1 est un ordinateur, la connexion s'effectue à travers un de ses ports USB au moyen d'un adaptateur 25 USB/12C disponible dans le commerce. On trouvera ci-après une nomenclature des références utilisées sur les dessins : 1 : unité de commande 2 : unité de charge 3 : unité de batterie 30 4 : batteries : batterie au plomb 12V 9 6 : connexions d'alimentation 12 V 7 : bus I2C 8 : voyants de signalisation de l'état des charges 9 : clavier de l'unité de commande 10 : écran LCD de l'unité de commande Revendications1. Chargeur de batteries comportant au moins une unité de batteries (3) destinée à recevoir toutes les batteries (4) devant être chargées en même temps selon un même cycle de charge, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une deuxième unité de batteries (3), de préférence au total 3 ou 4, et en ce que à chaque unité de batteries (3) est associé un moyen permettant au chargeur d'effectuer le cycle de charge correspondant à cette unité de batteries (3) indépendamment des cycles de charge correspondant aux autres unités de batteries (3). 2. Chargeur de batteries selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte une unité de commande (1) permettant de saisir les paramètres d'un cycle de charge à effectuer, typiquement un courant de charge et une durée de charge, et capable de transmettre ces paramètres, et en ce qu'il comporte au moins une unité de charge (2) capable de recevoir lesdits paramètres et d'effectuer le cycle de charge correspondant, chaque unité de charge (2) comportant au moins une unité de batteries (3). 3. Chargeur de batteries selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chaque unité de charge (2) comporte un microprocesseur qui lui permet, une fois que ladite unité de commande (2) lui a transmis les paramètres d'un cycle de charge à effectuer, d'effectuer complètement ledit cycle de charge de manière autonome, sans nécessité de rester relié à l'unité de commande (1). 4. Chargeur de batteries selon l'une des deux revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque unité de charge (2) dispose de sa propre alimentation électrique 5. Chargeur de batteries selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'unité de commande (1) est constituée d'un terminal comportant un clavier (9) et un écran à cristaux liquides (10), mais ne comportant pas de disque dur ni de système d'exploitation. 6. Chargeur de batteries selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce 30 que ladite unité de commande (1) est constituée d'un ordinateur. 7. Chargeur de batteries selon la revendication précédente, caractérisé en ceque ledit ordinateur comprend un logiciel de gestion, par exemple pour gérer un parc de batteries (4), le nombre de leurs charges, et leur durée de vie. 8. Chargeur de batteries selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est alimenté par au moins une batterie au plomb (5) de type automobile, et en ce qu'il comporte un moyen de surveillance desdites batteries au plomb (5), en particulier un moyen de surveillance de la tension d'alimentation, et un moyen d'action, par exemple pour interrompre les cycles de charge en cours en cas de sous-tension détectée. 9. Chargeur de batteries selon l'une des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que chaque unité de charge (2) comporte en plus un moyen de signalisation, par exemple pour signaler l'état des charges en cours et les éventuels incidents de charge. 10. Chargeur de batteries selon l'une des revendications 2 à 9, caractérisé en ce que chaque unité de charge (2) comporte en plus un moyen de calcul et une mémoire non volatile, lui permettant par exemple de calculer le temps de charge restant à effectuer pour une unité de batteries (3) donnée, et de poursuivre la charge dès que la tension d'alimentation redevient satisfaisante jusqu'à ce que le temps de charge global atteigne le temps de charge requis.