Brevet FR2965677A1 — publié le 20120406

La présente invention concerne, de façon générale, le domaine de la charge rapide en toute sécurité des accumulateurs pour les voyageurs. De nos jours, les appareils électroniques nomades fonctionnent très souvent grâce à des accumulateurs qu'il convient de recharger périodiquement. Les personnes en déplacement doivent alors se munir d'un grand nombre de dispositifs de recharge toujours assez volumineux et rigides. Ces dispositifs sont souvent associés à des transformateurs qui se branchent sur le secteur et multiplient, de ce fait, le volume et le poids de ceux-ci. Le transport aérien étant de plus en plus contraignant quant à la nature des équipements électriques qui sont embarqués dans les bagages, la constitution des chargeurs d'accumulateurs sous forme exclusive de gros boîtiers rigides devient problématique. On voit apparaître depuis peu des systèmes de recharge plus universels qui se branchent sur un dispositif fournissant de l'énergie à travers un connecteur USB femelle (bus série universel) réduisant ainsi leur volume. Cependant la partie chargée d'accueillir les accumulateurs demeure toujours rigide et volumineuse. On connaît la charge rapide des accumulateurs par un courant important et par une surveillance de fin de charge au moyen de la mesure de la tension. En fin de charge, les accumulateurs voient leur température augmenter rapidement. Il faut alors couper la charge sous peine de dégâts irréversibles pouvant aller jusqu'à l'explosion des accumulateurs. Une sonde de température en contact avec le corps des accumulateurs permet de compléter le dispositif de charge en détectant plus finement le point d'arrêt et donne ainsi une sécurité totale au dispositif de charge. On connaît par ailleurs les dispositifs souples d'attaches électriques sur les accumulateurs (par exemple magnétique du brevet US 7741806B2) mais ils ne sont jamais associés à une sonde de température. 2965677 -2- Pourtant une telle sonde est nécessaire à la régulation de la charge rapide pour sa réalisation en toute sécurité. En effet, les nouvelles technologies des accumulateurs sont de plus en plus confrontées aux risques 5 de surchauffe au moment de la charge. Il n'existe donc pas aujourd'hui de dispositifs de charge rapide d'accumulateurs ayant à la fois la particularité d'assurer la surveillance de la température tout en ayant également la particularité d'être sans 10 structure (c'est à dire sans boîtier), pliable, léger et de tenir dans un très faible volume. De plus, certains dispositifs de charge monoblocs à prise USB sont difficiles à brancher du fait de leur encombrement. Souvent leur boîtier rentre en collision avec 15 le système fournissant l'énergie (où bien avec d'autres périphériques USB tels que les mémoires ou clefs USB) rendant la connexion laborieuse voir même impossible. Il n'existe pas de système ayant la particularité de s'affranchir de l'orientation de la prise USB mâle. 20 Le dispositif selon l'invention permet de remédier à tous ces inconvénients. En effet, il comporte selon une première caractéristique, une ou deux attaches électriques assurant les contacts avec les pôles positifs et négatifs du ou des accumulateurs. Bien que d'un faible volume, ses 25 attaches, de par leur construction, disposent de contacts mécaniques avec le ou les accumulateurs suffisamment efficaces pour permettre la transmission de la chaleur dégagée par celui-ci ou ceux-ci jusqu'à la sonde de température incluse dans ces attaches. Un câble électrique 30 souple les relie au système de régulation actif de charge dont la miniaturisation lui permet d'être accolé à la prise USB mâle qui dispose elle-même d'une sonde de température et de voyants de contrôle de l'état du dispositif. Étant éloignés les uns des autres, les attaches et le système de 35 régulation actif de charge ont donc des températures indépendantes. L'élévation de la température du ou des accumulateurs ne perturbera donc pas la sonde de température du système de régulation actif de charge qui assurera ainsi une surveillance très efficace de l'élévation de la température des accumulateurs. Le dispositif selon l'invention comporte une autre caractéristique au niveau de la prise USB mâle. En effet, celle-ci aura la particularité de ne pas posséder le blindage métallique comme d'accoutumée (blindage rendu inutile de par l'absence de transmission de signaux électriques) mais d'être constituée d'un simple circuit imprimé d'épaisseur adéquate et disposant des contacts positifs et négatifs sur les deux faces de ce circuit. Il deviendra alors possible de s'affranchir de l'orientation du connecteur USB femelle et de pouvoir ainsi brancher le système de régulation actif de charge sans avoir à se préoccuper de son orientation. Afin de s'affranchir d'éventuels effets d'un court-circuit, les contacts de la prise USB mâle seront munis d'une sécurité à l'aide de diodes à faible chute de tension telles que les diodes Shottky. Ainsi constitué, le but visé par ce dispositif est pleinement atteint sans qu'il en résulte un inconvénient. L'invention sera mieux comprise à l'aide de plusieurs illustrations dont certaines présentent, à titre d'exemples, quelques variantes à ce dispositif. La figure 1 présente une vue générale en perspective du dispositif de l'invention pour la charge de deux accumulateurs avec deux attaches. La figure 2 présente une coupe du système d'attache 30 lorsque le dispositif de l'invention charge deux accumulateurs. Les figures 3a, 3b et la figure 4 représentent le système de régulation actif de charge à prise USB mâle sans son capot de protection selon une vue de dessus, de dessous 35 et de coté. La figure 5 est un schéma bloc du système électronique du dispositif de l'invention. La figure 6 montre un exemple de maintien des deux attaches aux extrémités des accumulateurs au moyen d'un 5 système de câbles élastiques. La figure 7 présente une variante du dispositif de l'invention si celui-ci était destiné à ne charger qu'un seul accumulateur. La figure 8 présente une variante du dispositif de 10 l'invention dans le cas où l'accumulateur aurait ses bornes positives et négatives disposées sur la même face. La figure 9 présente une coupe d'un exemple de système d'attache multiple des accumulateurs (c'est-à-dire qui peut recevoir plusieurs types d'accumulateurs). 15 Finalement, la figure 10 représente une version bon marché du dispositif de l'invention où l'une des deux attaches est remplacée par un aimant de grande dimension. L'objet du dispositif de l'invention est présenté sur la figure 1. Il est constitué de deux attaches (1)(2) 20 qui viennent prendre en sandwich deux accumulateurs (5) et (6). Elles sont reliées par deux câbles (7) et (8) au système de régulation actif de charge (10) muni d'une prise USB mâle (9). Un dispositif (12) fournissant de l'énergie en quantité suffisante à travers une prise USB femelle (13) est 25 représenté sur la figure 1 à titre d'exemple et ne fait pas partie du dispositif objet de l'invention. La figure 2 montre une coupe du dispositif d'attache dont le corps (1) est réalisé dans un matériau de type plastique thermiquement conducteur, et dans lequel est 30 incorporé une sonde de température (3) reliée électriquement par des fils (27) au travers du câble (7) au système de régulation active de la charge. Le corps (1) est, par ailleurs, en contact avec le ou les accumulateurs (5) et (6) au travers de plaques métalliques (23) et (24) elles-mêmes 35 reliés par les fils électriques (25) et (26) du câble (7) au système de régulation actif de charge. L'évolution de la température des accumulateurs se transmet donc par cette voie à la sonde de température (3). À l'arrière des plaques métalliques (23) et (24) sont placés, dans cette version du dispositif de l'invention, des aimants (21) et (22) de forte puissance qui assurent le maintien des accumulateurs (dont le corps est toujours métallique). Une variante du dispositif de l'invention permet de s'affranchir des aimants comme le montre la figure 6 puisque des câbles élastiques (61) et (62) de tension adaptée permettent de maintenir pressées les attaches (1) et (2) sur les accumulateurs (5) et (6). Un passe fil (28) évitera au câble (7) d'être endommagé au moment de la manipulation des attaches. Les figures 3a, 3b et 4 sont des vues du système de régulation actif de charge sans son capot de protection dont l'encombrement est délimité par des pointillés (36). Elles montrent un exemple de réalisation du circuit imprime en matériaux de type époxy, céramique ou plastique. Il n'y a pas de blindage métallique à la prise USB mâle (9) comme cela se fait d'accoutumée puisqu'il s'agit d'un simple circuit imprimé double face qui viendra se brancher dans un connecteur USB femelle quelle que soit son orientation. En effet, sur les deux faces du circuit imprimé sont disposées des connexions électriques (32)(33)(42)(43) permettant son alimentation par un connecteur USB femelle. Des diodes (31) et (34) permettent de s'affranchir des conséquences de courts-circuits éventuels des contacts de ce connecteur. Les composants électroniques de contrôle (35) sont répartis sur une face du circuit imprimé tout comme la sonde de température (11) et les voyants de contrôle (14). Un moulage ou une structure plastique permettra de protéger les composants et de constituer ainsi le capot du système de régulation actif de charge (10). Le schéma bloc du dispositif de l'invention est présenté sur la figure 5 et illustre son fonctionnement électrique. Pendant la charge, l'électronique de contrôle (35) mesure la tension des accumulateurs et régule le courant de charge. Il mesure les températures données par les sondes de température (3) et (4) et les compare à celle donnée par la sonde de température (11) distantes des accumulateurs. Il contrôle ainsi la fin de la charge des accumulateurs d'une façon optimum. Il assure également la sécurité en cas d'anomalie pour éviter l'endommagement voire même la destruction des accumulateurs. Le système de régulation actif de charge renseigne l'utilisateur au moyen de deux voyants, l'un signalant la bonne marche du système et l'autre l'avancement du processus de charge. Une variante à un seul voyant est envisageable dans la mesure où il renseigne d'une façon codée l'utilisateur (changement de couleur du voyant ou clignotement). Des variantes au dispositif de l'invention sont envisageables quoique beaucoup moins optimales en terme de charge électrique compte tenu de l'écart de tension qu'il existera entre celle fournie par la prise USB et celle du ou des accumulateurs. Les figures 7 et 8 présentent 2 variantes. La première concerne celle pour la charge d'un seul accumulateur et la seconde celle pour la charge d'un accumulateur (83) ayant ses bornes positives et négatives côte à côte. Il existe aussi une variante bon marché au dispositif de l'invention tel qu'il est présenté figure 10. Une des deux attaches a été remplacée par un aimant électriquement conducteur (100) d'une longueur telle qu'il permet le contact électrique des bornes positives et négatives entre les deux accumulateurs. Le système de régulation actif de charge se trouve ainsi dans une configuration de fonctionnement équivalente à celle où il n'y a qu'un seul accumulateur (mais constitué de deux accumulateurs en série). Finalement, pour rendre le plus polyvalent possible le dispositif de l'invention, la figure 9 montre une coupe d'une attache (1) disposant de 3 types de connexions différentes pour plusieurs sortes d'accumulateurs. À titre 2965677 -7 d'exemples sont présentées sur cette figure les connexions pour les accumulateurs de type R6-AA (91), R03-AAA (92) et 6LR61-9V (93). A titre d'exemple, le dispositif de l'invention tel 5 qu'illustré sur la figure 1 aura des dimensions, une fois replié et sans accumulateurs, de l'ordre de 4 cm de long, de 2 cm de large et de 2 cm d'épaisseur. Ainsi réalisé, le dispositif selon l'invention, sera particulièrement adapté aux voyageurs et pourra être glissé 10 dans une poche ou dans un sac en occupant un volume très réduit. REVENDICATIONS1) Dispositif de charge rapide d'accumulateur caractérisé par ce qu'il ne présente pas de structure contenant les accumulateurs mais des attaches électriques (1) et (2) indépendantes et reliées par des câbles souples (7) et (8) à un système de régulation actif de charge miniature (10) à prise USB mâle (9). 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les attaches électriques disposent de sondes de température (3) et (4). 3) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qui concerne la prise USB mâle (9) par son absence de sens d'orientation du fait de la présence de contacts électriques sur les deux faces du circuit imprimé qui les constitue et de l'absence de blindage métallique classique à ce type de prise. 4) Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce qui concerne la présence d'une sonde de température sur le système de régulation actif de charge (10) à coté de la prise USB mâle (9). 5) Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce qui concerne la présence d'un dispositif évitant les courts-circuits entre les contacts électriques des connecteurs de la prise USB mâle (9). 6) Dispositif selon les revendications 1 à 5 caractérisé en ce que les deux attaches (1) et (2) et le système de régulation actif de charge (10) soient munis d'aimants permettant de les maintenir ensemble d'une façon compacte lorsque le dispositif de l'invention n'est pas utilisé. 7) Dispositif selon les revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu'une des deux attaches (1) ou (2) est remplacée par un aimant conducteur dont la dimension permet le contact entre les bornes positives et négatives des deux accumulateurs auxquels il est destiné. 8) Dispositif selon les revendications 1 à 5 caractérisé en ce que le système de régulation actif decharge (10) possède un ou deux voyants permettant de connaître l'état de fonctionnement du dispositif de l'invention.