CH636735A5

CH636735A5 - Procede de regulation du circuit de charge d'un chargeur de batterie, et circuit electronique pour la mise en oeuvre de ce procede.

Info

Publication number: CH636735A5
Application number: CH381480A
Authority: CH
Inventors: Francois Steffens
Original assignee: Battelle Memorial Institute
Priority date: 1980-05-16
Filing date: 1980-05-16
Publication date: 1983-06-15
Also published as: DE3119431A1

Description

Le but de la présente invention est d'obtenir une régulation du courant de charge proportionnelle à l'état de charge de la batterie à l'aide d'un circuit électronique simple, capable de fonctionner en toute sécurité.

A cet effet, la présente invention a tout d'abord pour objet un procédé de régulation du circuit de charge d'un chargeur de batterie selon lequel la durée de charge est proportionnelle au degré de charge de la batterie déterminé par les vitesses de montée et de descente de la tension consécutivement au passage du courant de charge à travers la batterie respectivement à l'arrêt de ce passage de courant. Ce procédé est caractérisé par le fait que l'on mesure continuellement la tension aux bornes de la batterie, que l'on compare cette tension à une tension de référence, que l'on forme un signal proportionnel à la tension résultant de cette comparaison, que l'on compare l'évolution de ce signal par rapport au temps et que l'on fixe une valeur seuil résultant du rapport signal-temps correspondant à l'enclenchement respectivement au déclenchement du circuit de charge de la batterie.

Cette invention a ensuite pour objet un circuit électronique pour la mise en œuvre de ce procédé, caractérisé par le fait qu'il comprend un amplificateur différentiel à deux entrées et une sortie connectées respectivement à la sortie de la batterie, à une tension de référence et à un condensateur, monté en parallèle avec une résistance en série avec un commutateur, un transistor monté en série avec une bobine de commande dudit commutateur ainsi que d'un commutateur reliant le circuit de charge à la batterie, la base de ce transistor étant portée au potentiel de l'armature dudit condensateur connectée à la sortie de l'amplificateur différentiel.

Le dessin annexé illustre, schématiquement et à titre d'exemple, une forme d'exécution d'un circuit électronique pour la mise en œuvre du procédé objet de l'invention.

La fig. 1 est un schéma d'un circuit électronique objet de l'invention.

La fig. 2 est un diagramme explicatif du fonctionnement du circuit de la fig. 1.

La fig. 3 est un diagramme représentant le courant moyen de charge en fonction du temps.

La fig. 4 est un diagramme représentant la surcharge en fonction de la durée de vie d'une batterie.

On sait que lorsqu'une batterie est faiblement chargée, la tension aux bornes monte relativement lentement lorsqu'elle est traversée par un courant de charge.

On sait également que l'électrolyse de l'eau implique une certaine surtension mesurable aux bornes de la batterie.

Bien qu'il s'agisse seulement de facteurs relatifs, il est possible d'en faire usage pour commander la charge d'une batterie. En effet, consécutivement à l'enclenchement et au déclenchement du courant de charge, la tension monte respectivement descend à une vitesse caractéristique de l'état de charge de la batterie.

Si ime batterie n'est chargée que partiellement ou pas du tout, sa tension monte relativement lentement lorsqu'elle est traversée par un courant de charge. Au contraire, si cette batterie est chargée ou près de l'être, sa tension monte rapidement lorsqu'elle est traversée par un courant de charge. Au contraire, dès que la batterie cesse d'être traversée par le courant de charge sa tension s'abaisse brusquement, lorsqu'elle est incomplètement chargée et relativement lentement, lorsqu'elle est presque complètement chargé. Le procédé selon l'invention propose de réguler la durée de charge proportionnellement au degré de charge de la batterie en se basant sur les vitesses de montée et de descente de la tension consécutivement au passage du courant de charge à travers la batterie et à l'arrêt de ce passage de courant.

La fig. 1 illustre un circuit électronique destiné à mettre en œuvre ce procédé et qui comporte un amplificateur différentiel DA dont une des deux entrées est reliée à la tension VB régnant aux bornes de la batterie par un diviseur de tension comprenant

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deux résistances Rt, R2. L'autre entrée de cet amplificateur est courant de charge se traduit par une chute accentuée de tension reliée à une tension de référence fixe VR. Une résistance Rs qui entraîne une montée de tension rapide à la sortie de l'ampli-branchée en série avec la résistance Rj à la première entrée de ficateur différentiel DA. Le condensateur C se charge rapide-l'amplificateur DA et une résistance RF branchée en parallèle ment, l'interrupteur Ij étant ouvert, de sorte que le potentiel de avec l'amplificateur DA sont des résistances d'amplification. Un 5 la base du transistor T atteint de nouveau très vite sa tension de condensateur C est monté en parallèle avec l'amplificateur dif- seuil qui le rend conducteur, mettant le relais sous tension et férentiel DA, une résistance de charge Rç étant interposée entre commutant le circuit de charge sur la batterie. On constate dans la sortie de l'amplificateur DA et une armature du condensateur l'exemple illustré que le temps de charge a été de 38 s. alors que C. Une résistance de décharge RD est montée en parallèle avec l'arrêt n'a été que de 3,5 s.

le condensateur C, un interrupteur Ix relié à un relais de com- 10 Lorsque la charge de la batterie dépasse 95 %, on constate, mande RL étant monté en série avec cette résistance de dé- sur la partie droite du diagramme de la fig. 2, que le passage du charge RD. Le relais de commande RL est monté en série avec courant de charge provoque une brusque montée de tension qui un transistor T dont la base est connectée à l'armature du con- se traduit par une chute rapide de tension à la sortie de l'amplifi-densateur associée à la sortie de l'amplificateur différentiel DA. cateur différentiel. Comme le condensateur C se décharge à Ce relai RL commande un second commutateur I2 disposé entre 15 travers la résistance RD sa tension descend rapidement au-des-la sortie du circuit de charge et la batterie à charger. Lorsque ce sous deu seuil de conduction du transistor T qui arrêt l'alimenta-relais RL est sous tension il attire les interrupteurs Ij et I2 contre tion du relais RL et provoque l'ouverture des interrupteurs Ix et lui et les maintient fermés. En pratique, on fixe une position de I2. La tension de la batterie s'abaisse d'abord très rapidement, départ (par exemple 2,25 Volts/élement) au-dessous de laquelle puis dans la zone de travail normale, c'est-à-dire au-dessous les interrupteurs Il312 restent fermés, de sorte que la résistance 20 d'environ 2,5 V, la chute de tension devient relativement lente. RD décharge le condensateur C. Par conséquent, la tension de sortie de l'amplificateur différen-

Lorsque la tension de la batterie dépasse une valeur donnée, tiel DA monte lentement et la charge du condensateur est donc la tension de sortie de l'amplificateur différentiel descend et le aussi lente, maintenant ainsi longtemps le transistor T non concourant de charge du condensateur C diminue de sorte que la ducteur. Dans cet exemple les temps de charge et d'arrêt sont tension du condensateur s'abaisse et qu'au-dessous d'une valeur 25 respectivemement de 2 s. et 12 s.

déterminée de cette tension, la base du transistor T soumise à la Ces valeurs ne sont données qu'à titre d'exemple et peuvent tension du condensateur C rend le transistor non conducteur, de être modifiées en changeant la valeur de charge du condensa-sorte que le relais RL n'est plus alimenté et que l'interrupteur I2 teur qui détermine le rapport de proportionnalité du circuit de coupe l'alimentation de la batterie. régulation et les durées d'arrêt et de charge respectives en fonc-

Simultanément, l'interrupteur I: s'ouvre également et arrête 30 tion de l'état de charge de la batterie.

la décharge du condensateur C à travers la résistance RD. Le A titre d'exemple, les valeurs indiquées sur le diagramme de courant de sortie de l'amplificateur différentiel DA charge alors la fig. 2 ont été mésurée en utilisant un circuit de régulation à nouveau le condensateur C. Lorsque la tension du condensa- conforme à celui de la fig. 1 et utilisé pour la recharge d'une teur atteint de nouveau la valeur seuil à laquelle le transistor T batterie au plomb dont la tension nominale aux bornes est de 24 devient conducteur, le relais est enclenché. Une certaine hysté- 35 V. Ce circuit est composé d'une résistance Rx de 22 KQ, d'une résis existe et correspond à la différence entre les valeurs d'en- résistance R2 de 39£2. La tension de référence YR est de 47 mV. clenchement et de déclenchement du transistor, et dépend des Les résistances d'amplification Rs et RF ont respectivement courants d'enclenchement et de déclenchement minimum du 220Q et 2,7 MQ. Le gain de l'amplificateur différentiel est de relais RL. C'est ainsi qu'il est possible de varier les temps d'en- 10 000. La résistance de charge Rc du condensateur C est de 33 clenchement et de déclenchement d'après la formule suivante: 40 KQ et celle de décharge RD de 3,9 KQ, le condensateur C

£, ayant une capacité de 1000 |xF. La résistance RB est de 27 KQ,

dt = -r- ■ d V le relais RL à une tension nominale de 12 V et une résistance de

* 650 Q et le transistor T est du type 2N 2905, BC 237 B ou d'un où c = constante du condensateur (en Farad) type équivalent.

dV = variation de tension correspondant à l'hystérésis du 45 relais Le diagramme de la fig. 3 illustre le courant de charge moy-

i = courant de sortie de l'amplificateur dépendant de la en passant à travers la batterie en fonction du temps et le dia-

tension de la batterie, corrigé par le courant de décharge du gramme de la fig. 4 illustre le pourcentage de surcharge de la condensateur à travers RD. batterie en fonction de la durée de vie moyenne de la batterie

Les constantes de temps sont dépendants du condensateur 50 exprimée en %. On constate que la courbe 1 qui se rapporte à la et de l'hystérésis de commutation et varient en fonction de la présente invention a un taux de surcharge très faible et que ce tension de la batterie. taux reste pratiquement constant tout au long de la durée de vie

Le diagramme de la fig. 2 illustre l'évolution de la tension de la batterie. Comparativement, la courbe 2 montre l'évolution d'un élément de batterie lorsqu'il est traversé par un courant de de la surcharge avec un système de régulation à tension constan-charge et consécutivement à l'arrêt du passage de ce courant et 55 te. Dans ce cas on voit que le taux de surcharge est très faible au ceci pour deux états de charge, l'un situé à environ 80 % et début de la vie de la batterie quand celle-ci a sa tension nomina-

l'autre au-dessus de 95 %, illustrés dans les parties gauche res- le, mais qu'il augmente rapidement au fur et à mesure que la pectivement droite du diagramme. tension de fin de charge de la batterie diminue.

On voit sur ce diagramme que la tension de la batterie in- Le courant de charge puisé conforme à la présente invention complètement chargée monte lentement de sorte que la tension 60 a un rendement favorable parce que le courant atteint une va-de sortie de l'amplificateur différentiel DA diminue aussi lente- leur relativement élevée en charge et que l'électrolyte diffuse ment et que le transistor T reste longtemps conducteur, mainte- dans les plaques durant les temps de repos ou d'arrêt. Une nant le relais RL sous tension et par conséquent les interrup- certaine surcharge est encore présente et les gaz (oxygène et teurs II I2 étant fermés. Lorsque la tension de seuil du transistor hydrogène), mélangeant l'électrolyte pendant que l'électrolyse T est atteinte et qu'il cesse de conduire, le relais RL est désex- 65 se produit. L'écoulement du courant est presque idéal et relati-cité et le passage du courant de charge cesse à travers la batterie vement indépendant de la caractéristique du transformateur du consécutivement à l'ouverture de l'interrupteur I2. circuit de charge. La surcharge et le développement de gaz re-

On constate sur le diagramme, que cette interruption du stent très faibles, même sur les vieilles batteries.

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Le circuit électronique de mise en œuvre du procédé est extrêmement simple de sorte qu'il est fiable et bon marché. Le rendement du courant de charge se situe à un niveau très élevé. Le procédé décrit rend le processus de charge peu sensible à

l'âge de la batterie. La limitation de la surcharge résultant de ce procédé conduit à une consommation d'eau distillée très faible. Enfin ce procédé est pratiquement insensible aux caractéristiques du générateur de courant de charge.

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1 feuille dessins

Claims

636 735 2 REVENDICATIONS

1. Procédé de régulation du circuit de charge d'un chargeur de batterie selon lequel la durée de charge est proportionnelle au degré de charge de la batterie déterminé par les vitesses de montée et de descente de la tension consécutivement au passage du courant de charge à travers la batterie respectivement à l'arrêt de ce passage de courant, caractérisé par le fait que l'on mesure continuellement la tension aux bornes de la batterie, que l'on compare cette tension à une tension de référence, que l'on forme un signal proportionnel à la tension résultant de cette comparaison, que l'on compare l'évolution de ce signal par rapport au temps et que l'on fixe une valeur seuil résultant du rapport signal-temps, correspondant à l'enclenchement respectivement au déclenchement du circuit de charge de la batterie.

2. Circuit électronique pour la mise en œuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend un amplificateur différentiel à deux entrées et une sortie connectées respectivement à la sortie de la batterie, à une tension de référence et à un condensateur, monté en parallèle avec une résistance en série avec un commutateur, un transistor monté en série avec une bobine de commande dudit commutateur ainsi que d'un commutateur reliant le circuit de charge à la batterie, la base de ce transistor étant portée au potentiel de l'armature dudit condensateur connectée à la sortie de l'amplificateur différentiel.

Il est important pour la vie d'une batterie qu'elle soit rechargée périodiquement de manière que sa charge soit toujours suffisante. Pour que la recharge soit correcte, il faut qu'elle soit aussi complète que possible, sans apport excessif de courant électrique, cette surcharge se traduisant par une décompositon de l'électrolyte de la batterie en oxygène et en hydrogène et donc par une consommation d'eau distillée.

Pendant la charge d'une batterie au plomb, la tension aux bornes monte progressivement. A partir d'environ 2,3 Volts par élément le rendement de charge diminue en raison du phénomène d'électrolyse. Plusieurs régulateurs de charge ont un dispositif qui réduit le courant de charge d'une valeur déterminée en une ou plusieurs fois, pas à pas ou en continu.

Comme la tension de fin de charge d'une batterie au plomb diminue avec l'âge, avec une tension d'arrêt constante, la surcharge augmentera au fur et à mesure du vieillissement.

On a déjà proposé diverses solutions pour tenter de résoudre le problème de la régulation du courant de charge afin d'éviter les surcharges tout en garantissant une charge aussi complète que possible.

C'est le cas par exemple du brevet suisse No 508 297 selon lequel on arrête périodiquement la charge de la batterie, on détecte la chute de tension consécutive à cet arrêt sur une période donnée, on intègre la surface résultant de cette chute de tension pendant cette période donnée et on arrête la charge dès que la valeur de l'intégrale atteint un seuil correspondant à une charge d'environ 100%. Dans ce brevet, la valeur mesurée est proportionnelle à l'état de charge mais non la période de charge, les coupures de courant intervenant à des intervalles fixes déterminés arbitrairement.

Le brevet suisse No 569 375 se rapporte à un système de régulation selon lequel on arrête la charge jusqu'à ce que la tension s'abaissse d'une valeur déterminée, on mesure la durée nécessaire à l'obtention de cette valeur et on charge la batterie selon une durée proportionnelle au temps mesuré. Cette solution nécessite de conserver en mémoire le temps mesuré et conduit de ce fait à un circuit électronique relativement complexe, donc relativement cher.