FR2471067A2 - Dispositif de commutation automatique de deux batteries chargees en parallele et dechargees en serie - Google Patents

Abstract

DISPOSITIF DE COMMUTATION AUTOMATIQUE DE DEUX BATTERIES CHARGEES EN PARALLELE ET DECHARGEES EN SERIE. A LA DIODE D1 PLACEE EN SERIE AVEC LES BATTERIES BT1, BT2 EST ASSOCIE UN INTERRUPTEUR CT4, TH, CT11 COMMANDE PAR LA COMMUTATION EN CHARGE ET EN DECHARGE. APPLICATION AUX DISPOSITIFS POUR LESQUELS LA TENSION DE SORTIE DU CHARGEUR SERAIT TROP FAIBLE POUR CHARGER LES BATTERIES A UNE TENSION SUFFISANTE.

Description

Dispositif de commutation automatique de deux batteries chargées en parallèle et déchargées en série
Dans la demande de brevet principal, la Demanderesse a propose un dispositif de commutation automatique permettant la charge de deux batteries en parallèle par un circuit de charge et leur décharge en série dans une utilisation, comprenant un organe de commande et des organes d'interruption du circuit de charge, caraotérisé par le fait que l'organe de commande est constitué par l'association d'un premier transistor, d'une résistance et d'une première diode, laquelle est connectée entre la borne d'une polarité d'une première batterie et la borne de l'autre polarité de la seconde batterie, en sens direct quand les batteries sont en décharge, ledit premier transistor étant monté de telle sorte qu'il commute de l'état passant à l'état bloqué et inversement suivant le sens de la tension aux bornes de ladite première diode, la résistance confirmant l'état passait, et par le fait que lesdits organes d'interruption sont au nombre de deux, placés respectivement entre les bornes de meme polarité des deux batteries de telle sorte que les batteries sont chargées en parallèle lorsqu'ales sont passants, la première batterie à travers le premier organe d'interruption et la seconde batterie à travers le second organe d'interruption, lesdits organes d'interruption étant commandés par le premier transistor, les circuits de charge et d'utilisa sation étant connectés aux bornes des batteries non connectées à ladite première diode.

Dans ce dispositif, la diode est l'élément essentiel qui permet d'assurer la commutation du circuit de l'état de charge à l'état de décharge et vice-versa. Cependant la présence de cette diode entrain une limitation dans l'application du dispositif En effet, lorsqu'on dispose d'un chargeur à tension constante, habituellement prévu pour la recharge d'accumulateurs au plomb, on ne peut recharger avec ce chargeur des accumulateurs alcalins à une tension supérieure à la demiwsomme de la valeur de la tension en charge du chargeur et de la tension inverse (0,7 V) de la diode. Ainsi, avec un chargeur fournissant en charge 13,1 V, on ne pourra charger des batteries au delà de 13,1 + ,6,9 V.Si donc on veut augmenter la valeur maximale
2 de charge des batteries, il y a lieu de changer de chargeur, ce qui n'est pas souhaitable pour les installations déjà existantes.

Un but de la présente invention est d'apporter une modification au circuit décrit au brevet principal permettant de charger les batteries à une tension supérieure à la tension limite précitée.

L'invention a donc pour objet un dispositif de commutation automatique permettant la charge de deux batteries en parallèle par un circuit de charge et leur décharge en série dans une utilisation, comprenant un organe de commande et des organes d'interruption du circuit de charge, l'organe de commande étant constitué par l'association d'un premier transistor, d'une résistance et d'une première diode, laquelle est connectée entre la borne dtune polarité d'une première batterie et la borne de l'autre polarité de la seconde batterie, en sens direct quand les batteries sont en décharge, ledit premier transistor étant monté de telle sorte qu'il commute de l'état passant à l'état bloqué et inversement suivant le sens de la tension aux bornes de ladite première diode, la résistance confirmant l'état passant, lesdits organes d'interruption étant au nombre de deux, placés respectivement entre les bornes de même polarité des deux batteries de telle sorte que les batteries sont chargées en parallèle lorsqu'ils sont passants, la première batterie à travers le premier organe d'interruption et la seconde batterie à travers le second organe d'interruption, lesdits organes d'interruption étant commandés par le premier transistor, les circuits de charge et d'utilisation étant connectés aux bornes des batteries non connectés à ladite première diode, le premier transistor est connecté de façon à être à l'état bloqué lorsque les batteries sont en décharge, selon la revendication 2 du brevet principal, caractérisé par le fait qu'entre ladite borne d'une polarité de la première batterie (BT1) et ladite borne d'une autre polarité de la seconde batterie (BT2), on associe à ladite première diode (D1) un interrupteur (CT4, Th, CT11) commandé par des moyens qui en provoquent l'ouverture, interrompant le courant dans la diode, lorsque les batteries sont en charge, et qui en provoquent la fermeture, rétablissant le courant dans la diode, lorsque les batteries sont en décharge.

Dans un premier mode de réalisation, ledit interrupteur est un contact (CTA) d'un relais (RLA), ledit contact étant disposé en série entre le pôle négatif de la seconde batterie (BT2) et la première diode (D1), la bobine d'excitation CRL4 > étant connectée entre le pôle positif de la seconde batterie (BT2) et la cathode d'une diode (D4) dont l'anode est reliée à celle des extrémités de la résistance (R2) opposée à la diode (D1), le relais étant agencé pour que le contact (CT4) soit fermé lorsque la bobine (RL4) n'est pas excitée.

Dans une variante de réalisation, dans laquelle le premier organe d'interruption est constitué par un premier contact (CT1) d'un relais (RL) dont l'excitation est commandée par le premier transistor et le second organe d'interruption par un deuxième contact (CT3) dudit relais, ledit interrupteur est constitué par un troisième contact (CT4) du relais (RL) mettant en série la batterie (BT2) et la diode (D1) lorsque le relais (RL) n'est pas excité et mettant en liaison le pôle négatif de la batterie (BT2) avec le pole négatif du chargeur (Ch) lorsque le relais (RL) est excité.

Dans une autre variante de réalisation, la diode et l'interrupteur sont constitués par un thyristor (Th) dont la gâchette est reliée au point commun de deux résistances (R10) et (R11) d'un circuit comprenant en série aux bornes dudit thyristor les résistances (R10) et (R11) et une diode Zener (DZ).Le thyristor se bloque lorsqu'une tension inverse se présente à ses bornes, en fin de décharge des batteries, ce qui assure la commutation série parallèle des batteries.
Dans une autre variante de réalisation, l'interrupteur est un contact (cl11) commandé par un relais (RL2) lul-même commandé par un premier transistor (T20) dont la base est reliée à la cathode de la diode (D1) par une résistance (D20), ledit relais (RL2) actionnant les organes d'interruption (I1) et (I2), par l'intermédiaire d'un circuit de confirmation de la tension de chargeur qui comprend un transistor (T21) commandé par le transistor (T20), et par l'intermédiaire d'un circuit à temporisation comprenant en série avec la bobine (RL2) un transistor (T22), dont la base est reliée au transistor (T21) par une diode Zener associée à un circuit à résistance (R42) et condensateur (C2), la confirmation de l'état de tension du chargeur étant assuré grâce à deux résistances (R21) et (R31) respectivement reliées entre une des bornes du chargeur et l'une des extrémités de la résistance (R20).

L'invention est précisée par la description des quatre modes de réalisation précités en référence au dessin annexé dans lequel
- la figure 1 représente un dispositif de commutation automatique avec un contact de relais en série avec la diode reliant les deux batteries et ayant deux transistors comme organes d'interruption.

- la figure 2 représente un dispositif de commutation automatique avec un relais à trois contacts dont l'un est disposé en série avec les deux batteries et dont les autres servent d'organes d'interruption.

- la figure 3 représente un dispositif de commutation automatique avec un thyristor en série avec les deux batteries et des transistors comme organes d'interruption.

- la figure 4 représente une autre variante de réalisation comprenant des contacts comme organes d'interruption, ceux-ci étant commandés par un circuit temporisé à transistors.

Dans la figure 1, on a représenté deux batteries BT1 et BT2 et une diode D1 dont l'anode est connectée àila borne positive de la batterie BT1 et la cathode à la borne négative de la batterie BT2.

La borne négative de la batterie BT1 est connectée à une borne négative UCcommune à un circuit de charge (Ch) et à une utilisation (Ut) alimentée par le circuit de charge en temps normal. Le circuit de charge est alimenté par un réseau Re. La borne positive de la batterie BT2 est connectée à une borne positive UC+ commune au circuit de charge et à l'utilisation. Le point commun à l'anode de la diode D1 et à la borne positive de la batterie BT1 est connecté à travers une résistance R1 à la base d'un transistor pnp T1 dont l'émetteur est par ailleurs connecté au point commun à la cathode de la diode D1 et à la borne négative de la batterie BT2.Le collecteur du transistor T1 est connecté à travers deux résistances R3 et R4 à la borne UC-.

Au point commun aux résistances R3 et R4 est connectée la base d'un transistor npn T3 dont l'émetteur est connecté à la borne UC-.

La borne négative de la batterie BT2 est connectée à travers une résistance R5 et une diode D2 au collecteur du transistor T3, la cathode de la diode D2 étant connectée au collecteur du transistor T3.

Entre la base du transistor T1 et l'anode de la diode D2 est connectée une résistance R2.

Le point commun à la cathode de la diode D2 et à l'émetteur du transistor T3 est connecté à travers deux résistances R7 et R8 à la borne UC+. Le point commun aux résistances R7 et R8 est connecté à la base d'un transistor pnp T2 dont l'émetteur est connecté à la borne UC+ et dont le collecteur est connecté à travers une résistance R6 à la borne positive de la batterie BT1.

En série avec le pale négatif de la batterie et la diode D1 est placé le contact CT4 d'un relais dont la bobine d'excitation RL# est connecté entre la borne positive du circuit et la cathode de la diode D2.

Une diode D4 est en outre placée en série avec la résistance R2, sa cathode étant reliée à la cathode de la diode D1.

Le relais RL4 est tel que lorsque la bobine n'est pas excitée le contact CT4 soit fermé.

Le fonctionnement du circuit est le suivant o lorsque le chargeur ne fonctionne pas, les batteries débitent dans l'utilisation, les transistors T19 T2 et T3 étant bloqués, le contact CT4 étant fermé lorsque le chargeur est mis en route, la tension inverse ou bornes de la diode D1 polarise à travers la résistance Ri le transistor Ta qui conduit et commande le transistor T3, lequel par le courant de R8 commande le transistor T2. Les batteries se chargent alors en parallèle.

La bobine du relais RL4 est alors traversée par un courant et commande l'ouverture du contact CT4. On peut alors charger les batteries à une tension supérieure à celle possible dans le schéma du brevet principal.

En effet, on peut, à condition de prendre une valeur judicieuse de R2 et d'insérer une diode en série entre R2 et le collecteur de T32 atteindre entre le pale positif de BT1 et le pôle négatif de BT2 une tension allant jusqu'à 3 Volts, avant que le blocage du transistor T1 ne survienne.

Ce qui, dans l'exemple donné précédemment, permet d'obtenir une charge allant jusqu'à 8,5 V par batterie (au lieu de 6,9 V environ).

La figure 2 représente une variante de réalisation du dispositif dans lequel les transistors T2 et T3 sont remplacés respectivement par les contacts CTI et CT3 d'un relais RL connecté entre le collecteur du transistor T1 et la borne VC. La résistance R2 est connectée à un contact CT3 du même relais. Le contact CTII du montage de la figure 1 est commandé par le même relais RL. En l'absence de courant dans le relais RL, le contact CT4 met en série les deux batteries à travers la diode D1 alors que les contacts CT1 et CT3 sont ouverts.

Au moment de la commutation qui fait passer les batteries de la décharge à la charge, le transistor T1 conduit, son collecteur alimente le relais, ce qui place les batteries en parallèle. Le contact
CT4 relie alors le pôle - de BT2 à la borne V - à travers une résistance R9. Le relais, aussi bien dans la version de la figure 1 que dans celle de la figure 2, introduit un léger retard au moment de la commutation visant à mettre les batteries en décharge. Pour éviter toute coupure, il faut que la capacité de sortie du chargeur soit suffisante ; celle-ci peut être augmentée grâce à une capacité 6 en parallèle sur ses bornes, représentée en traits interrompus dans les figures 1 et 2.

Dans la variante de réalisation représentée dans la figure 3, le schéma est identique à celui de la figure 2, le relais RL4, le contact CT4 et la diode D4 étant supprimé. La diode est remplacée par un thyristor Th dont la gâchette est reliée au point commun de deux résistances 210 et Rîl d'un circuit série aux bornes du thyristors et comprenant en outre une diode Zener DZ.

Le thyristor se bloque naturellement quand une tension inverse se retourne à ses bornes pour le démarrage de la charge. Il ne se réamorce que quand la charge est supprimée et qu'une utilisation est branchée aux bornes +Uc et Uc et avec un seuil de tension donné par la diode Zener L'amorçage est très rapide ; ou ne constate pas d'interruption à l'arret de la charge.

Un inconvénient du thyristor est qu'il peut se désamorcer si le courant utilisation devient trop faible. C'est pourquoi le montage de la figure 3 est déconseillé pour des utilisations à courant très variable (par exemple dans un rapport supérieur à 10 entre le courant normal et le courant minimal), car il y a des risques de production d'oscillations de relaxation.

La figure 4 représente une variante de réalisation du dispositif de commutation de battéries. Dans le schéma de la figure 4, on a désigné par les mêmes références que dans les figures précédentes, les éléments communs aux figures, à savoir les batteries d'accumu lateurs BT1 et BT2, les bornes Uc + et U - , l'utilisation Ut, le
c chargeur ch et le réseau Rc.

Les organes d'interruption du circuit de charge, permettant la commutation des batteries d'accumulateurs du montage série (décharge) au montage parallèle (charge) et vice versa comprennent un premier inverseur Il ayant une paire de contacts CT10 et CT11 et un second inverseur I2 ayant une paire de contacts CT12 et CT13, les inverseurs étant commandés par un relais commun ayant un bobinage RL2. Lorsque les batteries sont au repos, ou lorsqu'elle débitent dans une utilisation, les contacts sont dans la position -indiquée dans la figure, plaçant les batteries en série.

Un transistor npn T20 détecte la tension aux bornes de la diode D1.

La base du transistor T20 est reliée : à CT2 et au pôle négatif de BT1 par une résistance R20 ; au pôle positif de BT2 par un condensateur C20 à la borne U0 par une résistance R21 ; au collecteur d'un transistor pnp T21 par une résistance R22 et une diode D20.

L'émetteur de transistor T20 est reliée au pôle positif de la batterie BT2. Enfin le collecteur du transistor T20 est reliée à la borne UCT par deux résistances en série R23 et R24. Au point commun à ces résistances est connecté le transistor T21.

Le contact CT12 est relié à la borne Uc- , par une résistance R31.

Le contact CT10 est relié à la borne Uc+ par une résistance R32 le contact CT13 est relié à la borne Uc- par une résistance R33.

La bobine RL2 du relais de commande des contacts est disposée en série avec un transistor npn T22 ; l'ensemble est en parallèle sur les bornes Uc+ et Uc- . La base du transistor T22 est polarisée par un circuit à temporisation comprenant, en série avec le collecteur du transistor T21, des résistances R40, R4l et une diode Zéner DZ2, et, en parallèle sur DZ2 et R41, un condensateur C2 et une résis tance R42.

Le fonctionnement du dispositif est le suivant
Lorsque la batterie est au repos ou alimentant une utilisation, les contacts sont dans la configuration indiquée dans la figure, mettant les batteries d'accumulateur en série. Tous les transistors sont bloqués, le relais n'est pas excité. Le courant dans R31 est sensiblement égal au courant dans R20 et R21 car R21 et R31 sont égales et grandes devant R20. La tension basse émetteur du transistor T20 est voisine du zéro en absence d'utilisation et négative si le courant d'utilisation est important. On notera que le courant de décharge des batteries, du aux résistances R21 et R31 est faible : en effet, on peut choisir R21 et R31 suffisamment élevées, pour que ce courant soit inférieur au courant d'auto-décharge des accumulateurs.

A la mise sous tension du chargeur, la tension inverse aux bornes de la diode D1 ( dont le seuil est déterminé par le rapport R20
R21), commande le transistor. Le courant d'émetteur de T20 commande la conduction du transistor T21, lequel assure la confirmation de l'état de T20. Après une temporisation, le transistor T22 devient passant, le relais RL2 est excité et les contacts CTO et CT12 sont mis en service. Les batteries BT1 et BT2 se chargent respectivement à travers les résistances R33 et R32.

Si l'utilisation l'impose, un condensateur C3 peut être placé en sortie de l'ensemble pour éviter le manque de tension utilisation pendant la manoeuvre du relais au manque secteur.

Le montage qui vient d'être décrit en référence à la figure 4 permet de charger efficacement les batteries, même si la somme des tensions des batteries est très supérieure à la tension du chargeur lorsque celui-ci débite vers les batteries. On ouvre comme dans le montage des figures 1 et 2 un contact en série avec la diode D1.

Mais, il y a un autre avantage, qui est de confirmer la tension du chargeur lors du raccordement des batteries au chargeur avant que le relais ait basculé (grâce au circuit de temporisation du transistor T22 lui même commandé par le circuit de confirmation D20, R22,
T21).

Ce montage permet d'utiliser des chargeurs dont la chute de tension est importante lorsqu'ils débitent un fort courant de charge.

Claims (5)

REVENDICATIONS

1/ Dispositif de commutation automatique permettant la charge de deux batteries en parallèle par un circuit de charge et leur décharge en série dans une utilisation, comprenant un organe de commande et des organes d'interruption du circuit de charge, l'organe de commande étant constitué par l'association d'un premier transistor, d'une résistance et d'une première diode, laquelle est connectée entre la borne d'une polarité d'une première batterie et la borne de l'autre polarité de la seconde batterie, en sens direct quand les batteries sont en décharge, ledit premier transistor étant monté de telle sorte qu'il commute de l'état passant à l'état bloqué et inversement suivant le sens de la tension aux bornes de ladite première diode, la résistance confirmant l'état passait, lesdits organes d'interruption étant au nombre de deux, placés respectivement entre les bornes de meme polarité des deux batteries de telle sorte que les batteries sont chargées en parallèle lorsqueils sont passants la première batterie à travers le premier organe d'interruption et la seconde batterie à travers le second organe d'interruption, lesdits organes dSinterrup- tion étant commandés par le premier transistor, les circuits de charge et d'utilisation étant connectés aux bornes des batteries non connectées à ladite première diode, le premier transistor est connecté de façon à être à l'état bloqué lorsque les batteries sont en décharge, selon la revendication 2 du brevet principal, caractérisé par le fait qu'entre ladite borne d'une polarité de la première batterie (but1) et ladite borne d'une autre polarité de la seconde batterie (bu2), on associe à la première diode (D1) un interrupteur (CITA9 Th, CTll), commande' par des moyens qui en provoquent l'ouverture, interrompant le courant dans la diode, lorsque les batteries sont en charge, et qui en provoquent la fermeture, rétablissant le courant dans ladite, lorsque les batteries sont en décharge.

2/ Dispositif de commutation automatique selon la revendication 1, caractérisé par la fait que ledit interrupteur est un contact (CT4) d'un relais CRL4), ledit contact étant disposé en série entre le pôle négatif de la seconde batterie (BT2) et la première diode (D1), la bobine d'excitation (RL4) étant connectée entre le pôle positif de la seconde batterie (BT2) et la cathode d'une diode (D4) dont l'anode est reliée à celle des extrémités de la résistance (R2) opposée à la diode (dol), le relais étant agencé pour que le contact (CT4) soit fermé lorsque la bobine-(RL4) n'est pas excité.

3/ Dispositif de commutation automatique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que dans le cas où le premier organe d'interruption est constitué par un premier contact (CT1) d'un relais (RL) dont L'excitation est commandée par le premier transistor et le second organe d'interruption par un deuxième contact (CT2) dudit relais, ledit interrupteur est constitué par un troisième contact (CT4) du relais (RL) mettant en série la batteire (BT2) et la diode (D1) lorsque le relais (RL) n'est pas excité et mettant en liaison le pôle négatif de la batterie (BT2) avec le pale négatif du chargeur (Ch) lorsque le relais (RL) est excité.

4/ Dispositif de commutation automatique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la diode (D1) et ledit interrupteur sont constitués par un thyristor (Th) dont la gâchette est reliée au point commun de deux résistances (R10) et R11) constituant, avec une diode

Zener (DZ) un circuit série disposé en parallèle sur le thyristor.

5/ Dispositif de commutation automatique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'interrupteur est un contact (CT11) commandé par un relais (RL2) lui-même commandé par un premier transistor (T20) dont la base est reliée à la cathode de la diode (D1) par une résistance (D20) commande un relais (RL2) actionnant les organes d'interruption (I1) et (I2) , par l'intermédiaire d'un circuit de confirmation de la tension de chargeur qui comprend un transistor (T21) commandé par le transistor (T20), et par l'intermédiaire d'un circuit à temporisation comprenant en série avec la bobine (RL2) un transistor (T22), dont la base est reliée au transistor (T21) par une diode Zener associée à un circuit à résistance (R42) et condensateur (C2), la confirmation de l'état de tension du chargeur étant assuré grâce à deux résistances (R21) et (R31) respectivement reliées entre une des bornes du chargeur et l'une des extrémités de la résistance (R20).