FR2539255A1 - Dispositif de maintenance d'alimentation electrique associe de systemes de charge, de controle de charge et de decharge, avec arret automatique dans les deux cas, pour batterie en " tampon ", de tension nominale comprise entre 6 v et 18 v et de capacite nominale comprise entre 0,5 ah et 15 ah - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif de maintenance d'alimentation électrique associé de systèmes de charge, de contrôle de charge et de décharge, avec arrêt automatique dans les deux cas, pour batterie en "tampon", de tension nominale comprise entre 6 V et 18 V et de capacité nominale comprise entre 0,5 Ah et 15 Ah. Suivant une disposition principale, il comprend deux ensembles 64 et 66 situés en amont et en aval de la batterie 42 : l'ensemble 64 est composé d'une alimentation 68, d'un système de charge 69 associé de systèmes de disjonction thermique 72, de visualisation de fonction 73 ainsi que d'un détecteur maxima 71 et d'un détecteur minima 70 qui fonctionne consécutivement au premier ; l'ensemble 66 est composé d'un système de disjonction à surintensité 74 et d'un détecteur minima 75 en tension de décharge. L'invention trouve diverses applications telles que télécommunication, suppléance dans l'automation et la régulation, alarme de tout genre, horloge. (CF DESSIN DANS BOPI)

Description

La présente invention concerne un dispositif de maintenance d'alimentation électrique associé à un système de contrôle de charge et de décharge avec arrêt automatique dans les deux cas, pour batterie en "tampon", de tension nominale comprise entre 6V et 18V et de capacité nominale comprise entre 0,5AH et 15aï.

Les dispositifs connus en la matière dont le but est de pallier aux coupures de secteur, ne sont généralement que de simples chargeurs à tension et courant fixes, et par ce fait sont souvent mal adaptés au type de batterie requis pour l'occasion
Cette inadaptation réduit d'autant la durée de vie des batteries et par conséquent, ne garantit pas la fiabilité de l'ensemble.

Ces dispositifs chargeurs, myome s'ils sont dotés de détecteur de seuil mains interrompant le courant de charge à une certaine valeur de tension prédéterminée, ne disposent pas le plus souvent de détecteur de seuil minima rétablissant le courant de charge à partir d'une autre valeur de tension prédéterminée.

Par un fonctionnement consécutif de l'un à l'autre et dans la marge de tension qui les sépare, lesdits détecteurs maintiennent ainsi la batterie en capacité constante et maximale et leur assurent un état de repos contrôlé.

En outre, ces dispositifs chargeurs sont munis de fusible de protection inséré dans le circuit secondaire du transformateur après les redresseurs, ce qui confère à l'alimentation de base un fonctionnement tout ou rien, de sorte que dans ce dernier cas, toute visualisation d'une anomalie dans le système de charge est rendue impossible.

Par ailleurs,lorsque la batterie débite par le dispositif dans les appareillages, celui-ci doit pouvoir interrompre le courant de décharge; d'une part, en cas de surintensité due à un mauvais fonctionnement dans les appareillages; d'autre part, à partir d'un détecteur de seuil minima de tension de décharge réglé à une valeur prédéterminée.

Cependant, et toujours selon l'hypothèse où la batterie débite par le dispositif dans les appareillages, un tel système de contrôle ne peut avoir qu'une consommation minime, car ajoutée à celle desdits appareillages elle réduirait considérablement l'autonomie de l'ensemble.

Enfin, outre leur adaptabilité aux différents types de batterie existants et la sécurité imposée dans leur principe de fonctionnement, ces dispositifs doivent permettre une maintenance d'alimentation permanente, au moins dans les limites permises par la restitution de capacité, et ce dans des conditions telles que la longévité des batteries en soit assurée.

La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précédents et de proposer un dispositif de maintenance d'alimentation électrique qui réunit sur un même circuit un ensemble de systèmes propres à résoudre les problèmes posés.

Le dispositif de maintenance d'alimentation électrique, objet de l'invention, comprend entre autres dispositions,
10/ une alimentation de base susceptible de délivrer au moins les tension et courant nécessaires; d'une part, aux appareillages auxquels est raccordé ledit dispositif; d'autre part, aux systèmes de charge, de contrôle de charge et décharge de la batterie.

20/ un système de charge de tension et courant réglables associé dans sa fonction à un système de controle de charge, sensible au moins aux seuils de tension de début ou de reprise de charge et au seuil de tension de fin de charge, ledit système de controle est également sensible aux anomalies telles que surintensité ou court-circuit dûs à une détérioration dans les éléments de batterie par ailleurs, un témoin lumineux de fonction visualise l'état de charge de ladite batterie de la façon suivante, témoin allumé: en charge, témoin éteint: arrêt de charge, témoin clignotant: anomalie de charge.

30/ un système de contrôle de décharge qui comporte, un système de disjonction en cas de surintensité dans le circuit de décharge et qui est au moins sensible à un seuil minima de tension de décharge de la batterie ainsi qu'aux court-circuits dans les appareillages, par ailleurs, un interrupteur à poussoir permet le réarmement du système de disjonction.

Le dispositif, selon une première caractéristique, comporte une alimentation de base, susceptible d'alimenter directement les appareillages auxquels il est raccorde, et par conséquent, de fournir une tension réglable et stabilisée à faible taux d'ondulation résiduelle, ladite alimentation est susceptible également de limiter le courant global absorbé par les appareillages et par l'ensemble des systèmes du dispositif.

La plage de réglage en tension permet d'obtenir les tensions de charge requises par les différents types de batterie utilisables; soit une plage de réglage comprise entre 6,8V et 20,25V pour des tensions nominales de batterie comprises entre 6V et 18V.

Le dispositif, selon une deuxième caractéristique, comporte un système de charge susceptible de fournir un courant de charge réglable, la plage de réglage en courant permet d'obtenir les courants de charge requis par les différents types de batterie utilisables; soit une plage de réglage comprise entre 50mA et 1,5A, pour des capacités nominales de batterie comprises entre 0,5AH et 15AH.

Selon une autre caractéristique, un système de contrôle de charge est associé au système de charge, ledit système comporte; d'une part, un détecteur maxima à seuil réglable, capable d'interrompre le courant de charge à partir d'une valeur de tension prédéterminée ainsi qu'un détecteur minima à seuil réglable fonctionnant consécutivement au premier et capable de rétablir le courant de charge à une autre valeur de tension prédéterminée, la marge séparant ces deux détecteurs correspond, soit à la période de charge, soit à la période d'arrêt de charge; leur réglage de seuil leur permet d'être adapté aux différents types de batterie utilisables.

Selon une autre caractéristique importante, le système de contrôle de charge peut interrompre le courant de charge de façon intermittente, ce qui a pour effet un clignotement du témoin lumineux de fonction, cette action est obtenue grâce à un couplage thermique établi entre le transistor générateur de courant de charge et une thermistance reliée au circuit de contrôle dudit système; par ailleurs, suivant une autre variante, 1' effet d'intermittence du courant peut agir sur un système extérieur, à avertisseur sonore ou autre; d'emplacement ad hoc. La disjonction thermique ne s'effectuant qu'au delà d'une certaine valeur de puissance maxima dissipée par le transistor générateur de courant, ladite valeur lui est prédéterminée à partir des critères de charge propres à chaque type de batterie.

Le dispositif, selon une autre caractéristique, comporte un système de contrôle de décharge, susceptible d'interrompre le courant de décharge de la batterie, de trois façons différentes; premièrement, lorsque le courant de décharge dépasse une certaine valeur prédéterminée, réglée à partir des critères de consommation des appareillages; deuxièmement, par un détecteur minima à seuil réglable en tension de décharge, réglé en fonction des tensions minimales de décharge des differents types de batterie utilisables; troisièmement, en cas de court-circuit franc aux bornes des appareillages.

D'autres caractéristiques et avantages apparaitront à la lecture de la description donnée ci-après à titre indicatif mais non limitatif d'un mode de réalisation de l'invention, ainsi que sur le dessin du dispositif, en deux planches dont l'une représente une figure synoptique du dispositif et l'autre, une figure schématique montrant deux ensembles situés respectivement, en amont et en aval de la batterie.

L'ensemble 64 comprend un-transformateur 65 dont le primaire est relié au secteur, et le secondaire à un pont redresseur 15 qui délivre à travers le fusible F une tension redressée de forme ondulée; cette ondulation est diminuée dans sa période de fin de conduction par le condensateur 1.

Le courant qui parcourt la résistance 3 en période de début de conduction, alimente la base du montage "Darlington" constitué par les transistors 5 et 6, et charge dans le même instant le condensateur 4. Celui-ci étant bloqué par la diode 2, en période de descente de conduction, peut se décharger sur ladite base et y maintenir de ce fait un courant constant.

Le filtrage ainsi obtenu et amélioré par le condensateur 7 amène sur le régulateur 8, une tension unidirectionnelle d'ondulation résiduelle.

pratiquement nulle.

Le régulateur 8 est susceptible de fournir, une tension réglable V.E par le pont composé de la résistance ajustable 10 et de la résistance 11, et également de limiter son courant de sortie par la résistance ajustable 9; le réseau comprenant la résistance 12 et le condensateur 13 constituent le filtrage aval dudit régulateur.

Le régulateur 14 et le condensateur 45 délivrent à certains systèmes, par la sortie Al, une tension inférieure à la tension minimale V.E.

La partie de l'ensemble 64 précédemment décrite, de la ligne 40 en page 3 à la ligne 19 de cette même page, correspond à l'alimentation de base du dispositif selon l'invention.

Le transistor 20, générateur du courant de charge est alimenté sur sa base par le pont diviseur constitué des résistances 16, 17, 19; lorsque le transistor 25 est bloqué par suite d'arrêt de charge ou autre, la résistance 16 maintient la tension base émetteur du transistor 20 au blocage, la résistance ajustable 19 permet le réglage du courant de charge de la batterie 42, alors que la résistance 17 en détermine le seuil minima
La résitance 26, par la tension de la sortie Al, sature le transistor 25; la diode 32 évite la décharge de la batterie par la diode établie entre le collecteur et la base du transistor 20, lorsque la tension V.E est absente, transistor 25 bloqué et par conséquent le transistor 20 également.

La résistance 33, entretient la batterie d'un infime courant de charge, et amortit ainsi la chute de tension ohmique constatée habituellement à la coupure de fin de cycle. La diode 34 permet d'éviter la décharge de la batterie dans les circuits en amont lorsque la tension V.E est absente.

Le courant de charge est stabilisé thermiquement par la résistance 18.

La partie de l'ensemble 64 précédemment décrite, de la ligne 23 à la ligne 38 en page 4, correspond au système de charge du dispositif selon l'invention.

La thermistance 31 à coëfficient de température négatif, voit sa résistance interne diminuer lorsque le transistor 20 auquel elle est couplée thermiquement 21, s'échauffe anormalement au dessus du seuil fixé par la résistance ajustable 30.

Le pont diviseur dans lequel sont insérés les composants 30 et 31, amène sur la base du transistor 29, soit une tension base émetteur au blocage, en fonctionnement normal, soit une tension base émetteur en saturation, en cas de fonctionnement anormal du circuit de charge.

Le réglage de la résistance ajustable 30 s'effectue en fonction de la puissance maxima dissipée par le transistor 20 et par conséquent par rapport aux critères de charge propres à chaque type de batterie.

Le pont diviseur constitué par la résistance 35 et le potentiomètre 40, permet de prélever sur ce dernier, une tension prédéterminée par son réglage et représentative de la tension V.B.

Un amplificateur opérationnel 39, utilisé en comparateur, compare cette tension avec une tension de référence prélevée sur la résistance 68 et fournit, lorsque le seuil maxima de tension V.B est atteint, une tension base émetteur de saturation au transistor 27, jusqu'alors maintenu au blocage par la résistance 28.

Le rôle de la diode 37 et de la résistance ajustable 38 étant dl amener une tension supplémentaire réglable sur l'entrée positive dudit amplificateur lorsque sâ sortie est activée et de bloquer ainsi l'armet de charge jusqu'à l'atteinte d'un seuil minima de tension V.B.

Le transistor 41 qui ouvre le circuit de pont diviseur lorsque la tension V.E est absente, évite la décharge de la batterie dans celui-ci.

Le transistor 25 qui commute en tout ou rien le transistor 20, est par action séparée ou simultanée des transistors 27 et 29, soit saturé lorsque ceux-ci sont bloqués, soit bloqué dans le cas contraire.

Le transistor 24 relié par sa base en amont de la diode 329 indique la visualisation de fonction de charge par le témoin lumineux 23 et par la résistance 22 qui adapte la tension de fonctionnement de ce dernier à celle de la sortie Al; la fonction s'établit comme suit, témoin allumé: en charge, témoin éteint:arr8t de charge, témoin clignotant anomalie de charge.

Une logique extérieure peut être utilisée par la sortie Av.S pour prévenir de ce genre d'anomalie, avec avertisseur sonore ou autre d'emplacement ad hoc.

La partie de l'ensemble 64 précédemment décrite, de la ligne 4 à la ligne 40 en page 5, correspond au système de controle de charge du dispositif selon l'invention, ledit système est composé des détecteurs maxima et minima à seuil réglable ainsi que des systèmes de visualisation de charge et de disjonction thermique.

En outre, cette dernière partie termine la description cS@ de l'ensemble 64.

L'ensemble 66 comprend un montage "Darlington" de commutation, il est constitué des transistors 46 et 47.

Le transistor 47 alimenté sur sa base par la résistance 48, peut alimenter, par la résistance 49 et le transistor 53 saturé, la base du transistor 46 dont le roule est de commuter le courant de décharge.

Le pont diviseur constitué de la résistance 56 et du potentiomètre 55, permet de prélever sur ce dernier, une tension prédéterminée repré sentative de la tension V.S et de l'appliquer sur la base du transistor 53; dès que cette tension devient insuffisante pour maintenir ledit transistor saturé, celui-ci se bloque et bloque par conséquent le transistor 46.

Le réglage du potentiomètre 55 s'effectue an fonction des tensions minima de décharge correspondant au type de batterie utilisé.

Le pont diviseur constitué de la résistance 58 et du potentiomètre 60 est maintenu d'une tension relativement constante par la diode 59; diode dont le courant est déterminé par la résistance 57.

La tension prelevee sur le potentiomètre 60 lui est prédéterminée par son réglage, dans l'instant de stabilité du courant i.fl, mais devient proportionnelle à celui-ci dès qu'il augmente; en effet la résistance 62 de faible valeur laisse apparaître une différence de potentiel qui est proportionnelle au courant de sortie I.B et qui s'oppose à la tension présente sur le pont diviseur constitué des composants 58, 59, 60.

Un amplificateur opérationnel 54, utilisé en comparateur, compare la tension prélevée sur le potentiomètre 60 avec une tension de référence, en l'occurrence la tension V.S et fournit, lorsque le seuil maxima du courant I.B est atteint, une tension base émetteur de saturation au transistor 51, jusqu'alors maintenu au blocage par la résistance 52; cette action amène la tension base émetteur du transistor 47 su blocage par la résistance 50 et celui-ci bloque par conséquent le transistor 46.

La diode 61 évite au transistor 46 de fonctionner a l'envers lorsque la tension V.E est présente, celle-ci reste en effet légèrement supérieure à la tension V.B "charge" malgré les diodes en série 67 dont le rôle est; d'une part, d'éviter la décharge de la batterie dans les circuits en amont lorsque la tension V.E est absente; d'autre part, d' abaisser celle-ci par leurs seuils respectifs de tension, afin de la rendre compatible avec la tension V.S d'utilisation en alimentation directe.

Le relais 63 alimenté par la sortie Al, court-circuite la diode 61 dès que la tension V.E est interrompue, et élimine de ce fait le seuil de tension de ladite diode, seuil qui serait préjudiciable à la tension minima V.S d'utilisation, lorsque- la batterie 42 débite dans les appareillages.

L'interrupteur à poussoir 43 permet le réarmement des systèmes de disjonction, lorsque la tension V.E est absente; la résistance 44 limite le courant dérivé lors du réarmement, le transistor 46 étant en effet ouvert.

Un court-circuit franc aux bornes de l'utilisation est une tension nulle sur la base du transistor 53, celui-ci bloqué bloque par conséquent le transistor 46.

L'ensemble 66 précédemment décrit, de la ligne 8 en page 6 à la ligne 16 de cette même page, correspond au système de contrôle de décharge du dispositif selon l'invention.

Le dispositif, objet de l'invention, ainsi décrit dans ses deux ensembles, peut être utilisé comme alimentation directe des appareillages auxquels il est raccordé, et de façon plus précise, dans les. cas où ces appareillages nécessitent la maintenance d'une alimentation électrique permanente, et ce, quelque soit l'état du secteur.

Le dispositif, objet de l'invention, peut avoir des applications nombreuses et diverses, télécommunication, alarme de tout genre, horloge, suppléance dans le domaine de l'automation et de la régulation dans 1' industrie, par ailleurs, son utilisation avec la batterie peut être externe ou intégrée aux appareillages auxquels il est raccordé.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS

   I - Dispositif de maintenance d'alimentation électrique associé de systèmes de charge 69, de contrôle de charge 70, 71, 72, 73, et de décharge 74, 75, avec arrêt automatique dans les deux cas, pour batterie 42 en "tampon", de tension nominale comprise entre 6V et 18V et de capacité nominale comprise entre O,5AH et 15AH, caractérisé en ce que toute anomalie de fonctionnement dans le circuit de charge peut être décelée, soit par un système de visualisation de fonction 73, soit par un système extérieur à avertisseur sonore, commandé par la sortie Av.S, et cela sans perturber pour autant le fonctionnement direct de l'alimentation de base 68 aux bornes des appareillages, soit donc sur la tension V.S.
2. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alimentation de base 68, fournit directement aux bornes des appareillages auxquels est relié ledit dispositif, une tension parfaitement stable, d'ondulation résiduelle pratiquement nulle, cette tension est obtenue par un filtrage électronique constitué des composants 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, et par un régulateur 8 limité en courant et réglable en tension, ladite tension est susceptible d'être adaptée aux tensions de charge des différents types de batterie utilisables.
3. 3 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérise en ce que la tension réglable de l'alimentation de base 68 alimente un régulateur 14 qui délivre une tension stable et fixe a certains systèmes, cette tension étant inférieure à la tension minimale de charge.
4. 4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications i ou 2, caractérisé en ce que le système de charge 69 comprend, entre autres dispositions, un transistor 20 générateur du courant de charge, piloté sur sa base par la résistance ajustable 19, celle-ci permet le réglage du courant de charge, et par conséquent, rend le dispositif adaptable aux courants de charge des différents types de batterie utilisables.
5. 5 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications i à 4, caractérisé en ce que le système de contrôle de charge comporte, un détecteur maxima 71 a seuil réglable, capable d'interrompre le courant de charge à partir d'une valeur de tension prédéterminée, ainsi qu'un détecteur minima 70 à seuil réglable, fonctionnant consécutivement au premier et capable de-rétablir le courant de charge a une autre valeur de tension prédéterminée ; le réglage de seuil desdits détecteurs leur permettant d'être adaptés aux différents types de batterie utilisables.
6. 6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le système de contrôle de charge comporte, un système de disjonction thermique 72 pouvant interrompre le courant de charge par intermittence, lors d'anomalies de fonctionnement constatées dans le circuit de charge, anomalies telles que surintensité ou courtcircuit dans les éléments de batterie, cet effet d'intermittence du courant de charge est obtenu grâce à un couplage thermique établi entre le transistor 20 générateur dudit courant et une thermistance 31 reliée au circuit de contrôle dudit système.
7. 7 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le système de contrôle de charge comporte, un système de visualisation de fonction 73 qui clignote, entre autres dispositions, lors de l'effet d'intermittence du courant de charge par suite de disjonction thermique ; d'autre part, lors du même effet une sortie

   Av.S dudit système peut commander un système extérieur, à avertisseur sonore.
8. 8 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système de contrôle de décharge est susceptible d'interrompre le courant de décharge de la batterie, de trois façons différentes ; premièrement, par un système de disjonction à surintensité 74 lorsque ledit courant dépasse une valeur prédéterminée, deuxièmement, par un détecteur minima 75 à seuil réglable en tension de décharge de la batterie, troisièmement, en cas de court-circuit franc aux bornes des appareillages, en effet une tension nulle sur le pont diviseur 56, 57 empêche le fonctionnement du détecteur minima 75, celui-ci bloque par conséquent le transistor commutateur 46.
9. 9 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'un interrupteur à poussoir 43 du système de contrôle de décharge peut réarmer ledit système en shuntant le transistor commutateur 46, par la résistance 44.
10. 10 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que la tension V.B ne peut débiter dans l'ensemble 64 en amont, lorsque la tension V.E est absente, en effet les diodes 34, 32, 67, ainsi que le transistor 41 sont bloqués.