FR2490890A1 - INSTALLATION FOR CHARGING BATTERIES OF ACCUMULATORS - Google Patents
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Abstract
A.INSTALLATION POUR LE CHARGEMENT DE BATTERIE D'ACCUMULATEURS, AVEC UNE GENERATRICE 11 A EXCITATION PERMANENTE, ET, EVENTUELLEMENT, UN REDRESSEUR A COURANT CONTINU CONNECTE A LA GENERATRICE, ET AVEC UN REGULATEUR DE TENSION 18. B.INSTALLATION CARACTERISEE EN CE QUE LE REGULATEUR DE TENSION COMPREND UN ETAGE DE COMMANDE 23 ET UN MOSFET 26 A COMMANDE PAR CET ETAGE, LA JONCTION D-S DU MOSFET 26 A ETANT PLACEE DANS LE CONDUCTEUR DE LIAISON 15 RELIANT LA SORTIE A TENSION CONTINUE 13 DE LA GENERATRICE 11 A LA BORNE DE BRANCHEMENT B DE LA BATTERIE 14. C.INSTALLATION APPLICABLE A UN VEHICULE AUTOMOBILE POUR SA BATTERIE.A.INSTALLATION FOR CHARGING THE BATTERY OF ACCUMULATORS, WITH A GENERATOR 11 WITH PERMANENT EXCITATION, AND, POSSIBLY, A DIRECT CURRENT RECTIFIER CONNECTED TO THE GENERATOR, AND WITH A VOLTAGE REGULATOR 18. B. INSTALLATION CHARACTERIZED IN THAT THE VOLTAGE REGULATOR INCLUDES A CONTROL STAGE 23 AND A MOSFET 26 TO BE CONTROLLED BY THIS STAGE, THE DS JUNCTION OF MOSFET 26 IS PLACED IN THE LINK CONDUCTOR 15 CONNECTING THE CONTINUOUS VOLTAGE OUTPUT 13 OF GENERATOR 11 TO THE CONNECTION TERMINAL B BATTERY 14. C. INSTALLATION APPLICABLE TO A MOTOR VEHICLE FOR ITS BATTERY.
Description
L'invention concerne une installation de charge deThe invention relates to a charging installation of
batterie d'accumulateurs, avec une génératrice excitée en per- accumulator battery, with a generator excited in
manence, suivie, le cas échéant, d'un redresseur de courant et manence, followed, where appropriate, by a current rectifier and
d'un régulateur de tension.a voltage regulator.
Dans les installations de chargement qui comprennent une génératrice excitée par aimant permanent, la régulation de la tension peut être effectuée de différentes manières. Une possibilité consiste à prévoir un régulateur longitudinal avec un contacteur de courant principal dans la branche longue. Une autre possibilité consiste en une régulation transversale avec In charging facilities which include a permanent magnet excited generator, the regulation of the voltage can be carried out in different ways. One possibility is to provide a longitudinal regulator with a main current switch in the long leg. Another possibility is cross-regulation with
un contacteur de courant principal dans la branche transversale. a main current contactor in the transverse branch.
Une combinaison de ces deux modes de régulation est possible. A combination of these two modes of regulation is possible.
Cependant, dans ces deux systèmes connus, un fonctionnement However, in these two known systems, an operation
exempt d'incidents, notamment dans le cas o le système fonc- incident-free, especially in the case where the system
tionne sans une batterie, n'est pas assuré, parce que, lors des without a battery, is not insured, because
processus de connexion, il peut se produire des pointes de ten- connection process, there may be spikes in
sion élevées.high level.
L'invention a pour objet une installation de charge de batterie du type mentionné plus haut,- caractérisée en ce que le régulateur SX Peinsion comprend un étage de commande et un MOSFET commandé par cet étage, la jonction D-S du MOSFET étant The subject of the invention is a battery charging installation of the type mentioned above, characterized in that the SX Peinsion regulator comprises a control stage and a MOSFET controlled by this stage, the D-S junction of the MOSFET being
placée dans le conducteur de liaison reliant la sortie à ten- placed in the connecting conductor connecting the output to
sion continue de la génératrice à la borne de branchement Bu de continuous flow from the generator to the service terminal Bu de
la batterie.drums.
L'avantage de cette installation réside en une très faible puissance de perte et en ce qu'elle ne nécessite qu'une faible puissance de commande. Lors de coupures de charge, dans un système sans batterie, les pointes de tension produites sont supprimées par la régulation et séparées du réseau de bord. Comme autre avantage, on peut mentionner qu'aucun montage de connexion The advantage of this installation lies in a very low power loss and in that it requires only a low power of control. During load interruptions, in a battery-free system, the voltage spikes produced are suppressed by the regulation and separated from the on-board system. Another advantage is that no connection setup
spécial n'est nécessaire ici comme protection contre des sur- is necessary here as a protection against
tensions.tensions.
L'invention prévoit diverses mesures de réalisation. The invention provides various embodiments.
Il est notamment avantageux que, en accord avec la puissance nécessaire pour l'installation, il est possible, sans problèmes, de connecter en parallèle plusieurs MOSFET sans que le montage de commande doive être modifié, ou que des organes de symétrie supplémentaire soient nécessaires. Enfin, il est possible de réaliser un fonctionnement avec génératrice excitée par aimant It is particularly advantageous that, in agreement with the power required for the installation, it is possible, without problems, to connect several MOSFETs in parallel without the control assembly having to be modified, or that additional symmetry devices are necessary. Finally, it is possible to perform operation with a generator excited by magnet
permanent.permanent.
2490S902490S90
La description ci-après se rapporte à trois exemples The following description refers to three examples
de réalisation, expliqués avec référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure i montre un exemple dans lequel est prévue une génératrice triphasée excitée en permanence. - la figure 2 montre une installation de charge avec embodiment, explained with reference to the accompanying drawings in which: - Figure i shows an example in which there is provided a three-phase generator permanently excited. - Figure 2 shows a charging installation with
régulation transversale.cross regulation.
- la figure 3 montre une installation avec une régula- - Figure 3 shows an installation with a regula-
tion longitudinale et une régulation transversale. longitudinal and transversal regulation.
Dans la figure 1 est représentée une génératrice triphasée à excitation permanente, à laquelle est connecté un régulateur en pont à courant triphasé 12. La puissance de sortie est disponible à la sortie en tension continue 13 pour le réseau de bord du véhicule. Un conducteur de liaison 15 réunit la sortie à tension continue 13 à la borne B+ d'une batterie 14. A la borne de batterie B+ sont raccordés les dispositifs utilisateurs FIG. 1 shows a permanently excited three-phase generator, to which is connected a three-phase bridge regulator 12. The output power is available at the DC voltage output 13 for the on-board vehicle network. A connecting conductor 15 connects the DC voltage output 13 to the terminal B + of a battery 14. At the battery terminal B + are connected the user devices
17 à travers un contacteur 6.17 through a contactor 6.
L'installation de charge de batterie contient en outre un régulateur de tension 18. Ainsi que le redresseur 12, la batterie 18 et les charges 17, le régulateur de tension est raccordé à la masse 19 par un conducteur. L'alimentation en tension du régulateur 18 a lieu par un conducteur d'alimentation de tension 21 lequel, de son c8té, est raccordé au conducteur de liaison 15 par l'intermédiaire du contacteur de marche du The battery charging system further contains a voltage regulator 18. As well as the rectifier 12, the battery 18 and the loads 17, the voltage regulator is connected to ground 19 by a conductor. The voltage supply of the regulator 18 takes place via a voltage supply conductor 21 which, on its side, is connected to the connecting conductor 15 via the power switch of the
véhicule 22.vehicle 22.
Le régulateur de tension 18 contient tout d'abord un étage de commande 23, de type de construction usuel. En outre, il est prévu un étage indicateur 24, lequel permet, au moyen d'une lampe de contr8le 25, une surveillance de l'opération de charge de la batterie. Une partie constituante importante du régulateur de tension 18 est l'organe MOSFET 26, disposé dans le parcours du conducteur de liaison 15. Le raccord de sortie D du MOSFET 26 est relié avec la sortie à tension continue 13 de la génératrice, et le raccord de source S est relié à la borne de batterie B+. Le substrat I est raccordé à la borne de source S. L'étage de commande 23 est suivi par un montage de circuits 27 pour élévation de la tension. La sortie de ce montage 27 est reliée à la borne de commande G du MOSFET 26. Enfin, le régulateur de tension 18 contient encore un dispositif 28 pour limitation de la tension, qui est raccordé à la sortie à tension continue 13 de la génératrice 1.10 Au lieu d'un seul MOSFET 26, il est possible de prévoir plusieurs de ceux-ci, montés en parallèle, selon le courant maximal passant dans le conducteur The voltage regulator 18 first contains a control stage 23, of the usual construction type. In addition, there is provided an indicator stage 24 which, by means of a control lamp 25, makes it possible to monitor the charging operation of the battery. An important constituent part of the voltage regulator 18 is the MOSFET member 26, arranged in the path of the connecting conductor 15. The output connection D of the MOSFET 26 is connected with the DC voltage output 13 of the generator, and the connection source S is connected to the battery terminal B +. The substrate I is connected to the source terminal S. The control stage 23 is followed by a circuit arrangement 27 for raising the voltage. The output of this assembly 27 is connected to the control terminal G of the MOSFET 26. Finally, the voltage regulator 18 still contains a device 28 for limiting the voltage, which is connected to the DC voltage output 13 of the generator 1.10. Instead of a single MOSFET 26, it is possible to provide several of these, connected in parallel, according to the maximum current flowing in the conductor
de liaison 15.link 15.
La tension de barrage de la jonction D-S du transis- tor 26 doit se trouver supérieure à la tension de sortie de la The barrier voltage of the D-S junction of the transistor 26 must be greater than the output voltage of the
génératrice qui est maximale au moment de la connexion. Le dis- generator that is maximum at the time of connection. The disc
positif 27 pour la limitation de la tension n'est pas absolu - positive 27 for the limitation of the voltage is not absolute -
ment nécessaire pour abaisser les pointes de tension provoquées par l'inductivité de courant de la génératrice, mais il peut avantageusement être remplacé par une diode Zener. L'étage de commande 23 reçoit sa tension de commande avantageusement de la borne de raccordement B+ de la batterie. Il ne nécessite qu'une très faible puissance de commande, et, par conséquent, il peut être réalisé par un montage IC ou un montage hybride avec une commande IC appropriée. Le montage de circuits 27 destiné à l'accroissement de tension est nécessaire dans le cas d'un régulateur longitudinal parce que, pour commander l'organe MOSFETr il est nécessaire de prévoir, entre sa borne de commande It is necessary to lower the voltage spikes caused by the current inductivity of the generator, but it can advantageously be replaced by a Zener diode. The control stage 23 receives its control voltage advantageously from the connection terminal B + of the battery. It requires very little control power, and therefore it can be realized by IC mounting or hybrid mounting with appropriate IC control. The circuit arrangement 27 for the voltage increase is necessary in the case of a longitudinal regulator because, to control the MOSFETr member, it is necessary to provide, between its control terminal
G et sa borne de source S, une tension d'environ 10 volts. G and its source terminal S, a voltage of about 10 volts.
Par l'actionnement du contacteur de marche 22, la tension de la batterie est appliquée à l'étage de commande 23 et au montage de circuits 27 par l'intermédiaire du conducteur d'alimentation en tension 21 pour accroître la tension. L'étage de commande 23 met le MOSFET à l'état conducteur, lorsque la tension du réseau de bord à la borne de batterie B+ se trouve inférieure à la tension de réglage prévue. Lorsque la génératrice 1l est en service et que sa vitesse de rotation s'est accrue, le courant commence à passer, dans le conducteur de liaison 15, vers la batterie 14. Dès que la tension du réseau de bord à la borne de batterie B+ dépasse la tension de réglage, l'étage de commande 23, par l'intermédiaire du montage 27, met le dispositif MOSFET 26 à l'état barré et il sépare ainsi la génératrice ll de la batterie 14. La tension existant à travers la jonction D-S du MOSFET 26 peut être superposée avec une tension de pointe qui est provoquée par l'inductivité de courant de la génératrice l. Une telle pointe de tension peut être appliquée, par le montage 28, à la borne de drain D du MOSFET pour une limitation By operating the on-mode switch 22, the battery voltage is applied to the control stage 23 and the circuitry 27 via the voltage supply conductor 21 to increase the voltage. The control stage 23 puts the MOSFET in the conductive state, when the voltage of the on-board network at the battery terminal B + is lower than the intended adjustment voltage. When the generator 11 is in use and its rotational speed has increased, the current begins to pass, in the connecting conductor 15, to the battery 14. As soon as the voltage of the network to the battery terminal B + exceeds the control voltage, the control stage 23, via the mounting 27, puts the MOSFET device 26 in the locked state and thus separates the generator 11 from the battery 14. The voltage existing through the junction DS of the MOSFET 26 can be superimposed with a peak voltage that is caused by the current inductivity of the generator 1. Such a voltage peak can be applied, by the mounting 28, to the drain terminal D of the MOSFET for a limitation.
de la tension.of tension.
La figure 2 montre une installation de charge de batterie avec un régulateur transversal, les parties identiques Figure 2 shows a battery charging installation with a transverse regulator, identical parts
étant désignées par les mêmes références que dans la figure 1. being designated by the same references as in Figure 1.
La sortie de l'étage de commande 23 est maintenant reliée à la borne decommande G d'un dispositif MOSFET 26b dont la jonction D-S est connectée en parallèle avec la sortie à tension continue 13-19 de la génératrice et à la masse. Dans cet exemple, peuvent The output of the control stage 23 is now connected to the control terminal G of a MOSFET device 26b whose D-S junction is connected in parallel with the DC voltage output 13-19 of the generator and grounded. In this example, can
également être prévus plusieurs MOSFET 26b connectés en parallèle. also be provided several MOSFET 26b connected in parallel.
La tension de barrage de la jonction D-S du MOSFET 26b doit ici, au contraire du premier exemple de réalisation, se trouver simplement supérieure à la tension de réseau de bord maximale éventuelle, c'est-àdire à la tension de sortie de la génératrice 11 à la borne 13. Un montage de circuits pour l'accroissement de la tension de bornes de la batterie 14 n'est pas nécessaire dans cet exemple, car la tension aux bornes de la batterie 14 met à disposition un potentiel suffisamment élevé par rapport à la masse. Ici également, le régulateur de tension peut être réalisé par un montage IC ou un montage hybride avec commande IC. Dans ce second exemple, il est nécessaire de prévoir une diode de découplage 29 pour découpler la jonction The barrier voltage of the DS junction of the MOSFET 26b must here, unlike the first embodiment, be simply greater than the maximum possible edge network voltage, that is to say the output voltage of the generator 11 at terminal 13. A circuit arrangement for increasing the terminal voltage of the battery 14 is not necessary in this example, since the voltage across the battery 14 provides a sufficiently high potential with respect to the mass. Here too, the voltage regulator can be realized by IC mounting or hybrid mounting with IC control. In this second example, it is necessary to provide a decoupling diode 29 for decoupling the junction
D-S de la batterie.D-S battery.
Dans ce second exemple, le réseau de bord est égale- In this second example, the onboard network is also
ment protégé contre des surtensions, lorsque l'installation fonctionne sans batterie et qu'une charge 17 est déconnectée, et cela sans qu'il soit nécessaire de prévoir des installations overvoltage protection, when the installation operates without a battery and a charge 17 is disconnected, and this without the need for facilities
de circuits supplémentaires.additional circuits.
Par actionnement du contacteur de marche 22, la ten- By actuating the operating switch 22, the tension
sion d'alimentation est appliquée au régulateur 18. Si la ten- supply is applied to the regulator 18. If the
sion du réseau de bord, par exemple la tension aux bornes de la batterie 14, est inférieure à la tension de réglage prévue, la jonction du MOSFET 26b reste barrée. Lorsque la génératrice 11 atteint sa vitesse de rotation, le courant commence à être délivré à la batterie 14. Lorsque maintenant la tension du réseau de bord dépasse la tension de réglage, la tension de commande à la borne de commande G du MOSFET 26b, s'élève à une valeur telle que la jonction D-S devient conductrice et que, The voltage of the on-board network, for example the voltage at the terminals of the battery 14, is lower than the intended adjustment voltage, the junction of the MOSFET 26b remains barred. When the generator 11 reaches its rotational speed, the current begins to be delivered to the battery 14. When the voltage of the onboard network now exceeds the adjustment voltage, the control voltage at the control terminal G of the MOSFET 26b, s raises to such a value that the DS junction becomes conductive and that,
pratiquement, la sortie de génératrice 13, 19 est court-circuitée. practically, the generator output 13, 19 is short-circuited.
A travers la jonction D-S du MOSFET subsiste seulement encore une tension restante faible et la diode de découplage 29 est à l'état de barrage. Ainsi, la génératrice 11 est séparée du Through the D-S junction of the MOSFET, only a small remaining voltage remains and the decoupling diode 29 is in the barrier state. Thus, the generator 11 is separated from the
conducteur de liaison 15, et ainsi du réseau de bord. connecting conductor 15, and so the onboard network.
Dans le cas de déconnexion de charge, sans la pré- In the case of load disconnection, without the pre-
sence d'une batterie 14, il ne peut pas se produire de pointes de tension à la sortie 13, 19 de la génératrice ll1 de sorte qu'elle est pratiquement court-circuitée à travers la jonction DUS du MOSFET 26b. La figure 3 montre un exemple de réalisation dans lequel sont réalisées une régulation longitudinale ainsi qu'une régulation transversale. A partir de l'étage de commande 23, le MOSFET 26b, qui est connecté en parallèle avec la sortie 13, 19 de la génératrice 11, est commandé directement Le MOSFET 26A, qui est monté dans le conducteur de liaison entre la sortie à tension continue 13 de la génératrice 11 et la batterie 14, est If there is a battery 14, there can be no voltage spikes at the output 13, 19 of the generator 11 so that it is substantially short-circuited through the DUS junction of the MOSFET 26b. FIG. 3 shows an exemplary embodiment in which longitudinal control as well as transverse control are performed. From the control stage 23, the MOSFET 26b, which is connected in parallel with the output 13, 19 of the generator 11, is directly controlled. The MOSFET 26A, which is mounted in the connecting conductor between the voltage output continuous 13 of the generator 11 and the battery 14, is
commandé par un montage de circuits 27, pour réaliser une éléva- controlled by a circuit arrangement 27, to realize a
tion de la tension aux bornes de la batterie 14. the voltage across the battery 14.
Dans cet exemple, il est également possible de prévoir plusieurs MOSFET 26, connectés en parallèle. L'avantage ici réside en ce que la tension de barrage aussi bien du MOSFET In this example, it is also possible to provide several MOSFETs 26 connected in parallel. The advantage here is that the damming voltage of the MOSFET
longitudinal 26a que du MOSFET transversal 26b, ne doit être. longitudinal 26a that transverse MOSFET 26b, should be.
choisie seulement pour qu'elle soit supérieure à la tension de chosen only to be greater than the voltage of
réseau de OLd normale. Les types dé MOSFET avec une faible ten- OLd network normal. The types of MOSFETs with a low
sion de barrage possèdent un courant permanent admissible plus élevée avec une résistance de passage plus faible, que des types have a higher permissible permanent current with a lower resistance of passage, than types
à tension de barrage plus élevée. with higher barrier voltage.
Dans ce troisième exemple est encore prévu un étage de connexion 31 qui assure que, d'une part, lorsque le MOSFET longitudinal 26a est conducteur, le MOSFET transversal 26b est barré, et que le MOSFET 26b, lorsque le MOSFET longitudinal In this third example there is also provided a connection stage 31 which ensures that, on the one hand, when the longitudinal MOSFET 26a is conducting, the transverse MOSFET 26b is barred, and the MOSFET 26b, when the longitudinal MOSFET
26a est barré, n'est commandé pour devenir conducteur que lors- 26a is barred, is ordered to become a driver only when
que la tension existant à sa jonction D-S a dépassé une valeur that the existing voltage at its D-S junction has exceeded a value
prédéterminée.predetermined.
Par un conducteur palpeur 32, une entrée de l'étage de commande 23 du régulateur de tension est reliée avec la By a probe conductor 32, an input of the control stage 23 of the voltage regulator is connected with the
sortie à tension continue de la génératrice 11. DC voltage output of the generator 11.
Après actionnement du contacteur de marche 22, sont connectés à l'étage de commande 23, le montage indicateur 24, le montage de circuits 27 pour l'accroissement de la tension, et l'étage de connexion 31 de la tension d'alimentation. Si la tension du réseau de bord se trouve au-dessous de la tension de réglage prévue, le MOSFET transversal 26b est barré et le MOSFET longitudinal 26a est conducteur. Si la tension de réglage dépasse, par l'apport de courant de la génératrice 11, la valeur After the operation switch 22 has been activated, the indicator circuit 24, the circuit arrangement 27 for increasing the voltage, and the connection stage 31 of the supply voltage are connected to the control stage 23. If the voltage of the on-board network is below the intended adjustment voltage, the transverse MOSFET 26b is crossed off and the longitudinal MOSFET 26a is conducting. If the set voltage exceeds, by the supply of current of the generator 11, the value
prédéterminée, le MOSFET longitudinal 26a passe à l'état barré. predetermined, the longitudinal MOSFET 26a goes to the barred state.
Le MOSFET transversal 26b reste barré tant que le potentiel à la borne de drain D des deux MOSFET 26a, 26b reste inférieur à la tension de barrage maximale permise. Lorsque la vitesse de rotation de la génératrice est très élevée et que, ainsi, la tension de marche à vide de la génératrice; si le MOSFET longitudinal 26a n'est pas conducteur, se trouve au-dessus de la tension de barrage maximale admise pour les deux MOSFET 26, le régulateur de tension 23 agit, par le conducteur palpeur 32, sur la régulation transversale et The transverse MOSFET 26b remains barred as long as the potential at the drain terminal D of the two MOSFETs 26a, 26b remains below the maximum permissible barrier voltage. When the speed of rotation of the generator is very high and that, thus, the idle voltage of the generator; if the longitudinal MOSFET 26a is not conducting, is above the maximum permissible barrier voltage for the two MOSFETs 26, the voltage regulator 23 acts, by the probe driver 32, on the transverse control and
commande le MOSFET transversal 26b vers son état conducteur. controls the transverse MOSFET 26b to its conductive state.
Dans ce troisième exemple de réalisation également, In this third embodiment also,
peuvent 9tre utilisés des MOSFET 26 à basse tension de barrage. MOSFETs 26 with a low barrier voltage can be used.
Ces MOSFET à faible tension de barrage possèdent un courant per- These low-voltage barrier MOSFETs have a continuous current
manents maximal autorisé, avec en m9me temps une basse résis- maneuvers allowed, while at the same time a low resistance
tante de passage, plus élevé que les MOSFET à tension de barrage plus élevée. Ainsi, le régulateur de tension 18 fonctionne avec une tension de perte plus faible et le nombre d'éléments de puissance nécessaires est plus faible. En outre, la puissance passing aunt, higher than the higher dam voltage MOSFETs. Thus, the voltage regulator 18 operates with a lower loss voltage and the number of power elements required is lower. In addition, the power
de perte totale de l'installation de génératrice est très fai- total loss of the generator installation is very low.
ble, étant donné que le régulateur de tension intervient comme ble, since the voltage regulator intervenes as
régulateur longitudinal, jusqu'à une tension de barrage prédé- longitudinal regulator, up to a predetermined barrier voltage
terminée.completed.
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