Soutenance mémoire
La batterie 12 volts (V) d’une voiture est sans cesse sollicitée, soit en décharge (démarrage du moteur, clim, phares, etc.), soit en recharge, quand l’alternateur lui fournit le courant qu’elle a dépensé. Idéalement, elle est autonome. En réalité, il arrive que ses cycles de décharge soient plus importants, notamment en hiver, lorsque le démarrage est plus laborieux et les éclairages plus sollicités. S’ensuit une utilisation de la batterie à mi-charge, ce qui favorise la formation de sulfate et diminue sa durée de vie. Pour éviter ces inconvénients, il suffit de la recharger régulièrement.
PRINCIPE DE BASE D’UN CHARGEUR DE BATTERIE
Suivant la technologie de la batterie utilisée, il faut respecter tel ou tel mode de décharge et donc des charges des batteries. Ces méthodes de charge sont en pleine évolution, mais nous allons en définir les plus courantes. Pour charger complètement une batterie, il faut lui restituer une quantité d’électricité supérieure à celle qui a été déchargée. Les pertes faradiques (c’est-à-dire relatives au bilan des quantités d’électricité échangées) sont dues à la réaction parasite d’électrolyse de l’eau. On définit donc un coefficient de charge, rapport entre la quantité d’électricité chargée et celle déchargée, qui varie de 1,10 à 1,20. On charge ces batteries au plomb en lui appliquant un courant continu d’une valeur quelconque (sous réserve des limites technologiques liées à la batterie elle-même ou à ses connexions), pourvu qu’elle n’entraîne pas aux bornes de la batterie l’apparition d’une tension supérieure à 2,35 2,40 V par élément (valeur à 25°).
Principe de base
Avant de faire un chargeur, voici quelques principes de base à retenir :
➤ Il faut savoir avant tout le type de batterie à charger. Dans notre cas, on va réaliser un chargeur pour les batteries au plomb-acide (batterie des voitures).
➤ Le courant de sortie du chargeur doit être continu sous une tension adaptée à la charge de batterie.
➤ La tension de sortie du chargeur doit être stabilisée et constante pendant la charge de la batterie.
➤ Le temps de charge est fonction de: l’intensité de charge réglée sur le chargeur.
dq = i dt
Une charge idéale s’effectue en réglant l’intensité de charge à 1/10ème de la capacité de la batterie. Cependant si cette charge permet de ramener une batterie déchargée en bon état à 100% de sa capacité, elle demande beaucoup de temps.
EXEMPLE: une batterie 12V 100Ah avec un courant de charge de 10 A est chargée de préférence pendant 10 h.
REMARQUE:
La tension de charge d’une batterie ne peut pas dépasser 2.4V par élément pour protéger la batterie contre la surtension. Une charge rapide utilise un courant 2 à 5 fois supérieur à celui d’une charge normale. La durée est alors considérablement raccourcie. Cependant, cette méthode échauffe la batterie et a tendance à la détériorer.
Chargeur traditionnel
Ces chargeurs existent depuis que les batteries au plomb sont utilisées, on en trouve de toutes les capacités.
Chargeur manuel traditionnel
Ces chargeurs sont constitués d’un transformateur, d’un pont de diodes de redressement. Le circuit comporte parfois un interrupteur pour disposer de deux régimes de charge (lent ou rapide). Cet interrupteur agit sur le circuit primaire du transformateur en modifiant le rapport de transformation.
FONCTIONNEMENT: Ce type de chargeur impose un temps de charge contrôlé (limité dans le temps) et une surveillance car la tension de sortie n’est pas précise et n’est pas limitée en valeur. La tension de sortie dépend directement de la valeur de la tension délivrée par l’entrée, puisque c’est le rapport de transformation (nombre de spire primaire sur nombre de spire secondaire) qui fixe le rapport entre la tension d’entrée et la tension de sortie délivrée. Il délivre à la batterie un courant fort au départ (précisé sur l’appareil), qui baisse naturellement au fur et à mesure que la batterie se charge, on peut le contrôler sur l’ampèremètre intégré.
Ce qui veut dire que la tension peut dépasser les 20 volts en fin de charge. Ce chargeur n’est adéquat que sur une batterie démontée. Par ailleurs, une surveillance est indispensable, car il faut l’éteindre en fin de charge.
Chargeur manuel régulé
Ces chargeurs sont de même constituant que le précédent mais la différence est qu’à la sortie du redresseur, il y a une composante qui régularise le courant pendant la charge de la batterie.
FONCTIONNEMENT : La tension d’un chargeur manuel « régulé » est toujours constante pendant la charge de batterie mais l’intensité diminue progressivement jusqu’à ce que la batterie soit en pleine charge.
Au début de la charge le courant est maximal mais à la fin de charge il devient nul. Il se coupe quand la batterie atteint 14,7 Volts (pour les batteries 12V) ou 7.3 V (pour les batteries 6V) et se remet automatiquement en route si la tension descend sous une certaine valeur. Certes, il limite les dégâts sur les périphériques, mais si on le laisse longtemps en action (comprendre au-delà du cycle de charge « normal » d’une dizaine d’heures), il peut, à terme, également dégrader la batterie (ébullition de l’électrolyte). C’est un chargeur traditionnel qui dispose en plus d’une protection, les conditions d’utilisation sont identiques au modèle manuel traditionnel.
Chargeur lent
Depuis quelques années, on voit un nouveau type de chargeur proposé à la vente, il s’agit des chargeurs dits ‘lents’ qui utilisent un courant de charge faible et une régulation précise de la tension de la batterie. Ils sont conçus pour rester brancher sur de longues périodes sans surveillance.
Chargeur automatique
Ces chargeurs sont constitués d’un transformateur, d’un pont de diodes de redressement et d’un circuit de limitation de la tension de sortie. Le circuit comporte parfois un interrupteur pour disposer de 2 régimes de charge (lent ou rapide). Cet interrupteur agit sur le circuit primaire du transformateur en modifiant le rapport de transformation. Ce type de chargeur permet de réduire la surveillance, car la tension de sortie est limitée en valeur vers 14,5V pour les modèles prévus pour les batteries sans entretien. Comme ce modèle dispose d’un circuit de limitation de tension, la valeur de la tension d’entrée n’a plus d’influence sur la tension de sortie délivrée maximale. A ces deux catégories, on peut ajouter les chargeurs démarreurs qui apportent un aide complémentaire pour le démarrage d’une voiture avec une batterie déchargée. Les caractéristiques de cette fonction de démarrage sont très mal caractérisées sur l’emballage des produits. Il s’occupe de tout. Il amène rapidement la batterie à son niveau optimal de 14,5 volts [7.2 V], puis délivre un courant d’entretien de faible ampérage afin de la maintenir à 13,5 volts [6.7V]. Il peut rester branché sans interruption, même sur de longues périodes, sans danger ni pour la batterie, ni pour l’électronique.
Son mode de fonctionnement est basé en 3 phases:
Phase 1: la charge en courant constant; la batterie est chargée au courant constante jusqu’à atteindre le voltage d’absorption sélectionné. Le voltage de charge change avec le voltage de batterie. Si la batterie est en décharge profonde, le courant de charge sera réduit de moitié jusqu’à ce que la tension de batterie soit à nouveau supérieure à sa valeur normale.
Phase 2: la charge à tension constante (absorption charge) ; quand la tension de batterie atteint la tension d’absorption sélectionnée, la tension de charge est constante et la batterie est remplie à 85% ; la batterie est gardée à cette tension élevée pendant que le courant de charge décroit jusqu’à atteindre la valeur à laquelle le chargeur bascule en mode de maintien.
Phase 3: la charge à tension constante (charge flottante) ; à cette phase, la batterie est pleine et ne demande plus qu’un courant de maintien ; la tension est sélectionnée selon le type de batterie utilisée de façon à ce qu’elle puisse être branchée en permanence.
Charge d’entretien
Il délivre un courant très faible. Aussi faudra-t-il parfois plusieurs jours pour recharger une batterie. En fait, son rôle est juste de l’amener au meilleur de sa forme. Il ressemble d’avantage à un chargeur d’accus domestique avec souvent, au lieu des deux pinces, une prise d’allume-cigares. Il peut lui aussi rester brancher sans problème pendant de longues périodes.
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Table des matières
INTRODUCTION INTRODUCTION
PARTIE 1 PARTIE 1: GÉNÉRALITÉS SUR LES CHARGEURS DE BATTERIE : GÉNÉRALITÉS SUR LES CHARGEURS DE BATTERIE : GÉNÉRALITÉS SUR LES CHARGEURS DE BATTERIE
CHAPITRE 1 : PRINCIPE DE BASE D’UN CHARGEUR DE BATTERIE
I. Introduction
II. Principe de base
III. Différents types de chargeur au plomb
A. Chargeur traditionnel
1. Chargeur manuel traditionnel
2. Chargeur manuel régulé
B. Chargeur lent
1. Chargeur automatique
2. Charge d’entretien
CHAPITRE 2 : ÉLÉMENTS CONSTITUTIFS D’UN CHARGEUR
I. Transformateur monophasé
A. Symbole
B. Caractéristique
II. Pont de diode de redressement
A. Symbole
B. Caractéristique
1. Tension de seuil
2. Courant
III. Condensateur de filtrage
A. Symbole
B. Caractéristique
IV. Régulateur de tension
A. À diode Zener
1. Schéma
2. Caractéristique
B. À transistor
1. Schéma
2. Caractéristique
C. À circuit intégré ou CI
1. Régulateur à CI fixe
2. Régulateur ajustable
CHAPITRE 3 : FONCTIONNEMENT D’UN CHARGEUR SANS RÉGULATION
I. Structure d’un chargeur sans régulation
II. Fonctionnement
A. Transformateur
B. Redressement double alternance
C. Filtrage
III. Forme des tensions de sortie de chaque composant
IV. Inconvénient du chargeur sans régulation
PARTIE 2 PARTIE 2: CONCEPTION D’UN CHARGEUR À RÉGULATION DE COURANT : CONCEPTION D’UN CHARGEUR À RÉGULATION DE COURANT : CONCEPTION D’UN CHARGEUR À RÉGULATION DE COURANT
CHAPITRE 1 : PRINCIPE RÉGULATION DE COURANT
I. Régulateur CI LM723
A. Schéma de diagramme
B. Caractéristiques
C. Fonctionnement
II. Circuit de puissance
A. Symbole
B. Principe
C. Caractéristiques
CHAPITRE 2 : DIMENSIONNEMENT DU TRANSFORMATEUR
I. Introduction
II. Processus de dimensionnement
A. Dimensionnement magnétique
1. Circuit magnétique
2. Enroulement
3. Section du cuivre
B. Dimensionnement électrique et des isolants
C. Optimisation de bobinage
D. Optimisation mécanique et thermique
III. Application numérique
CHAPITRE 3 : SCHÉMA GÉNÉRAL DU MONTAGE ERREUR! SIGNET NON DÉFINI. ! SIGNET NON DÉFINI.
I. Schéma du principe
II. Circuit électrique
III. Analyse et fonctionnement
PARTIE 3 PARTIE 3:RÉALISATION RÉALISATION RÉALISATION
CHAPITRE 1 : RÉALISATION DU CIRCUIT IMPRIMÉ
I. Le circuit imprimé
II. Liste des composants
CHAPITRE 2 : RÉGLAGES ET ESSAIS
I. Réglages
II. Essais
III. Résultats
CHAPITRE 3 : DISCUSSION ET COMMENTAIRE
I. Évaluation économique
A. Coût de fabrication
B. Types de chargeurs de batterie plomb-acide
C. Avantages
PARTIE4: IMPACTS 4: IMPACTS 4: IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX ENVIRONNEMENTAUX ENVIRONNEMENTAUX
CHAPITRE 1 : IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX
I. Les problèmes des outils électroniques
A. Les matières toxiques
B. Les dangers
II. Le recyclage
CONCLUSION CONCLUSION
