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Chargeurs de batterie industriels

Un chargeur de batterie est un genre de convertisseur de courant alternatif en courant continu capable de rétablir la charge dans les accumulateurs. Les batteries industrielles sont principalement utilisées dans les chariots élévateurs à fourche, les tables élévatrices à ciseaux, les voiturettes de golf et les petits appareils de manutention. On les retrouve également dans les appareils de télécommunication, les systèmes d'alimentation sans coupure, l'équipement médical et dans des dispositifs de réserve comme les batteries pour démarrage de voiture, les maisons mobiles, les yachts, les ambulances et les véhicules d'urgence.

Technologie

On utilise deux types prédominants de technologie pour convertir l'entrée de CA dans les chargeurs de batterie :

Modèle à cycle : Les chargeurs de batterie du modèle à cycle sont des dispositifs électroniques qui utilisent un circuit de mise en marche et d'interruption pour convertir le courant alternatif à une fréquence très élevée. Ils utilisent principalement des composants à semi-conducteurs et ne requièrent pas de gros transformateurs. Ces chargeurs sont plus compacts, plus éconergétiques, plus tolérants aux fluctuations de la tension d'alimentation en CA et légèrement plus chers que ceux basés sur la technologie linéaire.

Linéaire : Les chargeurs linéaires de batterie utilisent une technologie plus ancienne ayant recours à des transformateurs moins efficaces qui génèrent plus de chaleur que les modèles à cycle. Le chargeur est plus gros et plus lourd.

Types de chargeurs de batterie

Il existe trois types principaux :

  • Amplificateur magnétique
  • Ferrorésonance
  • Pont de thyristors

Ces trois types de chargeurs ont un rendement de conversion moyen similaire (variant entre 80 et 90 p. 100, selon le fabricant), mais ont une puissance maximale différente. Selon l'entente concernant les frais liés à la demande d'électricité conclue entre votre service public et vous, cette différence pourrait être importante.

Les chargeurs à amplificateur magnétique ont la puissance maximale la plus basse des trois. Ils comprennent trois bobines à noyau saturable monophasées, un transformateur abaisseur triphasé (avec ou sans bobine interphase) et un redresseur à diodes (avec ou sans bobine d'arrêt à CC ou inducteur). Les bobines à noyau saturable régulent le régime de charge et sont commandées par un courant continu à travers une résistance de contrôle. Ce chargeur est robuste et convient à une utilisation industrielle.

La perte de puissance globale est élevée : pour les chargeurs d'élévateurs à fourche, la perte représente environ 8 p. 100 de la puissance nominale. La perte peut être réduite à environ 1 p. 100 en de la puissance de sortie en remplaçant les bobines à noyau saturable par des thyristors. Le rendement de ce chargeur diminue graduellement du début à la fin du cycle de charge.

Les chargeurs à ferrorésonance ont une puissance maximale élevée. Ils comprennent trois transformateurs ferrorésonants monophasés et un redresseur à diodes.

Ces transformateurs sont généralement connectés en triangle-étoile-étoile et les transformateurs secondaires fonctionnent avec leur circuit magnétique saturé ou non. Le noyau est construit de manière à ce qu'il y ait une couche d'air dans les lignes de force entre le bobinage primaire et le bobinage secondaire, ce qui offre l'isolation nécessaire pour l'alimentation primaire lorsque la bobine est partiellement à saturation.

Le deuxième compte deux bobines : la première est une bobine à prise médiane qui fournit la puissance de sortie et l'autre est reliée à un condensateur en série avec une résistance. Le condensateur assure une régulation automatique de la puissance de sortie et ne requiert aucun signal de contrôle.

La perte totale de puissance des trois résistances dans le chargeur peut atteindre 7 p. 100.

On peut éliminer ces pertes en reliant un fusible à la résistance. Ce type de chargeur ne comporte généralement pas de bobine d'arrêt à CC.

Le courant de charge pour un chargeur à ferrorésonance varie automatiquement selon la différence entre la tension de sortie du transformateur et la tension de la batterie, ce qui donne lieu à un régime de charge initial très élévé, puis beaucoup moins élevé à mesure que la charge progresse. Ce régime initial de charge élevé peut provoquer des pertes supplémentaires dans le circuit, qu'on peut réduire en branchant un petit condensateur pour contrôler le régime de charge initial. On peut mettre en circuit un autre condensateur vers la fin du cycle de charge afin de maintenir le courant de charge. Le rendement instantané de ce type de chargeur diminue rapidement du début jusqu'à la fin du cycle de charge.

Les chargeurs à pont de thyristors ont la puissance maximale la plus élevée des trois types. Ces chargeurs comprennent généralement un transformateur abaisseur triphasé et un pont de thyristors (avec ou sans bobine d'arrêt à CC).

Les thyristors sont utilisés pour convertir du courant alternatif en courant continu et pour contrôler le régime de charge. Aucun autre composant actif n'est donc requis pour réguler la puissance fournie. Le contrôle est généralement mis en œuvre à l'aide d'un signal de rétroaction de courant qui fait varier les impulsions d'allumage des thyristors. En général, un thyristor enregistre une chute de tension à l'état d'amorçage plus élevée qu'une diode, ce qui provoque une perte de puissance de sortie d'environ 1 p. 100.

Les thyristors du chargeur sont généralement connectés comme un pont à six impulsions. Le transformateur alimentant le convertisseur du pont peut réduire le régime nominal du transformateur de 20 à 50 p. 100 par rapport à l'alimentation d’un convertisseur connecté en étoile-étoile. Toutefois, le montage en pont accroîtra la perte de puissance de sortie du convertisseur d'environ 3 p. 100 par rapport au montage en étoile-étoile.

Normes

à l'heure actuelle (2005), l'Association canadienne de normalisation (CSA) n'a adopté aucune norme de rendement pour les chargeurs de batterie industriels. La norme de la National Electrical Manufacturers Association (NEMA) est la norme PE 5 intitulée Utility Type Battery Chargers, qui fournit un grand nombre de méthodes d'essai pour déterminer le rendement d’un chargeur de batterie, y compris un essai de rendement. La norme NEMA précise également les exigences en ce qui concerne le courant alternatif d'entrée, le courant continu de sortie, le milieu ambiant (de fonctionnement) et la conception mécanique; toutefois, la norme ne précise pas les niveaux d'efficacité énergétique.

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