Le dispositif de traitement de la décharge est le chargeur de batterie à signal d’entré haute fréquence et à filtre intégré conçu avec peu de composant afin de minimiser les pertes d’énergie électrique. Il est constitué de deux principaux blocs.
Le premier désigne le circuit de filtrage des signaux et le second bloc est constitué d’un régulateur de tension avec limitation du courant maximum de charge.
5.2.1. Circuit de filtrage
La figure 25 présente le bloc de redressement des différents signaux électriques provenant de la source d’énergie électrique qu’est le poisson électrique.
Le signal redressé est ensuite filtré par les condensateurs de filtrage.
Figure 25: Circuit de redressement et de filtrage Source : Zonou
Lorsque le poisson électrique se met à faire des décharges régulières pour sonder son environnement, le dispositif de captage de la décharge conduit l’énergie à travers le circuit de redressement vers le bloc de filtrage. Le pont de diode regroupant D1, D2, D3 et D4 redresse le signal d’entrée à une alternance positive aux bornes des condensateurs de filtrage. La variation des harmoniques trop importante de la tension générée est bien filtrée par les condensateurs C1, C2. Ces condensateurs inhibent les microcoupures de la tension provenant de la source pour donner à l’entrée du bloc de régulation une tension continue E. La valeur des composants a été calculée et est présentée dans le tableau V.
5.2.2. Régulation de tension avec limitation de courant de charge
La source du courant de charge est le poisson électrique qui donne des décharges électriques variantes en amplitude. Le circuit de charge est doté du bloc (figure 26) de régulation et d’un potentiomètre Rp1 pour pouvoir maintenir au niveau de la batterie un courant de charge dans les limites acceptables. Le régulateur est principalement nommé dans notre circuit Reg.
Par ailleurs le régulateur offre assez de possibilités et peut supporter d’important courant. Il donne à sa sortie une tension fixe de 15 V avec une limitation de courant de sortie de 2,2 A. Nous contrôlons le courant de début de charge à partir du potentiomètre Rp1. Le dimensionnement des composants du circuit a été fait avec une bonne marge pour garantir une bonne durée de vie du circuit et pour assurer un courant de début de charge au maximum de 1,9 A par rapport à la capacité de la batterie choisie.
Figure 26: Circuit de régulation et de limitation du courant de charge Source : Zonou
5.2.3. Présentation du circuit complet de charge
La figure 27 regroupe tout le circuit de recharge de la batterie. Il reçoit une tension électrique Ue pouvant variant entre 13 et 23 V. La tension Ue variable reçue peut être alternative ou quelconque mais doit être dans une marge d’amplitude entre 13 et 23 V.
Figure 27: Circuit complet du bloc de recharge de la batterie Source : Zonou
5.2.4. Dimensionnement des composants
Les valeurs des composants sont calculées en suivant une bonne optimisation entre le courant que peut supporter chacun d’eux, la puissance dissipée, le meilleur courant de charge pour garantir une longue vie de la batterie et du circuit.
Calcul et choix des diodes : le courant maximal de ligne du circuit est de 2 A environ. Cependant la valeur des diodes proposées pour le redressement (tableau VI) supporte un courant jusqu’à 3 A et une tension de polarisation inverse jusqu’à 400 V. les autres paramètres nécessaires sont aussi respectés dans le choix du composant.
Choix des condensateurs de filtrage : la tension aux bornes d’un condensateur dans le circuit peut s’approximer par u(t)=Uo(1−
e
−1)e
−t/τ avec=RC
τ la constance de temps, R la résistance équivalente en parallèle avec les condensateurs de capacité total C. La fréquence du signal d’entrée du circuit est élevée (250 et 300 Hz), par conséquent la période est faible devant la constante de temps pour une valeur de la capacité total de l’ordre de 2 x 47 uF. Nous avons dans ce cas
e
−t/τ →1, la tension d’entrée est bien filtrée et nous avons un signal continu. Le choix des condensateurs tient compte également au moins du double de la tension qui vient à leurs bornes dans le circuit.Choix des résistances: le courant maximal sortant du régulateur est fixé à 2 A. la tension de sortie du régulateur est fixé à 15 V environ.
R Us , E désigne la tension de la batterie. La valeur
normalisée est de R3 =2,2Ω
Calcule de R1
Us= + + alors en prenant la valeur initiale du potentiomètre à zéro on
a : = − = − =180Ω peuvent supporter et aussi de la puissance perdue.
Les caractéristiques des composants sont présentées dans les tableaux V et VI.
Tableau V : Valeurs calculées et normalisées des résistances du circuit de charge
composants Rp1 R1 R2 R3 Tableau VI : Valeurs calculées et normalisées des composants du circuit de charge
composants C1, C2, D1,D2, D3,
simulation de différents blocs
Le circuit proposé pour charger une batterie à partir de la décharge du poisson électrique a été fait avec toutes les rigueurs pour qu’à la phase de sa réalisation, les résultats attendus pourraient être les plus proches possibles de la conception. Les courbes des figures 28 et 29 simulent les deux types de décharge qu’émet souvent Malapterurus electricus du Bénin. Cette tension d’entrée Ue a une amplitude variante entre 13 V et 23 V avec une fréquence oscillant entre 250 et 300 Hz.
La figure 30 présente la simulation du signal électrique sortant du bloc de redressement et après filtrage par les condensateurs on obtient la courbe de la figure 31. Nous observons bien sur la figure 31 que le signal est bien filtré et débarrassé de différents harmoniques. Le signal électrique qui provient du bloc de filtrage est régulé à 15 V par le bloc de régulation pour sortie le signal électrique présenté dans la figure 32. Le signal de sortie du bloc de régulation a une tension d’environ 15 V et un courant maximal 1,8 A contrôlable par le potentiomètre Rp1. Toute la simulation a été faite par le logiciel de simulation des circuits électriques Multisim 9.
Vers la fin de la recharge de batterie, la différence de potentiel aux bornes de la batterie s’élève jusqu’à 13,8 V environ. Cette dernière valeur fait chuter le courant de charge automatiquement. Cependant la batterie est dans ce cas sur le courant de maintient de la recharge. Ce courant de l’ordre de quelques milliampères n’et pas destructif pour la batterie.
Figure 28: Courbe de simulation de l’impulsion positive Source : Zonou
Figure 29: Courbe de simulation de l’impulsion négative Source : Zonou
Figure 30: Simulation du signal provenant du redresseur (13 V-23 V) Source : Zonou
Figure 31: Signal filtré par le bloc du circuit de filtrage (12 V-22 V) Source : Zonou
Figure 32: Tension de sortie du circuit régulateur (15 V, Imax=2 A) Source : Zonou