Brevet FR2583583A1 — publié le 19861219

L'invention concerne un procédé pour contrdler la charge de la batterie de démarreur d'un véhicule, notamment d'une voiture particulière, ainsi qu'un dispositif pour réaliser ce procédé. Généralement, on utilise comme batterie de démarreur pour véhicules propulsés par combustion des accumulateurs à plomb alimentant, pour faire démarrer le moteur à combustion, un moteur de démarrage accouplé temporairement a ce dernier. L'accumulateur est rechargé par la dynamo entrainée par le moteur à combustion après le démarrage du moteur a combustion. En outre, la batterie de démarreur alimente, le véhicule à l'arret, les veilleuses enclenchées le cas échéant ainsi que des consommateurs de puissance moindre tels que la montre électrique du véhicule et d'autres appareils de contrô- le par exemple.Des mesures ont révélé que la dynamo est capable en marche de livrer dans 90 % de tous les cas la totalité du courant nécessaire au consommateur se trouvant alors en fonctionnement, et qu'elle compense la perte de charge constatée au démarrage dans la batterie lorsque le véhicule ne circule pas exclusivement sur des trajets de courte distance. De plus, la batterie a pour tâche, en cas de defaillance soudaine de la dynamo, de donner au véhicule la possibilité de poursuivre son déplacement pendant une période limitée en fournissant l'énergie d'allumage nécessaire au moteur à combustion. Le cas échéant, elle doit alimenter en énergie électrique, en plus de l'éclairage et des essuie-glaces, un nombre croissant de consommateurs électroniques tels qu'un système anti-blocage pour les freins du véhicule par exemple, un système automatique de régulation de la vitesse et autres, étant donné que leur défaillance soudaine créerait un risque important pour la sécurité. Il est donc de plus en plus indispensable de contrler constamment la charge de la batterie et d'avertir en temps utile le conducteur lorsque la charge de la batterie menace de tomber à une valeur critique. Jusqu'd présent1 les véhicules, notamment les voitures personnelles, ne disposent d'aucun équipement indiquant la charge de la batterie du démarreur ou se sa tisfont å la rigueur d'un voltmètre qui, néanmoins, indique peu de chose en ce qui concerne la charge effective. En outre, on peut surveiller la charge en repétant constamment un contrôle de la densitd de 1 'a- cide, contrôle qui est néanmoins fastidieux et peu pratique. Théoriquement, il serait facile, avec les moyens actuels, de déterminer la charge de la batterie en mesurant et intégrant le courant de décharge et de charge pendant le temps et en comparant le résultat à la capacité de la batterie. Un procédé de ce genre échoue néanmoins ê cause de la variabilité de la capacité de la batterie et de sa fonction par rapport à l'intensité du courant absorbé. A chaque démarrage, les batteries de démarreur sont soumises à une contrainte de courte durée avec un courant de décharge élevé au cours duquel la diffusion dans les cellules de la batterie ne suit pas la consommation en acide. Plus l'intensité du courant est forte, plus l'accumulateur se fatigue rapidement et plus sa capacité vérita- blement utile diminue. Par contre, si l'accumulateur est vidé avec des interruptions au cours desquelles il peut y avoir une compensation de l'acide dans la cellule, il y a régénération et la capacité augmente. On peut également, après avoir épuisé la batterie par des charges à courant élevé, poursuivre la décharge a intensité de courant plus faible, étant donné que le courant plus faible entraîne une diffusion moins importante. L'invention a pour objectif de créer un procédé de contrôle de la charge de la batterie de démarreur d'un véhicule, notamment d'une voiture particulière, ainsi qu'un dispositif pour mettre en oeuvre ce procédé qui contrôle continuellement la charge sous des conditions d'exploitation les plus diverses par un moyen simple et réalisable avec un minimum de frais, et qui indique en temps utile au conducteur le moment où la charge atteint une limite critique nécessitant un rechargement, voire même l'échange de la batterie contre une nouvelle batterie. Conformément au procédé, visé par l'invention, ce but est atteint par le fait que, - le courant de la batterie est constamment mesuré pendant la marche du moteur du véhicule et la charge absorbée de la batterie est calculée par intégration de cette mesure dans le temps, - la tension de la batterie est mesurée après arrêt du moteur du véhicule et une capacité fictive de la batterie est calculée a partir de la chute de cette tension par rapport a la tension de la batterie complè- tement chargée et par rapport a la charge calculée et absorbée pour l'état sans courant, et - l'absorption de charge calculée lors de la remise en marche du moteur du véhicule est continuellement comparée à la capacité fictive de la batterie calculée lors de 1 'arrêt précédent pour en déduire la charge. Par conséquent, le procédé conforme a l'invention assure une correction répétitive du calcul de capacité à chaque arrêt du moteur du véhicule et fournit de cette façon et de manière pratiquement indépendante du niveau du courant de décharge un indice sflr concernant la charge effective, indice alors facilement utilisable en concevant judicieusement l'invention pour déclencher un signal d'alarme lorsque l'on a calculé une charge minimale préindiquée. Selon une autre caractéristique de l'invention, le calcul de la capacité fictive de la batterie ne se fait qu'après avoir laissé passer un certain temps de stabilisation pour la tension de la batterie après arrêt du mntellr du véhicule. A cet effet, le temps de stabilisation utilisé devrait couvrir au minimum une période de cinq'heures. Une autre caractéristique avantageuse du procédé conforme ê l'invention consiste a mesurer en permanence la température de la batterie et a intégrer cette mesure dans le calcul de la charge pour la capacité fictive de la batterie. Ceci permet de mieux limiter la plage de défaut lorsque l'on contrôle la charge, et d'éliminer pratiquement l'influence de températures ambiantes différentes. Une autre caractéristique du procédé conforme à;Il'invention consiste a former une tension limite dépendant du courant a partir de la tension de la batterie complètement chargée et de l'importance du courant de décharge, et a comparer cette tension limite a la tension de la batterie mesurée en permanence. Enfin, une autre particularité de l'invention prévoit de faire les mesures permanentes selon un certain cycle, qui est judicieusement de l'ordre d'une seconde. Le dispositif de mise en oeuvre du procédé conforme a l'invention se caractérise par - des équipements de mesure pour mesurer en permanence le courant de la batterie et la tension de la batterie, - un intégrateur raccordé au système de mesure du courant pour déterminer la charge absorbée de la batterie depuis le moment de sa charge pleine jusqu'au moment présent, - un dispositif raccordé au dispositif de mesure de tension et pilotable par le dispositif de mesure de courant pour détecter la tension de repos paraissant lorsque la batterie est sans courant, - un dispositif pour calculer une capacité fictive de la batterie à partir de la tension de repos et de la charge prélevée a partir de la batterie jusqu'au moment où elle est sans courant, et - un dispositif pour mettre en référence l'#bsorp- tion de charge déterminée en permanence par l'intégra- teur lors du nouveau passage du courant de la batterie par rapport à la capacité fictive calculée pour la batterie et pour déterminer ainsi la charge actuelle. L'invention est expliquée en détail ci-dessous ê l'aide du dessin. Sur ce dernier - la Fig. 1 montre le schéma bloc d'un dispositif pour réaliser le procédé conforme à l'invention, et - la Fig. 2 montre un diagramme illustrant l'allure de la tension de repos d'un accumulateur a plomb en fonction de la quantité de courant absorbée. Les valeurs de départ pour la mesure et le con trolle de la charge d'une batterie de démarreur qui n'est pas représenté sur le dessin sont - la tension de la batterie UBT, - le courant de la batterie IBAT (suppose fictif lors de la décharge et négatif lors de la charge), et - la température de la batterie (qui est pratiquement égale à la température ambiante). Conformément a la Fig. 1, les valeurs citées cidessus ABAT, IBAT et + sont détectées par les capteurs de mesure 1 pour la tension de la batterie, 2 pour le courant de la batterie et 3 pour la température de la batterie et transformées en signaux électriques analogiques ou numériques mis en cadence par un générateur de temps 4 en intervalles de temps de l'ordre d'une seconde par exemple, et transmis par des équipements de commutation 5, 6 et 7 aux différents éléments d'un équipement électronique destine au contrôle de la charge de la batterie. Le signal de courant I correspondant au courant de la batterie IB est tout d'abord preamplitid dans un amplificateur 8 et intégré ensuite dans un intégrateur 9 dans le temps suivant l'équation La quantité de courant ainsi obtenue est affectée à une unité de calcul 10 calculant la charge suivant l'eguation : 100 (%) (équatiOn 2), dans laquelle KB représente la capacité de la batterie et Q, en fonction du signe qui le précède, la quantité de courant absorbée ou réintroduite, ces deux valeurs étant mesurées en heures ampère et t Kvun facteur de température fonction de la température expliqué ultérieurement. Lorsque la charge à une valeur critique, l'unité de calcul 10 envoie un signal à une alarme Il avertissant le conducteur de façon appropriée, par un signal lumineux et/ou un signal acoustique par exemple. Le signal de tension U engendré par la tension de la batterie UBAT est utilisé de façon double pour contrôler l'état de la batterie, d'une part pour déclencher un signal dans l'alarme 11 lorsque l'on descend en dessous d' une tension limite Ugr dépendant du courant calculée après détermination dans un calculateur de tension limite 12 a partir d'une tension de début Uo donnée et d'un signal de courant I ainsi que d'une constante Ko suivant l'équation Ugr = U0 - K0 . K0 (équation 3), et déduite de la tension de signal U dans une unité de soustraction 13. La différence est envoyée à l'alarme 11 et déclenche cette dernière lorsque l'on tombe à une valeur minimale prédéterminée indépendamment de la charge calculée dans l'unité de calcul 10. En outre, le signal de tension U est envoyé a une unité d'ejaregistrement de la tension de repos 14 placée en amont d'une unité de calcul de capacité 15. L'unité d'enregistrement de tension de repos 14 commen ce par reconnaître l'état sans courant de la batterie Le calcul de la capacité fictive de la batterie dans 11 unité de calcul de capacité 15 à partir de la tension de repos enregistrée dans l'unité 14 repose sur le fait connu qu'entre la densité de l'acide de la batterie servant à mesurer la charge. de batterie de plomb et la tension de repos, il existe un rapport proportionnel dont on peut se servir pour déterminer la charge effective de la batterie. Ce rapport proportionnel est repris sur le diagramme de la Fig. 2. En partant de la tension de repos URO de la batterie pleine, on fait apparaître un rapport largement linéraire entre la quantité de courant absorbée Q et la tension de repos UR jusqu'à la quantité de courant maximum absorbable Q max qui est égale à la capacité KB de la batterie. Des recherches effectuées sur une série d'accumulateurs a plomb différents ont révélé que la tension de repos minimum pour une charge maximum absorbable Qmax KB est URmin#0,9 URO A l'aide de l'équation provenant de l'allure de courbe rectiligne de la Fig. 2. (équation 4) et de la fonction URO -URmin= #URmax (équation 5) on obtient, après transformation correspondante et introduction de la charge Q amenée par l'intégrateur 9 à l'unité de calcul de capacité 15, la capacité fictive de la batterie à partir de l'équation (équation 6), dans laquelle URO représente la tension de repos mesu ree a laide du dispositif de mesure de tension de repos 14 lorsque la batterie est pleine ainsi que la tension de repos mémorisée dans l'unité de calcul de capacité 15. En se penchant de plus près sur l'équation 6, on découvre qu'un nouveau calcul de la capacité fictive K B n'est possible que pour Q > O et UR1 Pour déterminer la charge sous des températures de batterie variant pour le moins fortement, l'enregistrement de l'allure de la tension de la batterie et du courant de la batterie ne suffit cependant pas dans la mesure oil la température de la batterie 15-a une forte influence sur la charge de la batterie. Il faut donc tenir compte, comme on l'a déjà indiqué précédemment pour l'équation 1, d'un facteur de température t K , pour calculer la charge dans l'unité de calcul 10, facteur dérivé du capteur de mesure de température 3. On sait que la capacité d'un accumulateur a plomb varie de 1 % environ par degré Celsius dans une plage de température de 0 environ à 400C environ. A partir d'une temperature nominale fixée à X5zN = 300C pour des batteries de véhicules, la capacité de la batterie augmente par conséquent lorsque les températures montent de façon correspondant et diminue de façon correspondante lorsque les températures sont inférieures à 30 C. Le signal de température engendré par le capteur de mesure de température 3 est envoyé pour ce motif dans une unité de soustraction 16 d'une unité de calcul de facteur de correction 17 après déduction d'un signal correspondant à la température nominale ALF'N qui calcule la facteur de correction cité précédemment # K# suivant l'équation : #K# = K# (#-#N) (équation 7) avec K# = 0,01/ C et l'envoie à l'unité de calcul 10. Le dispositif représenté symboliquement sur la Fig. 1 par un schéma bloc et destiné à l'interprétation de la tension de la batterie, du courant de la batterie et de la température de la batterie ainsi qu'au calcul et au contrôle de la charge de la batterie peut être facilement réalisé par un spécialiste sous forme de connexion électronique sur laquelle les capteurs de mesure sont judicieusement combines ê des convertisseurs analogiques numériques d'une résolution de 8 bits, étant donné que dans ce cas la préparation analogique des signaux peut être convenue en conséquence. Il est indispensable, en raison de la résolution réduite, d'exclure le courant du démarreur de la détection du courant. Pour tenir compte néanmoins de la marche du démarreur, on affiche préalablement un courant de démarreur moyen et on procède dans cet état de marche à une mesure du temps pure et simple. REVENDICATIONS 1. Procédé pour contrôler la charge d'une batterie de démarreur d'un véhicule, notamment d'une voiture particulière, caractérisé en ce que le courant de la batterie (I) est constamment mesure pendant la marche du moteur du véhicule et la charge absorbée (Q} de la batterie est calculée par intégration de cette mesure dans le temps, la tension de la batterie (UR1) est mesurée après arrêt du moteur du véhicule et une capacité fictive de la batterie (KB) est calculée a partir de la chute de cette tension par rapport à la tension (URO) de la batterie complètement chargée et par rapport à la charge (Q1) calculée et absorbée pour l'état sans courant, et l'absorption de charge (a) calculée lors de la remise en marche du moteur du véhicule est continuellement comparée à la capacité fictive de la batterie (KB) calculée (KB) lors de l'arrêt précédent pour en déduire la charge (LZ > . 2. Procédé selon la revendication 1, caractérise en ce que la détermination d'une charge minimum préindiquée (Lzmin) déclenche un signal d'alarme. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, ca caractérisé en ce que le calcul de la capacité fictive de la batterie (KB) n'a lieu qu'après un certain temps de stabilisation pour la tension de la batterie après arrêt du moteur du véhicule. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérise en ce que la période utilisée pour le temps de stabilisation est de cinq heures minimum. 5. Procédé selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la température (#) de la batterie de démarreur est mesurée en permanence et introduite sous forme de valeur de correction tt dans le calcul de la charge pour la capacité fictive de la batterie (KB). 6. Procédé selon une des revendications précé dentes, caractérisé en ce qu'une tension limite dépendant du courant est formée à partir de la tension (UO) de la batterie pleine et de la valeur du courant de décharge (I) et comparée à la tension de la batterie (U) mesurée en permanence. 7. Procédé selon une ou plusieurs revendications précédentes, caractérisé en ce que les mesures en permanence se font selon un certain cycle. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérise en ce que le cycle est de l'ordre d'une seconde. 9. Dispositif pour réaliser le procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par des équipements de mesure (2, 1) pour mesurer en permanence le courant de la batterie (IBAT) et la tension de la batterie (UBT), un intégrateur (9) raccordé au système de mesure du courant (2) pour déterminer la charge (Q) absorbée de la batterie depuis le moment de sa charge pleine jusqu'au moment présent, un dispositif (14) raccordé au dispositif de mesure de tension (1 > et pilotable par le dispositif de mesure de courant (2) pour détecter la tension de repos (UR1) paraissant lorsque la batterie est sans courant, un dispositif (15) pour calculer une capacité fictive de la batterie (KB) à partir de la tension de repos (UR1) et de la charge (Q1) prélevée à partir de la batterie jusqu'au moment ou elle est sans courant, et un dispositif (10) pour mettre en référence l'absorption de chaque (Q) déterminée en permanence par l'intégrateur (9) lors du nouveau passage du courant de la batterie (IBAT) par rapport à la capacité fictive calculée pour la batterie (KB) et pour déterminer ainsi la charge actuelle (LZ). 10. Dispositif selon la revendication 9, carac térisé par une alarme ( raccordée à ltéquipement (10) de mise en référence de l'absorption de charge (Q) par rapport à la capacité fictive de la batterie 11. Dispositif selon la revendication 9 ou 10, caractérisé par un équipement (3) de contrôle en permanence de la température de la batterie pour former une valeur de correction (a K, > ) pour la capacité fictive de la batterie à partir de la comparaison de la température mesurée (qi > ) avec une température no- minale préindiquée (#). 12. Dispositif selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisé par un équipement (12) pour déterminer en permanence une valeur limite (U ) dépendant d'un courant de décharge (I} pour la tension de la batterie diminuant avec la décharge, et un dispositif pour comparer cette tension (U ) à gr la tension de la batterie (U) mesurée en permanence. 13. Dispositif selon la revendication 9 et 12, caractérisé en ce que l'équipement de détermination de la valeur limite (12) et l'équipement (10) de mise en référence de l'absorption de charge par rapport à la capacité fictive de la batterie sont raccordés à l'alarme (11) pour déclencher un signal avertisseur lorsque les tensions comparées sont égales. 14. Dispositif selon une ou plusieurs revendications 9 à 13, caractérisé par un générateur de cadence (4) permettant de transmettre en cadence les valeurs enregistrées par les équipements de mesure (1, 2, 3). 15. Dispositif selon la revendication 9 et 14, caractérisé en ce que le générateur de cadence est raccordé à l'équipement de mesure de la tension de repos (14) de façon à ce que la tension de repos ne soit transmise à l'équipement (15) destiné àdéterminer la capacité fictive de la batterie (KB) après écoulement d'une certaine période sans courant. 16. Dispositif selon une des revendications 9 a 15, caractérisé en ce que les équipements de mesure (1, 2, 3) sont combinés avec des convertisseurs analogiques/ numériques et tous les équipements placés en aval travaillent de façon numérique.