Brevet FR2736768A1 — publié le 19970117

DISPOSITIF D'ALIMENTATION DES CHARGES ELECTRIQUES DANS UN VEHICULE AUTOMOBILE ET PROCEDE DE COMMANDE D'UN TEL DISPOSITIF L'invention concerne un dispositif d'alimentation des charges électriques d'un véhicule automobile, ainsi que son procédé de commande lui assurant un fonctionnement optimal. Dans un véhicule automobile, l'alimentation en courant électrique se fait grâce à une source de tension continue, ou batterie, qui assure trois fonctions essentielles - une première fonction assurant le démarrage du moteur, en fournissant le courant nécessaire au fonctionnement du démarreur et en alimentant les charges électriques; - une deuxième fonction de service, consistant à fournir, en cas de besoin, un courant supplémentaire par rapport au courant insuffisant fourni par l'alternateur pour alimenter les charges électriques; - une troisième fonction dite de veille, lorsque le moteur est arrêté, afin d'alimenter les circuits consommateurs d'électricité en mode veille, comme la montre électronique, les circuits de mémorisation de la position des sièges, l'alarme, etc... Mais les puissances électriques mises en jeu pour ces trois fonctions ont des caractéristiques différentes. En effet, la fonction de démarrage nécessite des courants importants, plusieurs centaines d'ampères, pendant une courte durée, quelques secondes; la fonction de service nécessite des courants moins forts, de quelques dizaines d'ampères mais pendant de longues périodes; enfin, la fonction de veille peut consommer de faibles courants, quelques milliampères pendant plusieurs semaines. Cependant, ces trois fonctions sont remplies conjointement par une même batterie, dont la conception est le résultat d'un compromis. A ces premières contraintes, s'en ajoutent d'autres, tenant par exemple au moteur diesel dont le démarrage demande un courant très important, ou bien aux niveaux très élevés des équipements électriques de certains véhicules de haut de gamme ou encore au fait que certains véhicules ayant un moteur peu puissant sont dotés d'un équipement électrique très important et inversement. Tout cela entraîne des difficultés, voire des impossibilités fréquentes de démarrage, dues à des batteries déchargées, ainsi que des problèmes de cyclage liés aux sollicitations auxquelles la batterie est soumise. Par ailleurs, le compromis évoqué précédemment à propos de la conception de la batterie s'avère de plus en plus difficile à réaliser avec une masse et un volume raisonnables pour le véhicule automobile. Une solution connue actuellement pour résoudre une partie de ces problèmes consiste à réaliser une nouvelle architecture électrique avec deux batteries, dont l'une est dédiée à la fonction de démarrage et l'autre est dédiée à la fonction de service, ces deux batteries distinctes étant reliées entre elles par un système de gestion de charge assurant un meilleur fonctionnement du réseau électrique. Le brevet allemand DE 40 28 242 Al décrit une telle architecture duale équipée d'un ou deux interrupteurs placés entre les deux batteries, présentant certains inconvénients, notamment dans sa stratégie de pilotage qui ne permet pas de déconnecter la batterie de démarrage une fois qu'elle est chargée et de la reconnecter quand le réseau est en dévers. L'invention a pour but de limiter la chute de tension sur le réseau quand il est en dévers, c'est-à-dire quand l'alternateur ne peut fournir le courant nécessaire à son fonctionnement normal, en autorisant la batterie de démarrage à soutenir la batterie de service, tant que son état de charge reste suffisant pour assurer le démarrage suivant. Ainsi, les charges utiles au bon fonctionnement du moteur et les charges nécessitant une alimentation de bonne qualité sont connectées à la batterie de démarrage, en cas de dévers. La batterie de service est alors soulagée et un niveau de tension optimal est assuré aux bornes des charges. L'invention permet également d'alimenter avec un meilleur niveau de sécurité des charges qui supportent mal des coupures de courant ou les fortes variations de tension, comme les calculateurs d'injection ou d'allumage par exemple.Grâce à l'invention, ce type d'organe sera en permanence connecté à une batterie capable de délivrer le courant nécessaire, sous un bon niveau de tension. Pour cela, l'objet de l'invention est un dispositif d'alimentation des charges électriques d'un véhicule automobile à moteur, comprenant une première batterie dite de démarrage connectée en parallèle au démarreur du moteur, une seconde batterie dite de service distincte de la première, un alternateur relié au moteur destiné à la charge des deux batteries associées à des moyens de mesure de leur état de charge, et un système de gestion de charge reliant les deux batteries et l'alternateur aux charges électriques du véhicule, caractérisé en ce que le système de gestion de charge est constitué par une combinaison d'au plus deux interrupteurs parmi trois (T1, T2, T3), dont le premier (T1) relie la première batterie et des charges moteur représentant les éléments électriques assurant le fonctionnement du moteur et la sécurité du véhicule, dont le second (T2) relie les charges moteur et l'alternateur, et dont le troisième (T3) relie l'alternateur et la seconde batterie qui est connectée de plus aux charges de service, représentant tous les autres éléments électriques du véhicule. Un autre objet de l'invention est un procédé de commande d'un dispositif d'alimentation des charges électriques d'un véhicule automobile à moteur, caractérisé en ce que les charges moteur sont connectées en permanence à une des deux batteries, et en ce que, lors du fonctionnement du dispositif en phase de dévers pendant laquelle la seconde batterie dite de service se décharge, la première batterie dite de démarrage peut alimenter les charges moteur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante de plusieurs exemples de réalisation, cette description étant faite en relation avec les dessins joints dans lesquels - la figure 1 est le schéma d'un dispositif d'alimentation des charges électriques d'un véhicule automobile, selon l'invention; - la figure 2 est le schéma électrique général d'un dispositif d'alimentation selon l'invention - les figures 3, 4 et 5 sont des schémas électriques d'un dispositif d'alimentation selon l'invention, comprenant un interrupteur; - les figures 6 et 7 sont des schémas électriques d'un dispositif d'alimentation selon l'invention, comprenant deux interrupteurs. Les éléments portant les mêmes références sur les différentes figures remplissent les mêmes fonction en vue des mêmes résultats. Selon l'invention, le dispositif d'alimentation des charges électriques d'un véhicule automobile à moteur doté d'un démarreur 1, comprend deux batteries distinctes 2 et 3, un alternateur 4 permettant d'alimenter les charges électriques 5 du véhicule et de recharger les batteries, et un système de gestion de charge 6 reliant ces batteries et cet alternateur auxdites charges, comme cela est représenté schématiquement sur la figure 1. Les charges électriques d'un véhicule automobile sont de deux types: - les charges dites moteur correspondant premièrement aux éléments électriques nécessaires d'une part au bon fonctionnement du moteur, comme les calculateurs d'allumage et d'injection ou le préchauffage du gasoil par exemple, et d'autre part à la limitation des émissions de polluants, comme une sonde lambda, et correspondant deuxièmement aux éléments dits de sécurité dont l'alimentation électrique doit être particulièrement fiable pour assurer réellement la sécurité du véhicule, comme le calculateur électronique et les actionneurs du système d'antiblocage des roues (A.B.S.) par exemple; ; - les charges dites de service qui représentent tous les autres éléments du véhicule devant être alimentés électriquement, comme les feux de croisement, de position, les dispositifs de soufflage d'air dans l'habitacle, la lunette arrière chauffante, etc... Les charges moteur doivent être alimentées pendant la phase de démarrage du moteur, en même temps que le démarreur, et pendant la marche du véhicule, alors que les charges de service nécessitent une alimentation de puissance variable pendant la marche du véhicule épisodiquement ou continûment selon leurs fonctions. Comme le montre la figure 2 qui est un schéma électrique général d'un dispositif selon l'invention, le démarreur 1 du moteur du véhicule est connecté à une première batterie 2 dite de démarrage. Les charges moteur 50 peuvent être alimentées électriquement soit grâce à la batterie de démarrage 2 par un premier interrupteur T1, soit grâce à l'alternateur par un second interrupteur T2. Les charges de service 51 sont reliées en parallèle à une seconde batterie 3 dite de service qui est connectée à l'alternateur par un troisième interrupteur T3. En raison du fort courant appelé par le démarreur, la batterie de démarrage est préférentiellement placée près du démarreur, pour limiter la chute de tension dans les câbles de connexion. La batterie de service peut être placée soit sous le capot du véhicule, soit dans l'habitacle ou le coffre, selon les possibilités du véhicule, à condition de tenir compte de l'influence de cet emplacement sur l'acceptance de charge des batteries au moment du choix du mode de réalisation du dispositif selon l'invention et de son procédé de commande. Le système de gestion des charges 6 est constitué par la combinaison d'au plus deux des trois interrupteurs T1, T2 et T3, avec comme caractéristique principale que les charges moteur sont connectées en permanence à une des deux batteries, et que, lors du fonctionnement du réseau en phase de dévers pendant laquelle la batterie de service se décharge, la batterie de démarrage est connectée aux charges moteur pour les alimenter, si son état de charge est supérieur à un seuil déterminé. L'information sur l'état de charge des batteries est donnée soit par des moyens de mesure de la tension soit par des moyens de mesure du courant de charge ou de décharge et de la température des batteries. Plusieurs exemples de réalisation du dispositif selon l'invention remplissent ces conditions, notamment ceux des figures 3 et 4 qui comportent un seul interrupteur (T2) placé entre l'alternateur 4 et les charges moteur 50. Sur la figure 3, le démarreur 1, monté en parallèle à la batterie de démarrage 2 et aux charges moteur 50, est ainsi séparé de l'ensemble constitué par l'alternateur 4, la batterie de service 3 et les charges de service 51 par un interrupteur commandable et unidirectionnel 7 de type transistor. Le fonctionnement du dispositif commandé selon l'invention est le suivant - au démarrage : l'interrupteur 7 est ouvert pour que la batterie de service 3 ne fournisse pas de courant au démarreur, alimenté uniquement par la batterie de démarrage 2 calibrée à cet effet.Cependant, si la simple mesure de la tension de la batterie de démarrage indique sa décharge à la suite d'une panne d' un élément électrique du véhicule, la fermeture de l'interrupteur 7 est commandée pour permettre l'alimentation du démarreur 1 par la batterie de service 3; - pendant la phase de fonctionnement du moteur, soit de charge et de décharge des batteries, l'interrupteur 7 est fermé en permanence pour que l'alternateur recharge les deux batteries; - à l'arrêt du moteur : l'interrupteur 7 est ouvert, si la batterie de démarrage se décharge à la suite d'un défaut dans le circuit. Cet exemple de réalisation a pour avantage tout d'abord de stabiliser la tension aux bornes des charges de service 51 lors du démarrage, et de plus, en mode veille, dans le cas où la batterie de démarrage est déchargée pour cause de panne, le démarrage peut être assuré par la batterie de service. Dans le cas de la figure 4, l'interrupteur T2 est une diode 8 qui conduit le courant électrique de l'alternateur 4 à l'ensemble constitué par la batterie de démarrage 2 connectée en parallèle au démarreur 1 et aux charges moteur 50, les charges de service 51 en parallèle à la batterie de service 3 étant connectées à l'alternateur. Le fonctionnement du dispositif ainsi réalisé est le suivant - au démarrage : la batterie de démarrage 2 fournit du courant au démarreur 1 et aux charges moteur 50. La batterie de service 3 alimente aussi les charges moteur et le démarreur par l'intermédiaire de la diode 8; - en phase de charge des deux batteries 2 et 3 par l'alternateur 4, la différence d'acceptance de charge entre les deux batteries, due à la chute de tension aux bornes de la diode 8, est compensée en partie selon leurs emplacements par la chute de tension dans les câbles de la batterie de service et par l'influence de la température ambiante sur la charge des batteries; - en dévers : la batterie de démarrage 2 contribue à l'alimentation des charges moteur pour compenser le courant insuffisant fourni par 1 a l'alternateur, et la diode 8 empêche la décharge de cette batterie dans le reste du dispositif électrique; - à l'arrêt du moteur : si la batterie de service 3 est déchargée, à cause de feux restés allumés par exemple, la tension aux bornes de la batterie de démarrage 2 reste à un bon niveau, grâce à la diode 8 qui empêche la décharge de cette dernière. Selon un autre exemple de réalisation du dispositif selon l'invention représenté sur la figure 5, il comporte un seul interrupteur T1 reliant la première batterie dite de démarrage 2 aux charges moteur 50, cet interrupteur étant un relais bidirectionnel 9 commandable selon un procédé de commande, assurant le fonctionnement suivant: - au démarrage : l'interrupteur 9 est ouvert. Mais, dans le cas où une des deux batteries est déchargée, l'interrupteur est fermé pour permettre le démarrage; - en charge : l'interrupteur 9 est fermé pour que l'alternateur 4 charge la batterie de démarrage 2. Quand son état de charge a atteint un niveau suffisant pour assurer le démarrage suivant, l'interrupteur 9 est ouvert; - en dévers : lorsque la batterie de service 3 débite du courant pour compléter celui de l'alternateur 4, l'interrupteur 9 est fermé afin que la batterie de démarrage 2 soutienne la batterie de service, à condition que l'état de charge de la batterie de démarrage soit supérieur à un seuil prédéterminé; - moteur arrêté : l'interrupteur 9 est ouvert pour préserver l'état de charge de la batterie de démarrage. La figure 6 est un exemple de réalisation d'un dispositif d'alimentation selon l'invention, comprenant deux interrupteurs, un premier T1 reliant la batterie de démarrage 2 aux charges moteur 50 et un second T2 reliant les charges moteur et l'alternateur 4. Ces deux interrupteurs sont constitués par des relais commandables et bidirectionnels 10 et 11, fonctionnant de la façon suivante - au démarrage : l'interrupteur 10 est ouvert pendant que l'interrupteur 11 est fermé. Dans le cas où la batterie de service 3 est déchargée, cette combinaison est inversée pour permettre l'alimentation des charges moteur par la batterie de démarrage 2.Si, à la suite d'un défaut du système, la batterie de démarrage est déchargée, on commande la fermeture des deux interrupteurs pour permettre le démarrage à partir de la batterie de service; - en charge : les deux interrupteurs sont fermés pour autoriser la charge des deux batteries par l'alternateur. Quand l'état de charge de la batterie de démarrage est supérieur au seuil de charge suffisant pour assurer le prochain démarrage, l'interrupteur 10 s'ouvre; - en dévers : lorsque la batterie de service fournit du courant pour compléter celui délivré par l'alternateur, on commande la fermeture de l'interrupteur 10 et l'ouverture de l'interrupteur 11, tant que l'état de charge de la batterie de démarrage n'est pas inférieur au seuil prédéterminé assurant le prochain démarrage.Sinon la combinaison des interrupteurs est inversée; - à l'arrêt : l'interrupteur 10 est ouvert et l'interrupteur 11 est fermé. Ce mode de réalisation est intéressant du fait que la batterie de démarrage n'alimente que les charges moteur et de sécurité, en cas de dévers, tant que son niveau de charge est suffisant, ne fournissant donc qu'un courant limité et gardant une tension assez élevée à ses bornes. La qualité de l'environnement électrique des charges moteur est ainsi particulièrement bonne. De plus, en cas de démarrage avec la batterie de service déchargée, celle-ci n'alimente que les charges moteur et ne fournit pas de courant au reste du dispositif. La figure 7 est un autre exemple de réalisation d'un dispositif d'alimentation selon l'invention, comprenant deux interrupteurs, un premier T2 reliant les charges moteur et l'alternateur 4 et un second T3 reliant l'alternateur 4 aux charges de service 51. Ces deux interrupteurs sont constitués par des diodes, l'une 12 étant passante de l'alternateur 4 vers la batterie de démarrage 2 et l'autre 13 étant passante de l'alternateur vers la batterie de service 3, et fonctionnent de la façon suivante - au démarrage : la batterie de démarrage 2 fournit du courant au démarreur 1 et aux charges moteur 50, mais la diode 12 empêche la batterie de service 3 de fournir du courant au démarreur et aux charges qui lui sont connectées; - en charge : les deux diodes autorisent la charge des deux batteries par l'alternateur, et la chute de tension aux bornes des diodes est compensée par une élévation du seuil de régulation de l'alternateur; - en dévers : la batterie de démarrage 2 contribue à l'alimentation des charges moteur 50 et la diode 12 empêche cette batterie de se décharger dans le reste du dispositif; - moteur arrêté : la seconde diode 13 évite la décharge de la batterie de service 3 dans le dispositif, dans le cas où la batterie de démarrage 2 est déchargée à la suite d'une panne. L'avantage de cette réalisation réside dans le fait que la batterie de service 3 ne participe pas au démarrage grâce à la diode 13, ce qui maintient stable la tension aux bornes du dispositif. L'invention consiste en un dispositif d'alimentation très simple de réalisation et de fonctionnement, et d'un coût peu élevé. Les charges moteur sont en permanence connectées à une des deux batteries, et en dévers, la batterie de démarrage alimente les charges moteur quand la batterie de service se décharge. Dans tous les exemples de réalisation de dispositifs d'alimentation sus-cités, en fonction de l'emplacement des batteries dans le véhicule, une élévation du seuil de tension du régulateur de l'alternateur peut être prévue, afin de compenser la chute de tension aux bornes des interrupteurs, ou la chute de tension dans les câbles, ou encore la différence d'acceptance de charge des batteries due aux différences de température ambiante. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'alimentation des charges électriques d'un véhicule automobile à moteur, comprenant une première batterie dite de démarrage connectée en parallèle à un démarreur du moteur, une seconde batterie dite de service distincte de la première, un alternateur relié au moteur destiné à la charge des deux batteries associées à des moyens de mesure de leur état de charge, et un système de gestion de charge reliant les deux batteries et l'alternateur aux charges électriques du véhicule, caractérisé en ce que le système de gestion de charge (6) est constitué par une combinaison d'au plus deux interrupteurs parmi trois (T1, T2, T3), dont le premier (T1) relie la première batterie (2) et des charges moteur (50) représentant les éléments électriques assurant le fonctionnement du moteur et la sécurité du véhicule, dont le second (T2) relie les charges moteur (50) et l'alternateur (4), et dont le troisième (T3) relie l'alternateur (4) et la seconde batterie (3) qui est connectée de plus aux charges de service (51), représentant tous les autres éléments électriques du véhicule. 2. Dispositif d'alimentation selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un seul interrupteur (T2) placé entre l'alternateur (4) et les charges moteur (50). 3. Dispositif d'alimentation selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'interrupteur (T2) est commandable et unidirectionnel (7) de type transistor, bloquant la décharge de la première batterie (2) dite de démarrage dans les charges de service (51) du véhicule ainsi que dans la batterie de service (3). 4. Dispositif d'alimentation selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'interrupteur (T2) est une diode (8), bloquant la décharge de la première batterie dite de démarrage (2) dans les charges de service (51) du véhicule et dans la batterie de service (3). 5. Dispositif d'alimentation selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un seul interrupteur (T1) reliant la première batterie dite de démarrage (2) aux charges moteur (50) 6. Dispositif d'alimentation selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'interrupteur (T1) est un relais bidirectionnel (9) et commandable. 7. Dispositif d'alimentation selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une combinaison de deux interrupteurs, un premier interrupteur (T1) reliant la première batterie dite de démarrage (2) aux charges moteur (50) et un second interrupteur (T2) placé entre les charges moteur (50) et l'alternateur (4). 8. Dispositif d'alimentation selon la revendication 7, caractérisé en ce que les deux interrupteurs (T1,T2) sont bidirectionnels et commandables, de type relais (10, 11) 9. Dispositif d'alimentation selon la revendication 1, caractérisé en ce que les charges moteur (50) sont connectées directement en parallèle à la première batterie dite de démarrage (2) et les charges de service (51) sont directement connectées en parallèle à la batterie de service (3), et en ce qu'il comporte une combinaison de deux interrupteurs, un premier interrupteur (T2) placé entre l'alternateur (4) et la première batterie dite de démarrage et un second interrupteur (T3) placé entre l'alternateur et la seconde batterie dite de service. 10. Dispositif d'alimentation selon la revendication 9, caractérisé en ce que les deux interrupteurs (T2,T3) sont des diodes (12, 13), chacune étant respectivement passante de l'alternateur vers la batterie qu'elle relie. 11. Procédé de commande d'un dispositif d'alimentation des charges électriques d'un véhicule automobile à moteur, selon les revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les charges moteur sont connectées en permanence à une des deux batteries, et en ce que, lors du fonctionnement du dispositif en phase de dévers pendant laquelle la seconde batterie dite de service se décharge, la première batterie dite de démarrage peut alimenter les charges moteur. 12. Procédé selon les revendications 6 et 8, caractérisé en ce que lors du fonctionnement du dispositif en phase de dévers pendant laquelle la seconde batterie dite de service se décharge, la première batterie dite de démarrage alimente les charges moteur, après mesure de son état de charge et comparaison avec un seuil minimum déterminé pour assurer un prochain démarrage. 13. Procédé selon l'une des revendications 3, 6, 8, 10 et 11, caractérisé en ce qu'il comprend la déconnexion de la batterie de service du démarreur pendant la phase de démarrage du moteur du véhicule. 14. Procédé selon l'une des revendications 3, 6, 8 et 11, caractérisé en ce qu'il comprend la connexion de la batterie de service au démarreur pendant la phase de démarrage du moteur du véhicule, quand l'état de charge de la batterie de démarrage est inférieur au seuil déterminé. 15. Procédé selon les revendications 6 et 8, caractérisé en ce que, pendant la phase de charge de la batterie de démarrage par l'alternateur, il comprend la déconnexion de la batterie de démarrage de l'alternateur quand son seuil de charge est supérieur à un seuil déterminé. 16. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une élévation du seuil de tension d'un régulateur associé à l'alternateur est prévue pour compenser la chute de tension aux bornes des interrupteurs (T1, T2, T3), ou la chute de tension dans les câbles ou la différence d'acceptance de charge des batteries dues aux différences de température ambiante.