Brevet FR2753580A1 — publié le 19980320

La présente invention est relative aux systèmes pour la régulation de la tension de sortie d'un alternateur. Classiquement, un alternateur a pour fonction d'alimenter le réseau de bord d'un véhicule, ainsi que de recharger la batterie de celui-ci lorsque le moteur thermique du véhicule tourne. Or, le réseau de bord et la batterie du véhicule imposent des contraintes sur la tension délivrée par l'alternateur. Celle-ci doit en effet généralement varier en fonction de la température selon par exemple une loi similaire à celle de la courbe illustrée sur la figure 1 qui représente le profil de charge idéal en fonction de la température pour une batterie au plomb. Dans cet exemple, la charge optimale de la batterie impose à la tension de charge de varier linéairement en fonction de la température sur une droite de charge D de pente négative (-33 mV/ C, par exemple). On notera que le courant de charge varie fortement dès que la tension de charge s'écarte de cette droite optimale. Il est donc important que la tension de charge suive avec une grande précision cette droite optimale. Par ailleurs, la tension délivrée en sortie de l'alternateur est limitée à une valeur supérieure Vs, (généralement de l'ordre de 15 à 16 Volts, 15,2 Volts dans l'exemple de la figure 1) notamment par les éléments d'éclairage du véhicule lorsque ceux-ci utilisent des ampoules à filaments. Elle est en outre limitée à une valeur inférieure Vinf (aux alentours de 13 Volts) par la force électromotrice à vide de la batterie. Généralement, pour réaliser une régulation de ce type, on utilise des régulateurs qui agissent sur l'excitation du rotor de l'alternateur en fonction d'une part de la température mesurée par une sonde intégrée au régulateur de l'alternateur et d'autre part de la tension en sortie de l'alternateur ou de la tension de charge de la batterie. Cette solution de régulation est économique, mais techniquement approximative. En effet, l'alternateur et la batterie sont des pièces séparées, situées à des endroits différents dans le véhicule et la variation de température de la batterie est très lente tandis que celle de l'alternateur (et du régulateur) est très rapide. Pour pouvoir correctement réguler la tension de charge de la batterie, il est souhaitable de connaître précisément la température de la batterie, ce qui n'est pas le cas avec les régulateurs classiques utilisant la température mesurée directement sur l'alternateur. De plus, à ce jour, les régulateurs qui utilisent une mesure de la température de la batterie sont d'un coût élevé. Un but de l'invention est de résoudre ce problème et de proposer une nouvelle structure de système de régulation permettant de réguler la tension délivrée par un alternateur en fonction de la température de la batterie. A cet effet, l'invention propose un système de régulation de la tension de sortie d'un alternateur destiné à alimenter le réseau de bord d'un véhicule et à charger une batterie comportant un régulateur qui commande le courant d'excitation dudit alternateur, caractérisé en ce que ledit régulateur régule la tension de sortie de l'altenateur par rapport à une tension de référence qui ne varie pas en fonction de la température, ledit système comprenant en outre un module à sonde mesurant la température de la batterie qui délivre sur l'entrée du régulateur une tension fonction de la tension de la batterie et de la mesure de température de la sonde, le régulateur maintenant ladite tension sur une valeur constante, le module étant tel que cette régulation impose à la tension de la batterie de varier selon la loi de régulation souhaitée. Comme on l'aura compris, un tel système peut utiliser un régulateur standard, présentant une compensation en température nulle, d'un faible coût. En outre, la régulation qu'il réalise est particulièrement fiable, puisqu'elle prend directement en compte la mesure de la température de la batterie. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit. Cette description est purement illustrative et non limitative. Elle doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels: - la figure 1, déjà analysée, est un graphe sur lequel on a porté la courbe de la tension de charge d'une batterie en fonction de la température dans le cas particulier d'une batterie au plomb; - la figure 2 est un schéma de principe d'un système de régulation conforme à un mode de réalisation possible pour l'invention; - la figure 3 est un graphe semblable à celui de la figure 1 sur lequel on a porté, outre la courbe de tension de charge, d'une part la tension Vsense envoyée en entrée du régulateur de la figure 2 et d'autre part la courbe de la tension de sortie de la sonde de température du système de la figure 2; - la figure 4 est un schéma d'un montage possible pour le module sonde du système de la figure 2; - la figure 5 illustre la courbe de la tension en sortie du montage de la sonde du module de la figure 4. Sur la figure 2, on a représenté schématiquement la batterie 1 d'un véhicule automobile-, ainsi que son alternateur 2. Celui-ci délivre à la batterie 1 une tension de charge VBAT' Le système de régulation du montage de cette figure 2 comporte un régulateur standard 3, ainsi qu'un module 4 qui inclut une sonde qui mesure la température de la batterie 1. On a également représenté sur la figure 2 une unité 5 pour l'alimentation de la sonde de ce module 4, ainsi qu'un interrupteur 5a pour la commande de cette alimentation. Le module 4 transmet en entrée du régulateur 3 une tension "Vsense", qui est une combinaison linéaire de la tension de la batterie et d'une tension Vsonde représentative de la température de celle-ci. Ainsi: Vsense = K1 VBAT + K2 Vsonde (1) o K1 et K2 sont des gains du montage du module 4. Le régulateur 3 est programmé de façon à ce que sa compensation thermique soit nulle. Il agit sur l'excitation EXC du rotor de l'alternateur de façon à maintenir sa tension d'entrée Vsense a un niveau constant, par exemple à 14,2 Volts + 150 mVolts (tension de régulation habituellement utilisée à 25 C). La tension de sortie VBAT de l'alternateur étant VBAT = (Vsense - K2 Vsonde)/K1 (2) le montage de la sonde du module 4 est tel que la loi de variation de la tension de sortie Vsonde en fonction de la température permet d'obtenir la régulation souhaitée pour ladite tension VBAT. Par conséquent, le montage de la sonde doit présenter une fonction de transfert g(VBAT, TBAT), telle que si f(VBAT, TBAT) est la fonction de transfert à réaliser: f(VBAT, TBAT) O g(VBAT, TBAT) = Vsense- (3) O TBAT désigne la température de la batterie relevée par la sonde et o l'opération de convolution. On a représenté sur la figure 3 la courbe de charge VBAT qui correspond à la fonction de transfert f(VBAT, TBAT) recherchée, ainsi que la tension Vsense et une courbe Vsonde qui correspond à une fonction de transfert g(VBAT, TBAT) permettant de vérifier l'équation (3). Ainsi qu'on peut le voir sur cette figure 3, la tension Vsonde varie linéairement entre les mêmes températures que la tension VBAT (de 0 à 60 C). Elle est croissante en fonction de la température d'un seuil inférieur de - 1 V à un seuil supérieur de + 1 V. Le régulateur 3 est par exemple un régulateur monofonction de série, du type de ceux commercialisés par la Société VALEO EQUIPEMENTS ELECTRIQUES MOTEUR sous la référence YV77. On notera en outre qu'à la fermeture de la clé de contact du véhicule, l'interrupteur 5a reste ouvert tant que le moteur thermique n'est pas suffisamment lancé pour que la tension de charge de la batterie soit en elle-même suffisante pour que la tension Vsense atteigne sa valeur nominale. On a représenté sur la figure 4 un exemple d'un montage détaillé possible pour le module 4. Le module 4 illustré sur cette figure comporte une sonde de température 4a qui délivre un courant dont l'intensité est linéairement croissante en fonction de la température. Une telle sonde 4a est par exemple une sonde de température du type de celles commercialisées par la Société ANALOG DEVICE sous la référence AD 590 JH. Les sondes de ce type se comportent comme des sources de courant de 1 pA/ K, susceptibles de fonctionner entre - 55 C et + 150 C, avec une erreur relative de 0, 5 C sur cette gamme. Elles peuvent être alimentées par une tension entre 4 et 30 Volts. Dans l'exemple ici décrit, l'unité d'alimentation est constituée par deux piles de 9 Volts. La sonde 4a est montée entre une borne d'alimentation à la tension délivrée par l'unité 5 et un montage qui comporte quatre branches reliées à la masse en parallèle, l'une qui est constituée par une résistance R1, une autre par une diode Zener Z1 et les deux autres respectivement par des condensateurs C1 et C2. La diode Z1 est passante de la masse vers la sonde 4a. La tension au noeud commun de ces différentes branches et de la sonde 4a est envoyée sur l'entrée non inverseuse d'un amplificateur opérationnel OP1 monté en suiveur de tension. La sortie de cet amplificateur OP1 est injectée dans un étage amplificateur 6, par l'intermédiaire d'une diode Z2 qui est passante de cet étage amplificateur 6 vers la sortie de l'amplificateur OP1. Ainsi qu'on l'a illustré sur la figure 5, avec un tel montage, la tension VR1 envoyée en entrée de l'étage amplificateur 6 est proportionnelle au courant de la source que constitue la sonde 4a. Elle croit donc linéairement en fonction de la température. La diode Zener Z1 permet quant à elle de limiter cette tension VR1 à une valeur supérieure, tandis que la diode Zener Z2 permet de limiter cette tension à une valeur seuil inférieure. R1 étant par exemple d'une valeur de 33 KQ, cette tension d'entrée est de 9 Volts pour une température de batterie de 0 C et de 11 Volts pour une température de batterie de 60 C. La résistance R1 est avantageusement choisie variable, de façon à permettre le réglage de la pente de la variation de sa tension en fonction de la température. Les condensateurs C1 et C2 permettent le filtrage et la stabilité de cet étage. La diode Zener Z1 est par exemple choisie avec une tension Zener de 11 Volts, Z2 avec une tension Zener de 9 Volts. Les condensateurs C1 et C2 sont par exemple choisis avec des valeurs de capacité de 22 nf et de 10 pf. La tension Vsonde en sortie de l'étage amplificateur 6 est envoyée sur une des entrées d'un étage sommateur 8, pour y être sommée avec une tension correspondant à la tension VBAT, préalablement amplifiée par un étage amplificateur 7. Les étages amplificateurs et sommateurs 6 à 8 vont maintenant être décrits. Le montage amplificateur 6 comporte un amplificateur opérationnel OP2 dont l'entrée non inverseuse est reliée d'une part à la diode Z2 par une résistance R2 (510 Q2) et d'autre part à la masse par une résistance R3 (1000 Q). La sortie de cet amplificateur opérationnel OP2 est reliée à son entrée inverseuse par une résistance R5 (100 KQ). Cette entrée inverseuse est également reliée à la masse par une résistance R4 variable (de 12 à 22 KQ). Le montage amplificateur 7 comporte un amplificateur opérationnel OP4 dont l'entrée non inverseuse reçoit la tension VBAT par l'intermédiaire d'une résistance R1l (33 KQ). L'extrémité de cette résistance R11 qui est opposée à celle par laquelle est injectée la tension VBAT est reliée à un condensateur C3 (47 nF) dont l'autre extrémité est à la masse, -ainsi qu'à une résistance R12 (680 KQ) dont l'autre extrémité est reliée à l'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel OP4. Cette entrée non inverseuse est également reliée à la masse par l'intermédiaire d'une résistance R13 (680 KQ). L'entrée inverseuse de cet amplificateur opérationnel OP4 est reliée à la masse par l'intermédiaire d'une résistance R14 (18 KQ) en série avec une résistance variable R15 (de 0 à 20 KQ). Elle est reliée à la sortie dudit amplificateur opérationnel OP4 par une résistance R16 (33 KQ). L'étage sommateur 8 comporte un amplificateur opérationnel OP3 dont l'entrée non inverseuse est reliée d'une part à la sortie de l'amplificateur opérationnel OP4 par une résistance R17 (9,1 KQ) et d'autre part à la sortie de l'amplificateur opérationnel OP2 par une résistance R6 (27 KQ) en série avec une résistance variable R7 (de 0 à 20 KQ). Son entrée inverseuse est reliée à la masse par une résistance R8 (10 KQ), ainsi qu'à la sortie dudit amplificateur opérationnel OP3 par une résistance Rg (10 KQ) en série avec une résistance variable R10 (de 0 à 10 KQ). La tension en sortie dudit amplificateur opérationnel OP3 est la tension Vsense. La résistance R10 est ajustée en fonction du gain recherché. Les résistances R15 et R4 permettent également d'ajuster les gains K1 et K2. La résistance R7 permet d'ajuster un gain avant sommation. La résistance Rll et le condensateur C3 assure le filtrage de la tension de la batterie. Dans un autre mode de réalisation, au lieu d'alimenter le module 4 en 18 Volts, ce qui oblige à utiliser deux piles de 9 Volts, le module 4 est alimenté en 9 Volts, ce qui permet d'utiliser l'alternateur et/ou la batterie pour l'alimentation de la sonde. Dans ce cas, la tension nominale Vsense maintenue constante par le régulateur est une valeur divisée par deux par rapport à celle qui a été indiquée dans la description qui précède, c'est-à-dire de l'ordre de 7 Volts. Il suffit, pour réaliser cela, de modifier de manière appropriée les valeurs des résistances de réglage du module 4 et d'utiliser une valeur de référence divisée par deux dans le régulateur 3. Au lieu de diviser par deux la tension d'alimentation du module 4, on peut aussi la diviser, ainsi que les autres variables, par un autre facteur compris entre 1 et 10. D'autres modes de réalisation que celui qui vient d'être décrit sont bien entendu possibles pour l'invention. Notamment, d'autres types de compensation thermique peuvent être envisagés sur le module sonde. Egalement, le module 4 peut comporter des moyens pour inhiber le régulateur lorsque la tension de la batterie devient supérieure à une tension seuil donnée, par exemple à 16 Volts. Par ailleurs, le régulateur 3 peut également présenter une entrée secondaire reliée à la batterie par l'intermédiaire de la clé de contact du véhicule et d'une lampe témoin et qui permet la régulation en mode dégradé de la tension de la batterie par ledit régulateur 3, dans le cas o l'entrée de la tension Vsense est défaillante. Dans les modes de réalisation décrits ci-dessus, le module 4 a été réalisé à l'aide- de composants analogiques mais il va de soi que celui-ci peut être réalisé à l'aide de processeurs numériques, la liaison entre le module 4 et le régulateur 3 étant dans ce cas réalisée à l'aide d'un bus de données. REVENDICATIONS 1. Système de régulation de la tension de sortie d'un alternateur destiné à alimenter le réseau de bord d'un véhicule et à charger une batterie (1) comportant un régulateur (3) qui commande le courant d'excitation dudit alternateur (2), caractérisé en ce que ledit régulateur (3) régule la tension de sortie de l'alternateur par rapport à une tension de référence qui ne varie pas en fonction de la température, ledit système comprenant en outre un module (4) à sonde (4a) mesurant la température de la batterie qui délivre sur l'entrée du régulateur (3) une tension (Vsense) fonction de la tension (VBAT) de la batterie (1) et de la mesure de température de la sonde (4a), le régulateur (3) maintenant ladite tension (Vsse) sur une valeur constante, le module (4) étant tel que cette régulation impose à la tension (VBAT) de la batterie (1) de varier selon la loi de régulation souhaitée. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le module (4) est tel que la tension qu'il délivre en entrée du régulateur (3) est une combinaison linéaire de la tension (VBAT) de la batterie (1) et d'une tension (Vsonde) en sortie d'un montage de sonde (4a), qui varie en fonction de la température de la batterie. 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que le module (4) comporte un premier montage amplificateur (6) qui reçoit la tension (VR1) en sortie du montage de sonde (4a), un deuxième montage amplificateur (7) qui reçoit la tension de la batterie, ainsi qu'un montage sommateur (8) qui reçoit les tensions en sortie du premier et du deuxième montage amplificateur. 4. Système selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la tension en sortie du montage de la sonde (4a) croît linéairement en fonction de la température entre deux tensions seuils. 5. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que la tension en sortie du montage de la sonde correspond à la tension aux bornes d'une branche (R1) principalement résistive alimentée par le courant de la source de courant que constitue la sonde (4a). 6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que la résistance de ladite branche (R1) peut être variée pour ajuster la pente de la variation de la tension (Vsonde) en sortie du montage de la sonde (4a) en fonction de la température. 7. Système selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que ladite branche résistive (R1) est montée en parallèle avec une diode Zener (Zl) qui définit la tension seuil supérieure de ladite tension en sortie du montage de la sonde (4a). 8. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une deuxième diode Zener (Z2) qui définit la tension seuil inférieure de la tension en sortie du montage de la sonde (4a). 9. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la sonde (4a) de température est alimentée par l'alternateur et/ou la batterie du véhicule, la valeur de la tension maintenue constante par le régulateur (3) étant environ égale à la valeur moyenne de la tension (VBAT) souhaitée de la batterie divisée par un facteur k compris entre 1 et 10. 10. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le module (4) comporte des moyens pour inhiber le régulateur (3) lorsque la tension de la batterie devient supérieure à une tension seuil donnée. 11. Système selon l'une des- revendications précédentes, caractérisé en ce que le régulateur (3) présente une entrée secondaire reliée à la batterie qui permet la régulation en mode dégradé de la tension de la batterie dans le cas o le module (4) est défaillant.