Brevet FR2749814A1 — publié le 19971219

DISPOSITIF D'ALIMENTATION ELECTRIOUE D'UN VEHICULE A MOTEUR La présente invention concerne un dispositif d'alimentation électrique d'un véhicule automobile ou routier équipé d'un moteur à combustion interne. L'alimentation en courant électrique d'un véhicule à moteur est classiquement assurée par un accumulateur électrique tel qu'une batterie électrochimique et par un alternateur entraîné par le moteur. La batterie a plus particulièrement pour fonction de - permettre le démarrage du moteur, en fournissant l'énergie électrique du démarreur et en alimentant pendant cette phase les différents récepteurs électriques nécessaires au fonctionnement du moteur (allumage, injection d'essence, etc.) - fournir après le démarrage du moteur, et en cas de besoin, un courant supplémentaire au courant délivré par l'alternateur pour alimenter les différents récepteurs électriques du véhicule; - permettre lorsque le moteur est à l'arrêt, l'alimentation des récepteurs électriques du véhicule devant être alimentés en permanence (comme l'alarme, la montre, etc.). Les puissances électriques mises en jeu pour ces différentes fonctions ont des caractéristiques différentes. En effet, la fonction de démarrage nécessite des courants importants, plusieurs centaines d'ampères, pendant une durée de quelques secondes ; la fonction de service où la batterie vient suppléer à l'alternateur, nécessite des courants moins forts, de quelques dizaines d'ampères, mais pendant de longues périodes ; enfin, la fonction de veille lorsque le moteur est à l'arrêt, peut consommer de faibles courants, quelques milliampères, mais pendant plusieurs semaines. Cependant, toutes ces fonctions sont classiquement remplies conjointement par une même batterie, dont la conception est donc le résultat d'un compromis. A ces premières contraintes, s'en ajoutent d'autres, tenant par exemple aux moteurs diesels dont les démarrages demandent 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 compte tenu des contraintes de masse et de volume raisonnables pour le véhicule automobile. Une solution connue actuellement pour résoudre une partie de ces problèmes consiste à réaliser un nouveau dispositif d'alimentation en énergie électrique utilisant deux batteries, la première étant dédiée à la fonction de démarrage tandis que la seconde sert à remplir les fonctions de service et de veille, ces deux batteries distinctes étant reliées entre elles par un système de gestion de récepteur assurant le meilleur fonctionnement possible 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. La solution présente toutefois l'inconvénient de ne pas permettre la déconnexion de la batterie de démarrage une fois qu'elle est chargée et de la reconnecter lorsque la fonction de service le nécessite. La demanderesse a donc proposé un dispositif d'alimentation électrique pour véhicule à moteur et un procédé de commande qui a pour objet de limiter la chute de tension sur le réseau électrique du véhicule quand il est en dévers, c'est-à-dire quand l'altérnateur ne peut fournir le courant électrique requis par le circuit de bord du véhicule, 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 récepteurs électriques utiles au bon fonctionnement du moteur et du véhicule sont connectés à la batterie de démarrage en cas de dévers permettant de leur assurer un niveau de tension acceptable. Cette invention permet également d'alimenter avec un meilleur niveau de sécurité des récepteurs électriques qui supportent mal les coupures de courant ou les fortes variations de tension, comme par exemple le calculateur électronique de contrôle moteur qui pilote l'injection du carburant dans le moteur. Grâce à cette invention, ce type de récepteurs électriques est en permanence connecté à une batterie capable de délivrer le courant nécessaire, sous un niveau de tension approprié. Avec un tel dispositif à deux batteries, il apparaît souhaitable de connecter l'entrée du contacteur de démarrage actionné par la clef de contact du véhicule directement à la batterie de service. En effet, cette disposition permet de façon simple d'alimenter les différents récepteurs électriques du véhicule uniquement par la batterie de service lorsque la clef de contact est dans la position +APC ("plus" après contact) ou dans la position +ACC ("plus" accessoires) et donc de ne pas décharger la batterie de démarrage pendant ces phases. Avec un tel montage, le solénoïde de l'interrupteur contrôlant l'alimentation électrique et donc le fonctionnement du démarreur se trouve connecté à la sortie du contacteur de démarrage correspondant à la position +DEM ("plus" démarreur) de la clef de contact tandis que l'induit du démarreur est lui connecté directement à la batterie de démarrage. Cette disposition a pour inconvénient d'empêcher le démarrage du moteur si la batterie de service est totalement déchargée puisque alors la fermeture de l'interrupteur à solénoïde n'est plus possible et ce, même si la batterie de démarrage est, elle, parfaitement chargée. Pour résoudre ce problème, le document WO 94/04394 décrit la réalisation d'un contacteur de démarrage sophistiqué intégrant un dispositif de reconnaissance de la position de la clef de contact sous la forme d'un opto-coupleur alimenté par une tension isolée. Cette solution s'avère toutefois chère et compliquée à mettre en oeuvre en grande série. L'objet de la présente invention est donc de remédier aux inconvénients de l'art antérieur en proposant un dispositif simple et efficace d'alimentation électrique à deux batteries, permettant le démarrage du moteur même lorsque la batterie de service alimentant le relais de démarrage est déchargée. Le dispositif d'alimentation électrique d'un véhicule équipé d'un moteur à combustion interne selon l'invention est du type comprenant deux accumulateurs, un premier accumulateur dit de démarrage destiné à alimenter le démarreur du moteur et un second accumulateur dit de service destiné à alimenter les autres récepteurs électriques du véhicule, un contacteur de démarrage actionné par la clef de contact, et un système gestion de charge opérant la connexion et la déconnexion des deux accumulateurs entre eux suivant leur état de charge respectif et les besoins en énergie des différents récepteurs électriques du véhicule. Le contacteur de démarrage possède une borne d'entrée reliée à l'accumulateur de service et au moins une première borne de sortie alimentant les autres récepteurs électriques et une seconde borne de sortie alimentant notamment un interrupteur à solénoïde contrôlant l'alimentation électrique du démarreur. Selon l'invention, le dispositif d'alimentation électrique est caractérisé en ce que le système de gestion de charge coopère avec des moyens de branchement électromagnétiques et de mesure de la tension permettant la mesure successive de la tension aux bornes de l'accumulateur de démarrage et de l'accumulateur de service lorsque le contacteur de démarrage connectant la borne d'entrée à la seconde borne de sortie, de façon à opérer alors la connexion de l'accumulateur de démarrage à l'accumulateur de service lorsque ce dernier se trouve être déchargé et permettre ainsi le démarrage du moteur. Selon une autre caractéristique du dispositif d'alimentation électrique objet de la présente invention, le système de gestion de charge coopère avec des moyens de contrôle opérant cette connexion pendant une temporisation prédéterminée. Selon une autre caractéristique du dispositif d'alimentation électrique objet de la présente invention, le système de gestion de charge coopère avec des moyens de contrôle opérant cette connexion après que la seconde borne de sortie contacteur de démarrage a été déconnectée de la borne d'entrée. Selon une autre caractéristique du dispositif d'alimentation électrique objet de la présente invention, ces moyens de branchement sont formés par un relais électromagnétique comportant une borne d'entrée reliée à la seconde borne de sortie du contacteur, une première borne de sortie alimentant l'interrupteur à solénoïde du démarreur, une seconde borne de sortie reliée à l'accumulateur de démarrage, une palette mobile apte à connecter sélectivement la borne d'entrée à l'une ou l'autre des bornes de sorties sous l'action antagoniste de moyens élastiques de rappel et d'une bobine destinée à être reliée à l'accumulateur de service, les moyens de mesure de la tension étant alors reliés à la borne de sortie du relais connectée à la borne d'entrée lorsque la palette mobile n'est soumise qu'à l'action des moyens de rappel. Selon une autre caractéristique du dispositif d'alimentation électrique objet de la présente invention, la bobine du relais est reliée à la première borne du contacteur de démarrage. Selon une autre caractéristique du dispositif d'alimentation électrique objet de la présente invention, la seconde borne de sortie du relais est reliée à l'accumulateur de démarrage par l'intermédiaire d'une résistance de valeur adaptée. On comprendra mieux les buts, aspects et avantages de la présente invention, d'après la description donnée ci-après d'un mode de réalisation de l'invention, ce mode de réalisation étant donné à titre d'exemple non limitatif, en se référant notamment aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique d'un dispositif d'alimentation des récepteurs électriques d'un véhicule automobile, selon la présente invention - la figure 2 est le schéma électrique d'un dispositif d'alimentation selon l'invention. - la figure 3 est une vue de détail du contacteur commandant notamment le fonctionnement du démarreur décrit sur la figure 2. Conformément aux figures 1 et 2, seules les parties constitutives nécessaires à la compréhension de l'invention ont été montrées et pour faciliter leur lecture, les mêmes éléments portent les mêmes références d'une figure à l'autre. En se reportant sur la figure 1, on voit, présentée de façon slmplifiée, le circuit électrique d'un véhicule automobile à moteur à combustion interne. Ce circuit comporte des accumulateurs électriques tels que des accumulateurs électrochimiques formant deux batteries distinctes 2 et 3 appelées respectivement batterie de démarrage et batterie de service et un générateur électromécanique ou alternateur 4 entraîné par le moteur. Ces appareils alimentent en courant électrique les différents récepteurs électriques du véhicule moteur à savoir : le démarreur 1 d'une part et les autres récepteurs électriques que l'on peut répartir en récepteurs dits "moteur" et récepteurs dits "de service" 5, par l'intermédiaire d'un système de gestion de récepteur 6. Les récepteurs dits "moteur" correspondent aux différents appareillages électriques : moteurs, microprocesseurs, relais, inductances, résistances, transformateurs, etc., nécessaires au bon fonctionnement du moteur, tels que le système électronique de contrôle du moteur, la pompe à carburant, les électro-injecteurs de carburant, les bobines d'allumage (pour les moteurs à allumage commandé), le capteur de position vilebrequin, la sonde à oxygène, la pompe à air, etc. Les récepteurs dits "de service" représentent tous les autres récepteurs électriques du véhicule autres que les récepteurs "moteur", comme les dispositifs d'éclairage et de signalisation, la climatisation, la radio, etc. Les récepteurs "moteur" doivent être alimentés pendant la phase de démarrage du moteur, en même temps que le démarreur, et après l'arrêt du démarreur pendant toute la durée de fonctionnement du moteur, alors que les récepteurs "de service" nécessitent une alimentation de puissance variable indépendamment du fonctionnement du moteur. 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 la batterie de démarrage 2 par l'intermédiaire du contacteur 60 actionné par la clef de contact du véhicule. Les récepteurs "moteur" 50 et "de service" 51 sont eux, à l'exception des récepteurs demeurant alimentés en permanence, connectés à l'alternateur 4 et à la batterie de service 3 par l'intermédiaire également du contacteur 60. De plus un système de gestion de charge 61 coopérant avec des moyens appropriés de mesure de la charge des batteries 2 et 3 (soit par des moyens de mesure de la tension soit par des moyens de mesure du courant de récepteur ou de décharge et de la température des batteries), permet d'opérer la connexion sélective des récepteurs électriques 50 et 51 à la batterie de démarrage 2 et inversement d'opérer la connexion du démarreur 1 à la batterie de service 3 lorsque la batterie de démarrage 2 se trouve déchargée. En raison du fort courant appelé par le démarreur 1, la batterie de démarrage 2 est préférentiellement placée près du démarreur, pour limiter la chute de tension dans les câbles de connexion, la batterie de service 3 pouvant être, elle, placée dans le compartiment moteur du véhicule, soit encore dans l'habitacle ou le coffre, selon les possibilités du véhicule. Le système de gestion de charge 61 a plus particulièrement pour rôle lors du fonctionnement du circuit électrique de bord du véhicule en phase de dévers, c'est-à-dire lors que les récepteurs électriques 50 et 51 prélèvent plus de courant que ne peut fournir l'alternateur 4 et donc lorsque la batterie de service 3 se décharge, de connecter la batterie de démarrage 2 aux récepteurs et ce tant que l'état de charge de la batterie de démarrage demeure supérieur à un seuil déterminé. Toutefois, lorsque le moteur est arrêté, le système de gestion de charge 61 déconnecte de préférence la batterie de démarrage des récepteurs électriques pour éviter toute décharge de cette dernière. Le système de gestion de charge 61 permet également d'alimenter le démarreur et de recharger la batterie de démarrage à partir de la batterie de service 3 et de l'alternateur 4, si la batterie de démarrage 2 se trouve déchargée. En se reportant à la figure 3, on voit comment est réalisé le contacteur de démarrage 60 pour permettre un fonctionnement optimal des batteries 2 et 3. Ce contacteur 60 comprend de façon classique un contact 601 relié à la borne d'entrée 600 du contacteur elle-même reliée à la borne + de la batterie de service 3. Ce contact 601 entraîné par la clef de contact est apte à venir successivement connecter à la borne d'entrée et donc à la batterie de service les différentes bornes de sortie du contacteur 60 : une borne de sortie +ACC à laquelle est reliée tout ou partie des récepteurs "de service" 51, une borne +APC reliée à l'ensemble des récepteurs "moteur" et "de service" et une borne +DEM permettant de commander de plus un interrupteur 610 à solénoïde contrôlant l'alimentation électrique du démarreur 1. Il est à noter que lorsque le contact 601 connecte la borne +DEM, la borne +APC est également connectée, de sorte que les récepteurs "moteur" puissent être alimentés lors du fonctionnement du démarreur. Selon l'invention, le système de gestion 61 coopère avec un relais électromagnétique 602 interposé entre la borne +DEM du contacteur 60 et l'interrupteur à solénoïde 610 et des moyens de mesure de la tension 64 pour évaluer successivement la tension aux bornes de la batterie de démarrage 2 et de la batterie de service 3 lorsque le contacteur de démarrage 60 connecte sa borne d'entrée 600 à la borne de sortie +DEM, de façon à pouvoir alors opérer la connexion de la batterie de démarrage 2 à la batterie de service 3 lorsque cette dernière se trouve être déchargée et permettre ainsi le démarrage du moteur. Le relais 602 comporte donc une borne d'entrée 605 reliée à la borne de sortie +DEM du contacteur 60 et deux bornes de sortie. Une première borne de sortie T qui est reliée au solénoïde 608 de l'interrupteur à solénoïde 610 contrôlant l'alimentation électrique du démarreur 1, et une seconde borne de sortie R qui est reliée à la batterie de démarrage 2 par l'intermédiaire d'une résistance 609 de valeur élevée adaptée. Une palette mobile 606 est apte à connecter sélectivement la borne d'entrée 605 à l'une ou l'autre des bornes de sorties T, R sous l'action antagoniste de moyens élastiques de rappel et d'une bobine 604. Les moyens élastiques de rappel opèrent la connexion de la seconde borne de sortie R du relais 602 à sa borne d'entrée 605 tant que la bobine 604 n'est pas traversée par un courant suffisant. La bobine 604 est, elle, reliée à la borne +APC du contacteur de démarrage 60. Les moyens de mesure de la tension 64 sont reliés à la seconde borne de sortie R du relais 602 et fournissent donc en permanence la valeur de la tension à cette borne R à des moyens électroniques de contrôle 63 coopérant avec le système de gestion de charge pour opérer la fermeture d'un interrupteur 62 assurant la connexion des batteries entre elles suivant les valeurs prises par cette tension à la borne R. Conformément à ce qui vient d'être décrit le fonctionnement du dispositif est le suivant. Deux cas sont à envisager suivant l'état de charge de la batterie de 'service 3. Considérons tout d'abord le cas où la batterie de service est suffisamment chargée. Lorsque le contact 601 entraîné par la clef de contact passe en position +APC, le courant électrique alimentant la bobine 604 provoque le basculement de la palette mobile 606 opérant la connexion de la borne d'entrée du relais 602 à sa borne de sortie T, reliant alors le solénoïde 608 de l'interrupteur 610 à la borne +DEM du contacteur 60, il en résulte que lorsque le contact 601 connecte la borne +DEM, le courant électrique traversant le solénoïde 608 opère la fermeture du contact 609 et l'alimentation électrique du démarreur par la batterie de démarrage 2 et donc le lancement du moteur. Dans le cas où la batterie de service se trouve insuffisamment chargée, lors de la connexion de la borne +APC par le contact 601, le courant traversant la bobine 604 est insuffisant pour déplacer la palette mobile 606 en position T à l'encontre de l'action antagoniste des moyens de rappel, ce dernier dans sa position de rappel, relie donc la borne de sortie R à la borne +DEM du contacteur 60. I1 en résulte que lorsque le contact 601 connecte la borne +DEM, la tension électrique Vr de la borne R qui était jusqu'alors à la tension Vbd de la batterie de démarrage 2 (la borne +DEM étant ouverte) passe brusquement à la tension Vbs de la batterie de service 3, et ce du fait de la présence de la résistance 609. Cette brusque variation de tension observée grâce aux moyens de mesure 64 est alors détectée par les moyens électroniques de contrôle 63 qui décident alors suivant une stratégie adaptée d'opérer la fermeture de l'interrupteur 62 assurant la connexion des batteries entre elles. La batterie de démarrage 2 vient alors suppléer à la batterie de service 3 pour faire fonctionner le contacteur de démarrage 60. En effet, le courant issu de la batterie de démarrage traversant la bobine 604 opère le basculement de la palette 606 et la connexion de la borne T, ce qui permet le passage du courant à travers le solénoïde 608 et la fermeture du contact 607. Ainsi grâce au dispositif qui vient d'être décrit il est possible de connecter sélectivement le contacteur de démarrage 60 à la batterie de démarrage 2 et d'opérer le démarrage du moteur quel que soit l'état de charge de la batterie de service 3, ce dispositif étant tout à la fois fiable, simple et peu onéreux à réaliser. Plusieurs stratégies de fermeture de l'interrupteur 62 assurant la connexion des batteries entre elles peuvent être mises en oeuvres suivant le type de véhicule ou de moteur. Ainsi la fermeture peut être immédiate sitôt la transition de la tension à la borne R du relais 602 de la valeur Vbd à la valeur Vbs détectée, la coupure automatique de la connexion peut être opérée après une durée prédéterminée écoulée. I1 est également possible de n'opérer la connexion des batteries entre elles que lorsque la borne de sortie +DEM du contacteur de démarrage 60 a été déconnectée, par exemple dans le cas de moteurs diesels si l'on souhaite que le conducteur ramène le contact 601 sur la borne +APC pour procéder au préchauffage avant de démarrer le moteur ; dans ce cas, il suffit d'attendre que la tension à la borne R redevienne Vbd pour procéder à la fermeture du contact 62 et à la connexion des batteries. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et illustré qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit. REVENDICATIONS [1] Dispositif d'alimentation électrique d'un véhicule équipé d'un moteur à combustion interne du type comprenant deux accumulateurs électriques (2,3), un premier accumulateur (2) dit de démarrage destiné à alimenter le démarreur (1) du moteur et un second accumulateur (3) dit de service destiné à alimenter les autres récepteurs électriques (5) du véhicule, un contacteur de démarrage (60) actionné par la clef de contact et un système gestion de charge (61) opérant la connexion et la déconnexion des accumulateurs (2,3) entre eux suivant leur état de charge et les besoins en énergie des différents récepteurs électriques du véhicule, ledit contacteur de démarrage (60) possédant une borne d'entrée (600) reliée audit accumulateur de service (3) et au moins une première borne de sortie (+APC) alimentant lesdits autres récepteurs électriques (5) et une seconde borne de sortie (+DEM) alimentant notamment un interrupteur à solénoïde (610) contrôlant l'alimentation électrique du démarreur (1), caractérisé en ce que ledit système de gestion de charge (61) coopère avec des moyens de branchement électromagnétiques (602) et de mesure de la tension (64) permettant la mesure successive de la tension aux bornes de l'accumulateur de démarrage (2) et de l'accumulateur de service (3) lorsque ledit contacteur de démarrage (60) connectant ladite borne d'entrée (600) à ladite seconde bqrne de sortie (+DEM), de façon à opérer alors la connexion de l'accumulateur de démarrage (2) à l'accumulateur de service (3) lorsque ce dernier se trouve être déchargé et permettre ainsi le démarrage du moteur. [2] Dispositif d'alimentation électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit système de gestion de charge (61) coopère avec des moyens contrôle (63) opérant ladite connexion pendant une temporisation prédéterminée. [3] Dispositif d'alimentation électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que ledit système de gestion de charge (61) coopère avec des moyens contrôle (63) opérant ladite connexion après que ladite seconde borne de sortie (+DEM) dudit contacteur de démarrage (60) a été déconnectée de ladite borne d'entrée (600). [4] Dispositif d'alimentation électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de branchement (602) sont formés par un relais électromagnétique comportant une borne d'entrée (605) reliée à ladite seconde borne de sortie (+DEM) dudit contacteur (60), une première borne de sortie (T) alimentant un ledit interrupteur à solénoïde (610) contrôlant l'alimentation électrique du démarreur (1), une seconde borne de sortie (R) reliée audit accumulateur de démarrage (2), une palette mobile (606) apte à connecter sélectivement ladite borne d'entrée (605) à l'une ou l'autre desdites bornes de sorties (T,R) sous l'action antagoniste de moyens élastiques de rappel et d'une bobine (604) destinée à être reliée audit accumulateur de service (3), et en ce que lesdits moyens de mesure de la tension (64) sont reliés à ladite seconde borne de sortie (R) du relais (602) connectée à la borne d'entrée (605) lorsque la palette mobile (606) n'est soumise qu'à l'action des moyens de rappel. [5] Dispositif d'alimentation électrique selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite bobine est reliée à ladite première borne (+APC) dudit contacteur de démarrage (60). [6] Dispositif d'alimentation électrique selon l'une quelconque des revendications 4 à 5, caractérisé en ce que ladite seconde borne de sortie (R) dudit relais (602) est reliée audit accumulateur de démarrage (2) par l'intermédiaire d'une résistance (609) de valeur adaptée.