Brevet FR2783636A1 — publié le 20000324

PROCEDE ET DISPOSITIF POUR INDIQUER L'ETAT D'UNE BATTERIE DE VEHICULE AUTOMOBILE La présente invention se rapporte au domaine des systèmes d'indication de l'état des batteries de véhicule automobile utilisant la tension d'ondulation ou tension instantanée ondulante présente dans la tension en courant continu de la ligne d'alimentation de la batterie de véhicule automobile. Dans la construction automobile, l'emplacement de la batterie est habituelle- ment caché et ne permet pas l'accès direct aux utilisateurs du véhicule et cet emplacement se trouve souvent placé à proximité immédiate du moteur sous le capot moteur, ou bien sous le siège et parfois caché dans un boîtier dans le coffre ou ailleurs. Ainsi, pour accéder à la batterie régulièrement, afin de l'inspecter visuelle- ment et, le cas échéant, de procéder à des tests sur la batterie, il faut toujours déployer des efforts importants. Si la batterie se détériore sans autre forme d'inspec- tion ou de surveillance, l'utilisateur ne s'aperçoit de la détérioration que lorsque le véhicule automobile cesse de fonctionner. Ainsi, si la batterie d'un véhicule automo- bile est complètement dégradée, il arrive un jour que la batterie est dans un état si dégradé qu'elle ne peut plus assurer l'entraînement du démarreur pour provoquer le démarrage du moteur. Cette situation présente le plus souvent des conséquences financières, de sécurité et de retard, dont la gravité dépend de l'instant et du lieu o se produit la panne. L'objet principal de la présente invention consiste à faciliter aux utilisateurs la surveillance de l'état de la batterie d'un véhicule automobile. Cette batterie de véhi- cule automobile est typiquement cachée hors de tout accès direct de l'utilisateur. Du fait du niveau limité de connaissance et de savoir technique, il apparaît très ennuyeux et dérangeant à la plupart des utilisateurs, d'avoir à enlever régulièrement le boîtier de la batterie pour accéder à cette dernière et inspecter visuellement le niveau de l'électrolyte liquide et l'état des plaques de la batterie. Quant aux batteries dites "sans entretien", on ne peut pas les inspecter visuellement pour connaître l'état du niveau de l'électrolyte liquide et l'état des plaques. Dans la plupart des cas, les utilisateurs n'ont pas les connaissances techniques ni l'équipement pour contrôler l'état des batte- ries de véhicules automobiles dites "sans entretien". Un procédé connu consiste à isoler la batterie sans entretien du véhicule et à utiliser un instrument de test des niveaux de charge qui applique une charge à cette batterie. Un tel instrument est onéreux et ne peut habituellement se trouver que dans les ateliers automobiles. En appliquant une charge à la batterie, on peut connaître l'état de cette batterie de façon relativement précise, mais on risque de dégrader encore plus l'état de la batterie. Du fait des contraintes imposées par les procédés d'inspection, les coûts unitai- res et les procédés d'installation, il n'apparaît pas commercialement acceptable de tenter de fournir une indication sur l'état de la batterie d'un véhicule automobile en utilisant le procédé classique de test d'application d'une charge à la batterie, tout en évitant d'avoir à inspecter physiquement la batterie. La présente invention propose un dispositif pour surveiller et indiquer les diverses caractéristiques conditionnant l'état de la batterie, telles que le niveau de l'électrolyte liquide, le niveau de charge en réserve, et l'état des plaques, en utilisant la tension d'ondulation présente sur la ligne d'alimentation de la batterie, ce qui présente l'avantage de ne pas dégrader la batterie du véhicule automobile au cours du processus de surveillance. Un premier objet de la présente invention consiste à surveiller et à indiquer l'état d'une batterie de véhicule automobile, tel que le niveau de l'électrolyte liquide et le niveau de détérioration des plaques de la batterie, tout en éliminant les inconvé- nients et difficultés de devoir inspecter visuellement la batterie ou isoler cette dernière pour un test de charge. La batterie d'un véhicule automobile, lorsqu'elle est installée sur le véhicule, est reliée de façon fixe à une ligne d'alimentation de batterie. Lorsqu'un courant électrique est fourni à la batterie, depuis un système de charge- ment de batterie, à savoir en général l'alternateur, une composante de tension d'ondulation est générée en superposition à la tension continue existante, indiquée sur les figures par le sigle DC, qui constitue la tension de la batterie. Inversement, lorsque du courant électrique est extrait de ladite batterie par des systèmes d'application électriques ou électroniques sur le véhicule, une tension d'ondulation est également induite sur la tension continue existante de ladite batterie. Les caractéristiques, à savoir la forme et l'amplitude, de la tension d'ondulation peuvent varier d'un véhicule à l'autre. L'amplitude de la tension d'ondulation est en outre fonction de l'état de la batterie, à savoir le niveau de l'électrolyte liquide, le niveau de détérioration des plaques de la batterie, et l'état des bornes de contact de la batterie. Lorsque la batterie se détériore, l'amplitude et/ou la forme de la tension d'ondulation est modifiée. En mesurant ces paramètres, on peut surveiller l'état de la batterie. Le circuit d'indication de l'état de la batterie d'un véhicule automobile peut utiliser soit le côté positif, soit le côté négatif, soit les deux côtés de la tension d'ondulation, pour en déduire l'état de la batterie. En surveillant la tension d'ondulation sur la ligne d'alimentation de la batterie, le conducteur du véhicule peut obtenir une information vitale sur l'état de la batterie, sans avoir à accéder physiquement à la batterie, ni à inspecter cette dernière. Le procédé pour surveiller et indiquer l'état d'une batterie de véhicule auto- mobile utilise: (i) la tension d'ondulation présente sur la ligne d'alimentation de la batte- rie de véhicule automobile, pendant la marche du moteur du véhicule; et (ii) la référence de comparaison des caractéristiques de la tension d'ondu- lation pour la comparer avec les caractéristiques de ladite tension d'ondulation; afin de déterminer l'état de la batterie du véhicule automobile. L'état d'une batterie de véhicule automobile est défini par le niveau de l'électrolyte liquide, le niveau de la détérioration des plaques positives et négatives, et l'état des bornes de contact de la batterie. Le terme de batterie de véhicule automobile, inclut tous les types de batteries utilisées dans les véhicules automobiles, comme source primaire d'alimen- tation en tension à courant continu, telles que les batteries plomb/acide ou les batteries "sans entretien". La tension d'ondulation est la tension qui est générée par l'alternateur, ainsi que par d'autres charges électriques et/ou électroniques, pendant la marche du moteur du véhicule, cette tension d'ondulation comportant des composantes multiples à fréquences non continues et d'amplitudes variées. La ligne d'alimentation de la batterie de véhicule automobile est une liaison électrique par fils qui relie électriquement les bornes positive et négative de la batterie du véhicule automobile à l'alternateur et à d'autres charges électriques et électroniques, la liaison électrique par fil comportant le cas échéant, en intercalaire, des fusibles, des contacts d'interrupteurs et de relais. La référence de comparaison des caractéristiques de tension d'ondulation est un point de référence en courant continu (non variable) ou bien un point de référence qui varie en fonction de la tension d'ondulation présente pendant la marche du moteur du véhicule. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la référence de comparaison de caractéristiques de tension d'ondulation peut être un signal de tension ou bien des données numériques à l'intérieur d'un micro-contrôleur. Les caractéristiques de tension d'ondulation peuvent être l'amplitude ou la forme, soit du côté positif, soit du côté négatif, soit des deux côtés, de la tension d'ondulation. L'invention concerne également un dispositif pour surveiller et indiquer l'état d'une batterie de véhicule automobile qui permet de mettre en oeuvre le procédé de surveillance et d'indication indiqué ci-dessus. Le dispositif pour surveiller et indiquer l'état d'une batterie de véhicule automobile peut être relié électriquement à un point qui est situé sur la ligne d'alimentation de la batterie du véhicule automobile. D'autres buts, caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description de divers modes de réalisation de l'invention, faite à titre non limitatif en regard du dessin annexé dans lequel: La figure 1 illustre un système général de batterie mettant en oeuvre la présente invention; La figure 2 illustre le tracé graphique à titre d'exemple d'une forme d'onde de tension typique sur la ligne d'alimentation d'une batterie de véhicule automobile, en référence à la ligne des abaisses à OV, lorsque le moteur tourne; La figure 3 illustre une zone détaillée agrandie de la forme d'onde de tension dans le cercle A, à la figure 2. La figure 4 illustre un véhicule automobile, tel qu'une voiture de tourisme, mettant en oeuvre la présente invention, par l'intermédiaire d'une prise d'allume- cigare, ou bien d'un dispositif construit à demeure dans le véhicule et qui indique l'état par l'intermédiaire de cadrans de mesure combinés. La figure 5 illustre un échantillon de la tension d'ondulation présente sur la ligne d'alimentation de la batterie du véhicule, lorsqu'on utilise une batterie en bon état, avec une tension de référence positive de suivi. La figure 6 illustre un échantillon de la tension d'ondulation présente sur la ligne d'alimentation de la batterie d'un véhicule utilisant une batterie détériorée avec une tension de référence positive de suivi. La figure 7 illustre un schéma à blocs apte à réaliser un circuit de surveillance de batterie mettant en oeuvre la présente invention dans un véhicule, par l'intermédiaire de la prise d'allume-cigare. La figure 8 illustre le circuit détaillé adapté à l'indicateur d'état de la batterie du véhicule basé sur les caractéristiques de tension d'ondulation positive. La figure 9 illustre le circuit détaillé adapté à l'indicateur d'état de la batterie du véhicule basé sur les caractéristiques de tension d'ondulation négative. La figure 10 illustre la tension d'ondulation présente sur la ligne d'alimentation de la batterie d'un véhicule utilisant une batterie détériorée, pour le circuit illustré à la figure 9. La figure 11 illustre le circuit détaillé adapté à l'indicateur d'état de batterie automobile pour le véhicule utilisant un micro-contrôleur avec un convertisseur interne analogique numérique (AN/NUM). La figure 12 illustre la tension d'ondulation qui est extraite et modifiée à partir de la tension d'ondulation présente sur la ligne d'alimentation de la batterie d'un véhi- cule utilisant une batterie détériorée, pour le circuit illustré à la figure 8 basé sur les caractéristiques de la tension d'ondulation positives. La figure 13 illustre la tension d'ondulation qui est extraite et modifiée à partir de la tension d'ondulation présente sur la ligne d'alimentation de la batterie d'un véhicule utilisant une batterie détérioré pour le circuit illustré à la figure 9, basé sur les caractéristiques de tension d'ondulation négative. La liste des références des figures désigne les principaux éléments qui figurant dans la description de modes de réalisation préférés de l'invention: 1. Circuit utilisant la présente invention. 2. batterie d'un véhicule automobile 3. alternateur ou chargeur 4. ligne d'alimentation de la batterie 5. charge électrique 6. prise d'allume-cigare 7. cadran de mesure combiné 8. tension 1 de référence de suivi 9. tension ondulée 1 10. tension 2 de référence de suivi 11. tension d'ondulation 2 12. zone 2 de traversée d'ondulation 13. tension d'ondulation 3 14. tension 3 de référence de suivi 15. zone 3 de traversée d'ondulation 16. tension 4 d'ondulation modifiée 17. tension 4 de référence en courant continu 18. zone 4 de traversée d'ondulation 19. tension 5 d'ondulation modifiée 20. tension 5 de référence en courant continu 21. zone 5 de traversée d'ondulation En se référant tout d'abord à la figure 1 du dessin, le circuit 1 d'indication d'état de batterie de véhicule automobile est généralement relié directement à la ligne 4 d'alimentation de la batterie. Le circuit 1 de surveillance de la batterie surveille la composante de tension d'ondulation présente sur la ligne 4 d'alimentation de la batte- rie et qui est créée soit par le système 3 d'alimentation de batterie, en fait l'alternateur, soit par la charge 5 telle qu'un dispositif électrique ou électronique. Dans ce mode de réalisation particulier illustré de la présente invention, le système 3 de chargement de batterie est relié directement à la batterie 2. La tension sur la ligne 4 d'alimentation de la batterie, représentée à la figure 2, comporte une composante de tension d'ondulation qui s'ajoute à la tension en courant continu existante de ladite batterie 2. Un agrandissement de la forme d'onde de tension est représenté à la figure 3. L'état de la batterie 2 peut se déduire des caractéristiques de tension d'ondulation, à savoir la forme et l'amplitude. Sous sa forme la plus large, la présente invention est applicable à une batterie de véhicule automobile quelconque pour un véhicule automobile quelconque. Elle peut être utilisée dans une voiture de tourisme, telle que celle qui est illustrée à la figure 4. Ce système comporte une batterie 2 plomb-acide, un alternateur 3 et diverses autres charges électriques et électroniques, telles que le ventilateur de climatisation et le cas échéant le compresseur de climatisation, le ventilateur du radiateur de liquide de refroidissement, le moteur du démarreur, les lampes, un système électronique d'alarme antivol, un appareil de radio, etc. Le circuit 1 d'indication de l'état de la batterie mettant en oeuvre la présente invention peut soit être monté de façon permanente dans le véhicule automobile et indiquer l'état de la batterie à l'aide d'un cadran de mesure 7 combiné, soit être réalisé comme un appareil portable qui est relié à la prise de l'allume-cigare 6 qui est elle-même reliée à la ligne 4 d'alimentation de la batterie. Lorsque le moteur du véhicule est démarré, le système de charge/d'altemrnateur qui est relié à diverses autres charges, produit une tension constituée d'une composante en courant continu et d'une composante à tension d'ondulation. Une batterie 2 en bon état, agissant comme un accumulateur à grande capacité, filtre la composante de tension d'ondulation pour donner une tension d'ondulation de faible amplitude. Un échantillon d'une telle tension est représenté par la tension d'ondulation 9 à la figure 5. Inversement, une batterie 2 en mauvais état agissant comme un accumulateur de faible capacité, ne peut pas filtrer la tension d'ondulation comme le fait une batterie en bon état. Il en résulte une tension d'ondu- lation 11 de grande amplitude, telle que représentée à la figure 6. Dans une adaptation du circuit 1 d'indication de l'état de la batterie, pour un véhicule automobile représenté à la figure 4, on utilise via une prise d'allume-cigare, une tension de référence 8 à variation lente, qui suit le côté positif de la tension d'ondulation 9, pour déterminer l'état de la batterie 2, comme représenté à la figure 5. Du fait que l'amplitude de la tension d'ondulation 9 est faible, la tension 8 de référence de suivi est capable de suivre la tension d'ondulation 9. Inversement, lorsque l'amplitude de la tension d'ondulation est importante, la tension 10 de réfé- rence à variation lente est incapable de suivre la tension d'ondulation 11 à variation rapide. Il en résulte que la tension d'ondulation 11 traverse la tension 10 de référence de suivi dans une zone indiquée 12. En conséquence, en choisissant des caractéristiques de suivi correctes de la tension de référence qui varie, le circuit 1 d'indication de l'état de la batterie peut être soumis à un réglage fin pour l'adapter à différents véhicules. La figure 7 représente un schéma à blocs de réalisation de la présente invention dans un circuit 1 d'indication de l'état de la batterie, pour la mise en oeuvre selon la figure 4, par l'intermédiaire de la prise 6 d'allumecigare. En se référant à la figure 8, la tension d'alimentation sur la ligne 4 d'alimenta- tion de la batterie V, est une combinaison de la composante de tension en courant continu VDC, et de la composante VOND de la tension d'ondulation. La diode DI protège le circuit à l'égard des polarités de tension d'ondulation inverse. Le régulateur IC1 à tension fixe 5V, et les condensateurs C2 et C3 assurent une alimentation en courant continu à tension nominale 5,0V, pour faire fonctionner d'autre circuits. Les résistances R1 et R2 et le condensateur électrolytique C1 décalent la composante de tension en courant continu V de la ligne d'alimentation de la batterie, de 12V nominal, vers une tension plus faible qui est compatible avec le circuit, par exemple 2,5V, sans modifier les caractéristiques de la tension d'ondulation, VOND. La forme de la tension d'ondulation VOND générée au noeud de circuit V+ (à la figure 8) est représentée par (9) et (11) aux figures 5 et 6 respectivement. Les résistances R3, R4 et le condensateur céramique multicouches C4 forment la tension de référence de suivi en utilisant la tension d'ondulation VOND, au noeud V+ (à la figure 8). Une forme d'échantillonnage de cette tension de référence de suivi au noeud de circuit V- (à la figure 8) est représentée sous la forme des courbes (8) et (10) aux figures 5 et 6 respectives. IC2 compare la différence de tension entre V+ et V- et génère un signal actif haut après détection d'une zone de traversée, comme illustré en (12) à la figure 6, via la résistance d'extraction R5. Les résistances R6 et R7, le condensateur électrolytique C5 et la diode D2 reconditionnent le signal depuis la broche 1 du comparateur IC2, pour déclencher une indication d'alerte au conducteur, qui est mise en oeuvre par le transistor Q1. Ce dernier déclenche à son tour, un indicateur visuel qui est mis réalisé en utilisant la résistance R8 et une diode émettrice de lumière qui est désignée de façon abrégée par LED. Une deuxième modification consiste à utiliser un indicateur audio en rempla- çant la résistance R8 et la diode LED par un avertisseur sonore en 12V continu, représenté par la liaison en pointillés à la figure 7 et à la figure 8. Une troisième modification, représentée à la figure 9, consiste à suivre le côté négatif de la tension d'ondulation, VOND. Ceci est obtenu en réarrangeant les résistan- ces R3 et R4 ainsi que le condensateur C4 et l'élément comparateur IC2. La comparaison entre la tension d'ondulation et la tension de référence de suivi, telles qu'indiquées par (13) et (14) respectivement est représentée sur la figure 10. La région 15 sur la figure 10 indique qu'une batterie plomb-acide en mauvais état, produit une tension d'ondulation (13) qui traverse la tension de référence de suivi (14). Une quatrième modification telle que représentée à la figure 11 consiste à utili- ser un micro-contrôleur IC2 avec un convertisseur interne analogiquenumérique (en abrégé ADC), pour réaliser, en utilisant un logiciel, les fonctions qui consistent à générer une tension de référence de suivi, à comparer la tension d'ondulation avec la tension de référence et à reconditionner le résultat de la comparaison avant de déclencher le circuit d'indication. Le micro-contrôleur IC2 peut être programmé pour mettre en oeuvre le suivi du côté positif, du côté négatif, ou des deux côtés, de la tension d'ondulation, pour en déduire l'état de la batterie 2 du véhicule automobile. Les exemples décrits ci-dessus utilisent la tension d'ondulation instantanée présente sur la ligne 4 d'alimentation de la batterie, comme représenté en (9), (11) et (13). Une cinquième modification consiste à extraire la tension d'ondulation et à la modifier sous une forme plus simple représentée en (16) à la figure 12. Le circuit représenté à la figure 8 est adapté pour cette modification. La seule différence consiste à réduire la valeur de la capacité du condensateur CI et à augmenter la valeur de la capacité du condensateur C4. Selon cette modification, une capacité faible WC1 découple les composantes à basse fréquence dans la tension d'ondulation instantanée qui est présente sur la ligne 4 d'alimentation de batterie, de façon à former une tension d'ondulation modifiée 16. La capacité importante du condensateur C4, en combinaison avec R3 et R4, génère une tension (17) de référence à courant continu pour réaliser la comparaison du côté positif de la tension d'ondulation modifiée (16). La zone B montre un tracé graphique à plus grande échelle de la tension d'ondulation modifiée (16) et de la tension (17) de référence en courant continu. Lorsqu'une batterie 2 de véhicule automobile en mauvais état est utilisée, la tension d'ondulation modifiée (16) traverse la tension de référence en courant continu (17) dans la zone (18). Cette zone (18) oblige le comparateur IC2 à signaler la détection d'une batterie 2 de véhicule automobile en mauvais état. Une sixième modification consiste à modifier le cinquième mode de réalisa- tion, de façon à utiliser une tension (20) de référence en courant continu pour compa- rer le côté négatif de la tension d'ondulation modifiée (19), comme représenté à la figure 13. Le même circuit qu'à la figure 9 est adapté à cette modification. La seule différence consiste à réduire la valeur de la capacité du condensateur C1 et à augmenter la valeur de la capacité du condensateur C4. La zone C représente un tracé graphique agrandi de la tension d'ondulation modifiée (19) et de la tension de référence en courant continu (20). Selon cette modification, lorsqu'une batterie 2 de véhicule automobile en mauvais état est utilisée, la tension d'ondulation (19) traverse la tension de référence en courant continu (20) dans la zone (21), ce qui oblige le comparateur IC2 à signaler la détection d'un batterie 2 de véhicule automobile en mauvais état. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés mais elle s'applique à tous les modes de réalisation aisément accessibles à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1. Procédé pour surveiller et indiquer l'état d'une batterie (2) de véhicule auto- mobile, en utilisant: (i) la tension d'ondulation présente sur la ligne d'alimentation (4) de la batterie de véhicule automobile, pendant la marche du moteur du véhicule; et (ii) la référence de comparaison des caractéristiques de la tension d'ondulation pour la comparer avec les caractéristiques de ladite tension d'ondulation; pour déterminer l'état de ladite batterie (2) de véhicule automobile. 2. Procédé pour surveiller l'état d'une batterie de véhicule automobile (2), selon la revendication 1, dans lequel l'état d'une batterie de véhicule automobile (2) est défini par le niveau d'électrolyte liquide, le niveau de détérioration de la plaque posi- tive et de la plaque négative, et l'état du contact des bornes de batterie. 3.- Procédé pour surveiller et indiquer l'état d'une batterie de véhicule automo- bile (2), selon la revendication I ou 2, dans lequel la batterie pour véhicule automo- bile (2) agit comme source primaire de l'alimentation en tension à courant continu, et est de préférence une batterie acide-plomb, ou une batterie "sans entretien". 4. Procédé pour surveiller et indiquer l'état d'une batterie de véhicule automo- bile (2), selon l'une des revendications I à 3, dans lequel la tension d'ondulation est la tension générée par un alternateur (3) ainsi que par d'autres charges (5) électriques/électroniques pendant la marche du moteur du véhicule, cette tension d'ondulation comportant des composantes multiples à fréquences non continues et d'amplitudes variées. 5.- Procédé pour surveiller et indiquer l'état d'une batterie de véhicule automo- bile (2), selon l'une des revendications I à 4, dans lequel la ligne (4) d'alimentation de la batterie est une liaison électrique par fils qui relie électriquement les bornes positive et négative de la batterie (2) du véhicule automobile, à l'alternateur (3) et à d'autres charges électriques et/ou électroniques (5), la liaison électrique par fils comportant le cas échéant, en intercalaire, des fusibles, des contacts d'interrupteur et des contacts de relais. 6.- Procédé pour surveiller et indiquer l'état d'une batterie de véhicule automo- bile (2), selon l'une des revendications I à 5, dans lequel la référence de comparaison de caractéristiques de tension d'ondulation est un point de référence en courant continu (non variable) ou bien un point de référence qui varie en fonction de la tension d'ondulation présente au cours de la marche du moteur du véhicule. 7. Procédé pour surveiller et indiquer l'état d'une batterie de véhicule automo- bile (2), selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel la référence de comparaison de caractéristiques de tension d'ondulation est un signal de tension, ou bien des données numériques à l'intérieur d'un micro-contrôleur. o0 8.- Procédé pour surveiller et indiquer l'état d'une batterie de véhicule automlo- bile (2), selon l'une des revendications I à 7, dans lequel les caractéristiquess de la tension d'ondulation sont constituées par l'amplitude ou la forme, soit du côté positif, soit du côté négatif, soit des deux côtés, de la tension d'ondulation. 9.- Dispositif pour surveiller et indiquer l'état d'une batterie de véhicule automobile (2), caractérisé en ce qu'il utilise le Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8. 10.- Dispositif pour surveiller et indiquer l'état d'une batterie (2) de véhicule automobile, selon la revendication 9, dans lequel le dispositif est relié électriquement à un point qui est situé sur la ligne d'alimentation (4) de la batterie de véhicule auto- mobile.