Brevet FR2839784A1 — publié le 20031121

fond d'au moins un puits constitue directement le support de la biopuce. Log d La presente invention est relative a un procede de mesure de ltetat de charge d'une batterie d'accumulateurs electriques. Un vehicule automobile propulse par un moteur a combustion interne comporte classiquement une telle batterie pour l'alimentation de divers appareils electriques du vehicule, notamment du demarreur electrique du moteur. La capacite du demarreur a lancer la rotation du moteur est directement liee a l'etat de charge de la batterie qui l'alimente. Une charge insuffisante empeche tout demarrage du moteur. II est done important de pouvoir mesurer cet etat de charge de maniere a determiner quand ia batterie a besoin d'etre rechargee. Divers procedes de mesure de ltetat de charge (EDC) d'une batterie ont done ete proposes. Selon un premier groupe de procedes, on mesure la tension electrique disponible aux bornes de la batterie ou la concentration en acide sulfurique (pour les batteries ies plus courantes) de i'electrolyte qu'elle contient, cette tension ou cette concentration etant une image de i'etat de charge de la batterie. Les mesures obtenues souffrent cependant souvent d'imprecisions dues a l'usure de la batterie, ou a la non prise en compte de la temperature de ['electrolyte, ou encore a un defaut d'homogeneite de ['electrolyte au moment de la mesure. On pourrait remedier a ce dernier defaut en procedant a la mesure apres ecoulement d' u n tem ps d' homogen eisation de ['electrolyte mais celu ici est long (24 he ures environ). Selon un autre groupe de procedes, on mesure ['impedance de la batterie mais cette mesure n'est vraiment representative de l'etat de charge de cette batterie que lorsque celle-ci est tres dechargee. Selon un troisieme groupe de procedes, on evalue l'etat de charge a partir de mesures dynamiques de tension, de courant et, eventuellement, de temperature. Les procedes proposes pechent cependant par divers defauts. C'est ainsi que certains (cf. US 6 037 749 ou US 5 726 553) font appel a des modeles de comportement de la batterie ou a des strategies de mesure qui vent lies au type etiou a ia taille de ia batterie. Or, dans un vehicule automobile, notamment, la batterie est remplacee plusieurs fois pendant la duree de vie utile du vehicule. Si lors d'un remplacement, la batterie nouvelle est d'un type different de celui de la batterie pour laquelle le modele ou la strategic de mesure a ete etabli, il n'est plus possible d'obtenir une mesure gable de l'etat de charge de la batterie. D'autres procedes proposes vent complexes et done de mise en ceuvre coOteuse (voir US 6 144 185) ou ne prennent pas en compte ['influence de la temperature (US 6 236 189) ou bien encore ne vent pas suffisamment "robustes" au vieillissement de la batterie (US 5 130 659). La presente invention a done pour but de fournir un procede de mesure de i'etat de charge d'une batterie d'accumulateurs electriques qui ne presente pas ces inconvenients et qui, en particulier, soit de mise en oeuvre simple et peu onereuse, largement degagee des contraintes evoquees ci-dessus en matiere de temps de repos, d'etat de vieillissement, de temperature, de taille et de type de la batterie. On atteint ce but de i'invention ainsi que d'autres qui appara^'tront a la lecture de la description qui va suivre, avec un procede de mesure de l'etat de charge d'une batterie d'accumulateur electrique, suivant lequel: a) a partir d'une tension Uf predeterminee etablie aux bornes de la batterie, on charge et on decharge ladite batterie a des tensions predeterminees Uf + Uf' et UAU respectivement, pendant des temps predetermines tc et td respectivement, b) a ['expiration des temps tc et td, on mesure les courants ic et id, de charge et de decharge, respectivement, et c) on tire l'etat de charge (EDC) de ladite batterie d'une relation preetablie liant Log,d audit etat de charge EDC. Comme on le verra plus loin en detail, en mesurant ainsi simplement la faculte quta la batterie de se charger ou de se decharger en fonction d'un niveau de tension impose, on determine aisement l'etat de charge de la batterie en se basant sur la faculte des electrodes de la batterie a accepter ou non une charge ou une decharge en courant. Selon un mode de mise en oeuvre du procede suivant ['invention, on procede d'abord a la charge, puis a la decharge de ladite batterie. La relation Log.d = f(EDC) est etablie pour diverges valeurs de la temperature de la batterie. D'autres caracteristiques et avantages de la presente invention apparatront a la lecture de la description qui va suivre et a l'examen du dessin annexe dans lequel les figures 1 et 2 vent des graphes utiles a la description du procede suivant ['invention. On se refere a la figure 1 du dessin annexe ou l'un des graphes (U) representes correspond a une sequence de tensions appliquees, conformement au procede suivant ['invention, a une batterie d'accumulateurs dont on desire mesurer l'etat de charge EDC. L'autre graphe (i) represente, en trait plein, les intensites du courant absorbe ou debite par ia batterie, pendant deux phases de cette sequence. On commence par appliquer a ia batterie une tension Uf, choisie pour assurer une charge legere de la batterie. A titre d'exemple illustratif et non limitatif, pour une batterie classique au plomb et a l'acide sulfurique, d'une tension nominale de 12 volts, telle que celle utilisee couramment dans un vehicule automobile pour demarrer un moteur a combustion interne, on peut choisir Uf = 13 volts sachant qu'une batterie completement chargee atteint 12,8 volts et qu'une batterie est completement dechargee quand elle descend a 11,8 volts. La tension Uf est alors cite de "floating" ou "d'entretien". La tension Uf est appliquee pendant un temps tf' suffisant pour assurer la montee a cette valeur de la tension disponible aux bornes de la batterie, en circuit ouvert. Le temps tf' est ordinairement de l'ordre de quelques secondes, en tout cas inferieur a une minute. Le temps tf etant ecoule, on applique a la batterie une tension plus elevee Uf + AUf', pendant un temps le. Toujours a titre d'exemple, dans le cas de la batterie classique evoquee ci dessus, on peut choisir AUf'=0,5 volts et tc = 1 seconde. La batterie se charge alors avec un courant j qui evolue comme represente en trait plein a ia figure 1, pour arriver a la fin du temps tc a la valeur ic, qui est mesuree. On decharge ensuite legerement la batterie en ramenant la tension a ses bornes a la valeur Uf anterieure au temps tc, et ceci jusqu'a ce que le courant de decharge revienne lui aussi a sa valeur if anterieure au temps le. On peut choisir te=tf' pour obtenir ce resultat, mais tf2 pourrait aussi differer de tf. Apres cela on decharge encore legerement la batterie, pendant un temps td, sous une tension UrAUf2, et on mesure le courant de decharge id a la fin d'un temps td. AUf: et td peuvent etre egaux a AUf, et tc, respectivement, mais peuvent etre aussi differents, comme on le verra plus loin. Suivant la presente invention, les valeurs des courants ic et id ainsi mesurees permettent d'obtenir une mesure de l'etat de charge EDC de la batterie, en % de sa charge maximale, grace a la relation qui existe entre cet etat de charge et le logarithme du rapport id/ic, illustree par le graphe de la figure 2. On etablit cette relation, et ce graphe, par la procedure de mesure suivante. Partant d'une batterie completement dechargee (EOC = 0%), on charge celleci a une valeur predeterminee, par exemple a la valeur EDC = 10%. Une fois cet etat de charge etabli, on execute la sequence de charge et decharge illustree par les graphes de la figure 1 et on rnesure alors les courants de charge ic et de decharge id obtenus. On calcule ensuite Log d, ce qui permet d'obtenir un point du graphe de la figure 2. Cette procedure est repetee pour des valeurs croissantes de EDC, jusqu'a 100%. L'ensemble des mesures ainsi obtenu est represente par le graphe en "S" de la figure 2. Les mesures peuvent aussi etre tabulees dans un calculateur programme pour calculer Log d et pour en deduire l'etat de charge de la batterie, conformement au procede de mesure suivant ['invention. La forme en S du graphe de la figure 2 reflete le fait qu'a increment AUf de tension constant, le courant ic est grand quand la batterie est vice et tend vers zero quand elle est pleine. En ce qui concerne le courant id, c'est ['inverse, d'ou ltevolution du rapport idliC, et done du logarithme de ce rapport, illustree par le graphe. On tient compte de ['influence de la temperature en etablissant la relation illustree par la figure 2 pour diverges valeurs de cette temperature et en mesurant la temperature de la batterie a ['aide d'une sonde convenablement placee, pour choisir la relation utiiisee dans la mesure de l'etat de charge de la batterie. Les tensions Uf, Uf4, Uf2 et les temps tc, td peuvent etre choisis de maniere a ameliorer la precision de la mesure de EDG dans telle ou telle zone d'etat de charge de la batterie. C'est ainsi que, par exemple, la tension Uf peut etre choisie en fonction de lietat d'usure de la batterie ou de sa tension a vice, mesuree avant la mise en cauvre du procede suivant ['invention, de mesure de son etat de charge. Ce procede pourrait d'ailleurs comporter plusieurs sequences successives du type de celie decrite ci-dessus, mais en different par l'ordre des charges et decharges, avec auto-adaptation progressive des parametres fixant les niveaux des durees de ces charges et decharges, toujours pour ameliorer la precision de la mesure de l'etat de charge de la batterie. Comme cela est evident pour l'homme de metier, le procede suivant ['invention se prete tout particulierement a etre execute par des moyens integres a un chargeur de batterie, ce dernier possedant deja tous les composants electroniques necessaires a l'etablissement des commutations de tension prevues par la presente invention. Un tel chargeur assure ainsi, outre sa fonction classique de charge, une fonction de mesure de i'etat de charge. Les moyens a mettre en place dans le chargeur pour executer cette fonction supplementaire vent immediatement apparents pour l'homme de metier, a partir des seules informations donnees dans la presente description. Dans un vehicule automobile, un caiculateur de bord pourrait aussi etre con,cu pour commander ['execution d'un programme de mesure de cet etat de charge, suivant le procede selon ['invention. Ii appara^'t maintenant que ['invention permet bien d'atteindre les buts fixes, a savoir assurer une mesure de l'etat de charge d'une batterie par des moyens simples et done peu onereux, neanmoins precis car largement degages des causes d' imprecision affectant les procedes de mesure d'etat de charge connus de la technique anterieure. Suivant ['invention, on determine ainsi l'etat de charge d'une batterie en se basant sur la faculte des electrodes de la batterie a accepter une charge et une decharge, et non sur la concentration en acide sulfurique de ['electrolyte de la batterie ou sur la tension disponible a ses bornes. Le procede suivant ['invention permet de s'affranchir des contraintes de temps de repos apres une charge (evoquees plus haut) et done de proceder a une mesure d'etat de charge meme si la batterie vient de subir une charge ou une decharge. On a vu plus haut que id cro^'t alors que ic decro^t quand la charge de la batterie augmente. II en resulte une grande dynamique de mesure, de 10(soit de -4 a +4 en logarithme, voir figure 2. Une precision moyenne des mesures de ic et id permet done de mesurer l'etat de charge avec une precision tres suffisante. En outre, les valeurs absolues des intensites des courants de charge et de decharge pour un meme saut de tension (AUf,=AUf2) dependent de la taille de la batterie mais restent proportionnelles entre la charge et la decharge. Ainsi l'utilisation, dans ia mesure de l'etat de charge, du rapport idfiC assure une mesure independante de ia taille de la batterie. Un graphe moyen (pour une temperature moyenne donnee) pourrait done etre utilise pour la mesure de l'etat de charge suivant la presente invention. Bien entendu la presente invention n'est pas limitee au mode de realisation decrit et represente. C'est ainsi que ['invention ntest pas limitee au procede selon lequel on charge d'abord la batterie pour mesurer ic puis on la decharge pour mesurer id. On ne sortirait evidemment pas du cadre de la presente invention en inversant l'ordre de cette sequence de charge et decharge. REVENDICATIONS 1. Procede de mesure de i'etat de charge (EDC) d'une batterie d'accumulateurs electriques, suivant lequel: a) a partir d'une tension (Uf) predeterminee etablie au bornes de la batterie, on charge et on decharge iadite batterie a des tensions pr&determinees (Uf + AUf4) et (UrAUf2) respectivement, pendant des temps predetermines (tc) et (td) respectivement, b) a i'expiration des temps (tc) et (t,i), on mesure ies courants (ic) et (id), de charge et de decharge, respectivement, et c) on tire l'etat de charge (EOC) de ladite bafferie d'une relation preetablie liant Log d audit etat de charge (EDC). 2. Procede conforme a la revendication 1, caracterise en ce qu'on procede d'abord a la charge, puis a la decharge de ladite batterie. 3. Procede conforme a l'une quelconque des revendications 1 et 2, caracterise en ce quton etablit ladite relation Log d = f(EDC) pour diverges valeurs de la temperature de ladite batterie. 4. Procede conforme a l'une quelconque des revendications 1 a 3, caracterise en ce que tc=td 5. Procede conforme a l'une quelconque des revendications 1 a 4, caracterise en ce que AUf'=AU. 6. Procede conforme a l'une quelconque des revendications 1 a 5, caracterise en ce que (Uf) est choisie egale a une tension d'entretien de ladite batterie. 7. Procede conforme a l'une quelconque des revendications 1 a 5, caracterise en ce que (Uf) est choisie en fonction de la tension a vice de ladite batterie. 8. Chargeur de batterie d'accumulateurs electriques, caracterise en ce qu'il comprend des moyens d'execution du procede de mesure conforme a l'une