Brevet FR2845482A1 — publié le 20040409

I La présente invention concerne un procédé permettant de déterminer l'état d'une batterie ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Il s'agit ici plus particulièrement d'une batterie d'un véhicule automobile. Il est connu de tester une telle batterie à chaque démarrage du véhicule. Pour effectuer ce 5 test, on mesure la résistance interne de la batterie. La mesure de cette résistance permet de connaître l'état d'usure de la batterie. Cette mesure est réalisée en application de la loi d'Ohm (U = RI). Cette loi est également valable pour des variations de différence de potentiel et d'intensité. Le démarreur électrique d'un véhicule automobile est généralement l'accessoire électrique le plus puissant. Lors de son actionnement, c'est là 10 que l'on constate les plus fortes variations de tension aux bornes de la batterie. C'est donc à ce moment que l'on peut réaliser les mesures de résistance les plus précises. Le procédé décrit précédemment permet de réaliser une bonne mesure mais présente l'inconvénient d'être réalisé au moment du démarrage du véhicule. Il serait toutefois préférable d'obtenir une mesure de la résistance de la batterie avant ce 15 démarrage. En effet, si la batterie est déjà vieille, le démarrage risque de lui être fatal et la réalisation d'une mesure à ce moment là est alors plutôt destructrice. La présente invention a alors pour but de fournir un procédé permettant de connaître l'état de la batterie d'un véhicule (ou autre batterie) avant une forte sollicitation de celle-ci. De préférence, la mise en oeuvre de ce procédé n'entraînera pas de 20 consommation trop importante d'énergie. A cet effet, elle propose un procédé de mesure de la résistance interne d'une batterie, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: branchement d'un circuit comportant une charge capacitive aux bornes de la batterie, - mesure des courant et/ou tension transitoires au moment du branchement, et - calcul de la résistance interne de la batterie en fonction des mesures effectuées et en connaissance des valeurs de résistance et de capacité du circuit branché aux bornes de la batterie. De cette manière, c'est-à-dire en chargeant une charge capacitive, il est possible avec peu d'énergie et rapidement d'obtenir un courant élevé permettant de réaliser une mesure de la résistance interne de la batterie. La charge capacitive est assimilable à un condensateur parfait associé à une résistance. Différentes équations de base peuvent être utilisées pour déterminer à partir des mesures de tension et/ou de courant la valeur de la résistance interne de la batterie. Ainsi par exemple, la résistance interne de la batterie peut être calculée à partir de la mesure du temps de réponse du circuit, ce temps de réponse étant égal au produit de la valeur de la capacité du circuit branché aux bornes de la batterie par la somme des 5 valeurs des résistances, c'est-à-dire la résistance interne de la batterie et de la résistance du circuit branché aux bornes de la batterie. On peut également calculer la résistance interne de la batterie à partir d'une identification globale du premier ordre sur toute la période transitoire, par exemple en utilisant la méthode des moindres carrés récursifs. Pour avoir un résultat de mesure plus fiable et/ou plus précis on prévoit 10 avantageusement que la résistance interne de la batterie est mesurée au moins deux fois et que les résultats obtenus sont comparés et/ou moyennés. A titre de vérification des mesures effectuées, il peut être intéressant d'estimer la valeur de la capacité du circuit branché aux bornes de la batterie en calculant le rapport de l'intensité du courant initial sur la valeur de la dérivée initiale de la tension 15 aux bornes de la charge capacitive. Comme la capacité du circuit est connue, il suffit alors de comparer le résultat obtenu avec la valeur connue de cette capacité. Cette vérification permet de réaliser un auto-diagnostic du dispositif selon l'invention. Pour que la mesure effectuée sollicite le moins possible la batterie dont la valeur de la résistance interne est mesurée, l'invention propose, dans une forme de 20 réalisation avantageuse de son procédé de mesure, que l'énergie accumulée dans la charge capacitive pour la réalisation de la mesure soit en partie restituée au circuit électrique et / ou à la batterie, après la mesure. Cette restitution peut être par exemple réalisée à l'aide d'un circuit survolteur. La présente invention concerne aussi un dispositif de mesure de la résistance 25 interne d'une batterie, caractérisé en ce qu'il comporte une charge capacitive montée aux bornes de la batterie ainsi que des moyens pour mesurer la tension aux bornes de la charge capacitive et/ou l'intensité du courant traversant la batterie. Dans un tel dispositif, la charge capacitive est par exemple un condensateur monté en série avec une résistance et une diode est avantageusement montée en parallèle avec la résistance. 30 Dans ce cas, la résistance branchée aux bornes de la batterie est de préférence telle que sa valeur est supérieure à celle de la batterie. Pour le dimensionnement du circuit capacitif utilisé, on choisit de préférence pour celui-ci un temps de réponse inférieur à 25 ms. Des détails et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui 35 suit, faite en référence au dessin schématique annexé sur lequel: La figure 1 montre un schéma de principe pour la réalisation d'une mesure selon l'invention, La figure 2 montre schématiquement un dispositif selon l'invention, et La figure 3 est un diagramme expliquant le principe de fonctionnement du dispositif de la figure 2. La présente invention permet de mesurer la résistance interne d'une batterie. Celle-ci est représentative de l'état d'usure de cette batterie. En effet, on a constaté que lorsqu'une batterie vieillissait et/ou s'usait sa résistance interne augmentait. La figure 1 représente schématiquement une batterie 2 à l'intérieur de 10 laquelle est représentée une résistance Ri. La présente invention propose un procédé et un dispositif pour mesurer la valeur de la résistance Ri sans trop solliciter la batterie. En outre cette mesure peut être effectuée avant une forte sollicitation de cette batterie. Dans le cas d'une batterie montée sur un véhicule automobile, on souhaite donc réaliser le test d'usure de cette batterie, et donc mesurer sa résistance interne, avant une utilisation du 15 démarreur du véhicule. Il est bien entendu ici que la présente invention est bien adaptée au domaine automobile (voiture, camion, etc...) mais elle peut également s'appliquer à tout type de batteries dont on souhaite mesurer le degré d'usure. La présente invention propose de brancher aux bornes 4 de la batterie 2 un circuit électrique comportant un condensateur C et une résistance R montés en série. Ce 20 circuit est lui-même monté en série avec la résistance Ri de la batterie 2. Un interrupteur K est prévu pour commander l'alimentation du circuit électrique. La présente invention, dans une forme de réalisation, propose de mesurer la valeur Ri de la manière suivante. Le condensateur C étant déchargé, le circuit électrique est fermé à l'aide de l'interrupteur K. Un courant I circule alors dans le circuit tandis qu'une différence de potentiel, ou 25 tension, V est présente aux bornes 4 de la batterie 2. La figure 3 représente le courant traversant le circuit RC et la différence de potentiel aux bornes du condensateur C en fonction du temps t. La mesure de cette tension et de ce courant permet de connaître la valeur de Ri. Soit Vc la tension aux bornes du condensateur C. On a alors: (a) V = Vc + RI (b) V= Ri I De ces deux équations, on en déduit que: (c) Ri = R + Vc/l. Pour avoir de bons résultats, ce calcul doit être effectué avec des valeurs Vc et I mesurées durant le régime transitoire, sinon I tend vers 0 et l'on ne peut plus calculer 35 la valeur de Ri. D'autres équations peuvent être utilisées pour calculer la valeur de la résistance Ri. On peut par exemple partir de la mesure du temps de réponse du circuit. Ce temps de réponse est le produit de la résistance totale du circuit par la capacité totale de celui-ci. On a donc: (d) Tho = (Ri +R). C o Tho est le temps de réponse du circuit. On en déduit: (e) Ri = Tho/C - R Cette dernière méthode de calcul est équivalente à la mesure de la tangente 10 à l'origine de la courbe donnant Vc en fonction du temps ou de la courbe donnant I en fonction du temps. D'autres méthodes de calcul sont bien entendu encore envisageables. Ces méthodes utilisent soit des mesures ponctuelles soit l'ensemble des mesures effectuées. Dans ce dernier cas, on fait par exemple une identification globale de la courbe durant 15 toute la phase transitoire. On réalise par exemple une identification du premier ordre en utilisant la méthode des moindres carrés récursifs. On obtient ainsi une valeur pour Ri. Pour affiner cette valeur, on peut prévoir plusieurs mesures, comparer les résultats obtenus et éventuellement, si ceux-ci sont cohérents, faire la moyenne des résultats obtenus. Les calculs faits ci-dessus ne prennent en compte que les effets capacitifs et résistifs des circuits. On suppose ici qu'il n'y a pas d'inductance dans le circuit ou que celle-ci est négligeable. A titre de vérification, on peut également recalculer la capacité du condensateur C. On mesure pour cela par exemple le courant initial dans le circuit ainsi 25 que la dérivée à l'origine de la tension aux bornes de la capacité. On a en effet: (f) lo = Vc/(R+Ri), et (g) (dVc/dt)o = Vc/(R+Ri)C soit: (h) C = lo/(dVc/dt)o On peut également vérifier qu'en fin de régime transitoire la différence de potentiel aux bornes du condensateur C correspond à la différence de potentiel aux bornes 4 de la batterie 2. La figure 2 représente schématiquement un dispositif pour la mise en oeuvre du principe de mesure de la résistance interne d'une batterie décrit précédemment. On 35 retrouve bien entendu dans ce dispositif une batterie 2 symbolisée sur la figure 2 avec une résistance interne Ri. On a également représenté schématiquement dans la batterie 2 un générateur de tension 6. On suppose ici qu'il s'agit d'une batterie 2 d'un véhicule automobile. Une première borne 4 de cette batterie 2 est reliée à la masse. L'autre borne 4 alimente le circuit électrique du véhicule automobile. Plusieurs charges 8 sont raccordées à ce circuit pour leur alimentation en énergie électrique. Un alternateur 10 est 5 prévu de manière classique pour fournir l'énergie électrique aux diverses charges 8 lorsque le moteur du véhicule est en marche et également pour recharger la batterie 2. Aux bornes 4 de la batterie 2, à proximité de celles-ci, sont raccordées une résistance Rm et un condensateur Cm montés en série. Une diode 12 est montée en parallèle de la résistance Rm. Trois interrupteurs sont également prévus. Un premier 10 interrupteur KI permet d'isoler la batterie 2 de tout le circuit électrique, y compris le circuit de mesure de la résistance interne. Un second interrupteur K2, en aval du premier interrupteur KI, commande la charge du condensateur Cm. Enfin, le troisième interrupteur K3 permet d'isoler le circuit de mesure comportant la résistance Rm, le condensateur Cm et la diode 12 du reste du circuit électrique du véhicule automobile. Plusieurs contraintes doivent être prises en compte pour dimensionner le circuit RC de mesure. Il faut tout d'abord limiter la valeur de la capacité du condensateur Cm pour éviter de décharger trop la batterie 2. Il faut également ne pas trop limiter le temps de réponse Tho pour pouvoir échantillonner les courbes de réponse transitoire. Il faut enfin également limiter la valeur de la résistance Rm pour garder une bonne 20 précision du calcul de Ri. On peut choisir par exemple Rm = 100 mQ et Cm = 0,1 F. On a alors un temps de réponse Tho de 4 ms. Bien entendu, ces valeurs sont données à titre purement indicatif pour illustrer la présente description et ne sont nullement limitatives. La mesure de la valeur de la résistance Ri peut être réalisée avant une sollicitation du démarreur du véhicule ou d'une autre charge importante. Pour cette 25 mesure, on isole le dispositif de mesure du reste du circuit électrique en ouvrant l'interrupteur K3. L'interrupteur KI étant fermé, on ferme également l'interrupteur K2. Le condensateur Cm se charge alors à travers la résistance Rm en série avec la résistance Ri. Les courbes représentant le courant de charge I traversant la résistance Rm ainsi que la tension Vc aux bornes du condensateur Cm sont représentées sur la figure 3. Durant le régime transitoire la différence de potentiel aux bornes du condensateur Cm, éventuellement aussi aux bornes 4 de la batterie 2, ainsi que le courant I sont mesurés. Comme expliqué plus haut, on déduit de ces mesures la valeur de la résistance interne Ri de la batterie 2. La valeur trouvée de Ri donne ainsi une indication sur l'usure de la batterie. L'ouverture de l'interrupteur K3 est relativement brève. Quelques millisecondes seulement sont nécessaires pour effectuer la mesure. Durant cette mesure, la décharge de la batterie est faible. On arrive toutefois à générer un appel de courant relativement élevé (de l'ordre d'une centaine d'Ampères) mais court. Cette consommation est préférable à une forte consommation électrique en continu (cas de l'utilisation d'un démarreur). En outre, l'énergie, ou tout au moins une partie de celle-ci, fournie par la 5 batterie 2 est stockée au niveau du condensateur Cm. Cette énergie stockée peut être réinjectée vers les charges 8 du circuit électrique du véhicule et / ou vers la batterie. La diode 12 est orientée de manière à permettre une circulation de courant du condensateur Cm vers le reste du circuit lorsque l'interrupteur K3 est à nouveau fermé. Un circuit survolteur est par exemple utilisé pour permettre la réinjection de l'énergie accumulée 10 dans le condensateur Cm vers le reste du circuit. Comme il ressort de la description ci-dessus, la mesure de la résistance interne Ri de la batterie 2, et donc l'état d'usure de cette batterie 2, peut être déterminée avant de fortement solliciter la batterie 2. L'énergie consommée (qui vaut Cm V2) est relativement peu élevée. Une moitié de cette énergie est dissipée par effet Joule tandis 15 que l'autre moitié, emmagasinée dans le condensateur Cm, peut être restituée. Par rapport aux méthodes de mesure connues de l'art antérieur, celle proposée par la présente invention préserve la batterie et peut être mise en oeuvre en dehors d'une sollicitation de la batterie par une charge alimentée par celle-ci. La présente invention ne se limite pas à la forme de réalisation et à ses 20 variantes décrites ci-dessus. Elle concerne également toutes les autres variantes de réalisation à la portée de l'homme du métier, dans le cadre des revendications ci-après. REVENDICATIONS 1. Procédé de mesure de la résistance interne (Ri) d'une batterie (2), caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: - branchement d'un circuit comportant une charge capacitive (R, C) aux bornes (4) de la batterie (2), - mesure des courant et/ou tension transitoires au moment du branchement, et - calcul de la résistance interne de la batterie en fonction des mesures effectuées et en connaissance des valeurs de résistance (R) et de capacité (C) du circuit branché aux bornes (4) de la batterie (2). 2. Procédé de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que la résistance interne (Ri) de la batterie (2) est calculée à partir de la mesure du temps de réponse du circuit, ce temps de réponse étant égal au produit de la valeur de la capacité du circuit (R, C) branché aux bornes (4) de la batterie (2) par la somme des valeurs des résistances (Ri+R), c'est-à-dire la résistance interne (Ri) de la batterie (2) et de la 15 résistance (R) du circuit (R, C) branché aux bornes (4) de la batterie (2) . 3. Procédé de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que la résistance interne (Ri) de la batterie (2) est calculée à partir d'une identification globale du premier ordre sur toute la période transitoire, par exemple en utilisant la méthode des moindres carrés récursifs. 4. Procédé de mesure selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la résistance interne (Ri) de la batterie (2) est mesurée au moins deux fois et en ce que les résultats obtenus sont comparés et/ou moyennés. 5. Procédé de mesure selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la valeur de la capacité du circuit (R, C) branché aux bornes (4) de la batterie (2) est 25 estimée en calculant le rapport de l'intensité du courant initial sur la valeur de la dérivée initiale de la tension aux bornes de la charge capacitive (R, C), à titre de vérification des mesures effectuées. 6. Procédé de mesure selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'énergie accumulée dans la charge capacitive (C) pour la réalisation de la mesure 30 est en partie restituée au circuit électrique et I ou à la batterie, après la mesure. 7. Dispositif de mesure de la résistance interne d'une batterie, caractérisé en ce qu'il comporte une résistance (Rm) et un condensateur (Cm) montés aux bornes (4) de la batterie (2) ainsi que des moyens pour mesurer la tension (Vc) aux bornes du condensateur (Cm) et/ou l'intensité (1) du courant traversant la batterie (2). 8. Dispositif de mesure selon la revendication 7, caractérisé en ce que la charge capacitive est formée par une résistance (Rm) en série avec un condensateur (Cm), et en ce qu'une diode (12) est montée en parallèle avec la résistance (Rm). 9. Dispositif de mesure selon la revendication 8, caractérisé en ce que la résistance (Rm) branchée aux bornes (4) de la batterie (2) est montée en série avec le 5 condensateur (Cm) et en ce que la valeur de la résistance est supérieure à celle de la batterie (2).