Brevet FR2881528A1 — publié le 20060804

Système et procédé d'estimation de la charqe d'une batterie L'invention se rapporte à un système et un procédé d'estimation de l'état de charge d'une batterie et notamment un tel système apte à être utilisé pour un véhicule automobile. Il existe de nombreux dispositifs d'estimation de l'état de charge d'une batterie. Il existe notamment des systèmes dynamiques qui, à partir de calculs très complexes, suivent l'évolution de l'état de charge. Cependant, ces dispositifs sont difficiles à mettre au point et sont rapidement décalés aussi io bien dans le temps que dans la valeur effective de l'état de charge. Ainsi, par exemple lors d'une maintenance d'un véhicule automobile, il n'existe actuellement pas de moyens capables de calculer rapidement l'état de charge de ces dispositifs. Le but de la présente invention est de pallier tout ou partie les inconvénients cités précédemment. A cet effet, l'invention se rapporte à un dispositif de spécification d'une batterie comprenant un capteur pour mesurer la tension aux bornes de la batterie, un capteur pour mesurer le courant transitant dans la batterie, un capteur pour mesurer la température de la batterie, une source d'alimentation électrique reliée à la batterie caractérisé en ce qu'il comporte: - une entrée pour recevoir une estimation de l'état de 25 charge actuel de la batterie, et - un module de détermination des paramètres de la batterie comprenant: - une unité pilotée de climatisation de la batterie, - un module de pilotage de la source d'alimentation, et 3o - un module de relevé du courant en fonction de la mesure de température de la batterie, de l'estimation de l'état de charge actuel de la batterie et de la mesure de la tension aux bornes de la batterie. - une mémoire contenant plusieurs valeurs de température, pour chacune desquelles cette mémoire comporte plusieurs valeurs d'état de charge estimé et plusieurs valeurs de tension ainsi que la valeur du s courant correspondante pour chacune des valeurs d'état de charge et de tension. Cette mémoire permet donc de caractériser l'état de charge d'une batterie par des valeurs très simples à mesurer. L'invention concerne également un système d'estimation de Io l'état de charge d'une batterie comprenant un capteur pour mesurer la tension aux bornes de la batterie, un capteur pour mesurer le courant transitant dans la batterie, un capteur pour mesurer la température de la batterie, une source d'alimentation électrique reliée à la batterie caractérisé en ce qu'il comprend: - un module de pilotage de la source d'alimentation, - une mémoire citée ci-dessus, - une unité d'estimation de l'état de charge comportant: - un module de relevé de la température actuelle, du courant actuel et de la tension actuelle imposée, - un module de discrimination des deux valeurs de température dans ladite mémoire qui encadrent la température actuelle, - un module de calcul de l'état de charge intermédiaire par interpolation des valeurs de courant et de tension comprises dans ladite mémoire pour les deux valeurs de température, - un module de calcul de l'état de charge final par interpolation des résultats du module de calcul de l'état 3o de charge intermédiaire et de la valeur de température actuelle. Comme expliqué ci avant, par une double interpolation, c'est-à-dire deux calculs très simples, il est possible d'estimer l'état de charge de la batterie caractérisée. L'invention se rapporte également à un procédé d'estimation de l'état de charge d'une batterie comportant les étapes consistant à : -mesurer le courant actuel transitant dans la batterie, s - mesurer la tension actuelle aux bornes de la batterie, - mesurer la température actuelle de la batterie, caractérisé en ce qu'il comporte de plus les étapes consistant à: - piloter la source d'alimentation pour mettre la batterie en o état de charge, préférentiellement avec une tension supérieure à sa tension nominale, - discriminer à partir d'une mémoire citée ci-dessus les valeurs de température qui encadrent la température actuelle, - calculer l'état de charge intermédiaire par interpolation, préférentiellement linéaire, des valeurs de courant et de tension de ladite mémoire pour chaque valeur de température discriminée, - calculer l'état de charge final par interpolation, préférentiellement linéaire, des valeurs calculées d'état de charge intermédiaire et de la valeur de température actuelle. Enfin, l'invention se rapporte à un support d'enregistrement caractérisé en ce qu'il comporte les instructions pour l'exécution d'un procédé d'estimation de l'état de charge d'une batterie ci-dessus. D'autres particularités et avantages ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquelles: - la figure 1 est une représentation schématique d'un système d'estimation de l'état de charge conforme à l'invention; - la figure 2 est une représentation d'une unité de 35 commande conforme audit système; - la figure 3 est un organigramme du procédé d'estimation de l'état de charge selon l'invention. Dans l'exemple illustré à la figure 1, on peut voir un système d'estimation de l'état de charge généralement annoté 1. Il comporte des moyens de détection 3, une unité de commande 5 et une source d'alimentation électrique 7 pour déterminer l'état de charge d'une batterie 9. Les batteries 9, avec lesquelles fonctionnent le système et le procédé selon l'invention, peuvent être du type Lithion-lon, Nickel-MétalHydrure ou Nickel-Cadmium. Cependant, d'autres types de batterie 9 peuvent être envisagés comme cela est io expliqué ci-après. Les moyens de détection 3 comportent un capteur 11 pour mesurer la tension aux bornes de la batterie 9, un capteur 13 pour mesurer le courant transitant dans la batterie 9 et un capteur 15 de température de la batterie 9. Le capteur 11 peut être par exemple un voltmètre. Le capteur 13 peut être un ampèremètre. Le capteur 15 peut être par exemple un thermomètre du type thermocouple ou thermorésistance. Ces moyens de détection 3 vont permettre caractériser la batterie 9, notamment en cas de nécessité de réétalonnage, et d'estimer son état de charge. La source d'alimentation 7 est capable de fournir à la batterie 9 une tension ou un courant qui est soit constant soit variant. Elle est utilisée également pour caractériser la batterie 9 en variant ses paramètres et pour estimer l'état de charge de la batterie 9 en fournissant un signal électrique apte à la mettre en charge. Comme illustré dans l'exemple de la figure 2, l'unité de commande 5 comporte principalement un module de relevé 21 des capteurs 11, 13 et 15 qui relie un module d'estimation 17 3o et un module de pilotage 19. Le module d'estimation 17 comporte un module de discrimination 23 lié à une mémoire 25, un module de calcul intermédiaire 27 et un module de calcul final 29. Le module d'estimation 17 est utilisé pour déterminer l'état de charge de la batterie 9. La méthode pour déterminer cette estimation sera expliquée ci-après dans le procédé selon l'invention. Le module de pilotage 19 est utilisé pour gérer la source d'alimentation 7 à partir des valeurs récupérées par le module 5 de relevé 21. Dans un exemple d'organigramme du procédé d'estimation 31 de la charge d'une batterie 9 est illustré à la figure 3. La première étape 33 consiste à imposer un courant ou une tension aux bornes de la batterie 9. Cette action est réalisée to par le module de pilotage 19 qui gère la source d'alimentation 7. Pour déterminer les valeurs de pilotage, le module 19 peut, par exemple, être en contact d'une interface (non représentée) avec laquelle un opérateur choisi lesdites valeurs. Ensuite, la source d'alimentation 7 est gérée par le module de pilotage 19 à partir des valeurs détectées par le module de relevé 21. Préférentiellement, le module de pilotage 19 gère la source d'alimentation 7 en tension. Cette tension est choisie de manière à être supérieure à la tension nominale de la batterie 9, c'est-à-dire de manière à ce que la batterie 9 soit en charge. Enfin, de manière préférée la charge est faite à tension sensiblement constante. La deuxième étape 35 consiste à mesurer les valeurs caractéristiques de la batterie 9. Cette étape 35 comporte donc l'étape de mesure 37 de la tension, l'étape de mesure 39 du courant et l'étape de mesure 41 de la température à partir respectivement des capteurs 11, 13 et 15. La troisième étape 43 consiste à discriminer, parmi des tableaux de valeurs compris dans la mémoire 25, les valeurs pertinentes, c'est-à-dire les valeurs qui, à partir des valeurs 3o mesurées lors de la deuxième étape 35, permettront d'estimer l'état de charge de la batterie 9. La mémoire 25 comporte pour chaque température des valeurs du type suivant: 25"C Tension (V) 13.4 13.5 13.6 13.8 14.0 14.2 14.4 14.6 â 60 17. 1 20.5 24.2 31.8 40.1 49.0 58.5 68.7 c i 9.2 11.6 14.3 19.9 26.1 32.9 40. 3 48.3 3.95 5.3 6.8 10.0 13.7 17.9 22.5 27.6 m 90 0.97 1.27 1.63 2.56 3. 78 5.3 7.1 9.3 w Le tableau ci-dessus est un exemple de caractéristiques d'une batterie 9 à 25 Degrés Celsius (ci-après C). Il comporte, sur la première ligne, des tensions qui varient arbitrairement entre 13,4 et 14, 6 Volts (ci-après V) et, sur la deuxième colonne, des valeurs d'état de charge qui s'étendent entre 60 et 90 pour cent (ci-après %). A l'intersection de chacune de ces valeurs correspond une valeur d'intensité de courant. Ainsi dans to l'exemple ci-dessus, si la batterie 9 est à 25 C, possède une différence de potentiel de 13,4 V et un état de charge de 60 % (c'est-à-dire un peu plus de la moitié), il est attendu que le courant avoisine 17,1 Ampères (ci-après A). Dans la troisième étape 43, il est donc vérifié entre quelles ts valeurs de température de la mémoire 25 se situe la valeur de l'étape de mesure 41. Cette sélection de deux tableaux de la mémoire 25, réalisée au moyen du module de discrimination 23, permet de passer à la quatrième étape 45. Pour chacun des deux tableaux de température discriminés, la quatrième étape 45 calcule, par interpolation des valeurs mesurées lors des étapes 37 et 39 (c'est-à-dire la tension et le courant), chaque état de charge intermédiaire. Ce calcul est réalisé au moyen du module de calcul intermédiaire 27. L'interpolation étant une méthode de calcul très connue, elle ne sera pas d'avantage expliquée ci-après. La cinquième étape 47 calcule, par interpolation des deux valeurs d'état de charge intermédiaire calculés lors de la quatrième étape 45 et de la température mesurée lors de l'étape 41, l'état de charge final. Ce calcul est réalisé au moyen du module de calcul final 29. Bien évidemment, plus le pas des tableaux, c'est-à-dire les intervalles entre les valeurs, compris dans la mémoire 25 est petit, plus les valeurs résultant des étapes de calcul 45 et 47 sont fines. s Grâce à ce procédé 31 qui comporte des calculs simples, il est possible à 5 % près d'estimer très rapidement l'état de charge de la batterie 9. Cela peut être utile notamment pour réétalonner un estimateur de charge du type dynamique. Préférentiellement, les étapes 45 et 47 calculent les valeurs w par interpolation linéaire. II est également préféré, lors de l'étape 43, 45 et/ou 47 que si les valeurs mesurées lors des étapes 37, 39 et/ou 41 sont strictement égales aux valeurs présentes dans les tableaux de la mémoire 25, il soit pris la valeur immédiatement supérieure comme deuxième valeur. rs L'invention comporte également un dispositif de spécification généralement annoté 49. Il est utile dans le cas où les tableaux de la mémoire 25 ne seraient pas appropriés. Cela peut être le cas parce que la batterie 9 est détériorée par de nombreuses charges ou parce qu'il n'est pas prévu le type de batterie 9 à instrumenter. Il utilise sensiblement les mêmes composants que le système d'estimation 1 et le procédé d'estimation 31 aussi pour les mêmes composant il est utilisé les mêmes références. Le dispositif de spécification 49 comporte principalement une entrée 51 qui est destiné à recevoir une estimation de l'état de charge de la batterie 9, un module de détermination 53 des paramètres de la batterie 9 et les capteurs 11, 13 et 15. L'entrée 51 pour recevoir une estimation de l'état de charge de la batterie 9 peut, par exemple, être renseignée par un 3o opérateur à partir d'une décharge connue de la batterie 9 ou par un autre procédé. Le module de détermination 53 reçoit en permanence les valeurs du module de relevé 21 et de l'entrée 51. Il peut envoyer ses ordres au module de pilotage 19 qui peut gérer comme expliqué précédemment la source d'alimentation 7 mais également une unité pilotée de climatisation 55 de la batterie 9. Cette dernière permet de faire varier la température de la batterie 9 en la chauffant ou en la refroidissant. Enfin, il peut s enregistrer des valeurs dans la mémoire 25. Ainsi, à partir des ordres adressés au module de pilotage 19 et des valeurs mesurées par le module de relevé 21, le module de détermination 53 peut inscrire dans la mémoire 25 d'autres tableaux non enregistrés au préalable du type de celui ci- io dessus. Bien entendu, la présente invention ne se limite pas à l'exemple illustré mais est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, il peut être imaginé un tableau de valeur renseigné 1s à partir de valeurs de courant et d'état de charge. La charge peut également être réalisée à courant constant ou bien encore à courant variable. REVENDICATIONS 1. Dispositif de spécification (53) d'une batterie (9) comprenant un capteur (11) pour mesurer la tension aux bornes de la batterie, un capteur (13) pour mesurer le courant transitant dans la batterie, un capteur (15) pour mesurer la température de la batterie, une source d'alimentation électrique (7) reliée à la batterie (9) caractérisé en ce qu'il comporte: -une entrée (51) pour recevoir une estimation de l'état de w charge actuel de la batterie (9), et - un module de détermination (49) des paramètres de la batterie (9) comprenant: - une unité pilotée de climatisation (55) de la batterie, -un module de pilotage (19) de la source d'alimentation, et -un module de relevé (21) du courant en fonction de la mesure de température de la batterie, de l'estimation de l'état de charge actuel de la batterie et de la mesure de la tension aux bornes de la batterie. - une mémoire (25) comprenant plusieurs valeurs de température, pour chacune desquelles cette mémoire comporte plusieurs valeurs d'état de charge estimé et plusieurs valeurs de tension ainsi que la valeur du courant correspondante pour chacune des valeurs d'état de charge et de tension. 2. Système d'estimation (1) de l'état de charge d'une batterie (9) comprenant un capteur (11) pour mesurer la tension aux bornes de la batterie, un capteur (13) pour mesurer le courant transitant dans la batterie, un capteur (15) pour mesurer la température de la batterie, une source d'alimentation électrique (7) reliée à la batterie (9) caractérisé en ce qu'il comprend: -un module de pilotage (19) de la source d'alimentation, io - une mémoire (25) comprenant plusieurs valeurs de température, pour chacune desquelles cette mémoire comporte plusieurs valeurs d'état de charge estimé et plusieurs valeurs de tension ainsi que la valeur du courant correspondante pour chacune des valeurs d'état de charge et de tension, - une unité d'estimation (5) de l'état de charge comportant: - un module de relevé (21) de la température actuelle, du courant actuel et de la tension actuelle imposée, io - un module de discrimination (23) des deux valeurs de température dans ladite mémoire qui encadrent la température actuelle, -un module de calcul de l'état de charge intermédiaire (27) par interpolation des valeurs de courant et de 15 tension comprises dans ladite mémoire pour les deux valeurs de température, - un module de calcul de l'état de charge final (29) par interpolation des résultats du module de calcul de l'état de charge intermédiaire (27) et de la valeur de 20 température actuelle. 3. Procédé d'estimation (31) de l'état de charge d'une batterie (9) comportant les étapes consistant à : - mesurer (37) le courant actuel transitant dans la batterie, - mesurer (39) la tension actuelle aux bornes de la batterie, 25 - mesurer (41) la température actuelle de la batterie, caractérisé en ce qu'il comporte de plus les étapes consistant à: piloter (33) la source d'alimentation (7) pour mettre la batterie (9) en état de charge, -discriminer (43) à partir d'une mémoire (25) conforme à la revendication 1 les valeurs de température qui encadrent la température actuelle, - calculer (45) l'état de charge intermédiaire par interpolation des valeurs de courant et de tension de 35 ladite mémoire pour chaque valeur de température discriminée, 2881528 Il -calculer (47) l'état de charge final par interpolation des valeurs calculées d'état de charge intermédiaire et de la valeur de température actuelle. 4. Procédé d'estimation (31) de l'état de charge d'une batterie (9) selon la revendication 3, caractérisé en ce que la source d'alimentation (7) est pilotée en tension. 5. Procédé d'estimation (31) de l'état de charge d'une batterie (9) selon la revendication 4, caractérisé en ce que la tension imposée est supérieure à la tension nominale de la batterie i0 (9). 6. Procédé d'estimation (31) de l'état de charge d'une batterie (9) selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que l'interpolation, pour le calcul de l'état de charge intermédiaire (45), est linéaire. 7. Procédé d'estimation (31) de l'état de charge d'une batterie (9) selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que l'interpolation, pour le calcul de l'état de charge final (47), est linéaire. 8. Support d'enregistrement caractérisé en ce qu'il comporte les instructions pour l'exécution d'un procédé d'estimation de l'état de charge d'une batterie conforme à l'une des revendications 3 à 7.