Brevet FR2879040A1 — publié le 20060609

La présente invention se rapporte à un coupleur destiné à être relié d'une part à une batterie principale et d'autre part à une batterie auxiliaire et permettant de gérer la charge et la décharge de ces deux batteries. La plupart des engins autonomes sur terre et sur mer possèdent une batterie principale, ou batterie de démarrage, servant à démarrer un moteur thermique et à alimenter les circuits électriques d'origine. Du fait de l'augmentation importante des accessoires électriques rajoutés dans ces matériels, l'utilisation d'une batterie auxiliaire s'est généralisée. La recharge de cette batterie auxiliaire s'effectue généralement grâce à des systèmes de couplage à diode de puissance ou à relais électromagnétiques pilotés sur seuil de tension. Ces systèmes fonctionnent en couplant brutalement la batterie auxiliaire en parallèle sur la batterie principale. Un inconvénient de ces systèmes est la présence de fortes pointes de courant au moment du couplage. De plus, ils ne permettent pas de contrôler l'intensité du courant assurant la charge de la batterie auxiliaire et ne permettent donc pas d'optimiser la charge en fonction du courant disponible. Or, si le système de recharge d'origine arrive sans problème à recharger la batterie principale, il ne dispose pas toujours d'une réserve de puissance suffisante pour recharger également une batterie supplémentaire et alimenter les accessoires rajoutés. L'utilisation des systèmes conventionnels décrits ci-dessus peut donc entraîner des problèmes de fonctionnement, tels qu'une batterie auxiliaire mal rechargée, voire une batterie principale qui se décharge durant l'utilisation du véhicule avec, à terme, l'impossibilité de remettre en route le moteur après un arrêt. La présente invention a pour objet un coupleur destiné à être relié d'une part à une batterie principale et d'autre part à une batterie auxiliaire, qui évite au moins certains des inconvénients précités et qui permette de gérer la charge et la décharge de ces deux batteries sans générer de fortes pointes de courant au moment du couplage et en optimisant la charge de la batterie auxiliaire en fonction du courant maximal disponible. A cet effet, l'invention a pour objet un coupleur destiné à être relié d'une part à une batterie principale et d'autre part à une batterie 2879040 2 auxiliaire, ladite batterie principale étant apte à être reliée à un dispositif de recharge, ledit coupleur comportant un élément de contrôle disposé entre ladite batterie principale et ladite batterie auxiliaire, apte à permettre ou à bloquer la circulation d'un courant de charge entre lesdites batteries, caractérisé en ce que ledit coupleur comporte un microcontrôleur apte, à partir de la tension aux bornes de ladite batterie principale et de la tension aux bornes de ladite batterie auxiliaire, à commander en permanence ledit élément de contrôle pour définir l'intensité et le sens dudit courant de charge. Selon une caractéristique de l'invention, ledit microcontrôleur réalise un cycle et détermine un rapport cyclique de temps de conduction dudit élément de contrôle, ledit rapport cyclique étant fonction dudit courant de charge défini par ledit microcontrôleur. De préférence, ledit microcontrôleur fait évoluer ledit rapport 15 cyclique de manière continue. Selon une autre caractéristique de l'invention, ledit microcontrôleur est apte à mémoriser un seuil de tension de début de charge, de manière que lorsque ladite batterie principale est en cours de charge par ledit dispositif de recharge, ledit microcontrôleur est apte à contrôler ledit élément de contrôle pour permettre la recharge de ladite batterie auxiliaire à partir de ladite batterie principale lorsque la tension aux bornes de ladite batterie principale dépasse ledit seuil de tension de début de charge. Avantageusement, ledit microcontrô leur est apte à mémoriser un seuil de tension minimale, de manière que lorsque ladite batterie principale est en cours de charge par ledit dispositif de recharge, ledit microcontrôleur est apte à contrôler ledit élément de contrôle de manière que lorsque ladite batterie principale charge ladite batterie auxiliaire, la tension aux bornes de ladite batterie principale soit toujours supérieure audit seuil de tension minimale. Selon une autre caractéristique de l'invention, ledit microcontrôleur est apte à mémoriser un courant maximal de charge de ladite batterie auxiliaire, ledit microcontrôleur étant apte à contrôler ledit élément de contrôle de manière que ledit courant de charge soit inférieur audit courant de charge maximal. 2879040 3 Selon une autre caractéristique de l'invention, lorsque la tension aux bornes de ladite batterie auxiliaire est supérieure à la tension aux bornes de ladite batterie principale, ledit microcontrôleur active ledit élément de contrôle pour permettre un courant d'entretien de ladite batterie auxiliaire vers ladite batterie principale. Avantageusement, ledit microcontrôleur est apte à mémoriser un courant maximal d'entretien de ladite batterie principale, ledit microcontrôleur étant apte à contrôler ledit élément de contrôle de manière que ledit courant d'entretien soit inférieur audit courant d'entretien maximal. De préférence, lorsque ledit coupleur est à l'arrêt, ledit coupleur consomme moins de 501.tA. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtrons plus clairement au cours de la description explicative détaillée qui va suivre, d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple purement illustratif et non limitatif, en référence au dessin annexé dont la figure unique est une vue schématique du coupleur selon un mode de réalisation de l'invention, montrant le coupleur, la batterie principale et la batterie auxiliaire. En se référant au dessin, on voit un coupleur 1. Le coupleur 1 comporte un microcontrôleur 2 et un élément de contrôle 3. Le coupleur 1 est disposé entre une batterie principale B1 et une batterie auxiliaire B2. Un dispositif de recharge, par exemple un alternateur (non représenté), est connecté aux bornes de la batterie principale B1. Des appareils électriques (non représentés) sont connectés aux bornes de la batterie auxiliaire B2. L'élément de contrôle 3 est connecté d'une part à la batterie principale B1 et d'autre part à la batterie secondaire B2. L'élément de contrôle 3 comporte essentiellement un transistor MOS avec sa diode parasite en parallèle, de manière que la source du transistor soit reliée à la batterie auxiliaire B2 et que le drain du transistor soit relié à la batterie principale B1. La grille du transistor est reliée au microcontrôleur 2, de manière que le microcontrôleur 2 soit apte à contrôler l'élément de contrôle 3, d'une manière qui sera décrite en détail plus loin. L'élément de contrôle 3 est apte à permettre un courant de charge de la batterie principale B1 vers la batterie auxiliaire B2 et un courant de recharge de la batterie auxiliaire B2 vers la batterie principale B1, en fonction des besoins, comme cela sera décrit en détail plus loin. L'élément de contrôle 3 est apte à mesurer en permanence le courant qui le traverse et à transmettre la valeur de ce courant au microcontrôleur 2. Le microcontrôleur 2 reçoit des informations relatives aux variables du système à l'aide de circuits de mesure connectés sur des entrées du microcontrôleur. Par exemple, le circuit de mesure 4 permet de connaître la valeur de la tension aux bornes de la batterie principale B1 et le circuit de mesure 5 permet de connaître la valeur de la tension aux bornes de la batterie auxiliaire B2. Ces données sont connues en temps réel par le microcontrôleur 2. A partir de ces données, le microcontrôleur 2 contrôle l'élément de contrôle 3 afin de régler l'intensité et le sens du courant, entre la batterie principale B1 et la batterie auxiliaire B2. Pour cela, le microcontrôleur 2 détermine en permanence le rapport cyclique de temps de conduction de l'élément die contrôle 3. Le rapport cyclique correspond au temps de conduction de l'élément de contrôle 3 sur un cycle dont la durée est déterminée par le microcontrôleur 2. Cela permet, en particulier lorsque l'écart entre les tensions aux bornes des batteries principale B1 et auxiliaire B2 est important, de limiter le courant de charge. Puis, lorsque l'écart entre ces tensions diminue, le courant est moins important et le temps de conduction peut être augmenté. Pour rendre l'élément de contrôle 3 conducteur, le microcontrôleur 2 peut par exemple court-circuiter sa diode parasite. Le microcontrôleur 2 surveille également la température à l'intérieur de son boîtier et diminue le courant de charge en cas de niveau de température trop élevée. Plusieurs valeurs de tension sont préprogrammées dans le microcontrôleur 2. Le seuil de tension U 1 correspond à la tension minimale aux bornes de la batterie principale B1 lorsque le dispositif de recharge est arrêté. Cette tension correspond par exemple à une capacité disponible suffisante pour assurer le démarrage d'un moteur. Le seuil de démarrage U2 correspond à la tension aux bornes de la batterie principale B1 pour laquelle le coupleur 1 s'active. Le seuil de tension de validation U3 correspond à la tension aux bornes de la batterie principale B1 à partir de laquelle le dispositif de recharge charge la batterie auxiliaire B2. Le seuil de tension U4 correspond à la tension minimale aux bornes de la batterie principale B1 lorsqu'elle charge la batterie auxiliaire B2. Un circuit d'activation 6, connecté au circuit de mesure 4, permet 5 l'activation du coupleur 1 lorsque la tension aux bornes de la batterie principale atteint le seuil U2. Le coupleur 1 dispose de deux circuits, connectés à deux sorties, pour communiquer avec l'équipement électrique du véhicule. Un circuit de puissance 7, connecté à une sortie de puissance 7a, 1 o permet d'activer la sortie 7a lorsque la tension aux bornes de la batterie auxiliaire B2 est supérieure à un seuil bas critique en dessous duquel elle risquerait d'être détériorée. Ce circuit 7 peut, par exemple, piloter un module de puissance (non représenté) permettant de déconnecter physiquement les consommateurs, c'est-à-dire les appareils électriques, de la batterie auxiliaire B2. Ce circuit de puissance 7 peut également servir d'information à un système de gestion d'énergie (non représenté). Un circuit d'information 8, connecté à une sortie d'information 8a, permet d'indiquer si une recharge de la batterie auxiliaire B2 ou une recharge de la batterie principale B1 est en cours ainsi qu'un défaut de recharge, par exemple un problème de batterie ou une surchauffe du coupleur 1. Lorsque le coupleur 1 est à l'arrêt, sa consommation est par exemple inférieure à 501.tA. Lorsque le coupleur 1 est en veille, sa consommation est par exemple inférieure à 10mA. Le courant maximal géré est compris entre 50A et 100A. Pour augmenter les courants de charge, plusieurs coupleurs 1 peuvent être mis en parallèle. On va maintenant décrire le fonctionnement du coupleur 1. Dans un premier temps, on considère que le dispositif de recharge est arrêté et que des appareils électriques sont en fonctionnement. Lorsque la batterie principale B1 est suffisamment chargée, de manière que la tension aux bornes de la batterie principale BI soit supérieure au seuil de tension U l, la batterie principale BI et la batterie auxiliaire B2 peuvent être montées en parallèle. Lorsque la batterie principale B1 se décharge et que la tension à ses bornes passe en dessous du seuil U1, le coupleur 1 rend les deux batteries B1 et B2 indépendantes l'une de l'autre et seule la batterie 2879040 6 batteries B1 et B2 indépendantes l'une de l'autre et seule la batterie auxiliaire B2 continue de se décharger, en fonction de la puissance des appareils électriques. A ce moment, le coupleur 1 se met à l'arrêt et ne consomme pas plus de 50 A. On notera que la batterie auxiliaire B2 peut se décharger jusqu'à son seuil bas critique, sans altérer la capacité de la batterie principale B I. Dans un deuxième temps, on considère que le dispositif de recharge fonctionne. Lorsque la tension de la batterie principale B I atteint le seuil de démarrage U2, le coupleur 1 s'active et restera activé même si la tension aux bornes de la batterie principale B1 redescend ponctuellement en dessous du seuil de démarrage U2. Tant que la tension aux bornes de la batterie principale B I est inférieure au seuil de tension U3, le dispositif de recharge débite uniquement dans la batterie principale B I. Lorsque la batterie principale B1 atteint le seuil de tension U3, le coupleur 1 autorise le courant à recharger également la batterie auxiliaire B2. Pour cela, le microcontrôleur 2 pilote l'élément de contrôle 3 avec un faible rapport cyclique. Un courant s'établit entre la batterie principale B1 et la batterie auxiliaire B2. Ce courant est mesuré par l'élément de contrôle 3 et sa valeur est interprétée par le microcontrôleur 2. Le rapport cyclique augmente progressivement jusqu'à ce que le courant atteigne une valeur maximale de charge autorisée préprogrammée. Une fois que cette valeur est atteinte, le rapport cyclique va être régulé de manière à réguler le courant. On notera que la batterie principale B I est rechargée en priorité par rapport à la batterie auxiliaire B2. Dans un troisième temps, on considère que le dispositif de recharge fonctionne, c'est-à-dire que les batteries sont en charge, et que des appareils électriques sont branchés, ce qui correspond à un cas standard d'un véhicule en fonctionnement. Si la tension de la batterie principale B1 diminue jusqu'au seuil de tension U4, par exemple dans le cas de la mise en fonctionnement d'un appareil électrique non comptabilisé dans le calcul de la puissance nominale, le courant de charge de la batterie principale B1 vers la batterie auxiliaire B2 est diminué pour que la tension de la batterie principale B1 reste au dessus du seuil de tension U4. Dès que la tension aux bornes de la batterie principale B1 remonte, 2879040 7 le courant de charge augmente pour revenir à se valeur maximale autorisée. Si on arrête le dispositif de recharge, la tension aux bornes de la batterie principale B1 va descendre et le courant de charge va diminuer jusqu'à devenir nul. Si la tension aux bornes de la batterie principale B1 ne remonte pas dans un délai préprogrammé, le coupleur 1 va se mettre à l'arrêt. Si la tension aux bornes de la batterie principale B1 remonte, le cycle décrit ci-dessus va reprendre. Si la tension de la batterie auxiliaire B2 remonte, par exemple du fait d'un système de recharge directement connecté sur la batterie auxiliaire B2, le coupleur 1 va également se réactiver. Quand la tension aux bornes de la batterie auxiliaire B2 devient supérieure à celle aux bornes de la batterie principale B2, le coupleur 1 active l'élément de contrôle 3 pour permettre un courant de recharge de la batterie auxiliaire B2 vers la batterie principale B 1 et ainsi assurer une charge d'entretien à la batterie principale B1. La valeur maximale de ce courant de charge d'entretien est également préprogrammée. L'objectif principal du coupleur 1 est de préserver la batterie principale B I pour garantir le démarrage du moteur indépendamment des appareils électriques connectés au système, tout en optimisant la recharge de la batterie auxiliaire B2. Bien que l'invention ait été décrite en relation avec plusieurs modes de réalisations particuliers, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention. 2. 3. 4. 5. 8 REVENDICATIONS Coupleur (1) destiné à être relié d'une part à une batterie principale (B 1) et d'autre part à une batterie auxiliaire (B2), ladite batterie principale (B 1) étant apte à être reliée à un dispositif de recharge, ledit coupleur (1) comportant un élément de contrôle (3) disposé entre ladite batterie principale (B 1) et ladite batterie auxiliaire (B2), apte à permettre ou à bloquer la circulation d'un courant de charge entre lesdites batteries (B 1 et B2), caractérisé en ce que ledit coupleur (1) comporte un microcontrôleur (2) apte, à partir de la tension aux bornes de ladite batterie principale (B 1) et de la tension aux bornes de ladite batterie auxiliaire (B2), à commander en permanence ledit élément de contrôle (3) pour définir l'intensité et le sens dudit courant de charge. Coupleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit microcontrôleur (2) réalise un cycle et détermine un rapport cyclique de temps de conduction dudit élément de contrôle (3), ledit rapport cyclique étant fonction dudit courant de charge défini par le microcontrôleur. Coupleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit microcontrôleur (2) fait évoluer ledit rapport cyclique de manière continue. Coupleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit microcontrôleur (2) est apte à mémoriser un seuil de tension de début de charge (U3), de manière que lorsque ladite batterie principale (B 1) est en cours de charge par ledit dispositif de recharge, ledit microcontrôleur (2) est apte à contrôler ledit élément de contrôle (3) pour permettre la recharge de ladite batterie auxiliaire (B2) à partir de ladite batterie principale (B 1) lorsque la tension aux bornes de ladite batterie principale (B 1) dépasse ledit seuil de tension de début de charge (U3). Coupleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit microcontrôleur (2) est apte à mémoriser un seuil de tension minimale (U4) , de manière que lorsque ladite batterie principale (B 1) est en cours de charge par ledit dispositif de 2879040 9 recharge, ledit microcontrôleur (2) est apte à contrôler ledit élément de contrôle (3) de manière que lorsque ladite batterie principale (B 1) charge ladite batterie auxiliaire (B2), la tension aux bornes de ladite batterie principale (B 1) soit toujours supérieure audit seuil de tension minimale (U4). 6. Coupleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit microcontrôleur (2) est apte à mémoriser un courant maximal de charge de ladite batterie auxiliaire (B2), ledit microcontrôleur (2) étant apte à contrôler ledit élément de contrôle (3) de manière que ledit courant de charge soit inférieur audit courant de charge maximal. 7 Coupleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lorsque la tension aux bornes de ladite batterie auxiliaire (B2) est supérieure à la tension aux bornes de ladite batterie principale (B 1), ledit microcontrôleur (2) active ledit élément de contrôle (3) pour permettre un courant d'entretien de ladite batterie auxiliaire (B2) vers ladite batterie principale (B 1). 8. Coupleur selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit microcontrôleur (2) est apte à mémoriser un courant maximal d'entretien de ladite batterie principale (B 1), ledit microcontrôleur (2) étant apte à contrôler ledit élément de contrôle (3) de manière que ledit courant d'entretien soit inférieur audit courant d'entretien maximal. 9. Coupleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lorsque ledit coupleur (1) est à l'arrêt, ledit coupleur (1) consomme moins de 501,tA.