Brevet FR2899974A1 — publié le 20071019

Domaine de l'invention La présente invention concerne un chariot transporteur comportant au moins une batterie d'entraînement et au moins un dis-positif (A) pour déterminer l'état de charge de la batterie. L'invention concerne également un procédé de gestion d'un chariot transporteur équipé d'au moins une batterie. Etat de la technique De tels chariots transporteurs sont utilisés pour le transport de marchandises dans les entreprises de préférence avec des en-traînements de roulage et de levage là où l'on veut éviter des émissions de gaz d'échappement, polluantes en particulier à l'intérieur des locaux. Par rapport aux véhicules équipés d'un entraînement à moteur à combustion, cela se traduit néanmoins par des temps d'utilisation réduits car la recharge ou le remplacement des batteries est beaucoup plus 15 compliqué et plus long que le remplissage du réservoir. Pour cette rai-son, on évite fréquemment les opérations de recharge et d'échange par l'utilisation optimale de la réserve d'énergie de la batterie. L'une des conditions à cela est de connaître aussi précisément que possible l'état de charge actuel de la batterie car si l'on sous-évalue la charge disponi- 20 ble, on effectue des opérations de recharge trop fréquentes alors qu'en surévaluant l'état de charge du véhicule, on peut avoir une défaillance inattendue ce qui signifie une limitation beaucoup plus grave du temps d'utilisation et à une réduction de la durée de vie de la batterie par une décharge trop poussée. 25 On connaît différents procédés pour évaluer la réserve d'énergie emmagasinée dans la batterie. L'un de ces procédés consiste à déterminer l'état de charge en mesurant la tension entre les bornes ou-vertes de la batterie. Ces deux grandeurs sont pratiquement proportionnelles à une batterie sans charge. Pendant le fonctionnement du 30 chariot, on rencontre néanmoins différents facteurs qui peuvent fausser le résultat : comme la tension de la batterie diminue lorsqu'elle est sollicitée, dans le cas d'un affichage de l'état de charge fondé sur la tension, on sous-évalue l'énergie disponible ce qui se traduit par une opération de recharge inutilement anticipée. Une autre difficulté de tous les procédés fondés sur les mesures de tension est la surtension dite de diffusion créant du fait de la sollicitation de la batterie, une chute de concentration dans l'électrolyte aboutissant à une diminution de la tension aux bornes. Ce phénomène se produit d'une manière particulièrement significative dans le cas des chariots transporteurs utilisant généralement des batte-ries au plomb. Comme procédé commandé en diffusion lorsque la puissance prélevée change, la grandeur de la surtension de diffusion change avec un retard considérable de sorte que lorsqu'on affiche l'état de charge fondé sur la tension mesurée aux bornes, lorsqu'on affiche l'état de charge de la capacité réellement disponible apparaît en retard. Si cette situation n'est pas prise en compte, on surévalue la réserve d'énergie en sollicitation ce qui peut se traduire par une décharge poussée, dangereuse de la batterie. En cas de disparition de la sollicitation, la distribution se régularise de nouveau après un certain temps de repos et toute la capacité est de nouveau disponible. Un affichage d'état de charge simple fondé sur la tension de la batterie est ainsi entaché de nombreuses insécurités et ne convient ainsi que de manière limitée pour son application à un chariot transporteur. On a une plus grande précision de la réserve d'énergie accumulée dans la batterie avec des procédés qui déterminent les courants entrant et sortant et intègrent ces valeurs de mesure pour définir l'état de charge de la batterie. Lors d'un changement de batterie, comme cela se fait en pratique fréquemment pour les chariots transporteurs car le temps nécessaire à cet effet est beaucoup plus court que la recharge de la batterie, on ne connaît toutefois pas la charge disponible dans la nouvelle batterie. On remédie en partie à cet inconvénient en stockant les données de la batterie sur la batterie même ou dans un appareil de commande mais cette solution est relativement compliquée. On connaît également des procédés mesurant à la fois l'intensité et la tension pour déterminer l'état de charge de la batterie. Par exemple, on détermine la capacité de la batterie lorsqu'elle est installée dans le véhicule en utilisant la tension de repos, mesurée et lors de la prise de puissance on intègre le courant mesuré c'est-à-dire la charge prélevée et ainsi on obtient la capacité résiduelle. Le document US 4 333 149 décrit comment calculer une résistance interne dite dynamique à partir de la chute de tension lorsque la batterie est sollicitée et à partir du courant prélevé ; cette résistance interne est en relation avec l'état de charge. Ce procédé nécessite toutefois la connaissance précise de la batterie et ne tient pas suffisamment compte de nombreuses conditions limites comme par exemple les pertes de ligne entre les électrodes et les appareils de mesure. Pour obtenir ces résultats, il faut des phases d'apprentissage très longues pour chaque batterie. Dans le cas d'un chariot transporteur qui fonctionne fréquemment avec des batteries en alternance, il faut effectuer cette adaptation complexe pour chaque batterie et faire fonctionner le dispositif avec les paramètres valables de la batterie. Dans ce procédé également, du fait de la dépendance par rapport aux valeurs de tension mesurées, l'arrivée de la surtension de diffusion peut aboutir à des indications fausses concer- nant l'état de charge. Les procédés et dispositifs de calcul et de représentation de l'énergie électrique que peut fournir une batterie dans le cas de chariots transporteurs équipés d'au moins une batterie selon l'état de la technique, on aura des résultats soit compliqués à obtenir soit non fia-bles et qui peuvent différer de l'état réel suivant le procédé appliqué, et entraîner systématiquement une surévaluation ou une sous-évaluation ou encore différer de manière imprévisible des conditions de décharge. L'inconvénient et notamment en plus de la construction compliquée, l'inertie à cause des conditions de fonctionnement très forterrent variables d'un chariot transporteur et de l'influence qui en résulte sur la capacité de batterie, disponible ainsi que de la nécessité par des procédés plus compliqués, d'obtenir des informations concernant la batterie utilisée. Si l'on utilise en effet de mauvais paramètres de batte-rie, dans la plus part des cas cela peut se traduire par des défauts d'évaluation de l'état de charge entraînant des conséquences graves avec des suites négatives, connues. But de l'invention La présente invention a ainsi pour but de développer un chariot transporteur ayant au moins une batterie et permettant de sai- sir dans des conditions de sollicitation et de fonctionnement différentes, la capacité résiduelle disponible de la batterie pour des fonctions de commande et/ ou pour l'afficher à l'utilisateur, d'une manière fiable et avec des moyens réduits. L'invention a également pour but de développer un pro- cédé de gestion d'un chariot transporteur équipé d'au moins une batte-rie et permettant dans le cas de conditions de fonctionnement et de sollicitation différentes, de saisir de manière fiable, la capacité résiduelle disponible de la batterie pour des fonctions de commande et/ou d'affichage pour l'opérateur, et cela avec des moyens réduits et fiables. Exposé et avantages de l'invention A cet effet l'invention concerne un chariot transporteur du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que le dispositif (A) pour dé-terminer l'état de charge de la batterie comporte des moyens (B) pour déterminer la résistance interne dynamique et des moyens (C) pour dé- terminer la tension interne de cellule de la batterie à l'aide de la résistance interne dynamique. La tension interne de cellule est la différence de potentiel entre les pôles d'une batterie. La tension interne de cellule est une bonne mesure de l'état de charge de la batterie mais diffère toutefois considérablement de la tension appliquée aux pôles de la cellule, et qui se mesure directement. La résistance interne dynamique peut égale-ment s'utiliser comme paramètre de calcul de l'état de charge ; les pro-cédés de détermination usuels pour lesquels la résistance dynamique est le quotient entre d'une part la différence entre la tension aux bornes ouvertes de la batterie au repos et la tension en sollicitation, et d'autre part le courant prélevé, peuvent également conduire à des erreurs dé-pendant de la batterie et qui résultent notamment de l'absence de prise en compte des résistances de ligne. En déterminant la tension interne de cellule à l'aide de la résistance interne dynamique, on a un procédé très précis de détermination de cette tension. Vis-à-vis des procédés selon l'état de la technique, qui utilise pour déterminer la tension in-terne de cellule seulement la tension mesurée aux pôles et corrigent celle-ci à partir d'évaluations et d'hypothèses concernant la batterie, on obtient une précision considérablement améliorée. Selon d'autres caractéristiques avantageuses du dispositif de l'invention : - les moyens (C) pour déterminer la tension interne et les moyens (D) pour déterminer la résistance interne dynamique comportent au moins un dispositif pour déterminer la tension aux bornes de la batterie et au moins un dispositif pour déterminer le courant prélevé sur la batterie, -les moyens (B) pour déterminer la résistance interne dynamique comprennent au moins un dispositif pour déterminer la variation dans le temps de la tension aux bornes de la batterie et/ou du courant prélevé dans la batterie, - le dispositif (A) pour déterminer l'état de charge de la batterie com- porte des moyens (B) pour compenser la surtension de diffusion, - les moyens pour reconnaître un risque de décharge poussé utilisent l'évolution dans le temps de la tension interne de repos de cellule. Du point de vue du procédé le problème est résolu en ce qu'on détermine la tension interne de cellule de la batterie à l'aide de la résistance interne dynamique de la batterie et on définit l'état de charge de la batterie à partir de la tension interne de cellule de la batterie. Selon d'autres caractéristiques avantageuses du procé- dé : - on détermine la résistance interne dynamique de la batterie à partir de l'évolution de la tension aux bornes de la batterie en fonction du temps et du courant prélevé sur la batterie, - on détermine la résistance interne dynamique à partir du quotient de la dérivée de la tension aux bornes de la batterie en fonction du temps et du courant prélevé sur la batterie, - on détermine la tension interne de cellule en se fondant sur la multiplication du courant prélevé sur la batterie et de la résistance in- terne dynamique, -on calcule la tension de repos interne de cellule par l'addition de la tension interne aux bornes d'une cellule et la surtension de diffusion, -on détermine l'état de charge à partir de la tension interne de repos de cellule. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un dispositif selon l'invention pour déterminer l'état de charge de la batterie d'un chariot transporteur selon l'invention, et - la figure 2 montre schématiquement la structure d'un dispositif pour déterminer la tension de cellule de batterie comme faisant partie d'un dispositif selon l'invention pour déterminer l'état de charge de la batterie d'un chariot transporteur selon l'invention. Description de modes de réalisation La figure 1 montre une représentation schématique d'un dispositif A selon l'invention pour déterminer l'état de charge de la bat- terie d'un chariot transporteur selon l'invention et un déroulement du procédé selon l'invention. le dispositif A de détermination de l'état de charge de la batterie comprend des moyens B pour déterminer la résistance interne dynamique et des moyens C pour déterminer la tension interne de cellule de la batterie à l'aide de la résistance interne dynami- que. Le dispositif 1 de détermination de la tension aux bornes de la batterie détermine la tension U appliquée à la batterie du chariot transporteur que l'on divise le nombre n de cellules de la batterie (résultant de la tension nominale spécifique au véhicule) pour déterminer ainsi la valeur u de la tension appliquée en moyen à chaque cellule de batterie. Cette division peut en principe se faire également à un autre endroit de la chaîne de traitement des données si par exemple, pour des raisons de précision de calcul cela est nécessaire ou intéressant. De telles solutions sont évidemment des solutions équivalentes. Dans le dispositif 2 de détermination du courant pris par la batterie non représentée ici, on saisit tous les courants fournis par la batterie. Les dispositifs 1, 2 pour déterminer les valeurs de la tension u et de l'intensité i peuvent également être réalisés par des appa- reils de mesure effectuant habituellement de telles mesures et qui sont 6 connus selon l'état de la technique et aussi notamment dans le cas du courant, comme dispositifs de calcul qui calculent les valeurs à partir d'autres données comme par exemple celles saisies dans la commande du véhicule. Dans un dispositif 3 de détermination de la tension de cellule de batterie, à partir des valeurs d'intensité et de tension i, u on détermine la tension interne de cellule de la batterie ; parallèlement à cela, dans le dispositif 4 pour déterminer la surtension de diffusion, également à partir des valeurs d'intensité de tension i, u, on détermine la valeur de la surtension de diffusion qui s'oppose par suite de la chute de concentration dans l'électrolyte de la tension de cellule. Le fonctionnement du dispositif 3 pour déterminer la tension de cellule de batterie sera décrit ci-après de manière plus détaillée à l'aide de la figure 2. La surtension de diffusion est opposée à la tension de cellule de batterie et dépend comme grandeur spécifique de la batterie, principalement de la puissance prélevée, de la géométrie de la batterie et de la composition de l'électrolyte. Le dispositif 4 pour déterminer la surtension de diffusion calcule à partir de valeurs moyennes déterminées de manière empirique, à partir des grandeurs d'entrée permettant le calcul de la tension prélevée, l'importance de la surtension de diffusion. L'accord est choisi pour éviter une surcompensation qui aboutirait à une erreur de calcul de la capacité de batterie conduisant à des effets de vieillissement. Le dispositif 4 pour déterminer la surtension de diffusion comprend dans le présent exemple de réalisation, un atténuateur qui calcule l'amplitude de la surtension de diffusion en fonction de la puissance prélevée et un filtre passe-bas à comportement PT1 qui copie l'évolution dans le temps entre la prise de puissance et la variation de la surtension de diffusion. La relation entre la puissance prélevée et la surtension de diffusion est obtenue ici sous forme atténuée, de manière empirique et peut ainsi être envisagée également comme une relation de valeur s'appuyant sur un champ de caractéristiques. Dans le dispositif 5 de détermination de la tension in-terne de repos de cellule, on additionne les valeurs opposées de la tension interne de cellule et de la surtension de diffusion en déterminant la tension interne de cellule de la batterie au repos c'est-à-dire sans qu'elle soit sollicitée. Cette grandeur caractéristique est directement liée à l'état de charge de la batterie que l'on détermine dans le dispositif 6 servant à déterminer l'état de charge. La relation entre la tension interne de repos de la cellule et l'état de charge est enregistrée dans le dispositif 6 sous la forme d'une équation pour calculer l'état de charge à partir de la tension interne de repos de cellule, mais on peut également envisager des formes de réalisation dans lesquelles on effectue une mise en relation de valeur en s'appuyant sur un champ de caractéristiques. Dans le dis-positif 6 de détermination de l'état de charge, on analyse également lo l'évolution dans le temps de la tension interne de repos de cellule. Si cet état varie dans l'intervalle de temps prédéfini, plus fortement qu'une valeur limite donnée (c'est-à-dire s'il y a un fléchissement de la courbe représentant la tension interne de repos de cellule en fonction du temps) cela signifie que cela est provoqué par une décharge poussée, 15 gênante. La valeur de l'état de charge est présentée dans le chariot transporteur dans un dispositif d'affichage 8 approprié pour que l'opérateur soit toujours informé de la capacité résiduelle disponible. L'affichage est un affichage en pourcentage correspondant à la capacité 20 totale de la batterie ; on peut envisager d'autres formes de présentation selon l'état de la technique comme par exemple une indication acoustique ou l'affichage du temps de fonctionnement résiduel. De plus, le dis-positif 6 qui détermine l'état de charge est également relié à une commande de véhicule 7 qui, en fonction de l'état de charge de la batte- 25 rie commande la puissance de différents utilisateurs, pour s'assurer que la batterie est utilisée de manière optimale et que les fonctions con-cernant la sécurité conservent leur aptitude à fonctionner même pour un état de charge faible. Le dispositif de transfert 9 permet la transmission de l'état de charge de la batterie à d'autres appareils du chariot 30 élévateur ou extérieurs à celui-ci, par exemple par une liaison radio vers une centrale qui assure la coordination de l'utilisation des différents véhicules transporteurs. Si le dispositif 6 de détermination de l'état de charge constate un début de décharge accentué, il émet un signal correspondant aux unités 7, 8, 9 raccordées ou il lance des mesures ap- 35 propriées pour éviter toute décharge plus poussée c'est-à-dire par exemple un signal avertisseur sera adressé à l'opérateur, le véhicule sera arrêté et le point central sera informé de la défaillance probable du véhicule. La figure 2 montre schématiquement la structure d'un dispositif 3 pour déterminer la tension de cellule de batterie ; ce dispositif fait partie d'un dispositif selon l'invention pour déterminer l'état de charge de la batterie d'un chariot transporteur selon l'invention. A l'aide de cette construction, on présentera le procédé selon l'invention de gestion d'un chariot transporteur. Le dispositif 3 de détermination de la tension de cellule de batterie comprend pour l'essentiel deux dispositifs de différenciation 10, 11, une unité de division 12, un filtre passe-bas 13, une unité de multiplication 14 et une unité d'addition 15. Dans une première étape, le dispositif de différenciation 10 détermine l'intensité i et le second dispositif de différenciation 11 détermine la tension u par différenciation en fonction du temps ; on détermine ainsi la variation de ces grandeurs en fonction du temps. Dans le dispositif de différenciation 12, on forme le quotient des valeurs di/dt et du/dt formé dans les dispositifs de différenciation 10, 11. Cette valeur représente la résistance interne dynamique R;(t) de la batterie ainsi que les lignes reliées. Contrairement au procédé de l'état de la technique qui calcule la résistance interne seulement à partir du quo-tient de différence de la tension aux bornes ouvertes de la batterie en position de repos et la tension en sollicitation et le courant prélevé, on arrive à une valeur plus précise. Le filtre passe-bas 13 stabilise la va-leur de R;(t). La valeur stabilisée de R;(t) est multipliée par l'intensité i dans l'unité de multiplication 14 et ainsi on a l'effondrement de tension Udrop par la sollicitation dynamique. Dans l'unité d'addition 15, on additionne l'affaissement de tension Udrop à la tension aux bornes d'une cellule séparée u et on détermine ainsi la tension interne de cellule Ueell qui sera traitée comme décrit ci-dessus dans le dispositif 5 pour déterminer la tension de repos interne de cellule. Les dispositifs peuvent être réalisés sous la forme de composants indépendants ou être intégrés dans un unique circuit. En outre, on peut prévoir une intégration totale ou partielle dans les cir- cuits de la commande du véhicule de même qu'une implémentation du procédé de calcul des différents composants d'un ordinateur. Le dispositif selon l'invention et le procédé selon l'invention conviennent tout particulièrement bien pour les applications aux véhicules de transport utilisant comme batterie de traction une batterie au plomb en particulier à cause de la compensation de la surtension de diffusion qui se produit d'une manière particulièrement accentuée dans de telles batte-ries. En principe, on peut envisager l'utilisation d'autres batteries telles que des batteries nickel-métal hybride ; des batteries ions-lithium ou polymère de lithium. Comme à l'exception des hypothèses concernant la sur-tension de diffusion il n'est pas nécessaire de connaître d'autres para-mètres de la batterie, il n'est pas nécessaire de prévoir des systèmes de mémoire de données de batterie et des phases d'apprentissage compli- quées pour s'adapter aux types de batterie utilisés. En cas de combustion variable, par exemple dans le cas d'une recharge intermédiaire avec un chargeur ou en cas de récupération d'énergie pendant le fonctionnement, le dispositif tel que présenté réagi plus rapidement aux variations que le dispositif selon l'état de la technique. Le court temps de réaction évite notamment les décharges extrêmes que l'on rencontre si l'affichage du temps de charge indique une valeur particulièrement élevée, et d'utiliser le chariot transporteur plus longtemps que donné par l'état de charge effectif. 30 REVENDICATIONS 1 ) Chariot transporteur comportant au moins une batterie d'entraînement et au moins un dispositif (A) pour déterminer l'état de charge de la batterie, caractérisé en ce que le dispositif (A) pour déterminer l'état de charge de la batterie comporte des moyens (B) pour déterminer la résistance interne dynamique et des moyens (C) pour déterminer la tension interne de cellule de la batterie à l'aide de la résistance interne dynamique. 2 ) Chariot transporteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (C) pour déterminer la tension interne et les moyens (B) pour déterminer la résistance interne dynamique comportent au moins un dispositif (1) pour déterminer la tension aux bornes de la batterie et au moins un dispositif (2) pour déterminer le courant prélevé sur la batterie. 3 ) Chariot transporteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (B) pour déterminer la résistance interne dynamique comprennent au moins un dispositif (10, 11) pour déterminer la variation dans le temps de la tension aux bornes de la batterie et/ou du courant prélevé dans la batterie. 4 ) Chariot transporteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif (A) pour déterminer l'état de charge de la batterie comporte des moyens (D) pour compenser la surtension de diffusion. 5 ) Chariot transporteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (6) pour reconnaître un risque de décharge poussé utilisent l'évolution dans le temps de la tension interne de repos de cellule. 356 ) Procédé de gestion d'un chariot transporteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu' on détermine la tension interne de cellule de la batterie à l'aide de la résistance interne dynamique de la batterie et on définit l'état de charge de la batterie à partir de la tension interne de cellule de la batterie. 7 ) Procédé de gestion d'un chariot transporteur selon la revendication 6, caractérisé en ce qu' on détermine la résistance interne dynamique de la batterie à partir de l'évolution de la tension aux bornes de la batterie en fonction du temps et du courant prélevé sur la batterie. 8 ) Procédé de gestion d'un chariot transporteur selon la revendication 6, caractérisé en ce qu' on détermine la résistance interne dynamique à partir du quotient de la dérivée de la tension aux bornes de la batterie en fonction du temps et du courant prélevé sur la batterie. 9 ) Procédé de gestion d'un chariot transporteur selon la revendication 6, caractérisé en ce qu' on détermine la tension interne de cellule en se fondant sur la multiplication du courant prélevé sur la batterie et de la résistance interne dynamique. 10 ) Procédé de gestion d'un chariot transporteur selon la revendica- tion 6, caractérisé en ce qu' on calcule la tension de repos interne de cellule par l'addition de la tension interne aux bornes d'une cellule et la surtension de diffusion.11 ) Procédé de gestion d'un chariot transporteur selon la revendication 6, caractérisé en ce qu' on détermine l'état de charge à partir de la tension interne de repos de 5 cellule. 10