Brevet FR2914429A1 — publié le 20081003

Méthode de détermination d'une capacité de charge d'une batterie de type plomb-liquide L'invention concerne une méthode de détermination d'une capacité de charge d'une batterie de type plomb-liquide. On définit ici la capacité de charge comme la capacité en (Ampères x heures) pouvant être extraite, dans des conditions normalisées, d'une batterie pleinement chargée. L'invention s'applique notamment à la détermination du degré de vieillissement d'une batterie de véhicule automobile. Ce degré de vieillissement correspondant à la capacité de charge dont dispose encore la batterie. La connaissance ou l'évaluation de la capacité de charge de la batterie permet aussi d'optimiser l'utilisation qui est faite de cette batterie, d'indiquer à un utilisateur du véhicule ou à un opérateur de maintenance que la batterie doit être changée lorsque sa capacité est trop faible. D'une manière générale, les moyens de stockage d'énergie électrique, tels que les batteries, ont une importance croissante dans les véhicules automobiles. Ils participent notamment au fonctionnement des moyens de motorisation thermique, hybride ou électrique du véhicule. Il est ainsi nécessaire de connaître leur capacité de charge pour des questions de sécurité car ils peuvent alimenter en énergie électrique des dispositifs de commande de systèmes de freinages ou bien de direction assistée. Il est connu des méthodes de détermination de la capacité de charge d'une batterie qui appartiennent à deux classes distinctes. La première classe comprend des méthodes dont la mise en oeuvre affecte le fonctionnement de la batterie. Il s'agit par exemple des méthodes nécessitant de décharger complètement la batterie pour déterminer sa capacité. La seconde classe comprend des méthodes qui déterminent la capacité par une séquence de tests longue et/ou complexe. Par exemple, il est connu de déterminer la capacité de charge de la batterie en identifiant des caractéristiques fréquentielles de son impédance interne. Ces secondes méthodes impliquent des processus de traitement de données coûteux en moyens de calcul de sorte qu'il est difficile de les mettre en oeuvre sans un microprocesseur embarqué à forte capacité de calcul. Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients en proposant une méthode de détermination de la capacité de charge d'une batterie qui soit à la fois précise et de mise en oeuvre simple. A cet effet, l'invention a pour objet une méthode de détermination d'une capacité de charge d'une batterie de type plomb-liquide chargée, cette capacité de charge correspondant à un degré de vieillissement de cette batterie, dans laquelle on mesure une tension aux bornes de cette batterie après application à cette batterie d'un courant de charge constant d'intensité prédéterminée pendant une durée prédéterminée, et dans laquelle on détermine que cette batterie a une capacité de charge normale si la tension est inférieure à un seuil bas, une capacité de charge faible nécessitant son remplacement si la tension est supérieure à un seuil haut, et une capacité de charge dégradée si la tension de batterie est située entre le seuil haut et le seuil bas. L'invention concerne également une méthode telle que définie ci-dessus, dans laquelle après mesure de la tension, la capacité de charge est déterminée à partir de données donnant la capacité de charge en fonction de la tension de batterie et résultant d'essais ou simulations effectués préalablement sur une batterie semblable, ces essais consistant à évaluer à différents stades de vieillissement de la batterie semblable, sa capacité de charge avec une méthode connue, et la tension à ses bornes après application du courant de charge constant d'intensité prédéterminée pendant la durée prédéterminée. L'invention concerne également une méthode telle que définie ci-dessus, dans laquelle le courant de charge constant est arrêté avant mesure de la tension de batterie, et dans laquelle la tension de batterie est mesurée après écoulement d'une autre durée prédéterminée suivant l'arrêt du courant de charge constant. L'invention concerne également une méthode telle que définie ci-dessus, dans laquelle la tension de batterie est mesurée pendant l'application du courant de charge. L'invention concerne également une méthode telle que définie ci-dessus, dans laquelle la durée d'application du courant constant vaut cinq minutes. L'invention concerne également une méthode telle que définie ci-dessus, dans laquelle la tension de batterie est mesurée après écoulement de deux minutes après arrêt du courant de charge constant. L'invention concerne également une méthode telle que définie ci-dessus, dans laquelle l'intensité prédéterminée du courant constant vaut 7,5 Ampères pour une batterie de 60 Ah. L'invention sera maintenant décrite plus en détail, et en référence aux figures annexées. La figure 1 est un graphe montrant l'évolution du courant de charge de la batterie et indiquant l'instant de mesure de la tension de charge selon un premier mode de réalisation de l'invention ; La figure 2 est un graphe représentatif de la capacité de charge de la batterie en fonction de la tension de batterie conformément au premier mode de réalisation de l'invention ; La figure 3 est un graphe montrant l'évolution du courant de charge de la batterie et indiquant l'instant de mesure de la tension de batterie selon un second mode de réalisation de l'invention ; La figure 4 est un graphe représentatif de la capacité de charge de la batterie en fonction de la tension de batterie conformément au second mode de réalisation de l'invention. L'idée à la base de l'invention réside dans le constat selon lequel lorsque la batterie est au repos et pleinement chargée, après application d'un courant de charge pendant une durée prédéterminée, la tension aux bornes de la batterie reflète fidèlement la capacité de charge de cette batterie, ou encore son degré de vieillissement. Ceci permet d'établir une méthode d'évaluation de la capacité de charge d'une batterie pouvant être mise en oeuvre directement sur le véhicule, le courant de charge étant alors délivré par un alternateur piloté, ou bien hors véhicule, par exemple sur un banc d'essai de diagnostic capable de délivrer le courant de charge. La capacité de charge de la batterie est évaluée lorsque celle-ci est dans un état pleinement chargé, c'est-à-dire après qu'elle ait été rechargée avec un chargeur, hors du véhicule, ou bien après qu'elle ait été soumise dans le véhicule à une charge par l'alternateur, ou encore lorsqu'un moyen d'estimation de son état de charge indique un état pleinement chargé. Selon le premier mode de réalisation, un courant de charge I est injecté dans la batterie au repos, c'est-à-dire lorsqu'elle ne délivre pas de courant d'alimentation d'un récepteur, pendant une durée prédéterminée, comme représenté sur le graphe de la figure 1. Après écoulement de la durée prédéterminée, le courant I n'est plus appliqué à cette batterie, puis on attend l'écoulement d'une autre durée prédéterminée, la batterie étant toujours au repos, pour effectuer une mesure ü de la tension de batterie, c'est-à-dire de la tension aux bornes de cette batterie. Dans un second temps, la capacité de charge de la batterie est déterminée à partir d'un abaque donnant pour différentes valeurs de capacités de charge, c'est-à-dire différents degrés de vieillissement, de la batterie, la valeur correspondante de la tension Uo après application du courant I. Cet abaque résulte d'essais ou simulation consistant par exemple à évaluer la capacité de charge d'une batterie semblable, et à lui appliquer le courant I puis à mesurer sa tension conformément au premier mode de réalisation, pour déterminer un couple capacité / tension. Ceci est répété plusieurs fois, à différents stades de vieillissement de la batterie, pour tracer la courbe C de la figure 2 qui donne la tension Uo en fonction de la capacité de charge disponible. Dans le cadre de ces essais ou simulations, la ou les batteries dites semblables sont du même type que la batterie sur laquelle est implémentée la méthode selon l'invention. Cette ou ces batteries ont typiquement la même tension nominale et la même capacité de charge nominale que la batterie sur laquelle est implémentée la méthode. La méthode utilisée pour déterminer la capacité de charge de la batterie dans le cadre de ces essais ou simulations préalables visant à établir une table de données ou abaque peut être toute méthode connue, comme par exemple la méthode citée plus haut basée sur la mesure de la capacité par une décharge complète à un courant équivalent à Cn/20 (Cn = capacité nominale. Comme visible dans la figure 2, cette courbe C représentative de la tension Uo en fonction de la capacité C décroît d'abord de façon quasi linéaire, partant d'une valeur de 14,1 Volts pour une capacité de 15 Ah, jusqu'à un point correspondant à 13,92 Volts pour une capacité de 55 Ah. Ensuite, cette courbe C décroît jusqu'à atteindre un point correspondant à une tension de 13,75 V pour une capacité de 60 Ah. Ainsi, la capacité de charge de la batterie est d'autant plus faible que sa tension après application d'un courant de charge est élevée. En d'autres termes, la batterie est d'autant plus vieille ou dégradée que sa tension est élevée après application du courant de charge 1. L'abaque de la figure 2 peut aussi être utilisé pour déterminer des seuils de tension SH et SB correspondant à des valeurs de capacités de charge permettant de caractériser directement le degré de vieillissement de la batterie. Si la tension Uo est supérieure au seuil haut SH, la batterie est considérée comme étant trop vieille, de sorte qu'il est nécessaire de la remplacer. Si cette tension est inférieure à un seuil bas SB, la batterie est considérée comme étant suffisamment jeune, de sorte qu'il n'est pas à prévoir de la remplacer. Lorsque la tension est située entre les seuils SB et SH, la batterie est considérée comme étant significativement dégradée, ce qui implique de prévoir son remplacement à court ou moyen terme. Dans l'exemple de la figure 2, il a été considéré que le seuil haut SH vaut 14,05 Volts, ce qui correspond à une capacité de charge de 30 Ah, et que le seuil bas SB vaut 13,95 Volts, ce qui correspond à une capacité de charge de 50 Ah. Ainsi, lorsque la tension U0, mesurée selon le premier mode de réalisation de l'invention, est supérieure à 14,05 Volts, la capacité est inférieure ou égale à 30 Ah, ce qui nécessite un remplacement rapide de celle-ci. Lorsque la tension Uo, est comprise entre 13,95 et 14,05 Volts, la capacité C est comprise entre 30 et 50 Ah, ce qui correspond à un état dégradé de la batterie nécessitant de la remplacer à court ou moyen terme. Lorsque la tension Uo est inférieure à 13,95 volts, la batterie est considérée comme étant en bon état puisque sa capacité est alors supérieure à 50 Ah. Dans le cas des figures 1 et 2 qui donnent un exemple d'application du premier mode de réalisation de l'invention, le courant constant I a une intensité de 7,5 Ampères, et il est injecté dans la batterie pendant un temps valant cinq minutes. Cette valeur correspond par exemple au courant de charge pouvant être supporté par la batterie. La mesure ü de la tension Uo est effectuée deux minutes après arrêt du courant I. Les valeurs ci-dessus sont données à titre indicatif pour une batterie de type plomb-liquide de tension nominale 12 Volts et de capacité nominale de 60 Ah. Selon un second mode de réalisation de l'invention, la capacité de charge de la batterie est évaluée pendant une charge de appliquée à cette batterie déjà chargée. Dans ce cas, le courant de charge I est d'abord injecté pendant une durée prédéterminée, avec une intensité constante, et la mesure ü de la tension est effectuée dès que cette durée déterminée est écoulée, comme représenté schématiquement en figure 3. De manière analogue au cas du premier mode de réalisation, la capacité de charge de la batterie est déterminée dans un second temps, à partir d'un abaque, représenté en figure 4, et donnant pour différentes valeurs de capacités de charge de la batterie, la valeur correspondante de la tension Uo après application du courant I. Comme dans le cas du premier mode de réalisation, cet autre abaque résulte aussi d'essais consistant à évaluer la capacité de charge d'une batterie semblable, à lui appliquer le courant I puis à mesurer sa tension après écoulement de la durée prédéterminée, ceci étant répété plusieurs fois, à différents stades de vieillissement de la batterie, pour tracer la courbe C' de la figure 4. Cette courbe C' représentative de la tension Uo en fonction de la capacité C décroît d'abord de façon quasi linéaire, partant d'une valeur de 16,55 Volts pour une capacité de 15 Ah, jusqu'à un point correspondant à 16,47 Volts pour une capacité de 40 Ah. Ensuite, cette courbe C décroît brutalement jusqu'à atteindre un point correspondant à une tension de 16,25 Volts pour une capacité de 47,5 Ah. Enfin cette courbe décroît à peu près linéairement jusqu'à une valeur de 16, 18 Volts pour une capacité de 60 Ah. Ainsi, la capacité de charge est d'autant plus faible que sa tension après application d'un courant de charge est élevée. En d'autres termes, la batterie est d'autant plus vieille ou dégradée que sa tension est élevée après application du courant de charge I. L'abaque de la figure 4 peut aussi être utilisé pour déterminer des seuils de tension SH' et SB' correspondant à des valeurs de capacités de charge permettant de caractériser le degré de vieillissement de la batterie. Si la tension Uo est supérieure au seuil haut SH', la batterie est considérée comme étant trop vieille, de sorte qu'il est nécessaire de la remplacer. Si cette tension est inférieure à un seuil bas SB, la batterie est considérée comme étant suffisamment jeune, de sorte qu'il n'est pas à prévoir de la remplacer. Lorsque la tension est située entre les seuils SB et SH, la batterie est considérée comme étant significativement dégradée, ce qui implique de prévoir son remplacement à court ou moyen terme. Dans l'exemple de la figure 4, le seuil haut SH' vaut 16,52 Volts, ce qui correspond à une capacité de charge de 30 Ah, et le seuil bas SB vaut 16,22 Volts, ce qui correspond à une capacité de charge de 50 Ah. Ainsi, lorsque la tension Uo est supérieure à 16,52 Volts, la capacité est inférieure ou égale à 30 Ah, ce qui nécessite un remplacement rapide. Lorsque la tension Uo, est comprise entre 16,22 et 16,52 Volts, la capacité C est comprise entre 30 et 50 Ah, ce qui correspond à un état dégradé nécessitant un remplacement à court ou moyen terme. Lorsque la tension Uo est inférieure à 16,22 volts, la batterie est considérée comme étant en bon état puisque sa capacité est alors supérieure à 50 Ah. Comme dans le cas du premier mode de réalisation, l'intensité du courant I injecté est de 7,5 Ampères, et il est injecté pendant cinq minutes, la mesure ü de tension étant effectuée à la fin de ces cinq minutes. Les valeurs ci-dessus sont aussi données à titre indicatif pour une batterie de type plomb-liquide de tension nominale 12 Volts et de capacité nominale 60 Ah. REVENDICATIONS 1. Méthode de détermination d'une capacité de charge d'une batterie de type plomb-liquide chargée, cette capacité de charge correspondant à un degré de vieillissement de cette batterie, dans laquelle on mesure une tension (Uo) aux bornes de cette batterie après application à cette batterie d'un courant de charge constant (I) d'intensité prédéterminée pendant une durée prédéterminée, et dans laquelle on détermine que cette batterie a une capacité de charge normale si la tension (Uo) est inférieure à un seuil bas (SB ; SB'), une capacité de charge faible nécessitant son remplacement si la tension (Uo) est supérieure à un seuil haut (SH ; SH'), et une capacité de charge dégradée si la tension de batterie (Uo) est située entre le seuil haut (SH ; SH') et le seuil bas (SB ; SB'). 2. Méthode selon la revendication 1, dans laquelle après mesure de la tension (Uo), la capacité de charge est déterminée à partir de données donnant la capacité de charge en fonction de la tension de batterie (Uo) et résultant d'essais ou simulations effectués préalablement sur une batterie semblable, ces essais consistant à évaluer à différents stades de vieillissement de la batterie semblable, sa capacité de charge avec une méthode connue, et la tension (Uo) à ses bornes après application du courant de charge constant (I) d'intensité prédéterminée pendant la durée prédéterminée. 3. Méthode selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le courant de charge constant (I) est arrêté avant mesure de la tension de batterie (Uo), et dans laquelle la tension de batterie est mesurée après écoulement d'une autre durée prédéterminée suivant l'arrêt du courant de charge constant (I). 4. Méthode selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la tension de batterie est mesurée pendant l'application du courant de charge (I). 5. Méthode selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la durée d'application du courant constant (I) vaut cinq minutes. 6. Méthode selon la revendication 2 et 4, dans laquelle la tension (Uo) de batterie est mesurée après écoulement de deux minutes après arrêt du courant de charge constant (1). 7. Méthode selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle l'intensité prédéterminée du 10 courant constant vaut 7,5 Ampères.