Brevet FR2941054A1 — publié le 20100716

DISPOSITIF ET PROCÉDÉ DE CONTRÔLE STATISTIQUE DE L'UTILISATION D'UNE BATTERIE D'UN ENGIN POURVU D'UN ALTERNATEUR, PAR ACTION SUR LA TENSION DE CONSIGNE DE L'ALTERNATEUR L'invention concerne les engins (généralement à moteur) qui sont équipés d'un alternateur et d'une batterie rechargeable, et plus précisément le contrôle de l'utilisation de leur batterie. Comme le sait l'homme de l'art, il a été proposé d'utiliser dans certains engins, comme par exemple des véhicules, éventuellement automobiles, des alternateurs contrôlés par une tension de consigne (ou pilotage). Cela permet en effet de mettre en oeuvre des stratégies de gestion de l'énergie électrique, produite par l'alternateur, destinées à limiter autant que possible la consommation d'énergie (généralement un carburant) qui est nécessaire à cette production d'énergie électrique. A titre d'exemple, pendant une phase d'accélération ou de stabilisation de vitesse d'un véhicule, chaque sollicitation de son alternateur pour alimenter un équipement électrique et/ou la batterie va engendrer une sollicitation du groupe motopropulseur et donc une surconsommation de carburant. Les stratégies précitées visent généralement à limiter au strict nécessaire l'énergie qui alimente la batterie (rechargeable). Pour ce faire, on applique généralement à la batterie une tension de régulation (ou �floating�) fixe destinée à maintenir son état de charge tout en limitant au minimum les transferts d'énergie sur celle-ci. A titre d'exemple, dans le cas d'une batterie au plomb la tension de régulation est choisie sensiblement égale à 13,2 V. Cette valeur fixe de la tension de régulation est choisie en fonction d'un type moyen de batterie neuve. Malheureusement, les batteries vieillissent, et donc la tension de régulation fixe qui est utilisée devient rapidement inadaptée. Il serait certes possible de tenir compte du vieillissement des batteries, mais, hélas, ce vieillissement peut varier en fonction du type de la batterie. Par ailleurs, lorsque l'on applique la tension de floating (ou régulation) on ne peut que garantir que l'énergie entrante dans la batterie sera minimale. Or, lorsque la batterie vieillie cette valeur de tension de régulation fixe peut entraîner sa décharge automatique. L'invention a donc pour but de proposer une nouvelle solution alternative reposant sur des calculs statistiques, qui ne présente pas les inconvénients précités des solutions de l'art antérieur. Elle propose plus précisément à cet effet un procédé, dédié au contrôle de l'utilisation d'une batterie d'un engin équipé d'un alternateur dont le fonctionnement est contrôlé par une tension de consigne (ou pilotage) (Uc), durant une phase d'utilisation de cet alternateur. Ce procédé se caractérise par le fait qu'il comprend les étapes consistant : - à déterminer des première (Vu) et deuxième (Vi) valeurs, représentatives de valeurs moyennes pendant une durée choisie respectivement de mesures de tension (Um) et de mesures de courant (lm) de la batterie, puis une troisième valeur (au) représentative de la différence entre la première valeur (Vu) et la tension de consigne (Uc) en cours, et une quatrième valeur (ai) représentative de l'amplitude des variations pendant la durée choisie des mesures de courant (lm) par rapport à la deuxième valeur (Vi), - à comparer les troisième (au) et quatrième (ai) valeurs respectivement à des premier et second seuils, et - lorsque les troisième (au) et quatrième (ai) valeurs sont inférieures respectivement aux premier (Si) et second (S2) seuils, à déterminer une cinquième valeur (AU) fonction de la deuxième valeur (Vi) et égale à la correction à appliquer à la tension de consigne (Uc) en cours pour définir la prochaine tension de consigne à appliquer. Le procédé selon l'invention peut comporter d'autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et notamment : - les première (Vu) et deuxième (Vi) valeurs peuvent être des moyennes quadratiques ; - les troisième (au) et quatrième (ai) valeurs peuvent être des écarts types ; - on peut déterminer la tension de consigne (Up) en fonction d'au moins une variable qui est choisie dans un groupe comprenant au moins la température externe, l'état de charge de la batterie et l'état de charge de l'alternateur. L'invention propose également un dispositif dédié au contrôle de l'utilisation d'une batterie d'un engin équipé d'un alternateur dont le fonctionnement est contrôlé par une tension de consigne (ou pilotage) (Uc), durant une phase d'utilisation de cet alternateur. Ce dispositif se caractérise par le fait qu'il comprend : - des premiers moyens de calcul chargés de déterminer une première valeur (Vu), représentative d'une valeur moyenne pendant une durée choisie de mesures de tension (Um) de la batterie, et une troisième valeur (au), représentative de la différence entre la première valeur (Vu) et la tension de consigne (Uc) en cours, et pour comparer cette troisième valeur (au) à un premier seuil, - des deuxièmes moyens de calcul chargés de déterminer une deuxième valeur (Vi) représentative d'une valeur moyenne pendant la durée choisie de mesures de courant (lm) de la batterie, et une quatrième valeur (ai) représentative de l'amplitude des variations pendant cette durée choisie des mesures de courant (lm) par rapport à la deuxième valeur (Vi), et de comparer la quatrième valeur (ai) à un second seuil, et - des troisièmes moyens de calcul chargés, lorsque les troisième (au) et quatrième (ai) valeurs sont inférieures respectivement aux premier et second seuils, de déterminer une cinquième valeur (AU) fonction de la deuxième valeur (Vi) et égale à la correction à appliquer à la tension de consigne (Uc) en cours pour définir la prochaine tension de consigne à appliquer. Le dispositif selon l'invention peut comporter d'autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et notamment : - ses premiers et deuxièmes moyens de calcul peuvent être chargés de déterminer respectivement des première (Vu) et deuxième (Vi) valeurs de type moyenne quadratique ; - ses premiers et deuxièmes moyens de calcul peuvent être chargés de déterminer respectivement des troisième (au) et quatrième (ai) valeurs de type écart type ; - il peut comprendre des quatrièmes moyens de calcul chargés de déterminer la tension de consigne (Uc) en fonction d'au moins une variable choisie dans un groupe comprenant au moins la température externe, l'état de charge de la batterie et l'état de charge de l'alternateur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 illustre schématiquement et fonctionnellement un exemple de dispositif de contrôle selon l'invention intégré dans un ordinateur de bord d'un véhicule automobile, et - la figure 2 illustre schématiquement les principales étapes d'un exemple d'algorithme de mise en oeuvre du procédé de l'invention. Les dessins annexés pourront non seulement servir à compléter l'invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant. L'invention a pour but de permettre le contrôle de l'utilisation d'une batterie (B) d'un engin (V) qui est équipé d'un alternateur (A) dont le fonctionnement est contrôlé par une tension de consigne (ou pilotage), au moins durant une phase d'utilisation de cet alternateur (A). Dans ce qui suit, on considère, à titre d'exemple non limitatif, que l'engin est un véhicule automobile, comme par exemple une voiture. Mais, l'invention n'est pas limitée à ce type d'engin. Elle concerne en effet tout type d'engin comprenant un moteur, un alternateur et une batterie rechargeable. Par conséquent, il pourra notamment s'agir d'un véhicule terrestre (éventuellement automobile), maritime ou spatial, ou d'une machine. On a schématiquement et fonctionnellement représenté sur la figure 1 une voiture (engin) V comportant un ordinateur de bord OB, un alternateur A et une batterie rechargeable B. La batterie B peut par exemple se recharger classiquement grâce au courant qui est fourni par l'alternateur A, qui fonctionne grâce au moteur (non représenté) de la voiture V. L'invention propose d'implanter dans la voiture (engin) V un dispositif de contrôle D chargé de contrôler l'utilisation de la batterie B, en particulier lorsque l'alternateur A est sollicité, par exemple lors d'une phase d'accélération ou de stabilisation de vitesse de la voiture V. Dans l'exemple non limitatif illustré sur la figure 1, le dispositif (de contrôle) D est implanté dans l'ordinateur de bord OB. Mais, cela n'est pas obligatoire. Il peut en effet être implanté dans un autre organe de la voiture V, comme par exemple (et non limitativement) dans un calculateur, couplé à l'ordinateur de bord OB. Un dispositif D, selon l'invention, comprend au moins un premier module de calcul MC1, un deuxième module de calcul MC2 et un troisième module de calcul MC3. Il intervient automatiquement ou sur ordre (par exemple émanant de l'ordinateur de bord OB) chaque fois que l'alternateur A est sollicité par le groupe motopropulseur de la voiture V et que dans le même temps au moins un organe électrique de la voiture V a besoin d'énergie électrique pour fonctionner. Le premier module de calcul MC1 est tout d'abord chargé de déterminer si la tension a subi des variations importantes pendant une durée choisie Dc (ou temps (ou fenêtre) d'observation). Pour ce faire, il détermine (ou calcule) une première valeur Vu qui est représentative d'une valeur moyenne, pendant la durée choisie Dc, de mesures de tension Um de la batterie B. On notera qu'il n'est pas nécessaire de stocker (par exemple dans une mémoire de type tampon) toutes les mesures de tension Um reçues pendant la durée choisie Dc, si l'on calcule la première valeur Vu par une méthode récursive. Cette durée choisie Dc est par exemple égale à (au moins) deux secondes (2 s). Elle est choisie de manière à permettre l'obtention d'un nombre d'échantillons de mesure significatif. Les mesures de tension Um sont par exemple effectuées périodiquement (par exemple toutes les 100 ms), par un capteur CT qui est couplé à la batterie B. On notera que le capteur CT peut fournir les mesures de tension Um soit directement au premier module de calcul MC1, soit à l'ordinateur de bord OB qui se charge ensuite de les communiquer au premier module de calcul MC1 (comme illustré non limitativement sur la figure 1). A titre d'exemple non limitatif, la première valeur Vu peut être une moyenne quadratique. Mais, d'autres types de valeur moyenne peuvent être déterminés, comme par exemple une valeur moyenne par moindre carré ou par filtrage. Le premier module de calcul MC1 est également chargé de déterminer (ou calculer) une troisième valeur au qui est représentative de la différence entre la première valeur Vu et la tension de consigne Uc en cours. A titre d'exemple non limitatif, la troisième valeur au peut être un écart type. Mais, d'autres types de valeur statistique représentative d'une amplitude de variation peuvent être déterminés. Enfin, le premier module de calcul MC1 est également chargé de comparer la troisième valeur au à un premier seuil S1 choisi, et de délivrer en sortie des données (par exemple numériques) représentatives du résultat de sa comparaison (par exemple �au Le deuxième module de calcul MC2 est également chargé de déterminer (ou calculer) une quatrième valeur ai qui est représentative de l'amplitude des variations des mesures de courant lm, reçues pendant la durée choisie Dc, par rapport à la deuxième valeur Vi. A titre d'exemple non limitatif, la quatrième valeur ai peut être un écart type. Mais, d'autres types de valeur statistique représentative d'une amplitude de variation peuvent être déterminés. Enfin, le deuxième module de calcul MC2 est également chargé de comparer la quatrième valeur ai à un second seuil S2 choisi, et de délivrer en sortie des données (par exemple numériques) représentatives du résultat de sa comparaison (par exemple �61 Le troisième module de calcul MC3 intervient lorsque la troisième valeur au calculée par le premier module de calcul MC1 est inférieure au premier seuil S1. En effet, dans ce cas l'écart entre la première valeur Vu et la tension de consigne Uc est faible ce qui signifie qu'il n'y a pas eu de variation importante de tension consécutive à un enclenchement ou déclenchement 3o d'un équipement consommateur d'électricité (ce qui invaliderait la mesure de courant réalisée sensiblement simultanément par le second module de calcul MC2). La deuxième valeur Vi peut alors être utilisée pour calculer la correction à apporter à la tension de consigne Uc si cela s'avère nécessaire. Il est en effet rappelé que l'invention est destinée à servir pendant les phases de stabilité de tension durant lesquelles les mesures de tension et de courant peuvent être prises en compte sans risque. Si la troisième valeur au est inférieure au premier seuil S1, et que dans le même temps la quatrième valeur ai (calculée par le second module de calcul MC2) est inférieure au second seuil S2, alors le troisième module de calcul MC3 détermine une cinquième valeur AU qui est égale à la correction (ou décalage (ou � offset �)) qui va devoir être appliquée (ajoutée ou soustraite suivant son signe) à la tension de consigne Uc en cours pour définir la prochaine tension de consigne à appliquer. Cette cinquième valeur AU est fonction de la deuxième valeur Vi. En effet, si l'on veut maintenir l'état de charge de la batterie B, il faut que cette dernière n'accepte pas de courant (charge) ou ne délivre pas de courant (décharge). Pour ce faire, il faut donc que le courant moyen (ou deuxième valeur) Vi soit proche de zéro. Si ce courant moyen Vi est négatif, cela signifie que la batterie B débite du courant et donc se décharge. La tension aux bornes de la batterie B est trop faible et donc il faut ajouter un décalage (ou offset) de tension (cinquième valeur) AU positive, proportionnel au courant moyen Vi débité par la batterie B, à la valeur de la tension de consigne Uc pour définir la nouvelle tension de consigne (ou pilotage) Uc de l'alternateur A, afin de permettre à la batterie B de retrouver un état d'équilibre. En revanche, si le courant moyen Vi est positif, cela signifie que la batterie B se recharge. La tension aux bornes de la batterie B est trop élevée et donc il faut retrancher un décalage (ou offset) de tension (cinquième valeur) AU positive, proportionnel au courant moyen Vi qui alimente la batterie B, à la valeur de la tension de consigne Uc pour définir la nouvelle tension de consigne (ou pilotage) Uc de l'alternateur A, afin de permettre à la batterie B de retrouver un état d'équilibre. On comprendra que cette stratégie permet avantageusement de maintenir la batterie B dans un état d'équilibre indépendamment de son vieillissement et de son type. Il est important de noter que le troisième module de calcul MC3 peut éventuellement constituer une sous-partie d'un module de calcul comprenant également les premiers MC1 et deuxième MC2 modules de calcul. Comme illustré non limitativement sur la figure 1, le dispositif D peut éventuellement comprendre un quatrième module de calcul MC4 chargé de déterminer la tension de consigne Uc de l'alternateur A en fonction d'au moins une variable choisie. Chaque variable peut par exemple être choisie parmi au moins la température externe, l'état de charge de la batterie B et l'état de charge de l'alternateur A, qui sont par exemple fourni par l'ordinateur de bord OB. On notera que dans une variante de réalisation non représentée, la tension de consigne Uc de l'alternateur A pourrait être déterminée par un module qui ne fait pas partie du dispositif D, mais qui utilise les cinquièmes valeurs AU qu'il détermine. Par ailleurs, et comme illustré non limitativement sur la figure 1, lorsque le dispositif D comprend un quatrième module de calcul MC4, il peut éventuellement et également comprendre un module de combinaison MCN chargé d'adjoindre à la tension de consigne (ou pilotage) Uc en cours la cinquième valeur AU pour constituer la nouvelle tension de consigne (ou pilotage) Uc de l'alternateur A. On comprendra que l'on entend ici par �adjoindre� le fait d'ajouter une cinquième valeur AU qui est soit positive (ce qui entraîne une augmentation de Uc), soit négative (ce qui entraîne une diminution de Uc). Il est important de noter que le quatrième module de calcul MC4 et le module de combinaison MCN peuvent éventuellement être regroupé au sein d'un même module qui peut éventuellement constituer une sous-partie d'un module global comprenant également les premiers MC1, deuxième MC2 et troisième MC3 modules de calcul. Il est important de noter que l'invention peut être également considérée sous l'angle d'un procédé de contrôle de l'utilisation d'une batterie B, pouvant être notamment mis en oeuvre au moyen d'un dispositif de contrôle D du type de celui présenté ci-avant. Les fonctionnalités offertes par la mise en oeuvre du procédé selon l'invention étant identiques à celles offertes par le dispositif de contrôle D présenté ci-avant, seule la combinaison de fonctionnalités principales offerte par le procédé est présentée ci-après. Comme illustré non limitativement dans l'algorithme de la figure 2, le procédé commence par une étape 10 dans laquelle on calcule (détermine) des première Vm et deuxième Vi valeurs, représentatives de valeurs moyennes, pendant une durée choisie Dc, respectivement de mesures de tension Um et de mesures de courant lm de la batterie BA, puis une troisième valeur au qui est représentative de la différence entre la première valeur Vu et la tension de consigne (ou de pilotage) Uc en cours, et une quatrième valeur ai qui est représentative d'une amplitude de variations pendant la durée choisie Dc des mesures de courant lm par rapport à la deuxième valeur Vi. On notera que les différents calculs se font préférentiellement en parallèle (sensiblement simultanément). Le procédé se poursuit par une étape 20 dans laquelle on compare les troisième au et quatrième ai valeurs respectivement à des premier S1 et second S2 seuils. Si la troisième valeur au est supérieure au premier seuil S1, alors on ne fait rien et l'on retourne éventuellement à l'étape 10 si un nouveau contrôle doit être effectué. En revanche, si la troisième valeur au est inférieure au premier seuil S1, alors on regarde le résultat de la comparaison de la quatrième valeur ai au second seuil S2. Si la quatrième valeur ai est supérieure au second seuil S2 alors on ne fait rien et l'on retourne éventuellement à l'étape 10 si un nouveau contrôle doit être effectué. En revanche, si la quatrième valeur ai est inférieure au second seuil S2, alors on détermine dans une étape 30 une cinquième valeur AU qui est fonction de la deuxième valeur Vi et égale à la correction à appliquer à la tension de consigne Uc en cours pour définir la prochaine tension de consigne à appliquer à l'alternateur A. Le procédé selon l'invention peut éventuellement comprendre, comme illustré une étape 40 dans laquelle on détermine la tension de consigne Uc en fonction d'au moins une variable (comme indiqué ci-avant). Cette étape 40 peut être effectuée sensiblement en parallèle des autres étapes 10 à 30. Lorsque le procédé comprend une étape 40, il est avantageux qu'il comprenne également, comme illustré, une étape 50 dans laquelle, on adjoint à la tension de consigne Uc en cours (déterminée à l'étape 40) la cinquième valeur AU (déterminée à l'étape 30) pour constituer la nouvelle tension de consigne (ou pilotage) Uc de l'alternateur A. L'invention offre plusieurs avantages par rapport aux solutions de l'art antérieur, et notamment : - elle permet de s'affranchir des problèmes induits par le vieillissement des batteries. En effet, le traitement statistique proposé permet de s'affranchir de la dépendance de la tension de la batterie en fonction de son état de charge qui est lui-même fonction de l'état de vieillissement. Il est en effet rappelé que la tension à vide de la batterie pour un état de charge donné évolue en fonction du vieillissement et du type de ce dernier, - elle permet de préserver la batterie du fait qu'elle évite qu'elle fasse l'objet de surcharges, - elle permet de limiter la consommation d'énergie (carburant) du fait que l'on fonctionne au plus près de la tension de régulation (floating) réelle. L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation de dispositif et procédé de contrôle de l'utilisation d'une batterie décrits ci-avant, seulement à titre d'exemple, mais elle englobe toutes les variantes que pourra envisager l'homme de l'art dans le cadre des revendications ci-après. REVENDICATIONS1. Procédé de contrôle de l'utilisation d'une batterie (B) d'un engin (V) équipé d'un alternateur (A) à fonctionnement contrôlé par une tension de consigne (Uc), durant une phase d'utilisation dudit alternateur (A), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant : i) à déterminer des première (Vu) et deuxième (Vi) valeurs, représentatives de valeurs moyennes pendant une durée choisie respectivement de mesures de tension (Um) et de mesures de courant (lm) de la batterie (BA), puis une troisième valeur (au) représentative de la différence entre ladite première valeur (Vu) et la tension de consigne (Uc) en cours, et une quatrième valeur (ai) représentative d'une amplitude de variations pendant ladite durée choisie des mesures de courant (lm) par rapport à ladite deuxième valeur (Vi), ii) à comparer lesdites troisième (au) et quatrième (ai) valeurs respectivement à des premier (Si) et second (S2) seuils, et iii) lorsque lesdites troisième (au) et quatrième (ai) valeurs sont inférieures respectivement aux premier (Si) et second (S2) seuils, à déterminer une cinquième valeur (AU) fonction de ladite deuxième valeur (Vi) et égale à la correction à appliquer à ladite tension de consigne (Uc) en cours pour définir la prochaine tension de consigne à appliquer. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites première (Vu) et deuxième (Vi) valeurs sont des moyennes quadratiques. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que lesdites troisième (au) et quatrième (ai) valeurs sont des écarts types. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on détermine ladite tension de consigne (Uc) en fonction d'au moins une variable choisie dans un groupe comprenant au moins la température externe, l'état de charge de la batterie (B) et l'état de charge de l'alternateur (A). 5. Dispositif (D) de contrôle de l'utilisation d'une batterie (B) d'un engin (V) équipé d'un alternateur (A) à fonctionnement contrôlé par une tension de consigne (Uc), durant une phase d'utilisation dudit alternateur (A), caractérisé en ce qu'il comprend : i) des premiers moyens de calcul (MC1) agencés pourdéterminer une première valeur (Vu), représentative d'une valeur moyenne pendant une durée choisie de mesures de tension (Um) de la batterie (BA), et une troisième valeur (au), représentative de la différence entre ladite première valeur (Vu) et la tension de consigne (Uc) en cours, et pour comparer ladite troisième valeur (au) à un premier seuil (Si), ii) des deuxièmes moyens de calcul (MC2) agencés pour déterminer une deuxième valeur (Vi) représentative d'une valeur moyenne pendant ladite durée choisie de mesures de courant (lm) de la batterie (BA), et une quatrième valeur (ai) représentative de l'amplitude des variations pendant ladite durée choisie desdites mesures de courant (lm) par rapport à ladite deuxième valeur (Vi), et pour comparer ladite quatrième valeur (ai) à un second seuil (S2), et iii) des troisièmes moyens de calcul (MC3) agencés, lorsque lesdites troisième (au) et quatrième (ai) valeurs sont inférieures respectivement auxdits premier (Si) et second (S2) seuils, pour déterminer une cinquième valeur (AU) fonction de la deuxième valeur (Vi) et égale à une correction à appliquer à ladite tension de consigne (Uc) en cours pour définir la prochaine tension de consigne à appliquer. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits premiers (MC1) et deuxièmes (MC2) moyens de calcul sont agencés pour déterminer respectivement des première (Vu) et deuxième (Vi) valeurs de type moyenne quadratique. 7. Dispositif selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que lesdits premiers (MC1) et deuxièmes (MC2) moyens de calcul sont agencés pour déterminer respectivement des troisième (au) et quatrième (ai) valeurs de type écart type. 8. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend des quatrièmes moyens de calcul (MC4) agencés pour déterminer ladite tension de consigne (Uc) en fonction d'au moins une variable choisie dans un groupe comprenant au moins la température externe, l'état de charge de la batterie (B) et l'état de charge de l'alternateur (A).