Brevet FR2969304A1 — publié le 20120622

L'invention concerne un procédé de détermination de l'état de charge d'une batterie. La vérification de l'état d'une batterie est usuellement réalisée par détermination de l'état de charge de cette batterie, qui permet de connaître, en pourcentage, la charge de cette dernière par rapport à sa charge maximale. Une solution classique de détermination de cet état de charge consiste à mesurer la tension à vide (circuit ouvert) aux bornes de la batterie. Cette tension est en relation directe avec la densité de l'acide présent dans la dite batterie. Toutefois, cette procédure requiert un temps de repos conséquent pouvant atteindre plusieurs jours dans des conditions de basses températures. En vue de pallier cet inconvénient, différentes méthodes logicielles ont été développées visant à permettre de déterminer l'état de charge d'une batterie durant l'utilisation de cette dernière. Toutefois, les solutions fiables actuelles imposent d'implanter des capteurs spécifiques supplémentaires au voisinage de la batterie et/ou d'implémenter des logiciels nécessitant d'importantes puissances de calcul. La présente invention vise à pallier ces inconvénients et a pour principal objectif de fournir un procédé de détermination rapide (de l'ordre d'une minute) de l'état de charge d'une batterie, requérant de simples mesures de l'intensité et de la tension aux bornes de la dite batterie. A cet effet, l'invention vise un procédé de détermination de l'état de charge d'une batterie consistant, lors d'une stimulation de la dite batterie : - à procéder à des mesures successives de l'intensité et de la tension de façon à identifier au moins une phase spécifique de variations consistant : - soit en une phase de charge lente se caractérisant par une augmentation initiale du courant suivie d'une stabilisation de l'intensité et de la tension vers des valeurs, dites valeurs stabilisées, sensiblement constantes, - soit en une phase de décharge lente se caractérisant par une diminution initiale du courant suivie d'une stabilisation de l'intensité et de la tension vers des valeurs, dites valeurs stabilisées, sensiblement constantes, - soit en une phase de décharge brusque se caractérisant par un pic de diminution brusque du courant suivi d'une stabilisation par une oscillation de l'intensité et de la tension centrée sur des valeurs moyennes, dites valeurs stabilisées, ^ pour chaque phase spécifique de variations décelée, à relever les valeurs stabilisées Is, Vs de l'intensité et de la tension, et à déduire une valeur d'état de charge de la batterie à partir de la valeur de la tension à vide de la batterie V(EDC,T°) calculée par résolution itérative d'un modèle de la tension batterie comprenant : - la tension à vide de la batterie fonction du courant et de la température batterie - la chute ou l'élévation ohmique de tension (on notera Rint comme la résistance interne de la batterie) - la polarisation statique de la batterie, Vp(l, EdC, T), représentant une relation non linéaire entre le courant, l'état de charge, la température et la tension de la batterie - l'impact du profil d'utilisation passé de la batterie sur la tension actuellement mesurée. Le modèle représente cet impact par une polarisation estimé avant l'identification des phases susmentionnées (Vp_mem) et un facteur d'atténuation de cette polarisation (K). Le modèle de tension batterie peut se résumer par l'équation : Vs = V(EdC, T°) + Rint.ls + Vp(l, EdC, T°) + K.Vp_mem, ^ et à déterminer la valeur finale de l'état de charge (EdC) de la batterie à partir d'une moyenne des valeurs d'état de charge calculées pour chaque phase spécifique. Le procédé selon l'invention consiste donc à procéder à des mesures de l'intensité et de la tension aux bornes de la batterie durant une phase spécifique de courte durée ou plusieurs phases spécifiques de courte durée successives, et pour chaque phase spécifique, à résoudre, par une méthode itérative, une équation implicite non linéaire en vue de déterminer l'état de charge correspondant aux valeurs d'intensité et de tension mesurées. A titre d'exemple, une phase spécifique peut consister en une décharge lente résultant d'une stimulation due par exemple à la fermeture d'un interrupteur. Dans le cadre d'une batterie chargée à partir de l'énergie solaire, ces phases spécifiques peuvent correspondre à la charge lente et à la décharge lente de cette batterie. Dans le cadre d'une batterie équipant un véhicule automobile, les mesures des valeurs de l'intensité et de la tension sont avantageusement réalisées lors du démarrage du dit véhicule, au cours duquel se déroulent successivement une phase de décharge lente, une phase de décharge brusque et une phase de charge lente. Un tel procédé requiert donc simplement de disposer de capteurs de mesure usuels intégrant une électronique de traitement (capteurs IBS « intelligent battery sensors »), et d'implémenter un logiciel requérant une puissance de calcul raisonnable, en vue de la détermination de l'état de charge d'une batterie. De plus, du fait de la courte durée des phases spécifiques, la détermination de l'état de charge requiert une durée très limitée, dans la pratique de l'ordre de la minute. Selon un mode de mise en oeuvre avantageux de l'invention visant à parfaire la précision du procédé mis en oeuvre, lors de la détermination de la valeur finale de l'état de charge (EdC) de la batterie, on affecte à la valeur d'état de charge calculée pour chaque phase spécifique, charge lente, décharge lente et décharge brusque, un coefficient de pondération de valeur croissante avec la durée de la période de stabilisation de la dite phase spécifique. Par ailleurs, selon un autre mode de mise en oeuvre avantageux de l'invention, on mesure les valeurs Io, Vo de l'intensité et de la tension dans une phase initiale de repos de la batterie, de façon à calculer une valeur d'état de charge correspondant à la dite phase de repos, et à intégrer cette valeur d'état de charge lors de la détermination de la valeur finale de l'état de charge (EdC) de la batterie. De plus, en vue de la détermination de la valeur finale de l'état de charge (EdC) de la batterie, on affecte alors, avantageusement, à la valeur d'état de charge calculée lors de la phase de repos, un coefficient de pondération de valeur décroissante par rapport à la valeur de l'intensité mesurée Io. D'autres caractéristiques buts et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui suit en référence à la figure 1 annexée qui illustre à titre d'exemple non limitatif un exemple de mise en oeuvre d'un procédé selon l'invention. Le procédé selon l'invention vise à déterminer l'état de charge d'une batterie lors d'une stimulation de cette dernière. En l'exemple représenté, cette stimulation résulte de l'actionnement du démarreur d'un véhicule équipé de la batterie, engendré alors que cette batterie se trouve dans une phase initiale de repos, phase 0, et provoquant successivement : - une phase de décharge lente, phase 1, se caractérisant par une diminution initiale de la tension suivie d'une stabilisation de l'intensité et de la tension vers des valeurs stabilisées (V1, 11) sensiblement constantes, - une phase de décharge brusque, phase 2, se caractérisant par un pic de diminution brusque de l'intensité et de la tension suivi d'une stabilisation par une oscillation de l'intensité et de la tension centrée sur des valeurs moyennes stabilisées (V2, 12), - et une phase de charge lente, phase 3, se caractérisant par une augmentation initiale du courant suivie d'une stabilisation de l'intensité et de la tension vers des valeurs, dites valeurs stabilisées (V3, 13), sensiblement constantes. Le procédé de l'invention consiste, en premier lieu, à mesurer l'intensité Io et la tension Vo durant la phase initiale de repos, lors de la remise à zéro (reset) des capteurs de mesure, puis, lors de chaque phase de démarrage, à mesurer les valeurs stabilisées d'intensité I1-13 et de tension V1-V3 correspondantes. L'étape suivante consiste, pour chacune des phases, en fonction des valeurs mesurées Is, Vs, à déduire une valeur d'état de charge de la batterie à partir de la valeur de la tension à vide de la batterie V(EDC,T°) calculée par résolution itérative de l'équation : Vs = V(EdC, T°) + Rint.ls + Vp(l, EdC, T°) + K.Vp_mem, dans laquelle : - Rint résistance interne de la batterie calculée indépendamment selon par exemple la méthode de détermination décrite dans le brevet FR 2 845 482, - Vp(l, EdC, T°) tension de polarisation, - Vp_mem polarisation de la batterie avant démarrage, - K facteur d'atténuation. L'étape suivante consiste, pour chaque phase, initiale, décharge lente, décharge brusque et charge lente, à calculer un coefficient de pondération à affecter à la valeur de l'état de charge calculé pour la dite phase. De façon générale, selon l'invention, on affecte ainsi : - à la valeur d'état de charge calculée lors de la phase de repos, un coefficient de pondération de valeur décroissante par rapport à la valeur de l'intensité mesurée Io, - et à la valeur d'état de charge calculée pour chaque phase de démarrage, charge lente, décharge lente et décharge brusque, un coefficient de pondération de valeur croissante avec la durée de la période de stabilisation de la dite phase spécifique. En dernier lieu, le procédé selon l'invention consiste à déterminer la valeur finale de l'état de charge (EdC) de la batterie à partir d'une moyenne pondérée des 35 valeurs d'état de charge calculées pour les phases initiale et de démarrage. Un tel procédé consiste donc, à partir de mesures de l'intensité et de la tension aux bornes d'une batterie durant des phases spécifiques de courte durée, à résoudre, par une méthode itérative, une équation implicite non linéaire en vue de déterminer l'état de charge de cette batterie. REVENDICATIONS1] Procédé de détermination de l'état de charge d'une batterie, caractérisé en ce qu'il consiste, lors d'une stimulation de la dite batterie : ^ à procéder à des mesures successives de l'intensité et de la tension de façon à identifier au moins une phase spécifique de variations consistant : - soit en une phase de charge lente se caractérisant par une augmentation initiale du courant suivie d'une stabilisation de l'intensité et de la tension vers des valeurs, dites valeurs stabilisées, sensiblement constantes, - soit en une phase de décharge lente se caractérisant par une diminution initiale du courant suivie d'une stabilisation de l'intensité et de la tension vers des valeurs, dites valeurs stabilisées, sensiblement constantes, - soit en une phase de décharge brusque se caractérisant par un pic de diminution brusque du courant suivi d'une stabilisation par une oscillation de l'intensité et de la tension centrée sur des valeurs moyennes, dites valeurs stabilisées, ^ pour chaque phase spécifique de variations décelée, à relever les valeurs stabilisées Is, Vs de l'intensité et de la tension, et à déduire une valeur d'état de charge de la batterie à partir de la valeur de la tension à vide de la batterie V(EDC,T°) calculée par résolution itérative de l'équation : Vs = V(EdC, T°) + Rint.ls + Vp(l, EdC, T°) + K.Vp_mem, dans laquelle : - Rint résistance interne de la batterie, - Vp(l, EdC, T°) tension de polarisation, - Vp_mem polarisation de la batterie avant stimulation de la 25 batterie, - K facteur d'atténuation, - et à déterminer la valeur finale de l'état de charge (EdC) de la batterie à partir d'une moyenne des valeurs d'état de charge calculées pour chaque phase spécifique. 30 2] Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que, en vue de la détermination de la valeur finale de l'état de charge (EdC) de la batterie, on affecte à la valeur d'état de charge calculée pour chaque phase spécifique, charge lente, décharge lente et décharge brusque, un coefficient de pondération de valeur croissante avec la durée de la période de stabilisation de la dite phase spécifique. 3] Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que l'on mesure les valeurs Io, Vo de l'intensité et de la tension dans une phase initiale de repos de la batterie, de façon à calculer une valeur d'état de charge correspondant à la dite phase de repos, et à intégrer cette valeur d'état de charge lors de la détermination de la valeur finale de l'état de charge (EdC) de la batterie. 4] Procédé selon les revendications 2 et 3 prises ensemble caractérisé en ce que, en vue de la détermination de la valeur finale de l'état de charge (EdC) de la batterie, on affecte à la valeur d'état de charge calculée lors de la phase de repos, un coefficient de pondération de valeur décroissante par rapport à la valeur de l'intensité mesurée Io. 5] Procédé selon l'une des revendications 3 ou 4 de détermination de l'état de charge d'une batterie de véhicule automobile, caractérisé en ce que l'on mesure les valeurs de l'intensité et de la tension dans une phase initiale de repos de la batterie, puis lors du démarrage du dit véhicule, au cours duquel se déroulent successivement une phase de décharge lente, une phase de décharge brusque et une phase de charge lente.