Brevet FR2985093A1 — publié le 20130628

DISPOSITIF DE MESURE EXTERNE DE LA CAPACI TE D'UNE BATTERI E DE VEH I CULE ELECTRI QUE L'invention se rapporte à un dispositif de mesure externe de la 5 capacité résiduelle d'une batterie de véhicule automobile. Initialement, une batterie de véhicule est conçue pour stocker une quantité d'énergie donnée. Or, au cours du temps, la batterie a tendance à se dégrader progressivement, avec pour conséquence majeure, une réduction de sa capacité maximale de stockage d'énergie, cette réduction influant directement sur l'autonomie du 10 véhicule. Il est donc important de connaitre, avec précision, la capacité résiduelle de stockage d'une batterie, afin d'évaluer la distance que le véhicule est en mesure de parcourir lorsque la batterie est complètement chargée. L'invention se rapporte à un dispositif amélioré de mesure de cette capacité résiduelle, et au procédé associé. 15 Habituellement, cette mesure de capacité peut-être réalisée par un système électronique embarqué BMS, pour Battery Management System. Il s'avère qu'un tel calculateur propose des mesures assez imprécises, avec une incertitude pouvant atteindre jusqu'à 10%, et ce, en raison des capacités limitées du capteur à courant faible, associé à ce calculateur. En effet, un tel 20 capteur génère une incertitude de 1 à 2A sur l'intensité d'un courant de charge de 8A. De telles imprécisions rendent les mesures de la capacité maximale de stockage de la batterie, peu fiables et donc peu exploitables. Un dispositif de mesure selon l'invention, permet de déterminer avec précision la capacité résiduelle d'une batterie depuis l'extérieur du véhicule, 25 lors, par exemple, d'une opération de maintenance. En effet, ce dispositif met en oeuvre un module de connexion permettant d'accéder directement au circuit de la batterie, depuis l'extérieur du véhicule, afin de connecter audit circuit devenu accessible, un appareillage adapté pour une détermination précise et fiable de la mesure de la capacité résiduelle de la batterie. 30 Autrement dit, ce module de connexion constitue une prolongation externe du circuit électrique de la batterie, sur laquelle il devient possible de connecter un appareillage performant pour procéder à la détermination de la capacité résiduelle de la batterie. Il est à préciser que ce module de connexion vient se brancher sur le véhicule, à un emplacement nouveau ou préexistant, prévu à cet effet. L'invention a pour objet un dispositif de mesure de la capacité résiduelle d'une batterie de véhicule automobile, comprenant un module de connexion, un moyen de mesure et un moyen de traitement de données connecté audit moyen de mesure. La principale caractéristique d'un dispositif selon l'invention, est que le module de connexion comporte au moins un premier connecteur et au moins un câble électrique, le premier connecteur possédant des moyens de connexion au circuit de la batterie dudit véhicule, le moyen de mesure étant relié au câble. De cette manière, par l'intermédiaire de chaque câble relié au connecteur, il est rendu possible de solidariser un moyen de traitement de données adapté, pour réaliser une détermination fiable et précise de la capacité résiduelle de la batterie. Le moyen de mesure et le moyen de traitement sont indépendants du véhicule, et peuvent donc être choisis parmi les appareillages les plus performants pour réaliser une détermination rigoureuse et précise de la capacité résiduelle de la batterie. Autrement dit, un tel dispositif de mesure offre un point de connexion au circuit de la batterie, qui est extérieur au véhicule, pour pouvoir connecter un appareillage de mesure et de traitement de données, qui soit adapté à une détermination précise de la capacité résiduelle de la batterie. Le module de connexion est amené à venir se fixer au véhicule par l'intermédiaire du premier connecteur, pour constituer un circuit électrique avec la batterie. Le dispositif de mesure selon l'invention, est fixé de façon temporaire au véhicule, le temps de réaliser les mesures et déterminations voulues, et qu'il est ensuite retiré pour les phases de roulage courantes dudit véhicule. Avantageusement, le dispositif de mesure comporte un deuxième connecteur, le premier et le deuxième connecteurs étant reliés entre eux par deux câbles électrique se rejoignant dans le deuxième connecteur pour constituer un circuit électrique avec la batterie dudit véhicule, ladite jonction s'effectuant par l'intermédiaire d'un fusible placé dans le deuxième connecteur. De cette manière, les deux câbles électriques ainsi que leur liaison dans le deuxième connecteur, constitue une boucle ouverte d'un circuit électrique, apte à venir se connecter aux bornes de la batterie pour former un circuit électrique. De façon préférentielle, les deux câbles sont accessibles depuis 5 l'extérieur desdits connecteurs. L'un des objectifs de l'invention étant de pouvoir connecter un appareillage performant sur le circuit de la batterie, pour mesurer le courant et déterminer avec précision la capacité résiduelle de la batterie, il est souhaitable de pouvoir accéder facilement et directement aux câbles reliant les deux connecteurs du module. Cette accessibilité est directe 10 et s'effectue sans outillage particulier ni manipulation compliquée. Avantageusement, les deux câbles reliant les deux connecteurs sont dépourvus de blindage. De façon avantageuse, les deux câbles sont constitués par un câble amont destiné à acheminer le courant depuis la batterie et par un câble aval 15 apte à retourner le courant vers ladite batterie, un capteur de courant étant placé autour de l'un desdits câbles et le moyen de traitement de données étant relié audit capteur. Le capteur de courant permet de mesurer la tension du courant circulant dans le câble autour duquel il est agencé. Cette mesure est facilitée lorsque les câbles en question sont dépourvus de blindage. 20 De façon préférentielle, le capteur est placé autour de l'un des deux câbles, entre les deux connecteurs. Préférentiellement, le capteur de courant est alimenté avec un courant de 12 Volts. De façon préférentielle, le capteur de courant est relié au moyen de 25 traitement de données par l'intermédiaire d'une connexion filaire. Selon un deuxième mode de réalisation préféré d'un dispositif selon l'invention, le deuxième connecteur est un boitier de protection, comprenant le fusible haute tension et le capteur de courant placé autour de l'un desdits câbles dans ledit boitier. Il s'agit d'une variante de réalisation pour laquelle le deuxième connecteur a une fonction de protection et recouvre à la fois le fusible et le capteur de courant. De cette manière, la connexion dudit capteur de mesure du courant avec le moyen de traitement de données est préétablie. L'invention se rapporte également à un procédé de montage d'un dispositif de mesure conforme à l'invention, sur un véhicule équipé d'une batterie électrique et d'un connecteur de sécurité relié à ladite batterie. La principale caractéristique technique d'un dispositif de montage selon l'invention, est qu'il comprend les étapes suivantes : - Retrait du connecteur de sécurité, Insertion du premier connecteur du dispositif de mesure, à l'emplacement du connecteur de sécurité, le deuxième connecteur se retrouvant à l'extérieur du véhicule, et les câbles reliant le premier et le deuxième connecteur étant accessibles depuis l'extérieur du véhicule, - Mise en oeuvre de la liaison entre le capteur de courant et le moyen de traitement de données situé à l'extérieur du véhicule, De cette manière, en utilisant une prise de courant déjà présente sur le véhicule automobile, il n'est pas nécessaire de faire subir au véhicule des modifications structurelles importantes, pour pouvoir connecter le dispositif de mesure selon l'invention. La seule contrainte liée à la fabrication du dispositif de mesure selon l'invention, est de dimensionner le premier connecteur, de manière à ce qu'il soit compatible avec la géométrie et les dimensions de la prise réservée au connecteur de sécurité. Une fois le procédé de montage accompli, le procédé de mesure de la capacité résiduelle de la batterie peut alors être mis en oeuvre. L'invention a donc également pour objet, un procédé de mesure de la capacité résiduelle d'une batterie de véhicule incluant les étapes du procédé de montage selon l'invention. La principale caractéristique technique d'un procédé de mesure selon l'invention, est qu'il comprend en outre les étapes suivantes : - Une première étape de décharge complète de la batterie, - Une première étape de relaxation de la batterie déchargée, - Une étape de mesure des tensions aux bornes de la batterie, - Une étape de charge progressive au cours de laquelle des mesures de courant sont effectuées, - Une deuxième étape de relaxation de la batterie chargée, - Une deuxième étape de mesure des tensions aux bornes de la batterie à la fin de la phase de relaxation, - Une étape de calcul de la capacité résiduelle de la batterie. Les deux étapes de relaxation de la batterie sont nécessaires, afin de na pas biaiser les mesures. En effet, il faut un certain temps à la batterie pour éliminer les courants de fuite, qui sont susceptibles de fausser les mesures. Toutes les mesures de tension sont effectuées avec un dispositif de mesure selon l'invention et l'ultime étape de calcul est réalisée par le moyen de traitement de données. Avantageusement, l'étape de calcul de la capacité résiduelle de la batterie s'effectue à partir de la formule : fin f idt Qmax BSOC fin - BSOCini Où Qmax est la capacité résiduelle à l'instant de la mesure, i est le courant qui est intégré au cours du temps et BSOC, comme Battery State Of Charge désigne l'état de charge de la batterie en circuit ouvert. Les diminutifs « ini » et « fin » correspondent aux moments de la mesure de la tension, c'est-à-dire au début de la phase de charge de la batterie pour « ini » et à la fin de la phase de relaxation pour « fin ». Il existe une relation bijective connue de l'utilisateur entre la valeur du BSOC et celle de la tension en circuit ouvert. Les dispositifs de mesure selon l'invention présentent le double avantage d'être dimensionnés pour venir s'enficher dans une prise déjà 5 existante du véhicule, et pour permettre de faire émerger, à l'extérieur du véhicule, une partie du circuit électrique de la batterie, pour pouvoir connecter un appareillage de mesure et de traitement de données, performant et précis. Ils ont de plus l'avantage d'être de conception simple et d'être peu encombrants, facilitant ainsi leur mis en oeuvre dans un espace restreint. 10 Enfin, leur géométrie simple associée à l'utilisation de matériaux simples les rend peu coûteux. On donne ci-après une description détaillée de deux modes de réalisation préférés d'un dispositif de mesure selon l'invention, d'un procédé de montage d'un tel dispositif sur un véhicule automobile, et d'un procédé de 15 mesures, en se référant aux figures 1 à 4. - La figure 1 est une vue simplifiée d'un premier mode de réalisation préféré d'un dispositif de mesure selon l'invention, - La figure 2 est une vue en perspective d'un connecteur de sécurité d'un véhicule électrique selon l'état de la technique, 20 La figure 3 est un diagramme donnant la tension aux bornes de la batterie au cours du temps, lors des différentes étapes d'un procédé de mesure selon l'invention, - La figure 4 est une vue simplifiée d'un deuxième mode de réalisation préféré d'un dispositif de mesure selon l'invention. 25 Un premier mode de réalisation d'un dispositif de mesure 1 selon l'invention, comprend un module de connexion comportant un premier connecteur 2 et un deuxième connecteur 3 reliés entre eux par deux câbles 4,5 électriques, et un moyen 6 de traitement des données. Les deux câbles 4,5 sont dépourvus de blindage et sont reliés entre eux dans le deuxième connecteur 3, par l'intermédiaire d'un fusible 7 haute tension. Les deux connecteurs 2,3 du module sont agencés entre eux de manière à ce que les deux câbles 4,5 soient accessibles depuis l'extérieur du dispositif 1. Autrement dit, le dispositif de mesure 1 selon l'invention, favorise une possible connexion 5 électrique directe d'un objet extérieur avec au moins l'un des deux câbles 4,5. Le connecteur 1 comprend des moyens de fixation pour venir se connecter au circuit de la batterie. L'un des deux câbles 4,5 est entouré par un capteur 8 de courant, alimenté par un courant de 12V, ledit capteur 8 étant relié au moyen de traitement par une connexion filaire 9. Un tel capteur 8 placé autour d'un 10 câble sans blindage, permet une mesure précise du courant haute tension circulant dans ledit câble 4,5 haute tension. En se référant aux figures 1 et 2, un procédé de montage d'un dispositif de mesure selon l'invention, sur un véhicule équipé d'une batterie électrique et d'un connecteur de sécurité 10 relié à ladite batterie, comprend 15 les étapes suivants, Retrait du connecteur de sécurité 10. En se référant à la figure 2, un connecteur de sécurité 10 appelé encore service-plug, est habituellement enfiché dans une prise 11 du véhicule afin d'isoler le circuit électrique de la batterie, pour permettre à un 20 opérateur d'intervenir sur le véhicule sans risque d'être électrocuté. Insertion du premier connecteur 2 du dispositif 1 de mesure, dans la prise 11 du véhicule connecteur 2 de sécurité, 25 retrouvant à l'extérieur 12 du le premier 2 et le deuxième depuis l'extérieur du véhicule. est implanté dans le véhicule, laissée vacante par le retrait du le deuxième connecteur 3 se véhicule, et les câbles 4,5 reliant 3 connecteurs étant accessibles Lorsque le dispositif 1 de mesure il ferme le circuit électrique de la batterie. Dans cette configuration, un câble 4 achemine le 30 courant depuis la batterie vers le deuxième connecteur 3, en passant par le premier connecteur 2, l'autre câble 5 permettant de retourner le courant vers la batterie depuis le deuxième connecteur 3, en passant également par le premier connecteur 2. Mise en oeuvre de la liaison filaire 9 entre le capteur 8 de courant et le moyen 6 de traitement de données situé à l'extérieur du véhicule. En effet, ce moyen de traitement est indépendant du véhicule et peut se retrouver à distance du véhicule lors du montage du dispositif de mesure 1 sur le véhicule. En se référant à la figure 3, une fois que tous les éléments constitutifs du dispositif 1 ont été positionnés à leur emplacement requis, et qu'ils ont été connectés les uns aux autres de façon adaptée, le procédé de mesure peut alors être lancé. Un tel procédé de mesures comprend, dans l'ordre, les étapes suivantes : - Une étape (A) de décharge complète de la batterie, - Une étape (B) de relaxation de la batterie déchargée, Une étape de mesure de la tension aux bornes de la batterie à la fin de l'étape (B) de relaxation, au moyen du dispositif 1 selon l'invention, - Une étape (C) de charge progressive au cours de laquelle des mesures de courant sont effectuées, - Une deuxième étape (D) de relaxation de la batterie chargée, Une étape de mesure de la tension aux bornes de la batterie à la fin de la deuxième étape (D) de relaxation, au moyen du dispositif 1 de mesure selon l'invention, - Une étape de calcul de la capacité résiduelle de la batterie par l'intermédiaire du moyen (6) de traitement des données. Préférentiellement, la capacité résiduelle de la batterie est calculée à partir de la formule : fin f idt ini Q max BSOC fin - BSOCini Où Qmax est la capacité résiduelle à l'instant de la mesure, i est le courant qui est intégré au cours du temps et BSOC, comme Battery State Of Charge, désigne l'état de charge de la batterie en circuit ouvert. Les diminutifs « ini » et « fin » correspondent aux moments de la mesure de la tension, c'est-à-dire au début de la phase de charge de la batterie pour « ini » et à la fin de la phase de relaxation pour « fin ». En se référant à la figure 4, un deuxième mode 100 de réalisation préféré d'un dispositif de mesure selon l'invention se différencie du premier mode de réalisation préféré 1 précédemment décrit, en ce que le deuxième connecteur 3 est remplacé par un boitier 101 de protection permettant de faire la jonction entre les deux câbles 4,5 par l'intermédiaire d'un fusible 7 haute tension. L'autre différence majeure avec le premier mode de réalisation préféré, est que dans le deuxième mode 100 de réalisation préféré, le capteur 8 de courant est directement inséré dans ledit boitier 101de protection, autour de l'un des deux câbles 4,5 haute tension. L'avantage de ce deuxième mode de réalisation est que le boitier 101 protège bien les différentes connexions électriques. REVENDICATIONS1. Dispositif de mesure (1,100) de la capacité résiduelle d'une batterie de véhicule automobile, comprenant un module de connexion, un moyen de mesure (8) et un moyen de traitement de données (6) connecté audit moyen de mesure (8), caractérisé en ce que le module de connexion comporte au moins un premier connecteur (2) et au moins un câble électrique (4,5), le premier connecteur (2) possédant des moyens de connexion au circuit de la batterie dudit véhicule, et en ce que le moyen de mesure (8) est relié au câble (4,5). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un deuxième connecteur (3,101), le premier (2) et le deuxième (3) connecteurs étant reliés entre eux par deux câbles électrique (4,5) se rejoignant dans le deuxième connecteur (3,101) pour constituer un circuit électrique avec la batterie dudit véhicule, et en ce que ladite jonction s'effectue par l'intermédiaire d'un fusible (7) placé dans le deuxième connecteur (3,101). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deux câbles (4,5) sont accessibles depuis l'extérieur desdits connecteurs (2, 3, 101). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les deux câbles (4,5) reliant les deux connecteurs (2, 3, 101) sont dépourvus de blindage. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les deux câbles (4,5) sont constitués par un câble (4) amont destiné à acheminer le courant depuis la batterie et par un câble aval (5) apte à retourner le courant vers ladite batterie, et en ce qu'un capteur (8) de courant est placé autour de l'un desdits câbles (4,5), le moyen (6) de traitement de données étant relié audit capteur (8). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le capteur (8) est placé autour de l'un des deux câbles (4,5) entre les deux connecteurs (2,3). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que le capteur (8) de courant est relié au moyen (6) de traitement de données par l'intermédiaire d'une connexion filaire (9). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 ou 7, caractérisé en ce que le deuxième connecteur (101) est un boitier de protection comprenant le fusible (7) haute tension et le capteur (8) de courant placé autour de l'un desdits câbles (4,5) dans ledit boitier (101). 9. Procédé de montage d'un dispositif de mesure conforme à l'une quelconque des revendications 2 à 8, sur un véhicule équipé d'une batterie électrique et d'un connecteur de sécurité (10) relié à ladite batterie, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivants, - Retrait du connecteur de sécurité (10), Insertion du premier connecteur (2) du dispositif de mesure, à l'emplacement du connecteur (10) de sécurité, le deuxième connecteur (3) se retrouvant à l'extérieur du véhicule, et les câbles (4,5) reliant le premier (2) et le deuxième (3) connecteur étant accessibles depuis l'extérieur du véhicule, Mise en oeuvre de la liaison entre le capteur (8) de courant et le moyen (6) de traitement de données situé à l'extérieur du véhicule. 10. Procédé de mesure de la capacité résiduelle d'une batterie de véhicule incluant les étapes du procédé de montage selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend en outre les étapes suivantes : - Une étape de décharge complète de la batterie,- Une première étape de relaxation de la batterie déchargée, - Une première étape de mesure de la tension aux bornes de la batterie à la fin de la première étape de relaxation, - Une étape de charge progressive au cours de laquelle des mesures de courant sont effectuées, - Une deuxième étape de relaxation de la batterie chargée, - Une deuxième étape de mesure de la tension aux bornes de la batterie à la fin de la deuxième étape de relaxation, - Une étape de calcul de la capacité résiduelle de la batterie. 11.Procédé de mesure selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'étape de calcul de la capacité résiduelle de la batterie s'effectue à fin f idt ini Q max BSOC fin - BSOCini partir de la formule :