FR2991104A1 - Procede et dispositif pour la desulfatation d'une batterie - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un procédé et un dispositif pour la désulfatation d'une batterie d'un véhicule comportant un module de recharge. Le procédé comprend les étapes suivantes : - la connexion (11) du module de recharge sur une source d'énergie externe au véhicule, - la décharge (12) de la batterie jusqu'à un premier seuil de charge prédéterminé, - la charge (13) de la batterie jusqu'à un deuxième seuil de charge prédéterminé.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF POUR LA DESULFATATION D'UNE BATTERIE L'invention concerne les batteries de véhicules et plus particulièrement la désulfatation de ces batteries.
On appelle sulfatation d'une batterie d'accumulateurs au plomb, l'accumulation de sulfate de plomb sur ses électrodes. Ce phénomène apparait naturellement à chaque décharge de batterie. Mais il ne disparait que partiellement lors d'une recharge. En effet, de nombreux facteurs, dont la température, empêchent la batterie de revenir à son état initial. Dès lors, des ilots stables de sulfate de plomb apparaissent et ne sont plus dissouts lors de la charge suivante. Le sulfate de plomb qui s'accumule sur les électrodes diminue la capacité de la batterie en empêchant les réactions sur l'électrode. Au bout d'un certain temps, les performances de la batterie ne permettent plus démarrer le véhicule et occasionnent généralement une panne batterie.
On connait déjà des méthodes de désulfatation de batterie 12V au plomb dans les véhicules conventionnels. Cependant, ces méthodes ne donnent pas entière satisfaction. En effet, elles doivent satisfaire aux exigences suivantes : - maintenir l'état de charge de la batterie dans une plage relativement restreinte pour garantir le démarrage du moteur thermique à la prochaine mise en action, y compris dans des conditions thermiques défavorables, - maintenir la tension d'alimentation du réseau de bord dans une plage garantissant le fonctionnement et les performances des équipements électriques reliés au réseau de bord 12V. Les profils de décharge/charge de batterie spécifiques à la désulfatation, sont généralement incompatibles de ces deux exigences. La phase de désulfatation est selon l'art connu essentiellement réalisée durant des phases de roulages stabilisés durant lesquelles la stratégie de désulfatation est autorisée. Mais la désulfatation réalisée en conditions de roulage est trop contrainte par le maintien des prestations du réseau de bord pour parvenir à un résultat optimal.
L'invention a donc pour but de remédier aux inconvénients précités et de proposer un procédé de désulfatation amélioré permettant de réduire sensiblement le sulfate de plomb dans une batterie. Elle propose plus précisément à cet effet un procédé pour la désulfatation d'une batterie d'un véhicule comportant un module de recharge, comprenant les étapes suivantes : la connexion du module de recharge sur une source d'énergie externe au véhicule, la décharge de la batterie jusqu'à un premier seuil de charge prédéterminé, la charge de la batterie jusqu'à un deuxième seuil de charge prédéterminé. En améliorant l'efficacité de la désulfatation, l'invention permet de maintenir dans le temps les performances énergétiques des batteries acide-plomb (courant d'acceptance de charge, capacité à fournir une tension sous un courant, etc.) et de réduire ainsi le nombre de pannes liées aux batteries.
L'invention permet aussi de réduire les émissions de CO2 du véhicule car la charge de désulfatation utilise l'énergie prélevée de la source extérieure et non le carburant du véhicule comme dans l'état de la technique. Avec l'invention, la désulfatation de la batterie est réalisée pendant une phase de recharge, lorsque le client ne sollicite pas son véhicule. Le temps de recharge global augmentant légèrement, l'opération est quasiment transparente pour l'utilisateur du véhicule, en particulier si le procédé est appliqué en heures creuses, la nuit par exemple. Selon l'état de la technique, une phase de roulage du véhicule commence par le maintien de l'état de charge voire une charge de la batterie à l'aide d'un générateur électrique de type alternateur. En utilisant l'invention, la charge de désulfatation aura permis de charger la batterie jusqu'à un seuil élevé qui permet de commencer un roulage sans avoir à recharger la batterie et de fait, d'économiser de l'énergie fossile. Avantageusement, l'étape de charge de la batterie comporte une première phase de recharge en tension au cours de laquelle la tension de charge varie et une deuxième phase de recharge en courant au cours de laquelle l'intensité de charge varie. Avantageusement, le véhicule comprend un réseau de bord relié à la batterie et alimentant électriquement une pluralité équipements consommateurs d'énergie électrique, le procédé comprenant en outre une étape de déconnexion du réseau de bord de façon à isoler électriquement les équipements de la batterie. Avantageusement, l'étape de décharge de la batterie comporte une limite temporelle jusqu'à un premier seuil temporel, l'étape de charge de la batterie comporte une limite temporelle jusqu'à un deuxième seuil temporel.
Avantageusement, le véhicule comportant une deuxième batterie destinée à alimenter des moyens de traction du véhicule, ledit procédé comporte en outre une étape de recharge de la deuxième batterie. Avantageusement, le procédé pour la désulfatation d'une batterie comprend en outre une étape de mise en température de la deuxième batterie à une température prédéterminée. Avantageusement, le procédé pour la désulfatation d'une batterie comprend en outre une étape consistant à déterminer si une recharge de la deuxième batterie est programmée et, dans l'affirmative à l'attente de l'heure à laquelle la recharge est programmé, sinon à recharger directement la deuxième batterie. L'invention concerne un dispositif pour la désulfatation d'une batterie caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de mise en oeuvre du procédé selon l'invention. L'invention concerne aussi un réseau électrique d'un véhicule caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif pour la désulfatation d'une batterie selon l'invention et des moyens pour déconnecter le réseau de bord de la batterie. L'invention concerne aussi un véhicule comportant un réseau électrique selon l'invention.
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 montre un diagramme des étapes du procédé selon l'invention ; la figure 2 illustre un diagramme des étapes d'une variante du procédé selon l'invention ; - la figure 3 illustre un profil de décharge et de charge de désulfatation ; - la figure 4 illustre un exemple de réseau électrique d'un véhicule selon l'invention ; la figure 5 illustre une courbe de charge d'une batterie basse tension et une courbe de charge d'une batterie très basse tension. Les dessins annexés pourront non seulement servir à compléter l'invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant. L'invention concerne un procédé pour la désulfatation d'une batterie d'un véhicule. L'invention s'applique à n'importe quel véhicule comportant un module de recharge destinée à être connecté à une source d'énergie externe telle qu'une borne de recharge ou une prise secteur. Le module comporte par exemple une prise destinée à être branchée sur la source d'énergie, l'énergie électrique étant alors transportée par un câble d'alimentation. De façon alternative, l'énergie électrique est transférée depuis la source vers le module de recharge par induction. Cette batterie, dite de servitude, appelée batterie TBT (pour Très Basse Tension) dans la suite de la description, alimente généralement le démarreur et le réseau de bord du véhicule. L'invention s'applique plus particulièrement, mais pas uniquement, à des véhicules électriques et hybrides, ces derniers comportant un moteur thermique et un moteur électrique. Les véhicules électriques et hybrides comportent au moins une batterie supplémentaire destinée à alimenter le moteur électrique. Cette batterie, dite de traction, est appelée batterie BT (pour Basse Tension) dans le reste de la description. En référence à la figure 4, un réseau électrique d'un véhicule 40 comporte un convertisseur de puissance 42 destiné à être relié à une alimentation extérieure 41 via le module de recharge et permettant de recharger la batterie BT et la batterie TBT. Le réseau de bord 44 est relié à la batterie 43 et alimente électriquement une pluralité d'équipements consommateurs d'énergie électrique. Le réseau électrique comporte des moyens pour déconnecter 46 le réseau de bord 44 de la batterie 43. Il s'agit par exemple d'un relais ou d'un transistor de puissance. Lorsque le réseau de bord 44 est déconnecté de la batterie 43, il est directement alimenté par le convertisseur de puissance 42, en particulier si le réseau de bord comprend un calculateur chargé de superviser la recharge du véhicule. Le procédé selon l'invention comprend les étapes suivantes : - la connexion 11 du module de recharge sur une source d'énergie externe au véhicule, - la décharge 12 de la batterie, depuis son seuil de charge courant (noté sur la figure 3 SOC initial), jusqu'à un premier seuil de charge SC1 prédéterminé, - la charge 13 de la batterie jusqu'à un deuxième seuil SC2 de charge prédéterminé. Le premier seuil de charge prédéterminé SC1 (noté sur la figure 3 SOC desulf. min), appelé « décharge de désulfatation » est par exemple de l'ordre de 40% de la capacité totale de la batterie et le deuxième seuil SC2 (noté sur la figure 3 SOC desulf. max) de charge est par exemple de l'ordre de 95%. Selon un perfectionnement de l'invention, l'étape de décharge 12 comporte une activation d'équipements consommateurs d'énergie électrique, par exemple une bougie de préchauffage, une résistance chauffante, ou un système de réfrigération de la batterie de traction, de façon à accélérer la décharge de la batterie. Si la batterie est usagée, il est possible que l'un et/ou l'autre des deux seuils SC1, SC2 ne soient plus atteignables. Pour pallier à ce problème, l'étape de décharge 12 de la batterie comporte une limite temporelle jusqu'à un premier seuil temporel ST1 et l'étape de charge 13 de la batterie comporte une limite temporelle jusqu'à un deuxième seuil temporel ST2. Les deux seuils sont par exemple de l'ordre de trente minutes. L'étape de décharge 12 (respectivement de charge 13) de la batterie s'arrête alors lorsque l'un des deux seuils SC1, ST1 (respectivement SC2, ST2) est atteint. Selon une caractéristique de l'invention, l'étape de charge 13 de la batterie comporte une première phase 13.1 de recharge en tension au cours de laquelle la recharge est pilotée en tension et une deuxième phase 13.2 de recharge en courant au cours de laquelle le recharge est pilotée en courant. Cette caractéristique permet d'améliorer la désulfatation.
Au cours de la première phase 13.1, la tension de charge varie selon des oscillations dont l'amplitude est par exemple de l'ordre de 4V. Au cours de la deuxième phase 13.2, l'intensité (ou courant de charge) varie selon des oscillations dont l'amplitude est par exemple de l'ordre de 3A. La figure 3 illustre un profil de décharge et de charge de désulfatation ainsi qu'une courbe représentant l'état de charge de la batterie BT en fonction du temps. Les variations de tension et d'intensité peuvent endommager les équipements reliés à la batterie via le réseau de bord 44. Comme la désulfatation à lieu lors de la connexion du véhicule sur une source d'alimentation externe 41, c'est-à-dire hors d'une phase de roulage du véhicule, le réseau de bord 44 peut être déconnecté de la batterie TBT pour éviter l'endommagement des équipements embarqués. Le procédé comprend alors une étape de déconnexion 24 du réseau de bord 44 de façon à isoler électriquement les équipements de la batterie TBT 43. Cette étape est réalisée en actionnant les moyens de déconnexion 46. Si le véhicule comporte une deuxième batterie, c'est-à-dire une batterie BT, le procédé comporte alors une étape de recharge 22 de la batterie BT 45. De façon avantageuse, le procédé comporte en outre une étape de mise en température 21 de la batterie BT 45 à une température prédéterminée avant l'étape de recharge 22. Par exemple, pour une batterie Lithium Ion, la plage de température de fonctionnement nominale est comprise entre 20°C et 45°C. La température prédéterminée est par exemple de 30°C. L'étape de mise en température 21 comprend par exemple l'activation de moyens de chauffage (par exemple des résistances chauffantes) ou de refroidissement pour modifier la température de la batterie BT 45. Dans le cas où le véhicule dispose de moyens permettant de programmer un horaire spécifique pour la recharge de la batterie, par exemple pour faire coïncider la recharge avec un tarif réduit d'heures creuses du fournisseur d'électricité, le procédé comporte une étape consistant à déterminer 23 si une recharge de la batterie BT 45 est programmée.
Si une recharge est programmée alors le procédé attend l'heure à laquelle la recharge est programmée pour procéder à la recharge, sinon le rechargement est effectué directement. Si une personne débranche le véhicule lorsque l'état de charge de la batterie TBT est trop bas pour permettre au moteur thermique de démarrer avec un démarreur classique, alors un message est affiché au conducteur qui a alors deux possibilités : - Soit il rebranche son véhicule et le processus de désulfatation est interrompu et priorité est donnée à la recharge de la batterie TBT jusqu'à pouvoir permettre le démarrage du moteur thermique. - Soit il attend que la batterie TBT soit à minima rechargée en priorité à partir de l'énergie stockée dans la batterie BT. La figure 5 illustre une courbe 52 de charge de la batterie BT et une courbe 51 de charge de la batterie TBT dans le cas où la source d'énergie externe ne permet pas le rechargement simultané des deux batteries. C'est le cas d'une prise secteur conventionnelle limitée à 13 A. L'axe des abscisses est un axe temporel. L'axe des ordonnées correspond à un niveau de charge. La première portion A de graphique, au cours de laquelle les niveaux de charge de deux batteries sont constants, correspond à l'étape d'attente 23 du procédé.
La deuxième portion B de graphique, au cours de laquelle le niveau de charge de la batterie BT est constant et le niveau de charge de la batterie TBT décroit, correspond à l'exécution simultanée de l'étape de mise en température 21 de la batterie BT et de l'étape de décharge 12 de la batterie TBT.
La troisième portion C de graphique, au cours de laquelle le niveau de charge de la batterie BT augmente et le niveau de charge de la batterie TBT décroit, correspond à l'exécution simultanée de l'étape de charge 22 de la batterie BT et de l'étape de décharge 12 de la batterie TBT. La quatrième portion D de graphique, au cours de laquelle le niveau de charge de la batterie BT augmente et le niveau de charge de la batterie TBT reste constant, correspond à l'exécution simultanée de l'étape de charge 22 de la batterie BT et d'une étape 53 de maintien au seuil de charge prédéterminé de la batterie TBT. La cinquième portion E de graphique, au cours de laquelle le niveau de charge de la batterie BT est constant et le niveau de charge de la batterie TBT augmente, correspond à l'exécution de l'étape de charge 13 de la batterie TBT une fois que l'étape de charge 22 de la batterie BT est terminée. Avantageusement, le procédé comporte une étape préalable permettant de déterminer si la source d'énergie externe permet le rechargement simultané des deux batteries. Le dispositif de recharge, par exemple un chargeur, identifie l'intensité maximale du courant qu'il peut prélever à la source d'énergie électrique extérieure. Dans cet exemple, on suppose que la source d'énergie externe ne permet pas le rechargement simultané des deux batteries. C'est le cas d'une prise secteur conventionnelle limitée à 13 A. Le procédé comporte alors une étape d'attente 53 au cours de laquelle le niveau de charge de la batterie TBT est maintenu constant dans l'attente de la fin de la charge de la batterie BT. L'étape d'attente 53 peut se dérouler avant ou après l'étape de décharge 12. Si la source d'énergie externe permet le rechargement simultané des deux batteries alors l'étape de charge 22 de la batterie BT et celle 13 de la batterie TBT peuvent se dérouler de façon simultanée.
Comme il est difficile de mesurer précisément l'état de sulfatation d'une batterie, le dispositif selon l'invention comporte un module pour programmer des désulfatations préventives et périodiques, par exemple une fois par semaine. L'invention concerne aussi un dispositif comportant des moyens de mise en oeuvre du procédé. Le dispositif est par exemple un calculateur embarqué du véhicule comportant un module logiciel mettant en oeuvre le procédé selon l'invention.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé pour la désulfatation d'une batterie (43) d'un véhicule (40) comportant un module de recharge, comprenant les étapes suivantes : la connexion (11) du module de recharge sur une source d'énergie externe au véhicule, la décharge (12) de la batterie jusqu'à un premier seuil de charge prédéterminé, la charge (13) de la batterie jusqu'à un deuxième seuil de charge prédéterminé.
  2. 2. Procédé pour la désulfatation d'une batterie selon la revendication 1, dans lequel l'étape de charge (13) de la batterie comporte une première phase (13.1) de recharge en tension au cours de laquelle la tension de charge varie et une deuxième phase (13.2) de recharge en courant au cours de laquelle l'intensité de charge varie.
  3. 3. Procédé pour la désulfatation d'une batterie selon la revendication 2, le véhicule (40) comprenant un réseau de bord (44) relié à la batterie (43) et alimentant électriquement une pluralité équipements consommateurs d'énergie électrique, le procédé comprenant en outre une étape de déconnexion (24) du réseau de bord (44) de façon à isoler électriquement les équipements de la batterie (43).
  4. 4. Procédé pour la désulfatation d'une batterie selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l'étape de décharge (12) de la batterie comporte une limite temporelle jusqu'à un premier seuil temporel, l'étape de charge (13) de la batterie comporte une limite temporelle jusqu'à un deuxième seuil temporel.
  5. 5. Procédé pour la désulfatation d'une batterie selon l'une quelconque des 2 99 1104 10 revendications précédentes, le véhicule comportant une deuxième batterie (45) destinée à alimenter des moyens de traction du véhicule, ledit procédé comportant en outre une étape de recharge (22) de la deuxième batterie (45). 5
  6. 6. Procédé pour la désulfatation d'une batterie selon la revendication 5, comprenant en outre une étape de mise en température (21) de la deuxième batterie (45) à une température prédéterminée.
  7. 7. Procédé pour la désulfatation d'une batterie selon l'une des revendications 10 5 ou 6, comprenant en outre une étape consistant à déterminer (23) si une recharge de la deuxième batterie (45) est programmée et, dans l'affirmative à l'attente de l'heure à laquelle la recharge est programmé, sinon à recharger directement la deuxième batterie (45). 15
  8. 8. Dispositif pour la désulfatation d'une batterie caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 7.
  9. 9. Réseau électrique d'un véhicule (40) caractérisé en ce qu'il comporte un 20 dispositif pour la désulfatation d'une batterie selon la revendication 8 et des moyens pour déconnecter (46) le réseau de bord (44) de la batterie (43).
  10. 10. Véhicule comportant un réseau électrique selon la revendication 9.
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