FR3104265A1

FR3104265A1 - Procédé d’évaluation de l’état de charge d’une batterie.

Info

Publication number: FR3104265A1
Application number: FR1913886A
Authority: FR
Inventors: Gerard Saint-Leger
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2019-12-06
Filing date: 2019-12-06
Publication date: 2021-06-11
Anticipated expiration: 2039-12-06
Also published as: FR3104265B1

Abstract

Procédé d’évaluation de l’état de charge d’une batterie. L’invention porte sur un procédé d’évaluation de l'état de charge d'une batterie (10) au voisinage de sa charge maximum, notamment d’une batterie plomb-acide, notamment pour véhicule automobile (1), caractérisé en ce qu’il comprend une étape de détermination de la présence d’un chargeur (20) connecté à une telle batterie (10), suivie d’une étape d’initialisation de l’état de charge de la batterie (10). Figure pour l’abrégé : figure 1.

Description

Procédé d’évaluation de l’état de charge d’une batterie.

Domaine technique de l'invention

L’invention concerne un procédé d’évaluation de l'état de charge d'une batterie au voisinage de sa charge maximum. L’invention porte aussi sur un système d’évaluation de l’état de charge pour une batterie. L’invention porte encore sur un véhicule comprenant des éléments matériels et/ou logiciels mettant en œuvre un tel procédé. L’invention porte encore sur un produit programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme enregistrées sur un support lisible par une unité de commande électronique pour mettre en œuvre les étapes d’un tel procédé. L’invention porte encore sur un programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme de mise en œuvre d’un tel procédé.

Etat de la technique antérieure

Il est intéressant de connaître l’état de charge d’une batterie, en particulier à proximité de la charge complète de la batterie, notamment en cas de batterie plomb-acide équipant un véhicule, notamment un véhicule automobile. Une telle batterie est généralement utilisée pour démarrer le moteur à combustion interne et/ou alimenter des équipements électriques.

Pour connaître l’état de charge il est connu de vider la batterie en comptant l’énergie (par exemple en Watts-heure ou en Ampères-heure) sortie pour en déduire son état de charge initial. Ceci n’est évidemment pas applicable pour un véhicule que l’on utilise simultanément et/ou suite à ce décompte. Une autre méthode consiste à utiliser un pèse-acide, la densité d’acide à l’état liquide entre les plaques de la batterie donnant une bonne indication sur l’état de charge de la batterie. Là encore, une telle pratique n’est pas compatible avec une utilisation simultanée du véhicule.

Or, connaître le niveau de charge de la batterie permet d’en informer l’utilisateur et d’anticiper un futur problème de démarrage du moteur à combustion interne, ou d’alimentation d’équipements électriques, voire une future panne du véhicule. Cela permet aussi de mieux gérer les charges de la batterie, en particulier d’éviter des surcharges de batterie susceptibles de provoquer des endommagements. Ainsi, il convient de déterminer au mieux l’état de charge de la batterie, en particulier au niveau de la charge complète.

Présentation de l'invention

Le but de l’invention est de fournir un procédé d’évaluation de l’état de charge de la batterie remédiant aux inconvénients ci-dessus.

Pour atteindre cet objectif, l’invention porte sur un procédé d’évaluation de l'état de charge d'une batterie au voisinage de sa charge maximum, notamment d’une batterie plomb-acide, notamment pour véhicule automobile, le procédé comprenant:
- une étape de détermination de la présence d’un chargeur connecté à une telle batterie, suivie
- d’une étape d’initialisation de l’état de charge de la batterie.

En cas de chargeur détecté, l’étape d’initialisation peut mettre en œuvre un premier mode d’initialisation et en cas d’absence de chargeur, l’étape d’initialisation peut mettre en œuvre un deuxième mode d’initialisation.

L’étape de détermination de la présence d’un chargeur peut comprendre une étape de mesure de l’intensité d’une telle batterie.

Suite à une valeur non nulle de l’intensité mesurée au cours de l’étape de détermination de la présence d’un chargeur, le procédé peut comprendre une étape de vérification de la durée de charge par un tel chargeur, et en cas de durée de charge égale ou supérieure à un seuil de durée de charge donné, notamment un seuil de durée de charge de 120 min, alors le premier mode d’initialisation peut initialiser l’état de charge de la batterie à une valeur maximale, notamment une valeur maximale exprimée en pourcentage, notamment de 100%.

En cas d’absence de chargeur détectée lors de l’étape de détermination de la présence d’un chargeur, alors le deuxième mode d’initialisation peut procéder à une étape d’évaluation de l’état de charge, notamment par mesure d’une tension à vide de la batterie.

Suite à la mesure de la tension à vide, alors le deuxième mode d’initialisation peut initialiser l’état de charge de la batterie à une valeur sur la base de la tension mesurée, la valeur d’initialisation pouvant être limitée à un seuil, notamment un seuil de 100%.

La batterie peut équiper un véhicule et le procédé peut comprendre, préalablement à l’étape de détermination de la présence d’un chargeur, une étape de détection de l’état du véhicule de sorte à détecter si le véhicule est en mode parking ou non, et en cas de mode parking détecté, alors une étape de temporisation peut être lancée, notamment une étape de temporisation d’une durée de 15 min.

L’invention porte encore sur un système d’évaluation de l’état de charge pour une batterie, notamment une batterie plomb-acide, notamment pour une batterie de véhicule automobile, le système comprenant des éléments matériels et/ou logiciels mettant en œuvre le procédé tel que défini précédemment, notamment des éléments matériels et/ou logiciels conçus pour mettre en œuvre le procédé tel que défini précédemment, et/ou le système comprenant des moyens de mettre en œuvre les étapes du procédé tel que défini précédemment.

L’invention porte encore sur un véhicule automobile, le véhicule comprenant des éléments matériels et/ou logiciels mettant en œuvre le procédé tel que défini précédemment, notamment des éléments matériels et/ou logiciels conçus pour mettre en œuvre le procédé tel que défini précédemment, et/ou le véhicule comprenant des moyens de mettre en œuvre les étapes du procédé tel que défini précédemment.

L’invention porte encore sur un produit programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme enregistrées sur un support lisible par une unité de commande électronique pour mettre en œuvre les étapes du procédé tel que défini précédemment lorsque ledit programme fonctionne sur une unité de commande électronique ou produit programme d’ordinateur téléchargeable depuis un réseau de communication et/ou enregistré sur un support de données lisible par un ordinateur et/ou exécutable par un ordinateur, le produit programme d’ordinateur comprenant des instructions qui, lorsque le programme est exécuté par l’ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en œuvre le procédé tel que défini précédemment.

L’invention porte encore sur un support d’enregistrement de données, lisible par une unité de commande électronique, sur lequel est enregistré un programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme de mise en œuvre du procédé tel que défini précédemment ou support d'enregistrement lisible par ordinateur comprenant des instructions qui, lorsqu'elles sont exécutées par un ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en œuvre le procédé tel que défini précédemment.

L’invention porte encore sur un signal d'un support de données, portant le produit programme d'ordinateur tel que défini précédemment.

Présentation des figures

Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante d’un mode de réalisation particulier fait à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :

La figure 1 est une vue schématique d’un véhicule automobile selon un mode de réalisation.

La figure 2 est un ordinogramme d’un procédé selon un mode d’exécution.

Description détaillée

La figure 1 illustre un véhicule 1, de préférence un véhicule automobile. Le véhicule comprend de préférence une batterie 10, un alternateur 11, un moteur à combustion interne 12, au moins un consommateur 13 d’énergie électrique tel que par exemple un démarreur 14 destiné à permettre le démarrage du moteur à combustion interne 12. La batterie 10 est de préférence de type plomb-acide. Le véhicule 1 comprend encore un système 50 d’évaluation d’un état de charge SOC pour la batterie 10, le système comprenant des éléments 30 matériels et/ou logiciels mettant en œuvre le procédé qui sera décrit plus loin. Le système 50, en particulier les éléments 30 matériels et/ou logiciels, comprennent de préférence une unité de commande électronique, par exemple un calculateur 15, de préférence un calculateur de gestion de l’énergie électrique GEE. De préférence, le véhicule 1 comprend au moins un fusible 19 entre la batterie 10 et l’au moins un consommateur d’énergie électrique 13 et/ou entre l’alternateur 11 et l’au moins un consommateur d’énergie électrique 13. Le véhicule 1, notamment les éléments matériels ou le système, comprend encore un capteur 16 de courant destiné à mesurer l’intensité Ibatt de la batterie. Le véhicule 1, notamment les éléments matériels ou le système, comprend encore un capteur de tension 17 destiné à mesurer la tension aux bornes de la batterie. La batterie 10 peut être connectée à un chargeur 20 de batterie. Le chargeur 20 est de préférence destiné à pouvoir être branché à une prise de courant de tension de l’ordre de 230V en courant alternatif. Ainsi, comme illustré sur la figure 1, le courant alimentant le chargeur 20 provient d’une prise de courant 18 et le courant sortant est connecté à la batterie 10.

Alternativement, le chargeur peut être embarqué dans le véhicule et alimenté en énergie mécanique par le moteur thermique.

L’invention porte encore sur un produit programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme enregistrées sur un support lisible par une unité de commande électronique pour mettre en œuvre les étapes du procédé qui sera décrit plus loin.

L’invention porte encore sur un support d’enregistrement de données, lisible par l’unité de commande électronique, sur lequel est enregistré un programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme de mise en œuvre du procédé qui sera décrit plus loin.

Un mode d’exécution d’un procédé d’évaluation de l'état de charge SOC de la batterie 10 au voisinage de sa charge maximum, illustré sur la figure 2, va maintenant être décrit.

Dans un premier temps, le procédé comprend une étape E05 de détection de l’état du véhicule 1 de sorte à détecter si le véhicule est en mode parking ou non. Ainsi, par exemple à l’arrêt de l’utilisation du véhicule, le calculateur de gestion de l’énergie électrique 15 attend l’endormissement complet des systèmes électriques et électroniques. Cela correspond à l’entrée du véhicule dans le mode parking, sans aucun usage. Par mode parking, on entend donc de préférence que le véhicule est arrêté, moteur à combustion interne stoppé et contact coupé.

En cas de mode parking non détecté, on reboucle sur l’étape E05 pour vérifier à nouveau si le mode parking est détecté.

En cas de mode parking détecté, alors une étape E06 de temporisation est lancée. Autrement dit, à partir de ce moment, le calculateur 15 programme ou fait programmer par un calculateur superviseur, un futur « réveil» à l’échéance de la temporisation, par exemple 15 minutes plus tard. Cela permet à une éventuelle opération de maintenance avec recharge de la batterie d’être initiée. Ainsi l’étape E06 de temporisation dure 15 min.

Une étape de test de réveil E08 réalise des tests de réveils de contrôle, c’est-à-dire vérifie si la temporisation de l’étape E06 est échue ou non. Dans le cas où la temporisation n’est pas échue, on procède à une étape E09 de décrémentation de la temporisation et on reboucle sur l’étape de test de réveil E08. Dans le cas où la temporisation de l’étape E06 est échue, c’est-à-dire que le réveil arrive à échéance, on passe à une étape E10 de détermination de la présence du chargeur 20 connecté à la batterie 10.

Dans l’étape E10, on détermine ou détecte la présence ou non du chargeur, de préférence par une étape de mesure de l’intensité Ibatt de la batterie 10. Le calculateur 15 lit donc la valeur de l’intensité du courant Ibatt de la batterie mesurée par le capteur 16. Si cette intensité de courant Ibatt est positive (donc non nulle en prenant la convention de courant positif chargeant une batterie), on en déduit qu’il y a un chargeur présent et actif qui charge la batterie 10 (cas de la figure 1).

L’étape E10 de détermination de la présence du chargeur 20 connecté à la batterie 10 est suivie d’une initialisation de l’état de charge SOC de la batterie.

Plus précisément, en cas de chargeur 20 détecté, l’étape d’initialisation met en œuvre un premier mode d’initialisation M1. Dans ce cas, on fixe à nouveau dans une étape E11 une temporisation, par exemple de 15 min. A partir de cette détection de courant de charge, les réveils de contrôle se produisent donc de préférence toutes les 15 minutes afin de continuer à surveiller la charge de la batterie. On passe ensuite à une étape E15 de vérification de la durée de charge par le chargeur 20.

En cas de durée inférieure à un seuil donné à l’étape E15, par exemple 120 min, on mesure à nouveau, dans une étape E16, l’intensité Ibatt. Sinon, on passe à une étape E17 qui sera décrite plus bas. En cas d’intensité Ibatt supérieure ou égale à un seuil, par exemple 0,5 A, on reboucle sur l’étape E08 de test.

En cas d’intensité Ibatt inférieure au seuil, par exemple 0,5 A, on passe à l’étape E17 d’initialisation de l’état de charge SOC de la batterie à sa valeur maximale SOC init maxi. De préférence, la valeur maximale SOC init maxi est exprimée en pourcentage, par exemple 100%. La valeur de la tension OCV peut alors être estimée à 13V.

Simultanément ou sensiblement simultanément à l’initialisation de l’état de charge SOC init maxi, on fixe la temporisation à une durée conséquente, par exemple 4h. On passe ensuite à une étape E21 dans laquelle on teste si un réveil applicatif se produit. Autrement dit on teste si une ouverture de porte, un démarrage du moteur à combustion interne, ou encore une utilisation de l’un des consommateurs électrique (chauffage, climatisation, radio, etc…) a lieu. Si tel n’est pas le cas, on reboucle sur l’étape E08.

Par contre, en cas de réveil applicatif on passe à une étape E30 dans laquelle on calcule et/ou on détermine la valeur de l’état de charge SOC en utilisant la valeur d’état de charge initialisée dans l’une des étapes.

En cas de chargeur 20 non détecté à l’étape E10, c’est-à-dire en cas d’intensité Ibatt nulle donc d’absence de chargeur 20, on met en œuvre une étape d’initialisation selon le deuxième mode d’initialisation M2. Dans un premier temps, on teste si le réveil de contrôle effectué précédemment est un premier réveil de contrôle ou non dans une étape E18. S’il s’agit bien d’un premier réveil de contrôle, dans une étape E19, l’état de charge SOC Init maxi est initialisé à 95% et on fixe la temporisation à une durée conséquente, par exemple 4h. Autrement dit, dans le cas où le premier réveil de contrôle, 15 minutes après l’entrée en mode parking, ne révèle pas la présence d’un chargeur, c’est-à-dire que l’intensité Ibatt du courant de la batterie vue par le capteur 16 n’est pas positive, la périodicité des réveils de contrôle passe par exemple immédiatement à 4 heures et la valeur maxi de l’état de charge SOC est initialisée à 95 %.

S’il ne s’agit pas du premier réveil de contrôle, on procède à une étape E20 d’évaluation de l’état de charge SOC par mesure de la tension à vide OCV de la batterie 10, par exemple par le capteur 17, et on fixe une temporisation de durée conséquente, par exemple 4h. Les mesures de tension à vide sont alors effectuées normalement à chaque réveil de contrôle pour mettre à jour l’état de charge de la batterie qui dans ce cas, ne dépasse pas la valeur maximale de 95%, correspondant à une batterie bien chargée sur un véhicule n’ayant pas été placé sous chargeur.

Dans l’étape E20, une fois la mesure de tension OCV réalisée, on déduit de cette tension une valeur de SOC init correspondante, par exemple un pourcentage en utilisant par exemple un tableau de correspondance tension - état de charge, et en réalisant des interpolations entre les valeurs disponibles dans ce tableau. Par exemple, une tension de 12,2V correspond à 40% de SOC init, une tension de 12,3V correspond à 50% de SOC init, une tension de 12,4V correspond à 60% de SOC init, une tension de 12,5V correspond à 70% de SOC init, une tension de 12,6V correspond à 80% de SOC init, une tension de 12,7V correspond à 90% de SOC init et une tension de 12,8V correspond à 100% de SOC init.

Ainsi, si le chargeur est débranché ou arrêté et le véhicule abandonné un long moment sur un parking, l’état de charge de la batterie diminue naturellement avec la consommation électrique naturelle du véhicule et la valeur d’état de charge SOC est mise à jour avec la mesure dite de « tension à vide » qui caractérise correctement l’état de charge d’une batterie au repos.

En cas de réveil applicatif au terme de la temporisation de durée conséquente, par exemple 4h, ou au cours de cette temporisation, on affiche et/ou on calcule et/ou on détermine la valeur d’état de charge SOC avec une limitation d’état de charge à SOC init maxi de 95% en l’absence de recharge, voire de 100% en cas de recharge complète.

Grâce au procédé, on identifie aisément la procédure de charge avec un chargeur externe et on peut en déduire un recalage de l’état de charge adapté à la situation. En outre, le procédé permet de ne jamais dépasser l’état de charge réaliste d’une batterie en utilisation normale du véhicule, c’est-à-dire sans cette procédure de charge. La stratégie de recalage, précédemment décrite, basée sur la tension mesurée lors d’une phase de parking, est de préférence strictement limitée à la valeur réaliste maximum de 95%.

En résumé, la tension dite «à vide», c’est-à-dire sans courant entrant ou sortant, n’est mesurée qu’en cas d’absence de chargeur. Ainsi, même en cas de batterie récemment déchargée puis rechargée qui présente souvent un phénomène de stratification de l’acide dont la concentration entre la partie haute et la partie basse n’est pas homogène, on n’a pas d’erreur de valeur d’initialisation de l’état de charge. En outre, la polarisation - une batterie récemment chargée présente durant plusieurs minutes à plusieurs heures après la charge une tension « à vide » plus élevée que l’état de charge réel - n’affecte pas la valeur d’initialisation. Autrement dit, aucune charge de capacité parasite, qui disparaît avec le temps, n’est prise en compte pour l’évaluation de l’état de charge de la batterie.

A noter que d’autres phénomènes, comme la température, les vibrations, les courants de fuite du véhicule en parking, l’état de sulfatation de la matière active dans la batterie influençant à la hausse ou à la baisse la relation entre la tension à vide et l’état de charge sont sans conséquence pour la détermination de l’état de charge, en particulier lorsque la détermination est faite alors qu’un chargeur est branché.

La solution se base donc sur la différence d'état de charge que l'on obtient avec et sans chargeur externe et permet de ne jamais surévaluer l'état de charge de la batterie. Toutes les stratégies de gestion du réseau de bord peuvent alors être correctement appliquées. Cette stratégie ou procédé est toujours opérationnel(le), même après un changement de la batterie, sans opération nécessitant un outillage extérieur et/ou complémentaire.

La solution atteint l’objectif d’évaluer précisément l’état de charge d’une batterie au voisinage de sa charge maximale et présente les avantages suivants:

elle est applicable à toutes les gammes de véhiculesautomobiles équipées d’une batterie plomb-acide;
elle est applicable aux motocyclettes, aux engins de chantier, aux engins agricoles ou encore aux groupes électrogènes utilisant une batterie pour le démarrage de leur moteur à combustion interne;
plus généralement, elle peut être mise en œuvre dans toute application ayant la possibilité de charge électrique externe, notamment par un chargeur, dont la détection d'une charge complète de batterie présente un intérêt.

Claims

Procédé d’évaluation de l'état de charge (SOC) d'une batterie (10) au voisinage de sa charge maximum, notamment d’une batterie plomb-acide, notamment pour véhicule automobile (1), caractérisé en ce qu’il comprend:
- une étape (E10) de détermination de la présence d’un chargeur (20) connecté à une telle batterie (10), suivie
- d’une étape (E30) d’initialisation de l’état de charge (SOC) de la batterie (10).
Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’en cas de chargeur (20) détecté, l’étape (E30) d’initialisation met en œuvre un premier mode d’initialisation (M1) et en ce qu’en cas d’absence de chargeur (20), l’étape (E30) d’initialisation met en œuvre un deuxième mode d’initialisation (M2).
Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’étape (E10) de détermination de la présence d’un chargeur comprend une étape de mesure de l’intensité (Ibatt) d’une telle batterie (10).
Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, suite à une valeur non nulle de l’intensité (Ibatt) mesurée au cours de l’étape (E10) de détermination de la présence d’un chargeur, le procédé comprend une étape (E15) de vérification de la durée de charge par un tel chargeur (20), et en cas de durée de charge égale ou supérieure à un seuil de durée de charge donné, notamment un seuil de durée de charge de 120 min, alors le premier mode d’initialisation (M1) initialise l’état de charge (SOC) de la batterie à une valeur maximale (SOC init maxi), notamment une valeur maximale (SOC init maxi) exprimée en pourcentage, notamment de 100%.
Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’en cas d’absence de chargeur (20) détectée lors de l’étape (E10) de détermination de la présence d’un chargeur (20), alors le deuxième mode d’initialisation (M2) procède à une étape (E20) d’évaluation de l’état de charge (SOC), notamment par mesure d’une tension à vide (OCV) de la batterie (10).
Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que suite à la mesure de la tension à vide (OCV), alors le deuxième mode d’initialisation (M2) initialise l’état de charge (SOC) de la batterie à une valeur (SOC init) sur la base de la tension mesurée, la valeur d’initialisation étant limitée à un seuil, notamment un seuil de 100%.
Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la batterie (10) équipe un véhicule (1) et en ce que le procédé comprend, préalablement à l’étape (E10) de détermination de la présence d’un chargeur (20), une étape (E05) de détection de l’état du véhicule de sorte à détecter si le véhicule est en mode parking ou non, et en cas de mode parking détecté, alors une étape (E06) de temporisation est lancée, notamment une étape (E06) de temporisation d’une durée de 15 min.
Système (50) d’évaluation de l’état de charge (SOC) pour une batterie (10), notamment une batterie plomb-acide, notamment pour une batterie (10) de véhicule automobile (1), le système comprenant des éléments (30) matériels et/ou logiciels mettant en œuvre le procédé selon l’une des revendications 1 à 7, notamment des éléments (30) matériels et/ou logiciels conçus pour mettre en œuvre le procédé selon l’une des revendications 1 à 7.
Véhicule automobile (1), le véhicule comprenant des éléments (30) matériels et/ou logiciels mettant en œuvre le procédé selon l’une des revendications 1 à 7, notamment des éléments matériels (30) et/ou logiciels conçus pour mettre en œuvre le procédé selon l’une des revendications 1 à 7.
Produit programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme enregistrées sur un support lisible par une unité de commande électronique (15) pour mettre en œuvre les étapes du procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7 lorsque ledit programme fonctionne sur une unité de commande électronique (15).
Support d’enregistrement de données, lisible par une unité de commande électronique (15), sur lequel est enregistré un programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme de mise en œuvre du procédé selon l’une des revendications 1 à 7.