Titre de l'invention : Appareil asymétrique de diagnostic, de charge et/ou de décharge de batteries électriques et conducteurs pour ledit appareil

[0001] [La présente invention se rapporte au domaine des appareils de diagnostic, de charge et/ou de décharge de batteries électriques, plus particulièrement dans le domaine automobile, ainsi qu'aux câbles permettant de relier lesdits appareils à une batterie électrique.

Par exemple, dans le domaine automobile, les voitures sont équipées de batteries, généralement au plomb pour les véhicules thermiques et de batteries Li-lon, Cadmium- Nickel, etc. pour les véhicules électriques ou hybrides. Ces batteries nécessitent d'être entretenues et vérifiées. Pour cela il existe des appareils, généralement distincts, permettant de les charger, de les décharger ou d'évaluer leur niveau de charge, ainsi que leur état de santé.

[0002] Il est ainsi connu de relier des appareils de diagnostic, de charge et/ou de décharge à une batterie électrique par l'intermédiaire d'une connexion Kelvin, également désignée sous le terme « connexion quatre fils ».

Une connexion Kelvin est un moyen permettant d'établir un contact électrique avec un composant tout en éliminant ou en réduisant considérablement l'effet des résistances parasites liées à cette connexion, telles que la résistance de contact et/ou la résistance des conducteurs. Ceci est particulièrement critique dans le cadre des batteries électriques, car certaines grandeurs physiques, telles que la tension, la résistance ou la conductance interne (reflétant notamment l'état de santé de la batterie), doivent être mesurées le plus précisément possible, afin de diagnostiquer, charger et/ou décharger la batterie au mieux. On peut, par exemple, noter que la résistance interne de la batterie présente généralement une valeur du même ordre de grandeur que les résistances parasites, usuellement de l'ordre de quelques milliohms, il est donc important de pouvoir s'affranchir de phénomènes impactant cette mesure. [0003] Pour cela, et tel qu'illustré à la figure 1, il est connu d'avoir un appareil 1 de diagnostic de charge et/ou de décharge muni d'une connexion Kelvin 3 reliant ledit appareil 1 à une batterie 5 de force électromotrice FEM et résistance interne RB.

Ladite connexion Kelvin 3 comprend quatre conducteurs 7a, 7b, 9a, 9b électriques généralement terminés par des pinces, lia et 11b, pinces destinées à se fixer sur les plots d'une batterie. Plus particulièrement, la connexion Kelvin 3 comprend deux conducteurs de puissance 7a, 7b et deux conducteurs de mesure 9a, 9b.

[0004] Les conducteurs de puissance 7a, 7b permettent le passage d'une intensité élevée (que cela soit lors d'un diagnostic, ou lors d'une charge/décharge de la batterie), généralement de l'ordre de plusieurs ampères, tandis que les conducteurs de mesure 9a, 9b permettent la mesure d'une tension au plus près de l'élément dont on désire connaître la valeur, ici la résistance interne RB OU de sa tension VB de la batterie 5. On limite ainsi la prise en compte de résistances parasites, résistances pouvant notamment fausser la mesure de sa résistance interne RB, d'autant plus que l'intensité du courant circulant dans les conducteurs de puissances est élevée.

[0005] La présente invention est ainsi une alternative de réalisation à la connexion Kelvin telle que décrite ci-dessus, permettant de réaliser un appareil, dit asymétrique, de diagnostic, de charge et/ou de décharge de batteries électriques dont la connexion électrique reliant ledit appareil à la batterie comprend seulement trois conducteurs, deux conducteurs de puissance et un seul conducteur de mesure.

[0006] L'invention est ainsi un nouvel appareil de diagnostic, de charge et/ou de décharge de batteries électriques, ledit appareil comprenant :

- un circuit de diagnostic, de charge et/ou de décharge de batteries ;

- une connexion électrique destinée à relier ledit appareil aux bornes d'une batterie ; caractérisé en ce que ladite connexion comporte trois conducteurs électriques, deux conducteurs de puissance destinés à être reliés respectivement aux bornes positive et négative d'une batterie et un conducteur électrique de mesure destiné à être relié à l'une des bornes de ladite batterie, et en ce que ledit appareil comprend une entité électronique de compensation de la perte de tension permettant de compenser la perte de tension causée par lesdits conducteurs électriques de puissance.

[0007] L'appareil selon l'invention permet ainsi de mesurer des grandeurs électriques représentatives d'une batterie électrique sans utiliser une connexion Kelvin.

Cela permet également d'avoir des connecteurs électriques plus simples, de réduire le temps et le coût de fabrication desdits conducteurs et de proposer une alternative à l'utilisation d'une connexion dite « quatre fils » tout en maintenant une qualité de mesure adéquate d'une ou plusieurs grandeurs électriques relative à une batterie.

On notera qu'on entend par batterie tout dispositif permettant de stocker de l'énergie électrique, tel qu'une batterie électrochimique, un supercondensateur, etc. Par ailleurs, l'appareil selon l'invention peut également s'appliquer avantageusement à l'analyse de dispositif de production d'énergie électrique, tel qu'une pile à combustible.

[0008] Selon une caractéristique possible, l'entité électronique applique un gain G à une tension de mesure V _m , la tension V _m étant la tension aux bornes de l'un des conducteurs de puissance. On notera que la tension de mesure V _m présente une valeur non nulle seulement lorsqu'un courant circule au niveau des conducteurs de puissance, par exemple lors d'une charge, d'une décharge, ou d'un diagnostic de batterie ; ladite tension V _m étant mesurée par l'intermédiaire du conducteur de mesure.

[0009] Selon une autre caractéristique possible, l'entité électronique comporte au moins un composant électronique appliquant un gain analogique G _a et/ou un gain numérique G _n à la tension de mesure V _m .

[0010] Selon une autre caractéristique possible, ledit gain numérique G _n est réalisé par logiciel au moyen d'un microprocesseur dudit appareil.

[0011] Selon une autre caractéristique possible, le gain G est fonction des résistances Ri et R2 associées auxdits conducteurs électriques de puissance.

[0012] Selon une autre caractéristique possible, ledit au moins un composant électronique comporte un amplificateur opérationnel monté en amplificateur non-inverseur et au moins deux résistances R3 et R4.

[0013] Selon une autre caractéristique possible, les valeurs des résistances R3 et R4 associées à l'amplificateur opérationnel sont réglables. [0014] Selon une autre caractéristique possible, le gain G _a est fonction des résistances Ri et R ₂ associées aux conducteurs de puissance et des résistances R ₃ et R ₄ associées à l'amplificateur opérationnel.

[0015] Selon une autre caractéristique possible, le conducteur de mesure est relié à la borne négative de la batterie.

Il est avantageux de relier le conducteur de mesure à la borne négative de la batterie, car ladite borne est généralement associée à la référence interne des appareils de diagnostic, de charge et/ou de décharge, permettant ainsi d'utiliser les alimentations électriques desdits appareils sans avoir à les isoler galvaniquement ou d'avoir une ou plusieurs alimentations dédiées.

[0016] Selon une autre caractéristique possible, l'entité électronique de compensation de tension est disposée dans l'appareil.

[0017] Selon une autre caractéristique possible, le gain G est réglé pour qu'en court-circuit de ladite connexion électrique, la tension mesurée en sortie du circuit de compensation soit sensiblement égale à zéro.

On notera que ce réglage s'effectue lors du passage d'un courant nominal adapté aux conducteurs de puissance, par exemple de l'ordre de quelques dizaines d'ampères pour une application automobile, ceci afin d'avoir une tension non nulle facilement mesurable et modifiable, jusqu'à son annulation. [0018] L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celles-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description suivante de modes de réalisation particuliers de l'invention, donnée uniquement à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels :

[0019] [Fig. 1] est une représentation très schématique de l'art antérieur ; [0020] [Fig. 2] est une représentation très schématique d'un appareil de diagnostic, de charge et/ou de décharge de batteries électriques selon l'invention ;

[0021] [Fig. B] est une représentation schématique d'une première variante de réalisation d'un appareil selon l'invention, et [0022] [Fig. 4] est une représentation schématique d'une deuxième variante de réalisation d'un appareil selon l'invention.

[0023] La figure 2 est une représentation très schématique d'un appareil 101 de diagnostic, de charge et/ou de décharge de batteries électriques selon l'invention. Plus particulièrement, l'appareil 101 comprend :

- un circuit 103 de diagnostic, de charge et/ou de décharge de batteries ;

- une connexion électrique 105 qui est destinée à relier ledit appareil 101 aux bornes d'une batterie 106 et qui comporte trois conducteurs électriques, deux conducteurs de puissance 107a et 107b destinés à être reliés respectivement aux bornes positive et négative d'une batterie 106 et un conducteur électrique de mesure 109 destiné à être relié à l'une des bornes de ladite batterie 106.

[0024] Ladite connexion 105 se termine par exemple par des pinces 111a et 111b (ou n'importe quel moyen de connexion électrique) sur lesquelles sont fixés lesdits conducteurs 107a-b et 109, lesdites pinces llla-b facilitant une connexion rapide entre ledit appareil 101 et les batteries à diagnostiquer, à charger et/ou à décharger. On notera également que le conducteur de mesure 109 est préférentiellement destiné à être relié à la borne négative de la batterie 106.

[0025] Ledit appareil 101 comprend par ailleurs une entité électronique 113 de compensation de la perte de tension permettant de compenser la perte ou chute de tension causée par lesdits conducteurs électriques de puissance 107a-b. On notera qu'on entend par perte ou chute de tension (lors du passage d'un courant dans lesdits conducteurs de puissance), l'ensemble des pertes dues aux conducteurs de puissance ou de leurs connexions électriques avec les différents éléments. On définit ainsi une résistance équivalente, dite « parasite », Ri et R2 pour chacun desdits conducteurs de puissance, respectivement 107a et 107b.

L'entité 113 électronique est ainsi configurée pour appliquer un gain G à une tension de mesure V _m , la tension V _m étant la tension aux bornes du conducteur de puissance 107b, ledit gain G étant fonction des résistances Ri et R2 desdits conducteurs de puissance 107a et 107b (ladite tension de mesure V _m étant mesurée par l'intermédiaire du conducteur de mesure 109 qui est associé au conducteur de puissance, par exemple au niveau des terminaisons de la connexion électrique 105). [0026] Plus particulièrement, le gain G est calculé ou réglé expérimentalement. Par exemple, lorsque l'appareil 101 et les conducteurs 107a, 107b et 109 de la connexion 105 sont en court-circuit, c'est-à-dire que les extrémités desdits conducteurs 107a-b, 109, destinées à être connectées à une batterie, sont connectées directement les unes aux autres, le gain doit présenter une valeur de sorte que la tension résultante mesurée V _m es, en sortie du circuit 113, est sensiblement nulle. Cette égalité doit être vérifiée lorsqu'il y a passage d'un courant nominal adapté aux conducteurs de puissance, par exemple de l'ordre de quelques dizaines d'ampères pour une application automobile, ceci afin d'avoir une tension non nulle facilement mesurable et modifiable, jusqu'à son annulation. [0027] La tension résultante mesurée V _m es (qui correspond à la tension VB de la batterie) est la différence de la tension V _p , tension entre les conducteurs de puissance 107a-b, et la tension de mesure V _m du conducteur de mesure 109 (tension entre le conducteur de mesure et une référence électrique locale A) multipliée par le gain G, c'est-à-dire que :

Vmes ⁼ Vp — G Vm [0028] La tension de mesure V _m multipliée par le gain G doit correspondre aux pertes associées aux résistances Ri et R2 des conducteurs de puissance 107a-b. Les tensions Vi et V2 correspondent aux pertes engendrées par les résistances associées auxdits conducteurs de puissance 107a et 107b. On peut donc considérer que :

G V _m = Vi + V 2 et reformuler l'équation ci-dessus comme suit :

V _mes = V _p - V _{1 ~} V ₂

Ainsi, le réglage du gain G selon les critères ci-dessus permet donc d'obtenir la valeur de la tension V _B (OU Vmes) aux bornes de la batterie en corrigeant la tension de V _P aux bornes des conducteurs de puissance 107a-b des pertes en tension engendrées par la connexion électrique 105.

[0029] L'entité électronique 113 comporte ainsi au moins un composant électronique 113a qui transforme une tension d'entrée, ici la tension de mesure V _m , en une tension de sortie V _m2 , en y appliquant un gain G.

Le gain appliqué à la tension de mesure V _m peut être analogique G _a et/ou numérique G _n .

[0030] La figure 3 est une représentation très schématique de l'appareil selon une première variante de réalisation de l'invention. Dans celle-ci, l'entité électronique 113 applique un gain analogique G _a à la tension de mesure V _m , afin d'obtenir en sortie une tension V _m2 = G _a V _m . Les éléments identiques sont désignés par les mêmes références que dans la représentation de l'appareil de la figure 2.

[0031] Plus particulièrement, l'entité 113 comporte un amplificateur-opérationnel 201 monté en amplificateur non-inverseur associé à deux résistances R ₃ et FU, telles qu'une résistance de pied FU et une résistance de contre-réaction FU.

La valeur du gain analogique G _a est donc fonction des valeurs de résistances associées auxdits conducteurs de puissances 107a-b et des résistances associées à l'amplificateur opérationnel 201, respectivement référencées FU, FU, FU et FU.

[0032] Les résistances FU et FU associées à l'amplificateur opérationnel 201 peuvent être des résistances réglables, telles que des potentiomètres, leurs valeurs pouvant être réglées selon la méthode décrite ci-dessus. Cependant, il est également possible de mesurer la valeur des résistances parasites Ri et R ₂ et de choisir de façon adéquate la valeur des résistances de pied R3 et de contre-réaction R4.

En effet, ces résistances doivent vérifier l'égalité ci-dessous pour permettre d'obtenir, en sortie de l'entité 113, la valeur de la tension V _B aux bornes de la batterie 106 :

[0033] La tension V _m2 en sortie du composant 113a est ensuite envoyée vers un autre composant électronique 202 permettant de soustraire cette tension à la tension V _p aux bornes des conducteurs de puissance 107a-b et d'obtenir la tension V _m es (ou VB). [0034] La figure 4 est une représentation très schématique de l'appareil selon une deuxième variante de réalisation de l'invention. Les éléments identiques sont désignés par les mêmes références que dans la représentation de l'appareil de la figure 2. Cependant à la différence de l'appareil de la figure 2, la tension de puissance VP et la tension de mesure V _m sont numérisées par l'intermédiaire d'un ou plusieurs composants électroniques adéquats, tels qu'un convertisseur analogique-numérique, respectivement 203 et 204. Ces grandeurs de tension numérisées sont envoyées vers un autre composant électronique 206, tel qu'un calculateur, qui applique un gain numérique G _n à la tension de mesure V _m et calcule la tension aux bornes de la batterie V _mes en fonction de tensions mesurées par l'intermédiaire de la connexion électrique 105. Ces opérations sont par exemple réalisées par logiciel au moyen d'un microprocesseur dudit appareil 101.

[0035] Comme précédemment, l'entité électronique 113, par l'intermédiaire des convertisseurs 203, 204 et du calculateur 206, applique un gain numérique G _n à la tension de mesure V _m et fournie en sortie une tension de batterie V _mes ou VB. De plus, le gain numérique G _n est également réglé en fonction des résistances parasites Ri, R ₂ associés aux conducteurs 107a-b (par exemple selon la méthode décrite ci-avant).

[0036] Quelle que soit la variante de réalisation, lorsque le gain G est réglé de façon adéquate, la tension mesurée résultante V _mes s'identifie à la tension réelle aux bornes de la batterie et permet d'en déduire des grandeurs électriques de ladite batterie, telles que la valeur de résistance (ou de conductance) interne de ladite batterie.

[0037] Dans les variantes de réalisation décrites ci-dessus, l'entité électronique 113 de compensation de tension est disposée dans l'appareil 101, ou dans un boîtier externe dédié relié auxdits conducteurs.

[0038] Dans une autre variante de réalisation non représentée, l'appareil 101 est configuré pour identifier la connexion électrique 105 branchée sur ledit appareil et requérir un réglage ou étalonnage du gain si les conducteurs ont été modifiés.

Ladite connexion électrique 105, ou chacun desdits conducteurs 107 a, 107b, 109 peut ainsi comprendre un ou plusieurs moyens d'identification, tel qu'une EPROM, une puce RFID, un code barre... afin de connaître le gain G à appliquer ou la valeur des résistances parasites (et de régler le gain G en conséquence). A cet effet, l'appareil 101 peut comprendre un moyen de détection ou de lecture dudit moyen d'identification, tel qu'un lecteur de code-barre, un lecteur RFID, etc. pour lire ledit moyen d'identification de ladite connexion électrique 105.

Dans un autre mode de réalisation non représenté, ladite résistance de contre-réaction R ₄ est logée dans la connexion électrique 105 et configurée pour se connecter à l'amplificateur opérationnel 201 du composant électronique 113a appliquant le gain G _a (ladite résistance présentant une valeur adéquate en fonction des résistances parasites desdits conducteurs de puissance).