SCIENCES DE L'INGENIEUR
Niveau : Terminale générale, enseignement de spécialité SI
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Révisions
Contrôler la charge d'une batterie de démarrage d'une voiture
1. INTRODUCTION
Selon une étude statistique sur de nombreux dépannages, près de la moitié des assistances pour des problèmes électriques concerne simplement un problème de batterie de démarrage. Il est donc conseillé de vérifier leur état tous les 2 à 3 mois. Ce problème s'est accentué depuis l'apparition du système "start&stop", permettant de diminuer les rejets de gaz lorsque les voitures sont arrêtées.
Des batteries à décharge lente de technologie EFB ou AGM équipent les véhicules actuels et demandent une surveillance accrue afin d'augmenter leur durée de vie.
Le système étudié est un testeur de batterie indiquant son niveau de décharge à l'aide de 4 diodes électroluminescentes
2. Etat de charge
Le tableau de la figure 1 donne le niveau de charge de la batterie en fonction de sa tension.
| Etat de charge d'une batterie AGM | |
|---|---|
| Niveau | Tension |
| 100% | 13V |
| 90% | 12.75V |
| 80% | 12.50V |
| 70% | 12.30V |
| 60% | 12.15V |
| 50% | 12.05V |
| 40% | 11.95V |
| 30% | 11.81V |
| 20% | 11.66V |
| 10% | 11.51V |
| 0% | 10.50V |
2. Diagramme des blocs internes
La figure 2 illustre l'organisation de la chaîne d'informations
Q1. Compléter le tableau ci-dessous en indiquant la nature des signaux de la figure 2.
| Signal | Nature |
|---|---|
| Batterie | |
| Vs | |
| N | |
| S0 à S3 |
3. Acquérir la tension de la batterie
La tension maximale de la batterie peut atteindre 14,5V lorsque l'alternateur la charge.
La tension maximale acceptée par le CAN du microcontrôleur est de 3.3V
Il faut donc abaisser la tension de la batterie pour la rendre compatible avec le CAN.
Le pont diviseur de tension figure 3 se charge de ce rôle.
Q2. Démontrer que Vs = (R2 x Vbat)/(R1+R2)
On donne R1 = 10kΩ et R2 = 2,7 kΩ
Q3. Démontrer que Vs = 0,213 x Vbat, puis calculer la tension Vs lorsque Vbat = 14,5V et conclure.
4. Conversion analogique numérique
La tension Vref = 3.3V et le nombre de bits du CAN est 10 bits.
Q4. Calculer la valeur de q : le quantum, puis calculer la sensibilité numérique pour Vbat.
Q5. Compléter le tableau ci-dessous :
| Vbat | Vs | N en décimal | N en binaire | N en hexadécimal |
|---|---|---|---|---|
| 11.95V | ||||
| 11.81V | ||||
| 11.66V |
5. Traiter
Q6. Compléter l'algorithme donné ci-dessous en remplaçant les ? par des valeurs décimales.
La tension Vs est connectée à la broche GPIO15 du microcontrôleur et les LEDs sont connectés aux ports GPIO suivants :
| Couleur LED | GPIO n° |
|---|---|
| VERTE | 2 |
| JAUNE haut | 4 |
| JAUNE bas | 18 |
| ROUGE | 19 |
Q7. Compléter le programme en langage Python donné ci-dessous et remplacer les ? par des valeurs hexadécimales.
6. Communiquer
Pour permettre l'affichage du niveau de la batterie les 4 sorties GPIO du microcontrôleur alimentent les 4 LEDs comme le montre le schéma de la figure 4.
Q8. Calculer la valeur de la résistance de protection R1, lorsque I= 5 mA , VAM = 3.3 V et VBM = 1,6V
Un module BlueThooth permet de transmettre la tension de la batterie mesurée, en utilisant le protocole RS-232, vers une application pour Smartphone.
Le chronogramme de la figure 5 représente la donnée "tension batterie", codée en ASCII.
| Extrait de la table ASCII | |
|---|---|
| Hexa | Caractère |
| 2E | . |
| 2F | / |
| 30 | 0 |
| 31 | 1 |
| 32 | 2 |
| 33 | 3 |
| 34 | 4 |
| 35 | 5 |
| 36 | 6 |
| 37 | 7 |
| 38 | 8 |
| 39 | 9 |
Q9. Décodez la tension de la batterie transmise figure 5 et en déduire l'état de charge de la batterie.
Q10. Indiquer le nombre de bits de données ainsi que le nombre de bits de stop et de start. En déduire le nombre de bits que compose la trame pour envoyer l'état de charge de la batterie. Calculer le temps de transmission pour un débit de 19,2 kbauds
Pascal Hassenforder 03/08/2023
Mise à jour du 13/09/2023