WO2012007666A2 - Charge sans contact d'une batterie de vehicule automobile - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a method of charging a motor vehicle battery. It also relates to a transmitter, a receiver and a charging system comprising such a transmitter and such a receiver, implementing such a method of charging a battery. It also relates to a motor vehicle as such equipped with such a receiver to implement the charging method of its battery.
  • Some motor vehicles have an electric power train, such as electric vehicles with only an electric power train, or hybrid vehicles with both electric and thermal power train. These vehicles can be equipped with a battery, which is recharged using a charger when it is discharged.
  • a first family of charging solutions of a motor vehicle battery called “with contact”, based on a direct and continuous electrical connection between the battery and the charger, the latter thus delivering an electric current to the battery through this connection that allows charging the battery.
  • a first approach is to use the power grid: this allows the battery to be charged from low power, of the order of 3 kW, which requires a long charging time of several hours.
  • powerful chargers are used, for example offering a power of up to 100 kW. All contact battery charging solutions have the following disadvantages:
  • non-contact relies on a remote charge via a charging system having a transmitting primary part including a primary coil, which we more simply call “transmitter”, which cooperates with a receiving secondary part including a secondary coil, which we call more simply “receiver”, mounted on the motor vehicle and connected to the battery to recharge.
  • the primary coil thus transmits a magnetic field sufficient to induce the charging current required for charging the battery at the secondary coil.
  • the disadvantage of existing "contactless” solutions is that they require a very precise relative positioning of the two primary and secondary coils.
  • Document FR2750267 illustrates a solution for charging a "contactless" battery and the mentioned positioning problem.
  • this document proposes two combined approaches: the first is to propose a portable transmitter, which makes it possible to move it relative to the motor vehicle if its positioning is imperfect, and the second consists of a guiding device allowing to to increase the positioning accuracy of the motor vehicle relative to the transmitter during a parking maneuver.
  • the object of the invention is to propose a charging solution for a motor vehicle battery which does not have all or some of the disadvantages of the state of the art. More specifically, a first object of the invention is to provide a user-friendly solution for charging a motor vehicle battery, not requiring manipulation of a charging device or rigorous maneuvers of a motor vehicle. A second object of the invention is to provide an efficient charging solution, to obtain the full charge of a battery in a minimum time.
  • the invention relates to a method of charging a battery for powering a motor vehicle, from a charging system comprising on the one hand a transmitter and on the other hand a receiver arranged in the motor vehicle, characterized in that it comprises an automatic relative positioning step between the transmitter and the receiver comprising a generation of a magnetic force (Fm) between the transmitter and the receiver, in view of a load without contact effective.
  • a charging system comprising on the one hand a transmitter and on the other hand a receiver arranged in the motor vehicle, characterized in that it comprises an automatic relative positioning step between the transmitter and the receiver comprising a generation of a magnetic force (Fm) between the transmitter and the receiver, in view of a load without contact effective.
  • Fm magnetic force
  • the automatic relative positioning step between the transmitter and the receiver may comprise the generation of a magnetic force (Fm) such that it induces the displacement of at least one coil of the transmitter and / or the receiver in a direction of refocusing of the two coils.
  • Fm magnetic force
  • the step of generating a magnetic force may include establishing a DC current in at least one coil of the transmitter or receiver.
  • the step of generating a magnetic force includes establishing a DC current in both coils of the transmitter and the receiver.
  • the step of generating a magnetic force may comprise establishing a DC current in the same direction or in the opposite direction in the two coils.
  • the step of generating a magnetic force may comprise a first phase of establishing a direct current in at least one coil of the transmitter or the receiver in a first direction and then a second phase of establishing a current continuous in the at least one coil of the transmitter or receiver in the opposite direction.
  • the step of generating a magnetic force may comprise a first step of generating a magnetic attraction force between the two coils, then a step of testing the relative positioning of the transmitter and the receiver and a step of generating a repulsive magnetic force between the coils if their relative positioning is considered not optimal during the positioning test.
  • the step of testing the relative positioning of the transmitter and the receiver may include the performance measurement of a battery charging phase.
  • the invention also relates to a transmitter or receiver of a charging system for a battery for powering a motor vehicle, characterized in that it comprises a mobile mounted coil and a means for generating a magnetic force. to implement the method of charging a battery for powering a motor vehicle as described above.
  • the means for generating a magnetic force may comprise one or more magnets.
  • the means for generating a magnetic force may comprise a magnet in the central part of the coil and / or several magnets distributed in the peripheral part of the coil.
  • the magnetic force generation means may include means for establishing a DC current in the transmitter or receiver coil.
  • the coil may be circular and mounted movably with a maximum amplitude less than or equal to its diameter.
  • the invention also relates to a charging system for a power supply battery of a motor vehicle characterized in that it comprises a receiver disposed within the motor vehicle and an emitter as described above.
  • the invention also relates to a motor vehicle comprising a battery for power supply, characterized in that it comprises a receiver for charging the battery as described above.
  • Figure 1 schematically shows a side view of a motor vehicle in non-contact charging position of its battery according to the invention.
  • Figure 2 schematically shows a side sectional view of the non-contact charging system according to the invention.
  • Figure 3 schematically shows a side sectional view of the non-contact charging system according to a first embodiment of the invention.
  • Figure 4 schematically shows a side sectional view of the non-contact charging system according to a second embodiment of the invention.
  • Figure 5 schematically shows a side sectional view of the non-contact charging method from the second embodiment of the invention.
  • Figure 6 schematically shows a top view of the non-contact charging method from the second embodiment of the invention.
  • Figure 7 schematically shows a side sectional view of the non-contact charging method from a third embodiment of the invention.
  • Figure 8 schematically shows a top view of the non-contact charging method from the third embodiment of the invention.
  • Figure 9 schematically shows a side sectional view of the non-contact charging method from a fourth embodiment of the invention.
  • Figure 10 schematically shows a top view of the non-contact charging method from the fourth embodiment of the invention.
  • An electric motor vehicle 1 whose engine is only powered by a battery, is equipped in its sub-body, or otherwise the part of the box facing the ground, a non-contact receiver 2 connected to the battery not shown, which receives a power 9 transmitted by a transmitter 12 through a space 7 between the transmitter 2 and the receiver 12, while the vehicle rests on the ground 8 of a parking space equipped with a transmitter, as shown in Figure 1.
  • the charging system of the vehicle battery therefore consists of two main components that cooperate without contact, a transmitter 1 2 fixed to the ground 8 and a receiver 2 mounted on the motor vehicle.
  • the transmitter 12 mainly comprises a so-called primary coil 1 3, which is fixedly positioned at a parking place of a motor vehicle, and powered by a resonant circuit which allows the implementation of the load of a battery.
  • This transmitter 1 2 is advantageously integrated in a volume arranged within the parking space, so that the portion of the transmitter 12 comprising the primary coil 1 3 does not exceed or slightly above the ground level 8 on which is placed a motor vehicle.
  • the transmitter can be disposed entirely above the ground 8 to facilitate its positioning.
  • the secondary coil 3 is adapted to receive a power transmitted by the primary coil 1 3 through the space 7 separating them, called air gap, without requiring a physical electrical connection at the motor vehicle.
  • the receiver 2 is advantageously arranged in the sub-body of the motor vehicle, integrated into the chassis of the vehicle, to minimize the distance e and optimize the transfer of the vehicle. power through space 7.
  • This battery charging system may correspond to the front or rear part of the vehicle.
  • the concept of the invention is to make it more user-friendly and to optimize the charge of the battery by allowing an optimal automatic positioning of the two coils 1 3, 3 without contact of respectively the transmitter 1 2 and the receiver 2.
  • This automatic positioning is obtained on the one hand by an arrangement in which at least one coil is movably mounted on a support and on the other hand by the generation of a magnetic force which induces the displacement of the voice coil to achieve optimal positioning for the phase of subsequent charge.
  • FIG. 3 illustrates a first embodiment of the invention in which the coil 1 3 of the transmitter 12 is mounted mobile within a support 14 via a holding means 1 5, allowing him a displacement of amplitude A in a horizontal plane.
  • this displacement can have any horizontal direction.
  • the holding means 1 5 here consists of a rolling element on balls. These are mounted on a support allowing their rotation on themselves.
  • This holding means 1 5, and the support 14, are in a material compatible with the operation of the coils, which does not disturb the magnetic field generated, as will be explained later.
  • the holding means may comprise balls rolling on ball-type supports, or free in a limited running space.
  • these balls may be replaced by pads, lubricated or dry working, whose materials will be chosen to have a low coefficient of friction, such as plastics among the families of polyetheretherketone (PEEK), polyamides (PA1 1, PA1 2, PA66, PA61 0 and 61 2), polybutylene terephthalate (PBT), polysulfone (PSU), or any other material using polytetrafluoroethylene (PTFE or TEFLON).
  • the holding means can be a system for magnetic levitation.
  • the receiver 2 associated with this transmitter 12 is in this case mounted in a fixed manner on a motor vehicle.
  • FIG. 4 represents a second embodiment of the invention in which the coil 3 of the receiver 2 is mounted mobile within a support 4 by a holding means 5, allowing it to move in a horizontal plane. .
  • this displacement can have any horizontal direction.
  • the transmitter 12 associated with this receiver 2 is in this case fixedly mounted on the ground.
  • the holding means 5 then has a structure as described above in the context of the first embodiment.
  • the two coils 3, 13 of respectively the receiver 2 and the transmitter 12 could be mounted movably, according to a combination of the two embodiments illustrated in Figures 3 and 4.
  • FIGS 5 and 6 illustrate a battery charging method using the second embodiment of the invention described above.
  • the two coils 3,13 of respectively the receiver 2 and the transmitter 12 are supplied with direct current.
  • the current flowing through their turns then generates a magnetic field.
  • This magnetic field is such that it exerts a magnetic force Fm on the voice coil 3, which sets it in motion so that the two coils are automatically positioned in the charging position ideal, in which the two coils are centered, that is to say that their respective centers are substantially superimposed.
  • the equilibrium position of the forces corresponds in such a case to the optimal position of charge.
  • the charging method according to the invention comprises a method of automatically positioning the two coils relative to each other, which therefore comprises a step of generating a magnetic force between the transmitter 12 and the receiver 2 to induce their relative good positioning for a high-performance contactless charge.
  • This automatic positioning method more precisely comprises the following steps:
  • test of the relative positioning of the two coils; - If the test is not satisfactory, it means that the two coils are not positioned correctly, which is interpreted by the fact that the spacing between the two coils was greater than 50% of the diameter of the voice coil. In this case, the direction of the current is reversed so as to generate a repulsive magnetic force between the two coils. This repulsion magnetic force then induces the approximation of the moving coil of the fixed coil, below the threshold of 50% of the diameter of the voice coil.
  • the test of the positioning of the coils consists in the initiation of a charging phase of the battery and in a measurement of the charge efficiency. If the measured efficiency is not good, it means that the coils are incorrectly positioned. Alternatively, any other equivalent test could be implemented.
  • the solution may be implemented so that the maximum travel amplitude of the voice coil relative to the fixed coil does not exceed 50% of its diameter. This can be achieved by any other means assisting the correct positioning of the receiver with respect to the transmitter.
  • the method of positioning the two coils comprises a last step of stopping the magnetic field when the two coils are well positioned. This is done for example by opening the DC power supply circuits of the coils. Then, the voice coil remains in this final position. This position can be kept naturally, or alternatively, it is possible to add a lock to ensure the maintenance of this optimal position of the voice coil.
  • FIGS 7 and 8 show the implementation of a charging method according to the invention with a third embodiment of the charging system, in which a magnet 17, permanent or electrical, is positioned at the center 18 of the coil
  • a direct current supplies the moving coil 3 as previously.
  • the direction of the current in the voice coil and the direction of polarity of the magnet are such that the generated magnetic force is a repulsive force, which induces the displacement of the moving coil 3 to a position of equilibrium which corresponds to the centered position of the two coils.
  • the 10 side of the coil 3 movable closest to the magnet 17 undergoes a force Fm tending to repel, which induces its movement to its centering.
  • This embodiment has the advantage of requiring a continuous supply only for a single coil.
  • this solution works for a maximum distance D, which depends on the intensity of the magnetic field and the physical characteristics of the system components. Beyond this distance D, the voice coil does not approach.
  • Figures 9 and 10 show the charging method according to the invention from a fourth embodiment of the invention, which differs from the previous embodiment in that the fixed coil 13 has several magnets 17, permanent or electrical, positioned outside the fixed coil, preferably distributed around this fixed coil. Then, the moving coil 3 is likewise supplied with a direct current so as to generate a repulsive magnetic force between the voice coil and the permanent magnets positioned around the fixed coil, likewise tending to move the voice coil towards the center of the coil. fixed coil, in superimposed position optimal for the charge without contact of the battery. Indeed, the coil portion at a distance D1 closer to magnets 17 than another portion opposite a distance D2 undergoes a greater force that tends to move away from the magnet. The equilibrium position is therefore the centered position.
  • the power and the number of magnets are selected proportional to the distance thereof from the center of the fixed coil.
  • the maximum travel of the moving coil 3 is defined by the positioning of the magnet array, since the voice coil must remain inside this magnet array.
  • This solution has the advantage of allowing greater travel of the voice coil, especially greater than the diameter of the coil.
  • At least one permanent magnet used could be positioned in any other area around a coil, on the fixed coil and / or on the voice coil. In the case of at least one magnet present on the voice coil, the fixed coil would then be supplied with a direct current.
  • the transmitter and the receiver may both be equipped with at least one permanent magnet.
  • the concept of the invention has the advantage of allowing the catching of a large offset between the two coils, which may be greater than the diameter of a coil, and in any case at least equal to 80% of the diameter of the coil.
  • the windings of coils have been illustrated by different limit values by way of example. Other limits can be implemented without departing from the concept of the invention, by modifying the characteristics of the generated magnetic field.
  • the invention could use any other means of generating a magnetic field acting on at least one coil.
  • the solution according to the concept of the invention remains of course compatible with all the other existing solutions of respective good positioning of the emitter and the contactless receiver, which allows to imagine new combined solutions with a greater flexibility of positioning of the motor vehicle.
  • the charging system according to the invention is therefore composed of a transmitter 12 and a receiver 2, connected to a motor vehicle battery, as described above, and comprises a control device which comprises software elements and / or hardware (hardware and / or software) for implementing the charging method according to the invention, and in particular the method of relative positioning of the two coils.
  • the control device comprises for example mainly one or more microprocessors. It can be arranged at the transmitter, or alternatively at the receiver, or partially on each of the two components. It controls in particular the supply or not of the DC currents in the two coils.
  • the invention has been described on the basis of a battery transmitter fixed at ground level. However, the concept of the invention remains compatible and applicable to any other transmitter, for example portable, mobile.
  • the receiver could be positioned differently on the vehicle body, for example in a wing or a door, the receiver then being adapted to face him.
  • the coils 3, 13 have been chosen circular by way of example. They could have any other shape, rectangular, square, etc. The preceding explanations on the comparison of the offset between the two coils as a function of the diameter of the coil then remain valid considering the circle in which the coils, of any shape, are inscribed.
  • the invention applies for all dimensions of coils.
  • the voice coil can be placed on the receiver or on the transmitter, as has been described.
  • the two coils could be mobile.
  • the displacement of the coils has been envisaged as a horizontal displacement, which can be a translation, a rotation, or any other form of displacement.
  • many other embodiments of the invention may be proposed by implementing the concept of the invention, for example by simply combining the described embodiments.
  • the invention has been described in the context of recharging a battery supplying an electric traction chain of the motor vehicle, one could consider using the invention to recharge any other type of battery in a vehicle, and more particularly a battery servitude.
  • the chosen solution responds well to the objects sought and also has the following advantages:

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Abstract

Procédé de charge d'une batterie d'alimentation électrique d'un véhicule automobile, à partir d'un système de charge comprenant d'une part un émetteur (12) et d'autre part un récepteur (2) disposé au sein du véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de positionnement relatif automatique entre l'émetteur (12) et le récepteur (2) comprenant une génération d'une force magnétique (Fm) entre l'émetteur (12) et le récepteur (2), en vue d'une charge sans contact performante.

Description

CHARGE SANS CONTACT D'UNE BATTERIE
DE VEHICULE AUTOMOBILE
La présente invention concerne un procédé de charge d'une batterie de véhicule automobile. Elle concerne aussi un émetteur, un récepteur et un système de charge comprenant un tel émetteur et un tel récepteur, mettant en œuvre un tel procédé de charge d'une batterie. Elle concerne aussi un véhicule automobile en tant que tel équipé d'un tel récepteur pour mettre en œuvre le procédé de charge de sa batterie.
Certains véhicules automobiles disposent d'une chaîne de traction électrique, comme les véhicules électriques ne disposant que d'une chaîne de traction électrique, ou les véhicules hybrides disposant à la fois d'une chaîne de traction électrique et thermique. Ces véhicules peuvent être équipés d'une batterie, qui est rechargée à l'aide d'un chargeur quand elle est déchargée. Une première famille de solutions de charge d'une batterie de véhicule automobile, dites « avec contact », repose sur une connexion électrique directe et continue entre la batterie et le chargeur, ce dernier délivrant ainsi un courant électrique à la batterie au travers de cette connexion qui permet la charge de la batterie. Une première approche consiste à exploiter le réseau électrique : cela permet la charge de la batterie à partir de faibles puissances, de l'ordre de 3 kW, ce qui exige une longue durée de charge de plusieurs heures. Selon une seconde approche, des chargeurs puissants sont utilisés, offrant par exemple une puissance pouvant aller jusqu'à 100 kW. Toutes les solutions de charge de batterie avec contact présentent de plus les inconvénients suivants :
- la corrosion des contacts électriques au niveau de la connexion entre le chargeur, la batterie et les prises du réseau alternatif réduit leur fiabilité ;
- la connexion avec contact nécessite des manipulations électriques et est peu conviviale. Une seconde famille de solutions de charge de batterie de véhicule automobile, dites « sans contact », repose sur une charge à distance par l'intermédiaire d'un système de charge doté d'une partie primaire émettrice comprenant notamment une bobine primaire, que nous appelons plus simplement « émetteur », qui coopère avec une partie secondaire réceptrice comprenant notamment une bobine secondaire, que nous appelons plus simplement « récepteur », montée sur le véhicule automobile et reliée à la batterie à recharger. La bobine primaire transmet ainsi un champ magnétique suffisant pour induire le courant de charge nécessaire à la charge de la batterie au niveau de la bobine secondaire. L'inconvénient des solutions « sans contact » existantes est qu'elles nécessitent un positionnement relatif très précis des deux bobines primaire et secondaire.
Le document FR2750267 illustre une solution de charge d'une batterie « sans contact » et le problème de positionnement mentionné. Pour répondre à ce problème, ce document propose deux approches combinées : la première consiste à proposer un émetteur portatif, ce qui permet de le déplacer par rapport au véhicule automobile si son positionnement est imparfait, et la seconde consiste en un dispositif de guidage permettant d'augmenter la précision du positionnement du véhicule automobile relativement à l'émetteur lors d'une manœuvre de stationnement.
Finalement, les solutions de charge « sans contact » présentent les inconvénients suivants :
-elles nécessitent un positionnement précis du véhicule relativement à l'émetteur, pour éviter une chute de rendement de la phase de charge;
-ce positionnement précis induit des manipulations délicates de chargeurs et/ou des manœuvres très précises du véhicule automobile, ce qui n'est pas convivial et peu applicable à grande échelle. Ainsi, l'invention a pour objet de proposer une solution de charge d'une batterie de véhicule automobile qui ne présente pas tout ou partie des inconvénients de l'état de la technique. Plus précisément, un premier objet de l'invention est de proposer une solution conviviale de charge d'une batterie de véhicule automobile, ne nécessitant pas de manipulation d'un dispositif de charge ni des manœuvres rigoureuses d'un véhicule automobile. Un second objet de l'invention est de proposer une solution de charge efficace, permettant d'obtenir la pleine charge d'une batterie dans un temps minimum.
A cet effet, l'invention porte sur un procédé de charge d'une batterie d'alimentation électrique d'un véhicule automobile, à partir d'un système de charge comprenant d'une part un émetteur et d'autre part un récepteur disposé au sein du véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de positionnement relatif automatique entre l'émetteur et le récepteur comprenant une génération d'une force magnétique (Fm) entre l'émetteur et le récepteur, en vue d'une charge sans contact performante.
L'étape de positionnement relatif automatique entre l'émetteur et le récepteur peut comprendre la génération d'une force magnétique (Fm) telle qu'elle induit le déplacement d'au moins une bobine de l'émetteur et/ou du récepteur dans une direction de recentrage des deux bobines.
L'étape de génération d'une force magnétique peut comprendre établissement d'un courant continu dans au moins une bobine de l'émetteur ou du récepteur. L'étape de génération d'une force magnétique comprend l'établissement d'un courant continu dans les deux bobines de l'émetteur et du récepteur.
L'étape de génération d'une force magnétique peut comprendre l'établissement d'un courant continu dans le même sens ou dans le sens contraire dans les deux bobines.
L'étape de génération d'une force magnétique peut comprendre une première phase d'établissement d'un courant continu dans au moins une bobine de l'émetteur ou du récepteur dans un premier sens puis une seconde phase d'établissement d'un courant continu dans la au moins une bobine de l'émetteur ou du récepteur dans le sens opposé.
L'étape de génération d'une force magnétique peut comprendre une première étape de génération d'une force magnétique d'attraction entre les deux bobines, puis une étape de test du positionnement relatif de l'émetteur et du récepteur et une étape de génération d'une force magnétique de répulsion entre les bobines si leur positionnement relatif est considéré non optimal lors du test du positionnement.
L'étape de test du positionnement relatif de l'émetteur et du récepteur peut comprendre la mesure de rendement d'une phase de charge de batterie.
L'invention porte aussi sur un émetteur ou un récepteur d'un système de charge pour batterie d'alimentation électrique d'un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend une bobine montée mobile et un moyen de génération d'une force magnétique pour mettre en œuvre le procédé de charge d'une batterie d'alimentation électrique d'un véhicule automobile tel que décrit précédemment.
Le moyen de génération d'une force magnétique peut comprendre un ou plusieurs aimant(s). Le moyen de génération d'une force magnétique peut comprendre un aimant dans la partie centrale de la bobine et/ou plusieurs aimants répartis dans la partie périphérique de la bobine. Le moyen de génération d'une force magnétique peut comprendre un moyen d'établissement d'un courant continu dans la bobine de l'émetteur ou du récepteur.
La bobine peut être circulaire et montée mobile d'une amplitude maximale inférieure ou égale à son diamètre.
L'invention porte aussi sur un système de charge pour batterie d'alimentation électrique d'un véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comprend un récepteur disposé au sein du véhicule automobile et un émetteur tel que décrit précédemment.
L'invention porte aussi sur un véhicule automobile comprenant une batterie d'alimentation électrique, caractérisé en ce qu'il comprend un récepteur pour la charge de la batterie tel que décrit précédemment.
Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes d'exécution particuliers faits à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
La figure 1 représente schématiquement en vue de côté un véhicule automobile en position de charge sans contact de sa batterie selon l'invention. La figure 2 représente schématiquement une vue en coupe de côté du système de charge sans contact selon l'invention. La figure 3 représente schématiquement une vue en coupe de côté du système de charge sans contact selon un premier mode d'exécution de l'invention. La figure 4 représente schématiquement une vue en coupe de côté du système de charge sans contact selon un second mode d'exécution de l'invention.
La figure 5 représente schématiquement une vue en coupe de côté du procédé de charge sans contact à partir du second mode d'exécution de l'invention.
La figure 6 représente schématiquement une vue de dessus du procédé de charge sans contact à partir du second mode d'exécution de l'invention.
La figure 7 représente schématiquement une vue en coupe de côté du procédé de charge sans contact à partir d'un troisième mode d'exécution de l'invention. La figure 8 représente schématiquement une vue de dessus du procédé de charge sans contact à partir du troisième mode d'exécution de l'invention.
La figure 9 représente schématiquement une vue en coupe de côté du procédé de charge sans contact à partir d'un quatrième mode d'exécution de l'invention.
La figure 10 représente schématiquement une vue de dessus du procédé de charge sans contact à partir du quatrième mode d'exécution de l'invention.
Un véhicule automobile 1 électrique, dont le moteur est uniquement alimenté en énergie électrique par une batterie, est équipé dans son sous-caisse, ou autrement la partie de la caisse faisant face au sol, d'un récepteur sans contact 2 relié à la batterie non représentée, qui reçoit une puissance 9 transmise par un émetteur 12 au travers un espace 7 entre l'émetteur 2 et le récepteur 12, alors que le véhicule repose sur le sol 8 d'une place de stationnement équipée d'un émetteur, tel que représenté sur la figure 1 . Le système de charge de la batterie du véhicule se compose donc de deux composants principaux qui coopèrent sans contact, un émetteur 1 2 fixé au sol 8 et un récepteur 2 monté sur le véhicule automobile. L'émetteur 12 comprend principalement une bobine 1 3 dite primaire, qui est positionnée de manière fixe au niveau d'une place de stationnement d'un véhicule automobile, et alimentée par un circuit résonnant qui permet la mise en œuvre de la charge d'une batterie. Cet émetteur 1 2 est avantageusement intégré dans un volume aménagé au sein de la place de stationnement, de sorte que la partie de l'émetteur 12 comprenant la bobine primaire 1 3 ne dépasse pas ou peu du niveau du sol 8 sur lequel se place un véhicule automobile. En variante, l'émetteur peut être disposé entièrement au-dessus du sol 8 pour faciliter son positionnement. La figure 2 illustre schématiquement en coupe de côté lors d'une phase de charge la position relative de la bobine 1 3 de l'émetteur 1 2, qui dépasse légèrement au-dessus du niveau du sol 8, de sorte de se trouver à une distance e dans une direction verticale z au-dessous de la bobine 3 superposée et centrée, dite secondaire, du récepteur 2 aménagé au sein du véhicule automobile. La bobine secondaire 3 est apte à la réception d'une puissance transmise par la bobine primaire 1 3 au travers de l'espace 7 les séparant, appelé entrefer, sans nécessiter de connexion électrique physique au niveau du véhicule automobile. Le récepteur 2 est avantageusement aménagé dans le sous-caisse du véhicule automobile, intégré dans le châssis du véhicule, pour minimiser la distance e et optimiser le transfert de puissance au travers de l'espace 7. Ce système de charge de batterie peut correspondre à la partie avant ou arrière du véhicule.
Le concept de l'invention consiste à rendre plus conviviale et à optimiser la charge de la batterie en permettant un positionnement optimal automatique des deux bobines 1 3, 3 sans contact de respectivement l'émetteur 1 2 et le récepteur 2. Ce positionnement automatique est obtenu d'une part par un agencement dans lequel au moins une bobine est montée mobile sur un support et d'autre part par la génération d'une force magnétique qui induit le déplacement de la bobine mobile pour atteindre un positionnement optimal pour la phase de charge ultérieure.
Ainsi, la figure 3 illustre un premier mode d'exécution de l'invention dans lequel la bobine 1 3 de l'émetteur 12 est montée mobile au sein d'un support 14 par l'intermédiaire d'un moyen de maintien 1 5, lui permettant un déplacement d'amplitude A dans un plan horizontal. Avantageusement, ce déplacement peut avoir toute direction horizontale. Le moyen de maintien 1 5 consiste ici en un élément roulant sur des billes. Ces dernières sont montées sur un support permettant leur rotation sur elles-mêmes. Ce moyen de maintien 1 5, ainsi que le support 14, se trouvent dans un matériau compatible avec le fonctionnement des bobines, qui ne perturbe pas le champ magnétique généré, comme cela sera expliqué par la suite. En variante, le moyen de maintien peut comprendre des billes roulant sur des supports de type chemin de billes, ou libres dans un espace de roulement limité. Ces billes peuvent être remplacées par des patins, lubrifié ou travaillant à sec, dont les matériaux seront choisis pour avoir un coefficient de frottement faible, comme des plastiques parmi les familles de polyéther- éthercétone (PEEK), polyamides (PA1 1 , PA1 2, PA66, PA61 0 et 61 2), de téréphtalates de polybuthylène (PBT), de polysulfones (PSU), ou tout autre matériau utilisant du polytétrafluoréthylène (PTFE ou TEFLON). Selon encore une autre variante, le moyen de maintien peut être un système à sustentation magnétique. Enfin, le récepteur 2 associé à cet émetteur 12 est dans ce cas monté de manière fixe sur un véhicule automobile.
En variante, la figure 4 représente un second mode d'exécution de l'invention dans lequel la bobine 3 du récepteur 2 est montée mobile au sein d'un support 4 par un moyen de maintien 5, lui permettant un déplacement dans un plan horizontal. Avantageusement, ce déplacement peut avoir toute direction horizontale. L'émetteur 12 associé à ce récepteur 2 est dans ce cas monté de manière fixe sur le sol. Le moyen de maintien 5 présente alors une structure telle que décrite ci-dessus dans le cadre du premier mode d'exécution.
Selon une autre variante non représentée, les deux bobines 3, 13 de respectivement le récepteur 2 et l'émetteur 12 pourraient être montées mobiles, selon une combinaison des deux modes d'exécution illustrés sur les figures 3 et 4.
Les figures 5 et 6 illustrent un procédé de charge de batterie à l'aide du second mode d'exécution de l'invention décrit ci-dessus. Un véhicule automobile non représenté, sur lequel est monté le récepteur 2 dont la bobine 3 est mobile, est parqué sur une place de stationnement équipé d'un émetteur 12 fixe. Grâce au système de charge de l'invention, le positionnement du véhicule automobile sur la place de parking n'a pas besoin d'être très précis.
Ensuite, lorsque le véhicule automobile est stationné, les deux bobines 3,13 de respectivement le récepteur 2 et l'émetteur 12 sont alimentées en courant continu. Le courant parcourant leurs spires génère alors un champ magnétique. Ce champ magnétique est tel qu'il exerce une force magnétique Fm sur la bobine mobile 3, qui la met en mouvement de sorte que les deux bobines viennent automatiquement se positionner dans la position de charge idéale, dans laquelle les deux bobines sont centrées, c'est-à-dire que leurs centres respectifs sont sensiblement superposés. En effet, la position d'équilibre des forces correspond dans un tel cas à la position optimale de charge.
Pour générer cette force magnétique, deux solutions sont possibles. Soit les deux bobines s'attirent soit elles se repoussent. Ce choix est en pratique obtenu par le sens respectif des courants circulant dans les deux bobines. Lorsque le décalage entre les deux bobines est inférieur à 50 % du diamètre de la bobine de plus petit diamètre, une force magnétique d'attraction entre les deux bobines entraîne un recentrage des deux bobines. Lorsque le décalage entre les deux bobines se situe environ entre 50 et 80 % du diamètre de la bobine de plus petit diamètre, alors au contraire une force magnétique répulsive entre les deux bobines, comme cela est représenté sur les figures 5 et 6, va alors induire un mouvement de recentrage de la bobine mobile jusqu'à une position dans laquelle son décalage sera alors inférieur à 50 % du diamètre de la bobine de plus petit diamètre. Suite aux remarques précédentes, le procédé de charge selon l'invention comprend un procédé de positionnement automatique des deux bobines l'une par rapport à l'autre qui comprend donc une étape de génération d'une force magnétique entre l'émetteur 12 et le récepteur 2 pour induire leur bon positionnement relatif en vue d'une charge sans contact performante.
Ce procédé de positionnement automatique comprend plus précisément les étapes suivantes :
- établissement d'un courant continu dans les deux bobines de sorte de générer une force magnétique d'attraction entre les deux bobines ;
- test du positionnement relatif des deux bobines ; - si le test n'est pas satisfaisant, cela signifie que les deux bobines ne sont pas positionnées correctement, ce qui est interprété par le fait que l'écartement entre les deux bobines était supérieur à 50 % du diamètre de la bobine mobile. Dans ce cas, le sens du courant est inversé de sorte de générer une force magnétique de répulsion entre les deux bobines. Cette force magnétique de répulsion induit alors le rapprochement de la bobine mobile de la bobine fixe, en dessous du seuil de 50 % du diamètre de la bobine mobile;
- après ce déplacement de la bobine mobile sous l'effet de la force magnétique de répulsion, le sens du courant est de nouveau inversé, pour générer une force magnétique d'attraction entre les deux bobines. Cette fois, comme le décalage initial entre les deux bobines est inférieur à 50 % du diamètre de la bobine mobile, la force magnétique d'attraction entraîne bien la superposition centrée des deux bobines.
Le test du positionnement des bobines consiste en l'initiation d'une phase de charge de la batterie et en une mesure du rendement de charge. Si le rendement mesuré n'est pas bon, cela signifie que les bobines sont mal positionnées. En variante, tout autre test équivalent pourrait être mis en œuvre.
Lorsque les deux bobines sont trop décalées, au-delà de 50 % du diamètre de la bobine mobile, une force magnétique d'attraction entre les deux bobines augmente leur décalage. Toutefois, le décalage maximal de la bobine mobile est limité par les parois latérales 6 de son support 4 qui forment une butée.
En remarque, la solution décrite précédemment fonctionne donc bien pour un décalage maximum de la bobine mobile par rapport à la bobine fixe d'environ 80 % de son diamètre, ce qui apporte une flexibilité intéressante pour le positionnement d'un véhicule lors de son stationnement.
En variante, la solution peut être implémentée de sorte que l'amplitude de débattement maximal de la bobine mobile par rapport à la bobine fixe ne dépasse pas 50 % de son diamètre. Cela peut être obtenu par tout autre moyen assistant le bon positionnement du récepteur par rapport à l'émetteur.
Dans ce cas, il suffit de mettre en place systématiquement une force magnétique d'attraction entre les deux bobines pour obtenir leur bon positionnement. Cette variante présente l'avantage d'une plus grande simplicité mais offre moins de flexibilité pour le positionnement du véhicule automobile.
Enfin, le procédé de positionnement des deux bobines comprend une dernière étape d'arrêt du champ magnétique lorsque les deux bobines sont bien positionnées. Cela se fait par exemple en ouvrant les circuits d'alimentation en courant continu des bobines. Ensuite, la bobine mobile reste dans cette position finale. Cette position peut être conservée naturellement, ou en variante, il est possible d'ajouter un verrou pour garantir le maintien de cette position optimale de la bobine mobile.
Les figures 7 et 8 représentent la mise en œuvre d'un procédé de charge selon l'invention avec un troisième mode d'exécution du système de charge, dans lequel un aimant 17, permanent ou électrique, est positionné au centre 18 de la bobine 13 fixe de l'émetteur 12. En complément, un courant continu alimente la bobine 3 mobile comme précédemment. Il apparaît ainsi une force magnétique Fm entre la bobine 3 mobile et l'aimant 17 de la bobine 13 fixe. Le sens du courant dans la bobine mobile et le sens de polarité de l'aimant sont tels que la force magnétique générée est une force répulsive, qui induit le déplacement de la bobine 3 mobile jusqu'à une position d'équilibre qui correspond à la position centrée des deux bobines. En effet, le côté 10 de la bobine 3 mobile le plus proche de l'aimant 17 subit une force Fm tendant à le repousser, ce qui induit bien son déplacement jusqu'à son centrage. Ce mode d'exécution présente l'avantage de ne nécessiter une alimentation continue que pour une seule bobine.
En remarque, cette solution fonctionne pour une distance D maximale, qui dépend de l'intensité du champ magnétique et des caractéristiques physiques des composants du système. Au-delà de cette distance D, la bobine mobile ne se rapproche pas.
Les figures 9 et 10 représentent le procédé de charge selon l'invention à partir d'un quatrième mode d'exécution de l'invention, qui diffère du mode d'exécution précédent en ce que la bobine 13 fixe présente plusieurs aimants 17, permanents ou électriques, positionnés à l'extérieur de la bobine fixe, de préférence répartis autour de cette bobine fixe. Ensuite, la bobine 3 mobile est de même alimentée par un courant continu de sorte de générer une force magnétique répulsive entre la bobine mobile et les aimants permanents positionnés autour de la bobine fixe, tendant de même à déplacer la bobine mobile vers le centre de la bobine fixe, en position superposée optimale pour la charge sans contact de la batterie. En effet, la partie de bobine à une distance D1 plus proche d'aimants 17 qu'une autre partie opposée à une distance D2 subit une force plus importante qui tend à son éloignement de l'aimant. La position d'équilibre est donc la position centrée.
Dans ce mode d'exécution, la puissance et le nombre des aimants sont choisis proportionnels à l'éloignement de ceux-ci par rapport au centre de la bobine fixe. De plus, le débattement maximal de la bobine 3 mobile est défini par le positionnement du réseau d'aimants, puisque la bobine mobile doit rester à l'intérieur de ce réseau d'aimants. En variante, il est possible d'utiliser plusieurs rangées d'aimants, permanents et/ou électriques, afin d'augmenter la puissance du champ magnétique, qui peut permettre d'amener une bobine en position centrée en plusieurs étapes successives par exemple. Cette solution présente l'avantage de permettre un plus grand débattement de la bobine mobile, notamment supérieur au diamètre de la bobine.
Les deux derniers modes d'exécution décrits ci-dessus mettent aussi en œuvre le procédé de positionnement automatique des deux bobines similaire à celui décrit précédemment dans le cadre du second mode d'exécution de l'invention. En variante, au moins un aimant permanent utilisé pourrait être positionné dans toute autre zone autour d'une bobine, sur la bobine fixe et/ou sur la bobine mobile. Dans le cas d'au moins un aimant présent sur la bobine mobile, la bobine fixe serait alors alimentée d'un courant continu. En variante, l'émetteur et le récepteur peuvent être tous deux équipés d'au moins un aimant permanent.
Finalement, nous avons vu que le concept de l'invention présente l'avantage de permettre le rattrapage d'un décalage important entre les deux bobines, qui peut être supérieur au diamètre d'une bobine, et dans tous les cas au moins égal à 80 % du diamètre de la bobine. Toutefois, les débattements de bobines ont été illustrés par différentes valeurs limites à titre d'exemple. D'autres limites peuvent être implémentées sans sortir du concept de l'invention, en modifiant les caractéristiques du champ magnétique généré. L'invention pourrait utiliser tout autre moyen de génération d'un champ magnétique agissant sur au moins une bobine. De plus, la solution selon le concept de l'invention reste bien sûr compatible avec toutes les autres solutions existantes de bon positionnement respectif de l'émetteur et du récepteur sans contact, ce qui permet d'imaginer de nouvelles solutions combinées présentant une plus grande flexibilité de positionnement du véhicule automobile. Le système de charge selon l'invention est donc composé d'un émetteur 12 et d'un récepteur 2, relié à une batterie de véhicule automobile, tels que décrits précédemment, et comprend un dispositif de commande qui comprend des éléments logiciels et/ou matériels (hardware et/ou software) pour mettre en œuvre le procédé de charge selon l'invention, et notamment le procédé de positionnement relatif des deux bobines. Le dispositif de commande comprend par exemple principalement un ou plusieurs microprocesseurs. Il peut être disposé au niveau de l'émetteur, ou en variante au niveau du récepteur, ou partiellement sur chacun des deux composants. Il commande notamment l'alimentation ou non des courants continus dans les deux bobines.
L'invention a été décrite sur la base d'un émetteur de batterie fixé au niveau du sol. Toutefois, le concept de l'invention reste compatible et applicable à tout autre émetteur, par exemple portatif, mobile. En outre le récepteur pourrait être positionné autrement sur la caisse du véhicule, par exemple dans une aile ou une porte, le récepteur étant alors adapté à lui faire face. De plus, les bobines 3, 13 ont été choisies circulaires à titre d'exemple. Elles pourraient présenter toute autre forme, rectangulaire, carrée, etc. Les explications précédentes sur la comparaison du décalage entre les deux bobines en fonction du diamètre de la bobine restent alors valables en considérant le cercle dans lequel les bobines, de forme quelconque, sont inscrites. De plus, l'invention s'applique pour toutes dimensions de bobines. La bobine mobile peut être placée sur le récepteur ou sur l'émetteur, comme cela a été décrit. En variante, les deux bobines pourraient être mobiles. De plus, le déplacement des bobines a été envisagé comme un déplacement horizontal, qui peut être une translation, une rotation, ou toute autre forme de déplacement. Enfin, de nombreux autres modes d'exécution de l'invention peuvent être proposés en implémentant le concept de l'invention, par exemple par la simple combinaison des modes d'exécution décrits. De plus, bien que l'invention ait été décrite dans le contexte de la recharge d'une batterie alimentant une chaîne de traction électrique du véhicule automobile, on pourrait envisager d'utiliser l'invention pour recharger tout autre type de batterie dans un véhicule, et plus particulièrement une batterie de servitude. Finalement, la solution retenue répond bien aux objets recherchés et présente en outre les avantages suivants :
elle permet l'optimisation du rendement énergétique d'une phase de charge d'une batterie et donc la limitation des pertes d'énergie ;
elle permet une flexibilité sur le positionnement d'un véhicule automobile par rapport à un émetteur de charge, ce qui augmente le confort global du système de charge pour un conducteur ;
elle permet de réduire le temps de charge d'une batterie pour une puissance fournie donnée.

Claims

Revendications :
Procédé de charge d'une batterie d'alimentation électrique d'un véhicule automobile, à partir d'un système de charge comprenant d'une part un émetteur (12) et d'autre part un récepteur (2) disposé au sein du véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de positionnement relatif automatique entre l'émetteur (12) et le récepteur (2) comprenant une génération d'une force magnétique (Fm) entre l'émetteur (12) et le récepteur (2), en vue d'une charge sans contact performante.
Procédé de charge d'une batterie d'alimentation électrique d'un véhicule automobile selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'étape de positionnement relatif automatique entre l'émetteur (12) et le récepteur (2) comprend la génération d'une force magnétique (Fm) telle qu'elle induit le déplacement d'au moins une bobine (13 ; 3) de l'émetteur (12) et/ou du récepteur (2) dans une direction de recentrage des deux bobines (13 ; 3).
Procédé de charge d'une batterie d'alimentation électrique d'un véhicule automobile selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de génération d'une force magnétique comprend l'établissement d'un courant continu dans au moins une bobine de l'émetteur (12) ou du récepteur (2).
Procédé de charge d'une batterie d'alimentation électrique d'un véhicule automobile selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'étape de génération d'une force magnétique comprend établissement d'un courant continu dans les deux bobines de l'émetteur (12) et du récepteur (2). Procédé de charge d'une batterie d'alimentation électrique d'un véhicule automobile selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'étape de génération d'une force magnétique comprend établissement d'un courant continu dans le même sens ou dans le sens contraire dans les deux bobines.
Procédé de charge d'une batterie d'alimentation électrique d'un véhicule automobile selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de génération d'une force magnétique comprend une première phase d'établissement d'un courant continu dans au moins une bobine de l'émetteur (12) ou du récepteur (2) dans un premier sens puis une seconde phase d'établissement d'un courant continu dans la au moins une bobine de l'émetteur (12) ou du récepteur (2) dans le sens opposé.
Procédé de charge d'une batterie d'alimentation électrique d'un véhicule automobile selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de génération d'une force magnétique comprend une première étape de génération d'une force magnétique d'attraction entre les deux bobines, puis une étape de test du positionnement relatif de l'émetteur (12) et du récepteur (2) et une étape de génération d'une force magnétique de répulsion entre les bobines si leur positionnement relatif est considéré non optimal lors du test du positionnement.
Procédé de charge d'une batterie d'alimentation électrique d'un véhicule automobile selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'étape de test du positionnement relatif de l'émetteur (12) et du récepteur (2) comprend la mesure de rendement d'une phase de charge de batterie. Emetteur (12) ou récepteur (2) d'un système de charge pour batterie d'alimentation électrique d'un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend une bobine (13 ; 3) montée mobile et un moyen de génération d'une force magnétique pour mettre en œuvre le procédé de charge d'une batterie d'alimentation électrique d'un véhicule automobile selon l'une des revendications précédentes.
Emetteur (12) ou récepteur (2) d'un système de charge pour batterie d'alimentation électrique d'un véhicule automobile selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le moyen de génération d'une force magnétique comprend un ou plusieurs aimant(s) (17).
Emetteur (12) ou récepteur (2) d'un système de charge pour batterie d'alimentation électrique d'un véhicule automobile selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le moyen de génération d'une force magnétique comprend un aimant dans la partie centrale de la bobine et/ou plusieurs aimants répartis dans la partie périphérique de la bobine.
Emetteur (12) ou récepteur (2) d'un système de charge pour batterie d'alimentation électrique d'un véhicule automobile selon l'une des revendications 8 à 1 1 , caractérisé en ce que le moyen de génération d'une force magnétique comprend un moyen d'établissement d'un courant continu dans la bobine (13 ; 3) de l'émetteur (12) ou récepteur (2).
Emetteur (12) ou récepteur (2) d'un système de charge pour batterie d'alimentation électrique d'un véhicule automobile selon l'une des revendications 8 à 12, caractérisé en ce que la bobine (13 ; 3) est circulaire et montée mobile d'une amplitude maximale inférieure ou égale à son diamètre. Système de charge pour batterie d'alimentation électrique d'un véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comprend un récepteur (2) disposé au sein du véhicule automobile et un émetteur (12) selon l'une des revendications 8 à 13.
Véhicule automobile comprenant une batterie d'alimentation électrique, caractérisé en ce qu'il comprend un récepteur (2) pour la charge de la batterie selon l'une des revendications 8 à 13.
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