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WO2012001291A2 - Charge sans contact d'une batterie de vehicule automobile - Google Patents

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WO2012001291A2
WO2012001291A2 PCT/FR2011/051496 FR2011051496W WO2012001291A2 WO 2012001291 A2 WO2012001291 A2 WO 2012001291A2 FR 2011051496 W FR2011051496 W FR 2011051496W WO 2012001291 A2 WO2012001291 A2 WO 2012001291A2
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battery
charging
transmitter
receiver
motor vehicle
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PCT/FR2011/051496
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Menouar Ameziani
Olivier Cayol
Jeanne Houivet
Original Assignee
Renault S.A.S.
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Priority claimed from FR1055279A external-priority patent/FR2962263B1/fr
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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 a thermal and electric traction chain. These vehicles can be equipped with a battery that 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:
  • connection with contact is difficult to ensure in a humid environment; - The connection with contact requires electrical manipulation, is not very user-friendly and generally requires devices managing the hygiene of the charging cable, for example a winder.
  • a second family of automotive battery charging solutions called “non-contact”, relies on remote charging via a charging system, also called “charger”, having a transmitting primary portion comprising in particular a primary coil, which we more simply call “transmitter”, which cooperates with a receiving secondary part comprising in particular a secondary coil, which we more simply call “receiver”, mounted on the motor vehicle and connected to the battery to be recharged.
  • the primary coil thus transmits a magnetic field sufficient to induce the charging current required for charging the battery at the secondary coil.
  • 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.
  • an object of the invention is to provide a simple and reliable charging solution for a motor vehicle battery that guarantees charging operation only when appropriate.
  • the invention is based on a non-contact charging method of 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 disposed within the motor vehicle, characterized in that it comprises a final step of detecting end of charge of the battery and inactivation of the receiver at the end of charging.
  • the final step of inactivation of the receiver at the end of charging may include the automatic actuation of a switch mounted in parallel with the coil of the receiver.
  • the charging method of a power supply battery of a motor vehicle may comprise a step of detection by the transmitter of the power absorbed by the receiver and below a certain predefined threshold, it may be considered that the battery is fully charged and the final step of inactivation of the receiver must be initiated.
  • the method of charging a battery may comprise a step of detecting the presence of a battery to be charged by the transmitter by measuring and analyzing a pulse train taking into account the intensity and the voltage at the transmitter.
  • the step of detecting the presence of a battery to be charged by the transmitter may include measuring and analyzing the input power of the transmitter.
  • the step of detecting the presence of the receiver may comprise the following substeps:
  • the step of detecting the presence of the receiver is preferably followed by a step of operating at full power of the transmitter to charge the battery.
  • the method of charging a battery may include a prior step of closing a switch connected in series with the receiver coil to make the receiver active and detectable by the transmitter.
  • the method of charging a battery may comprise a preliminary step of activating the transmitter to implement the step of detecting the presence of a battery to be charged and / or a final inactivation step of this transmitter after the end of the charge.
  • the invention also relates to a control means for a charging system of a power supply battery of a motor vehicle, characterized in that it comprises software and / or hardware means and implements the method of charging a battery for powering a motor vehicle as described above.
  • the invention also relates to a transmitter of a charging system for a power supply battery of a motor vehicle, characterized in that it comprises a control means which implements the charging method of a battery of a motor vehicle. power supply of a motor vehicle as described above.
  • the motor vehicle may include a switch at its dashboard to make active or not the receiver by a transmitter.
  • the invention also relates to a charging system for a power supply battery of a motor vehicle characterized in that it comprises an emitter as described above.
  • Figure 1 schematically shows a side view of a motor vehicle charging phase without contact with its battery according to the invention.
  • Figure 2 schematically shows a side view of a non-contact charging system according to the invention.
  • FIG. 3 diagrammatically represents the electric circuit of the charging system of a battery according to the invention.
  • Figure 4 schematically shows the electric circuit of the charging system of a battery.
  • Figure 5 shows the electric circuit of the charging device of a battery.
  • Figure 6 illustrates the time evolution of the voltage after the rectifier and the intensity at the transmitter at the beginning of the charging process.
  • Figure 7 illustrates the temporal evolution of the voltage and the intensity at the receiver at the beginning of the charging process.
  • FIG. 8 diagrammatically represents the electric circuit of the charging system of a battery according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 9 represents the electric circuit of the charging system of a battery according to the embodiment of the invention.
  • FIG. 10 illustrates the temporal evolution of the voltage and intensity at the transmitter at the end of the charging method according to the embodiment of the invention.
  • FIG. 11 illustrates the temporal evolution of the voltage and the intensity at the receiver at the end of the charging method according to the embodiment of the invention.
  • An electric motor vehicle 1 whose motor is supplied with electrical energy by a battery, is equipped in its sill with a non-contact receiver 2 connected to the not shown battery, which receives a power 9 transmitted by a transmitter 12 to through a space 7 between the transmitter 12 and the receiver 2, while the vehicle rests on the ground 8 of a parking space equipped with a transmitter 12, as shown in Figure 1.
  • the charging system of the vehicle battery therefore consists of two main components that cooperate without contact, a transmitter 12 fixed to the ground 8 and a receiver 2 mounted on the motor vehicle.
  • the transmitter 12 mainly comprises a so-called primary coil 13, which is fixedly positioned at a parking space of a motor vehicle, powered by a resonant circuit which will be described later.
  • This transmitter 12 is advantageously integrated into a volume arranged within the parking space, so that the portion of the transmitter 12 comprising the primary coil 13 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.
  • FIG. 2 schematically illustrates in side section the relative position of the coil 13 of the transmitter 12, which protrudes slightly above the ground level 8, so as to be at a distance e below the so-called coil secondary 3 of the receiver 2 arranged within the motor vehicle 1, in a vertical direction z.
  • the secondary coil 3 is adapted to receive a power 9 transmitted by the primary coil 13 through the space 7 separating them, called gap, without requiring a physical electrical connection at the motor vehicle.
  • the receiver 2 is advantageously arranged in the underside of the motor vehicle, integrated in the chassis of the vehicle, to minimize the distance e and optimize power transfer through the space 7.
  • This battery charging system can be positioned at different vehicle positions, for example in the front part, in the middle or even in the rear part of the vehicle.
  • the transmitter 12 comprises a connection 15 to the electrical power distribution network or sector 16, an AC / DC converter 17 whose function is to transform the AC current of the sector 16 into a direct current, supplying a DC voltage Vdc. input of an inverter 18 whose function is to transmit an oscillating power to the level of the primary coil 1 3.
  • the receiver 2 arranged within the motor vehicle, comprises a secondary coil 3 which receives the power transmitted by the primary coil 1 3, the magnetic field generated induces an electric current within the coil secondary 3 through the space 7. This electric current passes through a regulator or rectifier 4 and a filter 1 1 before reaching the battery 1 0, thus allowing its charging.
  • the charging system is further controlled by a control device 1 9, which comprises software and / or hardware means for implementing a battery charging method, which will be explained later.
  • the concept of the invention consists in implementing a detection of the end of charge of a battery by the transmitter and the deactivation of the receiver at the end of charge so as not to emit a full power of charge towards the battery when this does not occur. is not necessary, to avoid damage to a battery by overcharging. This can be implemented or supplemented by detecting the presence of a battery to be charged.
  • control device 1 9 of the transmitter 1 2 implements a step of transmitting a low power train and detects the modification of this power train to deduce the presence or absence of a battery 1 0 to load.
  • a low-power train is understood to mean a pulse train whose transmitted power is between a few W and a few tens of W, for example 50 W in the case where the rated load power is 3KW.
  • the charging method according to the invention implements the following steps:
  • E1 0 periodic sending of a low power pulse train by the transmitter 12; E20 - measurement and analysis of the time evolution of the pulse train at the transmitter 12 to deduce the presence or absence of a receiver 2 for charging a battery. Then, after detection of the presence of a battery to be charged, the control device 19 of the transmitter 12 triggers a step E30 operating at full power of the transmitter, which thus goes into an optimal operating mode to load the transmitter. drums.
  • the control means may implement the following preliminary steps before it operates at full power:
  • E25 verification of the relative positioning of the receiver 2 of the motor vehicle with respect to the transmitter 12, by measuring and analyzing the temporal evolution of the power of the pulse train or the current and the voltage at the level of the transmitter 12;
  • the acceptable threshold of the positioning of the receiver 12 of the motor vehicle may for example be a gap of at most 20 centimeters from the center of the coil 13 of the transmitter 12.
  • FIG. 4 schematically illustrates the electrical diagram of the non-contact charging system of a motor vehicle battery 10 according to one possible variant of the invention, which comprises a switch 5 connected in series with the coil 3 on the receiver 2 of the motor vehicle.
  • this switch 5 is in the form of a button positioned at the dashboard of the motor vehicle but could be considered other man-machine interface means to perform this function.
  • this switch can be controlled by a battery charge computer present in the vehicle automobile.
  • This electrical embodiment can be combined with the embodiment of the invention which will be described later with reference to FIGS. 8 to 10.
  • the charging method implemented by this embodiment comprises a preliminary step E05 for closing the switch 5, by the driver of the motor vehicle when he has parked his vehicle and he believes that the conditions are met for the charging of his battery. From the moment when the switch 5 is closed, the transmitter 12 will then detect the presence of the receiver 2 according to the method described above. Alternatively, the actuation of this switch can be automatic.
  • Figure 5 shows in more detail the circuit diagram of the non-contact battery charging system of Figure 4.
  • FIG. 6 illustrates, by the curves 20, the evolution as a function of time of respectively the voltage and the intensity, measured at the emitter 12.
  • the curve 22 represents the position of the switch 5, takes the value 0 when open and 1 when closed.
  • the switch 5 moves from the open to closed position.
  • the transmitter is characterized by a voltage V and an intensity I, which are generated according to step E10 explained above.
  • the presence of the coil 3 of the receiver 2 induces a modification of the temporal evolution of the voltage and the intensity within the emitter 12. Indeed, it appears that the amplitude of the current is modified, as well as the phase shift. between the voltage and the current, which also materializes by a modification of the input power of the transmitter.
  • the combined use of current and voltage makes it easy to detect this phenomenon due to the presence of a battery charge via the relatively simple measurement of this power.
  • the step of periodically sending a pulse train E10 at low power by the transmitter 12 is performed here by undulatory signals of voltage and intensity.
  • the step of measuring and analyzing the pulse train E20 comprises measuring and analyzing the input power of the transmitter.
  • any other method taking into account the temporal evolution of the current and voltage at the transmitter 12 may allow to deduce the presence or absence of a receiver 2 for charging a battery.
  • FIG. 7 illustrates by curves 23, 24 the evolution as a function of time of respectively the voltage and the intensity, measured at the level of receiver 2. Before time t i, nothing happens at the level of receiver. Then, we notice the appearance of a tension and an intensity.
  • another switch can also be implemented at the transmitter, allowing it to start or not.
  • the driver when the driver has parked his motor vehicle and wishes to recharge his battery, he must not only operate the switch 5 on board his motor vehicle but also the switch of the transmitter, which can be in a device. actuation positioned at the edge of the parking space.
  • the charging method thus comprises another step E07 prior to activation of the transmitter. Without this activation, the detection phase of the battery to be charged is not triggered.
  • FIGS. 8 and 9 illustrate the wiring diagram of the non-contact charging system of a motor vehicle battery 10 according to one embodiment of the invention, which comprises a switch 6 connected in parallel with the coil 3 of the receiver 2 mounted on the motor vehicle. This switch 6 is used to manage the end of charge of the charging process.
  • This embodiment of the invention may naturally be the subject of alternative embodiments by exploiting the embodiments explained above.
  • the charging method implemented by this embodiment comprises a final step of automatic actuation of the switch 6 to turn off the receiver and terminate the charge of the battery.
  • the transmitter 12 detects that the transmitted power is less and less absorbed by the receiver 2 and beyond a certain predefined threshold, it is considered that the battery 10 is fully charged. In this case, the charging process is stopped by the actuation of the switch 6, which avoids overcharging the battery which could damage it.
  • the charging method according to the invention comprises a final step E40 for detecting the end of charge of the battery 10 and the inactivation of the receiver 2 at the end of charging.
  • FIG. 10 illustrates by curves 30, 31 the evolution as a function of time of respectively the voltage and the intensity, measured at the emitter 12.
  • the curve 32 represents the position of the switch 6, takes the value 0 when the receiver is active and 1 when it is inactive.
  • the control device 19 of the transmitter 12, or any computer present on the secondary circuit, at the receiver 2 detects the end of charging the battery. It then drives the operation of the switch 6. This induces the deactivation of the coil 3 of the receiver 2, which causes a change in the temporal evolution of the voltage and the intensity within the transmitter 12.
  • FIG. 11 illustrates by the curves 33, 34 the evolution as a function of time of respectively the voltage and the intensity, measured at the level of the receiver 2.
  • the secondary circuit is subjected to a voltage that becomes zero upon actuation of the switch 6 at time tf.
  • the battery 10 is protected from any overload after the instant tf.
  • the end-of-charge process described above also applies if the vehicle is moved during the charging phase or in case of abnormality during charging.
  • the previous execution mode has been described by way of non-limiting example and it is obvious that other modes of execution can be implemented, in particular by simple combination of the schemes described above.
  • the invention has been illustrated from certain electrical diagrams by way of example. It is applicable to any equivalent implementation at the electrical level.
  • the reels can have any shape, circular, rectangle, square, etc.
  • the inverter can be in various forms, with any number of transistors, for example only two, with other types of transistor, etc.
  • the charging method is implemented by a control device of the charging system, which comprises software and / or hardware elements (hardware and / or software).
  • 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.
  • the invention has been described on the basis of a battery transmitter fixed at ground level.
  • the concept of the invention remains compatible and applicable to a completely different transmitter, for example portable, mobile, but also to a transmitter that would not be fixed at ground level but on a wall, able to cooperate with a receiver placed in correspondence on the vehicle.

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Abstract

Procédé de charge d'une batterie (10) 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 finale (E40) de détection de fin de charge de la batterie (10) et d'inactivation du récepteur (2) en fin de charge.

Description

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 des véhicules électriques, ne disposant que d'une chaîne de traction électrique, ou des véhicules hybrides, disposant à la fois d'une chaîne de traction thermique et électrique. 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 est délicate à assurer en milieu humide; - la connexion avec contact nécessite des manipulations électriques, est peu conviviale et nécessite généralement des dispositifs gérant l'hygiène du câble de recharge, par exemple un enrouleur. 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, appelé aussi « chargeur », 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 une communication entre d'une part un véhicule et d'autre part l'émetteur, pour éviter l'émission de puissance de charge quand le véhicule est absent, ou mal positionné, ou quand sa batterie est déjà chargée. Les solutions existantes ne sont pas satisfaisantes pour répondre à ces situations.
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 objet de l'invention est de proposer une solution simple et fiable de charge d'une batterie de véhicule automobile qui garantit un fonctionnement de charge uniquement quand cela est opportun. A cet effet, l'invention repose sur un procédé de charge sans contact 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 finale de détection de fin de charge de la batterie et d'inactivation du récepteur en fin de charge.
L'étape finale d'inactivation du récepteur en fin de charge peut comprendre l'actionnement automatique d'un interrupteur monté en parallèle avec la bobine du récepteur.
Le procédé de charge d'une batterie d'alimentation électrique d'un véhicule automobile peut comprendre une étape de détection par l'émetteur de la puissance absorbée par le récepteur et au-dessous d'un certain seuil prédéfini, il peut être considéré que la batterie est pleinement chargée et qu'il faut engager l'étape finale d'inactivation du récepteur.
Le procédé de charge d'une batterie peut comprendre une étape de détection de la présence d'une batterie à charger par l'émetteur par la mesure et l'analyse d'un train d'impulsion prenant en compte l'intensité et la tension au niveau de l'émetteur.
L'étape de détection de la présence d'une batterie à charger par l'émetteur peut comprendre la mesure et l'analyse de la puissance d'entrée de l'émetteur.
L'étape de détection de la présence du récepteur peut comprendre les sous- étapes suivantes :
- envoi périodique d'un train d'impulsion à faible puissance par l'émetteur; - mesure et analyse de l'évolution temporelle du train d'impulsion au niveau de l'émetteur pour en déduire la présence ou non d'un récepteur pour la charge d'une batterie.
L'étape de détection de la présence du récepteur est préférentiellement suivie d'une étape de mise en fonctionnement à pleine puissance de l'émetteur pour charger la batterie. Le procédé de charge d'une batterie peut comprendre une étape préalable de fermeture d'un interrupteur monté en série avec la bobine du récepteur pour rendre actif et détectable le récepteur par l'émetteur.
Le procédé de charge d'une batterie peut comprendre une étape préalable d'activation de l'émetteur pour qu'il mette en œuvre l'étape de détection de la présence d'une batterie à charger et/ou une étape finale d'inactivation de cet émetteur après la fin de la charge.
L'invention porte aussi sur un moyen de commande pour un système de charge d'une batterie d'alimentation électrique d'un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens logiciels et/ou matériels et met en œuvre le procédé de charge d'une batterie d'alimentation électrique d'un véhicule automobile tel que décrit précédemment. L'invention porte aussi sur un émetteur d'un système de charge pour batterie d'alimentation électrique d'un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de commande qui met en œuvre le procédé de charge d'une batterie d'alimentation électrique d'un véhicule automobile tel que décrit précédemment. Le véhicule automobile peut comprendre un interrupteur au niveau de son tableau de bord pour rendre actif ou non le récepteur par un émetteur.
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 émetteur tel que décrit précédemment.
Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante d'un mode d'exécution particulier fait 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 phase de charge sans contact de sa batterie selon l'invention.
La figure 2 représente schématiquement en vue de côté un système de charge sans contact selon l'invention.
La figure 3 représente schématiquement le circuit électrique du système de charge d'une batterie selon l'invention.
La figure 4 représente schématiquement le circuit électrique du système de charge d'une batterie. La figure 5 représente le circuit électrique du dispositif de charge d'une batterie.
La figure 6 illustre l'évolution temporelle de la tension après le redresseur et de l'intensité au niveau de l'émetteur lors du début du procédé de charge. La figure 7 illustre l'évolution temporelle de la tension et de l'intensité au niveau du récepteur lors du début du procédé de charge.
La figure 8 représente schématiquement le circuit électrique du système de charge d'une batterie selon un mode d'exécution de l'invention.
La figure 9 représente le circuit électrique du système de charge d'une batterie selon le mode d'exécution de l'invention. La figure 10 illustre l'évolution temporelle de la tension et de l'intensité au niveau de l'émetteur à la fin du procédé de charge selon le mode d'exécution de l'invention.
La figure 1 1 illustre l'évolution temporelle de la tension et de l'intensité au niveau du récepteur à la fin du procédé de charge selon le mode d'exécution de l'invention.
A titre non limitatif, l'invention sera décrite en relation avec un véhicule automobile électrique.
Un véhicule automobile 1 électrique, dont le moteur est alimenté en énergie électrique par une batterie, est équipé dans son bas de caisse d'un récepteur 2 sans contact relié à la batterie non représentée, qui reçoit une puissance 9 transmise par un émetteur 12 au travers un espace 7 entre l'émetteur 12 et le récepteur 2, alors que le véhicule repose sur le sol 8 d'une place de stationnement équipée d'un émetteur 12, 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 12 fixé au sol 8 et un récepteur 2 monté sur le véhicule automobile. L'émetteur 12 comprend principalement une bobine 13 dite primaire, qui est positionnée de manière fixe au niveau d'une place de stationnement d'un véhicule automobile, alimentée par un circuit résonnant qui sera décrit par la suite. Cet émetteur 12 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 13 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 la position relative de la bobine 13 de l'émetteur 12, qui dépasse légèrement au-dessus du niveau du sol 8, de sorte de se trouver à une distance e au-dessous de la bobine dite secondaire 3 du récepteur 2 aménagé au sein du véhicule automobile 1 , dans une direction verticale z. La bobine secondaire 3 est apte à la réception d'une puissance 9 transmise par la bobine primaire 13 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 bas de 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 être positionné à différentes positions du véhicule, par exemple en partie avant, au milieu ou bien encore en partie arrière du véhicule. La figure 3 représente de manière simplifiée le schéma électrique du système de charge sans contact d'une batterie 10 de véhicule automobile selon l'invention. L'émetteur 12 comprend une connexion 15 vers le réseau de distribution d'énergie électrique ou secteur 16, un convertisseur AC/DC 17 dont la fonction est de transformer le courant alternatif du secteur 16 en un courant continu, fournissant une tension continue Vdc en entrée d'un onduleur 18 dont la fonction est de transmettre une puissance oscillante au niveau de la bobine primaire 1 3. Le récepteur 2, agencé au sein du véhicule automobile, comprend une bobine secondaire 3 qui reçoit la puissance transmise par la bobine primaire 1 3, dont le champ magnétique généré induit un courant électrique au sein de la bobine secondaire 3 au travers de l'espace 7. Ce courant électrique traverse un régulateur ou redresseur 4 puis un filtre 1 1 avant d'atteindre la batterie 1 0, permettant ainsi sa charge. Le système de charge est de plus contrôlé par un dispositif de commande 1 9, qui comprend des moyens logiciels et/ou matériels pour mettre en œuvre un procédé de charge de batterie, qui va être explicité par la suite.
Le concept de l'invention consiste à mettre en œuvre une détection de la fin de charge d'une batterie par l'émetteur et la désactivation du récepteur en fin de charge pour ne pas émettre une pleine puissance de charge vers la batterie quand cela n'est pas nécessaire, pour éviter un endommagement d'une batterie par surcharge. Cela peut être mis en œuvre ou complété par la détection de la présence d'une batterie à charger.
Pour cela, le dispositif de commande 1 9 de l'émetteur 1 2 met en œuvre une étape d'émission d'un train de faible puissance et détecte la modification de ce train de puissance pour en déduire la présence ou non d'une batterie 1 0 à charger. On entend par train de faible puissance, un train d'impulsion dont la puissance émise est comprise entre quelques W à quelques dizaines de W, par exemple 50 W dans le cas où la puissance de charge nominale est de 3KW.
Plus précisément, le procédé de charge selon l'invention met en œuvre les étapes suivantes :
E1 0 - envoi périodique d'un train d'impulsion à faible puissance par l'émetteur 12 ; E20 - mesure et analyse de l'évolution temporelle du train d'impulsion au niveau de l'émetteur 12 pour en déduire la présence ou non d'un récepteur 2 pour la charge d'une batterie. Ensuite, après détection de la présence d'une batterie à charger, le dispositif de commande 19 de l'émetteur 12 déclenche une étape E30 de fonctionnement à pleine puissance de l'émetteur, qui passe ainsi dans un mode de fonctionnement optimal pour charger la batterie. De manière optionnelle, le moyen de commande peut mettre en œuvre les étapes préalables suivantes avant son fonctionnement à pleine puissance :
E25 : vérification du positionnement relatif du récepteur 2 du véhicule automobile par rapport à l'émetteur 12, par la mesure et analyse de l'évolution temporelle de la puissance du train d'impulsion ou du courant et de la tension au niveau de l'émetteur 12 ;
E26 : au-delà d'un seuil, le positionnement est considéré comme non satisfaisant et l'étape E30 de charge n'est pas engagée.
Le seuil acceptable du positionnement du récepteur 12 du véhicule automobile peut par exemple être un écartement d'au maximum 20 centimètres par rapport au centre de la bobine 13 de l'émetteur 12.
La figure 4 illustre de manière simplifiée le schéma électrique du système de charge sans contact d'une batterie 10 de véhicule automobile selon une variante possible de l'invention, qui comprend un interrupteur 5 monté en série avec la bobine 3 sur le récepteur 2 du véhicule automobile. Selon une réalisation avantageuse, cet interrupteur 5 se présente sous la forme d'un bouton positionné au niveau du tableau de bord du véhicule automobile mais on pourrait envisager d'autres moyens d'interface homme-machine pour remplir cette fonction. En variante, cet interrupteur peut être piloté par un calculateur de charge de batterie, présent au sein du véhicule automobile. Cette réalisation électrique peut être combinée avec le mode d'exécution de l'invention qui va être décrit plus loin en référence avec les figures 8 à 10. Lorsque l'interrupteur 5 est ouvert, le récepteur 2 n'est pas actif et est donc indétectable par l'émetteur 12. Ainsi, le procédé de charge mis en œuvre par ce mode d'exécution comprend une étape préalable E05 de fermeture de l'interrupteur 5, par le conducteur du véhicule automobile lorsqu'il a stationné son véhicule et qu'il estime que les conditions sont réunies pour le chargement de sa batterie. A partir du moment où l'interrupteur 5 est fermé, l'émetteur 12 va alors détecter la présence du récepteur 2 selon le procédé décrit précédemment. En variante, l'actionnement de cet interrupteur peut être automatique. La figure 5 représente de manière plus détaillée le schéma électrique du système de charge de batterie sans contact de la figure 4.
La figure 6 illustre par les courbes 20, 21 l'évolution en fonction du temps de respectivement la tension et l'intensité, mesurées au niveau de l'émetteur 12. La courbe 22 représente la position de l'interrupteur 5, prend la valeur 0 lorsqu'il est ouvert et 1 lorsqu'il est fermé. Ainsi, à l'instant ti, l'interrupteur 5 passe de la position ouverte à fermée. Avant l'instant ti, l'émetteur se caractérise par une tension V et une intensité I, qui sont générées selon l'étape E10 explicitée ci-dessus. La présence de la bobine 3 du récepteur 2 induit une modification de l'évolution temporelle de la tension et l'intensité au sein de l'émetteur 12. En effet, il apparaît que l'amplitude du courant est modifiée, ainsi que le déphasage entre la tension et le courant, ce qui se matérialise aussi par une modification de la puissance en entrée de l'émetteur. L'utilisation combinée du courant et de la tension permet donc de détecter facilement ce phénomène dû à la présence d'un récepteur de charge de batterie par l'intermédiaire de la mesure relativement simple de cette puissance.
Ainsi, l'étape d'envoi périodique d'un train d'impulsion E10 à faible puissance par l'émetteur 12 est réalisée ici par des signaux ondulatoires de tension et l'intensité. Ensuite, l'étape de mesure et analyse du train d'impulsion E20 comprend la mesure et l'analyse de la puissance en entrée de l'émetteur. En variante, toute autre méthode prenant en compte l'évolution temporelle du courant et de la tension au niveau de l'émetteur 12 peut permettre d'en déduire la présence ou non d'un récepteur 2 pour la charge d'une batterie.
En remarque, la figure 7 illustre par les courbes 23, 24 l'évolution en fonction du temps de respectivement la tension et l'intensité, mesurées au niveau du récepteur 2. Avant l'instant ti, il ne se passe rien au niveau du récepteur. Ensuite, on remarque l'apparition d'une tension et d'une intensité.
Selon une autre variante de réalisation, un autre interrupteur peut aussi être implémenté au niveau de l'émetteur, permettant sa mise en route ou non. Ainsi, lorsque le conducteur a stationné son véhicule automobile et souhaite recharger sa batterie, il doit non seulement actionner l'interrupteur 5 à bord de son véhicule automobile mais aussi l'interrupteur de l'émetteur, qui peut se trouver dans un dispositif d'actionnement positionné au bord de la place de stationnement. Dans cette variante, le procédé de charge comprend donc une autre étape E07 préalable d'activation de l'émetteur. Sans cette activation, la phase de détection de la batterie à charger ne se déclenche pas.
Les figures 8 et 9 illustrent le schéma électrique du système de charge sans contact d'une batterie 10 de véhicule automobile selon un mode d'exécution de l'invention, qui comprend un interrupteur 6 monté en parallèle avec la bobine 3 du récepteur 2 monté sur le véhicule automobile. Cet interrupteur 6 est utilisé pour gérer la fin de charge du procédé de charge. Ce mode d'exécution de l'invention peut naturellement faire l'objet de variantes de réalisation en exploitant les réalisations explicitées précédemment.
Lorsque l'interrupteur 6 est fermé, le récepteur 2 n'est plus actif et n'est donc plus soumis à la puissance transmise par l'émetteur 12. Ainsi, le procédé de charge mis en œuvre par ce mode d'exécution comprend une étape finale d'actionnement automatique de l'interrupteur 6 pour désactiver le récepteur et mettre fin à la charge de la batterie.
Pour cela, l'émetteur 12 détecte que la puissance émise est de moins en moins absorbée par le récepteur 2 et au-delà d'un certain seuil prédéfini, il est considéré que la batterie 10 est pleinement chargée. Dans ce cas, le procédé de charge est stoppé par l'actionnement de l'interrupteur 6, ce qui évite toute surcharge de la batterie qui risquerait de l'endommager.
Plus généralement, le procédé de charge selon l'invention comprend une étape finale E40 de détection de fin de charge de la batterie 10 et d'inactivation du récepteur 2 en fin de charge.
La figure 10 illustre par les courbes 30, 31 l'évolution en fonction du temps de respectivement la tension et l'intensité, mesurées au niveau de l'émetteur 12. La courbe 32 représente la position de l'interrupteur 6, prend la valeur 0 lorsque le récepteur est actif et 1 lorsqu'il est inactif. Ainsi, à l'instant tf, le dispositif de commande 19 de l'émetteur 12, ou tout calculateur présent sur le circuit secondaire, au niveau du récepteur 2, détecte la fin de charge de la batterie. Il pilote alors l'actionnement de l'interrupteur 6. Cela induit la désactivation de la bobine 3 du récepteur 2, qui entraîne une modification de l'évolution temporelle de la tension et l'intensité au sein de l'émetteur 12. En remarque, la figure 1 1 illustre par les courbes 33, 34 l'évolution en fonction du temps de respectivement la tension et l'intensité, mesurées au niveau du récepteur 2. Avant l'instant tf, le circuit secondaire est soumis à une tension qui devient nulle dès l'actionnement de l'interrupteur 6 à l'instant tf. Ainsi, la batterie 10 est protégée de toute surcharge après l'instant tf.
Le procédé de fin de charge décrit ci-dessus s'applique aussi si le véhicule est déplacé durant la phase de charge ou en cas d'anomalie durant la charge.
Le mode d'exécution précédent a été décrit à titre d'exemple non limitatif et il est évident que d'autres modes d'exécution peuvent être implémentés, notamment par simple combinaison des schémas décrits précédemment. D'autre part, l'invention a été illustrée à partir de certains schémas électriques à titre d'exemple. Elle est applicable à toute implémentation équivalente au niveau électrique. Par exemple, les bobines peuvent présenter toutes formes, circulaire, rectangle, carrée, etc. L'onduleur peut se présenter sous différentes formes, avec tout nombre de transistors, par exemple deux seulement, avec d'autres types de transistor, etc.
Le procédé de charge est mis en œuvre par un dispositif de commande du système de charge, qui comprend des éléments logiciels et/ou matériels (hardware et/ou software). 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.
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 un tout autre émetteur, par exemple portatif, mobile, mais aussi à un émetteur qui ne serait pas fixé au niveau du sol mais sur un mur, apte à coopérer avec un récepteur placé en correspondance sur le véhicule.

Claims

Revendications :
Procédé de charge d'une batterie (1 0) 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 détection par l'émetteur (12) de la puissance absorbée par le récepteur (2) et au-dessous d'un certain seuil prédéfini, il est considéré que la batterie (1 0) est pleinement chargée, ce qui déclenche
- une étape finale (E40) de détection de fin de charge de la batterie (1 0) et d'inactivation du récepteur (2) en fin de charge.
Procédé de charge d'une batterie (1 0) d'alimentation électrique d'un véhicule automobile selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'étape finale (E40) d'inactivation du récepteur (2) en fin de charge comprend l'actionnement automatique d'un interrupteur (6) monté en parallèle avec la bobine (3) du récepteur (2).
Procédé de charge d'une batterie (1 0) d'alimentation électrique d'un véhicule automobile selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend préalablement à l'étape de détection de la puissance absorbée, une étape de détection par l'émetteur (1 2) de la présence du récepteur permettant la recharge de ladite batterie (1 0), par la mesure et l'analyse d'un train d'impulsion émis par l'émetteur (1 2), ladite analyse prenant en compte l'évolution temporelle dudit train d'impulsion . 4. Procédé de charge d'une batterie (1 0) d'alimentation électrique d'un véhicule automobile selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'étape de détection du récepteur par l'émetteur (12) comprend la mesure et l'analyse de la puissance d'entrée de l'émetteur (12).
Procédé de charge d'une batterie (10) d'alimentation électrique d'un véhicule automobile selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que l'étape de détection de la présence du récepteur comprend les sous-étapes suivantes :
- envoi périodique d'un train d'impulsion à faible puissance par l'émetteur (12) ;
- mesure et analyse de l'évolution temporelle du train d'impulsion au niveau de l'émetteur (12) pour en déduire la présence ou non d'un récepteur (2) pour la charge d'une batterie (10).
Procédé de charge d'une batterie (10) d'alimentation électrique d'un véhicule automobile selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que l'étape de détection de la présence du récepteur est suivie d'une étape de mise en fonctionnement à pleine puissance de l'émetteur (12) pour charger la batterie (10).
Procédé de charge d'une batterie (10) d'alimentation électrique d'un véhicule automobile selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend une étape préalable (E07) d'activation de l'émetteur (12) pour qu'il mette en œuvre l'étape de détection de la présence du récepteur et/ou une étape finale d'inactivation de cet émetteur (12) après la fin de la charge.
Moyen de commande (19) pour un système de charge d'une batterie (10) d'alimentation électrique d'un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens logiciels et/ou matériels pour mettre en œuvre le procédé de charge d'une batterie (10) d'alimentation électrique d'un véhicule automobile selon l'une quelconque des revendications précédentes.
9. Emetteur (12) d'un système de charge pour batterie (10) d'alimentation électrique d'un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de commande (19) qui met en œuvre le procédé de charge d'une batterie (10) d'alimentation électrique d'un véhicule automobile selon l'une quelconque des revendications 1 à
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