ES2893779T3 - Sistema de posicionamiento para un vehículo eléctrico con relación a una estación de carga - Google Patents

Abstract

Sistema de posicionamiento (70) de un vehículo (12) equipado con un medio de almacenamiento de energía eléctrica (30) en una posición de recarga predeterminada con respecto a una plataforma (60) en el suelo de una estación de recarga (11), en donde la plataforma se conecta eléctricamente a una fuente (50) de potencia eléctrica, y el vehículo que lleva un engranaje de zapata (62) se conecta eléctricamente a los medios de almacenamiento de energía eléctrica y que, una vez que el vehículo está en la posición de recarga predeterminada, se mueve para entrar en contacto eléctrico con la plataforma, que comprende: - por un lado, entre un lado del suelo y un lado de a bordo, un módulo de generación (74) de un campo magnético, cuya magnitud característica es una función de la posición con respecto a un punto de referencia del módulo de generación; - por el otro lado, un módulo de medición (72) del campo magnético, diseñado para medir la magnitud característica y compararla con un valor de referencia (BRef), para controlar el movimiento del vehículo y detenerlo en una posición relativa predeterminada con respecto al punto de referencia, en donde la posición relativa predeterminada corresponde a la posición de recarga predeterminada, caracterizado porque el módulo de generación (74) de un campo magnético comprende un bucle de corriente (75) que se dispone sustancialmente de forma horizontal, y se atraviesa por una corriente de inducción que se diseña para generar el campo magnético, en donde el punto de referencia es el centro geométrico del bucle, y porque el módulo de generación (74) de un campo magnético comprende un bucle de corriente (75) comprende un bucle central (76) y una pluralidad de bucles periféricos (77), y en donde la dirección del flujo de la corriente de inducción en el bucle central se opone a la dirección del flujo de la corriente de inducción en los bucles periféricos.

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de posicionamiento para un vehículo eléctrico con relación a una estación de carga

La presente invención se refiere a instalaciones de carga por conducción para un medio de almacenamiento de energía eléctrica a bordo de un vehículo.

A continuación, aunque se usa el ejemplo específico de un autobús, también pueden considerarse otros vehículos montados en neumáticos o, más generalmente, otros vehículos, tales como los tranvías.

Entre los diferentes tipos de instalaciones de carga por conducción, se conocen instalaciones que comprenden una plataforma en el lado del suelo que se empotra en la carretera y se conecta a una fuente de potencia eléctrica (tal como una subestación de una red de suministro eléctrico) y un engranaje de zapata móvil en el lado de a bordo debajo de la carrocería del vehículo y que puede bajarse para entrar en contacto con la plataforma mientras el vehículo se detiene en una estación de carga y está en una posición de carga predeterminada con relación a la plataforma. Esta posición de carga predeterminada hace posible asegurar que el engranaje de zapata se oriente hacia la plataforma y que entre en contacto con la misma si se baja. El documento EP 3213955A1 divulga una instalación de este tipo.

Para colocar el vehículo en esta posición de carga, la solución actual es proporcionar marcadores visuales en el suelo para permitir al conductor del vehículo determinar dónde detener su vehículo.

Sin embargo, los medios de posicionamiento de este tipo no son lo suficientemente precisos para asegurar que el engranaje de zapata se alinee verticalmente con la plataforma y que, si se baja dicho engranaje de zapata, los contactos eléctricos con los que se proporciona el engranaje de zapata estén en contacto con los correspondientes contactos eléctricos de la plataforma de modo que pueda tener lugar la carga.

En particular, se teme que un contacto del engranaje de zapata descanse en el borde de un contacto de la plataforma, las superficies en contacto eléctrico son por tanto insuficientes considerando la potencia eléctrica aplicada durante el proceso de carga, lo que resultaría en que el contacto del engranaje de zapata se suelde en el contacto de la plataforma.

Los documentos DE 102014214671 y JP 5635134 divulgan el posicionamiento de un vehículo eléctrico con relación a un sistema de carga por medio del intercambio de una señal de radiofrecuencia.

El documento 102014215350 divulga un dispositivo para medir los diversos componentes de un campo magnético generado por una red de bucles conductores.

El documento US 2016/241061 divulga un sistema de carga por inducción. Por tanto, el objetivo de la invención es solucionar este problema.

Para este propósito, el objetivo de la invención es un sistema de posicionamiento y una instalación de carga de acuerdo con las reivindicaciones adjuntas.

La invención y sus ventajas se comprenderán mejor al leer la siguiente descripción detallada de una realización específica, proporcionada únicamente por medio de un ejemplo no limitante, dicha descripción hace referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

- La Figura 1 es una representación esquemática de una instalación de carga por conducción que incluye el sistema de posicionamiento de acuerdo con la invención;

- La Figura 2 es una representación esquemática en planta del sistema de posicionamiento, que muestra tanto la parte de a bordo como la parte del suelo de dicho sistema; y

- La Figura 3 es una representación en base a la posición espacial de una superficie de iso-intensidad de la componente vertical del campo magnético generado por la parte del suelo del sistema de localización.

La Figura 1 muestra una instalación de carga por conducción 10 que hace posible aplicar de forma segura una potencia eléctrica suministrada por una fuente 50 de una estación de carga fija 11 a un medio de almacenamiento de energía eléctrica 30 que pertenece a un circuito de potencia 14 de un autobús 12.

El autobús 12 comprende un dispositivo de control-mando 16.

El autobús 12 comprende un módulo de medición de aislamiento 15 para asegurar que el circuito de potencia 14 se aísla galvánicamente del chasis del autobús 12 en todo momento, excepto durante la carga de los medios 30.

El autobús 12 también comprende un módulo de comunicación por radio 17 que es capaz de establecer una conexión de comunicación inalámbrica 99 con un módulo de comunicación por radio 57 proporcionado en la fuente 50 para intercambiar datos para ajustar las propiedades de la potencia de carga eléctrica a aplicarse. Por ejemplo, es una conexión inalámbrica que implementa un protocolo de comunicación similar conocido por el nombre de Bluetooth®.

La instalación 10 comprende un dispositivo de carga a bordo 20 proporcionado a bordo del autobús 12. En la entrada, en la realización presentada aquí en detalle, el dispositivo 20 comprende dos contactos, cada contacto se compone de dos electrodos, es decir, un contacto de polaridad positiva 21, que comprende un electrodo de potencia 121 y un electrodo de puesta a tierra 121', y un contacto de polaridad negativa 22, que comprende un electrodo de potencia 122 y un electrodo de puesta a tierra 122'.

En la salida, el dispositivo de carga a bordo 20 se conecta a los terminales de los medios de almacenamiento de energía eléctrica 30 a través de los terminales de salida primero y segundo 23 y 24. El medio 30 consiste, por ejemplo, en una batería, pero otras soluciones técnicas también se conocen por un experto en la técnica.

La instalación 10 comprende un dispositivo de carga a tierra 40, que forma parte de la estación de carga 11. En la entrada, el dispositivo 40 se conecta a los terminales de la fuente 50 a través de los terminales de entrada primero y segundo 43 y 44. La fuente 50 es, por ejemplo, una subestación de una red de suministro eléctrico.

En la salida, en la realización presentada aquí en detalle, el dispositivo de carga a tierra 40 comprende dos contactos, es decir, un contacto de polaridad positiva 41 y un contacto de polaridad negativa 42.

Los contactos 41 y 42 del dispositivo de carga a tierra 40 se integran en una plataforma 60 que se empotra en la carretera 13 para producir una superficie superior que se nivela con la superficie de la carretera en la que viaja el autobús 12.

El dispositivo de carga a bordo 20 comprende un engranaje de zapata 62, que se monta debajo de la carrocería del autobús 12 y puede moverse verticalmente entre una posición superior y una posición inferior.

En la posición superior, el engranaje de zapata está a una altura h sobre la superficie de la carretera 13.

En la posición inferior y cuando el autobús 12 se detiene en una posición de carga predeterminada, el contacto de polaridad positiva 21 del dispositivo a bordo 20 está en contacto eléctrico con el contacto de polaridad positiva 41 del dispositivo del suelo 40 y el contacto de polaridad negativa 22 del dispositivo a bordo 20 está en contacto eléctrico con el contacto de polaridad negativa 42 del dispositivo del suelo 40.

El dispositivo de carga a bordo 20 comprende una malla de polaridad positiva 25, que conecta el electrodo de potencia 121 al terminal de salida 23 (conectado a la polaridad positiva de la batería) a través de un contactor 27, y una malla de polaridad negativa 26, que conecta el electrodo de potencia 122 al terminal de salida 24 (conectado a la polaridad negativa de la batería) a través de un contactor 28.

El dispositivo 20 comprende un módulo de control de puesta a tierra a bordo 52 entre los electrodos de puesta a tierra 121' y 122'.

El electrodo 122' se conecta eléctricamente al chasis del autobús 12 cerca del electrodo 122' del contacto de polaridad negativa 22. Esto se muestra esquemáticamente en la Figura 1 por la conexión a tierra 29.

El dispositivo de carga a tierra 40 comprende una malla de polaridad positiva 45, que conecta el contacto de polaridad positiva 41 al primer terminal de entrada 43, y una malla de polaridad negativa 46, que conecta el contacto de polaridad negativa 42 al segundo terminal de entrada 44. La malla de polaridad positiva 45 incluye un contactor controlado 47.

El dispositivo 40 comprende un contactor de seguridad 48 entre las mallas de polaridad positiva y polaridad negativa.

La malla de polaridad negativa 46 se conecta eléctricamente a una conexión a tierra cercana al contacto de la pluralidad negativa 42. Esto se muestra esquemáticamente en la Figura 1 por la conexión a tierra 49.

El dispositivo 40 comprende un módulo de control de puesta a tierra del suelo 54 que se conecta entre las mallas de polaridad positiva y polaridad negativa.

El intercambio de datos entre los módulos de control de puesta a tierra 52 y 54 hace posible asegurar que la carrocería del vehículo se pone a tierra en todo momento mientras los contactos 22 y 42, por un lado, y los contactos 21 y 41, por otro lado, están en contacto, en particular en todo momento durante la carga, para garantizar la seguridad de las personas alrededor del vehículo.

La instalación 10 se equipa con un sistema de posicionamiento 70 que comprende, en el suelo, un módulo de generación 74, que es capaz de generar un campo magnético, y, a bordo del autobús 12, un módulo de medición 72, que es capaz de medir el campo magnético generado por el módulo de generación 74. Alternativamente, el módulo de generación está a bordo y el módulo de medición está en el suelo.

El módulo de medición 72 es capaz de medir una magnitud característica del campo magnético, dicha magnitud es una función de la posición del módulo de medición con respecto a un punto de referencia del módulo de generación 74. A continuación, la magnitud característica en cuestión es la intensidad del campo magnético en la dirección vertical Z a través del lugar de instalación del módulo de generación 74.

Preferentemente, el módulo de generación 74 se integra en la plataforma 60 y el módulo de medición 72 se integra en el engranaje de zapata 72.

Como se muestra en más detalle en la Figura 2, la superficie superior de la plataforma 60 comprende un marco 61 alrededor de los contactos de polaridad positiva 41 y polaridad negativa 42.

Los contactos 41 y 42 son planos y se encuentran en el mismo plano sustancialmente horizontal XY en la superficie de la carretera 13. Son rectangulares, por ejemplo, de 300 mm de largo y 500 mm de ancho. Se disponen en paralelo y separados entre sí en una dirección Y.

El marco 61, que tiene la forma de un "ocho", rodea los contactos 41 y 42.

La Figura 2 también muestra los electrodos de polaridad negativa 122 y 122' y los electrodos de polaridad positiva 121 y 121' en el engranaje de zapata 62. Estos electrodos tienen dimensiones más pequeñas que las de los contactos 41 y 42 de la plataforma 60.

Los electrodos de potencia 121 y 122 tienen una sección transversal sustancialmente cuadrada, por ejemplo, tienen lados que miden 50 mm.

En la posición de carga predeterminada, los electrodos de potencia 121 y 122 se alinean verticalmente con los centros de los contactos 41 y 42, respectivamente. Esto es lo que se muestra en la Figura 2.

El módulo de medición 72 comprende un sensor 82, por ejemplo, un sensor de efecto Hall, que es capaz de medir la intensidad del campo magnético, por ejemplo, la intensidad Bz en la dirección vertical Z. Es capaz, en particular, de determinar el signo de dicha intensidad, es decir, la dirección del campo magnético en la dirección vertical Z. En la realización de la Figura 2, el sensor 82 se posiciona en el centro del electrodo de potencia 122 del contacto de polaridad negativa 22 del engranaje de zapata 62.

El módulo de generación 74 comprende un bucle de corriente 75, que se muestra en la Figura 2. El bucle se integra en el marco 61 para que se encuentre dentro de un plano sustancialmente horizontal YX, preferentemente el plano horizontal de la superficie libre de los contactos 41 y 42, colocado por convención en la dimensión Z=0. El bucle 75 es preferentemente simétrico con respecto a un punto de referencia.

El bucle de corriente 75 comprende un bucle central 76 y cuatro bucles periféricos 77. El bucle central 76 es rectangular y rodea el contacto de polaridad negativa 42. Una esquina de cada bucle periférico 77 toca una esquina del bucle central 76. El punto de referencia del bucle 75 corresponde por tanto al centro del bucle central 76 y coincide con el centro del contacto de polaridad negativa 42.

El bucle 75 se atraviesa por corrientes de inducción.

Una corriente de inducción fluye en una primera dirección (marcada como positiva en la Figura 2) en el bucle central 76, mientras que una corriente de inducción fluye en una segunda dirección que se opone a la primera (marcada como negativa en la Figura 2) en los bucles periféricos 77.

Ventajosamente, el bucle 75 se fabrica de un solo alambre metálico o haz de alambres metálicos trenzados sobre sí mismo para formar tanto el bucle central 76 como los bucles periféricos 77, mientras también permite que fluya la misma corriente de inducción en cada bucle elemental 76, 77 en las direcciones antes mencionadas.

La Figura 3 muestra una superficie dentro del marco de referencia X, Y, Z centrada en el punto de referencia del módulo de generación, es decir, el centro del bucle 75. Esta superficie es una superficie de iso-intensidad que conecta los puntos en los que la intensidad del componente en la dirección Z del campo magnético es constante. La intersección de una superficie de iso-intensidad del campo residual con un plano de medición ubicado por encima del plano del bucle define una zona generalmente rectangular que se inscribe, en proyección, dentro del bucle central 76. El centro de esta zona rectangular corresponde, en proyección en la dirección vertical Z, al centro del bucle 75. La intensidad del campo magnético disminuye rápidamente al aumentar la distancia desde dicha zona en la dirección X o Y.

Como tal, al adaptar la intensidad de la corriente de inducción que pasa a través del bucle 75 teniendo en cuenta la altura hü entre el sensor de medición 82 y el plano XY del bucle 75 en la posición superior del engranaje de zapata 62, es posible definir una zona de referencia (ZRef en la Figura 2), cuyos bordes en el plano XY se alejan de los bordes del contacto de polaridad negativa 42 por una distancia d que es mayor que el tamaño del electrodo de potencia 122 del contacto de polaridad negativa 22 (Figura 2). La distancia d es, por ejemplo, mayor que 50 mm. Dicha zona de referencia ZRef se asocia con un valor de referencia BRef de la intensidad del campo magnético en la dirección Z.

Como tal, cuando el autobús 12 se acerca a la estación de carga 11, el módulo de medición 72 compara constantemente el valor medido por el sensor 82 con el valor de referencia, Bref. Cuando el sensor 82 mide una intensidad de campo magnético que es mayor que el valor de referencia BRef, el módulo de medición 72 conoce que el sensor 82 ha entrado en la zona ZRef y que se encuentra en una posición aceptable con respecto al módulo de generación 74, es decir, en una posición alineada con el punto de referencia del módulo de generación 74 dentro de una cierta tolerancia. El módulo de medición 72 luego transmite una señal al dispositivo de mando-control 16 del autobús 12 para ordenar al autobús 12 que se detenga inmediatamente.

En la presente realización, dado que el bucle de inducción 75 se centra en el contacto de polaridad negativa 42 de la plataforma 60 y dado que el detector 82 se centra en el electrodo de potencia 122 del contacto de polaridad negativa 22 del engranaje de zapata 62, la posición de alineación entre el sensor 82 y el punto de referencia del módulo de generación 74 coincide con la posición de carga predeterminada, en la que el electrodo de potencia 122 del contacto de polaridad negativa 22 se alinea verticalmente con el centro del contacto de polaridad negativa 42 y el electrodo de potencia 121 del contacto de polaridad positiva 22 se alinea verticalmente con el centro del contacto de polaridad positiva 41.

En esta posición, el engranaje de zapata puede bajarse con la certeza de que sus contactos entrarán correctamente en contacto eléctrico con los contactos de la plataforma, en particular que no entrarán en contacto eléctrico en los bordes de los contactos de la plataforma, lo que evita por tanto cualquier riesgo de soldadura.

Alternativamente, las posiciones del sensor de campo magnético y del bucle de corriente se compensan con respecto al engranaje de zapata y la plataforma, respectivamente, pero de modo que los contactos del engranaje de zapata y de las plataformas también lo están cuando el sensor y el bucle de corriente están en una posición relativa predeterminada. Esta configuración hace posible instalar el bucle de corriente 75 del módulo de generación y el sensor 82 del módulo de medición lejos de la plataforma y el engranaje de zapata, para simplificar los dispositivos del suelo y de a bordo.

En la presente descripción, el engranaje de zapata se presenta como que tiene un movimiento vertical simple. Como una alternativa, el engranaje de zapata se mueve para que entre en contacto con la plataforma que sigue un recorrido diferente. Sin embargo, como este curso se predetermina, los medios de medición y los medios de generación pueden instalarse en posiciones relativas tales que el vehículo se detenga en la posición de carga adecuada.

En otra variante, que se separa de las otras, la plataforma de carga comprende tres contactos, es decir, un contacto neutro, de fase y de tierra, y el engranaje de zapata comprende tres contactos, es decir, un contacto neutro, de fase y de tierra, cada contacto del engranaje de zapata comprende un solo electrodo. El sistema que se acaba de describir hace posible detener el vehículo en una posición de carga predeterminada de modo que el movimiento del engranaje de zapata se aplique contra la plataforma de tal manera que cada par de contactos se establezca correctamente.

El sistema de posicionamiento de acuerdo con la invención es particularmente sencillo de implementar. Es robusto y tiene un coste de fabricación y mantenimiento reducido. También pueden proponerse otras soluciones, por ejemplo, soluciones que comprenden una cámara y un engranaje de zapata que se articula para permitir al conductor guiar el descenso del engranaje de zapata hasta la plataforma cuando el vehículo se detiene. Sin embargo, tales soluciones son complejas y onerosas. No son adecuados para equipar rápidamente una flota de vehículos a bajo coste.

Claims (8)

REIVINDICACIONES

1. Sistema de posicionamiento (70) de un vehículo (12) equipado con un medio de almacenamiento de energía eléctrica (30) en una posición de recarga predeterminada con respecto a una plataforma (60) en el suelo de una estación de recarga (11), en donde la plataforma se conecta eléctricamente a una fuente (50) de potencia eléctrica, y el vehículo que lleva un engranaje de zapata (62) se conecta eléctricamente a los medios de almacenamiento de energía eléctrica y que, una vez que el vehículo está en la posición de recarga predeterminada, se mueve para entrar en contacto eléctrico con la plataforma, que comprende:

- por un lado, entre un lado del suelo y un lado de a bordo, un módulo de generación (74) de un campo magnético, cuya magnitud característica es una función de la posición con respecto a un punto de referencia del módulo de generación;

- por el otro lado, un módulo de medición (72) del campo magnético, diseñado para medir la magnitud característica y compararla con un valor de referencia (BRef), para controlar el movimiento del vehículo y detenerlo en una posición relativa predeterminada con respecto al punto de referencia, en donde la posición relativa predeterminada corresponde a la posición de recarga predeterminada, caracterizado porque el módulo de generación (74) de un campo magnético comprende un bucle de corriente (75) que se dispone sustancialmente de forma horizontal, y se atraviesa por una corriente de inducción que se diseña para generar el campo magnético, en donde el punto de referencia es el centro geométrico del bucle, y porque el módulo de generación (74) de un campo magnético comprende un bucle de corriente (75) comprende un bucle central (76) y una pluralidad de bucles periféricos (77), y en donde la dirección del flujo de la corriente de inducción en el bucle central se opone a la dirección del flujo de la corriente de inducción en los bucles periféricos.

2. Sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el módulo de generación (74) de un campo magnético se ubica en el suelo, mientras que el módulo de medición (72) del campo magnético está a bordo del vehículo (12).

3. Sistema de acuerdo con la reivindicación 2, en donde el módulo de generación (74) de un campo magnético se integra en la plataforma (60), mientras que el módulo de medición (72) del campo magnético se transporta por el engranaje de zapata (62).

4. Sistema de acuerdo con la reivindicación 3, en donde el módulo de medición (72) del campo magnético se transporta por un contacto (22) en el engranaje de zapata (62).

5. Sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la magnitud característica del campo magnético es una intensidad del campo magnético en una dirección vertical (Bz).

6. Sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde el bucle central (76) es rectangular, para generar una magnitud característica sustancialmente constante del campo magnético en una zona de referencia (ZRef), que es paralela al plano (XY) del bucle central y se inscribe dentro del bucle central en proyección en la dirección (Z) perpendicular al plano del bucle, en donde la magnitud característica disminuye rápidamente fuera de la zona de referencia, a lo largo del plano (XY) del bucle central.

7. Sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el módulo de medición (72) comprende un sensor de efecto Hall (82) para medir la intensidad del campo magnético en la dirección vertical (Z) como la magnitud característica del campo magnético.

8. Instalación de recarga (10), caracterizada porque comprende un sistema de posicionamiento (70) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores.