FR2978880A1 - Dispositif de rechargement par induction d'une batterie electrique de traction d'un vehicule automobile - Google Patents

Dispositif de rechargement par induction d'une batterie electrique de traction d'un vehicule automobile Download PDF

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Abstract

Ce dispositif de rechargement par induction d'une batterie électrique de traction d'un véhicule automobile électrique ou hybride comportant au moins un moteur-roue (26) à champ électromagnétique axial disposé sur la face extérieure d'une roue du véhicule comporte une première partie équipée d'au moins un élément d'induction primaire (34) et une seconde partie située sur le moteur-roue et équipée d'au moins un élément d'induction secondaire (32) adapté à coopérer avec l'élément d'induction primaire (34) pour créer un champ électromagnétique et le transformer en un courant induit destiné à recharger la batterie.

Description

DISPOSITIF DE RECHARGEMENT PAR INDUCTION D'UNE BATTERIE ELECTRIQUE DE TRACTION D'UN VEHICULE AUTOMOBILE
L'invention se rapporte à un dispositif de rechargement par induction d'une batterie électrique de traction d'un véhicule automobile électrique ou hybride. L'invention appartient au domaine des véhicules électriques ou hybrides, c'est-à-dire comportant un moteur thermique et une machine électrique, ainsi qu'une batterie électrique de traction. Elle concerne plus particulièrement la technique de rechargement par induction de la batterie électrique de traction. Le principe de transfert d'énergie par induction est connu dans le domaine industriel et auprès du grand public comme procédé de transfert thermique, comme par exemple dans les fours industriels ou les plaques de cuisson. Dans le domaine automobile, l'application de ce principe est plus récente et consiste à l'utiliser pour recharger les batteries de traction des véhicules. Dans cette application, l'installation la plus fréquente est illustrée sur la figure 1, qui est une vue partielle d'un véhicule 10 équipé d'une batterie électrique de traction 12. Cette installation utilise deux bobines d'induction, l'une fixe sur le sol (c'est la bobine primaire 14) et l'autre en vis-à-vis sur le véhicule 10 (c'est la bobine secondaire 16). En plus de ces deux éléments, des convertisseurs électroniques de courant tels qu'un convertisseur continu- alternatif 18 (DC/AC) et un convertisseur alternatif-alternatif 20 (AC/AC) sont nécessaires pour transférer efficacement l'énergie à partir de l'infrastructure de recharge (typiquement le réseau public 22) vers le véhicule 10. Cette installation présente des inconvénients. En particulier, étant donné la garde au sol du véhicule et la puissance électrique à transférer, généralement supérieure à 3 kW, il est nécessaire d'utiliser des bobines primaire et secondaire de grandes dimensions. En effet, plus la distance entre les deux bobines (qui forme l'entrefer) est importante, plus les bobines devront être grandes et volumineuses pour conserver un bon rendement.
Sachant que la bobine secondaire est fixée sous le véhicule, outre les problèmes de masse et de coût du dispositif, cela engendre des difficultés d'intégration.
La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients de l'art antérieur. Dans ce but, la présente invention propose un dispositif de rechargement par induction d'une batterie électrique de traction d'un véhicule automobile électrique ou hybride, ce véhicule comportant au moins un moteur-roue à champ électromagnétique axial disposé sur la face extérieure d'une roue du véhicule, le dispositif étant remarquable en ce qu'il comporte une première partie équipée d'au moins un élément d'induction primaire et une seconde partie située sur le moteur-roue et équipée d'au moins un élément d'induction secondaire adapté à coopérer avec l'élément d'induction primaire pour créer un champ électromagnétique et le transformer en un courant induit destiné à recharger la batterie. Ainsi, l'invention, en réutilisant des éléments électrotechniques déjà présents dans les moteurs-roues, permet de simplifier l'application de la technologie de transfert d'énergie par induction. Cela permet de réduire le nombre total de composants et, par suite, le volume, la masse et le coût global du dispositif de rechargement. La phase de recharge conserve les avantages liés à l'induction, à savoir, son caractère automatisé, ne nécessitant pas d'intervention humaine, étant donné qu'aucun branchement physique n'est nécessaire, par exemple. Selon une caractéristique particulière, la première partie est mobile en rotation autour d'un axe. Selon une caractéristique particulière, la seconde partie est fixe par rapport au véhicule.
Selon une caractéristique particulière, les éléments d'induction primaire et secondaire sont des bobines. Selon une caractéristique particulière, les première et seconde parties sont réalisées sous la forme de disques et les bobines sont disposées en couronne sur les disques.
Dans le même but que celui indiqué plus haut, la présente invention propose également un véhicule automobile électrique ou hybride comportant une batterie électrique de traction et au moins un moteur-roue à champ électromagnétique axial disposé sur la face extérieure d'une roue du véhicule, remarquable en ce que le moteur-roue comporte une seconde partie d'un dispositif de rechargement de ladite batterie tel que succinctement décrit ci-dessus.
Les avantages de ce véhicule sont identiques à ceux du procédé et ne sont donc pas répétés ici. D'autres aspects et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs et en référence aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels : - la figure 1, déjà décrite, représente de façon schématique un dispositif classique de rechargement d'une batterie électrique de traction d'un véhicule automobile ; et - la figure 2 représente de façon schématique un dispositif de rechargement d'une batterie électrique de traction d'un véhicule automobile conforme à la présente invention, dans un mode particulier de réalisation. Dans le cadre de la présente invention, on considère un véhicule automobile électrique ou hybride, c'est-à-dire comportant un moteur thermique et une machine électrique de traction ainsi qu'une batterie électrique de traction. Ce véhicule comporte au moins un moteur-roue (c'est-à-dire un moteur électrique incorporé directement dans le moyeu d'une roue du véhicule) à champ électromagnétique axial, disposé sur la face extérieure d'une roue du véhicule.
Avantageusement, le véhicule comporte un moteur-roue sur au moins deux roues, soit les roues avant, soit les roues arrière, selon que la machine électrique de traction est reliée aux roues avant ou aux roues arrière. La figure 2 montre une roue d'un tel véhicule, à l'arrêt au sol 28, équipée d'un pneumatique 24 et d'un moteur-roue 26 à champ axial situé sur la face extérieure de cette roue. Pour le transfert d'énergie par induction, il convient de disposer d'au moins deux éléments d'induction (un primaire et un secondaire), par exemple des bobines, qu'on place en vis-à-vis avec un écartement (entrefer) plus ou moins important suivant la configuration technique envisagée.
Dans une chaîne de traction électrique, les moteurs utilisent la même technique de transfert d'énergie, puisque l'énergie électrique est convertie en énergie mécanique lors des phases de traction et inversement dans les phases de récupération (on parle alors de freinage récupératif). Ce transfert est rendu possible grâce au couplage électromagnétique présent au sein du moteur entre son inducteur et son induit lors des phases de roulage du véhicule.
Conformément à la présente invention, on utilise ce même transfert d'énergie lorsque le véhicule ne roule pas, typiquement en phase de parking. Pour ce faire, on place, en face des phases (i.e. les éléments d'induction, par exemple de type bobines) du moteur présent dans les roues, qui constituent des éléments d'induction secondaires 32, des éléments inducteurs (par exemple des bobines inductrices) propres au système de transfert d'énergie par induction, qui constituent des éléments d'induction primaires 34. Cela permet de transférer du primaire au secondaire l'énergie nécessaire à la recharge de la batterie électrique de traction.
Les éléments d'induction primaires et secondaires sont par exemple des bobines, qui sont par exemple disposées en couronne chacune sur un disque, les deux disques étant placés en regard l'un de l'autre. Le disque comportant les éléments d'induction primaires 34 est une première partie du dispositif de rechargement par induction de la batterie qui est mobile en rotation autour de son axe, comme illustré sur la figure 2. Le disque du moteur-roue 26 comportant les éléments d'induction secondaires 32 est une seconde partie du dispositif de rechargement, qui est fixe par rapport au véhicule. Ainsi, le véhicule comporte la seconde partie du dispositif de rechargement de la batterie.
Lors de la phase de recharge par induction, la partie mobile se positionne en x et y en vis-à-vis de la partie fixe afin d'optimiser le transfert d'énergie. Au besoin, la partie mobile peut effectuer une rotation sur son axe, comme l'indique la flèche courbe sur la figure 2, afin d'aligner correctement les éléments d'induction primaires 34 et secondaires 32.
Une fois l'alignement effectué, une phase de communication sans fil (par exemple du type Wi-Fi marque déposée, Bluetooth marque déposée, etc.) est opérée entre l'infrastructure de charge et le véhicule, à la suite de quoi le transfert d'énergie à haute fréquence commence. Les lignes des champs électromagnétiques qui sont alors créés sont matérialisées sur la figure 2 par des ellipses en tirets 36. Ces champs sont transformés en courants induits dans les éléments d'induction secondaires 32 et transportés vers un onduleur associé de façon connue en soi à la machine électrique, cet onduleur se comportant pour cette phase de vie en redresseur, c'est-à-dire en convertisseur de courant alternatif-continu (DC/AC), afin d'alimenter la batterie forte tension en courant continu. Cette conversion étant connue de l'homme du métier, elle n'est pas décrite plus amplement ici.
Ainsi, l'invention, de par sa structure physique, permet de ré-employer des composants existants d'une chaîne de traction électrique. Elle permet donc de bénéficier des avantages d'un système de charge par induction, à savoir, notamment la possibilité d'automatiser la phase de recharge (pas d'intervention humaine, car aucun branchement physique n'est requis), tout en diminuant le nombre de composants nécessaires à ce transfert d'énergie. En effet, les bobines volumineuses et encombrantes à l'intégration ne sont plus nécessaires puisqu'elles sont déjà présentes dans les roues du véhicule.

Claims (6)

  1. REVENDICATIONS1. Dispositif de rechargement par induction d'une batterie électrique de traction d'un véhicule automobile électrique ou hybride, ledit véhicule comportant au moins un moteur-roue (26) à champ électromagnétique axial disposé sur la face extérieure d'une roue du véhicule, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte une première partie équipée d'au moins un élément d'induction primaire (34) et une seconde partie située sur ledit moteur-roue et équipée d'au moins un élément d'induction secondaire (32) adapté à coopérer avec ledit élément d'induction primaire (34) pour créer un champ électromagnétique et le transformer en un courant induit destiné à recharger la batterie.
  2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première partie est mobile en rotation autour d'un axe.
  3. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la seconde partie est fixe par rapport au véhicule.
  4. 4. Dispositif selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que lesdits éléments d'induction primaire et secondaire (32, 34) sont des bobines.
  5. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdites première et seconde parties sont réalisées sous la forme de disques et en ce que les bobines sont disposées en couronne sur les disques.
  6. 6. Véhicule automobile électrique ou hybride comportant une batterie électrique de traction et au moins un moteur-roue (26) à champ électromagnétique axial disposé sur la face extérieure d'une roue du véhicule, caractérisé en ce que ledit moteur-roue (26) comporte une seconde partie d'un dispositif de rechargement de ladite batterie selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2010057799A1 (fr) * 2008-11-18 2010-05-27 Huebner Burkhard Équipement pour le transfert d'énergie électrique
EP2196351A1 (fr) * 2007-10-25 2010-06-16 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Vehicule electrique et appareil d'alimentation en energie pour le vehicule

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