FR2998427A1 - Systeme de charge sans contact d'une batterie d'un vehicule en mouvement - Google Patents

Abstract

Système de charge sans contact d'une batterie d'au moins un véhicule automobile en mouvement, comprenant au moins un module de bobine (6) comprenant au moins une bobine primaire (3) disposée dans un tronçon (4) de route empruntable par le véhicule (1) et apte à transférer de l'énergie par induction à une bobine secondaire (2) connectée à la batterie et au moins une cellule de commutation (7) pour raccorder au moins une bobine primaire (3) à un bus d'alimentation (5) électrique relié en entrée au réseau électrique et en sortie aux modules de bobine (6), une unité de commande électronique (8) apte à commander le bus d'alimentation (5) électrique et les cellules de commutation (7), la bobine primaire (3) présentant une dimension dans la direction de déplacement du véhicule inférieure à la dimension correspondante de la bobine secondaire.

Description

Système de charge sans contact d'une batterie d'un véhicule en mouvement L'invention a pour domaine technique les systèmes de charge sans contact de batteries de stockage d'énergie électrique, et plus particulièrement, les systèmes de charge de batteries sans contact et en mouvement pour véhicule automobile. Les systèmes de charge sans contact lorsque le véhicule roule permettent de recharger les batteries du véhicule alors que celui-ci se déplace sur une portion de route munie de bobines primaires pouvant transférer de l'énergie par induction vers une ou plusieurs bobines secondaires situées dans le véhicule. Les solutions actuelles de charge sans contact lorsque le véhicule roule sont basées sur des boucles de très grande longueur, afin d'en simplifier la réalisation et de disposer d'un seul onduleur alimentant une grande longueur de route. Ces solutions présentent des inconvénients, notamment des pertes plus élevées dues aux grandes longueurs de boucles dont le champ rayonné peut échauffer les parties conductrices du véhicule combinées aux pertes par effet Joule de la boucle primaire elle même, et un rayonnement élevé en dehors du véhicule pouvant présenter des risques pour la santé. De l'état de la technique antérieur, on connaît les documents suivants.

Le document JP2011-167031A divulgue un système de charge sans contact d'une batterie d'un véhicule en déplacement. Les bobines primaires en sous-sol sont alimentées successivement en fonction du mouvement du véhicule, par un commutateur commandé par un contrôleur recevant la position du véhicule.

Le document W0201181479 divulgue également un système de charge sans contact comprenant un émetteur à bord du véhicule. Des détecteurs détectent le passage du véhicule et déclenchent en conséquence l'alimentation d'une bobine primaire adéquate. La bobine secondaire est plus large que chaque bobine primaire. Il est fait mention de problèmes de rayonnement et de la nécessité de prévoir des boucliers magnétiques adéquats. Le document GB615916 divulgue l'arrière-plan technologique de la charge dynamique d'une batterie d'un véhicule en déplacement.

Le document GB2463692 divulgue l'alimentation de tramway par l'insertion de bobines d'alimentation entre les rails. Dans ce cas, compte tenu de la taille d'un tramway, l'ensemble des bobines d'un secteur sont alimentées simultanément. Compte tenu de la puissance à transférer, les bobines primaires sont multiphasées ce qui engendre une grande complexité de la géométrie des boucles. Enfin, ce système étant destiné à un engin sur rail, la distance entre les bobines primaires embarquées est beaucoup plus réduite (7 cm environ) que pour un véhicule automobile où l'exigence de garde au sol impose une distance de 15 cm environ.

Il existe donc un besoin pour un système permettant de réduire la quantité de rayonnement émise en dehors du véhicule et de réduire les pertes par effet Joule. L'invention a donc pour objet un système de charge sans contact d'une batterie d'un véhicule automobile en mouvement. Le système comprend au moins deux modules de bobine comprenant chacun au moins une bobine primaire disposée dans un tronçon de route empruntable par le véhicule et apte à transférer de l'énergie par induction à une bobine secondaire connectée à la batterie du véhicule automobile et au moins deux cellules de commutation pour raccorder chacune au moins une bobine primaire à un bus d'alimentation électrique relié en entrée au réseau électrique et en sortie auxdits au moins deux modules de bobine, une unité de commande électronique apte à commander les cellules de commutation de sorte qu'au moins deux bobines primaires soit alimentées simultanément en fonction de la position du véhicule automobile, une bobine primaire présentant une dimension dans la direction de déplacement du véhicule au moins deux fois inférieure à la dimension correspondante de la bobine secondaire. La bobine primaire peut présenter une dimension selon une direction du plan de la route perpendiculaire à la direction de déplacement du véhicule inférieure à la dimension correspondante de la bobine secondaire. Les bobines primaires et secondaires peuvent être de forme rectangulaire.

Le bus d'alimentation peut comprendre une première phase, une deuxième phase et une phase neutre, le bus d'alimentation comprenant en outre au moins deux onduleurs aptes à délivrer chacun un courant et une tension alternative, un premier onduleur étant connecté à la première phase et à la phase neutre du bus d'alimentation, le deuxième onduleur étant connecté à la deuxième phase et à la phase neutre du bus d'alimentation, et le module de bobines peut comprendre au moins une première bobine primaire connectée par une extrémité à la première phase par l'intermédiaire d'une cellule de commutation et par l'autre extrémité à la phase neutre, et au moins une deuxième bobine primaire connectée par une extrémité à la deuxième phase par l'intermédiaire d'une cellule de commutation, et par l'autre extrémité à la phase neutre. La cellule de commutation peut comprendre une première connexion connectée à la cathode d'une première diode d'un premier bras et à l'anode d'une deuxième diode du premier bras ainsi qu'une deuxième connexion connectée à la cathode d'une première diode d'un deuxième bras et à l'anode d'une deuxième diode du deuxième bras, la cathode de la deuxième diode du premier bras et la cathode de la deuxième diode du deuxième bras étant connectées ensemble au collecteur d'un transistor bipolaire à grille isolée, l'anode de la première diode du premier bras et de la première diode du deuxième bras étant connectées ensemble à l'émetteur du transistor. La cellule de commutation peut comprendre une première connexion connectée à la cathode d'une première diode et à l'anode d'une deuxième diode, la cellule comprenant en outre une deuxième connexion connectée au collecteur d'un premier transistor et à l'émetteur d'un deuxième transistor, l'anode de la première diode étant reliée à l'émetteur du premier transistor, la cathode de la deuxième diode étant reliée au collecteur du deuxième transistor.

La cellule de commutation peut comprendre une première connexion connectée à l'anode d'une première diode et à l'émetteur d'un premier transistor ainsi qu'une deuxième connexion connectée à l'anode d'une deuxième diode et à l'émetteur d'un deuxième transistor, la cathode de la première diode, la cathode de la deuxième diode, le collecteur du premier transistor et le collecteur du deuxième transistor étant connectés ensemble. Le bus d'alimentation peut comprendre une première phase, une phase neutre et un redresseur, le redresseur étant connecté entre la première phase et la phase neutre et étant apte à délivrer un courant et une tension continus, et le module de bobine peut comprendre au moins une bobine primaire en série avec un système de compensation de l'énergie réactive, une cellule de commutation et un connecteur de sortie permettant d'établir une connexion avec le module de bobine suivant, le dernier module de bobine étant relié à un module terminal comprenant une unique cellule de commutation. La cellule de commutation peut comprendre deux interrupteurs connectés en série, le premier interrupteur étant connecté à la première phase, le deuxième interrupteur étant connecté à la phase neutre. Le système peut comprendre un système de détection de la position du véhicule selon la variation d'impédance aux bornes de la bobine primaire en fonction de la position de la bobine secondaire, et relié à l'unité de commande électronique.

Selon un autre aspect de l'invention, on propose un procédé de commande d'un système de charge sans contact tel que défini plus haut, dans lequel on détermine la position d'un véhicule muni d'une bobine secondaire, on détermine quelles bobines primaires sont situées sous le véhicule, on commande les cellules de commutation de sorte qu'au moins deux bobines primaires situées sous la bobine secondaire du véhicule soient alimentées, et on commute l'alimentation des bobines primaires en fonction du déplacement du véhicule. On peut déterminer la position de plusieurs véhicules, puis on alimente en énergie les bobines primaires se situant sous chaque véhicule. On peut déterminer la position du premier véhicule d'un convoi de véhicules roulant à distance constante les uns des autres ainsi que le nombre de véhicules du convoi, puis on alimente en énergie les bobines primaires se situant sous chaque véhicule en fonction de la position du premier véhicule et de l'écart entre chaque véhicule. D'autres buts, caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description suivante donnée uniquement en tant qu'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre un système de charge sans contact selon l'art antérieur, - la figure 2 illustre un mode de réalisation d'un système de charge sans contact selon l'invention, - la figure 3 illustre un mode de réalisation d'un système de charge sans contact en mouvement à alimentation alternative, - les figures 4a à 4c illustrent trois architectures d'interrupteurs à base de diodes et de transistors, - la figure 5 illustre un mode de réalisation d'un système de charge sans contact en mouvement à alimentation continue, - les figures 6a à 6c illustrent l'alimentation successive de plusieurs bobines au fur et à mesure du déplacement d'un véhicule, - la figure 7 illustre les principales grandeurs physiques d'un système de charge sans contact alimenté par un bus d'alimentation continu, et - la figure 8 illustre la variation d'impédance aux bornes de la bobine primaire 3 en fonction du couplage avec la bobine secondaire du véhicule.

La figure 1 illustre de façon schématique un véhicule automobile 1 muni d'une bobine secondaire 2 en mouvement sur une route 4 munie de bobines primaires 3 juxtaposées. Plus précisément, la figure 1 illustre un mode de réalisation selon l'état de la technique antérieur dans lequel la bobine secondaire 2 du véhicule présente une taille similaire à la taille des bobines primaires 3 installées dans la route. Sur cette figure ainsi que sur la figure 2, les bobines primaires 3 alimentées portent la référence 3a. Comme on peut le voir, lors d'une charge en mouvement, deux bobines primaires 3a adjacentes installées dans la route 4 doivent être alimentées pour couvrir la surface de la bobine secondaire 2 installée dans le véhicule. Une partie du flux magnétique émis par chacune des bobines primaire 3a est alors perdue et peut interagir avec les occupants du véhicule. Il est donc nécessaire de disposer d'un blindage évitant de telles interactions. La figure 2 illustre un mode de réalisation de l'invention dans lequel la surface des bobines primaires 3 est égale à un tiers de la surface de la bobine secondaire 2 du véhicule. La réduction de surface se fait par réduction de la dimension des bobines primaires 3 correspondant au sens du déplacement du véhicule. Bien évidemment, le rapport de la surface de la bobine primaire 3 par la surface de la bobine secondaire 2 du véhicule peut être différent d'un tiers, mais devra être au moins inférieur à 0,5, de sorte qu'une bobine primaire 3 alimentée ne puisse irradier en dehors de la surface couverte par une bobine secondaire 2. En se référant toujours à la figure 2, on peut voir qu'en choisissant un séquencement adéquat, il est possible d'avoir en permanence deux bobines primaires 3 alimentées, sans aucune perte de flux. Par ailleurs, on privilégiera les bobines de forme rectangulaire pour l'additivité de leurs flux. En effet, le flux généré par deux bobines rectangulaires simultanément alimentées est équivalent au flux généré par une bobine rectangulaire de surface égale à la somme des surfaces des deux bobines rectangulaires et alimentée de la même manière, c'est-à-dire par le même courant. Il y a équivalence de surfaces car le flux à l'intersection de chacune des bobines s'annule. Toutefois, il est possible d'employer d'autres formes de bobines. De la même façon que l'on limite la taille des bobines primaires 3 dans le sens de déplacement du véhicule, il est judicieux d'avoir des bobines primaires 3 légèrement moins larges que la bobine secondaire 2 du véhicule afin d'améliorer la tolérance d'alignement transversal, et éviter qu'une partie du flux de la bobine primaire 3 n'atteigne les occupants par les côtés du véhicule. La figure 3 illustre un mode de réalisation d'un système de charge sans contact en mouvement à alimentation alternative. Les différentes bobines 3 du système de charge sans contact sont installées les unes à côté des autres sur un tronçon de route, de sorte que les véhicules puissent circuler au-dessus. Les bobines sont préférentiellement enfouies sous le macadam de sorte à être protégées.

Une route est ainsi équipée de N tronçons pouvant différer par le nombre de bobines qu'ils contiennent et par la puissance de leur alimentation. Le système comprend quatre modules 6 de bobines connectés à un bus d'alimentation 5 à haute tension alternative par l'intermédiaire de cellules de commutation 7. Le bus d'alimentation 5 comprend un connecteur de masse connecté aux masses d'un premier onduleur 9a et d'un deuxième onduleur 9b, un premier connecteur connecté au premier onduleur 9a et un deuxième connecteur connecté au deuxième onduleur 9b. Les onduleurs 9a, 9b sont connectés à un réseau d'alimentation électrique. Chaque module 6 de bobines comprend deux bobines primaires connectées en série par une extrémité reliée par ailleurs au connecteur de masse ou neutre du bus d'alimentation 5. L'autre extrémité de la première bobine primaire est connectée au premier connecteur du bus d'alimentation 5 par une cellule de commutation. L'autre extrémité de la deuxième bobine primaire est connectée au deuxième connecteur du bus d'alimentation 5 par une autre cellule de commutation. Le premier connecteur peut par exemple porter la première phase d'alimentation, et le deuxième connecteur peut par exemple porte une deuxième phase d' alimentation. Les cellules de commutation 7 permettent de commander l'alimentation des bobines par le biais des commandes reçues de l'unité de commande électronique 8. L'unité de commande électronique 8 est par ailleurs reliée à chacun des onduleurs 9a et 9b. Un tel système est capable d'alimenter simultanément deux bobines. Il est ainsi optimisé pour un fonctionnement selon le mode de réalisation illustré par la figure 2.

Les principaux avantages de ce mode de réalisation résident dans le fait qu'un seul interrupteur est nécessaire par bobine, ce qui permet de mutualiser les onduleurs 9a et 9b pour toutes les bobines d'un tronçon donné et que les bobines de sol présentent une forme unique standardisée qui permet d'associer le flux de deux bobines.

Il existe plusieurs solutions pour réaliser les cellules de commutation 7 permettant de commuter l'alimentation d'un onduleur 9a ou 9b, d'une bobine N à la bobine N+2. Compte tenu des vitesses de réaction, les interrupteurs sont de nature électronique, par exemple des transistors. Compte tenu du nombre d'interrupteurs à installer par tronçon de route, les interrupteurs doivent présenter un cout réduit. Les figures 4a à 4c illustrent trois architectures d'interrupteurs à quatre quadrants, capables de commuter une tension et un courant alternatif, à base de diodes et de transistors. La figure 4a montre un premier mode de réalisation d'une cellule de commutation comprenant une première connexion connectée à la cathode d'une première diode 10 d'un premier bras et à l'anode d'une deuxième diode 11 de ce premier bras ainsi qu'une deuxième connexion connectée à la cathode d'une première diode 12 d'un deuxième bras et à l'anode d'une deuxième diode 13 de ce deuxième bras. La cathode de la deuxième diode 11 du premier bras et la cathode de la deuxième diode 13 du deuxième bras sont connectées ensemble au collecteur d'un transistor 14 bipolaire à grille isolée (acronyme anglais IGBT pour « Isolated Grid Bipolar Transistor »). L'anode de la première diode 10 du premier bras et de la première diode 12 du deuxième bras sont connectées ensemble à l'émetteur du transistor 14 IGBT. La grille du transistor 14 IGBT est connectée à l'unité de commande électronique 8. La figure 4b montre un deuxième mode de réalisation d'une cellule de commutation 7 comprenant une première connexion connectée à la cathode d'une première diode 15 et à l'anode d'une deuxième diode 16, et une deuxième connexion connectée au collecteur d'un premier transistor 17 et à l'émetteur d'un deuxième transistor 18. L'anode de la première diode 15 est reliée à l'émetteur du premier transistor 17, la cathode de la deuxième diode 16 étant reliée au collecteur du deuxième transistor 18. Les grilles des transistors 17, 18 sont connectées à l'unité de commande électronique 8. La figure 4c montre un troisième mode de réalisation d'une cellule de commutation 7 comprenant une première connexion connectée à l'anode d'une première diode 19 et à l'émetteur d'un premier transistor 20 ainsi qu'une deuxième connexion connectée à l'anode d'une deuxième diode 21 et à l'émetteur d'un deuxième transistor 22. La cathode de la première diode 19, la cathode de la deuxième diode 20, le collecteur du premier transistor 21 et le collecteur du deuxième transistor 22 sont connectés ensemble. Le premier mode de réalisation, illustré par la figure 4a, est le plus économique. Toutefois, par rapport aux autre modes de réalisation illustrés par les figures 4b et 4c, il présente l'inconvénient d'une chute de tension plus grande (environ 3 à 4 V) car le courant à commuter transite au travers de deux diodes et d'un transistor d'où une perte d'énergie supérieure en fonctionnement par rapport aux autres solutions. Le deuxième mode de réalisation et le troisième mode de réalisation sont plus coûteux car ils nécessitent deux transistors. Toutefois, ils n'induisent qu'une chute de tension comprise entre 2 et 3 V. Cette différence est due au courant à commuter qui ne passe que par un transistor et que par une diode, à la différence du premier mode de réalisation dans lequel le courant à commuter passe par un transistor et deux diodes. Afin de maintenir le coût d'installation d'un système de charge en mouvement à un niveau raisonnable, le nombre d'onduleurs doit être réduit. Pour cela, la route munie du système de charge est découpée en tronçons munis chacun de P bobines. Pour alimenter les bobines d'un tronçon, on installe autant d'onduleurs que de bobines primaires 3 simultanément alimentées. Dans l'exemple illustré par la figure 2, deux bobines primaires 3 sont simultanément alimentées. On dispose ainsi deux onduleurs 9a et 9b alimentant les bobines primaires 3 du tronçon de route. En se référant à nouveau à la figure 3, on voit qu'il est illustré un mode de réalisation dans lequel le tronçon de route comprend huit bobines. Toutefois, l'homme du métier réalisera que dans une application pratique, un tronçon de route peut comporter un nombre beaucoup plus élevé de bobines. Par exemple, on peut définir la longueur du tronçon en fonction des distances de sécurité de freinage. Sur le réseau routier, la longueur des tronçons peut être de 10 m, pour un nombre P de bobines de l'ordre de trente. Sur des portions de routes de type autoroute, les distances de sécurité devant être beaucoup plus grandes, la longueur des tronçons n'est pas contraignante et peut être modulée. Le corollaire d'un tel mode de réalisation est qu'à chaque instant, une seule voiture est alimentée par tronçon. Encore une fois, l'homme du métier comprendra que le système est applicable à la charge de plusieurs véhicules par tronçon dès lors que la détection et la charge sont multiplexées. Comme expliqué plus haut, il est possible de modifier le nombre d'onduleurs 9a ou 9b afin d'alimenter simultanément un nombre différent de bobines en fonction du rapport de surface choisi entre la surface des bobines primaires et la surface de la bobine embarquée. Un autre mode de réalisation est illustré par la figure 5 sur laquelle on peut voir un système de charge sans contact comprenant un bus d'alimentation 5 continue, plusieurs modules 6 de bobines et un module terminal. Les modules 6 de bobines sont reliés en série les uns par rapport aux autres, le module terminal étant connecté en série entre le dernier module 6 de bobines et le bus d'alimentation 5.

Le bus d'alimentation 5 comprend un redresseur 23 apte à transformer les courants et tensions alternatifs reçus du réseau électrique (classiquement l'alimentation triphasée standard d'un réseau de distribution) en courant et tension continus. Le redresseur 23 est connecté en sortie à un connecteur de phase neutre et un connecteur de phase continue. Un module 6 de bobines comprend une bobine primaire 3 en série avec un système de compensation de l'énergie réactive 26, une cellule de commutation 7 et un connecteur de sortie 28 permettant d'établir une connexion avec le module 6 de bobines suivant. Le système de compensation de l'énergie réactive 26 peut être un condensateur. On définit une cellule de commutation 7 comme une paire d'interrupteurs commandés, référencés 24 et 25, connectés en série. Un interrupteur commandé peut être par exemple un transistor bipolaire à grille isolée (IGBT) connecté en anti-parallèle avec une diode. Dans chaque cellule de commutation, le premier interrupteur 24 est connecté en série au deuxième interrupteur 25 et à une phase du bus d'alimentation 5. Le deuxième interrupteur 25 est par ailleurs connecté à l'autre phase du bus d'alimentation 5.

Le module terminal comprend uniquement une cellule de commutation 7. Le système de compensation de l'énergie réactive 26 d'un module 6 de bobines est connecté d'une part entre le premier interrupteur 24 et le deuxième interrupteur 25 et d'autre part à une extrémité de la bobine primaire 3. L'autre extrémité de la bobine primaire 3 est reliée à un conducteur de sortie 28 qui est connecté à son tour d'une part au système de compensation de l'énergie réactive 26 du module 6 de bobines suivant et d'autre part entre le premier interrupteur 24 et le deuxième interrupteur 25 de la cellule de commutation 7 suivante. Les modules de bobines sont ainsi connectés en série les uns aux autres. La connexion sortante du dernier module 6 de bobines est connectée entre le premier interrupteur 24 et le deuxième interrupteur 25 de la cellule de commutation 7 du module terminal. Par ailleurs, chacun des interrupteurs est commandé par l'intermédiaire d'une connexion avec l'unité de commande électronique 8 du système de charge sans contact. Chaque tronçon de route décrit précédemment est alimenté par le réseau. Les bobines sont alimentées par une tension alternative haute fréquence (de 20kHz à 200 kHz) fournie par un onduleur multibras qui, en plus de sa fonction onduleur, permet de sélectionner le nombre de bobines à alimenter. Le principe de l'onduleur multibras est de disposer de plusieurs boucles de connexion, appelées chacune bras, connectées en parallèle à l'onduleur par l'intermédiaire de cellules de commutation. Il est alors possible de sélectionner le bras alimenté en commandant l'ouverture et la fermeture sélective des cellules de commutation. Le système de charge sans contact exécute un procédé de commande afin de charger un véhicule pendant son trajet. Le procédé de commande comprend les étapes suivantes : on détermine la position d'un véhicule muni d'une bobine secondaire 2, on détermine quelles bobines sont situées sous le véhicule, on commande les cellules d'alimentation de sorte que les bobines situées sous le véhicule soient alimentées, et on commute l'alimentation des bobines en fonction du déplacement du véhicule. Périodiquement, on détermine à nouveau la position du véhicule, puis on décale la bobine ou le groupe de bobines alimentées en fonction du déplacement du véhicule de sorte que les bobines alimentées demeurent sous le véhicule.

Les figures 6a à 6c montrent l'alimentation successive de plusieurs bobines, les bobines alimentées étant décalées d'une position au fur et à mesure du déplacement du véhicule. La position du véhicule reçu par l'unité de commande électronique 8 peut provenir soit d'une position reçue du véhicule, ou d'une position détectée par variation d'impédance. La position du véhicule permet de déterminer quelles bobines sont situées sous le véhicule. Le système de charge sans contact permet ainsi de charger un véhicule tout en ayant toujours le même courant traversant l'ensemble des bobines recouvertes par le récepteur ce qui permet de transférer une puissance continue au véhicule sans variations provenant de la commutation de bobines. Cela permet également de bénéficier de l'additivité des bobines primaires décrite plus haut.

Le système de charge sans contact peut être amené fonctionner dans des infrastructures routières connaissant une grande densité de véhicules. Il est alors nécessaire de pouvoir procéder à la charge de plusieurs véhicules dans un tronçon de route tout en ne fournissant pas de puissance à certains véhicules, soit parce qu'ils ne sont pas munis de dispositif de charge sans contact, soit parce que le niveau de charge de leur batterie ne justifie pas une charge. La figure 7 illustre les principales grandeurs physiques d'un système de charge sans contact alimenté par un bus d'alimentation 5 continu, sur lequel circulent trois véhicules référencés VE1, VE2 et VE3. Seuls les véhicules VE1 et VE3 doivent recevoir une charge sans contact provenant respectivement des bobines B(n) et B(n+4). Sur cette même figure, la référence B(j) avec j variant de n jusqu'à n+6 représente une bobine ou un groupe de bobines. La référence KH(j), avec j variant de n jusqu'à n+6 représente l'interrupteur haut de la cellule de commutation 7(j). La référence KL(j) avec j variant de n jusqu'à n+6 représente l'interrupteur bas de la cellule de commutation 7(j). La références ij avec j variant de n jusqu'à n+5 représente le courant circulant dans la bobine B(j).

Les bobines B(n+1), B(n+2) et B(n+3) situées entre les véhicules VE1 et VE3 alimentés par le système de charge sans contact ne doivent pas être traversées par un courant. Pour cela, le procédé commande les différentes cellules de commutation de sorte que l'on obtienne une différence de potentiel nulle aux bornes de ces bobines. Plus particulièrement, on peut voir que les interrupteurs KH(n), KL(n+1), KH(n+4) et KL(n+5) sont fermés tandis que les interrupteurs KL(n), KH(n+1), KL(n+4), KH(n+5) sont ouverts. Les bobines B(n) et B(n+4) situées sous les véhicules VE1 et VE3 sont alors alimentées.

Par contre, les interrupteurs KH(n+1) et KH(n+2) sont ouverts tandis que les interrupteurs KL(n+1) et KL(n+2) sont fermés, permettant d'obtenir un courant nul dans la bobine B(n+1). De même, un courant nul circule dans la bobine B(n+3). Toutefois, l'état de commutation des interrupteurs la jouxtant est différent. En effet, les interrupteurs KL(n+3) et KH(n+4) sont fermés tandis que les interrupteurs KH(n+3) et KL(n+4) sont ouverts. On en déduit qu'une bobine n'est pas alimentée lorsque les interrupteurs hauts la jouxtant sont ouverts alors que les interrupteurs bas adjacents sont fermés ou réciproquement.

Par ailleurs, on en déduit qu'une bobine est alimentée lorsque un seul des deux interrupteurs hauts adjacents et un seul des deux interrupteurs bas adjacents sont fermés, les autres interrupteurs étant ouverts. Ainsi, sur un même tronçon, un véhicule non alimenté peut se trouver entre deux véhicules électriques alimentés sans être soumis à un champ magnétique. Cette différenciation des véhicules apporte une plus grande souplesse dans le choix de la taille des tronçons, qui peut ainsi dépasser une dizaine de mètres, notamment un kilomètre ou une dizaine de kilomètres.

Les technologies actuelles permettent de réaliser des convois de véhicules guidés par un véhicule pilote. Avec une distance suffisamment réduite entre chaque véhicule, il est possible de réduire les pertes dues aux frottements aérodynamiques des véhicules suiveurs, donc de réduire la puissance consommée. Le procédé de commande décrit ci-dessus permet d'alimenter en énergie un tel train de véhicules. Il peut également être généralisé aux rames de train, de métro ou de tram, notamment lorsque au moins une partie de leurs essieux sont moteurs. Pour cela, on détermine la position du premier véhicule d'un convoi de véhicules roulant à distance constante les uns des autres ainsi que le nombre de véhicules du convoi. On alimente ensuite en énergie les bobines se situant sous chaque véhicule en fonction de la position du premier véhicule et de l'écart entre chaque véhicule.

Ce mode de réalisation présente l'avantage de ne pas nécessiter d'interrupteurs quatre quadrants qui ne comportent qu'un transistor et une diode ce qui les rend moins coûteux et moins dissipatifs (le courant ne traverse qu'un composant en même temps) et de disposer d'une alimentation par bus de tension continue, qui permet d'éviter l'apparition d'un effet de peau dans les conducteurs, effet limitant normalement la longueur d'un tronçon. Ce mode de réalisation permet également d'alimenter plus de deux bobines à la fois avec un seul système redresseur 23. Cela permet d'envisager différentes tailles de bobines réceptrices, l'explication précédente sur la taille des bobines s'appliquant à la plus petite des bobines réceptrices que l'on peut trouver. Une bobine réceptrice plus grande permet de capter une plus grande quantité d'énergie, le système pourrait s'adapter aux poids lourds, bus, et autres véhicules longs.

Ce mode de réalisation permet également d'obtenir le même courant dans chacune des bobines alimentées sans nécessiter de procédé de commande spécifique. Enfin, grâce à ce mode de réalisation, il est possible d'alimenter plusieurs véhicules sur un même tronçon, même avec la présence sur le tronçon de véhicules ne bénéficiant pas de charge sans contact. En effet, il est possible d'alimenter sélectivement plusieurs bobines, notamment des bobines non adjacentes. Quel que soit le mode de réalisation, il est nécessaire de connaître la position du véhicule afin de déterminer les bobines primaires 3 à alimenter. La position peut être déterminée relativement aux bobines primaires 3, ou de façon absolue par les coordonnées globales du véhicule, par exemple par GPS (acronyme anglais pour « Global Positioning System »). Quel que soit le système de positionnement choisi, le véhicule 1 est muni d'un système de communication apte à transmettre la position du véhicule à une unité de commande électronique 8 commandant l'alimentation des bobines primaires 3 du système de charge sans contact. La direction de déplacement du véhicule peut également être communiquée ou peut être déterminée en fonction de l'évolution temporelle de la position. La direction de déplacement du véhicule permet d'anticiper le déplacement du véhicule afin de commander l'alimentation de la bobine adjacente qui convient lors du déplacement du véhicule d'une bobine à la suivante. Dans un autre mode de réalisation, le système de détection de la position du véhicule détermine la position du véhicule selon la variation d'impédance vue par une bobine primaire en fonction de la position de la bobine embarquée à bord du véhicule. Sur la figure 8, on peut voir l'impédance du système formé par la bobine primaire 3 couplée avec la bobine secondaire 2 du véhicule. Le couplage entre la bobine primaire 3 et la bobine secondaire 2 varie avec la position du véhicule 1 de sorte que l'impédance vue depuis la bobine primaire 3 varie avec la position du véhicule. Lorsque le couplage est partiel, l'impédance est élevée. Cela est illustré par les positions A et C. Lorsque le couplage est total, l'impédance est faible.

Cela est illustré par la position B. L'impédance variant autour d'un minimum, il est possible de déterminer un seuil d'impédance en dessous duquel on considère que le flux de la bobine primaire est totalement capté par la bobine embarquée. Ainsi, en suivant la courbe d'impédance de la bobine qu'il alimente, l'unité de commande électronique commandant l'onduleur 9 est capable de déterminer indirectement la position de la bobine secondaire 2 du véhicule et de choisir l'instant à partir duquel l'alimentation de cette bobine doit être interrompu pour passer à l'alimentation de la bobine suivante.

L'évolution de la courbe d'impédance permet également de déterminer la direction de déplacement du véhicule afin d'anticiper l'alimentation de la bobine suivante. Il est à noter que quel que soit le mode de réalisation, on assure la résonance entre une bobine ou un ensemble de bobines primaires au sol et la bobine secondaire 2 embarquée dans le véhicule indépendamment de leurs différences de tailles et de leurs mouvements respectifs. En effet, les condensateurs en série avec les bobines primaires et secondaires permettent de compenser les différences de tailles et/ou de position et assurent en permanence une résonance pour un transfert d'énergie optimal. En revanche, le couplage se modifie avec la position relative des bobines primaires et secondaires. La résonance évolue en conséquence et c'est à l'unité de commande électronique 8 de commander l'alimentation de la bobine primaire 3 pour maintenir un couplage optimal entre bobines primaires et secondaires.

Claims (13)

1. REVENDICATIONS1. Système de charge sans contact d'une batterie d'un véhicule automobile (1) en mouvement, caractérisé par le fait qu'il comprend, au moins deux modules de bobine (6) comprenant chacun au moins une bobine primaire (3) disposée dans un tronçon (4) de route empruntable par le véhicule (1) et apte à transférer de l'énergie par induction à une bobine secondaire (2) connectée à la batterie du véhicule automobile (1) et au moins deux cellules de commutation (7) pour raccorder chacune au moins une bobine primaire (3) à un bus d'alimentation (5) électrique relié en entrée au réseau électrique et en sortie auxdits au moins deux modules de bobine (6), une unité de commande électronique (8) apte à commander les cellules de commutation (7) de sorte que au moins deux bobines primaires soient alimentées simultanément, en fonction de la position du véhicule automobile (1), une bobine primaire (3) présentant une dimension dans la direction de déplacement du véhicule (1) au moins deux fois inférieure à la dimension correspondante de la bobine secondaire (2).
2. 2. Système selon la revendication 1, dans lequel la bobine primaire (3) présente une dimension selon une direction du plan de la route perpendiculaire à la direction de déplacement du véhicule inférieure à la dimension correspondante de la bobine secondaire (2).
3. 3. Système selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel les bobines primaires et secondaires sont de forme rectangulaire.
4. 4. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le bus d'alimentation (5) comprend une première phase, une deuxième phase et une phase neutre, le bus d'alimentation (5) comprenant en outre au moins deux onduleurs (9a,9b) aptes à délivrer chacun un courant et une tension alternative, un premier onduleur (9a) étant connecté à la première phase et à la phase neutre du bus d'alimentation (5), le deuxièmeonduleur (9b) étant connecté à la deuxième phase et à la phase neutre du bus d'alimentation (5), et dans lequel le module de bobines (6), comprend au moins une première bobine primaire connectée par une extrémité à la première phase par l'intermédiaire d'une cellule de commutation (7), et par l'autre extrémité à la phase neutre, et au moins une deuxième bobine primaire connectée par une extrémité à la deuxième phase par l'intermédiaire d'une cellule de commutation (7), et connectée par l'autre extrémité à la phase neutre.
5. 5. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la cellule de commutation (7) comprend une première connexion connectée à la cathode d'une première diode (10) d'un premier bras et à l'anode d'une deuxième diode (11) du premier bras ainsi qu'une deuxième connexion connectée à la cathode d'une première diode (12) d'un deuxième bras et à l'anode d'une deuxième diode (13) du deuxième bras, la cathode de la deuxième diode (11) du premier bras et la cathode de la deuxième diode (12) du deuxième bras étant connectées ensemble au collecteur d'un transistor bipolaire à grille isolée (14), l'anode de la première diode (10) du premier bras et de la première diode (12) du deuxième bras étant connectées ensemble à l'émetteur du transistor (14).
6. 6. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la cellule de commutation (7) comprend une première connexion connectée à la cathode d'une première diode (15) et à l'anode d'une deuxième diode (16), la cellule comprenant en outre une deuxième connexion connectée au collecteur d'un premier transistor (17) et à l'émetteur d'un deuxième transistor (18), l'anode de la première diode (15) étant reliée à l'émetteur du premier transistor (17), la cathode de la deuxième diode (16) étant reliée au collecteur du deuxième transistor (18).
7. 7. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la cellule de commutation (7) comprend une première connexion connectée à l'anode d'une première diode (19) et à l'émetteur d'un premier transistor (20) ainsi qu'une deuxièmeconnexion connectée à l'anode d'une deuxième diode (21) et l'émetteur d'un deuxième transistor (22), la cathode de la première diode (19), la cathode de la deuxième diode (21), le collecteur du premier transistor (20) et le collecteur du deuxième transistor (22) étant connectés ensemble.
8. 8. Système selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel le bus d'alimentation (5) comprend une première phase, une phase neutre et un redresseur (23), le redresseur (23) étant connecté entre la première phase et la phase neutre et étant apte à délivrer un courant et une tension continus, et dans lequel le module de bobine (6) comprend au moins une bobine primaire (3) en série avec un système de compensation (26) de l'énergie réactive, la cellule de commutation (7) et un connecteur de sortie permettant d'établir une connexion avec le module de bobine (6) suivant, le dernier module de bobine (6) étant relié à un module terminal comprenant une unique cellule de commutation (7).
9. 9. Système selon l'une quelconque des revendications 7 ou 8, dans lequel la cellule de commutation (7) comprend deux interrupteurs (24,25) connectés en série, le premier interrupteur (24) étant connecté à la première phase, le deuxième interrupteur (25) étant connecté à la phase neutre.
10. 10. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, comprenant un système de détection de la position du véhicule selon la variation d'impédance aux bornes de la bobine primaire (3) en fonction de la position de la bobine secondaire (2), et relié à l'unité de commande électronique (8).
11. 11. Procédé de commande d'un système de charge sans contact selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on détermine la position d'un véhicule muni d'une bobine secondaire (2), on détermine quelles bobines primaires (3) sont situées sous le véhicule,on commande les cellules de commutation (7) de sorte qu'au moins deux bobines primaires (3) situées sous la bobine secondaire (2) du véhicule soient alimentées, et on commute l'alimentation des bobines primaires (3) en fonction du déplacement du véhicule.
12. 12. Procédé de commande selon la revendication 11, dans lequel on détermine la position de plusieurs véhicules, puis on alimente en énergie les bobines primaires (3) se situant sous chaque véhicule.
13. 13. Procédé de commande selon la revendication 12, dans lequel on détermine la position du premier véhicule d'un convoi de véhicules roulant à distance constante les uns des autres ainsi que le nombre de véhicules du convoi, puis on alimente en énergie les bobines primaires (3) se situant sous chaque véhicule en fonction de la position du premier véhicule et de l'écart entre chaque véhicule.