FR3096190A1

FR3096190A1 - Procédé de contrôle de chargement inductif d’un équipement d’utilisateur et dispositif de charge associé pour véhicule automobile

Info

Publication number: FR3096190A1
Application number: FR1905190A
Authority: FR
Inventors: Amaia Fortes Montilla; Youri VASSILIEFF
Original assignee: Continental Automotive France SAS
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2019-05-17
Filing date: 2019-05-17
Publication date: 2020-11-20
Anticipated expiration: 2039-05-17
Also published as: CN113812058A; FR3096190B1; CN113812058B; WO2020234131A1; US20220209582A1

Abstract

L’invention concerne un procédé de contrôle de chargement inductif d’un équipement portable d’utilisateur (P) par un dispositif de charge (D’), le dit dispositif de charge (D’) comprenant une surface de réception (S) apte à recevoir l’équipement d’utilisateur (P), des bobines émettrices (B1, B2, B3, B4) et un guide de champ magnétique (F) apte à diriger un champ magnétique dans un plan parallèle à la surface de réception (S), l’invention consistant à ce que l’on équipe le dispositif de charge (D) d’au moins deux antennes magnétiques (A1, A2), adaptées à émettre chacune un champ magnétique et à recevoir chacune en partie le champ magnétique émis par l’autre antenne, le procédé comprenant les étapes suivantes Emission simultanée par les deux antennes présentant un premier déphasage en entrée (Δiφ) entre elles, Mesure d’au moins un paramètre (Vi1, Vi2, φir1, φir2) en sortie des antennes, Mémorisation du paramètre mesuré, Comparaison entre l’au moins paramètre, ainsi mesuré et une valeur prédéterminée (Vi1ref, V2iref, φ1iref, φ2iref), Répétition des étapes précédentes pour d’autres valeurs de déphasage (Δiφ), Contrôle du chargement en fonction des résultats de comparaison. Figure pour l’abrégé : Fig. 2

Description

Procédé de contrôle de chargement inductif d’un équipement d’utilisateur et dispositif de charge associé pour véhicule automobile

L’invention se rapporte au domaine de la charge en énergie par induction d’un équipement d'utilisateur dans un véhicule automobile et concerne plus spécifiquement un procédé de contrôle de charge et un dispositif de charge par induction d’un équipement d’utilisateur dans un véhicule automobile.

De nos jours, certains véhicules automobiles sont pourvus d’un dispositif permettant la charge par induction d’une batterie d’un équipement d’utilisateur tel que, par exemple, un téléphone portable. Par le terme « batterie », on entend dans le présent document une unité de stockage d’énergie électrique permettant l’alimentation de l’équipement d'utilisateur.

Un tel dispositif de charge comprend un module de gestion, un module d’émission et une surface de réception de l’équipement d'utilisateur. Le module d’émission comprend au moins une antenne de type bobine émettrice à induction qui est couplée à la surface de réception et qui génère un champ électromagnétique autour de la surface de réception dans une zone dite « d’émission », en fonctionnant par exemple dans une bande de fréquences comprise entre 100 et 200 kHz. Le module de gestion du dispositif est configuré pour contrôler le module d’émission, notamment le niveau de puissance de l’émission par la bobine, pour détecter une variation de tension aux borne de la bobine émettrice et pour échanger des messages avec l’équipement d'utilisateur.

L’équipement d'utilisateur comprend, de manière complémentaire, un module de contrôle et un module récepteur. Le module récepteur comprend au moins une antenne de type bobine réceptrice à induction qui détecte un champ électromagnétique généré par le dispositif de charge lorsqu’il est placé dans la zone d’émission dudit dispositif. Le module de contrôle de l’équipement d'utilisateur est configuré pour contrôler le module de réception et échanger des messages avec le dispositif de charge. Un exemple de système de transfert de puissance par induction magnétique est connu de la spécification définie par le consortium WPC (acronyme de l’expression anglaise « Wireless Power Consortium »), connue sous le nom de « Qi low power specification » (version 1.2) qui définit notamment les échanges de messages entre le dispositif de charge et l’équipement d'utilisateur.

De manière connue, le champ électromagnétique généré par la bobine émettrice induit un courant alternatif dans la bobine réceptrice qui permet de charger la batterie de l’équipement d'utilisateur.

Ainsi, lorsque l’utilisateur souhaite charger électriquement la batterie de son équipement, il le place sur la surface de réception du dispositif, ce qui fait varier la tension en sortie d’au moins une bobine émettrice du dispositif.

Le module de gestion du dispositif détecte cette variation de tension et en déduit qu’un objet au moins en partie métallique a été placé sur la surface de réception.

Le module de gestion du dispositif envoie alors un message de reconnaissance pour savoir si l’objet placé sur la surface est un équipement d'utilisateur compatible avec le dispositif de charge, c’est-à-dire qui peut être rechargé par le dispositif, ou bien un autre objet tel qu’un équipement d'utilisateur non compatible ou tout autre objet au moins en partie métallique.

Aussi, lorsque l’équipement d'utilisateur est compatible avec le dispositif, son module de contrôle répond au dispositif en envoyant un message de compatibilité et la charge par induction de l’équipement d'utilisateur démarre par ladite au moins une bobine émettrice, jusqu’à ce qu’elle soit terminée ou que l’équipement d'utilisateur sorte de la zone d’émission.

Lorsque le véhicule roule, il arrive fréquemment que l’équipement d’utilisateur se déplace sur la surface de réception et ne se retrouve plus situé au-dessus de la bobine émettrice qui était activée pour la charge. La nouvelle position de l’équipement d’utilisateur sur la surface de réception doit être détectée afin d’activer une nouvelle bobine émettrice la plus appropriée pour charger l’équipement d’utilisateur, en d’autres termes la nouvelle bobine émettrice se trouvant le plus alignée avec la bobine réceptrice de l’équipement d’utilisateur.

De plus il est nécessaire de vérifier l’absence d’objet étranger métallique en dessous de l’équipement portable, même en cas de déplacement de l’équipement portable sur ladite surface, afin d’assurer la sécurité de l’utilisateur.

Un procédé de contrôle de charge de l’art antérieur consiste, par exemple à utiliser des capteurs de température mesurant la température à différents points de la surface de réception de manière continue. En effet, la présence d’un objet métallique, qu’il soit compatible ou pas avec le chargement inductif après l’envoi d’un signal de détection et de localisation, tel qu’un par exemple l’émission d’un « PING » crée une augmentation locale de température sur la surface de réception qui est détectée par les capteurs de température. Cependant la mesure de température par de tels capteurs est lente, l’inertie de détection pose un inconvénient majeur surtout si la sécurité de l’utilisateur est engagée.

Une autre solution de l’art antérieur consiste à disposer plusieurs capteurs capacitifs en dessous de la surface de réception et de mesurer la variation de capacité en sortie des dits capteurs. Un inconvénient de cette solution réside dans la sensibilité des capteurs capacitifs à la présence d’une partie du corps d’un utilisateur. Si l’utilisateur dépose avec sa main un équipement d’utilisateur sur la surface de réception, le capteur capacitif détecte une présence, cependant, une foi l’équipement d’utilisateur posé, les capteurs capacitifs ne permettent plus de détecter un déplacement dudit équipement sur la surface de réception. De plus l’utilisation d’un maillage constitué de capteurs capacitifs est coûteuse.

Enfin, une dernière solution de l’art antérieur, consiste à mesurer le facteur de qualité aux bornes de chaque bobine émettrice afin de détecter la présence d’un objet métallique. En effet, la présence d’un objet métallique situé en vis-à-vis d’une bobine émettrice du dispositif de charge, que cela soit un équipement portable d’utilisateur ou une pièce métallique non compatible avec le chargement inductif dégrade le facteur de qualité de ladite bobine. Cependant ce procédé de détection et de localisation ne peut être réalisé que lorsque le chargement inductif est arrêté, car le procédé nécessite l’envoi d’un signal dédié par la bobine et la mesure en retour de paramètres aux bornes de la bobine ce qui pose un inconvénient majeur.

L’invention a pour but un procédé de contrôle de chargement inductif et un dispositif de charge d’un équipement portable d’utilisateur présentant pas les inconvénients de l’art antérieur, en l’occurrence, permettant la détection d’un objet métallique sur la surface de réception, de localiser le dit objet , d’en déterminer le type (équipement d’utilisateur compatible pour le chargement ou objet étranger parasite), afin d’adapter le processus de chargement inductif de manière appropriée, c'est-à-dire par exemple de baisser ou d’augmenter la puissance de charge pour optimiser l’efficacité de charge, d’arrêter , et contrôler la température de la surface ou d’arrêter la charge si nécessaire.

L’invention propose un procédé de contrôle de chargement inductif d’un équipement portable d’utilisateur par un dispositif de charge , le dit dispositif de charge comprenant une surface de réception apte à recevoir l’équipement d’utilisateur, des bobines émettrices et un guide de champ magnétique apte à diriger un champ magnétique dans un plan parallèle à la surface de réception, le procédé étant remarquable en ce que l’on équipe dans une étape préalable le dispositif de charge d’au moins deux antennes magnétiques, adaptées à émettre chacune un champ magnétique et à recevoir chacune en partie le champ magnétique émis par l’autre antenne, et en ce que le procédé comprend les étapes suivantes :

Emission simultanée par les deux antennes présentant un premier déphasage en entrée entre elles,
Mesure d’au moins un paramètre en sortie des antennes,
Mémorisation du paramètre mesurée,
Comparaison entre l’au moins paramètre, ainsi mesuré et une valeur prédéterminée,
Répétition des étapes précédentes pour d’autres valeurs de déphasage,
Contrôle du chargement en fonction des résultats de comparaison.

Préférentiellement, l’au moins un paramètre mesuré consistent en une tension et /ou une phase entre le courant et la tension mesurées en sortie de chaque antenne.

Les valeurs prédéterminées peuvent comprendre soit des paramètres mesurés sans objet métallique sur la surface de réception, soit des paramètres mesurés pour plusieurs emplacements d’objets métalliques sur la surface de réception, soit encore des paramètres mesurés pour plusieurs types d’objets métalliques.

Avantageusement, les valeurs prédéterminées (Vi1ref, V2iref, φ1iref, φ2iref), consistent en des paramètres mesurés à un instant précédent, pour une même valeur de déphasage.

L’invention concerne également un dispositif de charge par induction d’un équipement portable d’utilisateur, destiné à être embarqué dans un véhicule automobile comprenant une surface de réception apte à recevoir l’équipement d’utilisateur, des bobines émettrices et un guide de champ magnétique apte à diriger un champ magnétique dans un plan parallèle à la surface de réception, le dispositif étant remarquable en ce qu’il comprend en outre:

Au moins deux antennes magnétiques, adaptées à émettre chacune un champ magnétique et à recevoir chacune en partie le champ magnétique émis par l’autre antenne,
des moyens d’émissions reliés électriquement aux deux antennes, comprenant des moyens de déphasage entre les antennes,
des moyens de réception et de traitement comprenant :
des moyens de mesure d’au moins un paramètre en sortie des antennes,
des moyens de mémorisation du paramètre mesuré,
des moyens de comparaison entre l’au moins un paramètre ainsi mesuré et une valeur prédéterminée,
des moyens de détection d’un objet, de localisation dudit objet et d type d’objet sur la surface de réception en fonction du résultat de la comparaison
des moyens de contrôle de la charge en fonction de la détection réalisée.

Préférentiellement, les moyens de mesure de paramètres consistent en des moyens de mesure d’une tension et/ou de mesure d’une phase en sortie des antennes.

Avantageusement, le guide de champ magnétique consiste en une ferrite.

Dans un premier mode de réalisation, les antennes se présentent sous la forme de boucles enroulées autour de la ferrite.

Dans un deuxième mode de réalisation, les antennes se présentent sous la forme d’enroulement planaires situés dans un plan parallèle à la surface de réception.

De manière judicieuse, une fréquence d’émission des deux antennes magnétiques est comprise entre 20 kHz et 20 Mhz, par exemple les antennes sont des antennes radiofréquence de communication en champ proche, ou des antennes de chargement inductif.

L’invention s’applique également à tout véhicule automobile, comprenant un dispositif de charge selon l’une quelconque des caractéristiques énumérées ci-dessus.

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
: la figure 1 représente en coupe un dispositif de charge d’un équipement portable d’utilisateur selon l’invention,
: la figure 2 représente une vue en perspective des composants d’un dispositif de charge selon l’invention,
: la figure 3 représente schématiquement un deuxième mode de réalisation d’un dispositif de charge selon l’invention,
:la figure 4 est une représentation schématique d’un circuit électronique comprenant les antennes magnétiques A1, A2, les moyens d’émissions E1, E2 du champ magnétique des dites antennes, et les moyens de réception et de traitement R du champ magnétique reçues par lesdites antennes du dispositif de charge selon l’invention,
: la figure 5 est un logigramme représentant le procédé de contrôle de charge selon l’invention,
: la figure 6 est un graphe représentant selon l’axe longitudinal X du dispositif de charge, la distribution du champ magnétique résultant émis par les deux antennes, pour différentes valeurs de déphasage entre les deux antennes, lors de la mise en œuvre du procédé selon l’invention,
: la figure 7 est un graphe représentant selon l’axe longitudinal du dispositif de charge, la distribution du champ magnétique résultant émis par les deux antennes, pour une valeur de déphasage nulle, et pour trois configurations différentes : sans objet situé sur la surface de réception, avec un téléphone posé sur le côté droit (selon l’axe X) de la surface de réception S, et avec un téléphone posé sur le côté gauche (selon l’axe X) de la surface de réception lors de la mise en œuvre du procédé de contrôle de charge selon l’invention,
: la figure 8 est un graphe représentant selon l’axe longitudinal du dispositif de charge, la distribution du champ magnétique émis par les deux antennes, pour une valeur de déphasage égale à 80°, et pour trois configurations différentes : sans objet situé sur la surface de réception, avec un téléphone posé sur le côté droit (selon l’axe X) de la surface de réception S, et avec un téléphone posé sur le côté gauche (selon l’axe X) de la surface de réception lors de la mise en œuvre du procédé de contrôle de charge selon l’invention,

A la figure 1 est illustré un dispositif de charge D d’un équipement d’utilisateur P. L’équipement d’utilisateur P peut être un téléphone portable mais aussi une tablette, et est posé sur la surface de réception S du dispositif de charge D.
Le dispositif de charge D comprend une pluralité de bobines émettrices, dans l’exemple illustré aux figures 1, 2, il s’agit de quatre bobines émettrices, B1, B2, B3, B4 situées sous la surface de réception S et adaptées pour charger par induction la batterie de l’équipement d’utilisateur par l’intermédiaire de la bobine réceptrice B dudit dispositif, selon par exemple le standard WPC.
Le dispositif de charge D comprend également un circuit électronique de contrôle situé par exemple dans un circuit imprimé 10 permettant de contrôler le chargement inductif par les bobines émettrices B1, B2, B3, B4 et permettant aussi la communication relative au procédé de chargement entre le dispositif de charge D et l’équipement d’utilisateur P.
Le dispositif de charge D comprend également un guide de champ magnétique, par exemple une ferrite F, c'est-à-dire une surface en matériau magnétique, située sous les bobines émettrices B1, B2, B3, B4 et apte à rediriger le champ électromagnétique émis par lesdites bobines émettrices du côté opposé à celui où se trouve la ferrite en l’occurrence, dans un plan parallèle à la surface de réception S vers l’équipement portable d’utilisateur P. Ce dispositif de charge D est connu de l’art antérieur et ne sera pas plus détaillé ici.
Comme expliqué précédemment, il est nécessaire de détecter la présence d’un objet métallique, et/ou d’en déterminer sa position sur la surface de réception S, et/ou son type (soit un équipement portable d’utilisateur compatible avec le chargement inductif, soit un objet métallique étranger) surtout lorsque le véhicule est en mouvement, et que le dispositif D se déplace sur la surface S, afin de contrôler de manière appropriée le procédé de chargement inductif.
L’invention propose d’utiliser deux antennes magnétiques, une première antenne A1, et une deuxième antenne A2 disposées de telle manière qu’elles émettent chacune un champ magnétique, et qu’elle reçoivent chacune en partie le champ magnétique émis par l’autre antenne A1, A2. direction longitudinale X parallèle à la surface de réception S. Les deux antennes A1, et A2 se présentent sous la forme de boucles en fil de cuivre préférentiellement enroulées autour d’un côté de la ferrite F et étant enroulées de telle manière que le champ magnétique émis par la première antenne A1 est reçu en partie ou totalement par la deuxième antenne A2 et inversement. Grâce au guide de champ magnétique, l’émission du champ magnétique par lesdites antennes se propage en partie dans un plan parallèle à la surface de réception S, par exemple, mais de manière nullement limitative, selon une En d’autres termes, les champs magnétiques émis pas les deux antennes A1, A2 ne s’annulent pas, plus précisément les deux antennes A1, A2 ne présentent pas d’inductance mutuelle nulle.

Dans l’exemple illustré aux figures 1 et 2, le dispositif de charge D et la ferrite sont de forme rectangulaire F. La première antenne A1 et la deuxième antenne A2 sont enroulées chacune à une extrémité de la ferrite F autour de l’axe longitudinal X. Ainsi les deux antennes, la première antenne A1 et la deuxième antenne A2 se trouvent en vis à vis.

Bien sûr, d’autres modes de réalisation sont possibles, la première antenne A1 et la deuxième antenne A2 peuvent par exemple être enroulées autour de la ferrite F et du circuit imprimé 10, ou disposées à proximité de la ferrite F, sans être enroulées autour de ladite ferrite F. Ceci est illustré à la figure 3.
A la figure 3, est illustré un deuxième mode de réalisation du dispositif de charge D’, selon l’invention, il comprend une première antenne A1’ planaire située à une extrémité du dispositif de charge D’, selon l’axe longitudinal X et une deuxième antenne A2’ planaire située à l’autre extrémité opposée dudit dispositif D’ selon la direction longitudinal X. Les deux antennes A1’, A2’ sont situées au-dessus de trois bobines émettrices B1’, B2’, B3’, elles-mêmes situées au-dessus d’une ferrite F’ et d’un circuit imprimé 10’ qui est positionné en dessous de ladite ferrite F’. Il est possible également de disposer les deux antennes A1’, A2’ sous les bobines émettrices B1’, B2’, B3’.
Ce deuxième mode de réalisation ainsi que le mode préférentiel de réalisation du dispositif de charge D illustré aux figues 1 et 2 ne sont aucunement limitatifs. Les deux antennes A1, A2 peuvent se présenter sous d’autres formes, par exemple les antennes A1 et A2 peuvent être symétriques ou pas, selon l’axe longitudinal X, et elles peuvent être symétriques ou pas entres elles selon l’axe transversal Y, les deux axes X, Y étant perpendiculaires entre eux et formant un plan parallèle à la surface de réception S.
Il est cependant essentiel à l’invention qu’une partie du champ magnétique émis pas chaque antenne A1, A2, A1’, A2’ se propage dans la direction X parallèle à la surface de réception S afin d’être reçu par l’autre antenne située par exemple à l’autre extrémité de la surface de réception S. La ferrite F permet ce guidage du champ magnétique parallèlement à la surface de réception S, mais tout autre guide de champ magnétique connu de l’homme du métier peut être utilisé.
Préférentiellement, la première antenne A1 et la deuxième antenne A2 sont des antennes de communication radiofréquence en champ proche, par exemple de fréquence égale à 13,56 Mhz, ou compris entre 20 kHz et 20 MHz.
Les antennes A1, A2 peuvent être également des antennes de chargement inductif.

Selon l’invention chacune des antennes A1, A2 est reliée électriquement à des moyens d’émissions E1, E2 d’un champ magnétique et des moyens de réception et de traitement R du champ magnétique reçu. Ceci est illustré à la figure 4. Les moyens d’émissions E1, E2 ainsi que les moyens de réception et de traitement R sont situés par exemple sur le circuit imprimé 10’.
Les moyens d’émissions A1, A2, comprennent chacun un générateur de tension Vref sinusoïdale G1, G2 reliés à des moyens de déphasage M6 de chaque antenne A1, A2, permettant d’adapter la phase entre le courant et la tension d’alimentation en entrée φi1, φi2 de chaque antenne A1, A2. Les moyens de déphasage M6 comprennent de manière préférentielle une horloge H qui sert à générer une fréquence d’oscillation pour les deux générateurs G1, G2, par exemple une fréquence égale à 13,56 MHz et des moyens pour retarder un signal de tension sinusoïdale issu d’un générateur de tension par rapport à l’autre, qui peuvent consister en une « PLL » (« phase locked loop » en anglais) ou boucle à phase asservie connue de l’homme du métier.
Les moyens d’émissions E1, E2 consistent pour chaque antenne A1, A2 en un filtre et un circuit d’adaptation comprenant :
1. Pour la première antenne A1 :
  1. d’un filtre F1, du type filtre « LC » constitué d’une bobine L1 et d’une capacité C11 reliée à la masse,
  2. d’un circuit d’adaptation d’impédance 30 constitué d’une capacité C12 reliée en série au filtre et d’une deuxième capacité C13 reliée à la masse,

pour la deuxième antenne A2, de manière similaire :
1. d’un filtre F2, du type filtre « LC » constitué d’une bobine L2 et d’une capacité C21 reliée à la masse,
2. d’un circuit d’adaptation d’impédance 40 constitué d’une capacité C22 reliée en série au filtre et d’une deuxième capacité C23 reliée à la masse.
Le déphasage entre l’émission des deux antennes peut être réalisées également par l’utilisation de capacités variables dans le circuit d’adaptation de chaque antenne A1, A2. Les moyens de déphasage M6 entre les émissions des antennes illustrés à la figure 4 sont nullement limitatif et tout moyen de déphasage connu de l’homme du métier peut être utilisé.

Les moyens de réception et de traitement R du champ magnétique consistent en :

Des moyens de mesure M1 de tension V1, V2 et/ou de la phase φr1, φr2 entre le courant et la tension en sortie des dites antennes A1, A2,
Des moyens de comparaison M2 entre les valeurs de tension V1, V2 et/ou les valeurs de phases φr1, φr2 ainsi mesurées en sortie des antennes avec des valeurs de tension V1ref, V2ref, et/ou de phases φ1ref, φref, prédéterminées,
Des moyens de mémorisation M3 des valeurs mesurées,
Des moyens de détection d’un objet, de localisation dudit objet et d type d’objet sur la surface de réception M4 en fonction du résultat de la comparaison
Des moyens de contrôle de la charge M5 en fonction de la détection ainsi réalisée.

Bien sur d’autres paramètres représentatifs du champ magnétique généré par les antennes peuvent être utilisés tels que par exemple l’amplitude du courant traversant l’antenne.

Les moyens de mesure M1, les moyens de comparaison M2, les moyens de mémorisation M4 et les moyens de détermination M5 se présentent sous la forme de logiciels compris dans un circuit intégré situé par exemple dans le microcontrôleur 10’.

Le procédé de contrôle de charge, illustré à la figure 5 va maintenant être décrit.

Dans une étape préalable, non représenté à la figure 5, on équipe le dispositif de charge D, avec les deux antennes magnétiques A1 et A2 ainsi qu’avec moyens d’émissions E1, E2 de champ magnétique et des moyens de réception et de traitement R de champ magnétique, tel que décrit précédemment.

Dans une première étape E1, on initie le procédé (avec i = 1) en appliquant un premier déphasage Δφi entre les deux antennes, par exemple la phase en entrée de la deuxième antenne A2 φi2 = 80°, et la phase en entrée de la première antenne A1 φi1 = 0° et on active l’émission simultanée des deux antennes A1, A2 afin que celles-ci émettent de manière déphasée, c'est-à-dire : .

Les deux antennes A1, A2 émettent alors chacune simultanément un champ magnétique au-dessus de la surface de réception S, dont le champ résultant H est tel qu’illustré à la figure 6.

A la figure 6 est représenté le champ magnétique normalisé H en A/m (ampères/mètre) résultant de l’émission simultanée des deux antennes A1, A2, selon l’axe longitudinal X du dispositif de charge D pour différentes valeurs de déphasage Δφi du signal de tension en entrée entre les deux antennes A1, A2.

Le champ magnétique résultant H d’un déphasage de -160°entre les deux antennes est représenté par la courbe comportant des ronds, celui correspondant à un déphasage de 0° est représenté par la courbe comportant des losanges, celui correspondant à un déphasage de 80° est représenté par la courbe comportant des carrés, et celui correspondant à un déphasage de 120° est représenté par la courbe comportant des croix.

Le champ magnétique résultant H présente un profil, c'est-à-dire des valeurs, selon l’axe longitudinal X, qui varie(nt) en fonction du déphasage d’émission entre les deux antennes A1, A2, ce qui a pour conséquence que les antennes A1, A2 reçoivent également un champ magnétique différent de la part de l’autre antenne et que les valeurs de la tension Vi1, Vi2 et/ou du déphasage φir1, φir2 mesurées en sortie des dites antennes A1, A2 sont également différentes.

Le champ magnétique résultant H ainsi généré par l’émission simultanée et déphasé des antennes A1, A2 est également impacté par :

la présence de tout objet posé sur la surface de réception S,
la localisation de l’objet sur la surface de réception S
et le type d’objet (téléphone portable, objet métallique étranger..)

Ceci a pour effet également de modifier les valeurs de tension V1, V2 et/ou de phase φr1, φr2 mesurées en sortie des antennes A1, 2 par rapport à des valeurs de tension et/ou de phase de référence V1ref, V2ref, φi1ref, φi2ref pour lesquelles aucun objet n’est placé sur la surface de réception S.

L’impact d’un objet posé sur la surface de réception S sur le champ magnétique résultant H est illustré aux figures 7 et 8.

Pour un déphasage nul Δφ = 0° (configuration n°6) entre les antennes A1, A2 le champ magnétique résultant H est illustré à la figure 7 pour trois cas :

Sans objet posé sur la surface de réception S, correspondant à la courbe « N » illustrée avec des ronds,
Avec un téléphone placé P sur le côté droit du dispositif de charge D, selon l’axe X, correspondant à la courbe « S1 » illustrée avec des carrés,
Avec un téléphone placé P sur le côté gauche du dispositif de charge D selon l’axe X, correspondant à la courbe « S2 » illustrée avec des croix.

Pour chacun de ces cas, la valeur de la tension et/ou de la phase V1, V2, φr1, φr2 mesurées en sortie des antennes A1, A2 sont différentes.

De manière similaire, pour un déphasage égal à 80° (configuration n°1), Δφ = 80° le champ magnétique résultant H est illustré à la figure 8 pour trois cas :

Pour chacun de ces cas, la valeur de la tension et/ou de la phase mesurées en sortie des antennes A1, A2 sont également différentes.

Lors d’une deuxième étape E2 du procédé, les valeurs de tension Vi1, Vi2 et/ou de phase φir1, φir2 en sortie des dites antennes sont mesurées.

Dans une troisième étape E3, les valeurs mesurées de tension Vi1, Vi2, et/ou de phase φi1, φi2 sont mémorisées.

Puis dans une quatrième étape E4, lesdites valeurs ainsi mesurées sont comparées à des valeurs de référence Vi1ref, V2iref, φ1iref, φ2ief qui ont été prédéterminées au préalable pour les mêmes valeurs de phase φi1, φi2 en entrée des antennes, c'est-à-dire pour la même valeur de déphasage Δiφ en entrée entre les antennes.

Lors de cette calibration préalable, des mesures de tension et de phase V1ref, V2ref, φi1ref, φi2ref en sortie de chaque antenne A1, A2 ont été déterminées pour différentes configurations i correspondantes à différentes valeurs de phase φi1, φi2 en entrée des antennes A1, A2 et pour les cas de figures suivants :

sans objet situé sur la surface de réception S,
et/ou pour plusieurs emplacements d’objet métallique sur la surface de réception S,
et/ou pour plusieurs types d’objets métalliques posés sur la surface de réception S : téléphone portable ou objet étranger (par exemple un trombone, ou une pièce de monnaie..)

Φi1	Φi2	Configuration i	Vi1ref (V)	Vi2ref (V)	Φi1ref (°)	Φi2ref (°)
0	80	1	9.8	8.1	85	102.5
0	100	2	9.6	7.9	85.2	102.4
0	120	3	9.4	7.8	94	79.1
0	140	4	9.1	7.9	92.5	81.7
0	160	5	8.7	8.1	90.3	84.7
0	0	6	9.3	9.3	91.7	91.7
0	x	n	…	…	…	…

A titre d’exemple, le tableau ci-dessus illustre les valeurs mesurées lors de la phase préalable de calibration dans le cas a), c'est-à-dire sans objet situé sur la surface de réception S.

Ainsi, selon le tableau ci-dessus ; lors de la première configuration i = 1, et la phase en entrée de la première antenne A1 est égale à φ11 = 0°, et la phase en entrée de la deuxième antenne A2 est égale à φ12=80°.

Durant cette quatrième étape E4, on obtient pour chaque ième configuration, une comparaison entre les valeurs mesurées et des valeurs prédéterminées, pour chaque cas de figure, ici par exemple pour le cas de figure où les valeurs prédéterminées correspondent au cas a), c'est-à-dire sans objet posé sur la surface de réception S, comme illustré dans le tableau ci-dessous :

	Valeurs prédéterminées	Valeurs mesurées
Configuration i	Vi1ref (V)	Vi2ref (V)	Φi1ref (°)	Φi2ref (°)	Vi1 (V)	Vi2 (V)	Φir1 (°)	Φir2 (°)
1	9.8	8.1	85	102.5	9.4	8.8	95.1	77.9
2	9.6	7.9	85.2	102.4	9.2	7.9	95.2	77.6
3	9.4	7.8	94	79.1	9	7.8	94.6	78.8
4	9.1	7.9	92.5	81.7	8.6	7.9	93.3	81.2
5	8.7	8.1	90.3	84.7	8.3	8.1	91.4	84.2
6	9.3	9.3	91.7	91.7	8.9	9.4	87.8	90.6
n	…	…	…	…	…	…	…	…

Puis le procédé de contrôle de charge est réitéré, pour une configuration i+1 suivante, correspondante à des valeurs de phase différentes en entrée des antennes A1, A2, par exemple pour la deuxième configuration, soit i = 2 : la phase en entrée de la deuxième antenne A2 est égale à φ22 = 100°, et la phase en entrée de la première antenne A1 est égale à φ21 = 0°.

Le procédé est ainsi répété pour les i configurations, dans notre exemple, i = n. Toutes les mesures sont ainsi mémorisées (étape E4) pour chaque configuration de déphasage.

Lorsque la dernière configuration a été réalisée, soit i>n, alors une étape E7 de calcul, permet en utilisant toutes les valeurs ainsi mesurées et en les comparant aux valeurs prédéterminées, afin de :

détecter un objet posé sur la surface de réception S
de localiser ledit objet métallique sur la surface de réception S et
d’en déterminer le type.

Selon le tableau ci-dessus, les valeurs mesurées étant différentes des valeurs prédéterminées, à une tolérance de mesure prés, par exemple + / - 3 %, on peut en déduire qu’un objet est posé sur la surface de réception S.

La localisation de l’objet peut être déterminée en calculant la somme des différences entre les valeurs mesurées et les valeurs prédéterminées et en les comparant à de seuils prédéterminés, comme illustré dans le tableau ci-dessous :

Valeurs mesurées	Différences (%)
Vi1 (V)	Vi2 (V)	Φir1 (°)	Φir2 (°)	Vi1-Vi1ref	Vi2-Vi2ref	Φir1-φi1ref	Φir2-φi2ref
9.4	8.8	95.1	77.9	-4.3%	9.4%	11.9%	-24%
9.2	7.9	95.2	77.6	-4.4%	0%	11.7%	-24.3%
9	7.8	94.6	78.8	-4.5%	0.5%	0.7%	-0.4%
8.6	7.9	93.3	81.2	-4.8%	0.4%	0.9%	-0.6%
8.3	8.1	91.4	84.2	-5%	0.7%	1.1%	-0.6%
8.9	9.4	87.8	90.6	-4.7%	0.9%	-4.2%	-1.2%
Somme (Σ)	-27.7%	11.9%	22%	-51%

En l’occurrence, dans l’exemple ci-dessus, si la somme des différences entre la valeur de la tension en sortie de première antenne mesurée et prédéterminée est inférieure à zéro :

Et si la somme des différences entre la valeur de la tension en sortie de la deuxième antenne mesurée et prédéterminée est supérieure à zéro, soit si :

Alors on en déduite que l’objet métallique est situé près de la première antenne A1.

On peut également , de manière alternative, comparer les mesures de phases, et et si la somme des différences entre la valeur de la phase en sortie de la première antenne mesurée et prédéterminée est supérieure à zéro, soit si :

Et si la somme des différences entre la valeur de la phase en sortie de la deuxième antenne mesurée et prédéterminée est inférieure à zéro, soit si:

Alors l’objet métallique est détecté comme étant situé près de la première antenne A1.

Bien sûr, on peut utiliser la comparaison réalisée soit à partir de la mesure de tension, soit à partir de la mesure de phase, comme décrit ci-dessus, soit encore, de manière alternative, on peut réaliser la comparaison pour les deux paramètres, tension et phase afin de détecter la présence de l’objet métallique.

Ceci n’est qu’un exemple de comparaison réalisée lors de l’étape 7. Les seuils peuvent être adaptés en fonction du type d’objet et permettre de distinguer la détection d’un téléphone compatible avec le chargement inductif d’un objet métallique étranger.

L’homme du métier a, à sa disposition tout outil statistique et/ou mathématique permettant de comparer des valeurs mesurées avec de valeurs prédéterminées correspondant aux différents cas : sans objet sur la surface de réception S, pour différentes localisation d’objet métallique sur la surface de réception S et en fin pour différents types d’objets métalliques posés sur la surface de réception S, afin de détecter la présence d’un objet, sa localisation et son type.

Dans un mode particulier de réalisation du procédé de contrôle de charge selon l’invention, les valeurs prédéterminées peuvent consister en des mesures de paramètres réalisées à un instant précédent pour la même valeur de déphasage en entrées des antennes A1, A2 Par exemple à un instant t, avec une valeur de déphasage initial de 80°, les valeurs de tension et/ou de phase en sortie des antennes V1, V2, φr1, φr2 qui sont mesurées et mémorisées, sont alors comparées à de nouvelles mesures de valeurs de tension et/ou de phase en sortie des antennes V1, V2 φr1, φr2 qui sont mesurées à un instant t+1, avec le même déphasage de 80. Ce mode de réalisation permet de déterminer si l’objet a bougé.

En effet, si les mesures réalisées à t et à t+1 sont différentes pour un même déphasage, cela signifie que l’objet s’est déplacé sur la surface de réception S, afin de relancer le procédé de contrôle de chargement au nouvel emplacement.

Le contrôle de la charge est alors adapté de manière appropriée, ainsi :

Si l’objet détecté est un objet métallique étranger, la charge est arrêtée,
Si l’objet détecté est un téléphone portable, se trouvant à une extrémité de la surface de réception, la bobine la plus proche est activée,
Selon la position déterminée par rapport aux bobines émettrices, la puissance de charge peut être réduite ou augmentée.

Les stratégies de contrôle ou d’adaptation de la charge en fonction du type et de la position d’un objet métallique sur la surface de réception S sont connues de l’homme du métier.

L’invention permet donc judicieusement de contrôler la charge en détectant et en localisant un objet métallique, que cela soit un équipement portable d’utilisateur ou un objet métallique étranger sur la surface de réception S d’un dispositif de charge S, ceci en en utilisant de manière ingénieuse la variation de champ magnétique H issus de l’émission simultanée de deux antennes radiofréquence déphasée.

Dans le mode préférentiel de réalisation de l’invention, l’invention est d’autant plus avantageuse, car les deux antennes consistent en des antennes NFC, déjà présentes dans le dispositif de charge D’ et utilisées afin de communiquer en NFC pendant le chargement.

Claims

Procédé de contrôle de chargement inductif d’un équipement portable d’utilisateur (P) par un dispositif de charge (D’), le dit dispositif de charge (D’) comprenant une surface de réception (S) apte à recevoir l’équipement d’utilisateur (P), des bobines émettrices (B1, B2, B3, B4) et un guide de champ magnétique (F) apte à diriger un champ magnétique dans un plan parallèle à la surface de réception (S), le procédé étant caractérisé en ce que l’on équipe dans une étape préalable le dispositif de charge (D) d’au moins deux antennes magnétiques (A1, A2), adaptées à émettre chacune un champ magnétique et à recevoir chacune en partie le champ magnétique émis par l’autre antenne (A1, A2), et en ce que le procédé comprend les étapes suivantes :
Emission simultanée par les deux antennes (A1, A2) présentant un premier déphasage en entrée (Δiφ) entre elles,

Mesure d’au moins un paramètre (Vi1, Vi2, φir1, φir2) en sortie des antennes (A1, A2),

Mémorisation du paramètre mesuré (Vi1, Vi2, φir1, φir2),

Comparaison entre l’au moins paramètre (Vi1, Vi2, φir1, φir2), ainsi mesuré et une valeur prédéterminée (Vi1ref, V2iref, φ1iref, φ2iref),

Répétition des étapes précédentes pour d’autres valeurs de déphasage (Δiφ),

Contrôle du chargement en fonction des résultats de comparaison.
Procédé de contrôle de chargement inductif, selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les paramètres mesurés consistent en une tension (Vi1, Vi2) et /ou une phase (φir1, φir2) entre le courant et la tension mesurées en sortie de chaque antenne (A1, A2).
Procédé de contrôle de chargement inductif, selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les valeurs prédéterminées (Vi1ref, V2iref, φ1iref, φ2iref), comprennent des paramètres mesurés sans objet métallique sur la surface de réception (S).
Procédé de contrôle de chargement inductif, selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les valeurs prédéterminées (Vi1ref, V2iref, φ1iref, φ2iref), comprennent des paramètres mesurés pour plusieurs emplacements d’objets métalliques sur la surface de réception (S).
Procédé de contrôle de chargement inductif, selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les valeurs prédéterminées (Vi1ref, V2iref, φ1iref, φ2iref), comprennent en outre des paramètres mesurés pour plusieurs types d’objets métalliques.
Procédé de contrôle de chargement inductif, selon l’une quelconque des revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les valeurs prédéterminées (Vi1ref, V2iref, φ1iref, φ2iref), consistent en des paramètres mesurés à un instant précédent, pour une même valeur de déphasage (Δiφ).
Dispositif de charge (D) par induction d’un équipement portable d’utilisateur (P), destiné à être embarqué dans un véhicule automobile, comprenant une surface de réception (S) apte à recevoir l’équipement d’utilisateur (P), des bobines émettrices (B1, B2, B3, B4) et un guide de champ magnétique (F) apte à diriger un champ magnétique dans un plan parallèle à la surface de réception (S), le dispositif étant caractérisé en ce qu’il comprend en outre:
Au moins deux antennes magnétiques (A1, A2), adaptées à émettre chacune un champ magnétique et à recevoir chacune en partie le champ magnétique émis par l’autre antenne (A1, A2),

des moyens d’émissions (E1, E2) reliés électriquement aux deux antennes (A1, A2), comprenant des moyens de déphasage (M6) entre les antennes (A1, A2) ,

des moyens de réception et de traitement (R) comprenant :

des moyens de mesure d’au moins un paramètre (M1) en sortie des antennes (A1, A2),

des moyens de mémorisation (M3) du paramètre mesuré,

des moyens de comparaison (M2) entre l’au moins un paramètre ainsi mesuré et une valeur prédéterminée,

des moyens de détection d’un objet, de localisation dudit objet et d type d’objet sur la surface de réception (M4) en fonction du résultat de la comparaison

des moyens de contrôle de la charge (M5) en fonction de la détection réalisée.
Dispositif de charge (D), selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens de mesure de paramètres (M1) consistent en des moyens de mesure d’une tension (Vi1, Vi2) et/ou des moyens de mesure d’une phase (φir1, φir2) en sortie des antennes.
Dispositif de charge (D), selon l’une quelconque des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que le guide de champ magnétique consiste en une ferrite (F, F’).
Dispositif de charge (D), selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les antennes (A1, A2) se présentent sous la forme de boucles enroulées autour de la ferrite (F).
Dispositif de charge (D’) selon l’une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que les antennes (A1, A2) se présentent sous la forme d’enroulement planaires situés dans un plan parallèle à la surface de réception (S).
Dispositif de charge (D) ; selon l’une quelconque des revendications 7 à 11, caractérisé en ce qu’une fréquence d’émission des deux antennes (A1, A2) magnétiques est comprise entre 20 kHz et 20 Mhz.
Dispositif de charge (D), selon l’une quelconque des revendications 7 à 12, caractérisé en ce que les antennes (A1, A2) sont des antennes radiofréquence de communication en champ proche.
Dispositif de charge (D), selon l’une quelconque des revendications 7 à 12, caractérisé en ce que les antennes (A1, A2) sont des antennes de chargement inductif.
Véhicule automobile, caractérisé en ce qu’il comprend un dispositif de charge (D) selon l’une quelconque des revendications 7 à 14.