FR3098156A1 - Dispositif d’interconnexion à court-circuit anti champ magnétique, pour un véhicule - Google Patents
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Abstract
Un dispositif d’interconnexion (DI) comprend : - une embase (EF) et un enrouleur solidarisés à un véhicule, - un câble électrique (CE) couplé à l’enrouleur et comportant une première extrémité couplée à un circuit d’alimentation d’une batterie et une seconde extrémité munie d’une première prise (P1) de type 2 comprenant cinq broches d’alimentation (BA1-BA5), - une seconde prise (P2) solidarisée à l’embase (EF), couplée au circuit d’alimentation et raccordable avec la première prise (P1) à une prise de type combo, - quatre premiers contacts électriques (C11-C14) solidarisés à la face avant (FV) de l’embase (EF) et couplés au circuit d’alimentation parallèlement à la première extrémité, et - quatre seconds contacts électriques solidarisés à la face arrière de la première prise (P1), couplés à quatre broches d’alimentation (BA1-BA4) et contactant les premiers contacts électriques (C11-C14) lorsque le câble électrique (CE) est entièrement enroulé pour court-circuiter le courant vers le circuit d’alimentation. Figure 2
Description
Domaine technique de l’invention
L’invention concerne les véhicules à groupe motopropulseur tout électrique ou hybride (thermique/électrique), et plus précisément les dispositifs d’interconnexion qui sont destinés à permettre la recharge des batteries rechargeables de tels véhicules.
Etat de la technique
Un groupe motopropulseur (ou GMP) tout électrique ou hybride (thermique/électrique) comprend au moins une machine motrice électrique qui a besoin d’énergie électrique pour fonctionner. Cette énergie électrique est fournie par une batterie rechargeable via un onduleur généralement situé dans le compartiment moteur du véhicule. Cette batterie est couplée à un circuit d’alimentation auquel est aussi couplé un dispositif d’interconnexion qui peut comprendre une première prise de type combo destinée à être raccordée à une prise externe de type combo d’un poste de recharge, lorsque l’on souhaite la recharger rapidement et avec un courant d’une grande intensité (on parle alors souvent de « super recharge »).
Il est rappelé qu’une prise de type combo de véhicule comprend actuellement une première partie comportant deux broches dédiées à l’échange d’informations et cinq broches dédiées à l’alimentation électrique (dont une de masse), et une seconde partie comportant deux broches complémentaires.
La première partie constitue une prise de type 2 qui peut être utilisée indépendamment de la seconde partie, lorsqu’elle est raccordée à une prise externe de type 2 pour une recharge classique. La seconde partie vient remplacer les quatre broches de la première partie, dédiées à l’alimentation électrique et qui ne comprennent pas celle dédiée à la masse (un circuit spécifique est présent en interne pour les super recharges).
La première prise de type combo d’un véhicule soit est solidarisée fixement à ce dernier et dans ce cas c’est une prise externe de type 2 ou de type combo qui doit être raccordée à elle, soit peut être éloignée de ce véhicule et dans ce cas elle peut être raccordée directement à un poste de (super) recharge. Dans la seconde alternative, le dispositif d’interconnexion comprend en complément une embase et un enrouleur solidarisés fixement au véhicule, et un câble électrique qui traverse l’embase, est couplé à l’enrouleur afin de pouvoir être enroulé/désenroulé, et comporte une première extrémité destinée à être couplée au circuit d’alimentation de la batterie et une seconde extrémité munie de la première prise de type combo.
Un inconvénient principal de ce mode de réalisation avec enrouleur réside dans le fait que la partie du câble électrique qui est enroulée dans l’enrouleur constitue ce que l’homme de l’art appelle un enroulement qui génère un champ magnétique lorsqu’un courant intense circule dedans (pendant une super recharge). Or, plus le nombre de spires de l’enroulement est important, plus l’intensité du champ magnétique est forte et donc plus la dangerosité potentielle de ce dernier est importante. Par conséquent, pour éviter la création de ce champ magnétique pendant une super recharge on est contraint de désenrouler le plus possible, inutilement, le câble électrique. D’ailleurs, dans certains modes de réalisation des dispositifs d’interconnexion, par exemple décrits dans les documents brevet DE-A1 19957368 et CN-A 102694313, on est obligé de procéder à ce désenroulement car un mécanisme empêche toute super recharge lorsque la première prise de type combo du véhicule est située à proximité de l’embase.
L’invention a donc notamment pour but d’améliorer la situation.
Présentation de l’invention
Elle propose notamment à cet effet un dispositif d’interconnexion, destiné à permettre la recharge d’une batterie d’un véhicule, et comprenant :
- une embase et un enrouleur destinés à être solidarisés fixement au véhicule,
- un câble électrique traversant l’embase, couplé à l’enrouleur afin de pouvoir être enroulé/désenroulé et comportant une première extrémité destinée à être couplée à un circuit d’alimentation de la batterie et une seconde extrémité munie d’une première prise de type 2 comprenant (notamment) cinq broches d’alimentation,
- une seconde prise solidarisée fixement à l’embase, destinée à être couplée au circuit d’alimentation et à être raccordée en même temps que la première prise à une prise externe de type combo d’un poste de recharge,
- au moins quatre premiers contacts électriques solidarisés à une face avant de l’embase et destinés à être couplés au circuit d’alimentation en parallèle de la première extrémité du premier câble électrique, et
- au moins quatre seconds contacts électriques solidarisés à une face arrière de la première prise, orientée vers l’embase, couplés respectivement à au moins quatre des cinq broches d’alimentation, et contactant respectivement les premiers contacts électriques lorsque le câble électrique est entièrement enroulé afin de court-circuiter un courant, fourni par la prise externe de type combo, vers le circuit d’alimentation sans qu’il circule dans le câble électrique.
Ainsi, ce court-circuit (ou « shunt ») permet d’acheminer le courant d’une recharge standard directement vers le circuit d’alimentation de la batterie rechargeable, sans qu’il ne circule dans l’enroulement du câble électrique, et donc empêche la production d’un champ magnétique par cet enroulement sans empêcher la recharge standard (à haut ampérage).
Le dispositif d’interconnexion selon l’invention peut comporter d’autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et notamment :
- sa première prise peut comprendre quatre seconds contacts électriques couplés respectivement à trois broches d’alimentation dédiées aux phases et à une broche d’alimentation dédiée au neutre ;
- son embase peut comprendre au moins un premier aimant ayant une première polarité dans une zone de sa face avant comportant les premiers contacts électriques. Dans ce cas, la première prise peut comprendre au moins un second aimant ayant une seconde polarité dans une zone de sa face arrière comportant les seconds contacts électriques, et propre à maintenir étroitement plaqués les seconds contacts électriques contre les premiers contacts électriques ;
- son embase peut comprendre sur sa face avant une paroi annulaire munie d’un filetage interne entourant une zone comportant les premiers contacts électriques. Dans ce cas, la première prise peut comprendre une partie arrière munie d’un filetage externe destiné à coopérer avec ce filetage interne lors d’un vissage sur un secteur angulaire prédéfini de la première prise par rapport à l’embase, propre à provoquer le contact entre les premiers et seconds contacts électriques ;
- il peut comprendre un dispositif d’interruption imposant le court-circuit du courant exclusivement lorsque les premiers et seconds contacts électriques se contactent ;
- le dispositif d’interruption peut comprendre un interrupteur mécanique comportant une pièce mobile et placée dans une première position en l’absence de contact entre les premiers et seconds contacts électriques ou dans une seconde position en cas de contact correct entre les premiers et seconds contacts électriques, la première position provoquant une interdiction du court-circuit du courant et la seconde position provoquant le court-circuit du courant ;
- en variante, le dispositif d’interruption peut comprendre un circuit électronique ayant un état ouvert dans lequel il interdit le court-circuit du courant en l’absence de détection d’un contact entre les premiers et seconds contacts électriques et un état fermé dans lequel il impose le court-circuit du courant en cas de détection d’un contact correct entre les premiers et seconds contacts électriques.
L’invention propose également un véhicule, éventuellement de type automobile, et comprenant un groupe motopropulseur utilisant de l’énergie électrique stockée dans une batterie rechargeable via un circuit d’alimentation, et un dispositif d’interconnexion du type de celui présenté ci-avant et couplé à ce circuit d’alimentation.
Brève description des figures
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à l’examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels :
Description détaillée de l’invention
L’invention a notamment pour but de proposer un dispositif d’interconnexion DI à enrouleur et destiné à permettre la recharge d’une batterie d’un véhicule à groupe motopropulseur (ou GMP) tout électrique ou hybride (thermique/électrique), sans risque de génération d’un champ magnétique lors d’une super recharge.
Dans ce qui suit, on considère, à titre d’exemple non limitatif, que le dispositif d’interconnexion DI est destiné à équiper un véhicule de type automobile, comme par exemple une voiture. Mais l’invention n’est pas limitée à ce type de véhicule. En effet, un dispositif d’interconnexion DI peut équiper n’importe quel véhicule comprenant un GMP tout électrique ou hybride (thermique/électrique) utilisant de l’énergie électrique fournie par une batterie rechargeable. Par conséquent, l’invention concerne tout type de véhicule, terrestre, maritime (ou fluvial), ou aérien.
Par ailleurs, on considère dans ce qui suit, à titre d’exemple non limitatif, que le GMP du véhicule est tout électrique. Mais il pourrait être hybride (thermique/électrique).
On a schématiquement représenté sur les figures 1 et 2 une partie d’un exemple de réalisation d’un dispositif d’interconnexion DI selon l’invention, destiné à être solidarisé fixement à un véhicule (ici automobile). Par exemple, un tel dispositif d’interconnexion DI peut être en partie installé dans un logement de la carrosserie dont l’accès est contrôlé par un volet monté à rotation.
Comme illustré, un dispositif d’interconnexion DI, selon l’invention, comprend au moins une embase EF, un enrouleur (non illustré), un câble électrique CE, une première prise P1 de type 2, une seconde prise P2, au moins quatre premiers contacts électriques C1k et au moins quatre seconds contacts électriques C2k.
L’embase EF et l’enrouleur sont destinés à être solidarisés fixement au véhicule.
La face avant FV de l’embase EF est orientée vers l’extérieur du véhicule. Par exemple, cette embase EF peut, par exemple, être réalisée en matière plastique.
L’enrouleur peut, par exemple, être solidarisé fixement à une face arrière de l’embase EF, opposée à sa face avant FV. Par ailleurs, cet enrouleur est de préférence automatique afin de faciliter l’enroulement du câble électrique CE, après utilisation.
Comme cela apparaît sur la figure 2, le câble électrique CE traverse l’embase EF au niveau d’un trou traversant TT. Il est couplé à l’enrouleur afin de pouvoir être enroulé/désenroulé et comporte des première et seconde extrémités opposées. La première extrémité (non illustrée) est destinée à être couplée à un circuit d’alimentation de la batterie rechargeable du véhicule. La seconde extrémité est munie de la première prise P1 de type 2.
Cette première prise P1 étant de type 2, elle comprend notamment cinq broches d’alimentation BAj (j = 1 à 5).
Trois broches d’alimentation BA1 à BA3 sont dédiées aux phases (et sont généralement appelées respectivement L1, L2 et L3), et une broche d’alimentation BA4 est dédiée au neutre (et est généralement appelée « neutral »).
Comme illustré, la première prise P1 comprend aussi deux broches BI1 et BI2 dédiées à l’échange d’informations (et généralement appelées en anglais respectivement « proximity » (ou PC) et « control pilot » (ou CP)).
On comprendra que cette première prise P1 peut être éloignée de l’embase EF, lorsque l’on veut l’utiliser à distance du véhicule pour la raccorder à un poste de recharge pour effectuer une recharge classique à courant élevé (typiquement entre 60 A et 70 A, actuellement), et non pas une super recharge à courant très élevé (typiquement 125 A, actuellement).
La seconde prise P2 est solidarisée fixement à l’embase EF et donc ne peut pas être éloignée de cette dernière (EF). Elle est destinée à être couplée au circuit d’alimentation de la batterie rechargeable et à être raccordée en même temps que la première prise P1 à une prise externe de type combo d’un poste de recharge.
On comprendra que les première P1 et seconde P2 prises constituent deux parties d’une prise de type combo (adaptée aux super recharges) lorsqu’elles sont placées l’une à côté de l’autre, comme illustré sur la figure 1.
Comme illustré sur la figure 2, les premiers contacts électriques C1k (dont le nombre est au moins égal à quatre) sont solidarisés à la face avant FV de l’embase EF et sont destinés à être couplés au circuit d’alimentation en parallèle de la première extrémité du premier câble électrique CE. Ils sont préférentiellement en relief et leur couplage peut se faire au moyen de fils électriques.
Comme illustré sur la figure 3, les seconds contacts électriques C2k (dont le nombre est égal au nombre de premiers contacts électriques C1k, et donc au moins égal à quatre) sont solidarisés à la face arrière FR de la première prise P1, orientée vers l’embase EF. Ces seconds contacts électriques C2k sont couplés respectivement à au moins quatre des cinq broches d’alimentation BAj. Ils sont préférentiellement en relief et leur couplage peut se faire au moyen de fils électriques. De plus, ces seconds contacts électriques C2k contactent respectivement les premiers contacts électriques C1k lorsque le câble électrique CE est entièrement enroulé (figure 1), afin de court-circuiter le courant, qui est fourni par une prise externe de type combo (couplée à un poste de recharge), vers le circuit d’alimentation de la batterie rechargeable, sans qu’il circule dans le câble électrique CE.
Grâce à ce court-circuit (ou « shunt ») réalisé lorsque les premiers C1k et seconds C2k contacts électriques se contactent, le courant, issu d’un poste de recharge lors d’une recharge standard en triphasé, est avantageusement acheminé directement vers le circuit d’alimentation de la batterie rechargeable, sans circuler dans l’enroulement du câble électrique CE. Par conséquent, cet enroulement ne peut pas produire de champ magnétique lors d’une recharge standard à haut ampérage. En outre, ce court-circuit (ou shunt) évite les pertes par résistance dans le câble électrique CE, lesquelles créent un échauffement pouvant diminuer la longévité de ce dernier (CE).
Par exemple, et comme illustré non limitativement et partiellement sur la figure 3, la première prise P1 peut comprendre quatre seconds contacts électriques C2k (k = 1 à 4) couplés respectivement aux trois broches d’alimentation BA1 à BA3 (j = 1 à 3) qui sont dédiées aux phases et à la broche d’alimentation BA4 (j = 4) qui est dédiée au neutre. Dans ce cas, comme illustré non limitativement et partiellement sur la figure 2, la face avant FV de l’embase EF comprend quatre premiers contacts électriques C1k (k = 1 à 4) qui sont couplés respectivement aux quatre entrées du circuit d’alimentation de la batterie rechargeable dédiées aux phases et au neutre.
Mais le nombre de premiers contacts électriques C1k, comme le nombre de seconds contacts électriques C2k pourrait être égal à cinq. Dans ce cas, un cinquième second contact électrique C25 (k = 5) est couplé à la broche d’alimentation BA5 (j = 5) dédiée à la masse, et un cinquième second contact électrique C25 (k = 5) est couplé à la cinquième entrée du circuit d’alimentation de la batterie rechargeable dédiée à la masse.
Au moins deux modes de réalisation, éventuellement combinables, peuvent être envisagés pour permettre le maintien du contact entre les premiers C1k et seconds C2k contacts électriques. Cette option est destinée à éviter la génération d’arcs électriques ou le passage du courant dans le câble électrique CE.
On notera que dans l’exemple illustré non limitativement sur les figures 2 et 3 les premiers C1k et seconds C2k contacts électriques sont agencés en carré. Mais tout autre agencement peut être envisagé.
Dans un premier mode de réalisation, illustré non limitativement sur les figures 2 et 3, l’embase EF peut comprendre au moins un premier aimant M1 et la première prise P1 peut comprendre au moins un second aimant M2. Le premier aimant M1 a une première polarité et est installé dans la zone Z de la face avant FV de l’embase EF qui comporte les premiers contacts électriques C1k. Le second aimant M2 a une seconde polarité (opposée à la première) et est installé dans une zone de la face arrière FR de la première prise P1 qui comporte les seconds contacts électriques C2k. On comprendra que l’attraction entre les premier(s) M1 et second(s) M2 aimants est propre à maintenir étroitement plaqués les seconds contacts électriques C2k contre les premiers contacts électriques C1k. On peut aussi adjoindre à l’embase EF dans la zone Z et à la partie arrière de la première prise P1 des moyens de détrompage complémentaires pour imposer un unique positionnement de la première prise P1 par rapport à l’embase EF.
Dans un second mode de réalisation (non illustré) l’embase EF peut comprendre sur sa face avant FV une paroi annulaire munie d’un filetage interne qui entoure la zone Z comportant les premiers contacts électriques C1k, et la première prise P1 peut comprendre une partie arrière (comprenant sa face arrière FR) munie d’un filetage externe destiné à coopérer avec le filetage interne lors du vissage sur un secteur angulaire prédéfini de la première prise P1 par rapport à l’embase EF. On comprendra que ce vissage est propre à provoquer le contact entre les premiers C1k et seconds C2k contacts électriques. Par exemple, le secteur angulaire prédéfini peut être égal à 90° (quart de tour) ou à 45° (huitième de tour).
On notera que l’on peut éventuellement combiner à la fois l’aimantation et le vissage.
On notera également, comme illustré non limitativement sur la figure 2, que le dispositif d’interconnexion DI peut aussi comprendre un dispositif d’interruption DIT imposant le court-circuit du courant (directement vers le circuit d’alimentation) exclusivement lorsque les premiers C1k et seconds C2k contacts électriques se contactent. Cette option est destinée à garantir qu’aucun courant ne passera dans le câble électrique CE pendant une super recharge. En effet, le courant suit habituellement le trajet le plus court, et donc doit normalement aller spontanément directement vers le circuit d’alimentation via les premiers C1k et seconds C2k contacts électriques. Mais dans des circonstances exceptionnelles ce courant pourrait au moins en partie se diriger vers le câble électrique CE, ce qui est ici rendu impossible par la présence du dispositif d’interruption DIT.
Ce dernier (DIT) peut être réalisé d’au moins deux façons différentes.
Dans une première façon, le dispositif d’interruption DIT peut comprendre un interrupteur mécanique comportant une pièce mobile et pouvant être placée dans une première ou seconde position. La première position est imposée en l’absence de contact entre les premiers C1k et seconds C2k contacts électriques et provoque l’interdiction du court-circuit du courant. La seconde position est imposée en cas de contact correct entre les premiers C1k et seconds C2k contacts électriques et provoque le court-circuit du courant.
Dans une seconde façon, le dispositif d’interruption DIT peut comprendre un circuit électronique ayant un état ouvert en l’absence de détection d’un contact entre les premiers C1k et seconds C2k contacts électriques, et un état fermé en cas de détection d’un contact correct entre les premiers C1k et seconds C2k contacts électriques. Dans l’état ouvert le circuit électronique interdit le court-circuit du courant, alors que dans l’état fermé il impose le court-circuit du courant.
Claims (9)
- Dispositif d’interconnexion (DI) pour recharger une batterie d’un véhicule, caractérisé en ce qu’il comprend i) une embase (EF) et un enrouleur destinés à être solidarisés fixement audit véhicule, ii) un câble électrique (CE) traversant ladite embase (EF), couplé audit enrouleur afin de pouvoir être enroulé/désenroulé et comportant une première extrémité destinée à être couplée à un circuit d’alimentation de ladite batterie et une seconde extrémité munie d’une première prise (P1) de type 2 comprenant cinq broches d’alimentation (BAj), iii) une seconde prise (P2) solidarisée fixement à ladite embase (EF), destinée à être couplée audit circuit d’alimentation et à être raccordée en même temps que ladite première prise (P1) à une prise externe de type combo d’un poste de recharge, iv) au moins quatre premiers contacts électriques (C1k) solidarisés à une face avant (FV) de ladite embase (EF) et destinés à être couplés audit circuit d’alimentation en parallèle de ladite première extrémité du premier câble électrique (CE), et v) au moins quatre seconds contacts électriques (C2k) solidarisés à une face arrière (FR) de ladite première prise (P1), orientée vers ladite embase (EF), couplés respectivement à au moins quatre desdites cinq broches d’alimentation (BAj), et contactant respectivement lesdits premiers contacts électriques (C1k) lorsque ledit câble électrique (CE) est entièrement enroulé afin de court-circuiter un courant, fourni par ladite prise externe de type combo, vers ledit circuit d’alimentation sans qu’il circule dans ledit câble électrique (CE).
- Dispositif d’interconnexion selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite première prise (P1) comprend quatre seconds contacts électriques (C2k) couplés respectivement à trois broches d’alimentation (BA1-BA3) dédiées aux phases et à une broche d’alimentation (BA4) dédiée au neutre.
- Dispositif d’interconnexion selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite embase (EF) comprend au moins un premier aimant (M1) ayant une première polarité dans une zone de sa face avant (FV) comportant lesdits premiers contacts électriques (C1k), et en ce que ladite première prise (P1) comprend au moins un second aimant (M2) ayant une seconde polarité dans une zone de sa face arrière (FR) comportant lesdits seconds contacts électriques (C2k), et propre à maintenir étroitement plaqués lesdits seconds contacts électriques (C2k) contre lesdits premiers contacts électriques (C1k).
- Dispositif d’interconnexion selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite embase (EF) comprend sur sa face avant (FV) une paroi annulaire munie d’un filetage interne entourant une zone comportant lesdits premiers contacts électriques (C1k), et en ce que ladite première prise (P1) comprend une partie arrière munie d’un filetage externe destiné à coopérer avec ledit filetage interne lors d’un vissage sur un secteur angulaire prédéfini de ladite première prise (P1) par rapport à ladite embase (EF), propre à provoquer ledit contact entre lesdits premiers (C1k) et seconds (C2k) contacts électriques.
- Dispositif d’interconnexion selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu’il comprend un dispositif d’interruption (DIT) imposant ledit court-circuit du courant exclusivement lorsque lesdits premiers (C1k) et seconds (C2k) contacts électriques se contactent.
- Dispositif d’interconnexion selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit dispositif d’interruption (DIT) comprend un interrupteur mécanique comportant une pièce mobile et placée dans une première position en l’absence de contact entre lesdits premiers (C1k) et seconds (C2k) contacts électriques ou dans une seconde position en cas de contact correct entre lesdits premiers (C1k) et seconds (C2k) contacts électriques, ladite première position provoquant une interdiction dudit court-circuit du courant et ladite seconde position provoquant ledit court-circuit du courant.
- Dispositif d’interconnexion selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit dispositif d’interruption (DIT) comprend un circuit électronique ayant un état ouvert dans lequel il interdit ledit court-circuit du courant en l’absence de détection d’un contact entre lesdits premiers (C1k) et seconds (C2k) contacts électriques, et un état fermé dans lequel il impose ledit court-circuit du courant en cas de détection d’un contact correct entre lesdits premiers (C1k) et seconds (C2k) contacts électriques.
- Véhicule comprenant un groupe motopropulseur utilisant de l’énergie électrique stockée dans une batterie rechargeable via un circuit d’alimentation, caractérisé en ce qu’il comprend en outre un dispositif d’interconnexion (DI) selon l’une des revendications précédentes, couplé audit circuit d’alimentation.
- Véhicule selon la revendication 8, caractérisé en ce qu’il est de type automobile.
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- 2019-07-01 FR FR1907243A patent/FR3098156A1/fr active Pending
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