WO2017076502A1 - Dispositif de detection d'un objet metallique parasite dans la zone d'emission d'un dispositif de recharge d'un equipement d'utilisateur pour automobile et procede de detection - Google Patents

Dispositif de detection d'un objet metallique parasite dans la zone d'emission d'un dispositif de recharge d'un equipement d'utilisateur pour automobile et procede de detection Download PDF

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WO2017076502A1
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quality factor
receiving surface
coil
ratio
metal object
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PCT/EP2016/001826
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Inventor
Mohamed Cheikh
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Continental Automotive France
Continental Automotive Gmbh
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    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
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    • B60L53/12—Inductive energy transfer
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Definitions

  • the invention relates to the field of energy charging by induction of user equipment in a motor vehicle and relates more specifically to a method and a device for detecting a parasitic metal object in the transmission zone of a motor vehicle.
  • an induction charging device for user equipment in a motor vehicle for user equipment in a motor vehicle.
  • a device for the induction charging of a battery of a user equipment such as, for example, a mobile phone.
  • battery is meant in this document an electrical energy storage unit for powering the user equipment.
  • Such a charging device comprises a management module, a transmitting module and a receiving surface of the user equipment.
  • the transmission module comprises at least one induction-type induction coil antenna which is coupled to the reception surface and which generates an electromagnetic field around the reception surface in a so-called "emission" zone, for example by operating in a frequency band between 100 and 200 kHz.
  • the device management module is configured to control the transmission module, including the power level of the emission by the coil, to detect a voltage variation across the transmitter coil and to exchange messages with the equipment. user.
  • the user equipment comprises, in a complementary manner, a control module and a receiver module.
  • the receiver module comprises at least one induction coil-type antenna which detects an electromagnetic field generated by the recharging device when it is placed in the emission zone of said device.
  • the control module of the user equipment is configured to control the receiving module and exchange messages with the charging device.
  • An example of a magnetic induction power transfer system is known from the specification defined by the WPC consortium (known as the "Wireless Power Consortium"), known as the "Qi low power specification" (version 1.1 of March 2012) which defines in particular the message exchanges between the charging device and the user equipment.
  • the electromagnetic field generated by the transmitting coil induces an alternating current in the receiver coil that recharges the battery of the user equipment.
  • the user wishes to electrically recharge the battery of his equipment, it places it on the receiving surface of the device, which varies the voltage across the transmitter coil of the device.
  • the management module of the device detects this voltage variation and deduces that an object at least partly metallic has been placed on the receiving surface.
  • the management module of the device then sends a recognition message to know if the object placed on the surface is a user equipment compatible with the charging device, that is to say that can be recharged by the device, or another object such as non-compatible user equipment or any other object at least partly metal.
  • control module responds to the device by sending a compatibility message and the induction charging of the user equipment starts until it is complete. or that the user equipment leaves the transmission area.
  • the control module When the user equipment is incompatible with the device, its control module responds to the device by sending a message of incompatibility and no electromagnetic field emission is performed by the transmitting module of the device.
  • no response message is received by the management module of the device.
  • device following its emission of the recognition message and no emission of electromagnetic field is initiated by the transmission module of the device.
  • Such a message exchange thus makes it possible to limit access to charging only to compatible user equipment.
  • the generation of an electromagnetic field on a metal object for example of the coin type, can cause a significant increase in its temperature, for example greater than 80 ° C, which may present a risk of burns to the body. 'user.
  • parasitic object an object at least partly metal capable of heating sufficiently to present a danger for the user when subjected to an electromagnetic field generated by the transmitter coil of the device.
  • the WPC protocol proposes to calculate the difference between the power emitted by the transmitting coil and the power received by the receiver coil and comparing this difference to a predetermined threshold, for example 1 W.
  • This calculation is done at the level of the management module of the device which already knows the transmission power of the transmitter coil. It is therefore necessary for the device to receive the power value received by the user equipment.
  • This information can be sent in a known manner by the user equipment, as described for example in the WPC protocol.
  • the management module of the device When the difference between the transmitted power and the received power is less than the predetermined threshold, the management module of the device deduces that the object placed on the receiving medium is a user equipment whereas if the difference between the power output and the received power is greater than the predetermined threshold, the management module of the device deduces that a parasitic object, which absorbs a lot of energy, is present in the transmission area of the device.
  • the management module of the device uses in a known way the received power information sent by the user equipment and controls the transmission module so that it increases the transmission power of the coil Issuer.
  • the difference between the transmitted power and the received power is greater than the predetermined threshold mentioned above so that the management module of the device can incorrectly deduce that a parasitic object is present in the emission zone of the device, which has a significant disadvantage.
  • the variation of the quality factor of the transmitting coil, and the variation of the voltage across said coil in the simultaneous presence of a metallic parasitic object and said equipment are depending on the type of user equipment, its dimensions, its composition (metal, plastic), and the characteristics of the receiver coil.
  • This detection method is not robust, and does not allow reliable detection because it is not possible to set a single predetermined threshold of detection to detect a metal parasitic object all types of user equipment combined.
  • the object of the invention is to at least partly solve these disadvantages by proposing a simple, reliable and effective solution for detecting a spurious object in the emission zone of the recharging device.
  • the invention proposes a device for detecting the presence of a parasitic metal object on a receiving surface of an induction charging device of a battery of a user equipment for a motor vehicle, said recharging device comprising a transmission module, a management module, and a receiving surface of a user equipment, said transmitting module comprising at least one inductive induction coil type antenna coupled to the receiving surface and configured to generate a electromagnetic field around the receiving surface in a so-called "transmission" zone, said device management module being configured to detect the presence of the user equipment on the receiving surface and to control the transmission module, said detection device being remarkable in that it comprises:
  • At least two identical passive detection coils located between the transmitting coil and the receiving surface:
  • Each coil, a first coil and a second coil forming a continuous loop, open at its ends and comprising a plurality of identical segments spaced apart from one another, and interconnected by a link, said two coils being superposed, in two parallel planes; offset from each other by a segment such that the respective segments of each coil cover distinct surfaces of the receiving surface,
  • the calculation means calculate:
  • a first ratio which is equal ratio between a third factor of initial quality and a third factor of final quality
  • a second ratio which is equal to the ratio between an average of the first and second initial quality factors and an average of the first and second final quality factors
  • the comparison means compares the first ratio with the second ratio.
  • the calculation means calculate:
  • a first ratio which is equal to the ratio between a third initial quality factor and an average of the first and second initial quality factors
  • a second ratio that is equal to the ratio between a third final quality factor, and an average of the first and second final quality factors
  • the comparison means compares the first ratio with the second ratio.
  • the parallel planes (P1, P2) are merged.
  • the segments are smaller than the dimensions of the transmitting coil.
  • a number of segments is k times proportional to a number of transmitting coils, with k> 4.
  • a sum of the distinct surfaces covered by the segments of said two coils is substantially equal to the receiving surface.
  • passive detection coils consist of a single winding of copper wire.
  • the first determination means, the second determination means, the third determination means, the storage means, the control means, the calculation means and the comparison means may be in the form of software integrated in the module. Management.
  • the invention also relates to a method for detecting the presence of a parasitic metal object, using the detection device according to any one of the features listed above, the method comprising the following steps:
  • Step E1 Prior determination of the first initial quality factor, the second initial quality factor, the third initial quality factor in the absence of user equipment on the receiving surface,
  • Step E2 storing the values of the first initial quality factor, the second initial quality factor, the third initial quality factor,
  • Step E3 detection of the presence of a user equipment on the reception surface
  • Step E4 Determination of the first final quality factor, the second final quality factor, the third final quality factor,
  • Step E5 calculating a first average between the first initial quality factor and the second initial quality factor, and a second average between the first final quality factor and the second final quality factor,
  • Step E6 Calculation of a first ratio between the third initial quality factor and the third final quality factor, or between the third initial quality factor and the first average and calculation of a second ratio between the first average and the first second average, or between the third final quality factor and the second average, • Step 7: If the first ratio is greater, by a predetermined factor, than the second ratio, then:
  • the invention also applies to any motor vehicle, comprising a detection device according to any one of the characteristics listed above.
  • FIG. 1 schematically illustrates a sectional view of the recharging device comprising the detection coils of the device for detecting the presence of a parasitic metal object according to the invention
  • FIG. 2 schematically illustrates a view from above of the detection coils of the device for the presence of a parasitic metal object according to the invention
  • FIG. 3 diagrammatically represents the presence detection device according to the invention, included in the charging device
  • FIG. 4 shows schematically the detection method of the invention.
  • the invention relates to a detection device D for the presence of a parasitic metal object 30 on a reception surface S of a charging device 10 by induction of a battery 21 of a user equipment 20.
  • a charging device 10 generally comprises a transmission module 12, a management module 14 and a reception surface S in order to receive the user equipment 20.
  • the transmission module 12 comprises at least one transmitting antenna 13.
  • two transmitting antennas 13 are shown coplanar and identical to each other.
  • transmitting antenna 13 is meant a coil adapted to emit at a recharge frequency by magnetic induction.
  • the two transmitting coils 13 are located below the receiving surface S and emit an electromagnetic field around said receiving surface S, more precisely in a transmission zone 11 (see FIG.
  • the management module 14 generally in the form of integrated software in a printed circuit (not shown in Figure 1) is able to detect the presence of the user equipment 20 on the receiving surface S. This is realized by the transmission of a recognition signal, called "ping" in the prior art and the return reception by the control module 14 of an identifier message from the user equipment 20.
  • the management module 14 then controls the charging of the user equipment 20 via the module. issue 12.
  • the user equipment 20 includes a battery 21 to be recharged periodically, a reception module 22, comprising at least one receiving antenna 23, and a control module 24 (see FIG. 1).
  • the receiving antenna 23 receives the electromagnetic waves coming from the transmitting coil 13, and has at its terminals a voltage, which recharges, via the reception module 22, the battery 21.
  • the control module 24 is able to communicate via the reception module 22 with the charging device 10.
  • control module 24 controls the charge stop transmission towards the charging device 10, via the receiving antenna 23.
  • the invention proposes a device D for detecting the presence of a metal object 30 on the receiving surface S of the recharging device 10, thus avoiding recharging the user equipment as long as the parasitic metal object 30 is detected. on the receiving surface S and that the user has not removed it from said surface.
  • the detection device D comprises:
  • At least two identical passive detection coils B1, B2 between the receiving surface S and the transmitting coil 13 are identical passive detection coils B1, B2 between the receiving surface S and the transmitting coil 13,
  • each coil B1, B2 forms a continuous loop, open at its ends and comprises a plurality of identical segments S1, S2 ... Sn and S1 ', S2', Sn ', spaced apart by a connection respectively L1, L2 ... Ln-1, and L1 ', L2' ... Ln-1 ',
  • said two coils B1, B2 are superimposed in two parallel planes P1, P2, offset from each other by a segment, in such a way that the respective segments S1, S2 ... Sn and S1 ⁇ S2 '... Sn' of each coil B1, B2 cover distinct surfaces SA, SB of the receiving surface S,
  • the segments S1, S2 ... Sn and S1 ', S2' ... Sn ' are arranged symmetrically with respect to one of the two perpendicular axes X-X4 and YY' intersecting at a center 0 of the surface of reception S.
  • the two detection coils B1, B2 being situated between the transmitting coil 13 and the receiving surface S, they receive a part of the electromagnetic field emitted by the transmitting coil 13.
  • continuous loop open at its ends, at least one electrically conductive copper wire winding, uninterrupted, allowing the passage of the current through the said wire, a first end to a second end.
  • the detection coils B1, B2 Since the detection coils B1, B2 receive part of the emitted magnetic field, they have at their terminal a voltage induced by the presence of said electromagnetic field.
  • the links of each coil B1, B2, respectively L1, L2 ... Ln-1, and LV, L2 '... Ln-1' make it possible to connect the segments of each coil B1, B2 between them.
  • the said links L1 ... Ln-1, L1 '... Ln-1' are smaller than the dimensions of the segments S1 ... Sn, S1 '... Sn'.
  • the links L1 ... Ln-1, L1 '... Ln-1' are identical to each other.
  • the receiving surface S defines two perpendicular axes X-X 'and Y-Y' intersecting at a center 0 of said surface S (see FIG.
  • S1 ⁇ S2 '... Sn' are arranged symmetrically with respect to one of the two axes.
  • the segments S1, S2 ... Sn, S1 ', S2' ... Sn ' are symmetrical with respect to the longitudinal axis X-X'.
  • the two parallel planes P1, P2 are distinct and spaced apart from one another.
  • the distance may for example be of the order of one millimeter.
  • the two parallel planes P1, P2 merge into one.
  • All segments S1, S2 ... Sn, SV, S2 '... Sn' of the two coils B1, B2 are coplanar.
  • the links L1, L2 ... Ln-1, L1 ', L2' ... Ln-1 'of each coil B1, B2 overlap either from below or from above the segments S1, S2 ... Sn, S1 ', S2' ... Sn 'of the other coil.
  • the links L1, L2 ... Ln of the coil B1 overlap from below the segments S1 ⁇ S2 '... Sn' of the coil B2 in order to connect the segments S1, S2 ... Sn of the coil B1 between them.
  • the segments S1, S2 ... Sn, S1 ', S2 ... Sn' are smaller than the dimensions of the transmitting coil 13.
  • a number of segments S1, S2 ... Sn, S1 ', S2' Sn ' is proportional to the number of transmitting coils 13.
  • the number of segments S1, S2 ... Sn, S1', S2 '... Sn' is equal to k times the number of transmitting coils 13 , with k> 4.
  • the distinct surfaces SA, SB of the segments respectively S1, S2 ... Sn, S1 ⁇ S2 '... Sn', cover the receiving surface S.
  • SA surface of the segments S1, S2 ... Sn of the first coil B1.
  • SB surface of the segments S1 ', S2' ... Sn 'of the second coil B2 S: receiving surface.
  • the passive detection coils B1, B2 are electro magnetically "neutral", more specifically, the assembly constituted by the passive detection coils B1, B2 does not generate an induced electromagnetic field, although said coils receive the magnetic field emitted by the transmitting coil 13.
  • the passive detection coils B1, B2 each emit a field of equal value but of opposite electromagnetic orientation, said fields oppose and cancel each other. The electromagnetic resultant is therefore zero.
  • the detection device D also comprises:
  • the first means M1, the second means M2, the third means M3, the control means M4, the storage means M5, the calculation means M6 and the comparison means M7 can be in the form of software, for example integrated in the management module 14, itself included in a microcontroller.
  • the quality factor of a coil is calculated according to the following equation:
  • ⁇ constant equal to 3.14;
  • a first step E1 when the management module 14 detects the absence of user equipment 20 on the receiving surface S, the first means M1, the second means M2, the third means M3 respectively measure or determine the first initial quality factor Q1 i across the first coil B1, the second initial quality factor Q2i across the second coil B2 and the third initial quality factor Qei across the at least one transmitting coil 13.
  • the detection of the absence of user equipment 20 is validated in the following manner: the management module 14 controls the transmission of a "ping", a specific signal, via the transmitter coil 13. The absence of response by a receiver coil 23 to this specific signal means the absence of a user equipment 20 on the receiving surface S.
  • the estimation of the quality factor is carried out by measuring the inductance Li and the resistance Ri of the coil at a predetermined measurement frequency f, or from the phase shift ⁇ between the current and the voltage at the terminals of the coil. .
  • the storage means M5 record in a dedicated memory space the values of the first, second and third initial quality factors Q1 i, Q2i, Qei.
  • the management module 14 detects the presence of the user equipment 20 on the receiving surface S (response of the receiving coil 23 to the "ping" transmitted by the transmitting coil 13 ) then follows the fourth step E4 which consists in the measurement or the determination by the first means M1, the second means M2 and the third means M3 of the first final quality factor Q1f at the terminals of the first coil B1, the second factor of final quality Q2f at the terminals of the second coil B2 and the third quality factor Qef at the terminals of the at least one transmitting coil 13.
  • the calculation means M6 calculate a first mean average between the first initial quality factor Q1 i and the second initial quality factor Q2i.
  • the sixth step E6 then consists in calculating, via the calculation means M6:
  • the comparison means M7 compare the value of the first ratio R1, R1 "with respect to the value of the second ratio R2, R2 ', respectively.
  • k1 predetermined constant, between 0.8 and 1.
  • k2 predetermined constant, between 0.8 and 1.
  • the constants k1 and k2 are determined beforehand as a function of the transmitting coil 13 (size, shape, type, etc.) and as a function of the accuracy of the measurement means.
  • the invention therefore lies in the estimation of the impact of the presence of the user equipment 20 on the average quality factor of the passive detection coils B1, B2, this impact, in the absence of parasitic object metal 30 must be substantially the same (to a factor k1, k2 close) as that on the quality factor Qe of the transmitting coil 13.
  • the impact on the quality factor Qe of the transmitting coil 13 is greater than that on the passive sensing coils.
  • the presence of the parasitic metal object 30 creates an additional loss of the power emitted across the transmitter coil 13 (due to the presence of additional resistivity) that the control module 14 compensates by increasing the power of the emission which has the effect of lowering the quality factor Qe of the transmitting coil 13.
  • the passive detection coils B1, B2 are not connected to any control module 14, they do not adapt, and undergo the presence of the parasitic metal object 30, which lowers the value of the factor of average quality of said coils, however, due to the lack of adaptation, of a smaller amplitude than that of the transmitting coil 13.
  • the invention thus makes it possible to detect in a reliable and inexpensive way

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Abstract

Dispositif de détection de présence (D) d'un objet métallique parasite (30) sur une surface de réception (S) d'un dispositif de recharge (10) par induction d'un équipement d'utilisateur (20) pour véhicule automobile, ledit dispositif comprenant une antenne de type bobine émettrice (13) et : • Au moins deux bobines passives de détection (B1, B2) identiques, situées entre la bobine émettrice et la surface de réception, • Des moyens (M1, M2, M3) de détermination de facteur de qualité (Q1, Q2, Qe) aux bornes des deux bobines, et de la bobine émettrice (13), • Des moyens de contrôle (M4), • Des moyens de mémorisation (M5) des facteurs de qualité à des instants prédéterminés, • Des moyens de calcul (M6) de ratios (R1, R1\ R2, R2') entre les facteurs de qualité mémorisés, ou entre des valeurs de facteurs de qualité mémorisés à des instants prédéterminés différents, • Des moyens de comparaison (M7) entre les ratios afin de détecter la présence d'un objet métallique parasite sur la surface de réception.

Description

Dispositif de détection d'un objet métallique parasite dans la zone d'émission d'un dispositif de recharge d'un équipement d'utilisateur pour véhicule automobile et procédé de détection associé
L'invention se rapporte au domaine de la recharge en énergie par induction d'un équipement d'utilisateur dans un véhicule automobile et concerne plus spécifiquement un procédé et un dispositif de détection d'un objet métallique parasite dans la zone d'émission d'un dispositif de recharge par induction d'un équipement d'utilisateur dans un véhicule automobile.
De nos jours, certains véhicules automobiles sont pourvus d'un dispositif permettant la recharge 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 recharge 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 bornes 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 recharge 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 recharge. 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 spécification » (version 1.1 de Mars 2012) qui définit notamment les échanges de messages entre le dispositif de recharge 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 recharger la batterie de l'équipement d'utilisateur. Ainsi, lorsque l'utilisateur souhaite recharger électriquement la batterie de son équipement, il le place sur la surface de réception du dispositif, ce qui fait varier la tension aux bornes de la 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 le 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 recharge, 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 recharge par induction de l'équipement d'utilisateur démarre jusqu'à ce qu'elle soit terminée ou que l'équipement d'utilisateur sorte de la zone d'émission.
Lorsque l'équipement d'utilisateur est incompatible avec le dispositif, son module de contrôle répond au dispositif en envoyant un message d'incompatibilité et aucune émission de champ électromagnétique n'est réalisée par le module d'émission du dispositif.
Lorsque l'objet n'est pas un équipement d'utilisateur rechargeable électriquement ou est un tout autre objet au moins en partie métallique tel que, par exemple une pièce de monnaie, aucun message de réponse n'est reçu par le module de gestion du dispositif suite à son émission du message de reconnaissance et aucune émission de champ électromagnétique n'est initiée par le module d'émission du dispositif.
Un tel échange de message permet ainsi de limiter l'accès à la recharge aux seuls équipements d'utilisateur compatibles. En effet, la génération d'un champ électromagnétique sur un objet métallique, par exemple de type pièce de monnaie, peut entraîner une élévation importante de sa température, par exemple supérieure à 80°C, ce qui peut présenter des risques de brûlures pour l'utilisateur.
On appellera dans la suite « objet parasite » un objet au moins en partie métallique susceptible de chauffer suffisamment pour présenter un danger pour l'utilisateur lorsqu'il est soumis à un champ électromagnétique généré par la bobine émettrice du dispositif.
Un tel danger peut ainsi se présenter lorsqu'un équipement d'utilisateur et un objet parasite sont présents simultanément dans la zone d'émission lors d'une recharge de l'équipement d'utilisateur, ce qui présente un inconvénient important.
Afin de s'assurer qu'il n'y a pas d'objet parasite présent dans la zone d'émission, le protocole WPC propose de calculer la différence entre la puissance émise par la bobine émettrice et la puissance reçue par la bobine réceptrice et de comparer cette différence à un seuil prédéterminé, par exemple 1 W.
Ce calcul est réalisé au niveau du module de gestion du dispositif qui connaît déjà la puissance d'émission de la bobine émettrice. Il est donc nécessaire pour le dispositif de recevoir la valeur de puissance reçue par l'équipement d'utilisateur. Cette information peut être envoyée de manière connue par l'équipement d'utilisateur, comme cela est par exemple décrit dans le protocole WPC.
Lorsque la différence entre la puissance émise et la puissance reçue est inférieure au seuil prédéterminé, le module de gestion du dispositif en déduit que l'objet placé sur le support de réception est un équipement d'utilisateur alors que si la différence entre la puissance émise et la puissance reçue est supérieure au seuil prédéterminé, le module de gestion du dispositif en déduit qu'un objet parasite, qui absorbe beaucoup d'énergie, est présent dans la zone d'émission du dispositif.
Cette solution présente toutefois des inconvénients. En effet, pour limiter la puissance émise par la bobine émettrice, il est nécessaire que la bobine émettrice et la bobine réceptrice soient parfaitement alignées, i.e. superposées. A titre d'exemple, une puissance d'émission de 7 W peut suffire pour obtenir une puissance de réception de 5 W lorsque la bobine émettrice et la bobine réceptrice sont parfaitement alignées. En revanche, lorsque la bobine émettrice et la bobine réceptrice ne sont pas alignées, ce qui est fréquent avec un dispositif de recharge pour véhicule automobile pour lequel l'utilisateur se contente de poser son équipement d'utilisateur sur une surface de réception dépourvue de moyens de positionnement, la puissance reçue peut être significativement réduite, par exemple de 80 % de la valeur de la puissance d'émission.
Afin de résoudre ce problème, le module de gestion du dispositif utilise de manière connue l'information de puissance reçue envoyée par l'équipement d'utilisateur et contrôle le module d'émission afin qu'il augmente la puissance d'émission de la bobine émettrice. Ainsi, toujours à titre d'exemple, il peut être nécessaire d'augmenter la puissance d'émission jusqu'à 15 W pour obtenir une puissance de réception de 5 W lorsque la bobine émettrice et la bobine réceptrice ne sont pas alignées.
Toutefois, dans le cas où la bobine émettrice et la bobine réceptrice ne sont pas alignées, la différence entre la puissance émise et la puissance reçue est supérieure au seuil prédéterminé mentionné précédemment de sorte que le module de gestion du dispositif peut incorrectement en déduire qu'un objet parasite est présent dans la zone d'émission du dispositif, ce qui présente un inconvénient important.
II est aussi connu de détecter un objet parasite métallique, en mesurant la variation du facteur de qualité de la bobine émettrice et la variation de la tension aux bornes de ladite bobine. En comparant, les valeurs mesurées, à des seuils prédéterminés, il est possible de détecter la présence d'un objet parasite métallique.
Cependant, la variation du facteur de qualité de la bobine émettrice, et la variation de la tension aux bornes de ladite bobine en présence simultanée d'un objet parasite métallique et dudit équipement (par exemple une pièce de monnaie placée sous l'équipement) sont dépendantes du type d'équipement d'utilisateur, de ses dimensions, de sa composition (métallique, plastique), et des caractéristiques de la bobine réceptrice. Ce procédé de détection n'est donc pas robuste, et ne permet pas une détection fiable car il n'est pas possible de fixer un seuil prédéterminé unique de détection pour détecter un objet parasite métallique tous types d'équipement d'utilisateur confondus.
L'invention a pour but de résoudre au moins en partie ces inconvénients en proposant une solution simple, fiable et efficace pour détecter un objet parasite dans la zone d'émission du dispositif de recharge.
L'invention propose un dispositif de détection de présence d'un objet métallique parasite sur une surface de réception d'un dispositif de recharge par induction d'une batterie d'un équipement d'utilisateur pour véhicule automobile, ledit dispositif de recharge comprenant un module d'émission, un module de gestion, et une surface de réception d'un équipement d'utilisateur, ledit module d'émission comprenant au moins une antenne de type bobine émettrice à induction couplée à la surface de réception et configurée pour générer un champ électromagnétique autour de la surface de réception dans une zone dite « d'émission », ledit module de gestion du dispositif étant configuré pour détecter la présence de l'équipement d'utilisateur sur la surface de réception et contrôler le module d'émission, ledit dispositif de détection étant remarquable en ce qu'il comprend :
· Au moins deux bobines passives de détection identiques, situées entre la bobine émettrice et la surface de réception :
- Chaque bobine, une première bobine et une deuxième bobine formant une boucle continue, ouverte à ses extrémités et comprenant une pluralité de segments identiques espacés entre eux, et reliés entre eux par une liaison, - Lesdites deux bobines étant superposées, dans deux plans parallèles, décalées entre elles d'un segment, de telle manière que les segments respectifs de chaque bobine recouvrent des surfaces distinctes de la surface de réception,
- Les segments étant disposés de manière symétrique par rapport à un de deux axes perpendiculaires se croisant en un centre de la surface de réception, • Des premiers moyens de détermination d'un premier facteur de qualité aux bornes de la première bobine,
• Des deuxièmes moyens de détermination d'un deuxième facteur de qualité aux bornes de la deuxième bobine,
· Des troisièmes moyens de détermination d'un troisième facteur de qualité aux bornes de la bobine émettrice,
• Des moyens de contrôle des premiers, deuxièmes, et troisièmes moyens de détermination,
• Des moyens de mémorisation du premier, deuxième et troisième facteur de qualité à des instants prédéterminés,
• Des moyens de calcul de ratios entre les premier, deuxième et troisième facteurs de qualité mémorisés, ou entre des valeurs de facteurs de qualité mémorisés à des instants prédéterminés différents,
• Des moyens de comparaison entre les ratios afin de détecter la présence d'un objet métallique parasite sur la surface de réception.
Dans un premier mode de réalisation, les moyens de calcul calculent :
- Un premier ratio qui est égal rapport entre un troisième facteur de qualité initial et un troisième facteur de qualité final,
- Un deuxième ratio qui est égal au rapport entre une moyenne du premier et du deuxième facteur de qualité initiaux et une moyenne du premier et du deuxième facteur de qualité finaux,
et les moyens de comparaison comparent le premier ratio avec le deuxième ratio.
Dans un deuxième mode de réalisation, les moyens de calcul calculent :
- Un premier ratio qui est égal au rapport entre un troisième facteur de qualité initial et une moyenne du premier et du deuxième facteur de qualité initiaux,
- Un deuxième ratio qui est égal au rapport entre un troisième facteur de qualité final, et une moyenne du premier et du deuxième facteur de qualité finaux,
et les moyens de comparaison comparent le premier ratio avec le deuxième ratio.
Préférentiellement, les plans parallèles (P1 , P2) sont confondus. Avantageusement, les segments sont de dimensions inférieures aux dimensions de la bobine émettrice.
Judicieusement, un nombre de segments est k fois proportionnel à un nombre de bobines émettrices, avec k>4.
De manière préférentielle, une somme des surfaces distinctes recouvertes par les segments desdites deux bobines est sensiblement égale à la surface de réception.
Et les bobines passives de détection sont constituées d'un seul enroulement de fil de cuivre.
Les premiers moyens de détermination, les deuxièmes moyens de détermination, les troisièmes moyens de détermination, les moyens de mémorisation, les moyens de contrôle, les moyens de calcul et les moyens de comparaison peuvent se présenter sous la forme de logiciels, intégrés dans le module de gestion.
L'invention concerne également un procédé de détection de présence d'un objet métallique parasite, utilisant le dispositif de détection selon l'une quelconque des caractéristiques énumérées ci-dessus, le procédé comprenant les étapes suivantes :
• Etape E1 : Détermination préalable du premier facteur de qualité initial, du deuxième facteur de qualité initial, du troisième facteur de qualité initial en l'absence d'équipement d'utilisateur sur la surface de réception,
• Etape E2 : mémorisation des valeurs du premier facteur de qualité initial, du deuxième facteur de qualité initial, du troisième facteur de qualité initial,
• Etape E3 : détection de la présence d'un équipement d'utilisateur sur la surface de réception,
• Etape E4 : Détermination du premier facteur de qualité final, du deuxième facteur de qualité final, du troisième facteur de qualité final,
· Etape E5 : calcul d'une première moyenne entre le premier facteur de qualité initial et le deuxième facteur de qualité initial, et d'une deuxième moyenne entre le premier facteur de qualité final et le deuxième facteur de qualité final,
• Etape E6 : Calcul d'un premier ratio entre le troisième facteur de qualité initial et le troisième facteur de qualité final, ou entre le troisième facteur de qualité initial et la première moyenne et calcul d'un deuxième ratio entre la première moyenne et la deuxième moyenne, ou entre le troisième facteur de qualité final et la deuxième moyenne, • Etape 7 : Si le premier ratio est supérieur, à un facteur prédéterminé près, au deuxième ratio, alors :
- présence d'un objet métallique parasite sur la surface de réception,
Sinon
- absence dudit objet métallique parasite.
L'invention s'applique également à tout véhicule automobile, comprenant un dispositif de détection selon l'une quelconque des caractéristiques énumérées ci-dessus.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à la lecture de la description qui suit (à titre d'exemple non limitatif) en référence aux figures annexées dans lesquelles :
- la figure 1 illustre schématiquement une vue en coupe du dispositif de recharge comprenant les bobines de détection du dispositif de détection de présence d'un objet métallique parasite selon l'invention,
- la figure 2 illustre schématiquement une vue de dessus des bobines de détection du dispositif de présence d'un objet métallique parasite selon l'invention,
- la figure 3 représente schématiquement le dispositif de détection de présence selon l'invention, compris dans le dispositif de recharge,
- la figure 4 représente schématiquement le procédé de détection de l'invention.
L'invention concerne un dispositif de détection D de présence d'un objet métallique parasite 30 sur une surface de réception S d'un dispositif de recharge 10 par induction d'une batterie 21 d'un équipement d'utilisateur 20.
Comme illustré à la figure 1, un dispositif de recharge 10 comprend généralement un module d'émission 12, un module de gestion 14 et une surface de réception S afin de recevoir l'équipement d'utilisateur 20.
Le module d'émission 12, comprend au moins une antenne émettrice 13. A la figure 2, sont représentées deux antennes émettrices 13 coplanaires et identiques entre elles. On entend par antenne émettrice 13, une bobine adaptée à émettre à une fréquence de recharge par induction magnétique.
Les deux bobines émettrices 13 sont situées en dessous de la surface de réception S et émettent un champ électromagnétique autour de ladite surface de réception S, plus précisément dans une zone d'émission 11 (cf. figure 2).
Le module de gestion 14, se présentant généralement sous la forme d'un logiciel intégré dans un circuit imprimé (non représenté à la figure 1) est apte à détecter la présence de l'équipement d'utilisateur 20 sur la surface de réception S. Ceci est réalisé par l'émission d'un signal de reconnaissance, appelé « ping » dans l'art antérieur et la réception en retour par le module de contrôle 14 d'un message identifiant en provenance de l'équipement d'utilisateur 20.
Une fois l'équipement d'utilisateur 20 identifié et compatible avec la fréquence de recharge par induction magnétique du dispositif de recharge 10, le module de gestion 14 commande alors la recharge de l'équipement d'utilisateur 20 par l'intermédiaire du module d'émission 12.
Afin d'être rechargé, l'équipement d'utilisateur 20, quant à lui comprend une batterie 21 à recharger périodiquement, un module de réception 22, comprenant au moins une antenne de réception 23, et un module de contrôle 24 (cf. figure 1).
L'antenne de réception 23 reçoit les ondes électromagnétiques en provenant de la bobine émettrice 13, et présente à ses bornes une tension, qui recharge, par l'intermédiaire du module de réception 22, la batterie 21.
Le module de contrôle 24 est apte à communiquer, par l'intermédiaire du module de réception 22 avec le dispositif de recharge 10.
En l'occurrence, une fois la batterie 21 rechargée, le module de contrôle 24 commande l'émission d'arrêt de charge en direction du dispositif de recharge 10, par l'intermédiaire de l'antenne de réception 23.
Ceci est connu de l'art antérieur.
L'invention propose un dispositif de détection D de présence d'un objet métallique 30 sur la surface de réception S du dispositif de recharge 10, évitant ainsi la recharge de l'équipement d'utilisateur tant que l'objet métallique parasite 30 est détecté sur la surface de réception S et que l'utilisateur ne l'a pas ôté de la dite surface.
Dans ce but, le dispositif de détection D comprend :
• au moins deux bobines passives de détection B1 , B2 identiques entre elles, situées entre la surface de réception S et la bobine émettrice 13,
- chaque bobine B1 , B2 forme une boucle continue, ouverte à ses extrémités et comprend une pluralité de segments respectivement S1 , S2...Sn et S1 ', S2', Sn' identiques, espacés entre eux par une liaison respectivement L1 , L2...Ln-1 , et L1 ', L2'... Ln-1',
- les dites deux bobines B1 , B2 sont superposées dans deux plans parallèles P1 , P2, décalées entre elles d'un segment, de telle manière que les segments respectifs S1 , S2...Sn et S1\ S2'...Sn' de chaque bobine B1 , B2 recouvrent des surfaces distinctes SA, SB de la surface de réception S,
- les segments S1 , S2...Sn et S1 ', S2'...Sn' sont disposés de manière symétrique par rapport à un des deux axes perpendiculaires X-X4 et Y-Y' se croisant en un centre 0 de la surface de réception S. Les deux bobines de détection B1 , B2 étant situées entre la bobine émettrice 13 et la surface de réception S, elles reçoivent une partie du champ électromagnétique émis par la bobine émettrice 13.
On entend par boucle continue, ouverte à ses extrémités, au moins un enroulement de fil de cuivre électriquement conducteur, non interrompu, permettant le passage du courant à travers le dit fil, d'une première extrémité à une deuxième extrémité.
Puisque les bobines de détection B1 , B2 reçoivent une partie du champ magnétique émis, elles présentent à leur borne une tension induite par la présence dudit champ électromagnétique.
Les segments S1 , S2...Sn et S1 , S2...Sn' consistent en des excursions de l'enroulement de chaque bobine B1 , B2 en direction des extrémités de la surface de réception S (cf. figure 2).
Les liaisons de chaque bobine B1 , B2, respectivement L1 , L2...Ln-1 , et LV, L2'... Ln-1 ' permettent de relier les segments de chaque bobine B1 , B2 entre eux. Les dites liaisons L1...Ln-1 , L1 '...Ln-1 ' sont de dimensions inférieures aux dimensions des segments S1...Sn, S1 '...Sn'.
Préférentiellement, les liaisons L1... Ln-1 , L1 '...Ln-1 ' sont identiques entres elles.
La surface de réception S définit deux axes perpendiculaires X-X' et Y-Y' se croisant en un centre 0 de ladite surface S (cf. figure 2). Les segments S1 , S2...Sn' et
S1 \ S2'...Sn' sont disposés de manière symétrique par rapport à un des deux axes.
Comme illustré à la figure 2, les segments S1 , S2...Sn, S1', S2'...Sn' sont symétriques par rapport à l'axe longitudinal X-X'.
Dans un premier mode de réalisation, les deux plans parallèles P1 , P2 sont distincts et espacés d'une distance entre eux. La distance peut par exemple être de l'ordre d'un millimètre.
Dans un deuxième mode de réalisation, les deux plans parallèles P1 , P2 sont confondus en un seul.
Tous les segments S1 , S2...Sn, SV, S2'...Sn' des deux bobines B1 , B2 sont coplanaires. Les liaisons L1 , L2...Ln-1 , L1 ', L2'... Ln-1' de chaque bobine B1 , B2 chevauchent soit par en dessous soit par au dessus les segments S1 , S2...Sn, S1 ', S2'...Sn' de l'autre bobine.
Par exemple, les liaisons L1 , L2... Ln de la bobine B1 chevauchent par dessous les segments S1 \ S2'...Sn' de la bobine B2 afin de relier les segments S1 , S2...Sn de la bobine B1 entre eux. Les segments S1 , S2...Sn, S1 ', S2... Sn' sont de dimensions inférieures aux dimensions de la bobine émettrice 13. Préférentiellement, un nombre de segments S1 , S2...Sn, S1 ', S2'...Sn' est proportionnel au nombre de bobines émettrices 13. Par exemple, le nombre de segments S1 , S2...Sn, S1 ', S2'...Sn' est égal à k fois le nombre de bobines émettrices 13, avec k > 4.
Dans un mode préférentiel de réalisation de l'invention, les surfaces distinctes SA, SB des segments, respectivement S1 , S2...Sn, S1 \ S2'... Sn' recouvrent la surface de réception S. Soit :
SA + SB = S.
Avec :
SA : surface des segments S1 , S2...Sn de la première bobine B1. SB : surface des segments S1 ', S2'...Sn' de la deuxième bobine B2 S : surface de réception.
Telles que disposées, les bobines passives de détection B1 , B2, sont électro magnétiquement « neutres », plus précisément, l'ensemble constitué par les bobines passives de détection B1 , B2 ne génère pas de champ électromagnétique induit, bien que lesdites bobines reçoivent le champ magnétique émis par la bobine émettrice 13. En effet, les bobines passives de détection B1 , B2 émettent chacune un champ de valeur égale mais d'orientation électromagnétique opposée, lesdits champs s'opposent et s'annulent. La résultante électromagnétique est donc nulle.
Selon l'invention, le dispositif de détection D comprend également :
• des premiers moyens M1 de détermination d'un premier facteur de qualité Q1 aux bornes de la première bobine B1 ,
• des deuxièmes moyens M2 de détermination d'un deuxième facteur de qualité Q2 aux bornes de la deuxième bobine B2,
• des troisièmes moyens M3 de détermination d'un troisième facteur de qualité Qe aux bornes de la bobine émettrice 13,
• des moyens de contrôle M4 des premiers, deuxièmes, troisièmes moyens M1 , M2, M3,
· des moyens de mémorisation M5 du premier, deuxième et troisième facteur de qualité Q1 , Q2, Qe à des instants prédéterminés,
• des moyens de calcul M6 de ratios R1 , R1 ', R2, R2' entre les premier, deuxième et troisième facteurs de qualité Q1 , Q2, Qe mémorisés, ou entre des valeurs de facteurs de qualité mémorisés à des instants prédéterminés différents Q1i, Q1f, Q2i, Q2f, Qei, Qef,
• des moyens de comparaison M7 entre les ratios R1 , R2, R1 ', R2' afin de détecter la présence d'un objet métallique parasite 30 sur la surface de réception S. Les premiers moyens M1 , les deuxièmes moyens M2, les troisièmes moyens M3, les moyens de contrôle M4, les moyens de mémorisation M5, les moyens de calcul M6 et les moyens de comparaison M7 peuvent se présenter sous la forme de logiciels, par exemple intégrés dans le module de gestion 14, lui-même compris dans un microcontrôleur.
Le facteur de qualité d'une bobine est calculé selon l'équation suivante :
t = 7
Ri
Avec :
Π : constante égale à 3,14 ;
f : fréquence de mesure du facteur de qualité Qi de ladite bobine
Li : inductance de la bobine à la fréquence f de mesure,
Ri : résistance de la bobine à la fréquence f de mesure
Ou également :
Qi = tan φ
Avec :
φ : déphasage entre le courant et la tension aux bornes de la bobine Le procédé de détection de présence d'un objet métallique parasite 30 sur la surface de réception S d'un dispositif de recharge 10 par induction d'une batterie 21 d'un équipement d'utilisateur 20, selon l'invention est illustré à la figure 4 et est décrit ci- dessous.
Lors d'une première étape E1 , lorsque le module de gestion 14 détecte l'absence d'équipement d'utilisateur 20 sur la surface de réception S, les premiers moyens M1 , les deuxièmes moyens M2, les troisièmes moyens M3 mesurent ou déterminent respectivement le premier facteur de qualité initial Q1 i aux bornes de la première bobine B1 , le deuxième facteur de qualité initial Q2i aux bornes de la deuxième bobine B2 et le troisième facteur de qualité initial Qei aux bornes de l'au moins une bobine émettrice 13.
La détection de l'absence d'équipement d'utilisateur 20 est validée de la manière suivante : le module de gestion 14 commande l'émission d'un « ping », un signal spécifique, par l'intermédiaire de la bobine émettrice 13. L'absence de réponse par une bobine réceptrice 23 à ce signal spécifique signifie l'absence d'un équipement d'utilisateur 20 sur la surface de réception S.
Comme expliqué précédemment, l'estimation du facteur de qualité est réalisé en mesurant l'inductance Li et la résistance Ri de la bobine à une fréquence de mesure f prédéterminée où à partir du déphasage φ entre le courant et la tension aux bornes de la bobine. Lors d'une deuxième étape, E2 les moyens de mémorisation M5 enregistrent dans un espace mémoire dédié les valeurs du premier, deuxième et troisième facteur de qualité initiaux Q1 i, Q2i, Qei.
Puis lorsque, lors d'une troisième étape E3, le module de gestion 14 détecte la présence de l'équipement d'utilisateur 20 sur la surface de réception S (réponse de la bobine réceptrice 23 au « ping » émis par la bobine émettrice 13) alors s'ensuit la quatrième étape E4 qui consiste en la mesure ou la détermination par les premiers moyens M1 , les deuxièmes moyens M2 et les troisièmes moyens M3 du premier facteur de qualité final Q1f aux bornes de la première bobine B1 , du deuxième facteur de qualité final Q2f aux bornes de la deuxième bobine B2 et du troisième facteur de qualité final Qef aux bornes de l'au moins une bobine émettrice 13.
Dans une cinquième étape E5, les moyens de calcul M6 calculent une première moyenne moyl entre le premier facteur de qualité initial Q1 i et le deuxième facteur de qualité initial Q2i.
Qli+Q2i
moyl =
et une deuxième moyenne moy2 entre le premier facteur de qualité final Q1f et le deuxième facteur de qualité final Q2f.
Figure imgf000014_0001
La sixième étape E6, consiste alors à calculer, par l'intermédiaire des moyens de calcul M6 :
• un premier ratio R1 , R1 ' entre le troisième facteur de qualité initial Qei et le troisième facteur de qualité final Qef ou respectivement entre le troisième facteur de qualité initial Qei et la première moyenne moy2,
• un deuxième ratio R2, R2' entre la première moyenne moy et la deuxième moyenne ou respectivement entre le troisième facteur de qualité final Qef et la deuxième moyenne moy2.
Lors de l'étape finale E7, les moyens de comparaison M7 comparent la valeur du premier ratio R1 , R1 " par rapport respectivement à la valeur du deuxième ratio R2, R2'.
Si :
RI≥ klxR2
Ou si :
RI'≥ k2xR2'
Avec :
Rl=^
Qef
Rl'= mQoeyil
Et R2 ~ m0yl
Qef
R2'
moy2
Avec k1 : constante prédéterminée, comprise entre 0,8 et 1.
k2 : constante prédéterminée, comprise entre 0,8 et 1.
Les constantes k1 et k2 sont déterminées au préalable en fonction de la bobine émettrice 13 (taille, forme, type..) et en fonction de la précision des moyens de mesure.
Alors, il y a présence d'un objet métallique parasite 30 sur la surface de réception S (E7a), sinon il n'y pas d'objet métallique parasite 30 sur la surface de réception S (E7b).
L'invention réside donc sur l'estimation de l'impact de la présence de l'équipement d'utilisateur 20 sur le facteur de qualité moyenné des bobines passives de détection B1 , B2, cet impact, en l'absence d'objet parasite métallique 30 doit être sensiblement le même (à un facteur k1 , k2 près) que celui sur le facteur de qualité Qe de la bobine émettrice 13.
Lors de la présence simultanée de l'équipement d'utilisateur 20 et d'un objet métallique parasite 30 sur la surface de réception S, alors l'impact sur le facteur de qualité Qe de la bobine émettrice 13 est plus important que celui sur les bobines passives de détection.
En effet, la présence de l'objet métallique parasite 30 crée une perte additionnelle de la puissance émise aux bornes de la bobine émettrice 13 (due à la présence d'une résistivité supplémentaire) que le module de contrôle 14 compense en augmentant la puissance d'émission ce qui a pour effet de baisser le facteur de qualité Qe de la bobine émettrice 13.
A l'opposé, les bobines passives de détection B1 , B2 n'étant reliées à aucun module de contrôle 14, elles ne s'adaptent pas, et subissent la présence de l'objet métallique parasite 30, ce qui baisse la valeur du facteur de qualité moyenné desdites bobines, cependant, due à l'absence d'adaptation, d'une amplitude moindre que celui de la bobine émettrice 13.
L'invention permet donc de détecter de manière fiable et peu coûteuse
(deux bobines et des moyens logiciels) la présence d'un objet métallique parasite sur une surface de réception d'un dispositif de recharge d'un équipement d'utilisateur.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de détection de présence (D) d'un objet métallique parasite (30) sur une surface de réception (S) d'un dispositif de recharge (10) par induction d'une batterie (21 ) d'un équipement d'utilisateur (20) pour véhicule automobile, ledit dispositif de recharge (10) comprenant un module d'émission (12), un module de gestion (14), et une surface de réception (S) d'un équipement d'utilisateur (20), ledit module d'émission (12) comprenant au moins une antenne de type bobine émettrice (13) à induction couplée à la surface de réception (S) et configurée pour générer un champ électromagnétique autour de la surface de réception (S) dans une zone dite « d'émission » (11 ), ledit module de gestion (14) du dispositif (10) étant configuré pour détecter la présence de l'équipement d'utilisateur (20) sur la surface de réception (S) et contrôler le module d'émission (12), ledit dispositif de détection (D) étant caractérisé en ce qu'il comprend :
• Au moins deux bobines passives de détection (B1 , B2) identiques, situées entre la bobine émettrice (13) et la surface de réception (S) :
- Chaque bobine, une première bobine (B1 ) et une deuxième bobine (B2) formant une boucle continue, ouverte à ses extrémités et comprenant une pluralité de segments (S1 , S2...Sn, S1\ S2'...Sn') identiques espacés entre eux, et reliés entre eux par une liaison (L1 , L2... Ln-1 , L1 ', L2'... Ln-1 '),
- Lesdites deux bobines (B1 , B2) étant superposées, dans deux plans parallèles (P1 , P2), décalées entre elles d'un segment, de telle manière que les segments respectifs (S1 , S2...Sn, S1 ', S2'...Sn') de chaque bobine
(B1 , B2) recouvrent des surfaces distinctes (SA, SB) de la surface de réception (S),
- Les segments (S1 , S2...Sn, S1', S2'...Sn') étant disposés de manière symétrique par rapport à un de deux axes perpendiculaires (Χ-Χ', Υ-Υ') se croisant en un centre (O) de la surface de réception (S),
• Des premiers moyens (M1 ) de détermination d'un premier facteur de qualité (Q1 ) aux bornes de la première bobine (B1 ),
• Des deuxièmes moyens (M2) de détermination d'un deuxième facteur de qualité (Q2) aux bornes de la deuxième bobine (B2),
· Des troisièmes moyens (M3) de détermination d'un troisième facteur de qualité (Qe) aux bornes de la bobine émettrice (13),
• Des moyens de contrôle (M4) des premiers, deuxièmes, et troisièmes moyens de détermination (M1 , M2, M3), • Des moyens de mémorisation (M5) du premier, deuxième et troisième facteur de qualité (Q1 , Q2, Qe) à des instants prédéterminés,
• Des moyens de calcul (M6) de ratios (R1 , R1 ', R2, R2') entre les premier, deuxième et troisième facteurs de qualité (Q1 , Q2, Qe) mémorisés, ou entre des valeurs de facteurs de qualité mémorisés à des instants prédéterminés différents
(Q1 i, Q1f, Q2i, Q2f, Qei, Qef),
• Des moyens de comparaison (M7) entre les ratios (R1 , R2, RV, R2') afin de détecter la présence d'un objet métallique parasite (30) sur la surface de réception (S).
2. Dispositif de détection (D), de présence d'un objet métallique parasite selon la revendication précédente, caractérisé en ce que :
• les moyens de calcul (M6) calculent:
- Un premier ratio (R1 ) qui est égal rapport entre un troisième facteur de qualité initial (Qei) et un troisième facteur de qualité final (Qef), - Un deuxième ratio (R2) qui est égal au rapport entre une moyenne du premier et du deuxième facteur de qualité initiaux (moyl ) et une moyenne du premier et du deuxième facteur de qualité finaux (moy2),
• et les moyens de comparaison (M7) comparent le premier ratio (R1 ) avec le deuxième ratio (R2).
3. Dispositif de détection (D), de présence d'un objet métallique parasite selon la revendication 1 , caractérisé en ce que :
• les moyens de calcul (M6) calculent :
- Un premier ratio (RV) qui est égal au rapport entre un troisième facteur de qualité initial (Qei) et une moyenne du premier et du deuxième facteur de qualité initiaux (moyl ),
- Un deuxième ratio (R2') qui est égal au rapport entre un troisième facteur de qualité final (Qef), et une moyenne du premier et du deuxième facteur de qualité finaux (moy2),
• et les moyens de comparaison (M7) comparent le premier ratio (RV) avec le deuxième ratio (R2').
4. Dispositif de détection (D), de présence d'un objet métallique parasite selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les plans parallèles (P1 , P2) sont confondus.
5. Dispositif de détection (D) de présence d'un objet métallique parasite, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les segments (S1 , S2,...Sn) sont de dimensions inférieures aux dimensions de la bobine émettrice (13).
6. Dispositif de détection (D) de présence d'un objet métallique parasite, selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'un nombre de segments (S1 , S2...Sn) est k fois proportionnel à un nombre de bobines émettrices (13), avec k>4.
7. Dispositif de détection (D) de présence d'un objet métallique parasite, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une somme des surfaces distinctes (SA, SB) recouvertes par les segments (S1 , S2, ...Sn) desdites deux bobines (B1 , B2) est sensiblement égale à la surface de réception (S).
8. Dispositif de détection (D) de présence d'un objet métallique parasite, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les bobines passives de détection (B1 , B2) sont constituées d'un seul enroulement de fil de cuivre.
9. Dispositif de détection (D) de présence d'un objet métallique parasite, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les premiers moyens de détermination (M1 ), les deuxièmes moyens de détermination (M2), les troisièmes moyens de détermination (M3), les moyens de mémorisation (M4), les moyens de contrôle (M5), les moyens de calcul (M6) et les moyens de comparaison (M7) se présentent sous la forme de logiciels, intégrés dans le module de gestion (14).
10. Procédé de détection de présence d'un objet métallique parasite, utilisant le dispositif de détection (D) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit procédé comprend les étapes suivantes :
• Etape E1 : Détermination préalable du premier facteur de qualité initial (Q1 i), du deuxième facteur de qualité initial (Q2i), du troisième facteur de qualité initial (Q3i) en l'absence d'équipement d'utilisateur (20) sur la surface de réception (S),
• Etape E2 : mémorisation des valeurs du premier facteur de qualité initial (Q1i), du deuxième facteur de qualité initial (Q2i), du troisième facteur de qualité initial (Q3i),
• Etape E3 : détection de la présence d'un équipement d'utilisateur (20) sur la surface de réception (S),
• Etape E4 : Détermination du premier facteur de qualité final (Q1f), du deuxième facteur de qualité final (Q2f), du troisième facteur de qualité final (Q3f),
• Etape E5 : calcul d'une première moyenne (moyl ) entre le premier facteur de qualité initial (Q1 i) et le deuxième facteur de qualité initial (Q2i), et d'une deuxième moyenne (moy2) entre le premier facteur de qualité final (Q1f) et le deuxième facteur de qualité final (Q2f),
• Etape E6 : Calcul d'un premier ratio (R1 , R1 ') entre le troisième facteur de qualité initial (Q3i) et le troisième facteur de qualité final (Q3f), ou entre le troisième facteur de qualité initial (Q3i) et la première moyenne (moyl ) et calcul d'un deuxième ratio (R2, R2') entre la première moyenne (moyl ) et la deuxième moyenne (moy2), ou entre le troisième facteur de qualité final (Q3f) et la deuxième moyenne (moy2),
• Etape 7 : Si le premier ratio (R1 , R1') est supérieur, à un facteur (k1 , k2) prédéterminé près, au deuxième ratio (R2, R2'), alors :
- présence d'un objet métallique parasite (30) sur la surface de réception (S), Sinon
- absence dudit objet métallique parasite (30).
11. Véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de détection (D) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020052023A1 (fr) * 2018-09-11 2020-03-19 上海楚山电子科技有限公司 Procédé d'identification d'objet étranger métallique basé sur une technologie de charge sans fil
CN111655533A (zh) * 2018-02-06 2020-09-11 罗伯特·博世有限公司 感应式充电装置和用于监控感应式充电装置的方法

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115603473A (zh) * 2016-07-01 2023-01-13 Lg伊诺特有限公司（Kr） 与无线电力发送器通信的方法和无线电力接收器
KR20200028593A (ko) * 2018-09-07 2020-03-17 엘지이노텍 주식회사 무선 전력 전송 방법 및 장치
KR102625272B1 (ko) * 2019-01-14 2024-01-12 엘지전자 주식회사 무선 전력 전송 장치
KR102446112B1 (ko) * 2020-09-02 2022-09-22 한국전자기술연구원 무선 전력 전송 시스템의 검출 코일 및 이를 포함하는 코일 구조체
WO2022050647A1 (fr) * 2020-09-02 2022-03-10 한국전자기술연구원 Bobine de détection de système de transmission de puissance sans fil et structure de bobine la comprenant

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130093257A1 (en) * 2011-08-25 2013-04-18 Panasonic Corporation Method for detecting metal foreign object in contactless power supply system, contactless power supply device, power reception device, and contactless power supply system
US20150028875A1 (en) * 2012-03-09 2015-01-29 Panasonic Corporation Metal detection method, metal detection device, metal detection method for wireless power supply device, and wireless power supply device
DE102013219131A1 (de) * 2013-09-24 2015-03-26 Siemens Aktiengesellschaft Vorrichtung und Verfahren zur Erkennung eines Fremdkörpers in einem zur leitungslosen Energieübertragung vorgesehenen Magnetfeld

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103502845B (zh) * 2011-03-31 2018-04-13 索尼公司 检测器、电力传送器和接收器、电力供给系统及检测方法
JP5071574B1 (ja) * 2011-07-05 2012-11-14 ソニー株式会社 検知装置、受電装置、非接触電力伝送システム及び検知方法
CN202444300U (zh) * 2012-02-21 2012-09-19 惠州硕贝德无线科技股份有限公司 一种无线充电装置
DE102012210897A1 (de) * 2012-06-26 2014-01-02 Robert Bosch Gmbh Objekterkennung für ein Energieübertragungssystem
US9178361B2 (en) * 2012-09-27 2015-11-03 ConvenientPower, Ltd. Methods and systems for detecting foreign objects in a wireless charging system
JP6166227B2 (ja) * 2014-07-04 2017-07-19 トヨタ自動車株式会社 送電装置及び受電装置
EP3093957B1 (fr) * 2015-05-15 2022-05-18 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Dispositif de détection d'objets étrangers, appareil de transmission de puissance sans fil et système de transfert de puissance sans fil
TWI606666B (zh) * 2016-04-25 2017-11-21 無線電力傳輸裝置及其金屬異物偵測線圈的結構
US10181759B2 (en) * 2016-09-14 2019-01-15 Qualcomm Incorporated Dynamic mutual sensing foreign object detection loops

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130093257A1 (en) * 2011-08-25 2013-04-18 Panasonic Corporation Method for detecting metal foreign object in contactless power supply system, contactless power supply device, power reception device, and contactless power supply system
US20150028875A1 (en) * 2012-03-09 2015-01-29 Panasonic Corporation Metal detection method, metal detection device, metal detection method for wireless power supply device, and wireless power supply device
DE102013219131A1 (de) * 2013-09-24 2015-03-26 Siemens Aktiengesellschaft Vorrichtung und Verfahren zur Erkennung eines Fremdkörpers in einem zur leitungslosen Energieübertragung vorgesehenen Magnetfeld

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111655533A (zh) * 2018-02-06 2020-09-11 罗伯特·博世有限公司 感应式充电装置和用于监控感应式充电装置的方法
CN111655533B (zh) * 2018-02-06 2023-12-01 罗伯特·博世有限公司 感应式充电装置和用于监控感应式充电装置的方法
WO2020052023A1 (fr) * 2018-09-11 2020-03-19 上海楚山电子科技有限公司 Procédé d'identification d'objet étranger métallique basé sur une technologie de charge sans fil

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