WO2019073133A1 - Recharge par induction de vehicule electrique au moyen d'un robot - Google Patents

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WO2019073133A1
WO2019073133A1 PCT/FR2018/052226 FR2018052226W WO2019073133A1 WO 2019073133 A1 WO2019073133 A1 WO 2019073133A1 FR 2018052226 W FR2018052226 W FR 2018052226W WO 2019073133 A1 WO2019073133 A1 WO 2019073133A1
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robot
vehicle
primary coil
light source
secondary coil
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PCT/FR2018/052226
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Zlatina DIMITROVA
Rafael Froede Goncalves
Whilk Marcelino GONCALVES
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Psa Automobiles Sa
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    • H02J50/90—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving detection or optimisation of position, e.g. alignment
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Definitions

  • the invention relates to the field of electric charging of electric vehicles, in particular electric charging by induction.
  • electric vehicle is meant a vehicle provided with an electric motor and batteries for storing electrical energy to power this engine. It can therefore be in particular exclusively electric vehicles or hybrid vehicles.
  • Inductive electric charging known per se, allows a transfer of electrical energy without physical contact.
  • induction charging also makes it possible to achieve higher charging powers and, consequently, shorter charging times.
  • an induction charging device conventionally comprises an AC / AC converter, a primary coil electrically connected to the converter, and a secondary coil disposed on the vehicle electrically connected to the batteries by an AC / DC converter.
  • the primary and secondary coils forming an open transformer, must be magnetically coupled to ensure optimum transfer of electrical energy. For this purpose, they must be arranged exactly opposite one another and at a controlled reduced distance.
  • Patent document GB 2 500 691 B discloses an induction electric vehicle charging system. A power supply unit and a primary coil electrically connected to the power unit are arranged on the floor. The electric vehicle is equipped with a secondary coil under its floor so that it can be brought over the primary coil for magnetic coupling to recharge the vehicle batteries.
  • the vehicle is equipped with a camera and a vehicle displacement control unit for its movement and positioning relative to the primary coil.
  • the positioning can in particular be controlled according to the magnetic coupling detected between the primary and secondary coils.
  • US 9,073,442 B2 discloses an induction electric vehicle charging system, similar to that of the previous document.
  • the coil secondary is located at the rear of the vehicle.
  • the latter is equipped with a reversing camera which is then used to control the vehicle during its movement to the primary coil for a mapping of the primary and secondary coils.
  • Light spots may be provided at the periphery of the primary coil to ensure accurate recognition by means of the camera when approaching the vehicle while the vehicle is not yet above the coil primary. It follows a final movement of the vehicle including the coupling between the coils.
  • the necessary equipment at the vehicle level is expensive.
  • they require to perform vehicle positioning operations that can be iterative and last a certain time; they can thus be perceived by the users as undesirable.
  • the invention aims to overcome at least one drawback of the state of the art mentioned above. More particularly, the invention aims to facilitate induction charging operations.
  • the invention relates to an electric charging device by induction of an electric vehicle, comprising: a power supply unit; a primary coil electrically connected to the power unit and configured to be magnetically coupled with a secondary coil on the vehicle; notable in that the device further comprises a robot supporting the primary coil and comprising an optical system configured to measure a light emitted downwards by a light source under the vehicle, and a control system configured to move the robot to the secondary coil based on the measurement of light by the optical system.
  • the robot is a rolling robot, in this case on the ground.
  • the primary coil is supported by the robot via a vertical displacement mechanism capable of selectively raising and lowering the coil with a view to bringing it closer to the secondary coil, once said coils face one of the 'other.
  • the light emitted by the light source can be visible or not, as for example in the infrared field.
  • the robot further comprises a line tracking sensor disposed under said robot, the control system being configured to move the robot along a predetermined trajectory and approaching the robot. of the ground.
  • the optical system comprises a camera.
  • the camera is disposed inside the robot and the optical system comprises optical means for guiding the light emitted by the light source towards the camera.
  • the optical guide means comprise reflection surfaces configured to successively deflect the light emitted by the light source to the camera.
  • the optical guide means may also comprise light guides disposed between the reflection surfaces.
  • the optical guide means comprise optical fibers each comprising an input face situated outside the robot and directed upwards so as to receive light emitted by the source. light and an output face disposed in front of the camera.
  • the optical system comprises photodiodes arranged around the robot, able to receive light emitted by the light source.
  • the robot comprises a peripheral circular groove for winding an electric cable electrically connecting the primary coil to the power supply unit, the robot comprising wheels enabling said robot to turn on it. even when he moves.
  • the wheels are advantageously arranged so that their axes are concurrent at a central point of the robot.
  • the wheels are advantageously three in number.
  • the invention also relates to a method of electric charging by induction of an electric vehicle, comprising the following steps: (a) placing in relative position a primary coil of an electric charging device with a secondary coil fixed to the and under the vehicle, for electromagnetic coupling; (B) applying a charging current in the primary coil; remarkable in that the charging device is according to the invention and step (a) comprises the following substeps: (a1) positioning of the vehicle relative to the charging device; (a2) approaching motion of the primary coil by moving the robot along a predetermined path and approaching the ground from a beginning to an end of said path; (a3) movement of the primary coil to the secondary coil by moving the robot based on the measurement by the optical system of the robot light emitted by the light source attached to and under the vehicle.
  • the beginning of the predetermined trajectory and approach is remote from the vehicle and the end of said trajectory is under the vehicle.
  • the method further comprises the following step: (c) removal of the primary coil from the secondary coil; said step comprising the following substeps: (d) moving the robot towards the end of the predetermined path; (c2) moving the robot along the predetermined path toward the beginning of said path; in the sub-step (d), the control system of the robot uses a stored image taken by the optical system of the light source when the robot was at the end of the predetermined path in the substep (a2).
  • the invention also relates to an electric motor vehicle comprising an electric energy storage battery; a secondary coil electrically connected to the electric energy storage battery, for charging said battery, said coil being disposed under the vehicle for magnetic coupling with a primary coil of an electric charging device by induction; remarkable in that the vehicle further comprises a light source adjacent to the secondary coil, under the vehicle, and directed downwards, so as to cooperate with the charging device according to the invention to ensure the positioning of the primary coil to the magnetic coupling with the secondary coil.
  • the measurements of the invention are interesting in that they greatly facilitate the inductive recharging operations of electric vehicle batteries, and this in a cost-effective manner, essentially in that it is the primary coil of the recharging device which is close to the secondary coil on the vehicle and not the opposite.
  • precise positioning operations of the vehicle are no longer necessary, meaning, on the one hand, that a parking assistance function on the vehicle is not necessary and, on the other hand, that the positioning time of the vehicle relative to the charging device is substantially shorter.
  • the use of a reference light source on the vehicle, near or on the secondary coil is very simple and economical to implement.
  • such a source allows the robot to operate with an optical system that is insensitive to electromagnetic interference that may be present in the vicinity of a vehicle and the charging device.
  • such a system is fairly inexpensive to implement and has a scope that, although limited (of the order of one meter), is sufficient for the application in question.
  • FIG. 1 schematically illustrates the induction charging principle of an electric vehicle
  • FIG. 2 illustrates an electric charging device by induction, according to the invention
  • FIG. 3 is a logic diagram of the operation of the recharging device according to the invention.
  • FIG. 4 illustrates a first configuration of the optical system of the robot of the device of FIG. 2;
  • FIG. 5 illustrates a second configuration of the optical system of the robot of the device of FIG. 2;
  • FIG. 6 illustrates a third configuration of the optical system of the robot of the device of FIG. 2.
  • FIG. 1 schematically illustrates the operating principle of an induction charging of an electric vehicle.
  • Charging is performed by means of an inductive electric charging device 2 essentially comprising a power supply unit 4 and a primary coil 6 disposed on the ground or at least near the ground.
  • the primary coil 6 is connected to the power supply unit 4 by one or more electrical cables 8. These cables 8 comprise a transmission path of the electric charging power and possibly a data transmission channel.
  • the electric vehicle 10 meanwhile comprises a secondary coil 12 located at its base, so as to be in front and close to the primary coil 6 to reduce the gap 14 between the two coils.
  • the vehicle 10 also comprises an AC / DC converter 16, and possibly a state of charge case 18, connecting the secondary coil 12 to the battery 20.
  • the induction electric recharging device 2 which has just been described corresponds to the invention and has the following features, illustrated in FIGS. 2 to 6.
  • FIG. 2 is a top view of the electric charging device 2 according to the invention.
  • the device 2 comprises a robot 22 supporting the primary coil, not shown here for the sake of clarity of exposition.
  • the robot 22 is configured to move on the ground, under the vehicle 10. More specifically, the robot 22 comprises a frame 24 supporting wheels 26, in this case three wheels.
  • the robot 22 also comprises an outer casing or casing 28, with advantageously a circumferential groove 30 in which the electrical cable 8 connecting it to the feed unit 4 can be wound.
  • the robot 22 can also comprise, advantageously in its center. , a line tracking sensor 32 for detecting the line 34 marked on the ground and serving as a path for an approaching movement of the robot.
  • a sensor is advantageously optical and disposed under the robot to optically detect the line 34.
  • Such a sensor is in itself known to those skilled in the art and also commercially available.
  • the wheels 26 are advantageously arranged along intersecting axes of rotation and more advantageously still at equal distances from the point of intersection of said axes. Such an arrangement allows the robot to rotate on itself, around its center, during its movements, allowing a winding or progressive unwinding of the cable 8.
  • the robot 22 also comprises a system for controlling the movement of said robot.
  • This electronic system is not shown here for purposes of clarity of exposition, it is however understood that it is advantageously integrated in the housing or outer housing 28 and electrically connected to electric motors arranged on the chassis and driving the wheels 26 and the line tracking sensor 32. It is thus configured to control the wheels of the robot so that the robot moves along the line 34, from a starting point 34.1, at the beginning of line 34, to an end point 34.2, at the end of line 34, and vice versa.
  • the movement of the robot 22 along the line makes it possible to make an approaching movement towards the vehicle 10 once it is immobilized.
  • Line 34 shown in Figure 2 is rectilinear, however, it is understood that it may have breaks and / or curved portions. This line is advantageously made by a color marking on the ground, such as for example a dark color marking on a lighter colored ground or vice versa. It should also be noted that other technologies for line tracking can be envisaged, such as a magnetic line.
  • the robot 22 further comprises an optical system, not shown in FIG. 2 but in FIGS. 4 to 6, capable of picking up light emitted by the light source 36 placed under the vehicle. 10, near or adjacent to the secondary coil 12. More specifically, the vehicle 10 comprises the secondary coil 12 at its base, in this case on the underside of the floor of the vehicle.
  • the light source 36 is arranged at a reference position with respect to the secondary coil 12 in order to allow the robot 22 to move from the end 34.2 of the line 34 to the secondary coil 12 under the vehicle, and this on the basis of detection by the onboard optical system of the light emitted by the light source 36.
  • the perceived light image will allow the system control mentioned above to control the drive wheels to move the robot 22 towards the light source 36 and the secondary coil 12 for precise positioning of the primary coil on the robot vis-à-vis of the secondary coil.
  • the robot 22 may of course include lifting means of the primary coil to move vertically to the secondary coil, once the final position in front of the secondary coil reached.
  • FIG. 3 illustrates the main steps of electric charging by induction of an electric vehicle by means of the recharging device which has just been described.
  • the method comprises a first step 38 of positioning the vehicle relative to the device.
  • this positioning may be imprecise in that the vehicle must not be equipped with an automatic parking system, such as a system commonly referred to as "city park”.
  • the method then comprises a step 40 of approaching movement of the robot and the primary coil of the vehicle. This movement is advantageously performed along a predetermined path.
  • the method then comprises a step 42 of specific movement towards the secondary coil, this movement being guided by the light source disposed under the vehicle, close to the secondary coil.
  • This step may also include, at the end, a displacement, substantially vertical, of the primary coil relative to the robot to the secondary coil.
  • the primary coil Once the primary coil is positioned under the secondary coil, charging of the vehicle 44 can take place. The charging current then flows in the primary coil for transfer of electrical energy to the secondary coil and the vehicle batteries.
  • this path comprises a first displacement of the secondary coil towards the end of the predetermined trajectory followed by a second displacement from the end to the beginning of the predetermined trajectory.
  • the first displacement is advantageously carried out by following in the opposite direction the path of the corresponding displacement towards the secondary coil, this trajectory being memorized by the control system.
  • the image of the light source under the vehicle, perceived by the optical system on the robot while it is located at the end of the predetermined path of the approach movement (34.2 in Figure 2) can be memorized by the control system. The latter can then establish a return path in order to obtain the same image.
  • FIGs 4 to 6 illustrate three embodiments of the optical system of the robot of the charging device of Figures 1 to 3.
  • the optical system 46 comprises a camera 46.1 adapted to capture at least a portion of the light emitted by the light source 36.
  • This camera may be disposed on an upper face of the robot and directed substantially upwardly. Such a configuration then occupies part of the upper face of the casing 28 of the robot 22, which can pose a problem of lack of space to dispose the primary coil.
  • the camera can in this case be arranged laterally.
  • Optical means 46.2 and 46.3 for guiding the light emitted by the light source 36 to the camera 46.1 may be provided. More specifically, these means may comprise a guide 46.2 capable of guiding the light and reflecting surfaces 46.3 able to deflect the light.
  • the guide may be a tube with a wall whose inner face is advantageously reflective.
  • the guide may be an optical guide made of transparent or translucent solid material, the light propagating therein by successive reflections, according to the principle of total reflection, at the level of the diopter formed by its outer surface in contact with the ambient air.
  • the guide 46.2 may have an input face 46.4 of the light which is inclined relative to the horizontal and also relative to the vertical, and also be offset, horizontally, relative to the camera 46.1. It can then have several sections, preferably perpendicular to each other. Such a configuration then allows to embed the camera in the robot, leaving more room for the primary coil.
  • the optical system 146 may comprise a camera 146.1, similar to the optical system 46 of FIG. 4.
  • the optical system 146 here differs from that of FIG. 4, essentially in that the light guide 46 capable of reproducing an image of the light emitted by the light source 36 is replaced by a series of optical guides 146.2, in particular of the optical fiber type, arranged radially at the periphery of the robot and illuminating each a specific part of the lens of the camera.
  • the camera then receives an image of the light emitted by the light source 36 which consists of a series of sub-images each corresponding to one of the optical guides 146.2.
  • the input faces 146.4 of the optical guides 146.2 capture different light intensities according to their positions relative to the light source 36.
  • These different light intensities measured by the camera according to a specific arrangement, such as including a matrix allow the control system in communication with the camera to deduce the direction to follow to get closer to the light source and possibly to evaluate the distance.
  • the different intensities measured will change and provide information on the relative position of the robot relative to the light source.
  • Optical guides 146.2 of the optical fiber type can thus be arranged with their input faces 146.4 directed mainly upwards, on a ring 146.3 at the periphery of the robot.
  • the optical fibers 146.2 can then have a profile with a double S-curvature to illuminate the camera 146.1 when it has its objective directed upwards. It is conceivable that it has its objective directed downwards, in which case the optical fibers 146.2 would then have another profile, namely substantially U-shaped.
  • the optical system 246 comprises a series of photodiodes 246.1 disposed at the periphery of the robot 22, advantageously on a ring 246.2.
  • These photodiodes 246.1 unlike the cameras 46.1 and 146.1 of the optical systems 46 and 146 of FIGS. 4 and 5, do not make it possible to capture an image, as such, of the light emitted by the light source 36 but to provide signals electrical information on the luminous intensity received by each of them, and thus information on the position of the robot relative to the light source.
  • These photodiodes 246.1 are advantageously oriented mainly upwards in order to collect a maximum of light emitted downwards from the vehicle bed. These photodiodes have the advantage of being inexpensive compared to a camera and the components necessary to exploit the signals of a camera.

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Abstract

L'invention a trait à un dispositif de recharge électrique par induction (2) d'un véhicule électrique (10), comprenant une unité d'alimentation électrique (4); une bobine primaire reliée électriquement à l'unité d'alimentation (4) et configurée pour être couplée magnétiquement avec une bobine secondaire (12) sur le véhicule (10); et un robot (22) supportant la bobine primaire et comprenant un système optique configuré pour mesurer une lumière émise vers le bas par une source lumineuse (36) sous le véhicule (10), et un système de contrôle configuré pour déplacer le robot (22) vers la bobine secondaire (12) sur base de la mesure de lumière par le système optique. L'invention a trait également à un procédé correspondant de recharge électrique par induction (2) d'un véhicule électrique (10).

Description

RECHARGE PAR INDUCTION DE VEHICULE ELECTRIQUE AU
MOYEN D'UN ROBOT
L'invention a trait au domaine de la recharge électrique de véhicules électriques, en particulier de recharge électrique par induction. Par véhicule électrique, on entend un véhicule pourvu d'une motorisation électrique et de batteries de stockage d'énergie électrique pour alimenter cette motorisation. Il peut donc s'agir notamment de véhicules exclusivement électriques ou de véhicules hybrides.
La recharge électrique par induction, connue en soi, permet de réaliser un transfert d'énergie électrique sans contact physique. Dans le domaine des véhicules électriques avec batteries de traction, la recharge par induction permet également d'atteindre des puissances de recharge plus importantes et, partant, des temps de recharge plus courts.
Plus spécifiquement, un dispositif de recharge par induction comprend, classiquement, un convertisseur AC/AC, une bobine primaire reliée électriquement au convertisseur, et une bobine secondaire disposée sur le véhicule reliée électriquement aux batteries par un convertisseur AC/DC. Les bobines primaire et secondaire, formant un transformateur ouvert, doivent être couplées magnétiquement afin d'assurer un transfert optimal d'énergie électrique. A cet effet, elles doivent être disposées précisément l'une en face de l'autre et à une distance réduite contrôlée. Le document de brevet publié GB 2 500 691 B divulgue un système de recharge de véhicule électrique par induction. Une unité d'alimentation et une bobine primaire électriquement reliée à l'unité d'alimentation sont disposées sur le sol. Le véhicule électrique est équipé d'une bobine secondaire sous son plancher de manière à pouvoir être amenée au-dessus de la bobine primaire en vue de leur couplage magnétique pour recharger les batteries du véhicule. Le véhicule est équipé d'une caméra et d'une unité de contrôle de déplacement du véhicule en vue de son déplacement et positionnement par rapport à la bobine primaire. Le positionnement peut notamment être contrôlé en fonction du couplage magnétique détecté entre les bobines primaire et secondaire. Le document de brevet publié US 9,073,442 B2 divulgue un système de recharge de véhicule électrique par induction, similaire à celui du document précédent. La bobine secondaire est disposée à l'arrière du véhicule. Ce dernier est équipé d'une caméra de recul qui est alors utilisée pour piloter le véhicule lors de son déplacement vers la bobine primaire en vue d'une mise en correspondance des bobines primaire et secondaire. Des points lumineux peuvent être prévus à la périphérie de la bobine primaire afin d'assurer une reconnaissance précise au moyen de la caméra lors d'un mouvement d'approche du véhicule alors que le véhicule n'est pas encore au-dessus de la bobine primaire. Il s'ensuit un mouvement final du véhicule notamment basé sur le couplage entre les bobines.
Dans ces deux enseignements, les équipements nécessaires au niveau du véhicule sont coûteux. De plus, ils requièrent d'exécuter des opérations de positionnement du véhicule qui peuvent être itératives et durer un certain temps ; elles peuvent ainsi être perçues par les utilisateurs comme non souhaitables.
L'invention a pour objectif de pallier au moins un inconvénient de l'état de la technique susmentionné. Plus particulièrement, l'invention a pour objectif de faciliter les opérations de recharge par induction.
L'invention a pour objet un dispositif de recharge électrique par induction d'un véhicule électrique, comprenant : une unité d'alimentation électrique ; une bobine primaire reliée électriquement à l'unité d'alimentation et configurée pour être couplée magnétiquement avec une bobine secondaire sur le véhicule ; remarquable en ce que le dispositif comprend, en outre, un robot supportant la bobine primaire et comprenant un système optique configuré pour mesurer une lumière émise vers le bas par une source lumineuse sous le véhicule, et un système de contrôle configuré pour déplacer le robot vers la bobine secondaire sur base de la mesure de lumière par le système optique. Avantageusement, le robot est un robot roulant, en l'occurrence sur le sol.
Avantageusement, la bobine primaire est supportée par le robot via un mécanisme de déplacement vertical apte à faire monter et descendre, de manière sélective, la bobine en vue de son rapprochement de la bobine secondaire, une fois lesdits bobines en face l'une de l'autre. La lumière émise par la source lumineuse peut être visible ou non, comme par exemple dans le domaine de l'infrarouge. Selon un mode avantageux de l'invention, le robot comprend, en outre, un capteur de suivi de ligne disposé sous ledit robot, le système de contrôle étant configuré pour déplacer le robot le long d'une trajectoire prédéterminée et d'approche au niveau du sol. Selon un mode avantageux de l'invention, le système optique comprend une caméra.
Selon un mode avantageux de l'invention, la caméra est disposée à l'intérieur du robot et le système optique comprend des moyens optiques de guidage de la lumière émise par la source lumineuse vers la caméra.
Selon un mode avantageux de l'invention, les moyens optiques de guidage comprennent des surfaces de réflexion configurées pour successivement dévier la lumière émise par la source lumineuse jusqu'à la caméra. Les moyens optiques de guidage peuvent également comprendre des guides de lumière disposés entre les surfaces de réflexion.
Selon un mode avantageux de l'invention, les moyens optiques de guidage comprennent des fibres optiques comprenant, chacune, une face d'entrée située à l'extérieur du robot et dirigée vers le haut de manière à recevoir de la lumière émise par la source lumineuse et une face de sortie disposée en face de la caméra.
Selon un mode avantageux de l'invention, le système optique comprend des photodiodes disposées autour du robot, aptes à recevoir de la lumière émise par la source lumineuse.
Selon un mode avantageux de l'invention, le robot comprend une gorge circulaire périphérique d'enroulement d'un câble électrique reliant électriquement la bobine primaire à l'unité d'alimentation, le robot comprenant des roues permettant audit robot de tourner sur lui-même lorsqu'il se déplace. Les roues sont avantageusement disposées de manières à ce que leurs axes soient concourants en un point central du robot. Les roues sont avantageusement au nombre de trois.
L'invention a également pour objet un procédé de recharge électrique par induction d'un véhicule électrique, comprenant les étapes suivantes : (a) mise en position relative d'une bobine primaire d'un dispositif de recharge électrique avec une bobine secondaire fixée au et sous le véhicule, en vue d'un couplage électromagnétique ; (b) application d'un courant de recharge dans la bobine primaire ; remarquable en ce que le dispositif de recharge est selon l'invention et l'étape (a) comprend les sous-étapes suivantes : (a1 ) positionnement du véhicule par rapport au dispositif de recharge ; (a2) mouvement d'approche de la bobine primaire par déplacement du robot le long d'une trajectoire prédéterminée et d'approche au niveau du sol, depuis un début jusqu'à une fin de ladite trajectoire ; (a3) mouvement de la bobine primaire vers la bobine secondaire par déplacement du robot sur base de la mesure par le système optique du robot de la lumière émise par la source lumineuse fixée au et sous le véhicule.
Avantageusement, le début de la trajectoire prédéterminée et d'approche est à distance du véhicule et la fin de ladite trajectoire est sous le véhicule.
Selon un mode avantageux de l'invention, le procédé comprend, en outre, l'étape suivante : (c) éloignement de la bobine primaire de la bobine secondaire ; ladite étape comprenant les sous-étapes suivantes : (d ) déplacement du robot vers la fin de la trajectoire prédéterminée ; (c2) déplacement du robot le long de la trajectoire prédéterminée vers le début de ladite trajectoire ; à la sous-étape (d ), le système de contrôle du robot utilise une image mémorisée prise par le système optique de la source lumineuse lorsque le robot était à la fin de la trajectoire prédéterminée à la sous-étape (a2).
L'invention a également pour objet un véhicule automobile électrique comprenant une batterie de stockage d'énergie électrique ; une bobine secondaire reliée électriquement à la batterie de stockage d'énergie électrique, en vue de la recharge de ladite batterie, ladite bobine étant disposée sous le véhicule en vue d'un couplage magnétique avec une bobine primaire d'un dispositif de recharge électrique par induction ; remarquable en ce que le véhicule comprend, en outre, une source lumineuse adjacente à la bobine secondaire, sous le véhicule, et dirigée vers le bas, de manière à pouvoir coopérer avec le dispositif de recharge conforme à l'invention pour assurer le positionnement de la bobine primaire vers le couplage magnétique avec la bobine secondaire.
Les mesures de l'invention sont intéressantes en ce qu'elles facilitent grandement les opérations de recharge inductive de batteries de véhicules électriques, et ce de manière économique, essentiellement en ce que c'est la bobine primaire du dispositif de recharge qui se rapproche de la bobine secondaire sur le véhicule et non le contraire. En d'autres termes, des opérations de positionnement précis du véhicule ne sont plus nécessaires, signifiant, d'une part, qu'une fonction d'aide au stationnement sur le véhicule n'est pas nécessaire et, d'autre part, que le temps de positionnement du véhicule par rapport au dispositif de recharge est sensiblement plus court. L'utilisation d'une source lumineuse de référence sur le véhicule, à proximité ou sur la bobine secondaire, est très simple et économique à mettre en œuvre. De plus, une telle source permet au robot de fonctionner avec un système optique qui est insensible aux interférences électromagnétiques qui peuvent être présentes au voisinage d'un véhicule et du dispositif de recharge. De plus, un tel système est assez peu coûteux à mettre en œuvre et présente une portée qui, bien que limitée (de l'ordre du mètre), est suffisante pour l'application en question.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à l'aide de la description et des dessins parmi lesquels :
- La figure 1 illustre de manière schématique le principe de recharge par induction d'un véhicule électrique ;
- La figure 2 illustre un dispositif de recharge électrique par induction, selon l'invention ;
- La figure 3 est un logigramme du fonctionnement du dispositif de recharge selon l'invention ;
- La figure 4 illustre une première configuration du système optique du robot du dispositif de la figure 2 ;
- La figure 5 illustre une deuxième configuration du système optique du robot du dispositif de la figure 2 ;
- La figure 6 illustre une troisième configuration du système optique du robot du dispositif de la figure 2.
La figure 1 illustre de manière schématique le principe de fonctionnement d'une recharge par induction d'un véhicule électrique. La recharge est réalisée au moyen d'un dispositif de recharge électrique par induction 2 comprenant, essentiellement, une unité d'alimentation électrique 4 et une bobine primaire 6 disposée sur le sol ou du moins à proximité du sol. La bobine primaire 6 est reliée à l'unité d'alimentation électrique 4 par un ou plusieurs câbles électriques 8. Ces câbles 8 comprennent une voie de transmission de la puissance électrique de recharge et éventuellement une voie de transmission de données. Le véhicule électrique 10 quant à lui comprend une bobine secondaire 12 située au niveau de son soubassement, de manière à pouvoir être en face et proche de la bobine primaire 6 afin de réduire l'entrefer 14 entre les deux bobines. Le véhicule 10 comprend également un convertisseur AC/DC 16, et éventuellement un boîtier d'état de charge 18, reliant la bobine secondaire 12 à la batterie 20.
Le dispositif de recharge électrique par induction 2 qui vient d'être décrit correspond à l'invention et présente les particularités suivantes, illustrées aux figures 2 à 6.
La figure 2 est une vue de dessus du dispositif de recharge électrique 2 selon l'invention. On peut observer que le dispositif 2 comprend un robot 22 supportant la bobine primaire non représentée ici à des fins de clarté d'exposé. Le robot 22 est configuré pour se déplacer sur le sol, sous le véhicule 10. Plus précisément, le robot 22 comprend un châssis 24 supportant des roues 26, en l'occurrence trois roues. Le robot 22 comprend également un boîtier ou carter extérieur 28, avec avantageusement une rainure circonférentielle 30 dans laquelle peut s'enrouler le câble électrique 8 le reliant à l'unité d'alimentation 4. Le robot 22 peut comprendre également, avantageusement en son centre, un capteur de suivi de ligne 32 destiné à détecter la ligne 34 marquée au sol et servant de trajectoire pour un mouvement d'approche du robot. Un tel capteur est avantageusement optique et disposé sous le robot afin de détecter optiquement la ligne 34. Un tel capteur est en soi connu de l'homme de métier et par ailleurs disponible dans le commerce.
Les roues 26 sont avantageusement disposées suivant des axes de rotation concourants et plus avantageusement encore à distance égale du point de rencontre desdits axes. Un tel agencement permet au robot de tourner sur lui-même, autour de son centre, lors de ses déplacements, permettant un enroulement ou déroulement progressif du câble 8.
Le robot 22 comprend également un système de contrôle du déplacement dudit robot. Ce système électronique n'est pas représenté ici à des fins de clarté d'exposé, il est cependant entendu qu'il est avantageusement intégré dans le boîtier ou carter extérieur 28 et relié électriquement à des moteurs électriques disposés sur le châssis et entraînant les roues 26 ainsi qu'au capteur de suivi de ligne 32. Il est ainsi configuré pour contrôler les roues du robot afin que ce dernier se déplace le long de la ligne 34, depuis un point de départ 34.1 , au début de ligne 34, jusqu'à un point d'arrivée 34.2, à la fin de la ligne 34, et vice versa. Le déplacement du robot 22 le long de la ligne permet de réaliser un mouvement d'approche vers le véhicule 10, une fois que celui- ci est immobilisé. La ligne 34 représentée à la figure 2 est rectiligne, étant toutefois entendu qu'elle peut présenter des cassures et/ou des portions courbes. Cette ligne est avantageusement réalisée par un marquage de couleur au sol, comme par exemple un marquage de couleur foncée sur un sol de couleur plus claire ou inversement. Il est également à noter que d'autres technologies pour le suivi de ligne peuvent être envisagées, comme notamment une ligne magnétique.
Toujours en référence à la figure 2, le robot 22 comprend, en outre, un système optique, non représenté à la figure 2 mais bien aux figures 4 à 6, apte à capter de la lumière émise par la source lumineuse 36 disposée sous le véhicule 10, à proximité de, ou adjacente à, la bobine secondaire 12. Plus spécifiquement, le véhicule 10 comprend la bobine secondaire 12 au niveau de son soubassement, en l'occurrence sur la face inférieure du plancher du véhicule. La source lumineuse 36 est disposée à une position de référence par rapport à la bobine secondaire 12 afin de permette au robot 22 de se déplacer depuis la fin 34.2 de la ligne 34 jusqu'à la bobine secondaire 12 sous le véhicule, et ce sur base de la détection par le système optique embarqué de la lumière émise par la source lumineuse 36. En effet, en fonction de la position relative entre le robot 22 et la source lumineuse 36, l'image lumineuse perçue, même simplifiée, va permettre au système de contrôle évoqué précédemment de contrôler l'entraînement des roues afin de déplacer le robot 22 en direction de la source lumineuse 36 et de la bobine secondaire 12 en vue d'un positionnement précis de la bobine primaire sur le robot en vis-à-vis de la bobine secondaire. Le robot 22 peut bien sûr comprendre des moyens de levage de la bobine primaire afin de la déplacer verticalement vers la bobine secondaire, une fois la position finale en face de la bobine secondaire atteinte.
Grâce au dispositif de recharge qui vient d'être exposé, le véhicule 10 peut être positionné de manière imprécise par rapport au dispositif. Une fois le véhicule immobilisé, la bobine primaire portée par le robot va pouvoir être déplacée en direction de la bobine secondaire sous le véhicule pour autant que celui-ci soit équipé d'une source lumineuse de référence sur la bobine secondaire ou adjacente à celle-ci. Avantageusement, le robot se déplace d'abord suivant un mouvement d'approche le long d'une trajectoire prédéfinie pour ensuite se déplacer vers la bobine secondaire, guidé par la source lumineuse associée à la bobine en question. La figure 3 illustre les étapes principales de recharge électrique par induction d'un véhicule électrique au moyen du dispositif de recharge qui vient d'être décrit.
Le procédé comprend une première étape 38 consistant à positionner le véhicule par rapport au dispositif. En référence à ce qui a déjà évoqué, ce positionnement peut être imprécis en ce que le véhicule ne doit pas être équipé d'un système de stationnement automatique, comme par exemple un système couramment désigné « city park ».
Le procédé comprend ensuite une étape 40 de mouvement d'approche du robot et la bobine primaire du véhicule. Ce mouvement est avantageusement réalisé le long d'une trajectoire prédéterminée.
Le procédé comprend ensuite une étape 42 de mouvement spécifique vers la bobine secondaire, ce mouvement étant guidé par la source lumineuse disposée sous le véhicule, à proximité de la bobine secondaire. Cette étape peut également comprendre, à la fin, un déplacement, essentiellement vertical, de la bobine primaire par rapport au robot vers la bobine secondaire.
Une fois la bobine primaire positionnée sous la bobine secondaire, la recharge du véhicule 44 peut avoir lieu. Le courant de charge circule alors dans la bobine primaire en vue d'un transfert d'énergie électrique vers la bobine secondaire et les batteries du véhicule.
Une fois la recharge terminée ou interrompue par un utilisateur, le robot et la bobine primaire se déplacent alors suivant un parcours inverse de celui vers la bobine secondaire. Plus précisément, ce parcours comprend un premier déplacement de la bobine secondaire vers la fin de la trajectoire prédéterminée suivi d'un deuxième déplacement depuis la fin jusqu'au début de la trajectoire prédéterminée. Le premier déplacement est avantageusement réalisé en suivant en sens inverse la trajectoire du déplacement correspondant vers la bobine secondaire, cette trajectoire étant mémorisée par le système de contrôle. Alternativement, l'image de la source lumineuse sous le véhicule, perçue par le système optique sur le robot alors qu'il est situé à la fin de la trajectoire prédéterminée du mouvement d'approche (34.2 à la figure 2) peut être mémorisée par le système de contrôle. Ce dernier peut alors établir une trajectoire de retour dans le but d'obtenir la même image.
Les figures 4 à 6 illustrent trois modes de réalisation du système optique du robot du dispositif de recharge des figures 1 à 3.
En référence à la figure 4, le système optique 46 comprend une caméra 46.1 apte à capter au moins une partie de la lumière émise par la source lumineuse 36. Cette caméra peut être disposée sur une face supérieure du robot et dirigée essentiellement vers le haut. Une telle configuration occupe alors une partie de la face supérieure du carter 28 du robot 22, ce qui peut poser un problème de manque de place pour y disposer la bobine primaire. La caméra peut dans ce cas être disposée latéralement. Des moyens optiques 46.2 et 46.3 de guidage de la lumière émise par la source lumineuse 36 vers la caméra 46.1 peuvent être prévus. Plus spécifiquement, ces moyens peuvent comprendre un guide 46.2 apte à guider la lumière et des surfaces réfléchissantes 46.3 aptes à dévier la lumière. Le guide peut être un tube avec une paroi dont la face interne est avantageusement réfléchissante. Les surfaces réfléchissantes sont avantageusement des miroirs. Le guide peut être un guide optique en matériau plein transparent ou translucide, la lumière s'y propageant par réflexions successives, selon le principe de réflexion totale, au niveau du dioptre formé par sa surface extérieure en contact avec l'air ambiant. En l'occurrence, le guide 46.2 peut présenter une face d'entrée 46.4 de la lumière qui est inclinée par rapport à l'horizontale et aussi par rapport à la verticale, et également être déportée, horizontalement, par rapport à la caméra 46.1 . Il peut présenter alors plusieurs sections, avantageusement perpendiculaires les unes aux autres. Une telle configuration permet alors de noyer la caméra dans le robot, laissant alors davantage de place pour y disposer la bobine primaire.
En référence à la figure 5, le système optique 146 peut comprendre une caméra 146.1 , similairement au système optique 46 de la figure 4. Le système optique 146 ici se distingue de celui de la figure 4, essentiellement en ce que le guide de lumière 46 apte à reproduire une image de la lumière émise par la source lumineuse 36 est remplacé par une série de guides optiques 146.2, notamment du type fibres optiques, disposés radialement à la périphérie du robot et éclairant chacun une partie spécifique de l'objectif de la caméra. La caméra reçoit alors une image de la lumière émise par la source lumineuse 36 qui est constituée d'une série de sous-images dont chacune correspondant à un des guides optiques 146.2. Plus particulièrement, les faces d'entrée 146.4 des guides optiques 146.2, réparties à la périphérie du robot, captent différentes intensités lumineuses suivant leurs positions par rapport à la source lumineuse 36. Ces différentes intensités lumineuses mesurées par la caméra suivant un agencement spécifique, comme notamment une matrice, permettent au système de contrôle en communication avec la caméra d'en déduire la direction à suivre pour se rapprocher de la source lumineuse ainsi qu'éventuellement d'en évaluer la distance. Lors du déplacement du robot vers la source lumineuse, les différentes intensités mesurées vont changer et renseigner sur la position relative du robot par rapport à la source lumineuse. Les guides optiques 146.2 du type fibres optiques peuvent ainsi être disposées avec leurs faces d'entrée 146.4 dirigées majoritairement vers le haut, sur un anneau 146.3 à la périphérie du robot. Les fibres optiques 146.2 peuvent alors présenter un profil avec une double courbure en S pour éclairer la caméral 146.1 lorsque celle-ci a son objectif dirigé vers le haut. Il est envisageable qu'elle ait son objectif dirigé vers le bas, auquel cas les fibres optiques 146.2 auraient alors un autre profil, à savoir essentiellement en forme de U.
A la figure 6, le système optique 246 comprend une série de photodiodes 246.1 disposées à la périphérie du robot 22, avantageusement sur un anneau 246.2. Ces photodiodes 246.1 , contrairement aux caméras 46.1 et 146.1 des systèmes optiques 46 et 146 des figures 4 et 5, ne permettent pas de capter une image, en tant que telle, de la lumière émise par la source lumineuse 36 mais bien de fournir des signaux électriques renseignant sur l'intensité lumineuse reçue par chacune d'entre elles, et partant, une information sur la position du robot par rapport à la source lumineuse. Ces photodiodes 246.1 sont avantageusement orientées majoritairement vers le haut de manière à collecter un maximum de lumière émise vers le bas depuis le soubassement du véhicule. Ces photodiodes présentent l'avantage d'être peu coûteuses par rapport à une caméra et aux composants nécessaires pour exploiter les signaux d'une caméra.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Dispositif de recharge électrique par induction (2) d'un véhicule électrique (10), comprenant :
- une unité d'alimentation électrique (4) ;
- une bobine primaire (6) reliée électriquement à l'unité d'alimentation (4) et configurée pour être couplée magnétiquement avec une bobine secondaire (12) sur le véhicule (10) ;
- un robot (22) supportant la bobine primaire (6) et comprenant un système optique (46 ; 146 ; 246) configuré pour mesurer une lumière émise vers le bas par une source lumineuse (36) sous le véhicule (10), et un système de contrôle configuré pour déplacer le robot (22) vers la bobine secondaire (12) sur base de la mesure de lumière par le système optique (46 ; 146 ; 246), caractérisé en ce que le robot (22) comprend, en outre, un capteur de suivi de ligne (32) disposé sous ledit robot, le système de contrôle étant configuré pour déplacer le robot (22) le long d'une trajectoire prédéterminée et d'approche (34) au niveau du sol.
2. Dispositif (2) selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le système optique (46 ; 146) comprend une caméra (46.1 ; 146.1 ).
3. Dispositif (2) selon la revendication 2, caractérisé en ce que la caméra (46.1 ;
146.1 ) est disposée à l'intérieur du robot (22) et le système optique (46 ; 146) comprend des moyens optiques de guidage (46.2, 46.3, 46.4 ; 146.2, 146.3, 146.4) de la lumière émise par la source lumineuse (36) vers la caméra (46.1 ; 146.1 ).
4. Dispositif (2) selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens optiques de guidage (46.2, 46.3, 46.4 ; 146.2, 146.3, 146.4) comprennent des surfaces de réflexion (46.3) configurées pour successivement dévier la lumière émise par la source lumineuse (36) jusqu'à la caméra (46.1 ), ou des fibres optiques (146.2) comprenant, chacune, une face d'entrée (146.4) située à l'extérieur du robot (22) et dirigée vers le haut de manière à recevoir de la lumière émise par la source lumineuse (36) et une face de sortie disposée en face de la caméra (146.1 ).
5. Dispositif (2) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le système optique (246) comprend des photodiodes (246.1 ) disposées autour du robot (22), aptes à recevoir de la lumière émise par la source lumineuse (36).
6. Dispositif (2) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le robot (22) comprend une gorge circulaire périphérique (30) d'enroulement d'un câble électrique (8) reliant électriquement la bobine primaire (6) à l'unité d'alimentation (4), le robot (22) comprenant des roues (26) permettant audit robot de tourner sur lui-même lorsqu'il se déplace.
7. Procédé de recharge électrique par induction d'un véhicule électrique (10), comprenant les étapes suivantes :
(a) mise en position relative (38, 40, 42) d'une bobine primaire (6) d'un dispositif de recharge électrique (2) avec une bobine secondaire (12) fixée au et sous le véhicule (10), en vue d'un couplage électromagnétique ;
(b) application d'un courant de recharge (44) dans la bobine primaire (6) ; caractérisé en ce que le dispositif de recharge (2) est selon l'une des revendications 1 à 6 et l'étape (a) comprend les sous-étapes suivantes :
(a1 ) positionnement (38) du véhicule (10) par rapport au dispositif de recharge (2) ;
(a2) mouvement d'approche (40) de la bobine primaire (6) par déplacement du robot (22) le long d'une trajectoire prédéterminée et d'approche (34) au niveau du sol, depuis un début (34.1 ) jusqu'à une fin (34.2) de ladite trajectoire ;
(a3) mouvement (42) de la bobine primaire (6) vers la bobine secondaire (12) par déplacement du robot (22) sur base de la mesure par le système optique (46 ; 146 ; 246) du robot (22) de la lumière émise par la source lumineuse (36) fixée au et sous le véhicule (10).
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit procédé comprend, en outre, l'étape suivante :
(c) éloignement de la bobine primaire (6) de la bobine secondaire (12) ;
ladite étape comprenant les sous-étapes suivantes :
(d ) déplacement du robot (22) vers la fin (34.2) de la trajectoire prédéterminée (34) ; (c2) déplacement du robot (22) le long de la trajectoire prédéterminée (34) vers le début (34.1 ) de ladite trajectoire ;
à la sous-étape (c1 ), le système de contrôle du robot utilise une image mémorisée prise par le système optique (46 ; 146 ; 246) de la source lumineuse (36) lorsque le robot (22) était à la fin (34.2) de la trajectoire prédéterminée (34) à la sous-étape (a2).
Véhicule automobile électrique (10) comprenant :
- une batterie de stockage d'énergie électrique (20) ;
- une bobine secondaire (12) reliée électriquement à la batterie de stockage d'énergie électrique (20), en vue de la recharge de ladite batterie, ladite bobine étant disposée sous le véhicule en vue d'un couplage magnétique avec une bobine primaire (6) d'un dispositif de recharge électrique par induction (2) ;
caractérisé en ce que le véhicule comprend, en outre :
- une source lumineuse (36) adjacente à la bobine secondaire (12), sous le véhicule (10), et dirigée vers le bas, de manière à pouvoir coopérer avec le dispositif de recharge conforme à l'une des revendications 1 à 6 pour assurer le positionnement de la bobine primaire (6) vers le couplage magnétique avec la bobine secondaire (12).
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