WO2023222811A1 - Procédé et système de connexion électrique automatique entre deux connecteurs - Google Patents

Procédé et système de connexion électrique automatique entre deux connecteurs Download PDF

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WO2023222811A1
WO2023222811A1 PCT/EP2023/063354 EP2023063354W WO2023222811A1 WO 2023222811 A1 WO2023222811 A1 WO 2023222811A1 EP 2023063354 W EP2023063354 W EP 2023063354W WO 2023222811 A1 WO2023222811 A1 WO 2023222811A1
Authority
WO
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connection unit
connection
plug
socket
vehicle
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/063354
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English (en)
Inventor
Ronan TROUFFLARD
Antoine LE FAUCHEUX
Original Assignee
Gulplug
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/62—Means for facilitating engagement or disengagement of coupling parts or for holding them in engagement
    • H01R13/6205—Two-part coupling devices held in engagement by a magnet
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • 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
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/14—Conductive energy transfer
    • B60L53/16—Connectors, e.g. plugs or sockets, specially adapted for charging electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • 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
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/30—Constructional details of charging stations
    • B60L53/35—Means for automatic or assisted adjustment of the relative position of charging devices and vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a method and a system for electrical connection between two connectors.
  • the tray incorporating the electrical outlet is for example placed on the ground and connected to the sector by an electrical cable.
  • the plug is released from the device near the tray.
  • the coils are controlled by a control sequence adapted to guide the plug towards the center of the plate and therefore towards the electrical outlet.
  • the connection is made by the magnetic attraction present between the respective magnetic means of the socket and the plug.
  • Patent application US2020/269714A1 describes a solution for charging an electric vehicle.
  • Patent US10090885B2 describes an electric vehicle charging solution by induction. In particular, it provides a method of alignment between the two antennas using magnetic fields.
  • Patent US9446675B2 describes a solution for recharging an electric vehicle by induction, using means of alignment with receiving antennas.
  • Patent application JP2013225969 describes an identification method implemented in an induction vehicle charging solution.
  • Patent application WO2019/204377A1 describes a system and method for alignment in an electric vehicle charging solution by induction.
  • the aim of the invention is to propose an automatic electrical connection method, which can integrate all of the steps necessary to ensure the wired connection between a plug located on the vehicle side and a socket located on the electrical network side.
  • an automatic electrical connection method implemented for wired recharging of an electric or rechargeable hybrid vehicle, between a plug connected to an electrical power supply assembly of the electric vehicle, and a socket connected to an electrical network power supply to which the power assembly of the electric vehicle must connect in order to recharge, the plug being initially housed in a housing of a first connection unit located on the vehicle side and comprising a first control unit, and the socket being carried by a second connection unit located on the electrical network side and comprising a second control unit, the plug (1) comprising a first magnetic architecture and the socket comprising a second magnetic architecture, the plug and the socket being capable of mechanically coupling by magnetic effect, said method comprising:
  • a step of launching an electrical connection sequence comprising steps executed to attract the plug by magnetic effect towards the socket by activation of said electromagnetic coil, with a view to connecting the plug to the socket.
  • the electromagnetic coil is therefore used to detect the presence of the second connection unit by the first connection unit, as well as in the connection sequence of the plug to the socket, to guide the plug towards the socket.
  • the method comprises a preliminary step of detecting the position of the vehicle relative to the second connection unit and a step of activating the second control unit of the second connection unit when the vehicle is in a position at the determined stop.
  • the method comprises a preliminary step of detecting the presence of the vehicle near the second connection unit and a step of launching a sequence of guiding the vehicle to bring it into a determined position relative to the second connection unit.
  • the method comprises a step of monitoring the speed of the vehicle and a step of activating detection means of the first connection unit, implemented taking into account said monitored speed.
  • the method comprises a pre-authentication step between the first connection unit and the second connection unit, carried out by exchange of data via a wireless link between the two connection units, implemented prior to the step of launching the electrical connection sequence.
  • the method includes an authentication step by data exchange via a wired connection between the first connection unit and the second connection unit, when the plug is connected to the socket.
  • the invention also relates to an automatic electrical connection system used for wired charging of an electric or hybrid vehicle, comprising a plug connected to an electrical power supply assembly of the electric vehicle, and a socket connected to an electrical supply network to which the power supply assembly of the electric vehicle must connect in order to recharge, the system comprising a first connection unit comprising a housing in which the plug is initially housed, said first connection unit being located on the vehicle side and comprising a first unit control unit, and a second connection unit carrying the socket, located on the electrical network side and comprising a second control unit, the plug and the socket being suitable to be mechanically coupled by magnetic effect, said system being characterized in that:
  • the second connection unit comprises means for generating a magnetic field using an electromagnetic coil, which can be activated by the second control unit,
  • the first connection unit comprises first means for detecting said magnetic field generated by the second connection unit,
  • the first connection unit comprises means for automatically releasing the plug outside said housing of the first connection unit, activated after detection of the presence of said magnetic field to connect it to the socket,
  • the second control unit is configured to activate an electrical connection sequence, the electrical connection sequence comprising steps executed to attract the plug by magnetic effect towards the socket by activation of said electromagnetic coil, with a view to connecting the plug to the socket socket.
  • the system comprises second means for detecting the presence of the vehicle near the second connection unit and means for executing a sequence for guiding the vehicle to bring it into a determined position relative to the second connection unit.
  • the system comprises means for monitoring the speed of the vehicle and in that the first control unit is configured to activate first detection means, taking into account said monitored speed.
  • the first control unit and the second control unit are configured to execute a pre-authentication sequence between the first connection unit and the second connection unit, by exchange of identification data via a wireless connection. -wire between the two connection units, prior to the electrical connection between the plug and the socket.
  • the first control unit and the second control unit are configured to execute an authentication sequence between the first connection unit and the second connection unit, by exchange of identification data via a wired connection between both connection units, once the plug is connected to the socket.
  • the electrical connection sequence is configured to activate electromagnetic means of the second connection unit, said electromagnetic means being arranged to attract the plug by magnetic effect towards the socket.
  • the second control unit is configured to activate said electromagnetic means of the second connection unit as means of generating the magnetic field.
  • the first detection means are arranged in the first connection unit to detect the presence of said magnetic field generated by the second connection unit and to discriminate its presence in relation to that of a second magnetic field generated by the first magnetic architecture.
  • the system comprises second means for detecting the position of the vehicle relative to the second connection unit and means for activating the second connection unit when the vehicle is in a determined stationary position .
  • the second connection unit is integrated into a mat in which said second detection means are also integrated.
  • the system comprises at least one wedge fixed to said mat, said wedge integrating at least one position sensor of said second detection means.
  • the system comprises at least one stopping device fixed to said mat, at least one position sensor of said second detection means being integrated into said mat, near said stopping device.
  • Figure 1 schematically represents the connection system according to the invention
  • Figure 2 represents the functional architecture of the connection system according to the invention
  • FIGS 3A to 3D show different embodiments of the second part of the connection system of the invention.
  • Figure 4 shows a diagram showing the different steps implemented during the connection process between the plug and the socket, according to the invention
  • Figures 5A to 5L schematically illustrate the different steps implemented during the connection process between the plug and the socket, according to the invention
  • Figure 6 illustrates a particularity of the connection system of the invention
  • Figure 7 represents, in a non-limiting manner, an exemplary embodiment of the two magnetic architectures, distributed in the plug and in the socket of the connection system of the invention
  • the invention applies generally to an electrical connection system, which can in particular be used in an electrical installation intended for recharging an electric vehicle.
  • the system consists of two parts, one of the two parts being intended to be connected to an electrical supply network R, and the other part being intended to be connected to a set of power supply of an electric or plug-in hybrid V vehicle.
  • Any electrical connection solution to the electrical supply assembly of the vehicle V or to the electrical supply network R could be considered, such as cable, conductive rod, or other equivalent solution...
  • the first part of the system comprises a first connection unit VU located on the vehicle side V and carrying an electrical plug 1 and the second part comprises a second connection unit GU, located on the electrical supply network side R and carrying an electrical socket 2 on which plug 1 is connected.
  • the system advantageously makes it possible to mechanically connect plug 1 to socket 2 automatically, without the intervention of an operator or a robot, using only magnetic and gravitational means.
  • plug and “socket” are to be understood in a non-limiting manner, without any preconceptions about their respective structures and it must be understood that these are precise terms to define a first connector and a second connector , intended to connect mechanically and electrically to each other.
  • connection between the plug and the socket we mean that the plug is in mechanical contact against the socket and that one or more electrical connection members of the plug are electrically connected to one or more electrical connection members of the socket.
  • plug 1 and socket 2 are intended to connect by magnetic effect.
  • Socket 2 has a magnetic architecture AM_2 arranged transversely to the main axis (A), allowing it to attract plug 1, which for its part has a corresponding magnetic architecture AM_1.
  • A main axis
  • the two magnetic architectures advantageously comprise several permanent magnets. According to a particular feature, the two magnetic architectures operate in attraction when the plug is in an adapted angular position relative to the socket to establish the connection, or in repulsion when the plug must be removed relative to the socket during disconnection.
  • Figure 7 shows the magnetic architecture AM_2 present on the socket side
  • the two magnetic architectures shown comprise a ferromagnetic yoke 1 10, 210 and one or more permanent magnet portions fixed on said yoke.
  • three permanent magnets 211 of a first set each extend for example over an angular range AP1 of 55° on their annular portion and three permanent magnets 212 of a second set for example over an angular range AP2 of 55°.
  • Each of the three permanent magnets of the second set is inserted between two permanent magnets of the first set, leaving a regular non-zero angular interval with these two magnets from the first set.
  • the regular angular interval 11 is close to 5° between two adjacent magnets.
  • the permanent magnets of the first set and those of the second set are magnetically oriented along the main axis (A) and in opposite directions.
  • the first magnetic architecture AM_1 only presents a first set of three permanent magnets 1 11 which are identical to the permanent magnets of the first magnetic architecture.
  • the two magnetic architectures AM_1, AM_2 are configured to ensure bonding of the plug 1 against the socket 2, by magnetic attraction effect, in a given orientation, around the main axis.
  • the two magnetic architectures AM_1, AM_2 are configured so that the plug 2 can take several distinct angular positions when it is stuck on the socket 1 by magnetic effect.
  • plug 1 can take three distinct angular positions, offset from each other by 120°.
  • the plug 1 can be in a first angular position, called 0°, a second angular position called -120° and in a third angular position called +120°.
  • the magnetic arrangements (angular ranges of the magnets and angular intervals between magnets) of the magnetic architecture can be adjusted.
  • the first connection unit VU comprises a housing 10 in which the plug 1 is housed. This housing 10 can be designed so as to cover and protect the connection members of the plug 1 when the plug is housed there.
  • the first connection unit VU may comprise means 1 1 for extracting the plug 1 from the housing as well as means for releasing the plug 2 relative to the housing 10. These means for releasing the plug 1 may consist of a motor electric 120 responsible for driving a reel 121 or other equivalent means, making it possible to wind or unwind an electric cable 122 to the end of which the plug 1 is connected.
  • the first connection unit VU also includes first magnetic field detection means 13, associated with the first connection unit VU.
  • These first detection means 13 may include one or more sensors, such as for example hall effect sensors.
  • the first connection unit VU may also include first communication means 14 used to exchange data, in particular identification data, with the second connection unit GU.
  • These first means of communication 14 may include a wireless communication interface and a wired communication interface.
  • the first connection unit VU also includes a first control unit UC_1 responsible for managing in particular:
  • the first control unit UC_1 is for example capable of activating or deactivating the first detection means 13 taking into account the variation of at least one parameter. This could be, for example, the speed of the vehicle. Below a speed threshold value (taking into account a hysteresis), the first control unit UC_1 can activate the first detection means 13, to wake them up and place them in monitoring of the presence of a field sufficiently intense surrounding magnetic field.
  • the second connection unit GU integrates the socket 2.
  • this second connection unit GU advantageously has a plate 20 to be placed on a support (for example the ground S - the main axis (A) is then orthogonal to the ground).
  • the plate 20 may include one or more connectors 30 allowing it to be connected to the electrical network R and possibly to an external communication system. Electrical connections integrated into the plate 20 make it possible to connect the electrical socket 2 to said connectors 30.
  • the plate 20 comprises a closed envelope 21 of which a part, for example central, is occupied by the socket 2.
  • the electrical socket 2 has a front surface 22 through which it connects mechanically with the plug 1.
  • This front area 22 is oriented transversely to the main axis (A) and can be of any suitable shape, planar or convex, concave or convex.
  • the envelope 21 is located on the periphery of the socket 2 and defines a front surface extending around the periphery of the front surface 22 of said socket 2. This front surface extends beyond the front surface 22 of the socket 2 and is not dedicated to connection.
  • the front surface of the plate 20, around the socket 2 can be flat in the same plane as that formed by the front surface 22 of the socket 2, or of a convex concave or convex shape (as in the appended figures).
  • the envelope 21 of the second connection unit GU integrates magnetic guide means adapted to guide the plug 1 towards the socket 2 when the plug 1 is approaching.
  • patent application No. WO2017/216458A1 describes an operating principle in which plug 1 connects to socket 2, by executing a control sequence of the magnetic guide means integrated into the envelope .
  • the magnetic guide means advantageously comprise several electromagnetic coils, called guide coils 25, housed in the envelope of the plate 20, and arranged concentrically, around the socket 2.
  • the control sequence may consist of activating one or more of the coils guide 25, so as to bring the plug 1 as close as possible to the socket 2, by acting by magnetic effect on the magnetic architecture AM_1 of the plug 1.
  • the two magnetic architectures AM_1, AM_2, located on the plug 1 side and on the socket 2 side make it possible to finalize the connection between the two elements.
  • the second part of the system also includes second means 23 for detecting the position of the vehicle, associated with the second connection unit GU.
  • These second detection means 23 may include at least one presence sensor and/or at least one position sensor. These second detection means 23 are used by the second connection unit GU to ensure that the vehicle V is in a determined position, in order to determine whether a connection sequence with plug 1 can be started. It will be seen below that these second detection means 23 can be integrated into different architectures associated with the second connection unit GU.
  • the second connection unit GU may also include second communication means 24 used to exchange data, in particular identification data, with the first connection unit VU.
  • These second means of communication 24 may include a wireless communication interface and a wired communication interface.
  • the second connection unit GU includes a second control unit UC_2 configured for:
  • connection sequence starts the connection sequence from plug 1 to socket 2, when the presence of plug 1 is detected near the second connection unit GU;
  • the connection sequence includes the control sequence of the guide coils 25, used to attract plug 1 to socket 2;
  • the second detection means 23 can be produced according to different solutions defined below and integrated according to different support architectures.
  • the second control unit UC_2 is configured to generate a magnetic field detectable by the first connection unit VU, when the presence and/or position of the vehicle V is detected.
  • the second part of the system integrating the second connection unit GU, the second detection means 23 and the support architecture of the second detection means 23, can be produced in the form of a one-piece assembly, housing the cables and the means necessary for the operation of the second part of the system.
  • this assembly can be in the form of a carpet placed on the ground, on which the vehicle V is parked, the carpet T being made in one piece.
  • this one-piece assembly for example the carpet, may have visual means, such as colored strips or the like which can help the driver to place the vehicle in a compliant manner, so that the connection between plug 1 and the socket 2 can be established.
  • each wedge or stop device can be secured and integrated into the belt T.
  • the position or presence sensors are integrated into the belt, at the level of the wedge, near the stop device or in the body of the mat T.
  • the mat T thus forms a one-piece assembly that is easily deployable and integrates all the elements necessary for the operation of the second part of the connection system of the invention.
  • the second detection means 23 can be produced in the form of one or more position sensors 230, integrated into at least one wedge 40 in which a wheel (front or rear) of the vehicle V is intended to position itself.
  • Two wedges 40 each for a front wheel or for a rear wheel of the vehicle, can be placed on either side of the second connection unit GU.
  • At least one position sensor 230 is thus integrated into the wedge to detect the presence of the vehicle wheel and thus determine the position of the vehicle relative to the second connection unit GU.
  • the second detection means 23 can be produced in the form of one or more position sensors 231, associated with at least one stop device 41, against which at least one wheel of the vehicle is caused to abut when the vehicle comes to park.
  • Two stop devices 41 each for a front wheel or for a rear wheel of the vehicle, can be arranged on the carpet T intended to be placed on the ground, on either side of the second connection unit GU.
  • At least one position sensor 231 is thus integrated into the mat T in front of the stop device to detect the presence of the vehicle wheel and thus determine the position of the vehicle relative to the second connection unit GU.
  • the second detection means 23 can be produced in the form of one or more presence sensors
  • two presence sensors 232 determining the presence of a vehicle near the second connection unit.
  • two presence sensors 232 one for each front or rear wheel of the vehicle V, are for example integrated into the mat T in which the second connection unit is integrated.
  • the second detection means 23 are integrated into the entire mat T in which the second connection unit is integrated.
  • the second detection means 23 determine the presence of a vehicle near the second connection unit GU.
  • the position of vehicle V is not known.
  • the position of the vehicle is for example determined by taking into account the intensity of the magnetic field generated by the second connection unit GU and detected by the first detection means 13 of the first connection unit VU, located on the vehicle side. Thanks to this data collected by the first control unit UC_1, the user can be guided to position the vehicle and its first connection unit VU in a determined and adapted position relative to that of the second connection unit GU.
  • the first control unit UC_1 detects, thanks to its monitoring means (for example coupled to a vehicle speed sensor), the slowing down of the vehicle V and wakes up (signal S1) the first detection means 13 (for example hall effect sensor) of the first connection unit VU when the speed V_v of the vehicle falls below a certain threshold.
  • the monitoring means for example coupled to a vehicle speed sensor
  • the first detection means 13 for example hall effect sensor
  • the second detection means 23 position and/or presence sensor associated with the second connection unit GU, detect the presence and/or position of the vehicle V, and send a detection signal S2 to the second control unit UC_2 to wake up the second connection unit GU.
  • E20 - Figure 5C On receipt of this detection signal, the second control unit UC_2 activates (control signal S3), for example at least one of the guide coils 25 of the second connection unit GU to generate a magnetic field B around the second connection unit GU.
  • the first detection means 13 for example hall effect sensor
  • the first connection unit VU detects the presence of the magnetic field B and send a detection signal S4 to the first control unit UC_1.
  • This step makes it possible to validate the correct positioning of the first connection unit VU in relation to the second connection unit GU. In other words, by detecting the presence of the magnetic field generated by the guide coil, the first connection unit VU knows that it is close to (in the field) the second connection unit GU.
  • the first control unit UC_1 executes a preauthentication procedure. It activates its first means of communication 14 (for example Bluetooth type wireless link) (signal S5) to transmit identification data ID_1 to the second connection unit GU, via its wireless communication interface.
  • first means of communication 14 for example Bluetooth type wireless link
  • signal S5 to transmit identification data ID_1 to the second connection unit GU, via its wireless communication interface.
  • the second control unit UC_2 checks the identification data ID_1 received, via its wireless communication interface, and determines whether the connection sequence can be triggered. This is the case for example when the second control unit UC_2 validates the mechanical and electrical compatibility between socket 2 of the second connection unit GU and plug 1 of the first connection unit VU.
  • the two steps E3 and E30 which concern the preauthentication procedure can be carried out at any time, as long as the first connection unit VU and the second connection unit GU are within range of each other. other. This is of course made possible by the fact that the communication is carried out wirelessly.
  • connection sequence is triggered by the first control unit UC_1 which transmits a message (signal S6) to the second control unit GU connection.
  • This message can be sent automatically once both VU, GU units are operational to initiate the connection sequence or sent by the vehicle driver.
  • the second control unit UC_2 launches the connection sequence, by controlling the guide coils 25, according to a preestablished control sequence.
  • E5 - Figure 5H During the connection sequence, the first control unit UC_1 controls the release of the plug 1 from its storage box 10, using the extraction means 1 1 and the release means (motor 120, reel 121 for example).
  • E40 - Figure 5I The guide sequence applied to the guide coils 25 at the second connection unit GU, makes it possible to attract plug 1 towards socket 2, before establishing the connection between the two.
  • the second connection unit GU executes an authentication procedure.
  • the first connection unit VU and the second connection unit GU thus exchange, for example, identification data I D_2 via their wired communication interface.
  • pre-authentication procedure and the authentication procedure can be of all types and correspond to exchanges of identification data, making it possible in particular to ensure mechanical and electrical compatibility between the two connection units. SEEN, GU. They can also make it possible to determine the price of the recharge and initiate billing for this recharge.
  • the positioning of its first detection means 13 is adapted so that those -these define a detection zone Z1 adapted to capture only the presence of the magnetic field generated by the first connection unit during step E3 described above, and not the presence of the magnetic field created by its own magnetic architecture.
  • Figure 6 illustrates this feature of the invention.
  • One of the particularities of the invention is also linked to the fact that the second connection unit GU is caused to use at least one of its guide coils 25 to generate the magnetic field B during step E3, detectable by the first connection unit VU.
  • the second connection unit GU is advantageously led to disconnect this guide coil 25 to deactivate the magnetic field B, this in order to avoid any magnetic disturbances and to allow it to then begin the connection sequence in step E8 defined above.
  • the guide coil 25 will then be reactivated during the implementation of the connection sequence.
  • the second connection unit GU can trigger a sequence of disconnection of plug 1. After electrical disconnection, the first connection unit VU controls the return of the plug 1 to its storage box 10. As indicated above, the second connection unit GU may be able to initiate a billing process for the charging service.
  • the invention thus presents numerous advantages, including:

Landscapes

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  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

L'invention concerne un procédé de connexion électrique automatique mis en œuvre pour la recharge filaire d'un véhicule électrique ou hybride rechargeable, entre une fiche (1) reliée à un ensemble d'alimentation électrique du véhicule électrique, et une prise (2) reliée à un réseau électrique d'alimentation auquel l'ensemble d'alimentation du véhicule électrique doit se connecter pour se recharger, la fiche (1) étant logée initialement dans un boîtier d'une première unité de connexion (VU) située côté véhicule et comprenant une première unité de contrôle (UC_1), et la prise (2) étant portée par une deuxième unité de connexion (GU) située côté réseau électrique et comprenant une deuxième unité de contrôle (UC_2), la fiche (1) comportant une première architecture magnétique (AM_1) et la prise (2) comportant une deuxième architecture magnétique (AM_2), la fiche et la prise étant aptes à s'accoupler mécaniquement par effet magnétique.

Description

Description
Titre de l'invention : Procédé et système de connexion électrique automatique entre deux connecteurs
Domaine technique de l'invention
La présente invention se rapporte à un procédé et à un système de connexion électrique entre deux connecteurs.
Etat de la technique
Il est connu de la demande de brevet WO2017/216458A1 un dispositif de connexion électrique qui se présente sous la forme d'un plateau intégrant une prise électrique à attraction magnétique. La prise électrique est positionnée au centre et le plateau présente une surface qui s'étend en périphérie de la face avant de connexion de la prise électrique. La prise électrique est dotée de moyens magnétiques lui permettant d'attirer, par effet magnétique, une fiche électrique dotée de moyens magnétiques correspondants. La connexion électrique est réalisée entre la prise et la fiche lorsque les deux éléments sont collés par l'effet magnétique. La fiche est raccordée à un appareil électrique, tel que par exemple un système d'alimentation d'un véhicule électrique. Dans une réalisation particulière, le dispositif comporte plusieurs bobines de forme annulaire qui sont intégrées au plateau en étant positionnées de manière concentrique autour de la prise électrique. En fonctionnement, le plateau intégrant la prise électrique est par exemple posé sur le sol et raccordé au secteur par un câble électrique. La fiche est libérée de l'appareil à proximité du plateau. Les bobines sont commandées par une séquence de commande adaptée pour guider la fiche vers le centre du plateau et donc vers la prise électrique. La connexion est concrétisée par l'attraction magnétique présente entre les moyens magnétiques respectifs de la prise et de la fiche.
Cette solution antérieure ne concerne que le principe permettant de réaliser la connexion entre la fiche et la prise, notamment grâce aux bobines intégrés au plateau posé sur le sol. Ce document antérieur ne s'intéresse pas aux étapes préalables à la connexion entre la fiche et la prise, notamment celles qui concernent l'activation de chaque unité de connexion, côté véhicule et côté réseau électrique.
La demande de brevet US2020/269714A1 décrit une solution de charge d'un véhicule électrique. Le brevet US10090885B2 décrit une solution de charge de véhicule électrique par induction. Il prévoit notamment une méthode d'alignement entre les deux antennes par champs magnétiques.
Le brevet US9446675B2 décrit une solution de recharge d'un véhicule électrique par induction, utilisant des moyens d'alignement avec des antennes réceptrices.
La demande de brevet JP2013225969 décrit un procédé d'identification mis en oeuvre dans une solution de recharge de véhicule par induction.
La demande de brevet WO2019/204377A1 décrit un système et un procédé d'alignement dans une solution de charge d'un véhicule électrique par induction.
Le but de l'invention est de proposer un procédé de connexion électrique automatique, pouvant intégrer l'ensemble des étapes nécessaires pour assurer la connexion filaire entre une fiche située côté véhicule et une prise située côté réseau électrique.
Exposé de l'invention
Ce but est atteint par un procédé de connexion électrique automatique mis en oeuvre pour la recharge filaire d'un véhicule électrique ou hybride rechargeable, entre une fiche reliée à un ensemble d'alimentation électrique du véhicule électrique, et une prise reliée à un réseau électrique d'alimentation auquel l'ensemble d'alimentation du véhicule électrique doit se connecter pour se recharger, la fiche étant logée initialement dans un boîtier d'une première unité de connexion située côté véhicule et comprenant une première unité de contrôle, et la prise étant portée par une deuxième unité de connexion située côté réseau électrique et comprenant une deuxième unité de contrôle, la fiche (1 ) comportant une première architecture magnétique et la prise comportant une deuxième architecture magnétique, la fiche et la prise étant aptes à s'accoupler mécaniquement par effet magnétique, ledit procédé comportant :
Une étape de génération par la deuxième unité de connexion d'un champ magnétique à l'aide d'une bobine électromagnétique,
Une étape de détection par la première unité de connexion dudit champ magnétique généré par la deuxième unité de connexion,
Une étape de libération automatique de la fiche en dehors du boîtier de la première unité de connexion après détection de la présence dudit champ magnétique, en vue de venir la connecter sur la prise,
Une étape de lancement d'une séquence de connexion électrique, la séquence de connexion électrique comportant des étapes exécutées pour attirer la fiche par effet magnétique vers la prise par activation de ladite bobine électromagnétique, en vue de venir connecter la fiche sur la prise.
Selon l'invention, la bobine électromagnétique est donc employée pour détecter la présence de la deuxième unité de connexion par la première unité de connexion, ainsi que dans la séquence de connexion de la fiche vers la prise, pour guider la fiche vers la prise.
Selon une particularité, le procédé comporte une étape préalable de détection de la position du véhicule par rapport à la deuxième unité de connexion et une étape d'activation de la deuxième unité de contrôle de la deuxième unité de connexion lorsque le véhicule est dans une position à l'arrêt déterminée.
Selon une autre particularité, le procédé comporte une étape préalable de détection de la présence du véhicule à proximité de la deuxième unité de connexion et une étape de lancement d'une séquence de guidage du véhicule pour l'amener dans une position déterminée par rapport à la deuxième unité de connexion.
Selon une autre particularité, le procédé comporte une étape de surveillance de la vitesse du véhicule et une étape d'activation de moyens de détection de la première unité de connexion, mise en oeuvre en tenant compte de ladite vitesse surveillée.
Selon une autre particularité, le procédé comporte une étape de pré-authentification entre la première unité de connexion et la deuxième unité de connexion, réalisée par échange de données via une liaison sans-fil entre les deux unités de connexion, mise en oeuvre préalablement à l'étape de lancement de la séquence de connexion électrique. Selon une autre particularité, le procédé comporte une étape d'authentification par échange de données via une liaison filaire entre la première unité de connexion et la deuxième unité de connexion, lorsque la fiche est connectée sur la prise.
L'invention concerne également un système de connexion électrique automatique utilisé pour la recharge filaire d'un véhicule électrique ou hybride, comprenant une fiche reliée à un ensemble d'alimentation électrique du véhicule électrique, et une prise reliée à un réseau électrique d'alimentation auquel l'ensemble d'alimentation du véhicule électrique doit se connecter pour se recharger, le système comprenant une première unité de connexion comprenant un boîtier dans lequel est logé initialement la fiche, ladite première unité de connexion étant située côté véhicule et comprenant une première unité de contrôle, et une deuxième unité de connexion portant la prise, située côté réseau électrique et comprenant une deuxième unité de contrôle, la fiche et la prise étant aptes à s'accoupler mécaniquement par effet magnétique, ledit système étant caractérisé en ce que :
La deuxième unité de connexion comporte des moyens de génération d'un champ magnétique à l'aide d'une bobine électromagnétique, activables par la deuxième unité de contrôle,
La première unité de connexion comporte des premiers moyens de détection dudit champ magnétique généré par la deuxième unité de connexion,
La première unité de connexion comporte des moyens de libération automatique de la fiche en dehors dudit boîtier de la première unité de connexion, activés après détection de la présence dudit champ magnétique pour la connecter à la prise,
La deuxième unité de contrôle est configurée pour activer une séquence de connexion électrique, la séquence de connexion électrique comportant des étapes exécutées pour attirer la fiche par effet magnétique vers la prise par activation de ladite bobine électromagnétique, en vue de venir connecter la fiche sur la prise.
Selon une particularité, le système comporte des deuxièmes moyens de détection de la présence du véhicule à proximité de la deuxième unité de connexion et des moyens d'exécution d'une séquence de guidage du véhicule pour l'amener dans une position déterminée par rapport à la deuxième unité de connexion.
Selon une autre particularité, le système comporte des moyens de surveillance de la vitesse du véhicule et en ce que la première unité de contrôle est configurée pour activer des premiers moyens de détection, en tenant compte de ladite vitesse surveillée.
Selon une autre particularité, la première unité de contrôle et la deuxième unité de contrôle sont configurées pour exécuter une séquence de pré-authentification entre la première unité de connexion et la deuxième unité de connexion, par échange de données d'identification via une liaison sans-fil entre les deux unités de connexion, préalablement à la connexion électrique entre la fiche et la prise.
Selon une autre particularité, la première unité de contrôle et la deuxième unité de contrôle sont configurées pour exécuter une séquence d'authentification entre la première unité de connexion et la deuxième unité de connexion, par échange de données d'identification via une liaison filaire entre les deux unités de connexion, une fois que la fiche est connectée sur la prise.
Selon une autre particularité, la séquence de connexion électrique est configurée pour activer des moyens électromagnétiques de la deuxième unité de connexion, lesdits moyens électromagnétiques étant agencés pour attirer la fiche par effet magnétique vers la prise.
Selon une autre particularité, la deuxième unité de contrôle est configurée pour activer lesdits moyens électromagnétiques de la deuxième unité de connexion comme moyens de génération du champ magnétique.
Selon une autre particularité, les premiers moyens de détection sont agencés dans la première unité de connexion pour détecter la présence dudit champ magnétique généré par la deuxième unité de connexion et pour discriminer sa présence par rapport à celle d'un deuxième champ magnétique générée par la première architecture magnétique.
Selon une autre particularité, le système comporte des deuxièmes moyens de détection de la position du véhicule par rapport à la deuxième unité de connexion et des moyens d'activation de la deuxième unité de connexion lorsque le véhicule est dans une position à l'arrêt déterminée.
Selon une autre particularité, la deuxième unité de connexion est intégrée dans un tapis dans lequel sont également intégrés lesdits deuxièmes moyens de détection.
Selon une autre particularité, le système comporte au moins une cale fixée audit tapis, ladite cale intégrant au moins un capteur de position desdits deuxièmes moyens de détection.
Selon une autre particularité, le système comporte au moins un dispositif d'arrêt fixée audit tapis, au moins un capteur de position desdits deuxièmes moyens de détection étant intégré audit tapis, à proximité dudit dispositif d'arrêt.
Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages vont apparaître dans la description détaillée qui suit faite en regard des dessins annexés dans lesquels :
La figure 1 représente de manière schématique le système de connexion conforme à l'invention ;
La figure 2 représente l'architecture fonctionnelle du système de connexion conforme à l'invention ;
Les figures 3A à 3D montrent différentes variantes de réalisation de la deuxième partie du système de connexion de l'invention ;
La figure 4 montre un diagramme montrant les différentes étapes mises en oeuvre lors du procédé de connexion entre la fiche et la prise, selon l'invention ;
Les figures 5A à 5L illustrent de manière schématique les différentes étapes mises en oeuvre lors du procédé de connexion entre la fiche et la prise, selon l'invention ; La figure 6 illustre une particularité du système de connexion de l'invention ; La figure 7 représente, de manière non limitative, un exemple de réalisation des deux architectures magnétiques, réparties dans la fiche et dans la prise du système de connexion de l'invention ;
Description détaillée d'au moins un mode de réalisation
L'invention s'applique de manière générale à un système de connexion électrique, pouvant notamment être employé dans une installation électrique destinée à la recharge d'un véhicule électrique.
En référence à la figure 1 , le système se compose de deux parties, l'une des deux parties étant destinée à être raccordée à un réseau électrique R d'alimentation, et l'autre partie étant destinée à être raccordée à un ensemble d'alimentation d'un véhicule V électrique ou hybride rechargeable.
Toute solution de connexion électrique vers l'ensemble d'alimentation électrique du véhicule V ou vers le réseau électrique R d'alimentation pourra être envisagée, telle que câble, tige conductrice, ou autre solution équivalente...
La première partie du système comporte une première unité de connexion VU située côté véhicule V et portant une fiche 1 électrique et la deuxième partie comporte une deuxième unité de connexion GU, située côté réseau électrique R d'alimentation et portant une prise 2 électrique sur laquelle la fiche 1 est amenée à se connecter.
Le système permet avantageusement de connecter mécaniquement la fiche 1 sur la prise 2 de manière automatique, sans intervention d'un opérateur ou d'un robot, en utilisant uniquement des moyens magnétiques et gravitationnels.
Bien entendu, les termes "fiche" et "prise" sont à comprendre de manière non limitative, sans aucun a priori sur leurs structures respectives et il faut comprendre qu'il s'agit de termes précis pour définir un premier connecteur et un deuxième connecteur, destinés à se connecter mécaniquement et électriquement l'un à l'autre.
Pour la suite de la description, on définit une direction d'assemblage, correspondant à un axe principal (A) selon lequel la fiche 1 vient en appui mécanique contre la prise 2.
Dans la suite de la description les termes "avant" et "arrière" ainsi que "haut" et "bas" et "supérieur" et "inférieur" sont à considérer en tenant compte de la position longitudinale selon l'axe principal (A).
Dans la suite de la description, les termes "intérieur" et "extérieur" sont à considérer selon la position coaxiale par rapport à l'axe principal (A). Lorsque la fiche 1 est connectée sur la prise 2, la partie avant de la fiche 1 vient en appui mécanique contre la partie avant de la prise 2 et une connexion électrique peut ensuite s'établir.
Par connexion entre la fiche et la prise, on entend que la fiche est en contact mécanique contre la prise et qu'un ou plusieurs organes de connexion électrique de la fiche sont connectés électriquement à un ou plusieurs organes de connexion électrique de la prise.
En référence à la figure 1 , la fiche 1 et la prise 2 sont destinées à se connecter par effet magnétique.
La prise 2 est dotée d'une architecture magnétique AM_2 agencée transversalement à l'axe principal (A), lui permettant d'attirer la fiche 1 , dotée pour sa part d'une architecture magnétique AM_1 correspondante. Lorsque la fiche 1 est collée par effet magnétique sur la prise 2 une connexion électrique est également réalisée entre les premiers organes de connexion électrique de la prise 2 et des deuxièmes organes de connexion électrique de la fiche 1 .
Les deux architectures magnétiques utilisées permettent d'assurer le collage de la fiche
1 sur la prise 2 par effet magnétique. Différentes architectures magnétiques permettant le collage de la fiche 1 sur la prise 2 sont notamment décrites dans le brevet EP3317926B1 et dans la demande de brevet WO2020/229321A1. Celles-ci sont applicables à la présente invention mais sont à considérer de manière non limitative. Les deux architectures magnétiques comportent avantageusement plusieurs aimants permanents. Selon une particularité, les deux architectures magnétiques fonctionnent en attraction lorsque la fiche est dans une position angulaire adaptée par rapport à la prise pour établir la connexion, ou en répulsion lorsque la fiche doit être retirée par rapport à la prise lors de la déconnexion.
A titre d'exemple, la figure 7 montre l'architecture magnétique AM_2 présente côté prise
2 et l'architecture magnétique AM_1 présente côté fiche 1. Les deux architectures magnétiques représentées comportent une culasse ferromagnétique 1 10, 210 et une ou plusieurs portions d'aimant permanent fixées sur ladite culasse.
Sur la deuxième architecture magnétique, trois aimants permanents 211 d'un premier jeu s'étendent chacun par exemple sur une plage angulaire AP1 de 55° sur leur portion annulaire et trois aimants permanents 212 d'un deuxième jeu par exemple sur une plage angulaire AP2 de 55°.
Chacun des trois aimants permanents du deuxième jeu vient s'intercaler entre deux aimants permanents du premier jeu, en laissant un intervalle angulaire régulier non nul avec ces deux aimants du premier jeu. L'intervalle angulaire 11 régulier est voisin de 5° entre deux aimants adjacents.
Les aimants permanents du premier jeu et ceux du deuxième jeu sont orientés magnétiquement suivant l'axe principal (A) et dans des sens opposés.
La première architecture magnétique AM_1 présente uniquement un premier jeu de trois aimants permanents 1 11 qui sont identiques aux aimants permanents de la première architecture magnétique.
Il faut noter que les deux architectures magnétiques AM_1 , AM_2 sont configurées pour assurer un collage de la fiche 1 contre la prise 2, par effet magnétique d'attraction, selon une orientation donnée, autour de l'axe principale. Les deux architectures magnétiques AM_1 , AM_2 sont configurées de sorte que la fiche 2 peut prendre plusieurs positions angulaires distinctes lorsqu'elle est collée sur la prise 1 par effet magnétique.
Par exemple, à partir des architectures magnétiques présentées sur la figure 7, la fiche 1 peut prendre trois positions angulaires distinctes, décalées l'une de l'autre de 120°. La fiche 1 peut être dans une première position angulaire, dite à 0°, une deuxième position angulaire dite à -120° et dans une troisième position angulaire dite à +120°.
Bien entendu, les arrangements magnétiques (plages angulaires des aimants et intervalles angulaires entre aimants) de l'architecture magnétique peuvent être ajustés.
La première unité de connexion VU comporte un boîtier 10 dans lequel vient se loger la fiche 1 . Ce boîtier 10 peut être conçu de manière à recouvrir et à protéger les organes de connexion de la fiche 1 lorsque la fiche y est logée. La première unité de connexion VU peut comporter des moyens d'extraction 1 1 de la fiche 1 du boîtier ainsi que des moyens de libération de la fiche 2 par rapport au boîtier 10. Ces moyens de libération de la fiche 1 peuvent consister en un moteur électrique 120 chargé d'entraîner un enrouleur 121 ou autres moyens équivalents, permettant d'enrouler ou de dérouler un câble électrique 122 à l'extrémité duquel la fiche 1 est connectée.
La première unité de connexion VU comporte également des premiers moyens de détection 13 de champ magnétique, associés à la première unité de connexion VU. Ces premiers moyens de détection 13 peuvent comporter un ou plusieurs capteurs, tels que par exemple des capteurs à effet hall.
La première unité de connexion VU peut également comporter des premiers moyens de communication 14 utilisés pour échanger des données, notamment des données d'identification, avec la deuxième unité de connexion GU. Ces premiers moyens de communication 14 peuvent comporter une interface de communication sans-fil et une interface de communication filaire.
La première unité de connexion VU comporte également une première unité de contrôle UC_1 chargée de gérer notamment :
La surveillance d'un paramètre du véhicule, par exemple sa vitesse V_v, en vue d'activer ou de désactiver les premiers moyens de détection 13 et donc de réveiller la première unité de connexion VU ;
La gestion des données reçues en provenance des premiers moyens de détection 13, après leur activation, en vue de détecter la présence de la deuxième unité de connexion GU à proximité ;
La gestion des premiers moyens de communication 14, en vue de commander l'échange de données d'identification, via l'interface de communication sans-fil, avec la deuxième unité de connexion GU lorsque cette dernière est détectée à proximité et que la connexion entre la fiche 1 et la prise 2 n'est pas encore établie ;
L'extraction de la fiche 1 , par commande des moyens d'extraction 1 1 de la fiche 1 par rapport au boîtier 10 et des moyens de libération de la fiche 1 lorsque la première unité de connexion et la deuxième unité de connexion sont pré-authentifiées ;
La gestion des premiers moyens de communication 14, en vue de commander l'échange de données, via l'interface de communication filaire, avec la deuxième unité de connexion GU, une fois que la connexion entre la fiche 1 et la prise 2 est établie ;
Selon un aspect particulier, la première unité de contrôle UC_1 est par exemple apte à activer ou désactiver les premiers moyens de détection 13 en tenant compte de la variation d'au moins un paramètre. Il peut s'agir par exemple de la vitesse du véhicule. Au-dessous d'une valeur seuil de vitesse (en tenant compte d'une hystérésis), la première unité de contrôle UC_1 peut activer les premiers moyens de détection 13, pour les réveiller et les placer en surveillance de la présence d'un champ magnétique environnant suffisamment intense.
La deuxième unité de connexion GU intègre la prise 2. De manière non limitative, cette deuxième unité de connexion GU présente avantageusement un plateau 20 à poser sur un support (par exemple le sol S - l'axe principal (A) est alors orthogonale au sol). Le plateau 20 peut comporter un ou plusieurs connecteurs 30 lui permettant d’être relié au réseau électrique R et éventuellement à un système de communication externe. Des liaisons électriques intégrées au plateau 20 permettent de relier la prise 2 électrique auxdits connecteurs 30.
En référence à la figure 1 , le plateau 20 comporte une enveloppe 21 fermée dont une partie, par exemple centrale, est occupée par la prise 2.
La prise électrique 2 comporte une plage avant 22 par laquelle elle se connecte mécaniquement avec la fiche 1 . Cette plage avant 22 est orientée transversalement à l'axe principal (A) et peut être de toute forme adaptée, plane ou bombée, concave ou convexe. L'enveloppe 21 est située en périphérie de la prise 2 et définit une surface avant s'étendant en périphérie de la plage avant 22 de ladite prise 2. Cette surface avant s'étend au-delà de la plage avant 22 de la prise 2 et n'est pas dédiée à la connexion. La surface avant du plateau 20, autour de la prise 2, peut être plane dans le même plan que celle formée par la plage avant 22 de la prise 2, ou d'une forme bombée concave ou convexe (comme sur les figures annexées). Sous cette surface, l'enveloppe 21 de la deuxième unité de connexion GU intègre des moyens de guidage magnétiques adaptés pour guider la fiche 1 vers la prise 2 lorsque la fiche 1 est en approche. De manière non limitative, la demande de brevet n°WO2017/216458A1 décrit un principe de fonctionnement dans lequel la fiche 1 vient se connecter à la prise 2, par exécution d'une séquence de commande des moyens de guidage magnétiques intégrées à l'enveloppe. Les moyens de guidage magnétiques comportent avantageusement plusieurs bobines électromagnétiques, dites de guidage 25, logées dans l'enveloppe du plateau 20, et agencées de manière concentrique, autour de la prise 2. La séquence de commande peut consister à activer une ou plusieurs des bobines de guidage 25, de manière à amener la fiche 1 au plus proche de la prise 2, en agissant par effet magnétique sur l'architecture magnétique AM_1 de la fiche 1. Une fois que la fiche 1 a été ramenée à proximité de l'axe de la prise 2, les deux architectures magnétiques AM_1 , AM_2, situées côté fiche 1 et côté prise 2, permettent de finaliser la connexion entre les deux éléments.
La deuxième partie du système comporte également des deuxièmes moyens de détection 23 de la position du véhicule, associés à la deuxième unité de connexion GU. Ces deuxièmes moyens de détection 23 peuvent comporter au moins un capteur de présence et/ou au moins un capteur de position. Ces deuxièmes moyens de détection 23 sont utilisés par la deuxième unité de connexion GU pour s'assurer que le véhicule V est dans une position déterminée, afin de déterminer si une séquence de connexion avec la fiche 1 peut être démarrée. On verra ci-après que ces deuxièmes moyens de détection 23 peuvent être intégrés dans différentes architectures associées à la deuxième unité de connexion GU.
La deuxième unité de connexion GU peut également comporter des deuxièmes moyens de communication 24 utilisés pour échanger des données, notamment des données d'identification, avec la première unité de connexion VU. Ces deuxièmes moyens de communication 24 peuvent comporter une interface de communication sans-fil et une interface de communication filaire.
La deuxième unité de connexion GU comporte une deuxième unité de contrôle UC_2 configurée pour :
Recevoir les données en provenance des deuxièmes moyens de détection 23 et les traiter en vue de déterminer si le véhicule V est dans une position déterminée ;
- Activer au moins une bobine de guidage 25 des moyens de guidage magnétique, pour générer un champ magnétique détectable par les premiers moyens de détection 13 de la première unité de connexion VU ; Cette action est par exemple exécutée lorsque la présence du véhicule V ou la position du véhicule est détectée par les deuxièmes moyens de détection 23 ;
La gestion de ses deuxièmes moyens de communication 24, en vue de commander l'échange de données d'identification, via l'interface de communication sans fil, avec la première unité de connexion VU lorsque cette dernière est détectée à proximité et que la connexion entre la fiche 1 et la prise 2 n'est pas encore établie ;
Lancer la séquence de connexion de la fiche 1 vers la prise 2, lorsque la présence de la fiche 1 est détectée à proximité de la deuxième unité de connexion GU ; La séquence de connexion comporte la séquence de commande des bobines de guidage 25, utilisés pour attirer la fiche 1 vers la prise 2 ;
La gestion de ses deuxièmes moyens de communication 24, en vue de commander l'échange de données, via l'interface de communication filaire, avec la première unité de connexion VU, une fois que la connexion entre la fiche 1 et la prise 2 est établie ; Du côté de la deuxième unité de connexion GU, les deuxièmes moyens de détection 23 peuvent être réalisés selon différentes solutions définies ci-dessous et intégrés selon différentes architectures de support. Pour chacune de ces solutions, la deuxième unité de contrôle UC_2 est configurée pour générer un champ magnétique détectable par la première unité de connexion VU, lorsque la présence et/ou la position du véhicule V est détectée.
Pour ces différentes solutions, il faut noter que la deuxième partie du système, intégrant la deuxième unité de connexion GU, les deuxièmes moyens de détection 23 et l'architecture de support des deuxièmes moyens de détection 23, peut être réalisée sous la forme d'un ensemble monobloc, logeant la câblerie et les moyens nécessaires au fonctionnement de la deuxième partie du système. De manière avantageuse, cet ensemble peut se présenter sous la forme d'un tapis disposé sur le sol, sur lequel le véhicule V est amené à se garer, le tapis T étant réalisé en une seule pièce. Il faut noter que cet ensemble monobloc, par exemple le tapis, peut disposer de moyens visuels, telles que des bandes colorées ou équivalents pouvant aider le conducteur à venir placer le véhicule de manière conforme, pour que la connexion entre la fiche 1 et la prise 2 puisse s'établir.
On verra ci-dessous que chaque cale ou dispositif de butée peut être solidarisé et intégré au tapis T. Les capteurs de position ou de présence sont intégrés au tapis, au niveau de la cale, à proximité du dispositif de butée ou dans le corps du tapis T. Le tapis T forme ainsi un ensemble monobloc facilement déployable et intégrant tous les éléments nécessaires au fonctionnement de la deuxième partie du système de connexion de l'invention.
Dans une première solution représentée sur la figure 3A, les deuxièmes moyens de détection 23 peuvent être réalisés sous la forme d'un ou plusieurs capteurs de position 230, intégrés à au moins une cale 40 dans laquelle une roue (avant ou arrière) du véhicule V est destinée à se positionner. Deux cales 40, chacune pour une roue avant ou pour une roue arrière du véhicule, peuvent être disposés de part et d'autre de la deuxième unité de connexion GU. Au moins un capteur de position 230 est ainsi intégré dans la cale pour détecter la présence de la roue du véhicule et ainsi déterminer la position du véhicule par rapport à la deuxième unité de connexion GU.
Dans une deuxième solution représentée sur la figure 3B, les deuxièmes moyens de détection 23 peuvent être réalisés sous la forme d'un ou plusieurs capteurs de position 231 , associés à au moins un dispositif de butée 41 , contre lequel au moins une roue du véhicule est amenée à buter lorsque le véhicule vient se garer. Deux dispositifs de butée 41 , chacun pour une roue avant ou pour une roue arrière du véhicule, peuvent être disposés sur le tapis T destiné à être posé sur le sol, de part et d'autre de la deuxième unité de connexion GU. Au moins un capteur de position 231 est ainsi intégré dans le tapis T devant le dispositif de butée pour détecter la présence de la roue du véhicule et ainsi déterminer la position du véhicule par rapport à la deuxième unité de connexion GU.
Dans une troisième solution représentée sur la figure 3C, les deuxièmes moyens de détection 23 peuvent être réalisés sous la forme d'un ou plusieurs capteurs de présence
232, déterminant la présence d'un véhicule à proximité de la deuxième unité de connexion. Dans cette configuration, deux capteurs de présence 232, un pour chaque roue avant ou arrière du véhicule V, sont par exemple intégrés au tapis T dans lequel la deuxième unité de connexion est intégrée.
Dans une quatrième solution représentée sur la figure 3D, les deuxièmes moyens de détection 23 sont intégrés dans la totalité du tapis T dans lequel la deuxième unité de connexion est intégrée. Les deuxièmes moyens de détection 23 déterminent la présence d'un véhicule à proximité de la deuxième unité de connexion GU. Dans cette configuration, la position du véhicule V n'est pas connue. La position du véhicule est par exemple déterminée en tenant compte de l'intensité du champ magnétique généré par la deuxième unité de connexion GU et détectée par les premiers moyens de détection 13 de la première unité de connexion VU, située côté véhicule. Grâce à ces données recueillies par la première unité de contrôle UC_1 , l'utilisateur peut être guidé pour positionner le véhicule et sa première unité de connexion VU dans une position déterminée et adaptée par rapport à celle de la deuxième unité de connexion GU.
Le principe de fonctionnement du système de l'invention est décrit plus en détail ci- dessous, en liaison avec la figure 4 et les figures 5A à 5L. Il faut noter que certaines étapes décrites ci-dessous restent optionnelles ou pourraient être mises en oeuvre différemment.
E1 - Figure 5A : La première unité de contrôle UC_1 détecte, grâce à ses moyens de surveillance (par exemple couplés à un capteur de vitesse du véhicule), le ralentissement du véhicule V et réveille (signal S1 ) les premiers moyens de détection 13 (par exemple capteur effet hall) de la première unité de connexion VU lorsque la vitesse V_v du véhicule passe sous un certain seuil.
E10 - Figure 5B : Les deuxièmes moyens de détection 23 (capteur de position et/ou de présence) associés à la deuxième unité de connexion GU, détectent la présence et/ou la position du véhicule V, et envoient un signal de détection S2 à la deuxième unité de contrôle UC_2 pour réveiller la deuxième unité de connexion GU.
E20 - Figure 5C : A réception de ce signal de détection, la deuxième unité de contrôle UC_2 active (signal de commande S3) par exemple au moins l'une des bobines de guidage 25 de la deuxième unité de connexion GU pour générer un champ magnétique B autour de la deuxième unité de connexion GU.
E2 - Figure 5D : Les premiers moyens de détection 13 (par exemple capteur effet hall), associés à la première unité de connexion VU, détectent la présence du champ magnétique B et envoient un signal de détection S4 à la première unité de contrôle UC_1. Cette étape permet de valider le bon positionnement de la première unité de connexion VU par rapport à la deuxième unité de connexion GU. Autrement dit, par détection de la présence du champ magnétique générée par la bobine de guidage, la première unité de connexion VU sait qu'elle est à proximité (dans le champ) de la deuxième unité de connexion GU.
E3 - Figure 5E : La première unité de contrôle UC_1 exécute une procédure de préauthentification. Elle active ses premiers moyens de communication 14 (par exemple liaison sans-fil de type Bluetooth) (signal S5) pour émettre des données d'identification ID_1 à destination de la deuxième unité de connexion GU, via son interface de communication sans-fil.
E30 - Figure 5F : La deuxième unité de contrôle UC_2 vérifie les données d'identification ID_1 reçues, via son interface de communication sans-fil, et détermine si la séquence de connexion peut être déclenchée. C'est le cas par exemple lorsque la deuxième unité de contrôle UC_2 valide la compatibilité mécanique et électrique entre la prise 2 de la deuxième unité de connexion GU et la fiche 1 de la première unité de connexion VU.
Il faut noter que les deux étapes E3 et E30 qui concernent la procédure de préauthentification peuvent être réalisées à tout moment, dès l'instant que la première unité de connexion VU et la deuxième unité de connexion GU sont à portée l'une de l'autre. Ceci est bien entendu permis par le fait que la communication est réalisée sans-fil.
E4 - Figure 5G : La séquence de connexion est déclenchée par la première unité de contrôle UC_1 qui émet un message (signal S6) à destination de la deuxième unité de connexion GU. Ce message peut être envoyé de manière automatique une fois que les deux unités VU, GU sont opérationnelles pour lancer la séquence de connexion ou envoyé par le conducteur du véhicule. La deuxième unité de contrôle UC_2 lance la séquence de connexion, par commande des bobines de guidage 25, selon une séquence de commande préétablie.
E5 - Figure 5H : Lors de la séquence de connexion, la première unité de contrôle UC_1 commande la libération de la fiche 1 de son boîtier de stockage 10, à l'aide des moyens d'extraction 1 1 et des moyens de libération (moteur 120, enrouleur 121 par exemple).
E40 - Figure 5I : La séquence de guidage appliquée aux bobines de guidage 25 au niveau de la deuxième unité de connexion GU, permet d'attirer la fiche 1 vers la prise 2, avant d'établir la connexion entre les deux.
E6 - E50 - Figure 5J : La connexion mécanique et électrique est établie entre la fiche 1 et la prise 2.
E60 - E7 - Figure 5K : La deuxième unité de connexion GU exécute une procédure d'authentification. La première unité de connexion VU et la deuxième unité de connexion GU échangent ainsi par exemple des données d'identification I D_2 via leur interface de communication filaire.
EF - Figure 5L : La première unité de connexion VU et la deuxième unité de connexion GU sont appairées, la fiche 1 et la prise 2 sont connectées : La charge du véhicule V est commandée par la deuxième unité de contrôle UC_2.
Il faut noter que la procédure de pré-authentification et la procédure d'authentification peuvent être de tous types et correspondent à des échanges de données d'identification, permettant notamment de s'assurer de la compatibilité mécanique et électrique entre les deux unités de connexion VU, GU. Elles peuvent permettre également de déterminer la tarification de la recharge et de lancer la facturation de cette recharge.
Il faut également noter que, dans l'architecture de la première unité de connexion VU, le positionnement de ses premiers moyens de détection 13 (par exemple des capteurs à effet hall positionnés sur le boîtier en périphérie de la fiche) est adapté pour que ceux-ci définissent une zone de détection Z1 adaptée pour capter uniquement la présence du champ magnétique généré par la première unité de connexion lors de l'étape E3 décrite ci-dessus, et non la présence du champ magnétique créé par sa propre architecture magnétique. La figure 6 permet d'illustrer cette particularité de l'invention. L'une des particularités de l'invention est par ailleurs liée au fait que la deuxième unité de connexion GU est amenée à utiliser au moins l'une de ses bobines de guidage 25 pour générer le champ magnétique B lors de l'étape E3, détectable par la première unité de connexion VU. Une fois que la première unité de connexion VU a détecté la présence de ce champ magnétique B (et validé qu'elle était dans le champ de la deuxième unité de connexion GU) et après la pré-authentification, la deuxième unité de connexion GU est avantageusement amenée à déconnecter cette bobine de guidage 25 pour désactiver le champ magnétique B, ceci afin d'éviter toutes perturbations magnétiques et de lui permettre de pouvoir débuter ensuite la séquence de connexion à l'étape E8 définie ci-dessus. La bobine de guidage 25 sera ensuite réactivée lors de la mise en oeuvre de la séquence de connexion.
Il faut noter que la séquence de déconnexion est plus simple car les deux unités de connexion se "connaissent" déjà. Lorsque la déconnexion est commandée (à la fin de la charge ou par commande du conducteur), la deuxième unité de connexion GU peut déclencher une séquence de déconnexion de la fiche 1. Après déconnexion électrique, la première unité de connexion VU commande le retour de la fiche 1 vers son boîtier 10 de stockage. Comme indiqué ci-dessus, la deuxième unité de connexion GU peut être en mesure de lancer un processus de facturation de la prestation de charge.
L'invention présente ainsi de nombreux avantages, parmi lesquels :
Une solution complète pour assurer la connexion de manière automatique entre la fiche et la prise, sans intervention d'un opérateur ou d'un robot ;
Une solution simple, sûre, efficace et particulièrement compacte ;

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de connexion électrique automatique mis en oeuvre pour la recharge filaire d'un véhicule électrique ou hybride rechargeable, entre une fiche (1) reliée à un ensemble d'alimentation électrique du véhicule électrique, et une prise (2) reliée à un réseau électrique d'alimentation auquel l'ensemble d'alimentation du véhicule électrique doit se connecter pour se recharger, la fiche (1 ) étant logée initialement dans un boîtier d'une première unité de connexion (VU) située côté véhicule et comprenant une première unité de contrôle (UC_1 ), et la prise (2) étant portée par une deuxième unité de connexion (GU) située côté réseau électrique et comprenant une deuxième unité de contrôle (UC_2), la fiche (1 ) comportant une première architecture magnétique (AM_1 ) et la prise (2) comportant une deuxième architecture magnétique (AM_2), la fiche et la prise étant aptes à s'accoupler mécaniquement par effet magnétique, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte :
Une étape de génération par la deuxième unité de connexion (GU) d'un champ magnétique à l'aide d'une bobine électromagnétique,
Une étape de détection par la première unité de connexion (VU) dudit champ magnétique généré par la deuxième unité de connexion,
Une étape de libération automatique de la fiche (1 ) en dehors du boîtier de la première unité de connexion (VU) après détection de la présence dudit champ magnétique, en vue de venir la connecter sur la prise (2),
Une étape de lancement d'une séquence de connexion électrique, la séquence connexion électrique comportant des étapes exécutées pour attirer la fiche (1 ) par effet magnétique vers la prise (2) par activation de la bobine électromagnétique, en vue de venir connecter la fiche (1 ) sur la prise (2).
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comporte une étape préalable de détection de la position du véhicule (V) par rapport à la deuxième unité de connexion (GU) et une étape d'activation de la deuxième unité de contrôle (UC_2) de la deuxième unité de connexion (GU) lorsque le véhicule est dans une position à l'arrêt déterminée.
3. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comporte une étape préalable de détection de la présence du véhicule (V) à proximité de la deuxième unité de connexion (GU) et une étape de lancement d'une séquence de guidage du véhicule pour l'amener dans une position déterminée par rapport à la deuxième unité de connexion.
4. Procédé selon la revendication 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de surveillance de la vitesse du véhicule (V) et une étape d'activation de moyens de détection (13) de la première unité de connexion (VU), mise en oeuvre en tenant compte de ladite vitesse surveillée.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de pré-authentification entre la première unité de connexion (VU) et la deuxième unité de connexion (GU), réalisée par échange de données via une liaison sans-fil entre les deux unités de connexion, mise en oeuvre préalablement à l'étape de lancement de la séquence de connexion électrique.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte une étape d'authentification par échange de données via une liaison filaire entre la première unité de connexion (VU) et la deuxième unité de connexion (GU), lorsque la fiche (1 ) est connectée sur la prise (2).
7. Système de connexion électrique automatique utilisé pour la recharge filaire d'un véhicule électrique ou hybride, comprenant une fiche (1 ) reliée à un ensemble d'alimentation électrique du véhicule électrique (V), et une prise (2) reliée à un réseau électrique (R) d'alimentation auquel l'ensemble d'alimentation du véhicule électrique doit se connecter pour se recharger, le système comprenant une première unité de connexion (VU) comprenant un boîtier dans lequel est logé initialement la fiche (1 ), ladite première unité de connexion (VU) étant située côté véhicule et comprenant une première unité de contrôle (UC_1 ), et une deuxième unité de connexion (GU) portant la prise (2), située côté réseau électrique (R) et comprenant une deuxième unité de contrôle (UC_2), la fiche et la prise étant aptes à s'accoupler mécaniquement par effet magnétique, ledit système étant caractérisé en ce que :
La deuxième unité de connexion (GU) comporte des moyens de génération d'un champ magnétique à l'aide d'une bobine électromagnétique, activables par la deuxième unité de contrôle (UC_2),
La première unité de connexion (VU) comporte des premiers moyens de détection (13) dudit champ magnétique (B) généré par la deuxième unité de connexion,
La première unité de connexion (VU) comporte des moyens de libération automatique de la fiche (1 ) en dehors dudit boîtier de la première unité de connexion (VU), activés après détection de la présence dudit champ magnétique (B) pour la connecter à la prise,
La deuxième unité de contrôle (UC_2) est configurée pour activer une séquence de connexion électrique, la séquence connexion électrique comportant des étapes exécutées pour attirer la fiche (1 ) par effet magnétique vers la prise (2) par activation de la bobine électromagnétique, en vue de venir connecter la fiche (1 ) sur la prise (2).
8. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte des deuxièmes moyens de détection (23) de la présence du véhicule à proximité de la deuxième unité de connexion et des moyens d'exécution d'une séquence de guidage du véhicule pour l'amener dans une position déterminée par rapport à la deuxième unité de connexion.
9. Système selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de surveillance de la vitesse du véhicule et en ce que la première unité de contrôle (UC_1 ) est configurée pour activer des premiers moyens de détection (13), en tenant compte de ladite vitesse surveillée.
10. Système selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que la première unité de contrôle (UC_1 ) et la deuxième unité de contrôle (UC_2) sont configurées pour exécuter une séquence de pré-authentification entre la première unité de connexion et la deuxième unité de connexion, par échange de données d'identification (ID_1 ) via une liaison sans-fil entre les deux unités de connexion, préalablement à la connexion électrique entre la fiche et la prise.
11. Système selon l'une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que la première unité de contrôle (UC_1 ) et la deuxième unité de contrôle (UC_2) sont configurées pour exécuter une séquence d'authentification entre la première unité de connexion et la deuxième unité de connexion, par échange de données d'identification (ID_2) via une liaison filaire entre les deux unités de connexion, une fois que la fiche est connectée sur la prise.
12. Système selon l'une des revendications 7 à 1 1 , caractérisé en ce que la séquence de connexion électrique est configurée pour activer des moyens électromagnétiques de la deuxième unité de connexion (GU), lesdits moyens électromagnétiques étant agencés pour attirer la fiche (1 ) par effet magnétique vers la prise (2).
13. Système selon la revendication 12, caractérisé en ce que la deuxième unité de contrôle est configurée pour activer lesdits moyens électromagnétiques de la deuxième unité de connexion (GU) comme moyens de génération du champ magnétique.
14. Système selon l'une des revendications 7 à 13, caractérisé en ce que les premiers moyens de détection sont agencés dans la première unité de connexion pour détecter la présence dudit champ magnétique généré par la deuxième unité de connexion et pour discriminer sa présence par rapport à celle d'un deuxième champ magnétique générée par la première architecture magnétique.
15. Système selon l'une des revendications 7 à 14, caractérisé en ce qu'il comporte des deuxièmes moyens de détection (23) de la position du véhicule (V) par rapport à la deuxième unité de connexion (GU) et des moyens d'activation de la deuxième unité de connexion lorsque le véhicule est dans une position à l'arrêt déterminée.
16. Système selon la revendication 15, caractérisé en ce que la deuxième unité de connexion (GU) est intégrée dans un tapis (T) dans lequel sont également intégrés lesdits deuxièmes moyens de détection (23).
17. Système selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une cale fixée audit tapis (T), ladite cale intégrant au moins un capteur de position desdits deuxièmes moyens de détection (23).
18. Système selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un dispositif d'arrêt fixée audit tapis (T), au moins un capteur de position desdits deuxièmes moyens de détection (23) étant intégré audit tapis, à proximité dudit dispositif d'arrêt.
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