WO2024256764A1 - Dispositif robotisé de charge par induction des batteries d'un véhicule automobile à motorisation électrique ou hybride - Google Patents

Dispositif robotisé de charge par induction des batteries d'un véhicule automobile à motorisation électrique ou hybride Download PDF

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Definitions

  • TITLE ROBOTIC DEVICE FOR INDUCTION CHARGING OF THE BATTERIES OF AN ELECTRIC OR HYBRID MOTOR VEHICLE
  • the invention relates, in general, to means intended for charging or recharging batteries equipping vehicles with electric or hybrid motors and is concerned, in particular, with a robotic induction charging device.
  • Inductive battery charging makes it possible to transfer electrical energy without physical contact, particularly for charging the traction batteries of electric or hybrid vehicles.
  • Inductive charging or recharging devices generally comprise an AC/AC converter, a primary coil electrically connected to the converter and a secondary coil embedded in the vehicle and electrically connected to the batteries by an AC/DC converter.
  • the primary and secondary coils forming an open transformer, must be magnetically coupled in order to ensure an optimal transfer of electrical energy. To this end, they must be arranged opposite each other at a reduced, precise and controlled distance.
  • Patent application US20210316629A1 describes a method for determining the trajectory of a vehicle and its guidance during a parking maneuver relative to the position of a primary induction charging circuit.
  • Patent application US20130088194A1 describes an aerial device for inductively charging a batch of vehicles.
  • This device comprises a primary circuit provided with a moving coil which moves in line with each parked vehicle, aligning itself with a secondary coil embedded in each of the vehicles.
  • Patent FR3072339B1 describes an induction charging device comprising a robot supporting a primary coil and an optical system intended to capture a light signal emitted by a source arranged under the vehicle in order to control the movement of the robot relative to a secondary coil embedded in the vehicle.
  • a device for charging the traction batteries of motor vehicles with electric or hybrid engines equipped with a charging socket said device comprising conductive means and induction means at least partially integrated into a mobile robot and intended for the transfer of electrical energy, characterized in that said conductive means comprise a connector intended to be plugged into the charging socket and which is connected to an element ensuring the connection with a power converter and said inductive means comprise, on the one hand, a first induction coil forming a transmitter carried by the mobile robot and, on the other hand, a second induction coil connected to the power converter and forming, with said conductive means, a receiver external to the vehicles.
  • the external receiver is provided with means ensuring its location and identification by said mobile robot to couple the first coil to the second coil and charge the batteries.
  • the connector is of a type chosen, in particular, from the group AC, DC, type 2, CCS, depending on the electrical characteristics of the vehicle and those of the external receiver.
  • the external receiver is mounted on a support providing free space with the ground to allow the positioning of the mobile robot and the coupling of the two induction coils.
  • the element providing the connection between the connector and the power converter is provided with protection and control means.
  • Another object of the invention is a method for charging the traction batteries of a fleet of motor vehicles with electric or hybrid engines. stopping by means of the device as defined above, characterized in that external receivers are connected to the charging sockets of the vehicles and at least one mobile robot is moved from one vehicle to the other by bringing it closer to their respective external receivers so as to charge the batteries by induction.
  • the movement of the robot and the control of the battery charge are controlled by means of locating and identifying the vehicles.
  • Yet another object of the invention is a use of the method defined above for charging the batteries of motor vehicles with electric or hybrid motorization in a parking or storage area.
  • the improved device according to the invention ensures an automatic and rapid charging mode of the batteries.
  • the management of the charging of the vehicles in stock is thus significantly improved.
  • the charging mode is implemented according to the method of the invention with a large tolerance with respect to the position of the vehicles on the parking areas, whether at the factory exit or in car parks and does not require any arrangement of these areas with the exception of a robot power supply system.
  • the charging device of the invention does away with the laborious and costly installation of specific components on vehicles, unlike prior devices. Indeed, the latter were less reliable and slower to detect the location of vehicles and required the installation of an additional system intended to open the hatch of the charging socket. This device can therefore be easily removed once the required charge level is reached.
  • FIG. 1 is a schematic view of a preferred embodiment of the charging device according to the invention applied to a vehicle.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the implementation of the charging method according to the invention by means of the device of FIG. 1.
  • the invention concerns the charging/recharging of traction batteries equipping electrically powered motor vehicles which are provided with a charging socket. More specifically, the invention proposes means suitable and intended to ensure the charging of the batteries when these vehicles are stationary in parking areas.
  • This device generally comprises conductive means and induction means intended for the transfer of electrical energy between a power supply network and the batteries (not shown) of the vehicles V. These means are at least partially integrated into a mobile robot R powered directly or indirectly by the electrical network, as illustrated in FIG. 1.
  • the conductive means comprise a connector 11 intended to be connected to the charging socket C of a vehicle.
  • This connector 11 is connected to an element 12, such as a cable harness, ensuring the connection with a power converter (not shown).
  • the connecting element 12 is provided with protection and control means (not shown).
  • the inductive means for their part, comprise, on the one hand, a first induction coil 20 carried by the mobile robot R and forming an electric charge transmitter 2 and, on the other hand, a second induction coil 10 connected to the power converter and forming, with the conductive means 11, 12, an electric charge receiver 1 arranged outside the vehicles V.
  • the characteristics of the connector 11 are standard and are chosen from the group consisting, in particular, of the AC, DC, type 2, CCS, or other types, depending on the specific electrical characteristics of the vehicle's electrical equipment and those of the external receiver 1.
  • the power converter for its part, makes it possible to convert the high-frequency AC current, leaving the second coil 10 into DC current at the battery voltage.
  • Means adapted for controlling the voltage and activating/deactivating the receiver 1 can also be integrated into the device.
  • the external receiver 1 is further provided with means ensuring its location and remote identification by the mobile robot R.
  • the robot can recognize the different vehicles and move automatically and, if necessary, autonomously to approach each of the vehicles up to a predetermined and/or programmed distance depending on the charge transfer capacities between the transmitter 2 and the receiver 1.
  • the first coil 20 of the transmitter 2 connects to the second coil 10 of the receiver 1 and the electrical transfer then ensures the progressive charging of the vehicle batteries by induction then conduction.
  • the external receiver 1 is mounted on a support 3 providing a free space with the ground to allow the positioning of the mobile robot R in the immediate vicinity and the coupling of the two induction coils 20, 10.
  • the support 3 comprises elements for wedging and supporting the ground or the body of the vehicle which provide freedom of movement for the robot without, however, creating an overhang.
  • the invention also relates to a method intended to charge the traction batteries of a fleet of motor vehicles (VI, V2, ...) with electric or hybrid engines which are stationary in a storage or parking area.
  • This method is implemented by means of the device as defined above and consists, first of all, in connecting external receivers 1 to the charging sockets C of the vehicles, after opening the hatch which closes and protects this socket. This operation is carried out manually by an operator working in the parking area.
  • the next step consists of moving at least one mobile robot R from an already charged vehicle VI to another vehicle V2 and so on so as to successively bring the transmitter 2 closer to the external receivers 1 of the different vehicles to charge all their batteries by induction.
  • the movement of the robot R and the control of the battery charge are controlled by the means of locating and identifying the vehicles integrated into the external receiver 1.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de charge des batteries de traction de véhicules automobiles (V) à motorisation électrique ou hybride équipés d'une prise de charge (C), ledit dispositif comprenant des moyens conducteurs et des moyens d'induction au moins partiellement intégrés à un robot mobile (R) et destinés au transfert d'énergie électrique, caractérisé en ce que lesdits moyens conducteurs comprennent un connecteur (11) destiné à être branché sur la prise de charge (C) et qui est raccordé à un élément assurant la liaison avec un convertisseur de puissance et lesdits moyens inducteurs comprennent, d'une part, une première bobine (20) d'induction formant un émetteur (2) porté par le robot mobile et, d'autre part, une seconde bobine (10) d'induction raccordée au convertisseur de puissance et formant, avec lesdits moyens conducteurs, un récepteur (1) extérieur aux véhicules.

Description

DESCRIPTION
TITRE : DISPOSITIF ROBOTISÉ DE CHARGE PAR INDUCTION DES BATTERIES D'UN VÉHICULE AUTOMOBILE À MOTORISATION ÉLECTRIQUE OU HYBRIDE
[0001] La présente invention revendique la priorité de la demande française N°2305897 déposée le 12.06.2023 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence.
[0002] L’ invention concerne, de façon générale, les moyens destinés à la charge ou à la recharge des batteries équipant les véhicules à motorisation électrique ou hybride et s’intéresse, en particulier, à un dispositif robotisé de charge par induction.
[0003] Afin de compenser la consommation électrique de la motorisation des véhicules automobiles en phase de roulage ou l’épuisement de l’énergie électrique stockée dans les batteries, il a été envisagé de proposer des solutions de recharge par la route ou au moyen de systèmes robotisés.
[0004] La recharge de batteries par induction permet de réaliser un transfert d'énergie électrique sans contact physique et, notamment, pour la charge des batteries de traction des véhicules électriques ou hybrides.
[0005] Les dispositifs de charge ou de recharge par induction comprennent généralement, un convertisseur AC/AC, une bobine primaire reliée électriquement au convertisseur et une bobine secondaire embarquée dans le véhicule et 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 en vis à vis à une distance réduite, précise et contrôlée.
[0006] Aujourd’hui, quels que soient les moyens de charge mis en œuvre, ces derniers ont tendance à évoluer vers l’utilisation de moyens automatiques et autonomes permettant de réaliser les opérations de connexion et de déconnexion de ces moyens de façon robotisée. Or, pour toutes les solutions de recharge existantes, l’installation d’un récepteur inductif ou conductif est alors nécessaire, sauf à utiliser une prise de charge conventionnelle qui n’exige pas l’implantation dans le véhicule d’un récepteur de charge supplémentaire (circuit secondaire inductif ou connecteur conductif).
[0007] Toutefois, pour des opérations ponctuelles et temporaires de charge susceptibles de bénéficier d’une méthode de charge automatique, comme celles devant être effectuées, par exemple, sur les parkings d’usine d’assemblage des véhicules ou sur les parkings d’entreposage des stocks de véhicules en vente, il est fastidieux, complexe et donc trop coûteux d’installer un récepteur de charge dans chacun de ces véhicules, d’autant qu’il serait éventuellement démonté par la suite.
[0008] La demande de brevet US20210316629A1 décrit une méthode de détermination de la trajectoire d’un véhicule et de son guidage lors d’une manœuvre de parking par rapport à la position d’un circuit primaire de charge par induction.
[0009] La demande de brevet US20130088194A1 décrit un dispositif aérien de charge par induction d’un lot de véhicules. Ce dispositif comprend un circuit primaire pourvu d’une bobine mobile qui se déplace au droit de chaque véhicule stationné en s’alignant sur une bobine secondaire embarquée dans chacun des véhicules.
[0010] Le brevet FR3072339B1 décrit un dispositif de recharge par induction comprenant un robot supportant une bobine primaire et un système optique destiné à capter un signal lumineux émis par une source disposée sous le véhicule afin de piloter le déplacement du robot par rapport à une bobine secondaire embarquée dans le véhicule.
[0011] Cependant, ces moyens de recharge connus ou existants nécessitent l’implantation dans les véhicules d’un circuit secondaire d’induction et n’offrent pas, en outre, une grande liberté dans l’organisation du stationnement et dans la disposition des véhicules sur un parking.
[0012] Dans ce contexte, il a donc été recherché une solution technique permettant de résoudre les problématiques posées par les moyens actuels ou connus de charge des batteries en proposant un dispositif susceptible d’être, d’une part, connecté au véhicule via sa prise de charge et, d’autre part, alimenté en énergie électrique par un robot mobile via un couplage inductif.
[0013] Ce but est atteint, selon l’invention, au moyen d’un dispositif de charge des batteries de traction de véhicules automobiles à motorisation électrique ou hybride équipés d’une prise de charge, ledit dispositif comprenant des moyens conducteurs et des moyens d’induction au moins partiellement intégrés à un robot mobile et destinés au transfert d’énergie électrique, caractérisé en ce que lesdits moyens conducteurs comprennent un connecteur destiné à être branché sur la prise de charge et qui est raccordé à un élément assurant la liaison avec un convertisseur de puissance et lesdits moyens inducteurs comprennent, d’une part, une première bobine d’induction formant un émetteur porté par le robot mobile et, d’autre part, une seconde bobine d’induction raccordée au convertisseur de puissance et formant, avec lesdits moyens conducteurs, un récepteur extérieur aux véhicules.
[0014] Selon une caractéristique avantageuse du dispositif de charge de l’invention, le récepteur externe est pourvu de moyens assurant sa localisation et son identification par ledit robot mobile pour coupler la première bobine à la seconde bobine et charger les batteries.
[0015] Selon une autre caractéristique du dispositif de l’invention, le connecteur est d’un type choisi, notamment, dans le groupe AC, DC, type 2, CCS, en fonction des caractéristiques électriques du véhicule et de celles du récepteur externe.
[0016] Selon une variante de réalisation du dispositif de charge de l’invention, le récepteur externe est monté sur un support ménageant un espace libre avec le sol pour permettre le positionnement du robot mobile et le couplage des deux bobines d’induction.
[0017] De préférence, l’élément assurant la liaison entre le connecteur et le convertisseur de puissance est pourvu de moyens de protection et de contrôle commande.
[0018] Un autre objet de l’invention est un procédé de charge des batteries de traction d’une flotte de véhicules automobiles à motorisation électrique ou hybride à l’arrêt au moyen du dispositif tel que défini ci-dessus, caractérisé en ce qu’on branche des récepteurs externes sur les prises de charge des véhicules et on effectue le déplacement d’au moins un robot mobile d’un véhicule à l’autre en l’approchant de leurs récepteurs externes respectifs de façon à charger les batteries par induction.
[0019] Selon un mode de mise en œuvre spécifique du procédé de l’invention, le déplacement du robot et le contrôle de la charge des batteries sont pilotés par des moyens de localisation et d’identification des véhicules.
[0020] Encore un autre objet de l’invention est une utilisation du procédé défini ci- dessus pour la charge des batteries de véhicules automobiles à motorisation électrique ou hybride sur une aire de stationnement ou de stockage.
[0021] Grâce à la combinaison entre les récepteurs branchés sur les divers véhicules et l’émetteur porté par le robot mobile, le dispositif perfectionné selon l’invention assure un mode de charge automatique et rapide des batteries. La gestion de la charge des véhicules en stock s’en trouve ainsi améliorée de façon significative.
[0022] En outre, le mode de charge est mis en œuvre selon le procédé de l’invention avec une grande tolérance vis à vis de la position des véhicules sur les aires de stationnement, que ce soit en sortie d’usine ou sur des parkings et n’impose aucun aménagement de ces aires à l’exception d’un système d’alimentation du robot.
[0023] Par ailleurs, le dispositif de charge de l’invention s’affranchit de l’implantation laborieuse et coûteuse de composants spécifiques sur les véhicules à la différence des dispositifs antérieurs. En effet, ces derniers étaient moins fiables et plus lents pour détecter la localisation des véhicules et nécessitaient l’installation d’un système additionnel destiné à ouvrir la trappe de la prise de charge. Ce dispositif peut donc être facilement retiré une fois que le niveau de charge requis est atteint.
[0024] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui va suivre, en référence aux figures annexées, pour lesquelles :
[0025] [Fig. 1] est une vue schématique d’un mode de réalisation préférentiel du dispositif de charge selon l’invention appliqué à un véhicule.
[0026] [Fig. 2] est un schéma illustrant la mise en œuvre du procédé de charge selon l’invention au moyen du dispositif de la figure 1.
[0027] Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de référence identiques dans la description et sur les figures.
[0028] Naturellement, le mode de réalisation du dispositif de charge de l’invention illustré schématiquement par les figures présentées ci-dessus et décrites ci-après, n’est donné qu'à titre d’exemple non limitatif. Il est explicitement prévu dans le cadre de l’invention que l'on puisse proposer et combiner entre eux différents modes pour en proposer d'autres.
[0029] L’ invention s’intéresse à la charge/recharge des batteries de traction équipant les véhicules automobiles à motorisation électrique qui sont pourvus d’une prise de charge. Plus précisément, l’invention propose des moyens aptes et destinés à assurer la charge des batteries lorsque ces véhicules sont à l’arrêt sur des aires de stationnement.
[0030] Ce dispositif comprend, de manière générale, des moyens conducteurs et des moyens d’induction destinés au transfert de l’énergie électrique entre un réseau d’alimentation et les batteries (non représentées) des véhicules V. Ces moyens sont au moins partiellement intégrés à un robot mobile R alimenté directement ou indirectement par le réseau électrique, comme illustré par la figure 1.
[0031] Selon l’invention, les moyens conducteurs comprennent un connecteur 11 destiné à être branché sur la prise de charge C d’un véhicule. Ce connecteur 11 est raccordé à un élément 12, tel qu’un faisceau de câbles, assurant la liaison avec un convertisseur de puissance (non représenté). De préférence, l’élément de liaison 12 est pourvu de moyens de protection et de contrôle commande (non représentés).
[0032] Les moyens inducteurs, quant à eux, comprennent, d’une part, une première bobine d’induction 20 porté par le robot mobile R et formant un émetteur 2 de charge électrique et, d’autre part, une seconde bobine d’induction 10 raccordée au convertisseur de puissance et formant, avec les moyens conducteurs 11, 12, un récepteur 1 de charge électrique disposé à l’extérieur des véhicules V.
[0033] Les caractéristiques du connecteur 11 sont standards et sont choisies dans le groupe constitué, notamment, des types AC, DC, type 2, CCS, ou autres, en fonction des caractéristiques électriques propres de l’équipement électrique du véhicule et de celles du récepteur externe 1. Le convertisseur de puissance permet, quant à lui, de convertir le courant AC à haute fréquence, sortant de la seconde bobine 10 en courant DC à la tension de la batterie. Des moyens adaptés pour le contrôle de la tension et l’activa tion/désactivation du récepteur 1 peuvent aussi être intégrés au dispositif.
[0034] Par conséquent, les liaisons mécanique et électrique entre les véhicules et le dispositif de charge ne sont assurées que par le branchement temporaire du connecteur 11 sur la prise électrique C déjà existante sur le véhicule. Le dispositif de l’invention est donc totalement extérieur au véhicule et ne nécessite donc pas l’implantation de composant interne supplémentaire.
[0035] Le récepteur externe 1 est pourvu, en outre, de moyens assurant sa localisation et son identification à distance par le robot mobile R. Ainsi, le robot peut reconnaître les différents véhicules et se déplacer de façon automatique et, le cas échéant, de manière autonome pour se rapprocher de chacun des véhicules jusqu’à une distance prédéterminée et/ou programmée en fonction des capacités de transfert de charge entre l’émetteur 2 et le récepteur 1. Une fois le robot R correctement positionné par rapport au véhicule V, la première bobine 20 de l’émetteur 2 se connecte à la seconde bobine 10 du récepteur 1 et le transfert électrique assure alors le chargement progressif des batteries du véhicule par induction puis conduction.
[0036] Selon une variante de réalisation du dispositif de charge de l’invention, le récepteur externe 1 est monté sur un support 3 ménageant un espace libre avec le sol pour permettre le positionnement du robot mobile R à proximité immédiate et le couplage des deux bobines d’induction 20, 10. Le cas échéant, le support 3 comporte des éléments de calage et d’appui sur le sol ou sur la caisse du véhicule qui ménagent une liberté de déplacement du robot sans toutefois créer de porte-à-faux. [0037] Comme illustré par la figure 2, l’invention vise également un procédé destiné à effectuer la charge des batteries de traction d’une flotte de véhicules automobiles (VI, V2, ...] à motorisation électrique ou hybride qui sont à l’arrêt sur une aire de stockage ou de stationnement. Ce procédé est mis en œuvre au moyen du dispositif tel que défini ci-dessus et consiste, tout d’abord, à brancher des récepteurs externes 1 sur les prises de charge C des véhicules, après ouverture de la trappe qui obture et protège cette prise. Cette opération est réalisée manuellement par un opérateur travaillant sur l’aire de stationnement.
[0038] L’ étape suivante consiste à effectuer le déplacement d’au moins un robot mobile R d’un véhicule VI déjà chargé à un autre véhicule V2 et ainsi de suite de façon à rapprocher successivement l’émetteur 2 des récepteurs externes 1 des différents véhicules pour charger toutes leurs batteries par induction.
[0039] Selon un mode de mise en œuvre spécifique du procédé de l’invention, le déplacement du robot R et le contrôle de la charge des batteries sont pilotés par les moyens de localisation et d’identification des véhicules intégrés au récepteur externe 1.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de charge des batteries de traction de véhicules automobiles (V) à motorisation électrique ou hybride équipés d’une prise de charge (C), ledit dispositif comprenant des moyens conducteurs et des moyens d’induction au moins partiellement intégrés à un robot mobile (R) et destinés au transfert d’énergie électrique, caractérisé en ce que lesdits moyens conducteurs comprennent un connecteur (11) destiné à être branché sur la prise de charge (C) et qui est raccordé à un élément assurant la liaison avec un convertisseur de puissance et lesdits moyens inducteurs comprennent, d’une part, une première bobine (20) d’induction formant un émetteur (2) porté par le robot mobile et, d’autre part, une seconde bobine (10) d’induction raccordée au convertisseur de puissance et formant, avec lesdits moyens conducteurs, un récepteur (1) extérieur aux véhicules.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit récepteur externe (1) est pourvu de moyens assurant sa localisation et son identification par ledit robot mobile (R) pour coupler la première bobine (20) à la seconde bobine (10) et charger les batteries.
3. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit connecteur (11) est d’un type choisi, notamment, dans le groupe AC, DC, type 2, CCS, en fonction des caractéristiques électriques du véhicule et de celles du récepteur externe (1).
4. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit récepteur externe (1) est monté sur un support (3) ménageant un espace libre avec le sol pour permettre le positionnement du robot mobile (R) et le couplage des deux bobines d’induction (20,10).
5. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit élément assurant la liaison entre le connecteur (11) et le convertisseur de puissance est pourvu de moyens de protection et de contrôle commande.
6. Procédé de charge des batteries de traction d’une flotte de véhicules automobiles (VI, V2, ...) à motorisation électrique ou hybride à l’arrêt au moyen du dispositif selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’on branche des récepteurs extérieurs (1) sur les prises de charge (C) des véhicules et on effectue le déplacement d’au moins un robot mobile (R) d’un véhicule à l’autre en l’approchant de leurs récepteurs externes (1) respectifs de façon à charger les batteries par induction.
7. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le déplacement du robot (R) et le contrôle de la charge des batteries sont pilotés par des moyens de localisation et d’identification des véhicules.
8. Utilisation du procédé selon l’une des revendications 6 ou 7 pour la charge des batteries de véhicules automobiles (V) à motorisation électrique ou hybride sur une aire de stationnement ou de stockage.
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