Brevet FR3094149A1 — publié le 20200925

Description Titre de l'invention : Procédé de charge par induction et dispositif de charge associé Domaine technique [0001] La présente invention se rapporte au domaine de l'automobile et concerne plus parti- culièrement un procédé de charge par induction d'une batterie d'un équipement d'utilisateur ainsi qu'un dispositif de charge associé et un véhicule automobile comprenant un tel dispositif Technique antérieure [0002] De nombreux véhicules automobiles comportent de nos jours un module de chargement embarqué permettant de recharger la batterie d'un téléphone mobile. [0003] Ce chargeur peut comprendre un connecteur auquel on relie le téléphone ou bien une surface sur laquelle on pose le téléphone afin qu'il se recharge par induction. [0004] Dans cette dernière solution, le dispositif de charge par induction comprend au moins une antenne émettrice et le téléphone comprend une antenne réceptrice se présentant sous la forme d'une bobine disposée sensiblement au centre du téléphone, notamment pour permettre son bon équilibrage, et une efficacité de charge suffisante, comme préconisé par exemple dans la norme WPC (« Wireless Power Consortium » en anglais). [0005] Afin de réaliser un couplage inductif permettant de recharger efficacement la batterie du téléphone, il est nécessaire d'aligner sensiblement le centre de l'antenne réceptrice de ce dernier avec le centre de l'une des antennes émettrices du dispositif, avec une tolérance de l'ordre de 10 mm [0006] Aussi, il est nécessaire que le dispositif comporte plusieurs antennes lorsque l'on souhaite couvrir une surface de charge importante, ce qui rend le dispositif complexe et coûteux. Dans le cas contraire, il est nécessaire de déplacer le téléphone pour aligner son antenne réceptrice avec l'antenne émettrice du dispositif, ce qui présente un inconvénient majeur. [0007] Dans tous les cas, lors d'un déplacement du véhicule, le téléphone mobile peut être soumis à des nombreux mouvements et le conducteur doit alors constamment réaligner le téléphone avec l'antenne émettrice tout en conduisant, ce qui peut s'avérer dangereux et présente donc un inconvénient majeur. [0008] Une solution connue pour résoudre cet inconvénient consiste à utiliser un dispositif de charge dont la ou les antennes émettrices sont motorisées de manière à se déplacer pour augmenter la surface de charge et ne plus avoir à aligner manuellement le téléphone avec l'antenne émettrice. Une telle solution est significativement complexe 2 et coûteuse, ce qui présente un inconvénient important, notamment pour les véhicules d'entrée de gamme. De plus, un tel dispositif de charge motorisé n'est pas nécessairement adapté à un large éventail de tailles de téléphone, ce qui présente un inconvénient majeur. [0009] Une autre solution de l'art antérieur, consiste à permuter de bobine de charge en fonction du déplacement du téléphone, lorsque ce dernier ne reçoit plus assez de puissance de charge. En effet, lorsque le téléphone se trouve décentré par rapport à la bobine de charge qui est activée, le téléphone ne reçoit plus assez de puissance et par conséquent, soit le téléphone arrête la charge, soit il envoie une demande d'arrêt de charge au dispositif de charge. Ce dernier redémarre alors un procédé de recherche d'antenne de charge la plus alignée par rapport au téléphone, c'est-à-dire la plus apte à charger efficacement le téléphone. Cette procédure est réalisée par l'envoi de «digital ping » c'est-à-dire des impulsions de courant, par chaque antenne de charge du dispositif de manière séquentielle la bobine se trouvant la plus alignée par rapport au téléphone, recevra une réponse à ce digital ping, et le dispositif de charge activera la charge par cette antenne. [0010] L'inconvénient de cc procédé de permutation d'antenne pendant la charge est qu'elle s'accompagne d'un arrêt momentané de la charge, et de notifications sonores, visuelles ou vibratoires à destination de l'utilisateur, lors de l'arrêt de charge et lors du redémarrage de la charge, ce qui peut s'avérer très perturbant pour l'utilisateur pendant la conduite de son véhicule. [0011] L'invention a pour but d'apporter une solution de recharge qui soit à la fois simple, fiable, efficace et peu onéreuse. Exposé de l'invention [0012] L'invention propose un procédé de charge par induction d'un équipement portable d'utilisateur par un dispositif de charge comprenant au moins deux bobines émettrices et présentant une surface de charge apte à recevoir ledit équipement afin de le charger, ledit dispositif de charge recevant périodiquement pendant la charge en provenance de l'équipement portable un signal comprenant une valeur représentative d'une déviation entre une puissance de charge demandée par l'équipement portable et une puissance de charge reçue par ledit équipement, le procédé étant remarquable en ce qu'il comprend les étapes suivantes : Dépose de l'équipement portable sur la surface de charge et activation d'une première bobine de charge (étape EO), Détermination d'un paramètre de conditions de charge (étape El), Si le paramètre de conditions de charge est supérieur à un seuil prédéterminé représentatif de conditions limites de charge (étape El), alors 3 Activation d'une bobine adjacente à ladite bobine de charge tout en maintenant la première bobine activée (étape E2), Si la valeur représentative de la déviation entre la puissance de charge demandée et la puissance reçue est inférieure à un premier seuil (étape E4), alors, Désactivation de la première bobine (étape E5), Sinon, répétition des étapes précédentes. [0013] Selon le procédé de l'invention, le paramètre de conditions de charge est calculé à partir d'une valeur de la tension continue en entrée d'un convertisseur de courant alternatif en courant continu relié à la première bobine de charge, d'une valeur du courant continu en entrée dudit convertisseur, d'une valeur du courant alternatif circulant dans la première bobine de charge, d'une valeur de la tension alternative aux bornes de ladite première bobine de charge et d'une valeur de la puissance reçue par l'équipement portable d'utilisateur. [0014] L'invention concerne également un dispositif de charge d'un équipement portable d'utilisateur, destiné à être embarqué dans un véhicule, comprenant au moins deux bobines émettrices et présentant une surface de charge apte à recevoir ledit équipement afin de le charger, ledit dispositif de charge recevant périodiquement pendant la charge en provenance de l'équipement portable un signal comprenant une valeur représentative d'une déviation entre une puissance de charge demandée par l'équipement portable et une puissance de charge reçue par ledit équipement, le dispositif de charge étant remarquable en ce qu'il comprend : Des moyens de calcul d'un paramètre de conditions de charge et de comparaison entre ledit paramètre et un seuil prédéterminé représentatif de conditions limites de charge, Des moyens d'activation d'au moins une bobine de charge adjacentes en simultané, en fonction du résultat de ladite comparaison, Des premiers moyens de comparaison entre la valeur représentative d'une déviation entre une puissance de charge demandée par l'équipement portable et une puissance de charge reçue par ledit équipement, et un premier seuil (TH I), Des moyens de désactivation et d'activation de l'au moins une bobine de charge adjacente en fonction du résultat de ladite comparaison. [0015] Préférentiellement, les moyens de détermination du paramètre de conditions de charge et de comparaison entre ledit paramètres et un seuil prédéterminé représentatif de conditions limites de charge, les moyens d'activation de bobines de charge adjacentes en simultané, en fonction du résultat de ladite comparaison, les premiers moyens de comparaison entre la valeur représentative d'une déviation entre une puissance de charge demandée par l'équipement portable et une puissance de charge reçue par ledit équipement ,et un premier seuil , et les moyens de désactivation et d'activation d'au moins une des bobines de charge adjacentes en fonction du résultat de ladite comparaison se présentent sous la _rotule de logiciels compris dans un micro-contrôleur. [0016] L'invention concerne également un produit programme d'ordinateur remarquable en ce qu'il comporte un ensemble d'instructions de code dc programme qui, lorsqu'elles sont exécutées par un ou plusieurs processeurs, configurcnt le ou les processeurs pour mettre en oeuvre un procédé de charge selon l'une quelconques des caractéristiques énumérées ci-dessus. [0017] Enfin, l'invention s'applique à tout véhicule automobile comprenant un dispositif de charge selon l'une quelconque des caractéristiques énumérées ci-dessus. Brève description des dessins [0018] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : [fig.1] : la figure I représente schématiquement le dispositif de charge sur lequel est posé un équipement portable d'utilisateur, la bobine réceptrice de l'équipement se trouvant alignée avec une bobine émettrice BI du dispositif de charge, [fig.21 : la figure 2 représente schématiquement le dispositif de charge sur lequel est posé un équipement portable d'utilisateur, la bobine réceptrice de l'équipement ne se trouvant alignée avec aucune des bobines émettrice BI, B2, B3 du dispositif, [fig.3[ : la figure 3 est un logigramme du procédé dc charge selon l'invention. [fig.4[ : la figure 4 illustre le convertisseur tension alternative/tension continue du dispositif de charge, et les mesures utilisées pour déterminer le paramètre de conditions de charge selon l'invention. Description des modes de réalisation 100191 A la figure I est illustré un dispositif de charge D, destiné à être embarqué dans un véhicule automobile et comprenant une surface de charge S, sur laquelle est posé un équipement portable d'utilisateur, par exemple un téléphone portable P. Le dispositif de charge comprend trois bobines émettrices, une première bobine BI, une deuxième bobine B2 et une troisième bobine B3. La première bobine BI se trouve centrée par rapport au dispositif de charge D et dans un plan supérieur c'est-à-dire plus près de la surface de charge S, que le plan dans lequel se trouvent les deux autres bobines B2, B3. Cette disposition est uniquement à but illustratif, les trois bobines pouvant être juxtaposées dans un même plan et d'un nombre supérieur à trois. 100201 A la figure I, la bobine réceptrice AI du téléphone portable P se trouve alignée avec la première bobine BI, ou bobine supérieure B1 du dispositif de charge D. Les deux bobines étant alignées, la charge du téléphone P par la première bobine B1 du dispositif D par induction a donc une efficacité optimale. Le dispositif de charge D a dans une étape préalable détecté la position du téléphone portable P sur la surface de charge S avec la bobine réceptrice Al située en vis-à-vis avec la première bobine Bi, et a déclenché la charge en activant ladite bobine Bi. Ce procédé d'activation des bobines de charge est connu de l'art antérieur et est réalisé comme décrit précédemment par l'intermédiaire d'émission de « digital pings » par les bobines émettrices B1 B2, B3 du dispositif, et la réception de message de présence en provenance du téléphone portable P. Ce procédé d'activation étant connu de l'art antérieur, il ne sera pas plus détaillé ici. [0021] Comme expliqué précédemment, le dispositif de charge D ne possédant aucun mécanisme de maintien de l'équipement portable Pou téléphone portable P dans notre exemple, ce dernier, peut lors d'accélérations, décélérations du véhicule ou lors de vibrations dus au mouvement du véhicule bouger sur la surface de charge S. et se décaler par rapport à la bobine de charge qui est activée en l'occurrence dans notre exemple la bobine BI. [0022] Ceci est illustré à la figure 2. La figure 2, le téléphone portable P s'est décalé par rapport à la première bobine B1 et se trouve maintenant simultanément au-dessus d'une partie de la première bobine B1 et au-dessus d'une partie plus grande de la troisième bobine B3. Dans cette nouvelle position, et selon l'art antérieur, la charge n'étant plus optimale avec la première bobine BI, la charge s'arrête (l'arrêt de charge peut être déclenché par le téléphone portable P) afin que le dispositif de charge D puisse identifier la nouvelle bobine à activer, en l'occurrence la troisième bobine B3, permettant ainsi de retrouver une efficacité de charge optimale. Ce procédé de charge de l'art antérieur crée donc un arrêt momentané de la charge et comme précisé précédemment deux notifications sont envoyées à l'utilisateur, une pour lui signaler l'arrêt de la charge, et une autre pour lui signaler la reprise de la charge, ce qui peut être dérangeant lorsque l'utilisateur conduit. [0023] L'invention propose un procédé de charge permettant de pallier les inconvénients de l'art antérieur, en l'occurrence le procédé de charge selon l'invention permet une charge continue, sans interruption de charge due à la désactivation/activation des bobines de charge provoquée(s) par le mouvement du téléphone sur la surface de charge S. [0024] Le procédé de charge selon l'invention est illustré à la figure 3. [0025] Dans une étape préliminaire E0, le téléphone portable P est posé sur la surface de charge S du dispositif de charge D et une bobine émettrice, par exemple la première bobine BI est identifiée comme la bobine de charge présentant le taux de charge le 6 plus grand et est donc activée pour charger le téléphone portable (étape EO). [0026] Dans une première étape El, un paramètre de conditions de charge Pc est calculé et est comparé à un seuil prédéterminé Pth, représentatif de conditions limites de charge. Si par exemple le paramètre de conditions de charge se trouve au-dessus du seuil pré- déterminé cela signifie que la charge n'est pas optimale et que, le téléphone portable a dû se décaler par rapport à la bobine B1 et ne reçoit plus en totalité le champ émis par cette dernière. [0027] Selon l'invention, le paramètre de conditions de charge Pc est calculé de la manière suivante : [Math .1] Pc-A4-k1 VDC+k2tIDC+k3"-IAC+k4*VAC+k5 RPP Avec : kl, k2, k3, k4, k5 : coefficients A : valeur numérique VDC : valeur de la tension (V) continu en entrée du convertisseur AC/DC (AC : « alternating current » en anglais ou courant alternatif, DC : « direct courant » en anglais ou courant continu), DC: valeur du courant continu (A) en entrée du convertisseur AC/DC, TAC : Valeur du courant alternatif (A) circulant dans la première bobine Bl, VAC : valeur de la tensions alternative (V) aux bornes de la première bobine Bi, RPP: valeur de la puissance (W) reçue par le téléphone portable P. [0028] La figure 4 illustre le convertisseur tension alternative/tension continue du dispositif de charge ainsi que les mesures citées ci-dessus et utilisées pour calculer le paramètre de conditions de charge. [0029] La valeur de la puissance reçue par le téléphone portable P est transmise par ledit téléphone P au dispositif de charge de manière périodique. [0030] Bien sûr le paramètre de charge Pc peut être calculé à partir de toute autre type de formule mathématique, par exemple exponentielle, logarithmique calculée à partir des paramètres VDC, IDC, IAC, VAC et RPP. [0031] En d'autres termes le paramètre de charge Pc peut être également calculé, par exemple à partir des valeurs suivantes, connues de l'homme du métier : Qieff : Rendement de la charge, calculé à partir de RPP, VDC et IDC ESR : « Equivalent Serial Resistance » en anglais ou résistance série équivalente de la bobine Bi du dispositif de charge, Inductance de la bobine BI, Qfactor : ou facteur de qualité mesurée aux bornes de la première bobine Bi, AC_phase : La valeur de la phase entre deux signaux de courant alternatifs mesurés aux bornes de la première bobine Bi, 7 Etc.. [0032] Si le paramètre de conditions de charge Pc est supérieur au seuil prédéterminé Pth, alors, dans une deuxième étape (étape E2), au moins une des bobines adjacentes à la bobine B1 est activée en plus de la première bobine BI, qui elle n'a pas été désactivée. Par exemple dans un premier temps la deuxième bobine B2 est activée simultanément à la première bobine BI. [0033] Si le paramètre de conditions de charge Pc est inférieur au seuil prédéterminé Pth, alors, la charge continue avec la bobine B1 et la bobine B2 (ou B3) n'est pas activée. [0034] Dans le cas où la bobine B2 est activée, ladite bobine B2 génère donc un flux électro- magnétique. Dans le cas où le téléphone portable P s'est décalé et se trouve dorénavant également en partie au-dessus de la deuxième bobine B2, ledit téléphone portable va recevoir le champ électromagnétique de chacune des deux bobines Bi, B2. [0035] Le téléphone portable P envoie périodiquement au dispositif de charge D un signal comprenant une valeur représentative d'une déviation entre de la puissance demandée par le téléphone portable P et la puissance réellement reçue par ledit téléphone, ceci afin de moduler et/ou contrôler la charge. Ce type de message est appelé «CONTROL ERROR » dans le standard WPC (« Wireless Power Consortium), qui définit la norme « Qi ». En l'occurrence le message « CONTROL EROR » se présente sous la forme d'une valeur, soit représentative d'une demande d'augmentation de puissance de charge, soit représentative d'une demande de réduction de puissance charge, en fonction de la demande actuelle en puissance du téléphone portable P et de la puissance fournie par le dispositif de charge D. Le message «CONTROL ERROR» prend une valeur allant de -127 à +128 sans unités. [0036] Dans ce cas, le téléphone portable P, recevant les champs des deux bobines, envoie, lors d'une troisième étape E3, un message «CONTROL ERROR » indiquant une réduction nécessaire de la puissance reçue. Cette information « CONTROL ERROR» est reçue par le dispositif de charge D. Dans ce cas, la puissance reçue est trop forte, et le message « CONTROL ERROR» demande une réduction de la puissance de charge, par exemple « CONTROL ERROR » = -20. [0037] Lors d'une quatrième étape (étape E4), la valeur représentative de la déviation «CONTROL ERROR» ainsi reçue est alors comparée à un premier seuil prédéterminé THI représentatif d'une réduction de charge maximale qui ne peut être reçue que par l'activation d'une seule bobine émettrice. [0038] Si la valeur représentative de la déviation «CONTROL ERROR» est inférieure audit premier seuil TH1, par exemple TH1 = -10, alors la première bobine BI est désactivée, la deuxième bobine B2, quant à elle continue à être activée, et la charge continue donc avec la deuxième bobine B2, sans arrêt de charge pendant le changement de bobine, puisque judicieusement la désactivation de la première bobine BI a eu lieu après 8 l'activation de la deuxième bobine B2. [0039] Sinon, si la valeur représentative de la déviation «CONTROL ERROR» est su- périeure audit premier seuil TH1 (étape E4), alors le procédé revient à l'étape E0, l'étape El est répétée, et les étapes subséquentes (E2 à E5) sont répétées pour l'autre bobine adjacente, dans notre exemple la troisième bobine B3. [0040] Pour mettre en oeuvre le procédé de charge D selon l'invention, le dispositif de charge D comprend en outre : a. Des moyens de calcul du paramètre de conditions de charge Pc et de com- paraison entre ledit paramètre et un seuil prédéterminé, h. Des moyens d'activation de bobines de charge en simultané, c. Des premiers moyens de comparaison entre la valeur représentative d'une déviation «CONTROL ERROR» entre de la puissance demandée par le téléphone portable P et la puissance réellement reçue par ledit téléphone et un premier seuil minimal TH1, d. Des moyens de désactivation et d'activation de bobines de charge en fonction du résultat de ladite comparaison. [0041] Les moyens de calcul du paramètre de conditions de charge et de comparaison entre le paramètre de condition de charge et le seuil prédéterminé représentatif de conditions limites de charge, les moyens d'activation de bobines de charge en simultané, les premiers moyens de comparaison entre la valeur représentative d'une déviation «CONTROL ERROR» et un premier seuil THI, et des moyens de désactivation et d'activation de bobines de charge en fonction du résultat desdites comparaisons prises séparément ou en combiné se présentent sous la forme de logiciels, compris dans un microcontrôleur, situé dans un circuit imprimé 10 du dispositif de charge D [0042] L'invention permet donc de manière ingénieuse de continuer la charge avec une autre bobine, même lorsque le téléphone portable P se décale sur la surface de charge, ceci sans arrêt et reprise de charge et donc sans notifications dérangeantes pour le conducteur. 9 [Revendication I] REVENDICATIONSProcédé de charge par induction d'un équipement portable d'utilisateur (P) par un dispositif de charge (D) comprenant au moins deux bobines émettrices (B1, B2, B3) et présentant une surface de charge (S) apte à recevoir ledit équipement afin de le charger, ledit dispositif de charge (D) recevant périodiquement pendant la charge en provenance de l'équipement portable (P) un signal comprenant une valeur représentative d'une déviation (« CONTROL ERROR ») entre une puissance de charge demandée par l'équipement portable (P) et une puissance de charge reçue par ledit équipement (P), le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : a. Dépose de l'équipement portable (P) sur la surface de charge (S) et activation d'une première bobine de charge (B1) (étape EO), b. Détermination d'un paramètre de conditions de charge (Pc) (étape El), c. Si le paramètre de conditions de charge (Pc) est supérieur à un seuil prédéterminé représentatif de conditions limites de charge (Pth) (étape El), alors d. Activation d'une bobine adjacente (B2) à ladite bobine de charge (B1) tout en maintenant la première bobine (B1) activée (étape E2), e. Si la valeur représentative de la déviation (« CONTROL ERROR ») entre la puissance de charge demandée et la puissance reçue est inférieure à un premier seuil (TH1) (etape E4), alors, f. Désactivation de la première bobine (B1) (étape E5), g. Sinon, répétition des étapes précédentes. [Revendication 2] Procédé de charge selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le paramètre de conditions de charge (Pc) est calculé à partir d'une valeur de la tension continue (VDC) en entrée d'un convertisseur de courant alternatif en courant continu relié à la première bobine de charge (Bi), d'une valeur du courant continu (DC) en entrée dudit convertisseur, d'une valeur du courant alternatif (TAC) circulant dans la première bobine de charge (Bi), d'une valeur de la tension alternative 10 [Revendication 3] (VAC) aux bornes de ladite première bobine de charge (B1) et d'une valeur de la puissance (RPP) reçue par l'équipement portable d'utilisateur (P). Dispositif de charge (D) d'un équipement portable d'utilisateur (P), destiné à être embarqué dans un véhicule, comprenant au moins deux bobines émettrices (B1, B2, B3) et présentant une surface de charge (S) apte à recevoir ledit équipement afin de le charger, ledit dispositif de charge (D) recevant périodiquement pendant la charge en provenance de l'équipement portable (P) un signal comprenant une valeur représentative d'une déviation (« CONTROL ERROR ») entre une puissance de charge demandée par l'équipement portable (P) et une puissance dc charge reçue par ledit équipement (P), le dispositif de charge (D) étant caractérisé en ce qu'il comprend : a. Des moyens dc calcul d'un paramètre de conditions de charge (Pc) et de comparaison entre ledit paramètre et un seuil prédétermine (THI) représentatif de conditions limites de charge, b. Des moyens d'activation (M2) dc bobines de charge (B1, B2, B3) adjacentes en simultané, en fonction du résultat de ladite comparaison, c. Des premiers moyens de comparaison (M3) entre la valeur représentative d'une déviation (« CONTROL ERROR ») entre une puissance de charge demandée par l'équipement portable (P) et une puissance de charge reçue par ledit équipement (P), et un premier seuil (THI), d. Des moyens de désactivation et d'activation (M4) d'une des bobines de charge adjacentes en fonction du résultat de ladite comparaison. [Revendication 4] Dispositif de charge (D) selon la revendication 3 caractérisé en ce que les moyens de détermination du paramètre de conditions de charge (Pc) et de comparaison (Ml) entre ledit paramètres (Pc) et un seuil prédéterminé (Pth) représentatif de conditions limites de charge, les moyens d'activation (M2) de bobines de charge adjacentes (B1, B2, B3) en simultané, en fonction du résultat de ladite comparaison, les premiers moyens de comparaison (M3) entre la valeur représentative d'une déviation (« CONTROL ERROR ») entre une puissance de charge demandée par l'équipement portable (P) et une puissance de charge 11 [Revendication 5] reçue par ledit équipement (P),et un premier seuil (TH1), et les moyens de désactivation et d'activation (M4) d'au moins une des bobines de charge adjacentes en fonction du résultat de ladite comparaison se présentent sous la forme de logiciels compris dans un microcontrôleur (10). [Revendication 6] Produit programme d'ordinateur caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble d'instructions de code de programme qui, lorsqu'elles sont exécutées par un ou plusieurs processeurs, configurent le ou les processeurs pour mettre en oeuvre un procédé de charge selon l'une quelconques des revendications 1 à 2. Véhicule automobile comprenant un dispositif de charge (D) selon l'une quelconque des revendications 3 à 6.