Brevet FR3103974A1 — publié le 20210604

L’invention concerne Poste de recharge électrique comprenant une source d’énergie, un câble de recharge et un bras robotisé assurant le déplacement d’un connecteur complémentaire de la prise électrique de l’équipement électrique, et un contrôleur de charge détectant la continuité électrique aux bornes de raccordement au fil pilote de la batterie à recharger. Ledit contrôleur de charge comprend un module de sécurité de fonctionnement comprenant : un premier ensemble de relai(s) dont l’une au moins des bobines est alimentée par un circuit électrique comprenant une source électrique, et deux bornes aptes à établir un contact électrique avec les bornes reliées par le fil pilote de la batterie, ledit premier ensemble de relai(s) étant ouvert lorsque le circuit électrique entre la sortie du chargeur et le pôle électrique correspondant de la batterie est fermé et par un second ensemble de relai(s) commandé par le contrôleur du bras motorisé pour le pilotage du moteur du bras motorisé en mode PWM. Figure 1 Poste de recharge électrique Domaine de l’invention La présente invention concerne le domaine des équipements de recharge électrique conductive d’équipements mobiles tels que des véhicules autonomes, notamment des engins de manutentions autonomes alimentés par des batteries rechargeables. Ces équipements comprennent habituellement un câble de charge fixé au chargeur sur la station de charge, terminé par un connecteur situé à l’extrémité du câble de charge complémentaire d’un connecteur situé sur le véhicule électrique afin de permettre la recharge de la batterie électrique. Pour des recharges de fort ampérage (typiquement plus de 100 ampères), il est usuel de prévoir un contrôleur de charge permettant de garantir une sécurité maximale des utilisateurs lors de la recharge. Ce contrôleur de recharge, côté infrastructure, conditionne le démarrage de la recharge aux tests suivants : - Vérification que la charge est bien connectée au système - Vérification que la masse du véhicule est bien reliée au circuit de protection de l’installation - éventuellement vérification de la cohérence des puissances entre le câble, le véhicule et le circuit de recharge - optionnellement détermination de la puissance maximale de recharge qui sera allouée au véhicule. L’ensemble de ces vérifications et de la communication se fait au travers d’une communication sur fil spécifique, dit « fil Pilote ». A cet effet, la connectique des prises et socles de prises côté infrastructure soit dotée de deux fils / broches additionnels – dits fils pilotes. Plus particulièrement, l’invention concerne un équipement de charge de batteries de véhicules électriques comprenant un bras robotisé assurant le déplacement automatique du connecteur de charge et son positionnement et sa connexion avec la prise du véhicule électrique à recharger. Etat de la technique On connaît par exemple dans l’état de la technique la demande de brevet américain US2010289516 décrivant une solution de détermination de dysfonctionnement pour un système de charge d’une batterie montée sur un véhicule avec de l'énergie électrique fournie par une source d'alimentation externe audit véhicule via un équipement d'alimentation de véhicule électrique. Lorsque le véhicule et la source d'alimentation sont couplés à mutuellement, un signal pilote indique que le courant peut être fourni. Le chargeur de l’art antérieur comprend à cet effet un capteur de tension qui détecte une tension de la batterie du véhicule et une unité de commande qui détermine s'il existe ou non un dysfonctionnement, conformément à un état de sortie dudit signal pilote et à la tension détectée. Le brevet américain US5596258 décrit un autre exemple d’appareil de charge pour un véhicule électrique alimenté par batterie, comprenant: a) un chargeur ayant une alimentation en énergie; b) des moyens de communication, installés à la fois dans le chargeur et dans le véhicule électrique, pour transmettre et recevoir des informations sur une opération de chargement en provenance et à destination du chargeur et du véhicule électrique; c) un moyen de détection d'anomalie Pour détecter s'il se produit une anomalie dans la communication entre le chargeur et le véhicule électrique; et d) un moyen de commande pour effectuer la charge sur la batterie du véhicule électrique conformément à un protocole de charge spécial précédemment défini lorsque le moyen de détection d'anomalie détecte l'anomalie dans la communication entre eux. On connaît aussi dans l’état de la technique la demande de brevet européen EP2564486A4 décrivant un système pour connecter un véhicule électrique à une station de charge comprenant: - une station de charge avec une interface de charge, un récepteur de signal et un ou plusieurs capteurs; - un véhicule électrique comprenant une plaque de contact configurée pour former une connexion électrique avec l'interface de charge et un émetteur de signal configuré pour communiquer avec le récepteur de signal; dans lequel lesdits capteurs détectent une position du véhicule électrique par rapport à la station de charge. On connaît aussi dans l’état de la technique la demande de brevet internationale WO2017103250 décrivant un autre exemple de procédé d'exécution de processus d'alimentation en énergie entre au moins une unité d'alimentation en énergie et plusieurs véhicules devant être alimentés en énergie. L'interface d'alimentation en énergie de l'unité d'alimentation est déplacée par un robot en direction de l'interface d'alimentation du véhicule et couplée à celle-ci. Le brevet américain US9266440 décrit un autre exemple de station de charge robotisée pour charger une batterie d'un véhicule électrique, la station de charge comprenant : une plaque de base, une colonne montante couplée à la plaque de base et s'étendant sensiblement transversalement à la plaque de base, un bras robotique s'étendant depuis la colonne montante et supportant un effecteur terminal. Le bras robotique est configuré pour déplacer le connecteur selon trois degrés de mouvement. Une caméra de suivi de cible intégrée à l'effecteur terminal est configurée pour produire périodiquement une image capturée. Un contrôleur est configuré pour recevoir l'image capturée de la caméra de suivi de cible, identifier un motif sur le véhicule électrique à partir de l'image capturée reçue, déterminer une relation spatiale entre l'effecteur terminal et un réceptacle électrique disposé sur le véhicule électrique à partir d'au moins un élément parmi une taille, une inclinaison ou une position du motif dans l'image capturée. Inconvénients de l’art antérieur Les solutions de l’art antérieur ne sont pas totalement satisfaisantes car elles laissent subsister des failles de sécurité : risque d’écrasement de la main interposée entre la prise et la batterie lors du déplacement du bras motorisé, risque de fonctionnement en l’absence de batterie ou de mauvaise connexion,… Solution apportée par l’invention Afin de remédier à ces inconvénients, l’invention concerne selon son acception la plus générale un poste de recharge électrique comprenant une source d’énergie, un câble de recharge et un bras robotisé assurant le déplacement d’un connecteur complémentaire de la prise électrique de l’équipement électrique, et un contrôleur de charge détectant la continuité électrique aux bornes de raccordement au fil pilote de la batterie à recharger caractérisé en ce que ledit contrôleur de charge comprend un module de sécurité de fonctionnement comprenant : - un premier ensemble de relai(s) dont l’une au moins des bobines est alimentée par un circuit électrique comprenant une source électrique, et deux bornes aptes à établir un contact électrique avec les bornes reliées par le fil pilote de la batterie, ledit premier ensemble de relai(s) étant ouvert lorsque le circuit électrique entre la sortie du chargeur et le pôle électrique correspondant de la batterie est fermé - et par un second ensemble de relai(s) commandé par le contrôleur du bras motorisé pour le pilotage du moteur du bras motorisé en mode PWM. Selon différentes variantes, prises isolément ou en combinaison techniquement compatibles, - ledit premier ensemble de relais comprend un premier relai et un second relai, les deux bobines desdits relais étant reliées en parallèle. - la bobine de l’un au moins des relai(s) dudit premier ensemble de relai(s) est relié d’une part à la masse sécurisée correspondant à la ligne de sécurité d’une bordure de détection de contact, et d’autre part à la sortie du contrôleur commandant l’extension dudit bras motorisé. - la borne de puissance dudit premier relai relié au moteur commandant l’extension dudit bras motorisé, la borne normalement fermée étant reliée au circuit d’alimentation du moteur, la borne normalement ouverte étant reliée à la borne de puissance dudit deuxième relai - la borne normalement ouverte dudit second relai est relié à la bobine de l’un des relais dudit second ensemble et à la borne normalement ouverte d’un autre relai dudit second ensemble. - la borne de puissance du troisième relai (43) est reliée au deuxième branchement du moteur, ledit troisième relai commandant le retrait du bras motorisé, sa bobine étant branchée entre la masse et le contrôleur commandant la rétractation du bras - un quatrième relai commande la commutation de l’alimentation, sa bobine étant branchée entre la masse et la borne de puissance d’un cinquième relais - la borne de puissance du quatrième relai est reliée aux bornes normalement ouvertes du deuxième relai et du troisième relai - la bobine d’un cinquième relai est branchée entre un circuit de détection de présence de la batterie et la sortie du contrôleur de rétractation du bras motorisé. Description détaillée d'un exemple non limitatif de l'invention La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un exemple non limitatif de l'invention qui suit, se référant aux dessins annexés où : La figure 1 représente une vue de dessus d’un poste de charge selon l’invention La figure 2 représente une vue de face d’une plaque de charge selon l’invention La figure 3 représente le schéma électrique simplifié de l’invention La figure 4 représente le schéma électrique du circuit de commande de l’invention Architecture matérielle Le poste de recharge décrit à titre d’exemple dans ce qui suit est un système de chargement commandé par robot pour chariot élévateur à robot électrique, qui permet de charger des chariots élévateurs à robot de manière autonome. Le poste de charge comprend une station d’acceuil (1) contenant les circuits électriques et électroniques ainsi qu’un système d'actionnement d’une plaque de charge (2) supportée par un bras escamotable (3). Les circuits électriques et électroniques comprennent un système de contrôle, un système d'identification de capteur, un système électrique et un système de communication. La station d'accueil présente dans l’exemple décrit une première alimentation pour le moteur d’actionnement du bras escamotable et une seconde alimentation indépendante pour les circuits électriques et électroniques. Elle comporte cinq boutons : o un bouton (4) pour le disjoncteur, o un bouton (5) pour allumer / éteindre, o un bouton (6) pour l’arrêt d'urgence, o un bouton (7) pour réinitialiser, o un bouton (8) pour atteindre/pour se rétracter, o un bouton (9) touche pour le mode manuel / auto La station d’accueil comporte également un capteur rétro-réflex et quatre bords de sécurité comportant un ou plusieurs capteurs qui délivrent un signal électrique en cas de contact avec un obstacle ou une personne. Le système d'identification de présence comprend un capteur optique pour la détection du véhicule à recharger, et des capteurs mécaniques, qui collectent les informations relatives à des contacts avec un obstacle ou une personne. Le système de communication comprend le réseau et la communication sans fil, pour la transmission des signaux avec un serveur. Le système de contrôle est constitué de la carte électronique contrôlant les mouvements du bras robotique et de la carte électrique. Le système d'actionnement est principalement composé d'une plaque de charge (2), d'un moteur linéaire et de son système de contrôle, dont le rôle est d'agir comme un bras de robot de charge mobile. La plaque de charge (2) est représentée en figure 2 vue de face. Elle comprend un contact électrique (10) de puissance correspondant à la masse électrique, et un contact électrique (11) de puissance correspondant au pôle positif +48 V. Elle comprend aussi deux contacts électriques (12, 13) correspondant à la détection de présence de la batterie (en anglais « interlock ») et deux contacts électriques (14, 15) pour le pilotage de la plaque (2) par un signal numérique. Les contacts électriques (10, 11) de puissance sont constitués par des masses de cuivre, par exemple des paires de barres transversales pour permettre le passage de courants forts. Les contacts électriques (12 à 14) sont des plaques de cuivre pour le passage de courant moins importants. Ils correspondent à des contacts complémentaires sur la batterie (21), qui sont reliés par une liaison de court-circuit (22) dans la batterie. Le système électrique comprend un chargeur (30) avec une paire de câbles électriques (31, 32) pour le courant de puissance 48 V reliant le chargeur (30) à la station de recharge (1), une paire de conducteurs (33, 34) pour les signaux de service numériques, et une paire de conducteurs (35, 36) pour la vérification de la présence d’une batterie. Il comprend une carte principale (25) recevant les signaux des capteurs extérieurs, de la ligne de détection de présence de la batterie (35, 36) et les signaux de commande délivrés par le chargeur (1) sur la ligne (33, 34) pour piloter le moteur (28) du bras motorisé (2) via un circuit (26) ainsi que les relais (27) commandant l’alimentation de puissance. La station d'accueil est branchée sur un chargeur de batterie (30) (24V, 400A), la prise de courant (220V ou 110V selon les pays). La plaque de charge (3) vient se plaquer contre la plaque de charge (20) de la batterie (21) sous l’action du bras motorisé (2). Mode automatique Lorsque le poste de charge fonctionne selon le mode automatique, il permet deux opérations. La première opération concerne l’engagement de la prise de charge sur le véhicule à recharger. Le système reçoit l'ordre d'activation d'un périphérique externe. Le système attend la présence du robot dont la position relative est fournie par le capteur de détection susvisé. Lorsque la présence du véhicule est détectée, le bras (3) supportant la plaque de charge (2) se déploie (à l'aide de l'ordre d'accès) jusqu'à ce que le verrouillage de la batterie soit détecté ; Lorsque le verrouillage de la batterie est détecté, une poussée finale est effectuée pour s'assurer que la force exercée sur les contacts électriques est suffisante. Lorsque la force de contact est atteinte, la ligne de verrouillage du chargeur est activée. La charge commence ensuite automatiquement. La deuxième opération concerne la rétractation. Le système reçoit l'ordre de désactivation. Il système désactive alors la ligne de verrouillage du chargeur. La charge s'arrête automatiquement. Le système surveille le courant du chargeur et attend que le courant passe à 0 ampère. Le bras se rétracte ensuite jusqu'à ce que la butée de rétraction soit atteinte. Mode commande extérieure Selon un deuxième mode de fonctionnement, le poste de charge reçoit des commandes transmises par des périphériques externes. Les deux types d’opération décrites en référence au mode automatique peuvent être activés ou désactivés par un paramètre de configuration transmis par un périphérique externe. Ce paramètre peut être transmis par communication réseau. Le système est alors équipé d'une connexion Ethernet et le protocole ModBus pour la communication avec serveur du véhicule associé. MODE MANUEL En mode manuel, il y a deux opérations possibles : La première opération concerne l’engagement de la prise de charge sur le véhicule à recharger. Si le bouton de commande est activé, le bras se déploie (à l'aide de la commande de portée) jusqu'à ce que le bouton soit relâché ou que le verrouillage de la batterie soit détecté ou que la butée de portée soit atteinte. Lorsque le verrouillage de la batterie est détecté, la «dernière pression» est effectuée pour garantir que la force exercée sur les contacts électriques est suffisante (uniquement si le bouton d’atteinte est toujours actif). Lorsque la force de contact est atteinte, la ligne de verrouillage du chargeur est activée La charge devrait commencer automatiquement Opération de rétractation : Si le bouton de commande de retrait est activé, le système désactive la ligne de verrouillage du chargeur si elle est active. La charge devrait s'arrêter automatiquement Le système surveille le courant du chargeur et attend que le courant passe à 0 ampère. Le bras se rétracte jusqu'à ce que le bouton soit relâché ou que la butée de rentrée se rétracte si elle est atteinte. SECURITE : GESTION PAR DÉFAUT - Si les commandes d’engagement de la prise et de retrait de la prise sont reçues en même temps, aucune opération n'est autorisée. - Si la commande de rétraction est reçue alors que la portée est en cours, la portée doit être arrêtée et l'action de rétraction exécutée - Si la commande d'atteinte est reçue alors que le retrait est en cours, le mouvement de retrait doit continuer jusqu'à ce que l'arrêt final soit atteint, si la commande d'atteinte est toujours active, l'action d'atteinte peut être exécutée. - Si le mouvement de portée est exécuté et que la butée de portée est atteinte, la station d'accueil doit signaler une erreur et engager une procédure de rétraction automatique. - Si un actionnement est demandé et que la consommation de courant de l'actionneur est trop faible, le système doit signaler une erreur. - Si un actionnement est demandé et que la consommation de courant de l'actionneur est trop élevée (court-circuit), le système doit signaler une erreur. - Si un actionnement est demandé et que l'arrêt final n'est pas atteint avant un paramètre TimeOut, le système doit signaler une erreur. La liste des signaux erreurs est la suivante : o Catégorie 1: Effacement automatique o Catégorie 2: effacement manuel o Catégorie 3: Cycle d'alimentation nécessaire pour effacer la plaque de raccordement o Catégorie 4: intervention de service requise. Le circuit électronique comporte un calculateur commandant les fonctions suivantes : - En mode automatique, aucun actionnement de portée n'est autorisé si le capteur de rétro-réflexe n'est pas actif - Si le capteur de butée d’atteinte est actif, tous les actionnements de portée sont interdits - Si le capteur de butée de retrait est actif, tout actionnement de retrait est interdit - En utilisant les mesures actuelles, le système devrait pouvoir estimer l’effort produit par le bras : o Si le courant est trop élevé et que le verrouillage de la batterie n'est pas actif, un retrait automatique d’une seconde doit être exécuté et le système signale alors une erreur. o Si le verrouillage de batterie est actif, cette estimation doit être utilisée pour garantir que la force de contact est suffisante o Toute activation de l'actionneur (Reach ou Retract) doit être effectuée avec une augmentation linéaire du courant via la commande PWM. Commande de puissance La sécurité de fonctionnement est assurée par deux sous-ensemble de relais électromécaniques représentés en figure 4. Le premier sous-ensemble de relais est constitué dans l’exemple décrit de deux relais (41, 42) dont les bobines sont alimentées en parallèle. Ce premier sous-ensemble commande l’extension sécurisée du bras motorisé (2). Le deuxième sous-ensemble de relais est constitué dans l’exemple décrit de trois relais (43 à 45). Les bobines des deux relais (41, 42) du premier sous-ensemble sont alimentés d’une part par une masse sécurisé commandée par la barrière de sécurité (46). En cas de contact de cette barrière de sécurité (46), l’alimentation est interrompue. Elles sont alimentées d’autre part par la sortie du contrôleur (47) délivrant le signal en modulation de largeur d’impulsion PMW commandant l’extension du bras motorisé (2). L’un des branchements du moteur (28) commandant l’extension du bras est relié à la borne de puissance du premier relai (41). La borne normalement fermée du premier relai (41) est reliée au contrôleur (46), et la borne normalement ouverte du premier relais (41) est reliée à la borne de puissance du deuxième relai (42). La borne normalement fermée du deuxième relai (42) est laissée en l’air. La borne normalement ouverte du deuxième relais (42) est à l’alimentation commuté correspondant à la borne de puissance du quatrième relai (44) et à la borne normalement ouverte du troisième relai (43). La borne de puissance du troisième relai (43) est reliée au deuxième branchement du moteur (28). Ce troisième relai (43) commande le retrait du bras motorisé (2). Sa bobine est branchée entre la masse et le contrôleur (48) commandant la rétractation du bras (2). Le quatrième relai (44) commande la commutation de l’alimentation. La bobine est branchée entre la masse et la borne de puissance du cinquième relais (45). La borne de puissance du quatrième relai (44) est reliée aux bornes normalement ouvertes du deuxième relai (42) et du troisième relai (43). La bobine du cinquième relai (45) est branchée entre un circuit (49) de détection de présence de la batterie et la sortie du contrôleur (48) de rétractation du bras motorisé (2). La borne de puissance du cinquième relai (45) est reliée à la ligne de détection de présence de la batterie, la borne normalement fermée est en circuit ouvert et la borne normalement ouverte correspond à un signal de détection de batterie. – Poste de recharge électrique comprenant une source d’énergie, un câble de recharge et un bras robotisé assurant le déplacement d’un connecteur complémentaire de la prise électrique de l’équipement électrique, et un contrôleur de charge détectant la continuité électrique aux bornes de raccordement au fil pilote de la batterie à recharger caractérisé en ce que ledit contrôleur de charge comprend un module de sécurité de fonctionnement comprenant : - un premier ensemble de deux relais, dit premier relai (41) et second relai (42), dont l’une au moins des bobines est alimentée par un circuit électrique comprenant une source électrique, et deux bornes aptes à établir un contact électrique avec les bornes reliées par le fil pilote de la batterie, ledit premier ensemble de relai(s) étant ouvert lorsque le circuit électrique entre la sortie du chargeur et le pôle électrique correspondant de la batterie est fermé - et par un second ensemble de trois relais, dit troisième relai (43), quatrième relai (44), cinquième relai (45) commandé par le contrôleur du bras motorisé pour le pilotage du moteur du bras motorisé en mode PWM. – Poste de recharge électrique selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit premier ensemble de relais comprend un premier relai et un second relai, les deux bobines desdits relais étant reliées en parallèle. – Poste de recharge électrique selon la revendication 1 caractérisé en ce que la bobine de l’un au moins des relai(s) dudit premier ensemble de relai(s) est relié d’une part à la masse sécurisée correspondant à la ligne de sécurité d’une bordure de détection de contact, et d’autre part à la sortie du contrôleur commandant l’extension dudit bras motorisé. – Poste de recharge électrique selon les revendications 2 et 3 caractérisé en ce que - la borne de puissance dudit premier relai est reliée au moteur commandant l’extension dudit bras motorisé, la borne normalement fermée étant reliée à un premier branchement du moteur, la borne normalement ouverte étant reliée à la borne de puissance dudit deuxième relai - et en ce que la borne normalement ouverte dudit second relai est relié à la bobine de l’un des relais dudit second ensemble et à la borne normalement ouverte d’un autre relai dudit second ensemble. – Poste de recharge électrique selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que la borne de puissance du troisième relai (43) étant reliée à un deuxième branchement du moteur (28), ledit troisième relai (43) commandant le retrait du bras motorisé (2), sa bobine étant branchée entre la masse et le contrôleur (48) commandant la rétractation du bras (2). – Poste de recharge électrique selon la revendication 1 caractérisé en ce qu’un quatrième relai (44) commande la commutation de l’alimentation, sa bobine étant branchée entre la masse et la borne de puissance d’un cinquième relais (45). – Poste de recharge électrique selon la revendication précédente caractérisé en ce la borne de puissance du quatrième relai (44) est reliée aux bornes normalement ouvertes du deuxième relai (42) et du troisième relai (43). – Poste de recharge électrique selon la revendication 1 caractérisé en ce que la bobine d’un cinquième relai (45) est branchée entre un circuit (49) de détection de présence de la batterie et la sortie du contrôleur (48) de rétractation du bras motorisé (2).