FR3099657A1 - INDUCTIVE CHARGING TRACK FOR ELECTRIFIED VEHICLES AND DYNAMIC CHARGING SYSTEM INCORPORATED - Google Patents

INDUCTIVE CHARGING TRACK FOR ELECTRIFIED VEHICLES AND DYNAMIC CHARGING SYSTEM INCORPORATED Download PDF

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Abstract

PISTE DE RECHARGE INDUCTIVE POUR VÉHICULES ÉLECTRIFIÉS ET SYSTÈME DE RECHARGE DYNAMIQUE L’INCORPORANT La piste de recharge inductive (20) comprend une pluralité de modules inducteurs primaires (MP2) agencés côte-à-côte dans lesquels sont contenues une pluralité de bobines primaires (PC2) respectives connectées à des moyens d’alimentation électrique et de commutation (PS2, BDC2, DAP2), et une commande de séquencement d’alimentation excluant une alimentation électrique simultanée de deux bobines primaires adjacentes (PC2n, PC2n+1; PC2n, PC2n-1). Conformément à l’invention, les bobines primaires sont agencées avec un recouvrement partiel (CH) entre deux bobines primaires adjacentes (PC2n, PC2n+1; PC2n, PC2n-1). Figure 4INDUCTIVE CHARGING TRACK FOR ELECTRIFIED VEHICLES AND THE INCORPORATED DYNAMIC CHARGING SYSTEM The inductive charging track (20) comprises a plurality of primary inductor modules (MP2) arranged side by side in which are contained a plurality of primary coils (PC2 ) respective connected to power supply and switching means (PS2, BDC2, DAP2), and a power supply sequencing control excluding a simultaneous power supply of two adjacent primary coils (PC2n, PC2n + 1; PC2n, PC2n- 1). According to the invention, the primary coils are arranged with a partial overlap (CH) between two adjacent primary coils (PC2n, PC2n + 1; PC2n, PC2n-1). Figure 4

Description

PISTE DE RECHARGE INDUCTIVE POUR VÉHICULES ÉLECTRIFIÉS ET SYSTÈME DE RECHARGE DYNAMIQUE L’INCORPORANTINDUCTIVE CHARGING TRACK FOR ELECTRIFIED VEHICLES AND DYNAMIC CHARGING SYSTEM INCORPORATING IT

L’invention concerne de manière générale la recharge dynamique par induction électromagnétique de la batterie de traction d’un véhicule électrifié, comme par exemple un véhicule automobile électrique ou hybride, un autobus ou un tramway. Plus particulièrement, l’invention se rapporte à une piste de recharge inductive incluse dans un système de recharge dynamique par induction électromagnétique de véhicule électrifié et comprenant une pluralité de modules inducteurs primaires agencés au sol dans une voie de circulation de véhicule. L’invention se rapporte aussi au système de recharge dynamique par induction électromagnétique de véhicule électrifié intégrant une telle piste de recharge inductive.The invention generally relates to the dynamic recharging by electromagnetic induction of the traction battery of an electrified vehicle, such as for example an electric or hybrid motor vehicle, a bus or a tram. More particularly, the invention relates to an inductive charging track included in a dynamic charging system by electromagnetic induction of an electrified vehicle and comprising a plurality of primary inductor modules arranged on the ground in a vehicle traffic lane. The invention also relates to the dynamic charging system by electromagnetic induction of an electrified vehicle integrating such an inductive charging track.

La propulsion électrique des véhicules apparaît comme étant une solution viable pour répondre aux enjeux environnementaux et de santé publique découlant de la dépendance aux énergies fossiles. Les puissances spécifiques entre les moteurs électriques et les moteurs thermiques sont dans les mêmes ordres de grandeur, avec cependant un avantage important en termes de rendement pour les moteurs électriques. Les véhicules électriques ont l’inconvénient d’une faible autonomie de roulage, liée à la capacité limitée de la batterie électrique de traction, qui freine leur développement. L’amélioration de l’autonomie des véhicules électriques exige des capacités de batterie électrique de traction plus importantes, ce qui impose le recours à des systèmes de recharge rapide et continu.The electric propulsion of vehicles appears to be a viable solution to meet the environmental and public health challenges arising from dependence on fossil fuels. The specific powers between electric motors and heat engines are in the same orders of magnitude, with however a significant advantage in terms of efficiency for electric motors. Electric vehicles have the disadvantage of low driving range, linked to the limited capacity of the electric traction battery, which slows down their development. Improving the autonomy of electric vehicles requires greater electric traction battery capacities, which requires the use of rapid and continuous charging systems.

L’adoption des véhicules électriques comme moyen de transport de demain passe par le déploiement d’infrastructures de recharge électrique, avec des systèmes de recharge qui soient sûrs, économiques, efficaces énergétiquement et d’une utilisation aisée pour les personnes. Par ailleurs, les systèmes de recharge doivent être pensés dans le cadre des futurs réseaux intelligents de transport d’énergie électrique, dit « Smart Grid » en anglais, de manière à optimiser le bilan énergétique et la disponibilité des véhicules électriques, et à réduire leur empreinte carbone. Dans le contexte d’un réseau électrique intelligent, les équipements de recharge doivent être réversibles afin de permettre au réseau, non seulement de fournir l’énergie électrique pour la recharge de la batterie de traction du véhicule, mais aussi, dans un mode dit « V2G », de puiser de l’énergie disponible dans celle-ci pour répondre à une forte demande, par exemple, lors d’une pointe de consommation électrique.The adoption of electric vehicles as the means of transport of tomorrow requires the deployment of electric charging infrastructures, with charging systems that are safe, economical, energy efficient and easy to use for people. In addition, charging systems must be designed within the framework of future intelligent electrical energy transport networks, known as the "Smart Grid", so as to optimize the energy balance and the availability of electric vehicles, and to reduce their carbon footprint. In the context of an intelligent electrical network, charging equipment must be reversible in order to enable the network not only to supply electrical energy for recharging the vehicle's traction battery, but also, in a mode called " V2G", to draw energy available from it to meet high demand, for example, during a peak in electricity consumption.

La recharge par induction magnétique est aujourd’hui considérée comme une solution d’avenir pour assurer une recharge efficace des batteries des véhicules électriques, en permettant une stratégie de recharge optimale en fonction de la situation de vie du véhicule. Cette technologie est applicable aussi bien pour la recharge statique du véhicule en stationnement que pour la recharge dynamique du véhicule en roulage, dans des modes de recharge lents ou rapides. Elle apporte à l’utilisateur un confort d’utilisation certain en lui évitant la tâche fastidieuse d’un raccordement par câble du véhicule à une station de recharge électrique et en ayant un véhicule qui se recharge en roulant, sans être dans l’obligation de s’arrêter pour une recharge. L’autonomie de roulage des véhicules électriques n’est alors plus dépendante de la capacité de stockage d’énergie des batteries, mais de la taille de l’infrastructure routière électrifiée qui est déployée.Magnetic induction charging is now considered a solution for the future to ensure efficient charging of electric vehicle batteries, by allowing an optimal charging strategy according to the vehicle's life situation. This technology is applicable both for the static charging of the vehicle when parked and for the dynamic charging of the vehicle while driving, in slow or fast charging modes. It provides the user with a certain comfort of use by avoiding the tedious task of connecting the vehicle to an electric charging station by cable and by having a vehicle that charges while driving, without being obliged to stop for a refill. The driving range of electric vehicles is then no longer dependent on the energy storage capacity of the batteries, but on the size of the electrified road infrastructure that is deployed.

Les systèmes de recharge par induction magnétique pour les véhicules électriques font l’objet de différents développements et expérimentations menés par les laboratoires et l’industrie automobile.Magnetic induction charging systems for electric vehicles are the subject of various developments and experiments carried out by laboratories and the automotive industry.

De manière générale, l’intégration dans le véhicule électrique de l’équipement de recharge inductive impose des contraintes sévères sur la conception du système de recharge dynamique par induction magnétique, relatives notamment à l’efficacité énergétique lors de la phase de transfert de puissance, aux poids et volume embarqués et la sécurité des personnes vis-à-vis des rayonnements électromagnétiques.In general, the integration in the electric vehicle of the inductive charging equipment imposes severe constraints on the design of the dynamic charging system by magnetic induction, relating in particular to energy efficiency during the power transfer phase, the weight and volume on board and the safety of people with respect to electromagnetic radiation.

Un état de l’art de ces systèmes de recharge est présenté dans la thèse de Luigi FERRARO intitulée« Design and control of inductive power transfer system for electric vehicle charging », présentée le 3 mai 2017.A state of the art of these charging systems is presented in Luigi FERRARO's thesis entitled "Design and control of inductive power transfer system for electric vehicle charging " , presented on May 3, 2017.

Dans une architecture connue montrée aux Figs.1 à 3 ci-annexées, un système de recharge dynamique par induction magnétique 1 comprend une piste de recharge inductive 10 comprenant une pluralité de modules inducteurs primaires MP et un équipement de recharge inductive 11 embarqué dans un véhicule électrique et comprenant un module inducteur secondaire MS. Les modules primaires et secondaire MP et MS sont représentés aux Figs.1 et 2 respectivement par leurs bobines PC et SC montrées schématiquement.In a known architecture shown in Figs.1 to 3 attached, a dynamic charging system by magnetic induction 1 comprises an inductive charging track 10 comprising a plurality of primary inductor modules MP and inductive charging equipment 11 on board a vehicle electric and comprising a secondary inductor module MS. The primary and secondary modules MP and MS are represented in Figs. 1 and 2 respectively by their coils PC and SC shown schematically.

La piste de recharge inductive 10 est intégrée dans le revêtement de la chaussée d’une infrastructure routière électrifiée comprenant la pluralité de modules inducteurs primaires MP. Les modules inducteurs primaires MP sont disposés côte-à-côte et alimentés à haute fréquence, typiquement à une fréquence inférieure à 200 kHz, par des convertisseurs électriques de type DC/AC (courant continu – courant alternatif) désignés ci-après convertisseurs primaires DAP. Dans cette architecture, un convertisseur primaire DAP est dédié à chaque module inducteur primaire MP. Les convertisseurs primaires DAP sont raccordés à une source d’alimentation électrique continue PS à travers un bus d’alimentation électrique continue BDC intégré dans la chaussée.The inductive charging track 10 is integrated into the road surface of an electrified road infrastructure comprising the plurality of primary inductor modules MP. The primary inductor modules MP are arranged side by side and powered at high frequency, typically at a frequency lower than 200 kHz, by electrical converters of the DC/AC type (direct current – alternating current) hereinafter referred to as primary converters DAP . In this architecture, a primary converter DAP is dedicated to each primary inductor module MP. The primary converters DAP are connected to a DC power supply source PS through a DC power supply bus BDC integrated into the roadway.

Comme mieux visible à la Fig.2, l’équipement de recharge inductive 11 comprend un module inducteur secondaire MS qui recharge une batterie électrique de traction BAT à travers un pont de redressement de puissance RE et un convertisseur électrique de type DC/DC (courant continu – courant continu) désigné DDS.As best seen in Fig.2, the inductive charging equipment 11 comprises a secondary inductor module MS which recharges an electric traction battery BAT through a power rectification bridge RE and a DC/DC type electric converter (current direct current – direct current) designated DDS.

L’alimentation électrique des moteurs électriques de traction MOT du véhicule est assurée à partir de la batterie électrique de traction BAT via un convertisseur électrique, désigné DAS, qui est ici de type DC/AC.The electric power supply for the electric traction motors MOT of the vehicle is provided from the electric traction battery BAT via an electric converter, designated DAS, which is here of the DC/AC type.

En référence à la Fig.3, le coupleur inductif CI, formé par un module inducteur primaire MP et le module inducteur secondaire MS en vis-à-vis, est un composant particulièrement critique du système de recharge dynamique par induction magnétique. Ce coupleur inductif CI, qui se caractérise par un entrefer d’air important, une inductance mutuelle faible, des inductances de fuite relativement importantes et un coefficient de couplage magnétique faible et variable, doit répondre à différentes contraintes visant notamment à une bonne efficacité du transfert de puissance et à une réduction des rayonnements électromagnétiques nocifs.With reference to FIG. 3, the inductive coupler CI, formed by a primary inductor module MP and the secondary inductor module MS facing each other, is a particularly critical component of the dynamic magnetic induction charging system. This inductive coupler CI, which is characterized by a large air gap, a low mutual inductance, relatively large leakage inductances and a low and variable magnetic coupling coefficient, must meet various constraints aimed in particular at good transfer efficiency. power and a reduction in harmful electromagnetic radiation.

Le module primaire MP et le module secondaire MS ont une architecture sensiblement identique. Le module primaire MP comprend une bobine primaire PC qui est logée dans une structure SP. Le module secondaire MS comprend une bobine secondaire SC qui est logée dans une structure SS sensiblement identique ici à la structure SP.The primary module MP and the secondary module MS have a substantially identical architecture. The primary module MP comprises a primary coil PC which is housed in a structure SP. The secondary module MS comprises a secondary coil SC which is housed in a structure SS substantially identical here to the structure SP.

Les bobines PC, SC, sont réalisées typiquement avec un fil conducteur multibrin, dit fil de Litz, qui est adapté pour le courant à haute fréquence. Un feuillard conducteur ou des barres de type « Roebel » pourront être utilisés dans d’autres applications. Les bobines PC, SC, sont de préférence identiques, de type planaire et avec une forme géométrique carrée de façon à maximiser le coefficient de transfert de puissance entre elles.The PC, SC coils are typically made with a multi-strand conductor wire, called Litz wire, which is suitable for high frequency current. A conductive strip or “Roebel” type bars can be used in other applications. The PC, SC coils are preferably identical, of the planar type and with a square geometric shape so as to maximize the power transfer coefficient between them.

Les structures SP, SS, sont typiquement des pièces en ferrite, par exemple une ferrite de nuance dite « 3C90 », obtenues par frittage. Généralement, les matériaux les plus utilisés pour assurer la fonction de blindage sont l’aluminium et la ferrite 3C90. L’aluminium, matériau non magnétique, est utilisé aussi pour le blindage. Dans un tel cas, la fonction de blindage est obtenue grâce aux courants de Foucault en surface qui repoussent les lignes de champs.The SP, SS structures are typically ferrite parts, for example a so-called “3C90” grade ferrite, obtained by sintering. Generally, the materials most used to provide the shielding function are aluminum and 3C90 ferrite. Aluminum, a non-magnetic material, is also used for shielding. In such a case, the shielding function is obtained thanks to the eddy currents on the surface which repel the field lines.

Des capteurs (non représentés) sont prévus dans le système de recharge dynamique par induction magnétique 1 pour détecter la présence du module inducteur secondaire MS au-dessus des modules inducteurs primaires MP, commander le séquencement des commutations d’activation des convertisseurs primaires DAP au fur et à mesure du déplacement du véhicule et assurer ainsi le transfert de puissance électrique vers le module inducteur secondaire MS.Sensors (not shown) are provided in the dynamic recharging system by magnetic induction 1 to detect the presence of the secondary inductor module MS above the primary inductor modules MP, to control the sequencing of the activation switchings of the primary converters DAP as and as the vehicle moves and thus ensure the transfer of electrical power to the secondary inductor module MS.

Dans un tel système, des couplages électromagnétiques parasites, dus à la proximité entre eux des modules inducteurs, se produisent entre les bobines des modules inducteurs actifs, MPnet MS, et les bobines primaires des modules primaires adjacents et voisins, MPn-1, MPn+1et MPn-2, MPn+2, principalement. Ces couplages électromagnétiques parasites sont susceptibles de générer des tensions élevées induites dans les bobines primaires adjacentes et voisines et imposent un dimensionnement important de la tenue en tension des composants semi-conducteurs de commutation de puissance dans les convertisseurs primaires DAP et/ou l’ajout de composants semi-conducteurs supplémentaires de protection qui doivent souvent être dimensionnés à des tensions sensiblement plus élevées que celles mises en jeu dans le transfert de puissance.In such a system, parasitic electromagnetic couplings, due to the proximity between them of the inductor modules, occur between the coils of the active inductor modules, MP n and MS, and the primary coils of the adjacent and neighboring primary modules, MP n-1 , MP n+1 and MP n-2 , MP n+2 , mainly. These parasitic electromagnetic couplings are liable to generate high voltages induced in the adjacent and neighboring primary coils and impose significant dimensioning of the voltage withstand of the power switching semiconductor components in the DAP primary converters and/or the addition of additional protective semiconductor components that often must be sized at voltages significantly higher than those involved in power transfer.

A la Fig.2, il est montré schématiquement l’ajout de composants semi-conducteurs supplémentaires de protection C1, C2, dans le circuit résonnant du convertisseur DAP. Ces composants C1, C2, ont pour fonction de déconnecter complètement le pont de commutation du convertisseur DAP lors de la survenue de tensions élevées induites dans la bobine primaire.In Fig.2, there is shown schematically the addition of additional semiconductor protection components C1, C2, in the resonant circuit of the DAP converter. These components C1, C2 have the function of completely disconnecting the switching bridge from the DAP converter when high voltages induced in the primary coil occur.

Les composants C1, C2, doivent avoir une tenue en tension importante et impactent fortement le coût du convertisseur DAP. Par ailleurs, la nécessité de ces composants C1, C2, est défavorable à la compacité du convertisseur DAP et peut poser des difficultés d’implantation.Components C1, C2 must have a high voltage withstand and have a strong impact on the cost of the DAP converter. Furthermore, the need for these components C1, C2 is unfavorable to the compactness of the DAP converter and can cause installation difficulties.

La réduction du coût unitaire des convertisseurs primaires DAP est essentielle pour minimiser les investissements nécessaires à un déploiement à grande échelle d’une infrastructure routière électrifiée de recharge par induction électromagnétique.Reducing the unit cost of DAP primary converters is key to minimizing the investment required for large-scale deployment of an electrified road infrastructure for electromagnetic induction charging.

Il existe donc un besoin pour une topologie nouvelle de piste de recharge inductive qui apporte une solution aux inconvénients exposés ci-dessus de la technique antérieure, en autorisant une réduction des tensions élevées induites dans les bobines primaires par les couplages électromagnétiques parasites.There is therefore a need for a new inductive charging track topology which provides a solution to the drawbacks of the prior art set out above, by allowing a reduction in the high voltages induced in the primary coils by the parasitic electromagnetic couplings.

Selon un premier aspect, l’invention concerne une piste de recharge inductive dans un système de recharge dynamique par induction électromagnétique de véhicule électrifié, comprenant une pluralité de modules inducteurs primaires agencés côte-à-côte dans lesquels sont contenues une pluralité de bobines primaires respectives connectées à des moyens d’alimentation électrique et de commutation, et ayant une commande de séquencement d’alimentation excluant une alimentation électrique simultanée de deux bobines primaires adjacentes. Conformément à l’invention, les bobines primaires sont agencées avec un recouvrement partiel entre deux bobines primaires adjacentes.According to a first aspect, the invention relates to an inductive charging track in a dynamic charging system by electromagnetic induction of an electrified vehicle, comprising a plurality of primary inductor modules arranged side-by-side in which are contained a plurality of respective primary coils connected to power supply and switching means, and having a power supply sequencing control excluding simultaneous power supply of two adjacent primary coils. According to the invention, the primary coils are arranged with a partial overlap between two adjacent primary coils.

Selon une caractéristique particulière, les bobines primaires sont de type planaire avec une forme géométrique carrée.According to a particular characteristic, the primary coils are of the planar type with a square geometric shape.

Selon une autre caractéristique particulière, le recouvrement partiel est compris entre 14% et 21% de la longueur de côté des bobines primaires. Avantageusement, le recouvrement partiel est calculé optimalement de façon à annuler l’effet du couplage entre les bobines primaires.According to another particular characteristic, the partial overlap is between 14% and 21% of the side length of the primary coils. Advantageously, the partial overlap is calculated optimally so as to cancel the effect of the coupling between the primary coils.

Selon encore une autre caractéristique particulière, les bobines primaires sont formées avec du fil de Litz, un feuillard conducteur et/ou des barres de type « Roebel ».According to yet another particular characteristic, the primary coils are formed with Litz wire, a conductive strip and/or “Roebel” type bars.

Selon encore une autre caractéristique particulière, les moyens d’alimentation électrique et de commutation comprennent une pluralité de convertisseurs électriques de type « DC/AC » connectés respectivement à la pluralité de bobines primaires.According to yet another particular characteristic, the electrical power supply and switching means comprise a plurality of “DC/AC” type electrical converters connected respectively to the plurality of primary coils.

Selon encore une autre caractéristique particulière, la pluralité de convertisseurs électriques de type « DC/AC » sont connectés à un même bus d’alimentation électrique continue.According to yet another particular characteristic, the plurality of “DC/AC” type electric converters are connected to the same DC electric power supply bus.

L’invention concerne aussi un système de recharge dynamique par induction électromagnétique de véhicule électrifié comprenant une piste de recharge inductive et au moins un équipement de recharge inductive embarqué dans un véhicule électrifié et comprenant un module inducteur secondaire avec une bobine secondaire, dans lequel la piste de recharge inductive est une piste de recharge inductive telle que décrite brièvement ci-dessus.The invention also relates to a dynamic charging system by electromagnetic induction of an electrified vehicle comprising an inductive charging track and at least one inductive charging equipment on board an electrified vehicle and comprising a secondary inductor module with a secondary coil, in which the track inductive charging is an inductive charging track as briefly described above.

Selon une caractéristique particulière, la bobine secondaire est de même type que les bobines primaires.According to a particular characteristic, the secondary coil is of the same type as the primary coils.

L’invention concerne aussi une voie de circulation de véhicule comprenant une piste de recharge inductive de l’invention intégrée au sol.The invention also relates to a vehicle taxiway comprising an inductive charging track of the invention integrated into the ground.

D’autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée ci-dessous de formes de réalisation particulières de l’invention en référence aux dessins annexés, dans lesquels :Other advantages and characteristics of the present invention will appear more clearly on reading the detailed description below of particular embodiments of the invention with reference to the appended drawings, in which:

est un bloc-diagramme montrant schématiquement une architecture générale d’un système de recharge dynamique par induction électromagnétique de véhicule électrifié selon la technique antérieure. is a block diagram showing schematically a general architecture of a dynamic charging system by electromagnetic induction of an electrified vehicle according to the prior art.

est un bloc-diagramme montrant l’architecture des convertisseurs primaires DC/AC et de l’équipement de recharge inductive 11 embarqué dans le véhicule électrique dans le système de recharge dynamique par induction électromagnétique de la Fig.1. is a block diagram showing the architecture of the primary DC/AC converters and of the inductive charging equipment 11 on board the electric vehicle in the dynamic charging system by electromagnetic induction of FIG.

est une vue schématique en perspective montrant un coupleur inductif dans le système de recharge dynamique par induction électromagnétique de la Fig.1. is a schematic perspective view showing an inductive coupler in the dynamic electromagnetic induction charging system of Fig.1.

est un bloc-diagramme montrant schématiquement une architecture générale d’un système de recharge dynamique par induction électromagnétique de véhicule électrifié selon la présente invention. is a block diagram schematically showing a general architecture of a dynamic charging system by electromagnetic induction of an electrified vehicle according to the present invention.

est une vue schématique en perspective montrant le recouvrement partiel entre les bobines primaires adjacentes prévu dans le système de recharge dynamique par induction électromagnétique de véhicule électrifié selon la présente invention. is a schematic perspective view showing the partial overlap between adjacent primary coils provided in the dynamic charging system by electromagnetic induction of electrified vehicle according to the present invention.

montre des courbes de mesure de coefficient de couplage en fonction du déplacement de la bobine secondaire embarquée dans le véhicule. shows coupling coefficient measurement curves as a function of the movement of the secondary coil on board the vehicle.

En référence aux Figs.4 et 6, il est maintenant décrit une forme de réalisation particulière 2 d’un système de recharge dynamique par induction magnétique selon l’invention.With reference to Figs.4 and 6, a particular embodiment 2 of a dynamic magnetic induction charging system according to the invention is now described.

Le système de recharge dynamique par induction magnétique 2 comprend une piste de recharge inductive 20 comprenant une pluralité de modules inducteurs primaires MP2 et un équipement de recharge inductive 21 embarqué dans un véhicule électrique et comprenant un module inducteur secondaire MS2. Les modules primaires et secondaire MP2 et MS2 sont représentés à la Fig.4 respectivement par leurs bobines primaires PC2 et secondaire SC2 montrées schématiquement.The dynamic magnetic induction charging system 2 comprises an inductive charging track 20 comprising a plurality of primary inductor modules MP2 and inductive charging equipment 21 on board an electric vehicle and comprising a secondary inductor module MS2. The primary and secondary modules MP2 and MS2 are represented in Fig.4 respectively by their primary coils PC2 and secondary SC2 shown schematically.

Comme les bobines PC, SC, de la technique antérieure, les bobines PC2, SC2, sont réalisées typiquement avec du fil de Litz, un feuillard conducteur ou des barres de type « Roebel » selon les applications. Les bobines PC2, SC2, sont sensiblement identiques, de type planaire et avec une forme géométrique carrée de façon à maximiser le coefficient de transfert de puissance entre elles.Like the coils PC, SC, of the prior art, the coils PC2, SC2 are typically made with Litz wire, a conductive strip or “Roebel” type bars depending on the application. The coils PC2, SC2 are substantially identical, of the planar type and with a square geometric shape so as to maximize the power transfer coefficient between them.

Dans cette exemple de réalisation, les bobines primaires PC2 sont alimentées à une fréquence voisine de 85 kHz par des convertisseurs électriques de type DC/AC (courant continu – courant alternatif) désignés ci-après convertisseurs primaires DAP2. Un convertisseur primaire DAP2 est dédié à chaque bobine primaire PC2. Les convertisseurs primaires DAP2 sont raccordés à une source d’alimentation électrique continue PS2 à travers un bus d’alimentation électrique continue BDC2 intégré dans la chaussée.In this exemplary embodiment, the primary coils PC2 are supplied at a frequency close to 85 kHz by electrical converters of the DC/AC type (direct current – alternating current) hereinafter referred to as primary converters DAP2. A DAP2 primary converter is dedicated to each PC2 primary coil. The DAP2 primary converters are connected to a DC power supply source PS2 through a DC power supply bus BDC2 integrated into the roadway.

L’équipement de recharge inductive 21 a une architecture analogue à celle de l’équipement de recharge inductive 11 de la technique antérieure, décrit plus haut en référence à la Fig.2, et ne sera détaillé de nouveau ici.The inductive charging equipment 21 has an architecture similar to that of the inductive charging equipment 11 of the prior art, described above with reference to FIG. 2, and will not be detailed again here.

Comme visible à la Fig.4, l’architecture de la piste de recharge inductive 20 se distingue de celle de la piste de recharge inductive 10 de la technique antérieure essentiellement par l’agencement des bobines primaires PC2 de ses modules inducteurs primaires MP2.As visible in Fig.4, the architecture of the inductive charging track 20 differs from that of the inductive charging track 10 of the prior art essentially by the arrangement of the primary coils PC2 of its primary inductor modules MP2.

Conformément à la présente invention, les bobines primaires PC2 adjacentes sont agencées de manière « entrelacées », comme montré à la Fig.5 pour les bobines PC2n+1et PC2n+2. Plus précisément, les bobines primaires PC2 adjacentes sont disposées avec un recouvrement partiel CH entre elles.In accordance with the present invention, the adjacent primary coils PC2 are arranged in an “interleaved” manner, as shown in FIG. 5 for the coils PC2 n+1 and PC2 n+2 . More precisely, the adjacent primary coils PC2 are arranged with a partial overlap CH between them.

Les simulations et essais expérimentaux réalisés par l’entité inventive ont mis en évidence qu’un tel recouvrement partiel entre les bobines primaires PC2 permet de réduire de manière très significative les tensions induites par les couplages électromagnétiques parasites dans les bobines primaires adjacentes et voisines à la bobine primaire active.The simulations and experimental tests carried out by the inventive entity have shown that such a partial overlap between the primary coils PC2 makes it possible to very significantly reduce the voltages induced by the parasitic electromagnetic couplings in the primary coils adjacent and neighboring the primary coil active.

Les tableaux ci-dessous Table 1, Table 2, et Table 3, Table 4, montrent comparativement des résultats de simulations et essais obtenus respectivement pour le système 2 selon l’invention et le système 1 de la technique antérieure.The tables below Table 1, Table 2, and Table 3, Table 4, show the results of simulations and tests obtained respectively for system 2 according to the invention and system 1 of the prior art.

La configuration suivante a été choisie pour les simulations et essais :The following configuration was chosen for the simulations and tests:

  • une puissance du système égale à 2,5 kW ;a system power equal to 2.5 kW;
  • un courant continu maximal de 42 A dans le bus d’alimentation électrique continue BDC2, BDC ;a maximum continuous current of 42 A in the continuous power supply bus BDC2, BDC;
  • une tension continue de 60 V dans le bus d’alimentation électrique continue BDC2, BDC ;a DC voltage of 60 V in the DC power supply bus BDC2, BDC;
  • une fréquence comprise entre 84 kHz et 95 kHz pour l’alimentation haute fréquence des bobines primaires PC2, PC ; eta frequency between 84 kHz and 95 kHz for the high frequency supply of the primary coils PC2, PC; And
  • une forme carrée LxL = 450x450 mm des bobines primaires et secondaires PC2, PC, et SC2, SC.a square shape LxW = 450x450 mm primary and secondary coils PC2, PC, and SC2, SC.

Pour le système 2 selon l’invention, le recouvrement partiel CH entre les bobines primaires PC2 est de CH = 80 mm, soit un recouvrement partiel sur (CH/L)x100 = 17,8% de la longueur de côté L des bobines primaires PC2. Pour le système 2 avec la configuration définie ci-dessus, un recouvrement partiel CH de 80 mm a été déterminé comme étant une valeur optimale pour la réduction des tensions induites dans les bobines primaires PC2. De manière générale, en fonction des applications, le recouvrement partiel CH sera compris entre 14% et 21% de la longueur de côté L des bobines primaires PC2.For system 2 according to the invention, the partial overlap CH between the primary coils PC2 is CH = 80 mm, i.e. a partial overlap over (CH/L)x100 = 17.8% of the side length L of the primary coils PC2. For system 2 with the configuration defined above, a partial overlap CH of 80 mm has been determined to be an optimal value for the reduction of the voltages induced in the primary coils PC2. In general, depending on the applications, the partial overlap CH will be between 14% and 21% of the side length L of the PC2 primary coils.

Le système 2 selon l’invention et le système 1 de la technique antérieure conservent également un même séquencement de commande des bobines primaires PC2, PC.System 2 according to the invention and system 1 of the prior art also retain the same control sequencing of the primary coils PC2, PC.

Le séquencement de commande prévoit ici une mise en court-circuit des bobines primaires directement adjacentes à la bobine primaire active PC2n, PCn. Ainsi les bobines primaires PC2n+1, PC2n - 1, pour le système 2 selon l’invention et les bobines primaires PCn+1, PCn-1, pour le système 1 de la technique antérieure sont mises en court-circuit lorsque la bobine primaire PC2n, PCn, est active, respectivement. Les bobines primaires PC2n+1, PC2n-1, et PCn+1, PCn-1, sont alors parcourues par des courants induits I2n+1, I2n-1, et In+1, In-1, respectivement.The control sequencing here provides for short-circuiting the primary coils directly adjacent to the active primary coil PC2 n , PC n . Thus the primary coils PC2 n+1 , PC2 n - 1 , for system 2 according to the invention and the primary coils PC n+1 , PC n-1 , for system 1 of the prior art are short-circuited when the primary coil PC2 n , PC n , is active, respectively. The primary coils PC2 n+1 , PC2 n-1 , and PC n+1 , PC n-1 , are then traversed by induced currents I2 n+1 , I2 n-1 , and I n+1 , I n- 1 , respectively.

Les bobines primaires PC2n+2, PC2n-2, pour le système 2 selon l’invention et les bobines primaires PCn+2, PCn-2pour le système 1 de la technique antérieure ne sont pas mises en court-circuit et ont à leurs bornes des tensions induites V2n+1, V2n-1, et Vn+ 2, Vn- 2, respectivement.The primary coils PC2 n+2 , PC2 n-2 , for system 2 according to the invention and the primary coils PC n+2 , PC n-2 for system 1 of the prior art are not short-circuited and have at their terminals induced voltages V2 n+1 , V2 n-1 , and V n+ 2 , V n- 2 , respectively.

Dans les tableaux Table 1, Table 2, Table 3 et Table 4 ci-dessous, la valeur D, montrée aux Figs.1 et 4, est le déplacement de la bobine secondaire SC2, SC, par rapport à la bobine primaire active PC2n, PCn, déplacement qui correspond à celui du véhicule sur une voie de circulation. La distance D = 0 mm correspond à un alignement parfait de la bobine secondaire SC2, SC, sur la bobine primaire active PC2n, PCn.In the tables Table 1, Table 2, Table 3 and Table 4 below, the value D, shown in Figs.1 and 4, is the displacement of the secondary coil SC2, SC, with respect to the active primary coil PC2 n , PC n , displacement which corresponds to that of the vehicle on a traffic lane. The distance D=0 mm corresponds to perfect alignment of the secondary coil SC2, SC, on the active primary coil PC2 n , PC n .

SystèmeSystem 22 selon l’invention : Résultats de simulation et essaiaccording to the invention: Results of simulation and test ss

D (mm)D (mm) I2n+1(A)I2 n+1 (A) I2n-1(A)I2 n-1 (A) V2n+2(V)V2 n+2 (V) V2n-2(V)V2 n-2 (V) 00 1,531.53 1,51.5 11,7811.78 11,4311.43 7878 1515 55 0,50.5 2323 156156 3737 8,338.33 1313 3434 234234 5656 7,417.41 2424 4141

Résultats de simulationSimulation results

D (mm)D (mm) I2n+1(A)I2 n+1 (A) I2n-1(A)I2 n-1 (A) V2n+2(V)V2 n+2 (V) 00 2,82.8 1,81.8 1515 234234 4242 8,418.41 2525

Résultats d’essais expérimentauxResults of experimental tests

Système 1 de la technique antérieure : Résultats de simulation et essaisPrior Art System 1: Simulation Results and Tests

D (mm)D (mm) In+1(A)I n+1 (A) In-1(A)I n-1 (A) Vn+2(V)Vn +2 (V) Vn-2(V)Vn -2 (V) 00 2121 2121 102102 101101 7878 3030 2727 197197 179179 156156 4242 3333 266266 222222 234234 7777 5555 455455 351351

Résultats de simulationSimulation results

D (mm)D (mm) In+1(A)I n+1 (A) In-1(A)I n-1 (A) Vn+2(V)Vn +2 (V) 00 8,98.9 9,29.2 9292 234234 6565 5050 417417

Résultats d’essais expérimentauxResults of experimental tests

Pour le système 1 selon l’invention, les résultats de simulation (Table 1) donnent les valeurs maximales suivantes de courants induits et tensions induites : I2n+1= 56 A, I2n-1= 7,41 A, V2n+2= 24 V et V2n-2= 41 V, qui sont obtenues avec un déplacement D = 234 mm.For system 1 according to the invention, the simulation results (Table 1) give the following maximum values of induced currents and induced voltages: I2 n+1 = 56 A, I2 n-1 = 7.41 A, V2 n+ 2 = 24 V and V2 n-2 = 41 V, which are obtained with a displacement D = 234 mm.

Pour le système 2 de la technique antérieure, les résultats de simulation (Table 3) donnent les valeurs maximales suivantes de courants induits et tensions induites : In+1= 77 A, In-1= 55 A, Vn+2= 455 V et Vn-2= 351 V qui sont obtenues avec un déplacement D = 234 mm.For system 2 of the prior art, the simulation results (Table 3) give the following maximum values of induced currents and induced voltages: I n+1 = 77 A, I n-1 = 55 A, V n+2 = 455 V and V n-2 = 351 V which are obtained with a displacement D = 234 mm.

Les résultats des essais expérimentaux (Tables 2 et 4) confirment les ordres de grandeur des résultats de simulation (Tables 1 et 2).The results of the experimental tests (Tables 2 and 4) confirm the orders of magnitude of the simulation results (Tables 1 and 2).

Les résultats ci-dessus montrent le bénéfice important apporté par la présente invention en termes de réduction des tensions induites dans les bobines primaires PC2n+2et PC2n-2voisines de la bobine primaire active, avec une tension induite maximale V2n-2= 41 V pour le système 2 de l’invention à comparer à une tension induite maximale Vn+2= 455 V pour le système 1 de la technique antérieure. Cette réduction importante des tensions induites autorise un dimensionnement en tension sensiblement inférieur des composants semi-conducteurs de commutation de puissance dans les convertisseurs primaires DAP2 du système 2 de l’invention, comparativement à ceux utilisés dans les convertisseurs primaires DAP du système 1 de la technique antérieure. De plus, les composants semi-conducteurs supplémentaires de protection C1, C2, (Fig.2) prévus dans les convertisseurs primaires DAP du système 1 de la technique antérieure ne sont pas nécessaires dans les convertisseurs primaires DAP2 du système 2 de l’invention.The above results show the significant benefit provided by the present invention in terms of reducing the voltages induced in the primary coils PC2 n+2 and PC2 n-2 close to the active primary coil, with a maximum induced voltage V2 n-2 = 41 V for system 2 of the invention to be compared with a maximum induced voltage V n+2 = 455 V for system 1 of the prior art. This significant reduction in the induced voltages allows a substantially lower dimensioning in voltage of the semiconductor power switching components in the primary converters DAP2 of the system 2 of the invention, compared to those used in the primary converters DAP of the system 1 of the technique anterior. Moreover, the additional semiconductor protection components C1, C2, (FIG. 2) provided in the primary converters DAP of system 1 of the prior art are not necessary in the primary converters DAP2 of system 2 of the invention.

L’invention procure également une réduction des courants induits I2n+1et I2n-1dans les bobines primaires PC2n+1et PC2n-1en court-circuit, une telle réduction réduisant les pertes joules et l’échauffement dans les bobines et les convertisseurs associés.The invention also provides a reduction in the induced currents I2 n+1 and I2 n-1 in the primary coils PC2 n+1 and PC2 n-1 in short circuit, such a reduction reducing the joule losses and the heating in the coils and associated converters.

Outre les bénéfices susmentionnés, le recouvrement partiel préconisé par la présente invention permet également une augmentation du coefficient de couplage entre la bobine primaire et la bobine secondaire en fin de boucle au sol. Les courbes de la Fig.6 montrent, pour le système 2 de l’invention, des mesures du coefficient de couplage CF avec la bobine secondaire SC2 en fonction du déplacement D de celle-ci, pour la bobine PC2net les bobines adjacentes PC2n-1, PC2n+1. Comme visible à la Fig.6, le coefficient de couplage CF entre la bobine secondaire SC2 et la bobine primaire PC2nvarie entre 0,15 et 0,26. Avec le système 1 de la technique antérieure, sans le recouvrement partiel préconisé par la présente invention, les mesures (non représentées) effectuées par l’entité inventive donnent une variation du coefficient de couplage entre 0,1 et 0,26. Dans cet exemple de réalisation, l’invention procure donc une amélioration de l’ordre de 50% du coefficient de couplage entre la bobine primaire et la bobine secondaire en fin de boucle au sol.In addition to the aforementioned benefits, the partial overlap recommended by the present invention also allows an increase in the coupling coefficient between the primary coil and the secondary coil at the end of the ground loop. The curves in Fig.6 show, for the system 2 of the invention, measurements of the coupling coefficient CF with the secondary coil SC2 as a function of the displacement D thereof, for the coil PC2 n and the adjacent coils PC2 n-1 , PC2 n+1 . As visible in Fig.6, the coupling coefficient CF between the secondary coil SC2 and the primary coil PC2 n varies between 0.15 and 0.26. With system 1 of the prior art, without the partial overlap recommended by the present invention, the measurements (not shown) carried out by the inventive entity give a variation of the coupling coefficient between 0.1 and 0.26. In this embodiment, the invention therefore provides an improvement of the order of 50% of the coupling coefficient between the primary coil and the secondary coil at the end of the ground loop.

Il est clair pour l’homme du métier que l’agencement proposé dans la présente invention, qui prévoit un recouvrement partiel entre les bobines primaires adjacentes, diffère de la structure de double bobine connue dite « BP », pour « Bipolar Polarized » en anglais. La structure de double bobine « BP » est décrite dans la thèse de Luigi FERRARO susmentionnée, intitulée« Design and control of inductive power transfer system for electric vehicle charging »et présentée le 3 mai 2017. Dans cette structure de double bobine « BP », les deux bobines sont disposées avec un recouvrement partiel et alimentées simultanément par des courants en sens inverse. Dans la présente invention, une seule à la fois des deux bobines primaires adjacentes est alimentée en courant.It is clear to those skilled in the art that the arrangement proposed in the present invention, which provides for a partial overlap between the adjacent primary coils, differs from the known double coil structure called "BP", for "Bipolar Polarized" in English. . The “BP” double coil structure is described in the aforementioned thesis by Luigi FERRARO, entitled “ Design and control of inductive power transfer system for electric vehicle charging ” and presented on May 3, 2017. In this “BP” double coil structure, the two coils are arranged with a partial overlap and supplied simultaneously by currents in the opposite direction. In the present invention, only one at a time of the two adjacent primary coils is supplied with current.

L’invention ne se limite pas aux formes de réalisation particulières qui ont été décrites ici à titre d’exemple. L’homme du métier, selon les applications de l’invention, pourra apporter différentes modifications et variantes entrant dans le champ de protection de l’invention.The invention is not limited to the particular embodiments which have been described here by way of example. The person skilled in the art, depending on the applications of the invention, may make various modifications and variants falling within the scope of protection of the invention.

Claims (9)

Piste de recharge inductive (20) dans un système de recharge dynamique par induction électromagnétique de véhicule électrifié (2), comprenant une pluralité de modules inducteurs primaires (MP2) agencés côte-à-côte dans lesquels sont contenues une pluralité de bobines primaires respectives (PC2) connectées à des moyens d’alimentation électrique et de commutation (PS2, BDC2, DAP2), et ayant une commande de séquencement d’alimentation excluant une alimentation électrique simultanée de deux bobines primaires adjacentes (PC2n, PC2n+1; PC2n, PC2n-1), caractérisée en ce que lesdites bobines primaires (PC2) sont agencées avec un recouvrement partiel (CH) entre deux bobines primaires adjacentes (PC2n, PC2n+1; PC2n, PC2n-1).Inductive charging track (20) in an electrified vehicle dynamic electromagnetic induction charging system (2), comprising a plurality of primary inductor modules (MP2) arranged side-by-side in which are contained a plurality of respective primary coils ( PC2) connected to power supply and switching means (PS2, BDC2, DAP2), and having a power supply sequencing control excluding simultaneous power supply of two adjacent primary coils (PC2 n , PC2 n+1 ; PC2 n , PC2 n-1 ), characterized in that said primary coils (PC2) are arranged with a partial overlap (CH) between two adjacent primary coils (PC2 n , PC2 n+1 ; PC2 n , PC2 n-1 ). Piste de recharge inductive selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdites bobines primaires (PC2) sont de type planaire avec une forme géométrique carrée.Inductive charging track according to claim 1, characterized in that said primary coils (PC2) are of the planar type with a square geometric shape. Piste de recharge inductive selon la revendication 2, caractérisée en ce que ledit recouvrement partiel (CH) est compris entre 14% et 21% de la longueur de côté (L) desdites bobines primaires (PC2).Inductive charging track according to claim 2, characterized in that said partial overlap (CH) is between 14% and 21% of the side length (L) of said primary coils (PC2). Piste de recharge inductive selon l’une quelconque des revendication 1 à 3, caractérisée en ce que lesdites bobines primaires (PC2) sont formées avec du fil de Litz, un feuillard conducteur et/ou des barres de type « Roebel ».Inductive charging track according to any one of Claims 1 to 3, characterized in that the said primary coils (PC2) are formed with Litz wire, a conductive strip and/or "Roebel" type bars. Piste de recharge inductive selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que lesdits moyens d’alimentation électrique et de commutation comprennent une pluralité de convertisseurs électriques de type « DC/AC » (DAP2) connectés respectivement à ladite pluralité de bobines primaires (PC2).Inductive charging track according to any one of Claims 1 to 4, characterized in that the said electrical supply and switching means comprise a plurality of "DC/AC" type electrical converters (DAP2) connected respectively to the said plurality of primary coils (PC2). Piste de recharge inductive selon la revendication 5, caractérisée en ce que ladite pluralité de convertisseurs électriques de type « DC/AC » (DAP2) sont connectés à un même bus d’alimentation électrique continue (BDC2).Inductive charging track according to Claim 5, characterized in that the said plurality of “DC/AC” type electric converters (DAP2) are connected to the same DC electric power supply bus (BDC2). Système de recharge dynamique par induction électromagnétique de véhicule électrifié (2) comprenant une piste de recharge inductive (20) et au moins un équipement de recharge inductive (21) embarqué dans un véhicule électrifié et comprenant un module inducteur secondaire (MS2) avec une bobine secondaire (SC2), caractérisé en ce que ladite une piste de recharge inductive est une piste de recharge inductive (20) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6.Electromagnetic induction dynamic charging system for an electrified vehicle (2) comprising an inductive charging track (20) and at least one inductive charging device (21) on board an electrified vehicle and comprising a secondary inductor module (MS2) with a coil secondary (SC2), characterized in that said one inductive charging track is an inductive charging track (20) according to any one of claims 1 to 6. Système de recharge dynamique selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite bobine secondaire (SC2) est de même type que lesdites bobines primaires (PC2).Dynamic recharging system according to claim 7, characterized in that said secondary coil (SC2) is of the same type as said primary coils (PC2). Voie de circulation de véhicule caractérisée en ce qu’elle comprend une piste de recharge inductive (20) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6 intégrée au sol.Vehicle traffic lane characterized in that it comprises an inductive charging track (20) according to any one of claims 1 to 6 integrated into the ground.
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