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WO2019048782A1 - Procédé de détermination de la position d'un objet métallique sur un support de charge par induction - Google Patents

Procédé de détermination de la position d'un objet métallique sur un support de charge par induction Download PDF

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WO2019048782A1
WO2019048782A1 PCT/FR2018/052174 FR2018052174W WO2019048782A1 WO 2019048782 A1 WO2019048782 A1 WO 2019048782A1 FR 2018052174 W FR2018052174 W FR 2018052174W WO 2019048782 A1 WO2019048782 A1 WO 2019048782A1
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WO
WIPO (PCT)
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quality factor
antenna
transmitting antenna
receiving antenna
user equipment
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/FR2018/052174
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English (en)
Inventor
Mohamed Cheikh
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Continental Automotive GmbH
Continental Automotive France SAS
Original Assignee
Continental Automotive GmbH
Continental Automotive France SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to KR1020207010129A priority patent/KR102604968B1/ko
Priority to US16/643,890 priority patent/US11579324B2/en
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Definitions

  • the invention relates to the field of inductive charging of a user equipment and relates more particularly to a method and a system for determining the relative position of a metal object with respect to a user equipment and an emitting antenna. an induction charging medium when charging said user equipment.
  • the invention aims in particular to identify the configuration in which the metal object is located with respect to the user equipment and the transmitting antenna in order to provide a suitable response and thus avoid risks.
  • a charger for charging the battery of induction user equipment.
  • a charger may for example be mounted at the center console, between the driver's seat and the front passenger seat.
  • the user equipment may for example be a device such as smartphone, tablet, laptop, wireless headset, etc.
  • the charger comprises a so-called “transmitting” antenna and a reception support of the user equipment, mounted above said transmitting antenna, and the user equipment comprises a so-called “receiving” antenna.
  • the charger When a user wants to load his equipment, he places it on the load support of the charger which then detects it via the transmitting antenna. When a user equipment has been detected, the charger initiates an exchange of messages allowing the equipment to indicate the power of the load signal that it wishes to receive. The charger then controls the transmitting antenna to transmit a load signal at the desired power by the user equipment.
  • the user equipment measures the power of the signal that it receives from the transmitting antenna during the load and compare it with the power it had previously required the charger, the difference being the level of loss.
  • the level of loss is greater than a predetermined threshold, it is considered that it is necessary to reduce the power emitted by the charger, or even to stop the emission of the load signal by the transmitting antenna to respectively reduce or remove the risks associated with the presence of the metal object.
  • the predetermined threshold depends both on the type of user equipment (particularly its receiving antenna), the type of metal object and the relative position of the equipment, the object and the transmitting antenna.
  • the threshold is predetermined according to a given type of user equipment, for example a smartphone of a brand and a standard model, of a given type of metal object, for example a part a configuration of the user equipment, the metallic object and the transmitting antenna for which the user equipment, the metal object and the antenna transmitter are superimposed while being perfectly aligned.
  • a given type of user equipment for example a smartphone of a brand and a standard model
  • a given type of metal object for example a part a configuration of the user equipment, the metallic object and the transmitting antenna for which the user equipment, the metal object and the antenna transmitter are superimposed while being perfectly aligned.
  • the losses will only be considered sufficiently large when the user equipment, the metal object and the transmitting antenna are superimposed while being perfectly aligned while in practice, the user equipment, the metal object and the transmitting antenna can be superimposed without being perfectly aligned, which can generate more losses without that does not trigger the reduction of the power of the load signal or the stopping of the transmission of the load signal.
  • Another disadvantage is that the internal losses of the user equipment, from which the threshold is predetermined, are estimated in the laboratory using a test tool that interacts with the equipment differently from the charger. embedded in the vehicle, which can also lead to an erroneous determination of the level of loss from the predetermined threshold.
  • one solution is to use the quality factor of the transmitting antenna.
  • a calibration of the user equipment is performed in the factory prior to the marketing of the equipment, for example during a certification phase of the equipment.
  • the user equipment is deposited on a reference loader and a test device measures the quality factor of the reference transmitter antenna of the reference loader in the presence of the user equipment on the reference loader. load support.
  • This reference value is then stored in a memory area of the user equipment.
  • the user equipment is placed on the vehicle load carrier, it communicates the reference quality factor value of the reference transmitting antenna to the loader.
  • the charger measures the quality factor of the transmitting antenna in the presence of the equipment and compares it with the reference value provided by the equipment in order to deduce the existence of losses when the difference between the two values of Quality factor is greater than a predetermined threshold.
  • This solution makes it possible to reliably determine the real level of the losses when the metallic object is aligned with the transmitting antenna but does not make it possible to cover in particular the configuration in which the metal object is aligned with the receiving antenna of the user equipment but not with the transmitting antenna, which has a major drawback. Indeed, in this configuration, dissipation losses in the metal object can be significant and present a risk of damage to the user equipment or safety for the user.
  • the aim of the invention is to overcome at least part of these disadvantages by proposing a simple, reliable and efficient solution which makes it possible to determine the relative position of a user equipment, a metallic object and an emitting antenna.
  • a charger especially a motor vehicle charger, in order to adapt the power level of the charging signal, or even to stop the transmission of said charging signal.
  • the invention aims in particular to identify the different configurations between the user equipment, the metal object and the transmitting antenna, in particular the configuration in which the metal object is aligned with the receiver antenna of the user equipment but not with the transmitting antenna, in order to choose the best response to each of these configurations to reduce the risk of damage to the user while ensuring an effective load.
  • the invention firstly relates to a method for determining a position of a metal object, placed on a support of an induction charging device, relative to a user equipment and to an antenna transmitting said induction charging device when charging said user equipment, said user equipment comprising a battery and a receiving antenna for receiving an induction charge signal transmitted by the transmitting antenna in order to charge said battery.
  • the method is remarkable in that it comprises a step of measuring the quality factor of the transmitting antenna, a step of measuring the quality factor of the receiving antenna, and a step of comparing the quality factor of the transmitting antenna measured with a predetermined transmitting antenna quality factor threshold and receiving antenna quality factor measured with a threshold predetermined factor of quality of the receiving antenna so as to deduce a position of the metal object relative to the user equipment and the transmitting antenna or an absence of interfering metal object.
  • the method according to the invention advantageously makes it possible to easily determine the configuration of the assembly formed by the transmitting antenna of the charging device, of the metallic object and of the receiving antenna in order to choose the best response to bring to reduce the risk of damage or injury to a user of the vehicle, including the risks associated with heating the metal object by induction.
  • the method according to the invention allows the reduction of losses and heating generated by the presence of a metal object during the charging of a user equipment by induction.
  • the method may comprise a step of alerting the user of the equipment of the presence of a metal object on the load support, in particular so that said user moves or withdraws said metal object so that it is no longer in a position to generate losses by receiving the load signal.
  • the receiving antenna, the metallic object and the transmitting antenna are aligned when the quality factor of the transmitting antenna is lower than the predetermined threshold of quality factor of the antenna and the quality factor of the receiving antenna is less than the predetermined quality factor threshold of the receiving antenna.
  • the charge support preferably decreases the charging power of the transmitting antenna or interrupts the charge temporarily or completely in order to limit the thermal increase in the object.
  • the metallic object and the transmitting antenna are aligned with each other but are not aligned with the receiving antenna when the quality factor of the transmitting antenna is lower than the predetermined threshold of quality factor of the transmitting antenna and that the quality factor of the receiving antenna is higher than the predetermined quality factor threshold of the receiving antenna.
  • This case is considered the “worst case” because the loss is very important due to the large power output of the load device to compensate for the offset with the receiving antenna.
  • the load support decreases the power or temporarily or permanently interrupts the load of the user equipment.
  • the receiving antenna and the metal object are aligned with each other but are not aligned with the transmitting antenna when the quality factor of the transmitting antenna is greater than the threshold.
  • predetermined quality factor of the transmitting antenna and that the quality factor of the receiving antenna is lower than the predetermined quality factor threshold of the receiving antenna.
  • the metallic object is not aligned with the receiving antenna, nor with the transmitting antenna, when the quality factor of the transmitting antenna is greater than the predetermined factor threshold. of the transmitting antenna and that the quality factor of the receiving antenna is greater than the predetermined quality factor threshold of the receiving antenna.
  • This configuration covers in particular the case where the metal object is too far from the transmitting antenna and the receiving antenna and the case where there is no metal object on the support.
  • the charging medium continues to charge continuously and can adjust the charging power according to the charging status.
  • the method comprises a preliminary step of determining the quality factor threshold of the transmitting antenna.
  • the method comprises a preliminary step of determining the quality factor threshold of the receiving antenna.
  • the invention also relates to an induction charging device for a user equipment, intended to be mounted in a motor vehicle, said device comprising a so-called “transmitting” antenna and a reception support of said user equipment, placed at above said transmitting antenna, the user equipment comprising a battery and a so-called “receiving” antenna for receiving an induction charging signal transmitted by the transmitting antenna and for charging said battery.
  • the charging device is notable in that it is configured to measure the quality factor of the transmitting antenna, to measure the quality factor of the receiving antenna, and to compare the quality factor of the measured transmitting antenna.
  • the charging device is configured to determine that the receiving antenna, the metallic object and the transmitting antenna are aligned when the quality factor of the transmitting antenna is lower than the predetermined factor threshold. quality of the transmitting antenna and that the quality factor of the receiving antenna is below the predetermined quality factor threshold of the receiving antenna.
  • the charging device is configured to determine that the metallic object and the transmitting antenna are aligned with each other but are not aligned with the receiving antenna when the quality factor of the transmitting antenna is less than the predetermined quality factor threshold of the transmitting antenna and the quality factor of the receiving antenna is greater than the predetermined quality factor threshold of the receiving antenna.
  • the charging device is configured to determine that the receiving antenna and the metal object are aligned with each other but are not aligned with the transmitting antenna when the quality factor of the transmitting antenna is greater than the predetermined quality factor threshold of the transmitting antenna and the quality factor of the receiving antenna is less than the predetermined quality factor threshold of the receiving antenna.
  • the charging device is configured to determine that the metal object is not aligned with the receiving antenna, nor with the transmitting antenna, when the quality factor of the transmitting antenna is greater than the predetermined quality factor threshold of the transmitting antenna and the quality factor of the receiving antenna is greater than the predetermined quality factor threshold of the receiving antenna.
  • the invention also relates to an induction charging system, said system comprising a charging device as presented above, a user equipment disposed on the support of the charging device and a metal object disposed between said user equipment and said support.
  • the invention finally relates to a motor vehicle comprising a charging device as presented above.
  • FIG. 1 schematically illustrates an embodiment of the vehicle according to the invention.
  • FIG. 2 illustrates an example of a semi-functional electrical diagram of the vehicle according to the invention in a first mode of operation.
  • Figure 3 schematically illustrates an example of the four possible configurations of the assembly formed of the transmitting antenna, the metal object and the receiving antenna.
  • Figure 4 schematically illustrates an embodiment of the method according to the invention.
  • Figure 5 illustrates the semi-functional circuit diagram of Figure 2 in a second mode of operation.
  • FIG. 6 is an example of an evolution of the amplitude of the induction charging signal as a function of frequency.
  • Fig. 7 is a diagram showing examples of quality factor measurements of the transmitting antenna and the receiving antenna.
  • FIGS. 1, 2 and 5 show diagrammatically an automobile vehicle 1 comprising a charging device 10 (or charger) according to the invention.
  • the charging device 10 may for example be mounted at the center console between the driver's seat and the front passenger seat of the vehicle 1.
  • the charging device 10 is an induction charging device of a user equipment 20, using for example Qi technology.
  • the charging device 10 comprises a transmitting antenna 100, a receiving medium 1 10 of a user equipment 20, mounted above said so-called “transmitting" antenna 100 and intended to receive the user equipment 20 for allow the charge by induction.
  • the charging device 10 also comprises a memory zone 120 and a processor 130 (or a microcontroller). It will be noted that the memory zone 120 and the processor 130 could be external to the charging device 10.
  • the user equipment 20 comprises a so-called “receiving” antenna 200, a processor 210 (or a microcontroller), a memory zone 220 and a battery 230.
  • the receiving antenna 200 allows the reception of an induction charging signal. , emitted by the transmitting antenna 100 of the charging device 10 and for charging said battery 230.
  • transmitting antenna 100 and “receiving antenna” 200 are understood to mean the induction charge, ie, the transmitting antenna 100 transmits the induction charge signal that is received by the receiver. receiving antenna 200 to allow the charging of the battery 230.
  • the transmitting antenna 100 can also receive signals and that the receiving antenna 200 can also transmit signals, especially in the context of a communication between the charging device 10 and the user equipment 20 making it possible, for example, to configure the transmission power of the charge signal or to exchange data such as, for example, the QoTx device reference quality factor and the transmission factor. Qo x user equipment reference quality as will be described hereinafter.
  • the memory area 220 of the user equipment 20 includes a reference value of a quality factor of the transmitting antenna 100 of a charging device. calibration (not shown) previously measured in the presence of the user equipment 20, for example at the factory during a prior calibration process. This reference value, referred to as the device reference quality factor, is noted QoTx.
  • the memory area 220 of the user equipment 20 also includes a reference value of a quality factor of the receiving antenna 200 of said user equipment previously measured on a calibration loader (not shown), for example in the factory during a prior calibration process of the user equipment model 20.
  • This reference value referred to as the user equipment reference quality factor, is denoted QoRx.
  • the memory area 120 of the charging device 10 also includes a value of a quality factor of the transmitting antenna 10 of the charging device 10 measured in the absence of user equipment 20 on the receiving medium 10. This reference value, called the empty quality factor of the charging device 10, is denoted QDC.
  • This QDC vacuum quality factor of the charging device 10 makes it possible to estimate the losses generated by the single charging device 10 during its operation, for example because of its internal components. More specifically, the ratio of this QDC empty load quality factor of the load device 10 and the empty quality factor of the calibration loader (denoted Qcc) corresponds to the percentage of loss of the load device 10 in the absence of equipment. 20.
  • the processor 130 of the charging device 10 is configured to perform a plurality of tasks.
  • the processor 130 is configured to receive the QoTx device reference quality factor from the user equipment 20 and to compute a quality factor threshold of the transmitting antenna, denoted STx, from said transmission factor. reference quality of the received QoTx device and the loss factor K of the stored charging device.
  • the processor 130 is configured to receive the user equipment reference quality factor QoRx from user equipment 20 and to calculate a quality factor threshold of the receiving antenna, denoted SRx, from said factor quality of reference of the received user equipment and the loss factor K of the stored charging device.
  • the processor 130 is configured to measure the quality factor of the transmitting antenna, denoted QTx, for measuring the quality factor of the receiving antenna, denoted QRx, and for comparing, on the other hand, the quality factor QTx of the transmitting antenna 100 measured with the quality factor threshold STx of the predetermined transmitting antenna 200 and comparing, on the other hand, the quality factor QRx of the receiving antenna 200 measured with the quality factor threshold SRx of the predetermined receiving antenna 200 so as to deduce therefrom a position of a metal object 30 relative to the transmitting antenna 100 and to the receiving antenna 200 or to deduce therefrom an absence of metal object Interfering.
  • the processor 130 is configured to determine that the transmitting antenna 100, the metal object 30, the receiving antenna 200 are aligned when the quality factor QTx of the transmitting antenna 100 is measured. lower than the threshold quality factor STx of the predetermined transmitting antenna and the quality factor QRx of the receiving antenna 200 measured is lower than the quality factor threshold SRx of the predetermined receiving antenna 200.
  • the processor 130 is configured to determine that the transmitting antenna 100 and the metal object 30 are aligned with each other but are not aligned with the receiving antenna 200 when the quality factor QTx of the measured transmitting antenna 100 is less than the quality factor threshold STx of the predetermined transmitting antenna 100 and the quality factor QRx of the receiving antenna 200 measured is greater than the quality factor threshold SRx of the receiving antenna 200 predetermined.
  • the processor 130 is configured to determine that the metal object 30 and the receiving antenna 200 are aligned with each other but are not aligned with the transmitting antenna 100 when the quality factor QTx of the transmitting antenna 100 measured is greater than the quality factor threshold STx of the predetermined transmitting antenna 100 and the quality factor QRx of the receiving antenna 200 measured is less than the quality factor threshold SRx of the receiving antenna 200 predetermined.
  • the processor 130 is configured to determine that the metal object 30 is not aligned with the transmitting antenna 100, nor with the receiving antenna 200, when the quality factor QTx of the The transmitting antenna 100 measured is greater than the quality factor threshold STx of the transmitting antenna 100 predetermined and the quality factor QRx of the receiving antenna 200 measured is greater than the quality factor threshold SRx of the predetermined receiving antenna 200.
  • the charging device 10 further comprises a RFID (Radio-Frequency Identifier) communication circuit 140, operating for example at 13.56 MHz when the device load 10 uses a Near Field Communication (NFC) communication function, an induction charging circuit 150, an RFID communication antenna 160 (for example of the NFC type) and a variable frequency generator 170.
  • NFC Near Field Communication
  • the point S corresponds to the point of measurement of the voltage or current at the level of the RFID communication antenna 160.
  • the charging device 10 also comprises two switching circuits 11, 12 for switching between a so-called “NFC communication” mode via the RFID communication antenna 160 and a “measurement” mode in which the processor 130 measures the voltage at S to estimate the QRx quality factor of the receiving antenna 200.
  • the charging device 10 also includes a switching circuit 13 for disabling the charging mode and activating the variable frequency generator 170.
  • the user equipment 20 comprises a series resonance capacitance Cs, a parallel resonance capacitance Cp, a switching circuit 14 activated only during induction charging, and a rectifying circuit 240 for converting the received alternating current into a continuous charging current of the battery 230.
  • the switching circuits 11, 12, 13 and 14 may be in the form of switches, for example implemented by transistors.
  • the user equipment 20 is considered to have undergone a test phase prior to determining its device reference QoTx quality factor and its user equipment reference QoRx quality factor 20. values of these two factors being stored in the memory area 220 of the user equipment 20.
  • the charging device 10 has previously undergone a test phase to determine its representative loss factor K its percentage of loss from the calibration loader.
  • a preliminary step E0 the user equipment 20 communicates to the load device 10 its QoTx device reference quality factor and its user equipment reference QoRx quality factor 20, the processor 130 stores the values of these two factors in the memory zone 120 of the load 10 and calculates from these values (QoTx, QoRx) and its loss factor K, a quality factor threshold STx of the transmitting antenna 100 and a quality factor threshold SRx of the receiving antenna 200, this is detailed below. The processor 130 uses these threshold values at each load of the user equipment 20.
  • processor 130 can calculate and store threshold values
  • the processor 130 measures the quality factor QTx of the transmitting antenna 100.
  • the switching circuits 11, 12 and 13 are activated in order to connect the RFID communication circuit 140 and the induction charging circuit 150 respectively to the RFID communication antenna 160 and to the transmitting antenna 100. .
  • the generator 170 generates a frequency-variable electrical signal so that the signal at the measurement point S can be measured.
  • This measured signal corresponds to the frequency image of the resonance of the charging device 10 and the user equipment. 20, illustrated in Figure 6.
  • the frequency band B1 for example [0.02 - 0.08
  • the frequency band B2 corresponds to the operating band of the receiving antenna 200.
  • the quality factor QTx of the transmitting antenna 100 is then calculated from a frequency bandwidth at -3 dB around the resonance frequency fr_T x of the transmitting antenna 100 according to the following equation:
  • fr_T x is the resonance frequency of the transmitting antenna 100 and W_fr_T x is the width of the -3 dB frequency band centered on the resonant frequency of the transmitting antenna 100.
  • the processor 130 measures the quality factor QRx of the receiving antenna 200.
  • the switching circuits 11, 12 and 13 are activated in order to connect the RFID communication circuit 140 and the charging circuit.
  • the generator 170 generates a frequency-variable electrical signal so as to be able to measure the signal at the measurement point S. Ce measured signal corresponds to the frequency image of the resonance of the charging device 10 and the user equipment 20.
  • the quality factor QRx of the receiving antenna is then calculated from a frequency bandwidth at -3 dB around the resonance frequency fr_R x of the receiving antenna 200 according to the following equation:
  • fr_R x is the resonance frequency of the receiving antenna 200 and W_fr_R x is the width of the -3 dB frequency band centered on the resonant frequency of the receiving antenna 200.
  • steps E1 and E2 thus make it possible, on the one hand, to directly measure the quality factor of the transmitting antenna 100 in its operating band B1, and, on the other hand, to indirectly measure by retrocoupling the quality factor QRx.
  • the receiving antenna 200 by sending a variable signal via the RFID communication antenna 160 and measuring the voltage or current at the point S in the operating band B2 of the receiving antenna 200.
  • the processor 130 compares the quality factor QTx of the transmitting antenna 100 measured with the quality factor threshold STx of the predetermined transmitting antenna 100 and compares the quality factor QRx of the receiving antenna 200 measured. with the quality factor threshold SRx of the predetermined receiving antenna 200 so as to deduce therefrom the relative position of the metal object 30 with respect to the transmitting antenna 100 and the receiving antenna 200 or the absence of interfering metal object.
  • the processor 130 determines in a step E4A that the transmitting antenna 100, the metal object 30 and the receiving antenna 200 are aligned (configuration 1) when the quality factor QTx of the transmitting antenna 100 measured is less than at the quality factor threshold STx of the transmitting antenna 100 predetermined and that the quality factor QRx of the receiving antenna 200 measured is below the quality factor threshold SRx of the receiving antenna 200 predetermined.
  • the processor 130 determines in a step E4B that the metal object 30 and the transmitting antenna 100 are aligned with each other but are not aligned with the receiving antenna 200 (configuration 2) when the quality factor QTx of the transmitting antenna 100 measured is below the quality factor threshold STx of the predetermined transmitting antenna 100 and the quality factor QRx of the receiving antenna 200 measured is higher than the quality factor threshold SRx of the predetermined receiving antenna 200.
  • the processor 130 determines in a step E4C that the metal object 30 and the receiving antenna 200 are aligned with each other but are not aligned with the transmitting antenna 100 (configuration 3) when the quality factor QTx of the transmitting antenna 100 measured is greater than the quality factor threshold STx of the predetermined transmitting antenna 100 and the quality factor QRx of the receiving antenna 200 measured is higher than the quality factor threshold SRx of the predetermined receiving antenna 200.
  • the processor 130 determines in a step E4D that the metal object 30 is not aligned with the transmitting antenna 100, nor with the receiving antenna 200 (configuration 4) when the quality factor QTx of the transmitting antenna 100 measured is greater than the quality factor threshold STx of the predetermined transmitting antenna 100 and the quality factor QRx of the receiving antenna 200 is greater than the quality factor threshold SRx of the predetermined receiving antenna 200.
  • the Qcc quality factor of the calibration loader is 100,
  • the QDC empty quality factor of the charging device 10 is 80 (a loss factor K of 0.8 corresponding to 20% of losses),
  • the QoRx user equipment reference quality factor is 40.
  • the charging device 10 receives from the user equipment 20 the QoTx quality reference values of device reference and user equipment reference QoRx quality factor 20 and calculates the transmitting antenna quality factor threshold STx 100 and the quality factor threshold SRx of the receiving antenna 200 in the following manner:
  • the processor 130 measures the quality factor QTx of the transmitting antenna 100 and the quality factor QRx of the receiving antenna 200 (steps E1 and E2) and compares these two values with their respective thresholds STx and SRx.
  • FIG. 7 is represented a graph of the quality factor QRx of the receiving antenna 200 as a function of the quality factor QTx of the transmitting antenna 100 for the four configurations illustrated in FIG.
  • the processor 130 deduces that the transmitting antenna 100, the metal object 30 and the receiving antenna 200 are aligned, which corresponds to the configuration 1, illustrated in Figure 3. This corresponds to the area A of the graph of Figure 7.
  • the charging device 10 can decrease the charging power or stop the load and signal to the user the presence of a metal object.
  • the processor 130 deduces that the transmitting antenna 100 and the metal object 30 are aligned with each other but are not aligned with the receiving antenna 200 This corresponds to the configuration 2 of FIG. 3 and zone D of FIG. 7. In this case, the charging device 10 can reduce the charging power or stop charging and signal the user to the presence of a metal object.
  • the processor 130 deduces that the metal object 30 and the receiving antenna 200 are aligned with each other but are not aligned with the transmitting antenna 100 This corresponds to the configuration 3 of FIG. 3 and zone B of FIG. 7. In this case, the charging device 10 can reduce the charging power or stop charging and signal the user to the presence of a metal object.
  • the processor 130 deduces that the metal object 30 is not aligned with the transmitting antenna 100, nor with the antenna receiver 200 or is absent from the reception medium 1 10. This corresponds to the configuration 4 of FIG. 3 and zone C of FIG. 7.
  • the charging device 10 transmits or continues to transmit at the power required by the user equipment 20.
  • the method according to the invention thus makes it easy to determine whether a metallic object is present on the receiving medium 1 10, between the transmitting antenna 100 of the charging device 10 and the receiving antenna 200 of the user equipment 20. and to specify in which of the four configurations they are arranged to take the appropriate measures depending on the configuration, for example reduce the power of the load signal or interrupt the load.

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Abstract

La présente invention a pour objet un procédé de détermination de la position relative d'un objet métallique par rapport à un équipement d'utilisateur et à une antenne émettrice d'un support de charge par induction lors de la charge dudit équipement d'utilisateur. Le procédé comprend une étape (E1) de mesure du facteur de qualité de l'antenne émettrice, une étape (E2) de mesure du facteur de qualité de l'antenne réceptrice, et une étape (E3) de comparaison du facteur de qualité de l'antenne émettrice mesuré avec un seuil prédéterminé de facteur de qualité de l'antenne émettrice et du facteur de qualité de l'antenne réceptrice mesuré avec un seuil prédéterminé de facteur de qualité de l'antenne réceptrice de manière à en déduire la position relative de l'objet métallique par rapport à l'équipement d'utilisateur et à l'antenne émettrice ou l'absence d'objet métallique interférant.

Description

Procédé de détermination de la position d'un objet métallique sur un support de charge par induction
L'invention concerne le domaine du chargement par induction d'un équipement d'utilisateur et concerne plus particulièrement un procédé et un système permettant de déterminer la position relative d'un objet métallique par rapport à un équipement d'utilisateur et à une antenne émettrice d'un support de charge par induction lors de la charge dudit équipement d'utilisateur.
L'invention vise en particulier à identifier la configuration dans laquelle se trouve l'objet métallique par rapport à l'équipement d'utilisateur et l'antenne émettrice afin d'apporter une réponse adaptée et éviter ainsi les risques.
De nos jours, de nombreux véhicules automobiles sont équipés d'un chargeur permettant de charger la batterie d'un équipement d'utilisateur par induction. Un tel chargeur peut par exemple être monté au niveau de la console centrale, entre le siège du conducteur et le siège du passager avant. L'équipement d'utilisateur peut par exemple être un équipement de type smartphone, tablette, ordinateur portable, oreillette sans fil, etc.
A cette fin, le chargeur comprend une antenne dite « émettrice » et un support de réception de l'équipement d'utilisateur, monté au-dessus de ladite antenne émettrice, et l'équipement d'utilisateur comprend une antenne dite « réceptrice ».
Lorsqu'un utilisateur souhaite charger son équipement, il le place sur le support de charge du chargeur qui le détecte alors via l'antenne émettrice. Lorsqu'un équipement d'utilisateur a été détecté, le chargeur déclenche un échange de messages permettant à l'équipement d'indiquer la puissance du signal de charge qu'il souhaite recevoir. Le chargeur commande alors l'antenne émettrice pour qu'elle émette un signal de charge à la puissance désirée par l'équipement d'utilisateur.
Un problème se pose lorsqu'un objet métallique, par exemple une pièce de monnaie ou un étui de chewing-gum en aluminium, est présent sur le support lors d'une charge de l'équipement. En effet, dans ce cas, une partie de la puissance émise par l'antenne émettrice se dissipe dans l'objet métallique au lieu de charger la batterie de l'équipement d'utilisateur via l'antenne réceptrice.
De telles pertes d'énergie peuvent avoir un coût important et provoquer en outre un échauffement de l'objet métallique qui peut s'avérer dangereux pour l'utilisateur s'il vient en contact physique avec l'objet.
Afin de remédier en partie à ce problème, il est connu de réaliser un bilan de puissance afin d'estimer le niveau des pertes. Dans cette solution, l'équipement d'utilisateur mesure la puissance du signal qu'il reçoit de l'antenne émettrice lors de la charge et la compare avec la puissance qu'il avait précédemment requise au chargeur, la différence constituant le niveau de perte.
Lorsque le niveau de perte est supérieur à un seuil prédéterminé, on considère qu'il est nécessaire de réduire la puissance émise par le chargeur, voire d'arrêter l'émission du signal de charge par l'antenne émettrice afin respectivement de réduire ou de supprimer les risques liés à la présence de l'objet métallique.
Le problème qui se pose avec cette solution est que le seuil prédéterminé dépend à la fois du type d'équipement d'utilisateur (notamment de son antenne réceptrice), du type d'objet métallique et de la position relative de l'équipement, de l'objet et de l'antenne émettrice.
Plus particulièrement, le seuil est prédéterminé en fonction d'un type d'équipement d'utilisateur donné, par exemple un smartphone d'une marque et d'un modèle standard, d'un type d'objet métallique donné, par exemple une pièce de monnaie, et d'une configuration type de l'ensemble formé de l'équipement d'utilisateur, de l'objet métallique et de l'antenne émettrice pour laquelle l'équipement d'utilisateur, l'objet métallique et l'antenne émettrice sont superposés en étant parfaitement alignés.
De ce fait, selon la position de l'équipement d'utilisateur par rapport à l'objet métallique et l'antenne émettrice, les pertes ne seront considérées comme étant suffisamment importantes que lorsque l'équipement d'utilisateur, l'objet métallique et l'antenne émettrice sont superposés en étant parfaitement alignés alors qu'en pratique, l'équipement d'utilisateur, l'objet métallique et l'antenne émettrice peuvent être superposés sans être parfaitement alignés, ce qui peut générer davantage de pertes sans que cela ne déclenche la réduction de la puissance du signal de charge ou l'arrêt de l'émission du signal de charge.
A cela s'ajoute un autre inconvénient avec le fait que les pertes internes de l'équipement d'utilisateur, à partir duquel le seuil est prédéterminé, sont estimées en laboratoire en utilisant un outil de test qui interagit avec l'équipement différemment du chargeur embarqué dans le véhicule, ce qui peut également conduire à une détermination erronée du niveau de perte par rapport au seuil prédéterminé.
Afin de remédier en partie à ces inconvénients, une solution consiste à utiliser le facteur de qualité de l'antenne émettrice.
Plus précisément, une calibration de l'équipement d'utilisateur est réalisée en usine antérieurement à la commercialisation de l'équipement, par exemple lors d'une phase de certification de l'équipement. Lors de cette calibration, l'équipement d'utilisateur est déposé sur un chargeur de référence et un dispositif de test mesure le facteur de qualité de l'antenne émettrice de référence du chargeur de référence en présence de l'équipement d'utilisateur sur le support de charge. Cette valeur de référence est ensuite stockée dans une zone mémoire de l'équipement d'utilisateur. Ensuite, lorsque l'équipement d'utilisateur est placé sur le support de charge du véhicule, il communique la valeur de référence du facteur de qualité de l'antenne émettrice de référence au chargeur. Le chargeur mesure alors le facteur de qualité de l'antenne émettrice en présence de l'équipement et le compare à la valeur de référence fournie par l'équipement afin d'en déduire l'existence de pertes lorsque la différence entre les deux valeurs de facteur de qualité est supérieure à un seuil prédéterminé.
Cette solution permet de déterminer de manière fiable le niveau réel des pertes lorsque l'objet métallique est aligné avec l'antenne émettrice mais ne permet pas de couvrir notamment la configuration dans laquelle l'objet métallique est aligné avec l'antenne réceptrice de l'équipement d'utilisateur mais pas avec l'antenne émettrice, ce qui présente un inconvénient majeur. En effet, dans cette configuration, les pertes par dissipation dans l'objet métallique peuvent se révéler importantes et présenter un risque de dommage pour l'équipement d'utilisateur ou de sécurité pour l'utilisateur.
L'invention a pour but de remédier au moins en partie à ces inconvénients en proposant une solution simple, fiable et efficace qui permette de déterminer la position relative d'un équipement d'utilisateur, d'un objet métallique et d'une antenne émettrice d'un chargeur, notamment d'un chargeur de véhicule automobile, afin de pouvoir adapter le niveau de puissance du signal de charge, voire de stopper l'émission dudit signal de charge.
L'invention vise notamment à permettre d'identifier les différentes configurations entre l'équipement d'utilisateur, l'objet métallique et l'antenne émettrice, notamment la configuration dans laquelle l'objet métallique est aligné avec l'antenne réceptrice de l'équipement d'utilisateur mais pas avec l'antenne émettrice, afin de choisir la réponse la mieux adaptée à chacune de ces configurations pour réduire les risques de dommage pour l'utilisateur tout en assurant une charge efficace.
A cette fin, l'invention a tout d'abord pour objet un procédé de détermination d'une position d'un objet métallique, placé sur un support d'un dispositif de charge par induction, relativement à un équipement d'utilisateur et à une antenne émettrice dudit dispositif de charge par induction lors de la charge dudit équipement d'utilisateur, ledit équipement d'utilisateur comprenant une batterie et une antenne réceptrice permettant la réception d'un signal de charge par induction émis par l'antenne émettrice afin de charger ladite batterie. Ledit procédé étant remarquable en ce qu'il comprend une étape de mesure du facteur de qualité de l'antenne émettrice, une étape de mesure du facteur de qualité de l'antenne réceptrice, et une étape de comparaison du facteur de qualité de l'antenne émettrice mesuré avec un seuil prédéterminé de facteur de qualité de l'antenne émettrice et du facteur de qualité de l'antenne réceptrice mesuré avec un seuil prédéterminé de facteur de qualité de l'antenne réceptrice de manière à en déduire une position de l'objet métallique relativement à l'équipement d'utilisateur et à l'antenne émettrice ou une absence d'objet métallique interférant.
Le procédé selon l'invention permet avantageusement de déterminer aisément la configuration de l'ensemble formé par l'antenne émettrice du dispositif de charge, de l'objet métallique et de l'antenne réceptrice afin de choisir la meilleure réponse à apporter pour réduire les risques de dommages ou de blessures d'un utilisateur du véhicule, notamment les risques liés à réchauffement de l'objet métallique par induction. Par la même, le procédé selon l'invention permet la réduction des pertes et des échauffements générés par la présence d'un objet métallique lors de la charge d'un équipement d'utilisateur par induction.
Une fois la configuration identifiée, le procédé peut comprendre une étape d'alerte de l'utilisateur de l'équipement de la présence d'un objet métallique sur le support de charge afin notamment que ledit utilisateur déplace ou retire ledit objet métallique pour qu'il ne se trouve plus en position de générer des pertes en recevant le signal de charge.
Selon une caractéristique de l'invention, on détermine que l'antenne réceptrice, l'objet métallique et l'antenne émettrice sont alignés lorsque le facteur de qualité de l'antenne émettrice est inférieur au seuil prédéterminé de facteur de qualité de l'antenne émettrice et que le facteur de qualité de l'antenne réceptrice est inférieur au seuil prédéterminé de facteur de qualité de l'antenne réceptrice. Dans ce cas, l'objet métallique étant sensiblement centré sur les deux antennes, le support de charge diminue de préférence la puissance de chargement de l'antenne émettrice ou interrompt temporairement ou complètement la charge afin de limiter l'augmentation thermique dans l'objet.
Selon une caractéristique de l'invention, on détermine que l'objet métallique et l'antenne émettrice sont alignés entre eux mais ne sont pas alignés avec l'antenne réceptrice lorsque le facteur de qualité de l'antenne émettrice est inférieur au seuil prédéterminé de facteur de qualité de l'antenne émettrice et que le facteur de qualité de l'antenne réceptrice est supérieur au seuil prédéterminé de facteur de qualité de l'antenne réceptrice. Ce cas est considéré comme « le pire cas », car la perte est très importante due à la puissance importante émise par le dispositif de charge pour compenser le décalage avec l'antenne réceptrice. Comme le cas précédent, lorsqu'on détecte un objet, le support de charge diminue la puissance ou interrompt temporairement ou définitivement la charge de l'équipement d'utilisateur.
Selon une caractéristique de l'invention, on détermine que l'antenne réceptrice et l'objet métallique sont alignés entre eux mais ne sont pas alignés avec l'antenne émettrice lorsque le facteur de qualité de l'antenne émettrice est supérieur au seuil prédéterminé de facteur de qualité de l'antenne émettrice et que le facteur de qualité de l'antenne réceptrice est inférieur au seuil prédéterminé de facteur de qualité de l'antenne réceptrice. Comme pour les cas précédents, lorsqu'on détecte un objet, le support de charge diminue la puissance ou interrompt temporairement ou complètement la charge par induction.
Selon une caractéristique de l'invention, on détermine que l'objet métallique n'est pas aligné avec l'antenne réceptrice, ni avec l'antenne émettrice, lorsque le facteur de qualité de l'antenne émettrice est supérieur au seuil prédéterminé de facteur de qualité de l'antenne émettrice et que le facteur de qualité de l'antenne réceptrice est supérieur au seuil prédéterminé de facteur de qualité de l'antenne réceptrice. Cette configuration couvre notamment le cas où l'objet métallique est trop éloigné de l'antenne émettrice et de l'antenne réceptrice et le cas où il n'y a pas d'objet métallique sur le support. Dans ce cas, le support de charge continue à charger sans arrêt et peut ajuster la puissance de charge en fonction de l'état de chargement.
Selon un aspect de l'invention, le procédé comprend une étape préliminaire de détermination du seuil de facteur de qualité de l'antenne émettrice.
Selon un autre aspect de l'invention, le procédé comprenant une étape préliminaire de détermination du seuil de facteur de qualité de l'antenne réceptrice.
L'invention concerne également un dispositif de charge par induction d'un équipement d'utilisateur, destiné à être monté dans un véhicule automobile, ledit dispositif comprenant une antenne dite « émettrice » et un support de réception dudit équipement d'utilisateur, placé au-dessus de ladite antenne émettrice, l'équipement d'utilisateur comprenant une batterie et une antenne dite « réceptrice » permettant la réception d'un signal de charge par induction émis par l'antenne émettrice et permettant de charger ladite batterie. Ledit dispositif de charge est remarquable en ce qu'il est configuré pour mesurer le facteur de qualité de l'antenne émettrice, pour mesurer le facteur de qualité de l'antenne réceptrice, et pour comparer le facteur de qualité de l'antenne émettrice mesuré avec un seuil prédéterminé de facteur de qualité de l'antenne émettrice et le facteur de qualité de l'antenne réceptrice mesuré avec un seuil prédéterminé de facteur de qualité de l'antenne réceptrice de manière à en déduire une position de l'objet métallique relativement à l'équipement d'utilisateur et à l'antenne émettrice ou une absence d'objet métallique interférant.
Selon une caractéristique de l'invention, le dispositif de charge est configuré pour déterminer que l'antenne réceptrice, l'objet métallique et l'antenne émettrice sont alignés lorsque le facteur de qualité de l'antenne émettrice est inférieur au seuil prédéterminé de facteur de qualité de l'antenne émettrice et que le facteur de qualité de l'antenne réceptrice est inférieur au seuil prédéterminé de facteur de qualité de l'antenne réceptrice.
Selon une caractéristique de l'invention, le dispositif de charge est configuré pour déterminer que l'objet métallique et l'antenne émettrice sont alignés entre eux mais ne sont pas alignés avec l'antenne réceptrice lorsque le facteur de qualité de l'antenne émettrice est inférieur au seuil prédéterminé de facteur de qualité de l'antenne émettrice et que le facteur de qualité de l'antenne réceptrice est supérieur au seuil prédéterminé de facteur de qualité de l'antenne réceptrice.
Selon une caractéristique de l'invention, le dispositif de charge est configuré pour déterminer que l'antenne réceptrice et l'objet métallique sont alignés entre eux mais ne sont pas alignés avec l'antenne émettrice lorsque le facteur de qualité de l'antenne émettrice est supérieur au seuil prédéterminé de facteur de qualité de l'antenne émettrice et que le facteur de qualité de l'antenne réceptrice est inférieur au seuil prédéterminé de facteur de qualité de l'antenne réceptrice.
Selon une caractéristique de l'invention, le dispositif de charge est configuré pour déterminer que l'objet métallique n'est pas aligné avec l'antenne réceptrice, ni avec l'antenne émettrice, lorsque le facteur de qualité de l'antenne émettrice est supérieur au seuil prédéterminé de facteur de qualité de l'antenne émettrice et que le facteur de qualité de l'antenne réceptrice est supérieur au seuil prédéterminé de facteur de qualité de l'antenne réceptrice.
L'invention concerne aussi un système de charge par induction, ledit système comprenant un dispositif de charge tel que présenté précédemment, un équipement d'utilisateur disposé sur le support du dispositif de charge et un objet métallique disposé entre ledit équipement d'utilisateur et ledit support.
L'invention concerne enfin un véhicule automobile comprenant un dispositif de charge tel que présenté précédemment.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront lors de la description qui suit faite en regard des figures annexées données à titre d'exemples non limitatifs et dans lesquelles des références identiques sont données à des objets semblables.
La figure 1 illustre schématiquement une forme de réalisation du véhicule selon l'invention.
La figure 2 illustre un exemple de schéma électrique semi-fonctionnel du véhicule selon l'invention dans un premier mode de fonctionnement.
La figure 3 illustre schématiquement un exemple des quatre configurations possibles de l'ensemble formé de l'antenne émettrice, de l'objet métallique et de l'antenne réceptrice. La figure 4 illustre schématiquement un mode de réalisation du procédé selon l'invention.
La figure 5 illustre le schéma électrique semi-fonctionnel de la figure 2 dans un deuxième mode de fonctionnement.
La figure 6 est un exemple d'évolution de l'amplitude du signal de charge par induction en fonction de la fréquence.
La figure 7 est un diagramme représentant des exemples de mesure de facteur de qualité de l'antenne émettrice et de l'antenne réceptrice.
On a représenté schématiquement aux figures 1 , 2 et 5 un véhicule 1 automobile comprenant un dispositif de charge 10 (ou chargeur) selon l'invention. Le dispositif de charge 10 peut par exemple être monté au niveau de la console centrale entre le siège du conducteur et du passager avant du véhicule 1. Le dispositif de charge 10 est un dispositif de charge par induction d'un équipement d'utilisateur 20, utilisant par exemple la technologie Qi.
Le dispositif de charge 10 comprend une antenne émettrice 100, un support de réception 1 10 d'un équipement d'utilisateur 20, monté au-dessus de ladite antenne dite « émettrice » 100 et destiné à recevoir l'équipement d'utilisateur 20 pour en permettre la charge par induction. Dans cet exemple, le dispositif de charge 10 comprend aussi une zone mémoire 120 et un processeur 130 (ou un microcontrôleur). On notera que la zone mémoire 120 et le processeur 130 pourraient être externes au dispositif de charge 10.
L'équipement d'utilisateur 20 comprend une antenne dite « réceptrice » 200, un processeur 210 (ou un microcontrôleur), une zone mémoire 220 et une batterie 230. L'antenne réceptrice 200 permet la réception d'un signal de charge par induction, émis par l'antenne émettrice 100 du dispositif de charge 10 et permettant de charger ladite batterie 230.
Les termes « antenne émettrice » 100 et « antenne réceptrice » 200 s'entendent au sens de la charge par induction, c'est-à-dire que l'antenne émettrice 100 émet le signal de charge par induction qui est reçu par l'antenne réceptrice 200 pour permettre la charge de la batterie 230. Il va toutefois de soi que l'antenne émettrice 100 peut également recevoir des signaux et que l'antenne réceptrice 200 peut également émettre des signaux, notamment dans le cadre d'une communication entre le dispositif de charge 10 et l'équipement d'utilisateur 20 permettant par exemple de configurer la puissance d'émission du signal de charge ou d'échanger des données telles que par exemple le facteur de qualité de référence de dispositif QoTx et le facteur de qualité de référence d'équipement d'utilisateur Qo x comme cela sera décrit ci-après.
La zone mémoire 220 de l'équipement d'utilisateur 20 comprend une valeur de référence d'un facteur de qualité de l'antenne émettrice 100 d'un chargeur de calibration (non représenté) mesurée préalablement en présence de l'équipement d'utilisateur 20, par exemple en usine lors d'un processus préalable de calibration. Cette valeur de référence, appelée facteur de qualité de référence de dispositif, est notée QoTx.
La zone mémoire 220 de l'équipement d'utilisateur 20 comprend également une valeur de référence d'un facteur de qualité de l'antenne réceptrice 200 dudit équipement d'utilisateur 20 mesurée préalablement sur un chargeur de calibration (non représenté), par exemple en usine lors d'un processus préalable de calibration du modèle de l'équipement d'utilisateur 20. Cette valeur de référence, appelée facteur de qualité de référence d'équipement d'utilisateur, est notée QoRx.
La zone mémoire 120 du dispositif de charge 10 comprend également une valeur d'un facteur de qualité de l'antenne émettrice l OO du dispositif de charge 10 mesurée en l'absence d'équipement d'utilisateur 20 sur le support de réception 1 10. Cette valeur de référence, appelée facteur de qualité à vide du dispositif de charge 10, est notée QDC
Ce facteur de qualité à vide QDC du dispositif de charge 10 permet d'estimer les pertes générées par le seul dispositif de charge 10 lors de son fonctionnement, par exemple du fait de ses composants internes. Plus précisément, le rapport de ce facteur de qualité à vide QDC du dispositif de charge 10 et du facteur de qualité à vide du chargeur de calibration (noté Qcc) correspond au pourcentage de perte du dispositif de charge 10 en l'absence d'équipement d'utilisateur 20. Ce rapport, appelé facteur de perte et noté K, permet de déterminer l'efficacité du dispositif de charge 10 par rapport au chargeur de calibration. Par exemple, si, lors de la calibration du dispositif de charge 10 en l'absence d'équipement d'utilisateur 20, on mesure un facteur de qualité à vide QDC du dispositif de charge 10 de 80 et que le facteur de qualité à vide Qcc du chargeur de calibration est de 100, alors on considère que le facteur de perte du dispositif de charge est de (80/100) =0,8, soit 80 % , c'est-à-dire que le dispositif de charge 10 génère 20 % de pertes dues à son fonctionnement.
Le processeur 130 du dispositif de charge 10 est configuré pour réaliser une pluralité de tâches. En particulier, le processeur 130 est configuré pour recevoir de l'équipement d'utilisateur 20 le facteur de qualité de référence du dispositif QoTx et pour calculer un seuil de facteur de qualité de l'antenne émettrice, noté STx, à partir dudit facteur de qualité de référence du dispositif QoTx reçu et du facteur de perte K du dispositif de charge 10 stockée.
Le processeur 130 est configuré pour recevoir de l'équipement d'utilisateur 20 le facteur de qualité de référence d'équipement d'utilisateur QoRx et pour calculer un seuil de facteur de qualité de l'antenne réceptrice, noté SRx, à partir dudit facteur de qualité de référence de l'équipement d'utilisateur reçu et du facteur de perte K du dispositif de charge 10 stockée.
En référence aux figures 1 et 2, le processeur 130 est configuré pour mesurer le facteur de qualité de l'antenne émettrice, noté QTx, pour mesurer le facteur de qualité de l'antenne réceptrice, noté QRx, et pour comparer, d'une part, le facteur de qualité QTx de l'antenne émettrice 100 mesuré avec le seuil STx de facteur de qualité de l'antenne émettrice 200 prédéterminé et comparer, d'autre part, le facteur de qualité QRx de l'antenne réceptrice 200 mesuré avec le seuil SRx de facteur de qualité de l'antenne réceptrice 200 prédéterminé de manière à en déduire une position d'un objet métallique 30 relativement à l'antenne émettrice 100 et à l'antenne réceptrice 200 ou en déduire une absence d'objet métallique 30 interférant.
Toujours en référence aux figures 1 et 2, le processeur 130 est configuré pour déterminer que l'antenne émettrice 100, l'objet métallique 30, l'antenne réceptrice 200 sont alignés lorsque le facteur de qualité QTx de l'antenne émettrice 100 mesuré est inférieur au seuil STx de facteur de qualité de l'antenne émettrice prédéterminé et que le facteur de qualité QRx de l'antenne réceptrice 200 mesuré est inférieur au seuil SRx de facteur de qualité de l'antenne réceptrice 200 prédéterminé.
Toujours en référence aux figures 1 et 2, le processeur 130 est configuré pour déterminer que l'antenne émettrice 100 et l'objet métallique 30 sont alignés entre eux mais ne sont pas alignés avec l'antenne réceptrice 200 lorsque le facteur de qualité QTx de l'antenne émettrice 100 mesuré est inférieur au seuil STx de facteur de qualité de l'antenne émettrice 100 prédéterminé et que le facteur de qualité QRx de l'antenne réceptrice 200 mesuré est supérieur au seuil SRx de facteur de qualité de l'antenne réceptrice 200 prédéterminé.
Toujours en référence aux figures 1 et 2, le processeur 130 est configuré pour déterminer que l'objet métallique 30 et l'antenne réceptrice 200 sont alignés entre eux mais ne sont pas alignés avec l'antenne émettrice 100 lorsque le facteur de qualité QTx de l'antenne émettrice 100 mesuré est supérieur au seuil STx de facteur de qualité de l'antenne émettrice 100 prédéterminé et que le facteur de qualité QRx de l'antenne réceptrice 200 mesuré est inférieur au seuil SRx de facteur de qualité de l'antenne réceptrice 200 prédéterminé.
Toujours en référence aux figures 1 et 2, le processeur 130 est configuré pour déterminer que l'objet métallique 30 n'est pas aligné avec l'antenne émettrice 100, ni avec l'antenne réceptrice 200, lorsque le facteur de qualité QTx de l'antenne émettrice 100 mesuré est supérieur au seuil STx de facteur de qualité de l'antenne émettrice 100 prédéterminé et que le facteur de qualité QRx de l'antenne réceptrice 200 mesuré est supérieur au seuil SRx de facteur de qualité de l'antenne réceptrice 200 prédéterminé.
Dans la forme de réalisation illustrée aux figures 2 et 5, le dispositif de charge 10 comprend en outre un circuit de communication RFID (« Radio-Frequency Identifier » ou Radio identification) 140, fonctionnant par exemple à 13,56 MHz lorsque le dispositif de charge 10 utilise une fonction de communication en champ proche (« Near- Field Communication ou NFC »), un circuit de chargement par induction 150, une antenne de communication RFID 160 (par exemple de type NFC) et un générateur 170 à fréquence variable. Dans cet exemple, le point S correspond au point de mesure de la tension ou du courant au niveau de l'antenne de communication RFID 160.
Le dispositif de charge 10 comprend également deux circuits de commutation 11 , 12 permettant de basculer entre un mode dit de « communication NFC » via l'antenne de communication RFID 160 et un mode dit de « mesure » dans lequel le processeur 130 mesure la tension au point S afin d'estimer le facteur de qualité QRx de l'antenne réceptrice 200. Le dispositif de charge 10 comprend aussi un circuit de commutation 13 pour désactiver le mode de charge et activer le générateur 170 à fréquence variable.
Toujours dans la forme de réalisation illustrée aux figures 2 et 5, l'équipement d'utilisateur 20 comprend une capacité de résonance série Cs, une capacité de résonnance parallèle Cp, un circuit de commutation 14 activé uniquement lors d'un chargement par induction, et un circuit de redressement 240 permettant de transformer le courant alternatif reçu en un courant continu de charge de la batterie 230.
A titre d'exemple, les circuits de commutation 11 , 12, 13 et 14 peuvent se présenter sous la forme d'interrupteurs, par exemple implémentés par des transistors.
L'invention va maintenant être décrite dans sa mise en œuvre en référence aux figures, notamment à la figure 2.
En prérequis, on considère que l'équipement d'utilisateur 20 a subi au préalable une phase de test permettant de déterminer son facteur de qualité QoTx de référence de dispositif et son facteur de qualité QoRx de référence d'équipement d'utilisateur 20, les valeurs de ces deux facteurs étant stockées dans la zone mémoire 220 de l'équipement d'utilisateur 20. En prérequis, on considère également que le dispositif de charge 10 a subi au préalable une phase de test permettant de déterminer son facteur de perte K représentatif de son pourcentage de perte par rapport au chargeur de calibration.
Dans une étape préliminaire E0, l'équipement d'utilisateur 20 communique au dispositif de charge 10 son facteur de qualité QoTx de référence de dispositif et son facteur de qualité QoRx de référence d'équipement d'utilisateur 20, le processeur 130 stocke les valeurs de ces deux facteurs dans la zone mémoire 120 du dispositif de charge 10 et calcule à partir de ces valeurs (QoTx, QoRx) et de son facteur de perte K, un seuil STx de facteur de qualité de l'antenne émettrice 100 et un seuil SRx de facteur de qualité de l'antenne réceptrice 200, ceci est détaillé plus loin. Le processeur 130 utilise ces valeurs seuils à chaque charge de l'équipement d'utilisateur 20.
On notera que le processeur 130 peut calculer et stocker des valeurs de seuil
STx de facteur de qualité de l'antenne émettrice 100 et de seuil SRx de facteur de qualité de l'antenne réceptrice 200 pour plusieurs types d'équipement d'utilisateur 20 différents et utiliser les valeurs adaptées en fonction du type de l'équipement d'utilisateur 20 lors d'une charge.
Dans une étape E1 , le processeur 130 mesure le facteur de qualité QTx de l'antenne émettrice 100.
Dans un premier temps, les circuits de commutation 11 , 12 et 13 sont activés afin de connecter le circuit de communication RFID 140 et le circuit de chargement par induction 150, respectivement à l'antenne de communication RFID 160 et à l'antenne émettrice 100.
Le générateur 170 génère un signal électrique variable en fréquence de manière à pouvoir mesurer le signal au niveau du point de mesure S. Ce signal mesuré correspond à l'image fréquentielle de la résonance du dispositif de charge 10 et de l'équipement d'utilisateur 20, illustré à la figure 6.
Sur cette figure 6, la bande de fréquences B1 , par exemple [0,02 - 0,08
MHz], correspond à la bande de fonctionnement de l'antenne émettrice 100 et la bande de fréquences B2, par exemple [0,7 - 2,0 MHz], correspond à la bande de fonctionnement de l'antenne réceptrice 200.
Le facteur de qualité QTx de l'antenne émettrice 100 est alors calculé à partir d'une largeur de bande de fréquences à -3 dB autour de la fréquence de résonance fr_Tx de l'antenne émettrice 100 selon l'équation suivante :
OT = fr-Tx
v x WJr_Tx
où fr_Tx est la fréquence de résonance de l'antenne émettrice 100 et W_fr_Tx est la largeur de la bande de fréquences à -3 dB centrée sur la fréquence de résonance de l'antenne émettrice 100.
Dans une étape E2, le processeur 130 mesure le facteur de qualité QRx de l'antenne réceptrice 200. Pour ce faire, les circuits de commutation 11 , 12 et 13 étant activés afin de connecter le circuit de communication RFID 140 et le circuit de chargement par induction 150 respectivement à l'antenne de communication RFID 160 et à l'antenne émettrice 100, le générateur 170 génère un signal électrique variable en fréquence de manière à pouvoir mesurer le signal au niveau du point de mesure S. Ce signal mesuré correspond à l'image fréquentielle de la résonance du dispositif de charge 10 et de l'équipement d'utilisateur 20.
Le facteur de qualité QRx de l'antenne réceptrice est alors calculé à partir d'une largeur de bande de fréquences à -3 dB autour de la fréquence de résonance fr_Rx de l'antenne réceptrice 200 selon l'équation suivante :
Figure imgf000014_0001
où fr_Rx est la fréquence de résonance de l'antenne réceptrice 200 et W_fr_Rx est la largeur de la bande de fréquences à -3 dB centrée sur la fréquence de résonance de l'antenne réceptrice 200.
On notera que l'ordre des étapes E1 et E2 pourrait être inversé ou que les étapes E1 et E2 pourraient être simultanées.
Ces étapes E1 et E2 permettent ainsi, d'une part, de mesurer directement le facteur de qualité de l'antenne émettrice 100 dans sa bande de fonctionnement B1 , et, d'autre part, de mesurer indirectement par rétrocouplage le facteur de qualité QRx de l'antenne réceptrice 200 en envoyant un signal variable via l'antenne de communication RFID 160 et en mesurant la tension ou le courant au point S dans la bande de fonctionnement B2 de l'antenne réceptrice 200.
Dans une étape E3, le processeur 130 compare le facteur de qualité QTx de l'antenne émettrice 100 mesuré avec le seuil STx de facteur de qualité de l'antenne émettrice 100 prédéterminé et compare le facteur de qualité QRx de l'antenne réceptrice 200 mesuré avec le seuil SRx de facteur de qualité de l'antenne réceptrice 200 prédéterminé de manière à en déduire la position relative de l'objet métallique 30 par rapport à l'antenne émettrice 100 et à l'antenne réceptrice 200 ou l'absence d'objet métallique 30 interférant.
Plus précisément, le processeur 130 détermine dans une étape E4A que l'antenne émettrice 100, l'objet métallique 30 et l'antenne réceptrice 200 sont alignés (configuration 1 ) lorsque le facteur de qualité QTx de l'antenne émettrice 100 mesuré est inférieur au seuil STx de facteur de qualité de l'antenne émettrice 100 prédéterminé et que le facteur de qualité QRx de l'antenne réceptrice 200 mesuré est inférieur au seuil SRx de facteur de qualité de l'antenne réceptrice 200 prédéterminé.
Le processeur 130 détermine dans une étape E4B que l'objet métallique 30 et l'antenne émettrice 100 sont alignés entre eux mais ne sont pas alignés avec l'antenne réceptrice 200 (configuration 2) lorsque le facteur de qualité QTx de l'antenne émettrice 100 mesuré est inférieur au seuil STx de facteur de qualité de l'antenne émettrice 100 prédéterminé et que le facteur de qualité QRx de l'antenne réceptrice 200 mesuré est supérieur au seuil SRx de facteur de qualité de l'antenne réceptrice 200 prédéterminé. Le processeur 130 détermine dans une étape E4C que l'objet métallique 30 et l'antenne réceptrice 200 sont alignés entre eux mais ne sont pas alignés avec l'antenne émettrice 100 (configuration 3) lorsque le facteur de qualité QTx de l'antenne émettrice 100 mesuré est supérieur au seuil STx de facteur de qualité de l'antenne émettrice 100 prédéterminé et que le facteur de qualité QRx de l'antenne réceptrice 200 mesuré est supérieur au seuil SRx de facteur de qualité de l'antenne réceptrice 200 prédéterminé.
Le processeur 130 détermine dans une étape E4D que l'objet métallique 30 n'est pas aligné avec l'antenne émettrice 100, ni avec l'antenne réceptrice 200 (configuration 4) lorsque le facteur de qualité QTx de l'antenne émettrice 100 mesuré est supérieur au seuil STx de facteur de qualité de l'antenne émettrice 100 prédéterminé et que le facteur de qualité QRx de l'antenne réceptrice 200 est supérieur au seuil SRx de facteur de qualité de l'antenne réceptrice 200 prédéterminé.
Exemple de mise en œuyre
Dans cet exemple purement illustratif, on considère en prérequis que :
• le facteur de qualité à vide Qcc du chargeur de calibration est de 100,
• le facteur de qualité à vide QDC du dispositif de charge 10 est de 80 (soit un facteur de perte K de 0,8 correspondant à 20 % de pertes),
• le facteur de qualité de référence de dispositif QoTx est de 70,
· le facteur de qualité de référence d'équipement d'utilisateur QoRx est de 40.
A l'étape préliminaire E0, le dispositif de charge 10 reçoit de l'équipement d'utilisateur 20 les valeurs de facteur de qualité QoTx de référence de dispositif et de facteur de qualité QoRx de référence d'équipement d'utilisateur 20 et calcule le seuil STx de facteur de qualité de l'antenne émettrice 100 et le seuil SRx de facteur de qualité de l'antenne réceptrice 200 de la manière suivante :
• le seuil STx de facteur de qualité de l'antenne émettrice 100 correspond au produit du facteur de qualité QoTx de référence de dispositif par le facteur de perte K de l'équipement d'utilisateur 20, soit ici : STx = 70 x 0,8 = 56,
• le seuil SRx de facteur de qualité de l'antenne réceptrice 200 correspond au produit du facteur de qualité QoRX de référence d'équipement d'utilisateur 20 par le facteur de perte K de l'équipement d'utilisateur 20, soit ici : SRx = 40 x 0,8 = 32.
Lors d'une charge de l'équipement d'utilisateur 20 sur le support de réception 1 10, le processeur 130 mesure le facteur de qualité QTx de l'antenne émettrice 100 et le facteur de qualité QRx de l'antenne réceptrice 200 (étapes E1 et E2) et compare ces deux valeurs à leur seuil respectif STx et SRx. A la figure 7 est représenté un graphe du facteur de qualité QRx de l'antenne réceptrice 200 en fonction du facteur de qualité QTx de l'antenne émettrice 100 pour les quatre configurations illustrées à la figure 3.
Par exemple, si la valeur mesurée du facteur de qualité QTx de l'antenne émettrice 100 est inférieure à 56 (seuil STx de facteur de qualité de l'antenne émettrice 100) et si la valeur mesurée du facteur de qualité QRx de l'antenne réceptrice 200 est inférieure à 32 (seuil SRx de facteur de qualité de l'antenne réceptrice 200) alors le processeur 130 en déduit que l'antenne émettrice 100, l'objet métallique 30 et l'antenne réceptrice 200 sont alignés, ce qui correspond à la configuration 1 , illustrée à la figure 3. Ce qui correspond à la zone A du graphe de la figure 7.
Dans ce cas, le dispositif de charge 10 peut diminuer la puissance de chargement ou arrêter la charge et signaler à l'utilisateur la présence d'un objet métallique.
Si la valeur mesurée du facteur de qualité QTx de l'antenne émettrice 100 est inférieure à 56 (seuil STx de facteur de qualité de l'antenne émettrice 100) et si la valeur mesurée du facteur de qualité QRx de l'antenne réceptrice 200 est supérieure à 32 (seuil SRx de facteur de qualité de l'antenne réceptrice 200) alors le processeur 130 en déduit que l'antenne émettrice 100 et l'objet métallique 30 sont alignés entre eux mais ne sont pas alignés avec l'antenne réceptrice 200. Ceci correspond à la configuration 2 de la figure 3 et à la zone D de la figure 7. Dans ce cas, le dispositif de charge 10 peut diminuer la puissance de chargement ou arrêter la charge et signaler à l'utilisateur la présence d'un objet métallique.
Si la valeur mesurée du facteur de qualité QTx de l'antenne émettrice 100 est supérieure à 56 (seuil STx de facteur de qualité de l'antenne émettrice 100) et si la valeur mesurée du facteur de qualité QRx de l'antenne réceptrice 200 est inférieure à 32 (seuil SRx de facteur de qualité de l'antenne réceptrice 200) alors le processeur 130 en déduit que l'objet métallique 30 et l'antenne réceptrice 200 sont alignés entre eux mais ne sont pas alignés avec l'antenne émettrice 100. Ceci correspond à la configuration 3 de la figure 3 et à la zone B de la figure 7. Dans ce cas, le dispositif de charge 10 peut diminuer la puissance de chargement ou arrêter la charge et signaler à l'utilisateur la présence d'un objet métallique.
Si la valeur mesurée du facteur de qualité QTx de l'antenne émettrice 100 est supérieure à 56 (seuil STx de facteur de qualité de l'antenne émettrice 100) et si la valeur mesurée du facteur de qualité QRx de l'antenne réceptrice 200 est supérieure à 32 (seuil SRx de facteur de qualité de l'antenne réceptrice 200), alors le processeur 130 en déduit que l'objet métallique 30 n'est pas aligné avec l'antenne émettrice 100, ni avec l'antenne réceptrice 200 ou est absent du support de réception 1 10. Ceci correspond à la configuration 4 de la figure 3 et à la zone C de la figure 7.
Dans ce cas, le dispositif de charge 10 émet ou continue à émettre à la puissance requise par l'équipement d'utilisateur 20.
Le procédé selon l'invention permet ainsi de déterminer aisément si un objet métallique est présent sur le support de réception 1 10, entre l'antenne émettrice 100 du dispositif de charge 10 et l'antenne réceptrice 200 de l'équipement d'utilisateur 20 et de préciser dans laquelle des quatre configurations ils sont disposés afin de prendre les mesures adaptées en fonction de la configuration, par exemple réduire la puissance du signal de charge ou bien interrompre la charge.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de détermination de la position d'un objet métallique (30) placé sur un support (1 10) d'un dispositif de charge (10) par induction relativement à un équipement d'utilisateur (20) et à une antenne émettrice (100) dudit dispositif de charge (10) par induction lors de la charge dudit équipement d'utilisateur (20), ledit équipement d'utilisateur (20) comprenant une batterie (230) et une antenne réceptrice (200) permettant la réception d'un signal de charge par induction émis par l'antenne émettrice (100) afin de charger ladite batterie (230), ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend :
• une étape (E1 ) de mesure du facteur de qualité (QTx) de l'antenne émettrice (100),
• une étape (E2) de mesure du facteur de qualité (QRx) de l'antenne réceptrice (200), et
• une étape (E3) de comparaison du facteur de qualité (QTx) de l'antenne émettrice (100) mesuré avec un seuil (STx) prédéterminé de facteur de qualité de l'antenne émettrice (100) et du facteur de qualité (QRx) de l'antenne réceptrice (200) mesuré avec un seuil (SRx) prédéterminé de facteur de qualité de l'antenne réceptrice (200) de manière à en déduire une position de l'objet métallique (30) relativement à l'équipement d'utilisateur (20) et à l'antenne émettrice (100) ou une absence d'objet métallique (30) interférant.
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel le dispositif de charge (10) détermine (E4A) que l'antenne réceptrice (200), l'objet métallique (30) et l'antenne émettrice (100) sont alignés lorsque le facteur de qualité (QTx) de l'antenne émettrice (100) est inférieur au seuil (STx) prédéterminé de facteur de qualité de l'antenne émettrice (100) et que le facteur de qualité (QRx) de l'antenne réceptrice (200) est inférieur au seuil (SRx) prédéterminé de facteur de qualité de l'antenne réceptrice (200).
3. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel le dispositif de charge (10) détermine (E4B) que l'objet métallique (30) et l'antenne émettrice (100) sont alignés entre eux mais ne sont pas alignés avec l'antenne réceptrice (200) lorsque le facteur de qualité (QTx) de l'antenne émettrice (100) est inférieur au seuil (STx) prédéterminé de facteur de qualité de l'antenne émettrice (100) et que le facteur de qualité (QRx) de l'antenne réceptrice (200) est supérieur au seuil (SRx) prédéterminé de facteur de qualité de l'antenne réceptrice (200).
4. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel le dispositif de charge (10) détermine (E4C) que l'antenne réceptrice (200) et l'objet métallique (30) sont alignés entre eux mais ne sont pas alignés avec l'antenne émettrice (100) lorsque le facteur de qualité (QTx) de l'antenne émettrice (100) est supérieur au seuil (STx) prédéterminé de facteur de qualité de l'antenne émettrice (100) et que le facteur de qualité (QRx) de l'antenne réceptrice (200) est inférieur au seuil (SRx) prédéterminé de facteur de qualité de l'antenne réceptrice (200).
5. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel le dispositif de charge (10) détermine (E4D) que l'objet métallique (30) n'est pas aligné avec l'antenne réceptrice (200), ni avec l'antenne émettrice (100), lorsque le facteur de qualité (QTx) de l'antenne émettrice (100) est supérieur au seuil (STx) prédéterminé de facteur de qualité de l'antenne émettrice (100) et que le facteur de qualité (QRx) de l'antenne réceptrice (200) est supérieur au seuil (SRx) prédéterminé de facteur de qualité de l'antenne réceptrice (200).
6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, ledit procédé comprenant une étape préliminaire de détermination du seuil (STx) de facteur de qualité de l'antenne émettrice (100).
7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, ledit procédé comprenant une étape préliminaire de détermination du seuil (SRx) de facteur de qualité de l'antenne réceptrice (200).
8. Dispositif de charge (10) par induction d'un équipement d'utilisateur (20) destiné à être monté dans un véhicule automobile (1 ), ledit dispositif (10) comprenant une antenne dite « émettrice » (100) et un support (1 10) de réception dudit équipement d'utilisateur (20), placé au-dessus de ladite antenne émettrice » (100), l'équipement d'utilisateur (20) comprenant une batterie (230) et une antenne dite « réceptrice » (200) permettant la réception d'un signal de charge par induction émis par l'antenne émettrice (100) et permettant de charger ladite batterie (230), le dispositif de charge (10) étant caractérisé en ce qu'il est configuré pour :
• mesurer le facteur de qualité (QTx) de l'antenne émettrice (100),
• mesurer le facteur de qualité (QRx) de l'antenne réceptrice (200), et
• comparer le facteur de qualité (QTx) de l'antenne émettrice (100) mesuré avec un seuil (STx) prédéterminé de facteur de qualité de l'antenne émettrice (100) et le facteur de qualité (QRx) de l'antenne réceptrice (200) mesuré avec un seuil (SRx) prédéterminé de facteur de qualité de l'antenne réceptrice (200) de manière à en déduire une position de l'objet métallique (30) relativement à l'équipement d'utilisateur (20) et à l'antenne émettrice (100) ou une absence d'objet métallique (30) interférant.
9. Système de charge par induction, ledit système comprenant un dispositif de charge (10) selon la revendication précédente, un équipement d'utilisateur (20) disposé sur le support (1 10) du dispositif de charge (10) et un objet métallique (30) disposé entre ledit équipement d'utilisateur (20) et ledit support (1 10).
10. Véhicule (1 ) automobile comprenant un dispositif de charge (10) selon la revendication 8.
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