TITRE : Dispositif de gestion de la mise en œuvre d’une limitation du courant destiné à alimenter un objet connecté

Domaine technique

La présente invention concerne de manière générale les objets connectés et se rapporte plus particulièrement à la régulation du courant électrique d’ alimentation de tels objets.

Etat de la technique antérieure

Le nombre d’objets connectés, également nommés objets communicants, augmente de façon considérable.

Ils trouvent désormais leur application aussi bien en domotique que dans le milieu industriel.

Plus particulièrement en industrie, les objets connectés permettent de géolocaliser avec précision des marchandises en transit dans lesquels ils sont intégrés.

Pour ce faire, l’obj et connecté communique à distance des données qui comportent des coordonnées géographiques à un autre dispositif électronique destiné à les lire.

Une telle communication peut se faire via des réseaux locaux (WIFI, Ethernet, Bluetooth, etc.) ou par des réseaux opérés à grande échelle tel que le réseau étendu à basse consommation, connu sous l’ acronyme LPWAN (pour « Low Power Wide Area Network » en anglais).

Ce réseau est particulièrement adapté aux applications des objets connectés car il propose une longue portée (quelques kilomètres) et traite occasionnellement de petites quantités d’information tout en maintenant une faible consommation électrique.

A ce titre, l’ alimentation des objets connectés est généralement mise en œuvre par des moyens de stockage d’ énergie électrique non rechargeables destinés à durer plusieurs années. La puissance électrique nécessaire à la transmission de données est toutefois réglementée par les opérateurs des réseaux LPWAN.

Certaines réglementations nationales imposent en outre la valeur de puissance destinée à alimenter les moyens de transmission de ces données.

A titre d’ exemple, au sein de l’Union Européenne, lorsqu’une trame de données nécessite 2, 1 secondes pour être transmise à distance, le courant doit être égal à 33 mA sous 3 ,3 V.

Le respect de ces contraintes devient toutefois problématique, notamment lorsque lesdits moyens de stockage d’ énergie électrique se retrouvent confrontés à des températures extrêmes.

Plus particulièrement, quand la température atteint - 40°C, les moyens de transmission requièrent un courant plus important pour une même puissance puisque la tension des moyens de stockage diminue.

Il est alors proposé d’utiliser des piles au lithium-disulfure de fer (Li-FeS2) qui ont la capacité de fournir des courants importants et donc de satisfaire à ces exigences malgré les contraintes environnementales rencontrées.

Toutefois, ces piles ne possèdent pas une grande capacité volumique contrairement à d’ autres moyens de stockage d’ énergie en lithium-chlorure, comme les piles au lithium de thionylchloride (Li- SOCL ₂ ).

Il aurait été alors intéressant d’utiliser ces moyens de stockage mais il a été observé que la tension qu’ils délivrent diminue fortement même à température ambiante.

La puissance destinée à alimenter les moyens de transmission de l’objet connecté est donc en dessous des seuils exigés par les opérateurs. Par ailleurs, les moyens de transmission sont inopérants avec une tension de fonctionnement basse (usuellement 2.2V)

De plus, afin d’ atteindre la puissance nécessaire au fonctionnement des moyens de transmission avec une telle tension, le courant doit atteindre des valeurs importantes.

La capacité effective se dégrade donc rapidement alors que la transmission de données est effectuée périodiquement à raison de deux à cinq fois par jour par exemple. Il est donc avantageux d’optimiser le fonctionnement des piles en lithium-chlorure de thionyle pour bénéficier de sa capacité volumique sans l’ altérer.

Exposé de l’invention

Au vu de ce qui précède, l ’invention a pour objet un procédé de gestion de la mise en œuvre d’une limitation de la valeur d’un courant en sortie de moyens de stockage d’ énergie électrique non rechargeables destinés à alimenter des moyens de transmission périodique de données sans fil.

On détermine une valeur de seuil de courant en fonction d’une grandeur physique et l’on effectue, pendant une durée prédéterminée, la mise en œuvre de la limitation de la valeur du courant uniquement lorsque la valeur dudit courant est inférieure à la valeur de seuil.

On délivre ensuite le courant limité à des moyens de stockage d’ énergie électrique rechargeables destinés à alimenter lesdits moyens de transmission de données.

Autrement dit, lorsque les conditions météorologiques conduisent à une demande de courant supérieure à ce que les moyens de stockage non rechargeables peuvent fournir sans altérer leurs performances, on limite la valeur du courant en sortie desdits moyens de stockage de manière à alimenter des moyens de stockage rechargeables.

Les moyens de stockage rechargeables reçoivent alors le courant limité à une valeur définie pendant une durée prédéterminée jusqu’ à pouvoir délivrer la puissance nécessaire aux moyens de transmission.

La capacité effective des moyens de stockage non rechargeables est alors préservée.

Avantageusement, la grandeur physique est la température des moyens de stockage d’ énergie électrique non rechargeables.

Comme la température influe directement sur le courant délivré par les moyens de stockage non rechargeables, il est possible de déterminer le courant nécessaire en temps réel pour atteindre la puissance demandée par les moyens de transmission. Lorsque le courant apte à être délivré est inférieur à cette valeur de seuil, les moyens de stockage d’ énergie non rechargeables voient leur capacité effective altérée dans le but d’ atteindre ladite valeur seuil.

Il est donc nécessaire de limiter le courant délivré dans ces conditions.

L ’invention a également pour obj et un dispositif de gestion de la mise en œuvre d’une limitation de la valeur d’un courant en sortie de moyens de stockage d’ énergie électrique non rechargeables destinés à alimenter des moyens de transmission périodique sans fil.

Le dispositif comprend :

- des moyens de calcul aptes à déterminer une valeur de seuil de courant en fonction d’une grandeur physique ;

- un circuit limiteur de courant ;

- des moyens de stockage d’ énergie électrique rechargeables couplés au circuit limiteur et destinés à alimenter lesdits moyens de transmission de données et,

- des moyens de contrôle aptes à commander le circuit limiteur pour qu’il effectue, pendant une durée prédéterminée, ladite limitation uniquement lorsque la valeur du courant est inférieure à la valeur de seuil, le circuit limiteur étant apte à délivrer le courant limité aux moyens de stockage d’ énergie électrique rechargeables.

Avantageusement, le circuit limiteur comprend un hacheur à courant réglable.

On entend par « hacheur » un convertisseur continu-continu qui comprend ici un module destiné à limiter le courant reçu dans le transistor du convertisseur par exemple.

De préférence, la grandeur physique est la température des moyens de stockage d’ énergie électrique non rechargeables.

Préférentiellement, les moyens de stockage d’ énergie électrique rechargeables comportent au moins un supercondensateur.

Le supercondensateur a pour avantage d’avoir une résistance interne faible. Le courant qu’il délivre est alors considérablement supérieur aux moyens de stockage non rechargeables.

Avantageusement, le supercondensateur a une capacité comprise entre l OOmF et 500mF, de préférence égale à environ de 330mF, ce qui permet de restituer au moyen de communication une énergie de 690 mJ, soit 33 mA sous 3 ,3 V pendant 2.1 s.

L’invention concerne également un objet connecté comprenant des moyens de transmission périodique de données sans fil, des moyens de stockage d’ énergie électrique non rechargeables aptes à alimenter lesdits moyens de transmission et, un dispositif de gestion de la mise en œuvre d’une limitation du courant en sortie desdits moyens de stockage d’ énergie électrique non rechargeables tel que défini ci-dessus.

Préférentiellement, les données transmises sont les coordonnées géographiques dudit objet.

On peut citer par exemple, la latitude et/ou la longitude et/ou l’ altitude.

L ’invention a encore pour objet une unité de chargement comprenant au moins un obj et connecté tel que défini ci-dessus.

Il s’ agit plus particulièrement de moyens connus sous l’ acronyme ULD (pour « Unit Load Device ») dont la forme et les dimensions sont adaptées au transport aérien d’objets.

Brève description des dessins

D ’ autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins indexés sur lesquels :

[Fig 1 ] représente une unité de chargement comprenant un objet connecté selon l’invention ;

[Fig 2] illustre schématiquement les composants dudit objet connecté selon un mode de réalisation de l’invention ;

[Fig 3] représente schématiquement les composants d’un dispositif de gestion de la mise en œuvre d’une limitation du courant destiné à alimenter l’objet connecté et,

[Fig 4] illustre un ordinogramme d’un procédé de gestion de la mise en œuvre de la limitation dudit courant selon un mode de mise en œuvre de l’invention. Exposé détaillé des modes de réalisation de l’invention

Sur la figure 1 est représentée une unité de chargement 1 de type ULD adaptée de par sa forme et ses dimensions au transport aérien de marchandises.

Dans cet exemple, l’unité de chargement 1 est sous la forme de conteneur construit de façon à minimiser les risques de détérioration des marchandises lors des différentes phases de vol de l’ aéronef.

Pour suivre le parcours des marchandises, il est avantageux de localiser régulièrement à distance l’unité de chargement 1 et détecter ainsi d’ éventuelles anomalies en logistique.

Pour ce faire, un objet connecté 2 est disposé sur l’unité de chargement 1 de manière à communiquer à d’ autres dispositifs des trames de données comprenant les coordonnées géographiques de l’unité de chargement 1 .

Pour effectuer une telle communication, l ’objet connecté 2 comporte, tel qu’illustré dans la figure 2, des moyens de géolocalisation 3 et des moyens de transmission périodique de données 4.

Les moyens de transmission 4 sont couplés auxdits moyens de géolocalisation 3 de sorte à acquérir lesdites coordonnées géographiques puis les transmettre.

A cet effet, les moyens de transmission 4 sont alimentés par des moyens de stockage d’ énergie électrique non rechargeables 5 qui lui fournissent l’ énergie nécessaire à l’ envoi des données.

Ces données sont ensuite véhiculées par un réseau étendu à basse consommation de type LPWAN caractérisé par une longue portée et une faible consommation d’énergie électrique.

Toutefois, comme l’unité de chargement 1 est destinée à parcourir des distances importantes, la température à laquelle est soumis l’objet connecté 2 est susceptible de varier entre -40 et +60°C.

Ses performances peuvent alors être mises à mal, notamment lorsque les moyens de stockage d’ énergie électrique non rechargeables 5 sont des piles de type lithium-chlorure de thionyle.

Plus particulièrement, la tension délivrée est susceptible de diminuer fortement dans ces conditions, ce qui conduit ces piles 5 à délivrer un courant plus important pour atteindre la puissance nécessaire au fonctionnement des moyens de transmission 4.

L ’objet connecté 2 comporte alors un dispositif de gestion 6 de la mise en œuvre d’une limitation du courant en sortie desdits moyens de stockage d’ énergie électrique non rechargeables 5.

Un tel dispositif 6 comporte, tel qu’illustré à la figure 3 , des moyens de calcul 7 aptes à déterminer une valeur de seuil de courant en fonction de la valeur de la température acquise par un capteur de température 8.

Le dispositif 6 comporte en outre des moyens de stockage d’ énergie électrique rechargeables 9 et un circuit limiteur de courant 10.

Plus précisément, le limiteur de courant 10 est couplé aux moyens d’ énergie électrique rechargeables 9 pour diminuer le courant à une valeur définie.

Le limiteur de courant 10 est ainsi apte à délivrer le courant aux moyens de stockage d’ énergie électrique rechargeables 9 pour qu’ils puissent alimenter lesdits moyens de transmission de données 4 une fois chargés.

A titre d’ exemple, les moyens de stockage d’ énergie électrique rechargeables 9 peuvent être sous la forme d’au moins un supercondensateur.

Grâce à la valeur de sa résistance interne, le supercondensateur délivre un courant important, atteignant ainsi la puissance nécessaire à la transmission de données.

Le supercondensateur peut avoir une capacité de 330 mF afin de stocker suffisamment d’ énergie pour fournir la puissance nécessaire pendant la durée de la transmission des données (2, 1 s).

Pour l’ alimenter, le dispositif 6 comprend en outre des moyens de contrôle 1 1 disposés entre les moyens de calcul 7 et le limiteur de courant 10 de manière à activer ce dernier pendant une durée prédéterminée.

Les moyens de contrôle 1 1 sont en outre aptes à délivrer un signal de commande à des moyens de couplage 12 reliant les moyens de stockage d’ énergie non rechargeables 5 directement aux moyens de transmission 4. On se réfère à la figure 4 qui illustre les différentes étapes d’un procédé de gestion de la mise en œuvre de la limitation du courant en sortie de moyens de stockage d’ énergie électrique non rechargeables 5 , mis en œuvre par le dispositif 6.

Le procédé débute par une étape E l au cours de laquelle les moyens de calcul 7 récupèrent périodiquement la valeur de la température pour calculer la valeur seuil qui représente le courant nécessaire au fonctionnement des moyens de transmission 4.

Au cours de l’ étape E2, les moyens de contrôle 1 1 comparent la valeur seuil au courant en sortie des moyens de stockage d’ énergie électrique non rechargeables 5.

Si le courant est supérieur ou égal à la valeur seuil, les moyens de contrôle 1 1 maintiennent le couplage entre les moyens de stockage 5 et les moyens de transmission 4 à l’ étape E3.

Autrement dit, le courant en sortie des moyens de stockage 5 est donc directement délivré aux moyens de transmission 4.

Dans le cas contraire, lorsque le courant délivré par les moyens de stockage d’ énergie électrique non rechargeables 5 est inférieur à la valeur de seuil, lesdits moyens de stockage 5 tenteront de délivrer un courant égal à la valeur seuil et donc de répondre aux besoins des moyens de transmission 4.

Pour éviter de dégrader la capacité effective des moyens de stockage d’ énergie électrique non rechargeables 5 , les moyens de contrôle 1 1 activent pendant la durée définie, le limiteur de courant 10 à l’ étape E4.

Il est à noter que ladite durée est calculée en fonction du courant en sortie du limiteur 10.

Il s ’ agit de la durée nécessaire à la charge des moyens de stockage d’ énergie électrique rechargeables 9 pour qu’ils puissent délivrer la puissance indispensable au fonctionnement des moyens de transmission 4 pendant la durée de transmission des données.

Simultanément, les moyens de contrôle 1 1 envoient le signal de commande aux moyens de couplage 12 pour découpler les moyens de stockage d’ énergie électrique non rechargeables 5 des moyens de transmission 3. Le limiteur de courant 10 reçoit alors le courant en sortie des moyens de stockage 5 et le diminue, à l’ étape E5 , pour préserver leur capacité.

A titre d’ exemple, le courant peut être compris entre 1 et 5 mA. Dès que les moyens de stockage d’ énergie électrique rechargeables 9 disposent de la puissance nécessaire au fonctionnement des moyens de transmission 4, les moyens de contrôle 1 1 désactivent le limiteur 10 à l’ étape E6.

Pour ce faire, les moyens de contrôle 1 1 délivrent le signal de commande aux moyens de couplage 12 pour coupler de nouveau les moyens de stockage d’ énergie électrique non rechargeables 5 uniquement aux moyens de transmission 4.

Les moyens de stockage d’ énergie électrique rechargeables 9 ne sont donc pas alimentés en permanence. Ensuite, au cours de l’ étape E7, les moyens de stockage d’ énergie électrique 9 se déchargent dans les moyens de transmission 4. Enfin, à l’ étape E8 , les moyens de transmission 4 envoient à distance les coordonnées géographiques de l’unité de traitement 1.