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FR3001587A1 - Procede et systeme de commande de la charge d'au moins deux moyens de stockage d'energie electrique - Google Patents

Procede et systeme de commande de la charge d'au moins deux moyens de stockage d'energie electrique Download PDF

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FR3001587A1
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Laurent Thibault
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IFP Energies Nouvelles IFPEN
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Abstract

L'invention concerne un procédé et un système de commande de la charge de plusieurs moyens de stockage de l'énergie électrique (4), qui optimise automatiquement la puissance de charge de chaque moyen de stockage de l'énergie en fonction de leurs temps de charge, de leurs états de charge souhaité, des variations du prix de l'énergie électrique et de la puissance électrique disponible sur le réseau (1).

Description

La présente invention concerne le domaine du stockage d'énergie électrique et plus particulièrement la charge de moyens de stockage d'énergie. De nous jours, de nombreux systèmes électriques embarquent un moyen de stockage d'énergie, notamment sous forme de batteries, il s'agit notamment des téléphones portables, des ordinateurs portables, des véhicules électriques ou hybrides et des outils portatifs. Outre les applications embarquées, notamment liées au transport et à la mobilité, certaines applications dites stationnaires associées à la production intermittente de l'énergie électrique utilisent également des systèmes de stockage d'énergie de type batterie. Une batterie électrique est un organe complexe constitué d'accumulateurs, également dits éléments ou 10 cellules, connectés en série et/ou parallèle, généralement équilibrés entre eux par des composants électroniques afin de maintenir un état de charge homogène pour l'ensemble. Gérer la charge des moyens de stockage de l'énergie est important pour leur durée de vie et leur coût de fonctionnement. Les moyens actuels permettant la charge des ces moyens de stockage, les chargeurs, 15 permettent essentiellement une charge rapide des moyens de stockage d'énergie jusqu'à leur maximum de charge, sans se soucier des futures utilisations, ni des conditions de charge. Pour prendre en compte les conditions de charge, il a été développé des procédés de charge adaptant la puissance de charge en fonction de la température du moyen de 20 stockage d'énergie. De telles solutions sont décrites notamment dans les brevets : WO 2011/135701 Al et EP 1 100 174 B1 . Dans ce premier document, la puissance de charge est limitée lorsque la température de la batterie excède un certain seuil. Dans ce deuxième document, la tension requise est déterminée sur la base de la température de la batterie. Toutefois, aucun des procédés décrits dans ces documents ne permet d'optimiser la 25 charge des moyens de stockage de l'énergie électrique. En effet, les documents de l'art antérieur proposent de charger la batterie directement après sa connexion au réseau selon un profil de puissance de charge préétabli, sans se préoccuper du temps disponible pour cette charge et de l'état de charge souhaité. Ainsi, la charge des batteries peut ne pas être adaptée à l'utilisation ultérieure de la batterie. Or, il est intéressant de charger les moyens de 30 stockage d'énergie en profitant de la durée disponible du système électrique pour la recharge. Par exemple, pour l'application automobile, on dispose d'une durée entre deux trajets qui peut être importante (par exemple une nuit) pour la charge de la batterie, et on peut déterminer à l'avance le niveau de charge nécessaire pour le trajet ultérieur (par exemple 35 lorsqu'il s'agit d'un trajet quotidien). Pour cette utilisation, les procédés actuels de commande de charge des batteries ont pour but la charge complète de la batterie dans le temps le plus court possible et par conséquent, ces procédés n'utilisent pas toute la durée disponible pour optimiser la charge. Par ailleurs, aucun des systèmes de l'art antérieur ne permet d'optimiser la charge simultanée de plusieurs batteries branchées sur un même réseau (par exemple il s'agit du cas où on branche au moins deux véhicules sur un même réseau, avec des états de charge différents et des temps de charge différents). En effet, les systèmes actuels répartissent équitablement les puissances de charge sur les batteries sans tenir compte des états de charge initiaux, souhaités et des temps de charges disponibles pour chaque batterie. L'invention remédie aux inconvénients de l'art antérieur et propose un procédé de commande de la charge de plusieurs moyens de stockage de l'énergie électrique, qui optimise automatiquement la puissance de charge de chaque moyen de stockage de l'énergie en fonction de leurs temps de charge, de leurs états de charge souhaité, des variations du prix de l'énergie électrique et de la puissance électrique disponible sur le réseau.
Le procédé selon l'Invention L'invention concerne un procédé de commande de la charge d'au moins deux moyens de stockage d'énergie électrique sur un unique réseau électrique, de manière à atteindre pour chaque moyen i de stockage d'énergie électrique un état de charge souhaité xf, connaissant un état de charge initial x0,, en un temps de charge prédéterminé tf,1, chaque moyen de stockage d'énergie électrique étant alimenté par une puissance de charge u(t) au moyen dudit réseau électrique. Le procédé comporte une étape qui détermine chaque puissance de charge u, (t) en fonction des variations du prix p(t) de l'énergie électrique, dudit état de charge souhaité xf, , dudit état de charge initial x0,, dudit temps de charge prédéterminé tf,, et de la puissance disponible sur ledit réseau Pnet,disp _1 - Selon l'invention, on réalise les étapes suivantes : a) on définit un ordonnancement de la charge desdits moyens de stockage d'énergie électrique ; b) on détermine ladite puissance de charge ti,(t) pour chaque moyen de stockage d'énergie selon ledit ordonnancement, en fonction des variations du prix p(t) de l'énergie électrique, dudit état de charge souhaité xf,1, dudit état de charge initial x01, du temps de charge prédéterminé tf,, et de la puissance disponible sur le réseau Pnet,dtsp _1 ; C) on applique la puissance de charge u(t) à chaque moyen de stockage d'énergie électrique. Avantageusement, on détermine ladite puissance de charge u.(t) pour chaque moyen de stockage d'énergie, en mettant en oeuvre les étapes suivantes pour chaque moyen i de stockage d'énergie électrique selon ledit ordonnancement : i) on détermine la puissance disponible sur le réseau Pnet,dtsp ; ii) on construit un modèle dynamique de l'état de charge dudit moyen de stockage de l'énergie, représentant le comportement de la charge dudit moyen de stockage d'énergie, ledit modèle étant fonction de ladite puissance de charge u. (t); iii) on détermine ladite puissance de charge ui(t) qui minimise le coût de la charge dudit moyen de stockage par une méthode d'optimisation dépendante dudit modèle, ladite méthode d'optimisation prenant en compte les variations du prix p(t) de l'énergie électrique et étant contraint par ledit état de charge souhaité Xf1, par ledit état de charge initial x0, par ledit temps de charge prédéterminé tf et par ladite puissance disponible sur le réseau Pnet,disp_i Selon l'invention, on détermine ladite puissance disponible sur le réseau Pnet,disp _1 par différence entre la puissance nette dudit réseau et la somme des puissances de charge (t) préalablement déterminées. De manière avantageuse, ledit modèle de dynamique de l'état de charge s'écrit par une relation du type X - = .\11+ avec 100 Uo (x,,T,) a,(x'Ti)= '1 et fli(x,,T)=2R0',(xi,T,) x, : état de charge du moyen i de stockage d'énergie à l'instant t, : dérivée par rapport au temps de l'état de charge du moyen i de stockage d'énergie, : rendement du chargeur du moyen i de stockage d'énergie, : puissance maximale du moyen i de stockage d'énergie, U0,1 tension nominale du moyen i de stockage d'énergie, : résistance interne du moyen i de stockage d'énergie, et T, : température du moyen i de stockage d'énergie. De préférence, ladite méthode d'optimisation minimise la fonction max, k=i 0 p(t)Euk(t» k=1 Selon un mode de réalisation de l'invention, ladite méthode d'optimisation est réalisée au moyen des étapes suivantes : (1) on définit un co-facteur 2. par une équation du type ( = ara, (x'Ti)(1- A(xi,Ti)q(ui)141) ce(xi'Ti)afl(xi'Ti)21 x ui + fl(x1,T)77(u )u1 j (2) on résout le système d'équations composé de l'équation dudit modèle et dudit co-facteur, ledit système étant contraint par les états de charge initiale x0 et souhaitée xf ainsi que par le temps de charge f a(xi' Ài= 2i( a ot.(xi,Ti)(1- 'Il+ A(xi,Ti)q(ui)ui) Ti)a xfl(xi'Ti) { x i i A(x'Ti2)\/71(u+i)flu(ix)i'Ti)ri(ui)uill' (3) on en déduit la puissance de charge u,Q), ladite puissance de charge étant contrainte par les puissances minimale Umjflj et maximale umax, et par ladite puissance disponible LIC le réseau net,disp ui(t) = argu min {.. Ji(t)} umin,i(t)ui ..min(unia',i (t),Pnet,disp (0) J1(t) = p(t)ui(t)- ot1(x1,Ti)(1- fli(x'Ti)ri(ui i) avec : : dérivée par rapport à x, - : dérivée par rapport au temps du co-facteur 2, , - : puissance de charge minimale du moyen i de stockage d'énergie, - : puissance de charge maximale du moyen i de stockage d'énergie. avec et Avantageusement, lesdits moyens de stockage d'énergie électrique sont des batteries de véhicules automobiles, notamment de véhicules automobiles électriques. En outre, l'invention concerne un système de charge d'au moins deux moyens de stockage d'énergie électrique, chaque moyen de stockage d'énergie étant équipé d'un système de gestion dudit moyen de stockage (BMS), ledit système de charge comprenant : des moyens de connexion avec un réseau de distribution d'énergie électrique alternative, dont le prix p(t) de l'énergie électrique est connu ; des moyens de conversion de l'énergie électrique alternative en énergie électrique continue ; des moyens de connexion avec chaque moyen de stockage de l'énergie électrique, apte à transmettre une puissance de charge continue u. (t) à chaque moyen de stockage d'énergie ; le système de charge comprend en outre : des moyens de commande de la puissance de charge u( t) de chaque moyen de stockage d'énergie, mettant en oeuvre le procédé tel que décrit ci-dessus. De plus, chaque système de gestion du moyen de stockage (BMS) peut informer ledit système de charge des conditions de charge limites de chaque moyen de stockage d'énergie.
Présentation succincte des figures D'autres caractéristiques et avantages du procédé selon l'invention, apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'exemples non limitatifs de réalisations, en se référant aux figures annexées et décrites ci-après.
Les figures la) et 1 b) illustrent des cartographies des moyens de stockage d'énergie électrique. La figure 2 est un schéma représentant la commande de la charge des moyens de stockage d'énergie électrique.
Description détaillée de l'invention Notations Au cours de la description, les notations suivantes sont utilisées : - xi (t) : état de la charge du moyen i de stockage d'énergie électrique à l'instant t. Cet état est exprimé en pourcentage, avec : o x0,, : état de la charge initial du moyen i de stockage d'énergie : il s'agit de l'état de charge au début de la charge, il s'agit d'une donnée connue. o x11 : état de la charge souhaité à la fin du chargement du moyen i de stockage d'énergie. Il s'agit d'une information définie avant la charge du moyen de stockage ; elle peut être déterminée par l'utilisateur ou par un calculateur, en fonction de l'utilisation ultérieure prévue du moyen de stockage d'énergie. - u, (t) : puissance de charge du moyen i de stockage d'énergie (en W), cette puissance est supposée positive lors de la charge du moyen de stockage d'énergie, avec : : puissance maximale admissible par le moyen i de stockage de l'énergie. Elle représente une limitation de puissance qui correspond aux limitations dues au courant maximal et à la tension maximale que peut subir la batterie. Ces limitations se traduisent en limitation de puissance.
Ainsi, cette valeur dépend de l'état de charge, de la température et du temps. En effet, la dépendance en temps est engendrée par la variabilité du réseau électrique au cours du temps. O : puissance minimale que doit fournir le système de charge au moyen i de stockage d'énergie. Elle est typiquement constante égale à zéro. Cependant, dans certain cas, elle peut être positive afin de garantir un certain niveau de tension pour garantir que le moyen de charge reste bien connecté au moyen de stockage d'énergie. Cette borne inférieure dépend donc de l'état de charge et de la température. - Ubcat : tension mesurée du moyen de stockage d'énergie (en V), - /bau : courant mesuré du moyen de stockage d'énergie (en A), - T, : température du moyen i de stockage d'énergie (en °C). Il peut s'agir d'une donnée mesurée directement sur la batterie, ou de la valeur de la température ambiante à proximité du moyen de stockage d'énergie. - 0 d'une donnée connue, il peut s'agir d'une donnée du constructeur ou cette valeur peut être issue de mesures expérimentales. - U0' : tension nominale (tension du moyen de stockage à vide, c'est-à-dire sans charge ni décharge) du moyen i de stockage (en V), il s'agit d'une variable calculée sur la base de cartographies calibrées expérimentalement (figure la)). : puissance maximale du moyen i de stockage d'énergie (en W), il s'agit - - - - - .
R0, : résistance interne du moyen i de stockage (en f2), il s'agit d'une variable calculée sur la base de cartographie calibrées expérimentalement (figure lb)). p(t) : prix de l'énergie électrique au cours du temps (par exemple en E/Wh), les variations du prix sont connus ; par exemple, il peut s'agir du passage des "heures pleines" en "heures creuses" pour le distributeur d'énergie électrique. 2, : co-facteur, utilisé dans la méthode d'optimisation. tf,, : durée disponible pour la charge du moyen i de stockage d'énergie (en h), il s'agit d'une valeur prédéterminée soit par l'utilisateur soit automatiquement par un calculateur. : rendement du chargeur du moyen i de stockage d'énergie, le rendement est fonction de la puissance de charge u(t) et est de l'ordre de 85 %. p - net cours du temps, ces variations sont connues ; par exemple, il peut s'agir d'une baisse de la puissance nette lors de l'activation d'autres systèmes tels que des ventilateurs connectés sur le réseau électrique. : puissance nette du réseau électrique (en W), cette puissance peut varier au - Pnet,dispo_, : puissance du réseau disponible (en W), cette puissance est déterminée par différence entre la puissance nette du réseau Pnet et la somme des puissances de charge ui(t) préalablement déterminées pour les moyens i. - Pbatt,i : puissance consommée par le moyen i de stockage d'énergie (en W).
L'ajout d'un point au-dessus d'une variable représente la dérivée par rapport au temps de la variable considérée. La dérivée par rapport à la variable x est quant à elle notée 8x L'invention concerne un procédé de commande de la charge de plusieurs (au moins deux) moyens de stockage de l'énergie électrique sur un seul réseau électrique, de manière à atteindre pour chaque moyen de stockage d'énergie un état de charge souhaité xf,, connaissant un état de charge initial x0,, en un temps de charge prédéterminé t1.1, le moyen de stockage de l'énergie électrique étant alimenté par une puissance de charge u, 0. La puissance de charge u,(t) est déterminée en fonction du prix p(t) de l'énergie électrique et de la puissance disponible sur le réseau Pnet,dtspo Pour cela, on peut réaliser les quatre étapes suivantes : définition d'un ordonnancement de la charge des moyens de stockage d'énergie ; construction d'un modèle de dynamique de l'état de charge de chacun des moyens de stockage d'énergie ; détermination de la puissance de charge de chacun des moyen ui(t) qui minimise le coût de la charge ; et application de la puissance de charge u, (t) sur chacun des éléments. On appelle moyen de stockage de l'énergie électrique tout élément permettant de stocker de l'énergie électrique, il peut s'agir notamment d'une cellule, d'un module, d'un pack ou d'une batterie (composée de plusieurs cellules). Une batterie peut être définie comme un système électrochimique de stockage d'énergie électrique. De manière avantageuse, ces étapes sont réalisées par un contrôleur. Étape 1) Définition de l'ordonnancement Lors de cette étape on détermine l'ordonnancement dans lequel on va déterminer les puissances de charge u(t) de chaque moyen de stockage d'énergie branché sur le réseau. Les moyens de stockage d'énergie sont chargés simultanément, mais le premier moyen de stockage selon l'ordonnancement est chargé de manière préférentielle et bénéficie de la totalité de la puissance disponible sur le réseau, alors que la puissance disponible sur le réseau (dépendante des puissances de charge préalablement définie) est moins importante pour la charge des moyens de stockage suivants. Cette étape peut être manuelle, l'ordonnancement est alors défini par l'utilisateur selon ces propres critères. Alternativement, cette étape peut être automatique, l'ordonnancement est alors défini par un contrôleur. L'ordonnancement peut dans ce cas être du type : premier connecté/premier chargé, dernier connecté/premier chargé, préférence au moyen de stockage nécessitant le plus de charge (c'est-à-dire avec une différence x - x0,1 la plus importante)... Étape 2) Construction du modèle dynamique On appelle modèle dynamique de l'état de charge du moyen de stockage d'énergie, un modèle qui représente l'état de charge x(t) du moyen de stockage d'énergie numéro i à un instant t, en fonction de la puissance de charge du même moyen u(t). De manière avantageuse, ce modèle dépend également de la température T, du moyen de stockage d'énergie. Selon un mode de réalisation, le modèle utilisé est le même pour chacun des moyens, et dans ce cas, seule la calibration du modèle dépend du moyen de stockage.35 Dans un premier temps, on peut définir un modèle statique pour représenter le moyen de stockage d'énergie. La tension du moyen de stockage d'énergie est alors calculée sur la base de cartographies calibrées expérimentalement de (I ba' et 'bail et permet de déterminer la tension nominale U0 et la résistance interne Ro du moyen de stockage d'énergie. La figure 1 représente un exemple de cartographies utilisées pour calibrer le modèle statique du moyen de stockage d'énergie. Ce modèle statique s'écrit par une formule de la forme : -hait = il 0(x,T)+ Ro(x,T)Ibaii. A partir de ce modèle statique, on peut écrire le modèle dynamique de l'état de charge sous la forme suivante : ( -U0,,(x'Ti)+ \IU02,i(xi,Ti)+4R0,1(x, T) . 100 5 Pbatt, x = 2R0,1(X i,Ti) Qmax \, Pour simplifier la forme de ce modèle dynamique, on pose : 100 U0,, (x,,T,) 2R0 (x' T, ) (x'Ti)= et fl,(x,T,)= 2' Qmax 2/?0,,(x,,T,) U0, (x, Ainsi, on obtient l'équation suivante pour le modèle de dynamique de l'état de charge du type : = On note que ce modèle dépend de la température T, du moyen i de stockage d'énergie, par conséquent, aucune dynamique de température n'est négligée dans ce modèle. Ensuite, on utilise un modèle de chargeur pour faire le lien entre la vraie commande u,(t) (la puissance sur le réseau électrique) et la puissance de la batterie. Pour cela, on utilise un modèle statique du chargeur qui se caractérise uniquement par son rendement 771, qui peut être fonction de la puissance de charge u, (t) . Pbatt r t(1' t)14 Ainsi, la dynamique de la charge de chacun des moyens de stockage peut se modéliser sous la forme : 5c, -ai(x'Ti)(1- A(x'Tip7,04i)ui) Étape 3) Détermination de la puissance de charge optimale pour chacun des moyens de la flotte Le but du procédé est de minimiser le coût de la consommation d'énergie pour charger chaque moyen de stockage d'énergie jusqu'à un certain état de charge xj, (état de charge final dépendant du moyen de stockage), dans un temps défini (temps dépendant du moyen de stockage). De manière avantageuse, on définit un état de charge souhaité xi, qui ne soit pas égal à la charge maximale du moyen de stockage d'énergie. Ainsi, on recharge le moyen de stockage d'énergie en prenant en compte uniquement ce qui est nécessaire pour l'utilisation ultérieure. Par conséquent, la charge nécessite une puissance de charge sur une durée moins importante que si on chargeait pour la totalité de la charge maximale le moyen de stockage d'énergie, ce qui engendre une réduction du coût de la charge.
Pour aboutir à ce résultat, on procède à une méthode d'optimisation qui détermine une puissance de charge 74,(t) pour chaque moyen de stockage d'énergie qui minimise le coût de la charge des moyens de stockage d'énergie. Cette méthode d'optimisation prend en compte le modèle construit à l'étape précédente, elle prend également en compte le prix p(t) de l'énergie électrique. En outre, cette méthode est contrainte par les états de charge initiaux x0,, et souhaités xi,, le temps de charge prédéterminé tf,, ainsi que la puissance disponible sur le réseau Pnet,dispo _1 De préférence, la méthode d'optimisation détermine la fonction ui(t) qui minimise la max, fonction fP(t)Eu,(t)dt , qui correspond au coût total de la charge sur la période de chargement.
En outre, la méthode d'optimisation prend en compte le fait que chaque puissance de charge u, (t) doit être comprise entre umily et umax,, , afin de rester dans la plage de fonctionnement du moyen de stockage d'énergie et du réseau de distribution d'électricité. Avantageusement, on construit la méthode d'optimisation en réalisant les étapes suivantes : Dans un premier temps, on initialise avec une puissance disponible sur le réseau : Pnet,disp_i (t) = 'net (t) Ensuite, pour chaque moyen de charge, de i allant de 1 au nombre de moyen de charge selon l'ordonnancement défini à l'étape 1), on met en oeuvre les étapes suivantes : on introduit une variable 2, appelée co-facteur, on impose à cette variable la dynamique suivante : ( (xi, Ti )104 )ui a(xi )a,./6(xi Ti) = xa,(x,,Ti)(1- .'11+ A u, 2.'/1+13(x1,T1)/7(u1)u. on résout le système d'équations composé de l'équation dudit modèle et dudit cofacteur, ledit système étant contraint par les valeurs de l'état de charge initial x0,1 et souhaité xf ainsi que par le temps de charge tf : ( = 2a xai(xi,T,)(1- .\11+ A( TP-i(u,)u,) a(xi'Ti)axig(xi'Ti) u. 2\11+ )6(x,,T,)77(u,)u, avec les conditions initiales : x1(0) = x0,1 2(0) = 20,1 Ainsi, à partir d'une condition initiale du co-facteur À(0)= À0,i on calcule le co-facteur et l'état de charge sur l'horizon de temps [0, tf,, ]. On peut donc définir une fonction fi qui relie la condition initiale du co-facteur et la valeur de l'état de charge au temps t1. (t, )= fi (20 j ) On doit donc déterminer la valeur de condition initiale du co-facteur dont l'image par fi est xf1' , Pour cela on réalise une dichotomie. Les deux valeurs initiales de la , dichotomie sont À min,i et À max,i définis par : { ilinax,i = 2 max,E[0,,f,i] (p(t)) Âmin,i = 1 a,(x0,'T)A(x0,,,T) 2 min (p(t)) tE[0,,f,,] , ai(xo,i,T)fli(xo,i,T)\11+ fli(xo,i,T)11(umin(xo,i,Tpurnin(xo,i,T) .V1+ A(x0,,,T)q(umax(x0,'T,))umax(x0,'T) Ainsi, après plusieurs itérations, la dichotomie nous permet d'obtenir une valeur 20, de la condition initiale du co-facteur qui nous permet de déterminer l'ensemble de la fonction 2,(t), puis d'en déduire la fonction x,(t). on en déduit ensuite la puissance de charge u(t), ladite puissance de charge u,(t) étant contrainte par les puissances minimale umin et maximale umax et de la puissance disponible sur le réseau : u, (t) = argu umin,i min (0,1net,disp (0) J1(t) avec Ji (t)= p(t)u(t) ai (xi Ti)(1--N11-+A(xi,T)/7(ui)ui) La minimisation peut se faire par une méthode de Newton ou toute autre méthode.
On détermine alors la nouvelle puissance disponible sur le réseau en retranchant la puissance prélevée pour la charge i Pnet,dispoi +1 (-0 Pnet,dispoi (t) - ui (t) On passe ensuite à la charge du moyen i+1 de stockage d'énergie selon l'ordonnancement défini à l'étape 1) en réitérant les étapes précédentes.
Une fois ces étapes répétées pour chaque moyen de stockage, les puissances de charge ut(t) sont alors toutes définies. Étage 4) Commande de la charge Une fois les puissances de charge optimales déterminées, celles-ci sont appliquées aux moyens de stockage d'énergie pour commander leurs charges. Ainsi, on contrôle les charges des moyens de stockage d'énergie d'un état de charge initial à un état de charge souhaité pendant un temps disponible, tout en minimisant le coût de la charge globale.
Le procédé selon l'invention trouve une application dans le domaine des transports, notamment pour la charge de batterie de véhicules électriques ou hybrides, plus particulièrement pour les véhicules automobiles et les deux-roues électriques. Toutefois, il peut être appliqué également aux batteries de téléphones portables, d'ordinateurs portables, d'outils portatifs, d'aspirateurs autonomes...
Un problème qui se pose pour les systèmes électriques avec des moyens de stockage d'énergie électrique embarqué est leur coût de revient : ils sont souvent plus chers à l'achat que leurs équivalents "classiques". Pour diminuer leur prix de revient, il est donc intéressant de faire baisser leur coût d'utilisation. Par exemple, actuellement les véhicules électriques ou hybrides sont plus onéreux que les véhicules thermiques, mais le coût de l'énergie électrique est inférieur au coût de l'énergie fossile. Dans cet optique, l'invention contribue à la diminution du coût de revient d'un moyen de stockage d'énergie électrique embarqué. En outre, l'invention concerne également un système de charge (2), ou chargeur (voir figure 2), apte à recharger plusieurs moyens de stockage d'énergie électrique (4). Sur cette figure, les flèches en traits continus correspondent au transfert de puissance électrique (alternative ou continue) et les flèches en pointillés illustrent les échanges de données entre les différents composants. Chaque moyen de stockage d'énergie (4) est équipé d'un système de gestion dudit moyen de stockage (BMS : de l'anglais Battery Management System) (3) qui, classiquement, échange des données (7) avec le moyen de stockage d'énergie (4). Le système de charge (2) comprend : des moyens de connexion (5) avec un réseau de distribution d'énergie électrique alternative (1), dont le prix p(t) de l'énergie électrique est connu ; des moyens de conversion ( 21,22,...,2, ) de l'énergie électrique alternative en énergie électrique alternative (avec un lien direct) ou continue (avec un transformateur) ; des moyens de communication (6) entre les moyens de conversion ( ) et les moyens de stockage d'énergie (4) ; des moyens de connexion (8) avec chaque moyen de stockage de l'énergie électrique (4), apte à transmettre une puissance de charge continue u(t) à chaque moyen de stockage d'énergie (4). Selon l'invention, le chargeur (2) comprend en outre : des moyens de commande de la puissance de charge tii(t) dudit moyen de stockage, transféré par les moyens de connexion (8) mettant en oeuvre le procédé tel que décrit ci-dessus. Selon un mode de réalisation de l'invention, chaque système de gestion du moyen de stockage (BMS) (3) informe le système de charge (2) des conditions de charge limites. Il s'agit par exemple des tensions et courants limites en fonction de la température du moyen de stockage d'énergie (4) correspondant. Application possible Le procédé selon l'invention, peut permettre à un utilisateur de plusieurs véhicules électriques ou hybrides (par exemple une flotte de véhicules), de mettre en charge les véhicules lors de leurs arrêts et de programmer les heures de départ ultérieur et les états de charge nécessaire pour les futurs trajets de chaque véhicule, le procédé va alors commander les charges pour aboutir aux états de charge nécessaires dans les temps impartis tout en minimisant le coût de la charge.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1) Procédé de commande de la charge d'au moins deux moyens de stockage d'énergie électrique sur un unique réseau électrique, de manière à atteindre pour chaque moyen i de stockage d'énergie électrique un état de charge souhaité x1,, connaissant un état de charge initial x0,1 en un temps de charge prédéterminé t,, chaque moyen de stockage d'énergie électrique étant alimenté par une puissance de charge u(t) au moyen dudit réseau électrique, caractérisé en ce que le procédé comporte une étape qui détermine chaque puissance de charge u(t) en fonction des variations du prix p(t) de l'énergie électrique, dudit état de charge souhaité xi,, dudit état de charge initial x01, dudit temps de charge prédéterminé tf,, et de la puissance disponible sur ledit réseau Pnet ,dup _1 '
  2. 2) Procédé selon la revendication 1, dans lequel on réalise les étapes suivantes : a) on définit un ordonnancement de la charge desdits moyens de stockage d'énergie électrique ; b) on détermine ladite puissance de charge u(t) pour chaque moyen de stockage d'énergie selon ledit ordonnancement, en fonction des variations du prix p(t) de l'énergie électrique, dudit état de charge souhaité x11, dudit état de charge initial , du temps de charge prédéterminé tf,, et de la puissance disponible sur le réseau Pnet ,dup _1 c) on applique la puissance de charge u,(t) à chaque moyen de stockage d'énergie électrique.
  3. 3) Procédé selon la revendication 2, dans lequel on détermine ladite puissance de charge u, (t) pour chaque moyen de stockage d'énergie, en mettant en oeuvre les étapes suivantes pour chaque moyen i de stockage d'énergie électrique selon ledit ordonnancement : i) on détermine la puissance disponible sur le réseau Pnet ,dup _1 ; ii) on construit un modèle dynamique de l'état de charge dudit moyen de stockage de l'énergie, représentant le comportement de la charge dudit moyen de stockage d'énergie, ledit modèle étant fonction de ladite puissance de charge u. (t); iii) on détermine ladite puissance de charge u, (t) qui minimise le coût de la charge dudit moyen de stockage par une méthode d'optimisation dépendante duditmodèle, ladite méthode d'optimisation prenant en compte les variations du prix p(t) de l'énergie électrique et étant contraint par ledit état de charge souhaité xi,, par ledit état de charge initial x01, par ledit temps de charge prédéterminé tf,, et par ladite puissance disponible sur le réseau Pnet,chsp _
  4. 4) Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on détermine ladite puissance disponible sur le réseau Pnet,disp _1 par différence entre la puissance nette dudit réseau et la somme des puissances de charge u(t) préalablement déterminées.
  5. 5) Procédé selon la revendication 3, dans lequel ledit modèle de dynamique de l'état de charge s'écrit par une relation du type 5Ci -= -Cti (X' Ti)(1- A(xi,Ti» (u i)ui) avec : 100 U0,i(xi,Ti) 2R0i (x' ) a i(xi, )= et Pi(xi,T)= 2' Qmax,i 2R0,1 (xi ) U(x'Ti) x; : état de charge du moyen i de stockage d'énergie à l'instant t, : dérivée par rapport au temps de l'état de charge du moyen i de stockage d'énergie, 77, : rendement du chargeur du moyen i de stockage d'énergie, Qinax' :puissance maximale du moyen i de stockage d'énergie, U : tension nominale du moyen i de stockage d'énergie, R0, : résistance interne du moyen i de stockage d'énergie, et température du moyen i de stockage d'énergie.
  6. 6) Procédé selon l'une des revendications 3 ou 5, dans lequel ladite méthode d'optimisation maxi {tf,i k=-1 minimise la fonction p(t)Euk(t)dt k=1
  7. 7) Procédé selon l'un des revendications 3 ou 5 à 6, dans lequel ladite méthode d'optimisation est réalisée au moyen des étapes suivantes :(1) on définit un co-facteur 2. par une équation du type = 2aXai(x'Ti)(1- \11+ fiPi(xi,Ti)q(ui)ui) a(xi'Ti)"(xi'Ti) u 1\11+ fl(xi,Ti)ri(ui)u ,i (2) on résout le système d'équations composé de l'équation dudit modèle et dudit co-facteur, ledit système étant contraint par les états de charge initiale x0 et souhaitée ainsi que par le temps de charge a(xi,T)4 ,fl(x,,T) 21/1+ fl(x1,7i)77(u1)u, Xi = fli(x'Ti)ri(ui)ui) (3) on en déduit la puissance de charge u(t), ladite puissance de charge étant contrainte par les puissances minimale Umjflj et maximale Umax et par ladite puissance disponible sur le réseau net ,disp {2, ( Ui u, (t) = argu min avec (t)5_ui .rnin(urna',i (t),Pnet,disp (0) Ji(t)= p(t)u1(t) - a i(x'Ti)(1- -'11 + ,6 i(x'Ti)ri(u i)u et avec : dérivée par rapport à x, - : dérivée par rapport au temps du co-facteur , - : puissance de charge minimale du moyen i de stockage d'énergie, - : puissance de charge maximale du moyen i de stockage d'énergie.
  8. 8) Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel lesdits moyens de stockage d'énergie électrique sont des batteries de véhicules automobiles, notamment de véhicules automobiles électriques.
  9. 9) Système de charge (2) d'au moins deux moyens de stockage d'énergie électrique (4), chaque moyen de stockage d'énergie (4) étant équipé d'un système de gestion dudit moyen de stockage (BMS) (3), ledit système de charge (2) comprenant : des moyens de connexion avec un réseau de distribution d'énergie électrique alternative (1), dont le prix p(t) de l'énergie électrique est connu ; des moyens de conversion de l'énergie électrique alternative en énergie électrique continue ; des moyens de connexion (8) avec chaque moyen de stockage de l'énergie électrique (4), apte à transmettre une puissance de charge continue u(t) à chaque moyen de stockage d'énergie (4) ; caractérisé en ce que le système de charge (2) comprend en outre : des moyens de commande de la puissance de charge u(t) de chaque moyen de stockage d'énergie (4), mettant en oeuvre le procédé selon l'une des revendications précédentes.
  10. 10) Système selon la revendication 9, dans lequel chaque système de gestion du moyen de stockage (BMS) (3) informe ledit système de charge (2) des conditions de charge limites de chaque moyen de stockage d'énergie (4).
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