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Procédé et dispositif de recharge optimisée de batterie électrique
L'invention concerne le domaine de la gestion de la recharge de batteries
électriques, et notamment la recharge de batteries de véhicules électriques.
Il existe actuellement une multitude de systèmes électriques disposant d'un
système de stockage d'énergie électrique, notamment constitué d'une ou
plusieurs
batteries électriques et de leur système de recharge associé, pouvant ainsi
être
connectés à un réseau électrique afin d'être rechargé électriquement.
Parmi ces systèmes électriques, on peut notamment citer les véhicules
électriques disposant d'un système de stockage d'énergie électrique pouvant
être
connecté sur des bornes d'alimentation électriques à l'aide d'une prise de
recharge. Les
bornes d'alimentation électrique sont chacune connectées au réseau de
distribution
électrique.
Habituellement, la recharge de la batterie électrique de tels systèmes
électriques
démarre dès la connexion de cette batterie électrique au réseau de
distribution
électrique et se termine lors de la déconnexion de cette batterie électrique
du réseau de
distribution électrique.
Ainsi, en ce qui concerne le cas particulier des véhicules électriques, cette
recharge démarre dès le branchement de la prise de recharge du véhicule
électrique
sur la borne d'alimentation électrique et se poursuit tant que le véhicule
électrique n'est
pas débranché, c'est-à-dire jusqu'au moment où l'utilisateur du véhicule
souhaite
reprendre son véhicule ou tant que la batterie n'est pas pleine.
Cependant, ce type de recharge n'est pas optimal, car cette recharge ne tient
aucunement compte des contraintes liées au réseau électrique, à la batterie
électrique
à recharger ou à l'utilisateur du système électrique à recharger.
D'une part, les contraintes du réseau électrique auquel est raccordée la borne
d'alimentation électrique peuvent notamment se traduire par une courbe de
charge d'un
transformateur ou d'un point de livraison, qui n'est pas uniforme dans le
temps. Par
exemple, un transformateur est sous contrainte quand sa charge dépasse sa
puissance
nominale.
En effet, plus le niveau de charge du transformateur est élevé, et plus ce
transformateur s'échauffe, ce qui accélère son vieillissement. En outre, de
grandes
variations de charge peuvent induire des dilatations et des contraintes
mécaniques
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assez brutales. A terme, ce transformateur peut devenir plus bruyant par
augmentation
des jeux.
En ce qui concerne la batterie électrique à recharger, cette dernière peut
présenter des niveaux de charge très variés lors de son branchement à une
borne
d'alimentation électrique, ce qui conditionne la quantité d'énergie électrique
nécessaire
à obtenir de la borne d'alimentation électrique, et donc la durée de recharge
nécessaire
pour aboutir à une recharge complète.
Enfin, en ce qui concerne les contraintes de l'utilisateur du système
électrique à
recharger, ce dernier branche et débranche le système à des instants très
variables,
dépendant de son emploi du temps. Ainsi, lorsque le système électrique est une
voiture
électrique, le conducteur de ce véhicule gare et reprend son véhicule à des
instants
dépendant de son emploi du temps, ce qui conditionne le temps de charge
disponible
de la borne d'alimentation électrique.
La présente invention a pour objet de remédier aux inconvénients précités, en
proposant un procédé de recharge optimisée permettant la prise en compte aussi
bien
des contraintes liées au réseau électrique que de celles liées à l'utilisateur
du système
électrique à recharger, ainsi que des contraintes liées à la batterie
électrique à
recharger, et permettant une meilleure préservation des dispositifs de
recharge du
réseau électrique.
Elle propose à cet effet un procédé de recharge optimisée de la batterie
électrique
d'au moins un système électrique par un dispositif de recharge électrique,
dans lequel
la batterie électrique est rechargée durant une période de temps de charge
appartenant
à une période de temps de recharge disponible initiée par le branchement du
système
de recharge de la batterie électrique au dispositif de recharge électrique,
cette période
de temps de charge débutant à un instant de début de charge déterminé en
fonction
d'une courbe de charge associée au dispositif de recharge électrique, d'un
niveau de
puissance limite de charge et du niveau d'énergie électrique résiduelle
contenue dans
la batterie électrique lors du branchement du système de charge de la batterie
électrique au dispositif de recharge électrique.
Selon un mode de réalisation particulier, la détermination de l'instant de
début de
charge comprend le calcul, pour chaque instant d'une pluralité d'instants
potentiels de
début de charge consécutifs, d'un paramètre de charge potentielle dépendant de
la
différence entre la courbe de charge et le niveau de puissance limite de
charge et la
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sélection de l'instant de début de charge correspondant à l'instant potentiel
de début de
charge associé au paramètre de charge de valeur maximale parmi l'ensemble des
paramètres de charge potentielle calculés.
De manière avantageuse, le calcul est un calcul itératif comprenant les étapes
suivantes, pour un instant potentiel de début de charge :
calculer le paramètre de charge potentielle associé à l'instant potentiel en
fonction
de la différence entre la courbe de charge et le niveau de puissance limite de
charge ;
et comparer la durée de l'intervalle de temps compris entre l'instant
potentiel de début
de charge et l'instant de fin de période de temps de recharge disponible avec
la durée
de la période de temps de charge ;
le calcul itératif étant mis en oeuvre pour chaque instant de la pluralité
d'instants
potentiels de début de charge consécutifs, dans l'ordre chronologique, jusqu'à
ce que la
durée de l'intervalle de temps compris entre cet instant potentiel de début de
charge et
l'instant de fin de période de temps de recharge disponible soit inférieure à
la durée de
la période de temps de charge.
Dans un mode de réalisation avantageux, la détermination de l'instant de début
de
charge comprend en outre l'échantillonnage de la courbe de charge, sur la
période de
temps de recharge disponible, afin d'obtenir un ensemble de n valeurs de
puissance de
courbe de charge associées respectivement à n intervalles de temps débutant
respectivement lors de n instants potentiels de début de charge consécutifs,
le
paramètre de charge associé à un instant potentiel de début de charge étant
égal à la
somme des différences respectives, pour chaque intervalle de temps d'une
pluralité
d'intervalles de temps consécutifs débutant lors de l'instant potentiel de
début de
charge, entre le niveau de puissance limite et la valeur de puissance de
courbe de
charge associé à l'intervalle de temps.
Avantageusement, la détermination comprend en outre l'échantillonnage d'une
courbe de puissance limite de charge sur la période de temps de recharge
disponible
afin d'obtenir un ensemble de n valeurs de niveau de puissance limite
associées
respectivement aux n intervalles de temps débutant respectivement lors des n
instants
potentiels de début de charge consécutifs, le paramètre de charge associé à un
instant
potentiel de début de charge étant égal à la somme des différences
respectives, pour
chaque intervalle de temps d'une pluralité d'intervalles de temps consécutifs
débutant
lors de l'instant potentiel de début de charge, entre la valeur de niveau de
puissance
limite et la valeur de puissance de courbe de charge associées à l'intervalle
de temps.
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Selon un mode de réalisation, la période de temps de recharge disponible est
déterminée en fonction de l'instant de branchement du système de recharge de
la
batterie électrique au dispositif de recharge électrique et d'une indication
relative à un
instant de fin de recharge fournie par l'utilisateur du véhicule électrique.
Selon un autre mode de réalisation, dans lequel la durée de la période de
temps
de charge est déterminée en fonction du niveau d'énergie électrique résiduelle
contenue dans la batterie électrique lors du branchement du système de charge
de la
batterie électrique au dispositif de recharge électrique.
Avantageusement, la durée de la période de temps de charge est égale à la
différence entre une durée de charge, correspondant au temps nécessaire pour
charger
la batterie électrique jusqu'à un niveau d'énergie électrique souhaitée, et
une durée de
charge partielle, correspondant au temps nécessaire pour charger la batterie
électrique
jusqu'au niveau d'énergie électrique résiduelle. Dans un mode de réalisation
particulier,
le niveau d'énergie électrique souhaitée est un niveau de charge maximal de la
batterie
électrique.
Selon un autre mode de réalisation, le procédé comprend une vérification
préalable de la période de temps de recharge disponible en fonction de la
durée de la
période de temps de charge, la détermination de l'instant de début de charge
de la
batterie électrique n'ayant lieu que si la durée de la période de temps de
recharge
disponible est supérieure à la durée de la période de temps de charge.
Dans un mode de réalisation, la batterie électrique appartient à une catégorie
de
batteries électriques présentant un certain niveau d'effet de mémoire, en
particulier la
catégorie des batteries électriques de type NiCd ou de type plomb acide.
La présente invention propose en outre un programme d'ordinateur comprenant
des instructions pour mettre en oeuvre les étapes du procédé ci-avant
lorsqu'il est
exécuté par une unité de traitement d'un système de recharge électrique. Un
tel
programme doit être considéré comme un produit dans le cadre de la protection
qui est
recherchée par la présente demande de brevet.
La présente invention propose également un dispositif de recharge optimisée
d'au
moins un véhicule électrique, connecté à un réseau d'alimentation électrique
et
comprenant au moins un port de branchement apte à être connecté à la batterie
électrique d'un véhicule électrique, le dispositif étant configuré pour mettre
en oeuvre les
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étapes du procédé ci-avant suite au branchement de la batterie électrique d'un
véhicule
électrique sur le port de branchement du dispositif de recharge optimisée.
La présente invention propose enfin un système de recharge optimisée pour
5 recharger électriquement une flotte composée d'au moins un véhicule
électrique, le
système comprenant un réseau d'alimentation électrique et au moins un
dispositif de
recharge électrique tel que décrit ci-avant, connecté audit réseau
d'alimentation
électrique. Ce système peut avantageusement comprendre, en outre, un système
informatique distant, connecté au dispositif de recharge électrique et
comprenant une
unité de traitement apte à mettre oeuvre les étapes du procédé ci-avant.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen
de la
description détaillée ci-après, et des dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 illustre un système de recharge optimisée de véhicules
électriques
selon la présente invention ;
- la figure 2 illustre les étapes d'un procédé de recharge optimisée d'un
véhicule
électrique selon la présente invention ;
- la figure 3 illustre un mode de réalisation d'u4ne étape de vérification
préalable
du procédé de recharge optimisée selon la présente invention ;
- la figure 4 illustre un mode de réalisation de l'étape de détermination de
l'instant
de l'instant de début de charge du procédé selon la présente invention ; et
- la figure 5 représente un graphique illustrant l'effet positif obtenu en
employant le
procédé de recharge électrique optimisée selon la présente invention.
On se réfère tout d'abord à la figure 1 sur laquelle est illustré un système
de
recharge optimisée de véhicules électriques selon la présente invention.
Ce système de recharge optimisée, désigné par SE sur la figure 1, comprend au
moins un dispositif de recharge électrique TE, apte à être connecté au système
de
recharge de la batterie électrique BAT d'un ou plusieurs systèmes électriques
VE afin de
la recharger électriquement.
Un seul dispositif de recharge électrique TE et un seul système électrique VE
sont
représentés sur cette figure 1, à titre purement illustratif, mais le système
de recharge
optimisée SE peut comprendre un nombre quelconque de dispositifs de recharge
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électrique afin de pouvoir recharger électriquement un nombre quelconque de
systèmes
électriques.
Ce dispositif de recharge électrique TE est lui-même connecté à un réseau
d'alimentation électrique ENET afin d'obtenir l'énergie électrique nécessaire
à cette
recharge et peut consister en un transformateur électrique, par exemple. Ce
dispositif
TE dispose ainsi d'un ou plusieurs ports de branchement pi ,...,pi apte(s) à
être
connecté(s) à la batterie électrique BAT d'un système électrique pour procéder
à sa
recharge au moyen de l'énergie électrique fourni par le réseau d'alimentation
électrique
ENET.
Le système électrique VE comprend une, voire plusieurs, batterie électrique
BAT
associée à un système de charge de cette batterie. Ce système électrique VE
est utilisé
par un utilisateur U qui branche, et débranche, le système de charge de cette
batterie
électrique BAT au dispositif de recharge électrique TE en fonction de son
emploi de
temps.
Sur la figure 1, à titre purement illustratif, le système électrique VE est
représenté
comme étant un véhicule électrique, la présente demande trouvant une
application
particulièrement avantageuse à ce type particulier de système électrique. Dans
cet
exemple illustratif, le véhicule électrique VE est conduit par un utilisateur
U qui branche
et débranche le système de recharge de la batterie électrique BAT au
dispositif de
recharge électrique TE en fonction de son emploi de temps. Un tel véhicule
électrique
peut être une automobile, un vélomoteur, ou tout autre équipement disposant
d'une
batterie électrique pouvant être rechargée depuis le réseau électrique.
Ainsi, lors de l'optimisation de la recharge du système électrique VE,
différentes
contraintes s'appliquent au système de recharge optimisée décrit à la figure 1
:
- les contraintes liées au réseau de recharge électrique, telle que la courbe
de
charge associée au dispositif de recharge électrique TE;
- les contraintes liées à la batterie électrique à recharger, telles que le
profil de
charge de la batterie électrique BAT, ou l'énergie électrique encore stockée
dans cette
batterie lorsque l'utilisateur U branche cette batterie BAT au dispositif de
recharge
électrique TE; et
- les contraintes liées à l'utilisateur U lui-même, notamment au niveau de
son
emploi de temps, qui influencent les instants de branchement et de
débranchement du
système électrique sur le dispositif de recharge électrique TE, et donc la
durée
disponible de recharge de la batterie BAT.
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Dans la présente invention, la batterie électrique BAT du système électrique
VE
est ainsi rechargée durant au moins un intervalle de temps de charge ATchg(i)
appartenant à une période de temps de recharge disponible Td, qui est initiée
par le
branchement du système de recharge de cette batterie électrique BAT au
dispositif de
recharge électrique TE, ce qui permet d'optimiser la recharge de cette
batterie en
fonction de certaines contraintes liées à l'utilisateur en matière d'emploi du
temps.
Par ailleurs, l'intervalle de temps de charge ATchg(i) est déterminé en
fonction
d'une courbe de charge TLC associée au dispositif de recharge électrique TE,
ce qui
permet également d'optimiser la recharge de la batterie électrique BAT en
fonction de
contraintes liées au dispositif de recharge électrique TE, et donc au système
de
recharge optimisée SE.
Une telle courbe de charge TLC peut être estimée à un moment donné, par
exemple sur la base d'une variation de charge attendue, ou mise à jour en
cours de
charge, de manière à assurer une optimisation continue de la charge par
rapport à l'état
instantané du dispositif de recharge électrique TE. D'une part, à titre
illustratif,
l'estimation de la courbe de charge TLC peut être effectuée sur la base de
modèles
prédéfinis de courbe de charge ou de modèles de courbe de charge calculés à
partir
d'un historique de charges relevées au niveau du dispositif de recharge
électrique TE.
D'autre part, la mise à jour en cours de charge est particulièrement
intéressante dans le
cas où un grand nombre de batteries se connectent et se rechargent en même
temps,
ce qui peut induire des variations importantes de la courbe de charge TLC.
On se réfère maintenant à la figure 2, sur laquelle sont illustrées les étapes
d'un
procédé de recharge optimisée de la batterie électrique d'un système
électrique selon la
présente invention.
Ce procédé concerne la recharge électrique optimisée de la batterie électrique
d'un ou plusieurs systèmes électriques VE par un dispositif de recharge
électrique TE, le
système électrique VE comprenant une batterie électrique BAT associée à un
système
de recharge pouvant être connecté à ce dispositif de recharge électrique TE
afin de
procéder à cette recharge. Par la suite, la recharge optimisée d'un seul
système
électrique VE est décrite à titre illustratif, mais le procédé peut
s'appliquer à la recharge
d'un nombre quelconque de systèmes électriques.
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Ce procédé peut tout d'abord comprendre la détermination (étape 100) d'une
période de temps de recharge disponible Td, effectuée pour tenir compte des
contraintes de l'utilisateur, en particulier en termes d'emploi du temps, ce
qui influence
le temps disponible pour procéder à la recharge de la batterie électrique BAT.
Ainsi, l'instant tA de branchement du système de recharge de la batterie
électrique
BAT au dispositif de recharge électrique TE permet de déterminer le début de
la période
de temps de recharge disponible Td. En d'autres termes, cet instant tA de
branchement
de la batterie électrique initie la période de temps de recharge disponible
Td.
Pour déterminer l'instant tp correspondant à la fin la période de temps de
recharge
disponible Td, il est avantageux de demander à l'utilisateur d'indiquer
l'heure à laquelle
il prévoit de déconnecter le système électrique VE (par exemple l'heure à
laquelle il
prévoit de reprendre son véhicule électrique), par exemple son heure de départ
le matin
avant de partir au travail. L'utilisateur U peut ainsi fournir une indication
relative à cet
instant tp de fin de recharge, par exemple via une interface web
spécifiquement dédiée
à cet effet sur un smartphone ou sur le tableau de bord du véhicule électrique
employé.
Une fois cette période de temps de recharge disponible Td déterminée, le
procédé
se poursuit par la détermination (étape 200) de la durée T100 de charge à
appliquer à la
batterie électrique BAT, en fonction de l'énergie électrique résiduelle E,n
contenue dans
la batterie électrique BAT lors de son branchement au dispositif de recharge
TE.
En particulier, cette durée T100 de charge est déterminée pour permettre le
rechargement de la batterie électrique jusqu'à une énergie électrique E
souhaitée,
d'une valeur prédéfinie, qui peut être typiquement l'énergie Emax maximale
pouvant être
stockée dans cette batterie électrique BAT correspondant à une recharge
complète de
cette batterie.
La figure 3 illustre un mode de réalisation d'une telle étape 200 de
détermination
de la durée T100 de la période de temps de charge à appliquer à la batterie
électrique.
Dans ce mode de réalisation, une première durée de charge partielle Tx,
correspondant au niveau d'énergie électrique résiduelle E,n contenue dans la
batterie
électrique BAT lors de son branchement au dispositif de recharge TE, est tout
d'abord
calculée (étape 210).
En d'autres termes, cette durée de charge partielle Tx correspond au temps
nécessaire pour charger la batterie électrique BAT, à partir d'un état où elle
est vide
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d'énergie (c'est-à-dire en partant d'un état de charge SoC nul), jusqu'au
niveau
d'énergie électrique résiduelle Ein.
Dans le cas particulier où l'information disponible au moment du branchement
consiste en un état de charge SoCo de la batterie BAT, ce niveau d'énergie
électrique
résiduelle E,n est calculé au préalable au moyen de l'équation (1) suivante :
(1) E õpi ' SOC
où :
- Eexpl est la capacité exploitable de cette batterie BAT ; et
- SoCo est l'état de charge de la batterie électrique BAT au moment de son
branchement au dispositif de recharge TE (i.e. à l'instant tA illustré sur la
figure 4).
La durée de charge partielle Tx est alors déterminée grâce à l'équation (2)
suivante :
Tx
(2) E = 11 BAT = 11 chrgr f PFL(t)dt ,
0
où :
- 11BAT est le paramètre d'efficacité de la batterie électrique BAT,
compris entre 0
et 100%;
- richrgr est le paramètre d'efficacité du chargeur de cette batterie BAT,
compris
également entre 0 et 100% ; et
- PFL(t) est le profil de la charge de la batterie électrique BAT prélevée
du réseau
d'alimentation électrique.
Une deuxième durée de charge Tcomp, correspondant au temps nécessaire pour
recharger la batterie électrique BAT jusqu'à un niveau E d'énergie électrique
souhaitée
à partir d'un état où elle est vide d'énergie (c'est-à-dire en partant d'un
état de charge
SoC nul), est ensuite déterminée (étape 220) en fonction du le profil PFL(t)
de charge
de la batterie électrique BAT.
Cette deuxième durée de charge Tcomp peut être calculée grâce à l'équation (3)
suivante :
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Tcomp
(3) E =11 BAT = 11 chrgr f PFL(t)dt
0
En particulier, lorsque le niveau E d'énergie électrique souhaitée correspond
à au
5
niveau de charge maximal Emax de la batterie électrique BAT, alors cette
deuxième
durée de charge Tcomp correspond à une durée de charge complète, c'est-à-dire
au
temps nécessaire pour recharger complètement la batterie électrique BAT à
partir d'un
état où elle est vide d'énergie.
Dans ce cas particulier, cette durée de charge complète Tcomp est obtenue
grâce
io à l'équation (4) suivante :
Tcomp
(4) Emax = 11 BAT = 1 1 chrgr PFL(t)dt
0
Où Emax est le niveau de charge maximal de la batterie électrique BAT.
Les étapes 210 et 220 de détermination de la première durée de charge
partielle
Tx et de la deuxième durée de charge Tcomp ne sont pas nécessairement
réalisées
dans l'ordre indiqué précédemment, mais peuvent très bien être réalisées dans
l'ordre
inverse, c'est-à-dire avec une détermination de la deuxième durée de charge
Tcomp
précédant la détermination de la première durée de charge partielle Tx.
Une fois les durées Tx et Tcomp déterminées, la durée T100 de charge,
correspondant au temps nécessaire pour charger la batterie électrique BAT d'un
état où
elle contient l'énergie électrique résiduelle E,n à un état où elle contient
l'énergie
électrique E souhaitée (typiquement un état de charge complète à un niveau
Emax), peut
alors être déterminée (étape 230) au moyen de l'équation (5) suivante :
(5) T100 = Tc omp ¨ Tx
Pour revenir au procédé de recharge optimisée illustré à la figure 2, après
avoir
déterminé la période de temps de recharge disponible Td et la durée T100 de
charge à
appliquer à la batterie électrique BAT, il est avantageux de vérifier que la
période de
temps de recharge disponible Td est suffisante, afin de n'engager le processus
de
recharge optimisée que lorsque c'est le cas. Dans le cas contraire, un
processus de
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recharge électrique classique peut être mis en oeuvre durant toute la durée de
la
période de temps de recharge disponible Td.
On procède pour cela à la comparaison (étape 300) entre la durée de la période
de temps de recharge disponible Td et la durée de charge T100, afin de
déterminer si
l'on dispose de suffisamment de temps pour effectuer une recharge complète.
Si cette durée T100 est inférieure ou égale à la durée de la période de temps
de
recharge disponible Td, alors il est possible de mettre en oeuvre
avantageusement le
procédé de recharge optimisé selon la présente invention.
Si, par contre, cette durée T100 est supérieure à la période de temps de
recharge
disponible Td, alors une recharge complète et optimisée de la batterie
électrique BAT
n'est pas possible. Dans ce dernier cas, on peut procéder à une recharge
électrique
traditionnelle (étape 350) au cours de laquelle le profil de charge PFL(t),
tronqué par la
durée Tx, est appliqué durant toute la période de temps de recharge disponible
Td,
c'est-à-dire où le plan de charge durant cette période Td se base sur une
puissance de
charge ayant un profil correspondant à P(t)=PFL(Tx+t).
Après avoir déterminé la période de temps de recharge disponible Td et la
durée
de charge T100, et éventuellement vérifié que la durée T100 est bien
inférieure ou égale à
la durée de cette période de temps de recharge disponible Td, on détermine
(étape
400) un instant de début de charge, désigné par tdc, dans la période de temps
de
recharge disponible Td en fonction d'une courbe de charge TLC associée au
dispositif
de recharge électrique et d'un niveau de puissance limite de charge, désigné
par Phm et
pouvant être avantageusement fixé par exemple à 50-60 % de la puissance de
charge
nominale du dispositif de recharge électrique TE, afin de tenir compte des
contraintes du
réseau électrique (reflétées par cette courbe de charge TLC du dispositif de
recharge
électrique TE).
La batterie électrique BAT est alors rechargée (étape 500) durant une période
de
temps de charge Tc, incluse dans la période de temps de recharge disponible Td
et
débutant à l'instant de instant de début de charge tac et dont la durée
correspond à la
durée de charge T100. En d'autres termes, la période de temps de charge Tc
peut être
définie selon la formule (6) suivante :
(6) Tc = [tac; tdc T100]
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Ainsi, la recharge de la batterie électrique BAT se fait en tenant compte des
contraintes de l'utilisateur (reflétées par la période de temps de recharge
disponible Td),
du réseau électrique (reflétées par la courbe de charge TLC du dispositif de
recharge
électrique TE et la valeur de puissance limite Pim) et du véhicule électrique
(reflétées
par l'énergie électrique résiduelle E,n encore contenue dans la batterie
électrique BAT
au moment de son branchement sur le dispositif de recharge électrique TE).
La figure 4 illustre un mode de réalisation de l'étape 400 de détermination de
l'instant de l'instant de début de charge tic, selon la présente invention.
En particulier, cette détermination comprend le calcul (étape 420), pour
chaque
instant toc(k) (où l'indice k est un nombre entier) d'une pluralité d'instants
potentiels de
début de charge consécutifs toc(1),...,toc(n) (où l'indice n est un nombre
entier
supérieur ou égal à 1) inclus dans la période de temps de recharge disponible
Td, d'un
paramètre de charge potentielle Ak dépendant de la différence entre la courbe
de
charge TLC et le niveau de puissance limite de charge Pim. Ainsi, à chaque
instant
potentiel de début de charge toc(k) correspond un paramètre de charge
potentielle Ak
dépendant de la différence entre la courbe de charge TLC et le niveau de
puissance
limite de charge Pim.
L'instant de début de charge tic est alors sélectionné (étape 430) comme étant
l'instant potentiel de début de charge associé au paramètre Akmax de charge
potentielle
maximale présentant la valeur maximale parmi l'ensemble des paramètres A1,..
.,A de
charge potentielle calculés. Ce paramètre Akmax de charge potentielle maximale
étant
associé à l'instant potentiel de début de charge d'indice kmax, c'est-à-dire à
tpdc(kmax),
l'instant de début de charge tac est donc déterminé comme étant l'instant
potentiel de
début de charge toc(kmax).
Des paramètres de charge Ak sont ainsi d'abord calculés pour une pluralité
d'instants potentiel de début de charge toc(k), avant de sélectionner ensuite
l'instant
potentiel de début de charge toc(kmax) correspondant au paramètre de charge
maximal
parmi les paramètres de charge Ak calculés.
Pour obtenir ces paramètres de charge Ak, l'étape 420 de calcul est
avantageusement mise en oeuvre sous la forme d'un calcul itératif comprenant
les
étapes suivantes, pour un k-ième instant potentiel de début de charge toc(k),
en
commençant par le premier instant potentiel de début de charge toc(1), lequel
peut
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correspondre à l'instant tA de branchement du système de recharge de la
batterie
électrique sur le dispositif de recharge électrique TE :
= On calcule (étape 421) le paramètre de charge potentielle Ak associé au k-
ième instant potentiel tpdc(k), en fonction de la différence entre la courbe
de charge TLC
et le niveau de puissance limite de charge Phm ;
= On compare ensuite (étape 423) la durée de l'intervalle de temps [tpdc(k)
; ta],
compris entre le k-ième instant potentiel de début de charge toc(k) et
l'instant tp de fin
de période de temps de recharge disponible Td, avec la durée T100 de la
période de
temps de charge Tc.
Ces étapes sont répétées, pour chaque instant tpdc(k) de la pluralité
d'instants
potentiels de début de charge consécutifs, dans l'ordre chronologique (c'est-à-
dire, en
incrémentant l'indice k, dans l'ordre toc(1), toc(2), etc.) jusqu'à ce que
l'étape de
comparaison révèle que la durée de l'intervalle de temps [tpdc(k) ; tp] est
inférieure à la
durée T100 de la période de temps de charge Tc.
La répétition des étapes 421 et 423 est symbolisée, sur la figure 4, par une
boucle
d'itération avec incrémentation (étape 425) de l'indice k, de valeur initiale
égale à 1.
Cette opération revient graphiquement à évaluer une aire comprise entre la
valeur
de puissance limite Phm et la courbe de charge TLC du dispositif de recharge
électrique
TE sur une fenêtre glissante de temps, de largeur correspondant à la durée de
charge
Two, se déplaçant dans la période de temps de recharge disponible Td, à partir
de
l'instant tA de branchement de la batterie électrique BAT, jusqu'à ce que la
fenêtre
glissante atteigne la fin de la période de temps de recharge disponible Td.
L'instant choisi pour démarrer la recharge de la batterie électrique BAT est
alors
celui qui maximise cette aire au cours du glissement de cette fenêtre
glissante de temps
sur la période de temps de recharge disponible Td. On optimise ainsi l'heure
de début
de la recharge pour que celle-ci se situe principalement à un moment où la
courbe de
charge du dispositif de recharge électrique TE est minimale, et suffisamment
tôt pour
que la batterie soit chargée à un niveau d'énergie souhaité à la fin de la
période de
recharge disponible Td.
Dans un mode de réalisation avantageux, l'étape 400 de détermination comprend,
préalablement à l'étape 420 de calcul, une étape 410 d'échantillonnage permet
de
manipuler aisément des données relatives à la courbe de charge TLC et/ou au
niveau
de puissance limite de charge Phm, notamment de travailler en temps discret,
ce qui est
plus facilement réalisable notamment avec des moyens informatiques.
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En particulier, on procède à l'échantillonnage (étape 411) de la courbe de
charge
TLC sur la période de temps de recharge disponible Td, afin d'obtenir un
ensemble
{TLC(i)}1<1<n comprenant n valeurs de puissance de courbe de charge
TLC(1),...,TLC(i),...TLC(n) associées respectivement à n intervalles de temps
AT(1),...,AT(i),...,AT(n) débutant respectivement lors de n instants
potentiels de début
de charge toc(1),...,tpdc(i),..., toc(n) consécutifs appartenant à la période
de temps de
recharge disponible Td.
Cet échantillonnage est avantageusement réalisé avec un pas de temps
prédéterminé correspondant à une durée d'intervalle de temps de recharge AT,
une
lo valeur de puissance de courbe de charge TLC(i) étant alors associée à
l'indice de
temps i désignant le i-ème intervalle de temps AT(i) compris dans la période
de temps
de recharge disponible Td.
Dans ce cas, à l'issue de cette phase d'échantillonnage, les intervalles de
temps
AT(1),...4T(i),...4T(n) consécutifs, débutant respectivement lors de n
instants
potentiels de début de charge toc(1),...,tpdc(i),..., toc(n) consécutifs, et
associés
respectivement aux valeurs de puissance de courbe de charge
TLC(1),...,TLC(i),...,TLC(n), peuvent aussi être désignées par une succession
d'indice
de temps 1,...,i,....n, respectant la relation AT(i).i*AT.
Dans ce cas, le k-ième paramètre de charge Ak, associé au k-ième instant
potentiel de début de charge tpdc(k), est égal à la somme des différences
respectives,
pour chaque intervalle de temps AT(i) d'une pluralité d'intervalles de temps
consécutifs
AT(k) à AT(k+kioo) (où l'indice kloo est un nombre entier dénombrant le nombre
d'intervalles de temps consécutifs au premier intervalle AT(k)) débutant lors
de l'instant
potentiel de début de charge tpdc(k), entre le niveau de puissance limite Phm
et la valeur
de puissance de courbe de charge TLC(i) associé audit intervalle de temps
AT(i).
En d'autres termes, le paramètre de charge Ak est obtenu selon la formule (7)
suivante :
k+ki.
(7) Ak =Pkin TLC(i)
Ce mode de réalisation s'applique particulièrement dans la cas où la valeur de
puissance de limite Phm est constante sur la période de temps de recharge
disponible
Td.
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Dans un autre mode de réalisation où la valeur de puissance de limite Phm
n'est
pas constante sur la période de temps de recharge disponible Td, mais est une
fonction
131,m(t) variable sur cette période Td, représentée par une courbe de
puissance de limite
de charge, alors l'étape 410 d'échantillonnage comprend avantageusement, en
outre,
5 l'échantillonnage (étape 413) de la courbe de puissance limite de charge
131,m(t) sur la
période de temps de recharge disponible Td afin d'obtenir un ensemble de n
valeurs de
niveau de puissance limite Phm(1),...,131,m(i),...,Phm(n) associées
respectivement aux n
intervalles de temps AT(1),...,AT(i),...,AT(n) débutant respectivement lors
des n instants
potentiels de début de charge toc(1),...,tpdc(i),..., tpdc(n) consécutifs
appartenant à la
10 période de temps de recharge disponible Td.
Ainsi, dans ce mode de réalisation, à chaque instant potentiel de début de
charge tpdc(i) sont associées, outre un intervalle de temps AT(i) débutant à
cet instant,
une valeur de niveau de puissance limite 131,m(i) et une valeur de puissance
de courbe
de charge TLC(i).
15 Dans ce cas, le paramètre de charge Ak associé au k-ième instant
potentiel de
début de charge tpdc(k) est égal à la somme des différences respectives, pour
chaque
intervalle de temps AT(i) de la pluralité d'intervalles de temps consécutifs
AT(k) à
AT(k+kioo) débutant lors de l'instant potentiel de début de charge toc(k),
entre la valeur
de niveau de puissance limite 131,m(i) et la valeur de puissance de courbe de
charge
TLC(i) associés audit intervalle de temps AT(i).
En d'autres termes, le paramètre de charge Ak est ici obtenu selon la formule
(8)
suivante :
k+ki.
(8) Ak = Phin (i) TLC(i)
La figure 5 est un graphique illustrant l'effet positif obtenu au moyen du
procédé
de recharge optimisée selon la présente invention.
Sur ce graphique sont illustrées, d'une part, la courbe de charge TLC d'un
transformateur électrique durant une journée entière, ainsi que la courbe
représentant
l'évolution temporelle de la puissance limite Phm au-delà de laquelle cette
courbe de
charge TLC induit des effets délétères.
L'instant d'arrivée tA de l'utilisateur à 18 heures (i.e. l'instant de
branchement d'un
véhicule électrique VE au transformateur) et l'instant de départ tp de
l'utilisateur vers 7
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heures (i.e. l'instant de débranchement du véhicule électrique VE de la borne
d'alimentation) sont indiqués, ce qui permet de définir une période de charge
disponible
Td équivalent à l'intervalle [tA ;
En bas de ce graphique est illustrée, d'autre part, la courbe CRM représentant
temporellement la modulation de la puissance de charge appliquée à la batterie
électrique BAT.
On voit bien en particulier, sur cette courbe CRM, que la puissance de charge
appliquée à la batterie électrique BAT est principalement maximale à des
moments où
la courbe de charge TLC est minimale, et tout du moins en dessous du niveau de
puissance limite Phm. Par ailleurs, la période de charge Tc est une période
continue se
situant entre 0 et 6 h, ce qui permet d'atteindre un niveau de charge souhaité
au
moment de l'instant tij de départ prévu par l'utilisateur.
Enfin, la courbe de charge résultante, désignée par TLC+VE, est illustrée. On
voit
bien, sur cette courbe de charge résultante, que ce sont principalement les
parties
minimales de la courbe de charge TLC, situées en dessous du niveau de
puissance
limite Phm, qui sont rehaussées par la recharge optimisée du véhicule VE.
Par conséquent, l'augmentation de la courbe de charge induite par la recharge
du
véhicule VE se cantonne principalement à des valeurs de charge minimales de la
courbe de charge TLC, ce qui limite les effets délétères engendrés pour le
transformateur électrique, contrairement à ce qui serait le cas si la recharge
était
activée de façon permanente durant la période [tA ; td.
Les différentes étapes du procédé de recharge optimisée décrit précédemment
peuvent notamment être mises en oeuvre par un programme, susceptible d'être
exécuté
par une unité de traitement d'un système de recharge optimisée, implémentée
par
exemple sous la forme d'un ordinateur ou d'un processeur de données, ce
programme
comportant des instructions pour commander l'exécution des étapes d'un procédé
tel
que mentionné ci-dessus.
En particulier, l'unité de traitement en question peut être située dans le
dispositif
de recharge optimisée TE ou dans le système électrique VE, afin de gérer
localement la
recharge des véhicules électrique.
L'unité de traitement en question peut aussi être située à distance de ce
dispositif
de recharge optimisée TE, dans un système informatique distant appartenant au
système de recharge optimisée SE, afin de gérer de façon centralisée cette
recharge, ce
qui est approprié dans le cas d'une flotte de grande envergure. Dans ce
dernier cas,
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des consignes sont communiquées au dispositif de recharge optimisée TE ou au
système électrique VE via différents réseaux de télécommunication afin de
gérer la
recharge optimisée.
Pour sa part, le programme peut utiliser n'importe quel langage de
programmation, et être sous la forme d'un code source, code objet, ou de code
intermédiaire entre code source et code objet, tel que dans une forme
partiellement
compilée, ou dans n'importe quelle autre forme souhaitable.
L'invention vise aussi un support d'informations lisible par un ordinateur ou
processeur de données, et comportant des instructions d'un programme tel que
mentionné ci-dessus. Ce support d'informations peut être n'importe quelle
entité ou
dispositif capable de stocker le programme. Par exemple, le support peut
comporter un
moyen de stockage, tel qu'une ROM, par exemple un CD-ROM ou une ROM de circuit
microélectronique, ou encore un moyen d'enregistrement magnétique, par exemple
une
disquette ou un disque dur.
D'autre part, le support d'informations peut être un support transmissible tel
qu'un
signal électrique, électromagnétique ou optique, qui peut être acheminé via un
câble
électrique ou optique, par radio ou par d'autres moyens. Le programme selon
l'invention
peut être en particulier téléchargé sur un réseau de type Internet.
Alternativement, le
support d'informations peut être un circuit intégré dans lequel le programme
est
incorporé, le circuit étant adapté pour exécuter ou pour être utilisé dans
l'exécution du
procédé en question.
Le procédé de recharge optimisée de la présente invention trouve une
application
particulièrement intéressante dans le cadre de la recharge de batteries
électrique pour
lesquelles des recharges avec pauses/coupures ne sont pas recommandées, ou
encore
pour certaines technologies de batteries subissant un certain niveau d'effet
mémoire,
par exemple les batteries de type NiCd ou les batteries de type plomb acide.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-
dessus
décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et
d'autres
formes de réalisation, sans pour autant sortir du cadre de l'invention.
Ainsi, le système électrique a été illustré précédemment sous la forme d'un
véhicule électrique. Cependant, le système électrique VE peut très bien
prendre la
forme de n'importe quel système électrique ayant des capacités de stockage
d'énergie
électrique, par exemple un téléphone portable disposant d'une batterie
électrique à
recharger.
