EP2859640A2 - Procede de pilotage d'un convertisseur continu-continu d'un systeme de stockage et de restitution d'energie electrique - Google Patents

Procede de pilotage d'un convertisseur continu-continu d'un systeme de stockage et de restitution d'energie electrique

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Publication number
EP2859640A2
EP2859640A2 EP13731382.1A EP13731382A EP2859640A2 EP 2859640 A2 EP2859640 A2 EP 2859640A2 EP 13731382 A EP13731382 A EP 13731382A EP 2859640 A2 EP2859640 A2 EP 2859640A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
battery
converter
power
determining
electrical energy
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13731382.1A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Alexandre DENEVE
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.)
PSA Automobiles SA
Original Assignee
Peugeot Citroen Automobiles SA
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
Application filed by Peugeot Citroen Automobiles SA filed Critical Peugeot Citroen Automobiles SA
Publication of EP2859640A2 publication Critical patent/EP2859640A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/14—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle
    • H02J7/1423—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle with multiple batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other DC sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/342—The other DC source being a battery actively interacting with the first one, i.e. battery to battery charging
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling a DC-DC converter of a system for storing and restoring electrical energy.
  • the invention finds its application more particularly, but not exclusively, in the field of vehicles, especially automobiles.
  • the invention relates to a method for controlling a DC-DC converter of a storage and electric energy recovery system comprising a first battery connected to a second battery via the DC-DC converter. continuous, the first battery and the converter being connected to at least one electrical energy consuming element and at least one element generating electrical energy.
  • Such control is for example described in document FR 2 933 356, in which the control of the DC-DC converter depends on a state of charge of each of the batteries, so as to maintain each of said batteries in their optimum operating range.
  • An object of the present invention is to provide control of the DC-DC converter to minimize energy losses in the system.
  • an object of the present invention is a method for controlling a DC-DC converter of a storage and electric energy recovery system comprising a first battery connected to a second battery via the continuous converter. -continued, the first battery and the converter being connected to at least one electrical energy consuming element and to at least one electric energy generating element, said method comprising a step of determining a total power P to t resulting from the sum of a power P c consumed by the at least one consumer element and a power P p produced by the at least one generating element, said total power P to t being of negative sign when the power P c consumed is less than power P p produced; then if P tot ⁇ 0, a step of determining a power P 2 * set to be applied across the converter side of the second battery, so that j
  • Such a method makes it possible to manage a use of the second battery via the converter, so as to minimize the energy losses in the system for storing and returning electrical energy.
  • Such a method therefore has the advantage of increasing the autonomy of the system, and of saving energy.
  • such a method has the advantage of using a calculation method for determining the target power output of the simple converter to implement, and requiring only a limited number of information.
  • the determination of the total power P to t comprises a step of measuring a voltage U i across the first battery; a step of measuring a voltage U 2 i across the converter terminals on the side of the first battery; then a step of determining an average voltage from the voltages at the terminals of the first battery and the converter; a step of measuring an intensity ⁇ - ⁇ entering or leaving the first battery; a measurement step of an intensity ⁇ 2 - ⁇ entering or leaving the converter on the side of the first battery; then a step of calculating the sum of the intensities of the first battery and the converter.
  • the method comprises, prior to the step of determining the desired power, a step of determining a charge state SOC of the first and / or second battery; then a step of measuring a temperature T of the first and / or second battery; and finally a step of determining the no-load voltage of the first and / or second battery from the state of charge SOC and the temperature T of said battery.
  • the method comprises, prior to the step of determining the desired power, a step of determining a charge state SOC of the first and / or second battery; then a step of measuring a temperature T of the first and / or second battery; and finally a step of determining the internal resistance R of the first and / or the second battery from the state of charge SOC and the temperature T of said battery.
  • the method further comprises, prior to the step of determining the internal resistance R of the first and / or the second battery, a step of measuring an intensity I entering or leaving the first and / or the second battery, so that the internal resistance R of said battery is also determined from said intensity I.
  • the method comprises, prior to the step of determining the desired power, a step of measuring a TDCDC temperature of the converter; then a step of determining the efficiency ⁇ of the converter from the TDCDC temperature of said converter.
  • the invention also relates to a system for storing and restoring electrical energy comprising a first battery connected to a second battery via a DC-DC converter, the first battery and the converter being able to be connected. at least one element that consumes electrical energy and at least one element that generates electrical energy, said system further comprising means for implementing the method, as previously described.
  • the invention also relates to a vehicle comprising a system for storing and restoring electrical energy, as previously described.
  • FIG. 1 a schematic view of a system for storing and restoring electrical energy, according to one embodiment of the invention
  • FIG. 2 a schematic view of a control device of the system for storing and restoring electrical energy, according to the embodiment shown in Figure 1;
  • FIG. 3 a graph representing the power losses of the electrical energy storage and delivery system, according to one embodiment of the invention, as a function of a power of setpoint applied across a DC-DC converter of said system;
  • FIG. 4 a logic diagram of a control method of the DC-DC converter for minimizing losses in the energy storage and delivery system, according to the embodiment presented in FIG.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a system 10 for storing and restoring electrical energy according to one embodiment of the invention.
  • a system 10 for storing and restoring electrical energy is for example used in a vehicle of the automotive type.
  • the system 10 comprises a first battery 1 1 connected to a second battery 12 via a bidirectional DC-DC converter 13.
  • the first battery 1 1 serves as the main battery, while the second battery 12 serves as a reserve.
  • powers (Pi, P 2 ) at the terminals of the first and second batteries (1 1, 12), respectively, are considered positive during the discharge of said battery.
  • the powers (Pi, P 2 ) across the first and second batteries (1 1, 12) are considered negative when charging said battery.
  • variables relating to the main battery 1 1 will have index 1
  • variables relating to the battery 12 reserve will have index 2.
  • the converter 13 is said to be a voltage converter, that is to say a voltage delivered at the output of said converter is less than a voltage applied at the input of said converter.
  • the converter 13 is a booster, that is to say that a voltage output of said converter is greater than a voltage applied at the input of said converter.
  • the converter 13 is able to work as a deflator and booster.
  • the system 1 0 is able to be supplied with electrical energy by means of at least one element 14 producing electrical energy connected to said system between the first battery 1 1 and the converter 1 3, so that said element 14 producer allows to directly recharge the main battery 1 1 and recharge the reserve battery 12 via the converter 1 3.
  • the at least one generating element 14 is for example an electric machine in generator mode or mains charger or terminal. In the following description, a power P p supplied by the producing element 14 is considered negative.
  • the system 1 0 is able to supply electrical energy to at least one electrical energy consuming element connected to said system between the first battery 1 1 and the converter 1 3.
  • a power P c to be delivered to the consumer element is considered positive.
  • the system 1 0 also comprises a device 1 6 control of which Figure 2 is a schematic representation.
  • the control device 1 6 comprises a microprocessor 1 7, a memory 1 8 of data, a memory 1 9 of programs and at least one bus 20 communication.
  • control device 1 6 is connected by an input interface 21 to a first means 22 for measuring a temperature T-, the main battery 1 1, a second means 23 for measuring a temperature T 2 of the reserve battery 12, and a third means 24 for measuring a temperature T D CDC of the converter.
  • the control device 16 is also connected by the input interface 21 to a fourth means 25 for measuring a voltage Ui across the main battery 1 1, a fifth means 26 for measuring a voltage U 2 i at the terminals of the converter 1 3 on the side of the main battery 1 1, a sixth means 27 for measuring an intensity entering or leaving the main battery 1 1, a seventh means 28 for measuring an intensity l 2 i entering or leaving the converter 1 3 on the side of the main battery 1 1, and a eighth means 29 for measuring an intensity l 2 entering or leaving the battery 12 reserve.
  • the control device 16 is connected by an output interface 30 to the converter 13, so as to transmit operating instructions to said converter 13.
  • the control device 16 controls the converter 13 by means of a setpoint output power P * said converter.
  • the reference power P * of the converter 13 is applied to the terminals of said converter on the side of the reserve battery 12.
  • the reference power P * corresponds to the power P 2 at the terminals of the reserve battery 12, and makes it possible to control the charge of said reserve battery.
  • the reference power P * will be noted in the following description P 2 * and will be considered negative. This case corresponds to a first driving mode of the converter 13.
  • the reference power P * of the converter 13 is applied to the terminals of said converter vis-à-vis the main battery 1 1.
  • the reference power P * corresponds to a power P 2 i across said converter on the side of the main battery 1 1, and can control the discharge of the battery 12 reserve.
  • the power P * setpoint will be noted in the following description P 2 * and will be considered positive. This case corresponds to a second driving mode of the converter 13.
  • the powers (P 2 * , P 2 i) setpoint are determined as follows.
  • 0SS of system 10 power are mainly related to losses by Joule effect of batteries (1 1, 12) and to a yield ⁇ of the converter 13, we obtain, for each of the drive modes of the converter 13, the losses P
  • the first efficiency ⁇ - ⁇ 2 corresponds to a direction of operation of the converter 13 towards the reserve battery 12
  • the second efficiency ⁇ 2 ⁇ corresponds to a direction of operation of the converter 13 towards the main battery 1 1 and / or the at least one producer element 14 and / or the at least one consumer element.
  • Figure 3 shows a graph showing the evolution of losses P
  • FIG. 3 shows that for a given total power P to t, the power Pioss losses have an overall arithmetic minimum at a given reference power P * .
  • the overall arithmetic minimum of each curve is marked with an asterisk in Figure 3.
  • FIG. 3 also reveals that for small absolute values of the total power P to t supplied or consumed by the set formed by the at least one generating element 14 and the at least one consumer element, the overall arithmetic minimum changes of sign, that is to say that the sign of the global arithmetic minimum becomes the opposite of the sign of the power P * dictated by the driving mode of the converter 13.
  • This solution being nonphysical, it is considered that in this case, the reference power of the converter 13 is zero, that is to say that the power losses are minimized, when the main battery 1 1 works alone.
  • 0SS of power are defined as follows.
  • FIG. 4 shows a logic diagram of a driving method of the DC-DC converter 13, so as to minimize the losses P
  • the total power P to t supplied or consumed by the assembly formed by the at least one generating element 14 and the at least one consumer element is determined.
  • the determination 40 of the total power P to t comprises a step 401 for measuring the voltage U i across the main battery 1 1 and a step 402 measuring the voltage U 2 i across the converter terminals on the side of said main battery through the fourth and fifth measurement means (25, 26), respectively. Then, it is calculated at one stage
  • the determination 40 of the total power P to t furthermore comprises a step 404 for measuring the intensity entering or leaving the main battery 1 1, and a measurement step 405 of the intensity l 2 i entering or leaving the converter 13 on the side of the main battery 1 1 via the sixth and seventh measurement means (27, 28), respectively.
  • the intensities ⁇ 1 and l 2 i thus measured are summed in a step 406.
  • the total power P to t is then calculated during a step 407, starting from the average voltage calculated at step 403 and the sum of the intensities. and i 2 calculated in step 406.
  • the total power P tot is stored in the data memory 18 of the control device 16 in a step 41.
  • the sign of the total power P to t is then determined during a step 42.
  • Such control comprises a step 43 for determining the open-circuit voltage OCV at the terminals of each of the batteries (1 1, 12), the internal resistance R of each of the batteries (1 1, 12) and the first efficiency ⁇ 2 of the converter 13.
  • a state of charge SOC of each of the batteries (1 1, 12) is determined during a step 431 and the temperature T of each of said batteries is measured by via the first and second measurement means (22, 23) in a step 432.
  • the open-circuit voltage OCV across each of the batteries (1 1, 12) is determined from the state of charge SOC and the temperature T of each of said batteries in a step 433.
  • the open-circuit voltage OCV across each of said batteries is measured.
  • the steps (431, 432) for determining the state of charge SOC of the batteries (1 1, 12) and for measuring the temperature T of said batteries are followed.
  • the internal resistance R of each of the batteries (1 1, 12) is determined from the charge state SOC, the temperature T, and the intensity I of each of said batteries during a step 435.
  • said internal resistance is determined solely from the state of charge SOC and the temperature T of each of said batteries.
  • said internal resistance is considered constant and is previously stored in the data memory 18 of the control device 16 via an interface panel.
  • a temperature T D converter 13 CDC is measured in a step 436 through the third means 24 for measuring.
  • the first efficiency ⁇ - ⁇ 2 of the converter 13 is determined from the temperature TDCDC of said converter in a step 437.
  • the first efficiency ⁇ 2 of the converter 13 is considered constant and is previously stored in the data memory 18 of the control device 16 via the interface panel.
  • the determinations 43 of the open-circuit voltage OCV at the terminals of each of the batteries (1 1, 12), the internal resistance R of each of the batteries (1 1, 12) and the first efficiency ⁇ - ⁇ 2 of the converter 13 are made simultaneously.
  • the reference power P 2 * of the converter 13 is determined from the total power P to t, the open-circuit voltage OCV at the terminals of each of the batteries (1 1, 12), the internal resistance R of each said batteries and the first efficiency ⁇ - ⁇ 2 of the converter 13 at a step 44, so that:
  • the target power P 2 * of the converter 13 thus obtained is then stored in the data memory 18 of the control device 16 in a step 45, then applied to the terminals of the converter 13 on the side of the reserve battery 12 at a step 46 .
  • the method continues after the application 46 of the reference power P 2 * by a new determination step 40 of the total power P to t, so that forming a loop that repeats until the system 10 stops at a step 47.
  • step 42 If it is revealed in step 42 that the total power P to t is positive, then the system 10 is driven according to the second mode.
  • Such control includes a step 48 for determining the open-circuit voltage OCV at the terminals of each of the batteries (1 1, 12), the internal resistance R of each of the batteries (1 1, 12) and the second efficiency ⁇ 2 ⁇ of the converter 13.
  • the progress of step 48 is equivalent to the progress of step 43, and includes the same alternatives.
  • the reference power P 2 i * of the converter 13 is determined from the total power P to t, the open-circuit voltage OCV at the terminals of each of the batteries (1 1, 12), the internal resistance R of each of said batteries and the second efficiency ⁇ 2 ⁇ of the converter 13 at a step 49, so that:
  • the target power P 2 i * of the converter 13 thus obtained is then stored in the data memory 18 of the control device 16 in a step 50, and applied across the converter 13 on the side of the main battery 1 1 at a step 51.
  • the method continues after the application 51 of the reference power P 2 i * by a new determination step 40 of the total power P to t, so forming a loop which repeats until the system 10 is stopped at step 47.
  • Such a drive method of the converter 13 to minimize Pioss power losses in the system 10 has the advantage of increasing the autonomy of said system, and thus to allow a user to achieve energy savings.
  • the control method of the converter 13 also has the advantage of using a method for determining the setpoint power P * of said simple converter to be implemented, and which does not require, especially in the automobile, the addition of means (22). , 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29) are complex and expensive.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
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Abstract

L'invention se rapporte à un procédé de pilotage d'un convertisseur continu-continu d'un système de stockage et de restitution d'énergie électrique, comprenant une étape de détermination (40) d'une puissance P tot totale fournie ou consommée par le système; puis, si P tot < 0, détermination (44) d'une puissance P2* de consigne à appliquer aux bornes du convertisseur de sorte que : P2* = [formule I], avec η un rendement du convertisseur, R1 une résistance interne d'une première batterie, R2 une résistance interne d'une deuxième batterie, OCV1 une tension à vide de la première batterie, OCV2 une tension à vide de la deuxième batterie; si P tot > 0, détermination (49) d'une puissance P21 * de consigne à appliquer aux bornes du convertisseur de sorte que : P21* = [formule II]; enfin, application (46, 51 ) de la puissance de consigne aux bornes du convertisseur.

Description

PROCEDE DE PILOTAGE D'UN CONVERTISSEUR CONTINU-CONTINU D'UN SYSTEME DE STOCKAGE ET DE RESTITUTION D'ENERGI E
ELECTRIQUE
L'invention se rapporte à un procédé de pilotage d'un convertisseur continu-continu d'un système de stockage et de restitution d'énergie électrique. L'invention trouve son application plus particulièrement, mais pas exclusivement, dans le domaine des véhicules, notamment automobiles.
Plus précisément, l'invention se rapporte à un procédé de pilotage d'un convertisseur continu-continu d'un système de stockage et de restitution d'énergie électrique comprenant une première batterie reliée à une deuxième batterie par l'intermédiaire du convertisseur continu-continu, la première batterie et le convertisseur étant reliées à au moins un élément consommateur d'énergie électrique et à au moins un élément producteur d'énergie électrique.
Avec un tel système de stockage et de restitution d'énergie électrique, il est nécessaire de piloter le convertisseur continu-continu, de sorte à gérer chacune des batteries selon les besoins du système.
Un tel pilotage est par exemple décrit dans le document FR 2 933 356, dans lequel le pilotage du convertisseur continu-continu dépend d'un état de charge de chacune des batteries, de sorte à maintenir chacune desdites batteries dans leur plage de fonctionnement optimale.
Cependant, un tel pilotage ne prend pas en compte l'aspect d'économie énergétique pour gérer le fonctionnement du système.
Un objectif de la présente invention est de proposer un pilotage du convertisseur continu-continu permettant de minimiser les pertes d'énergie dans le système.
Plus précisément, un objet de la présente invention est un procédé de pilotage d'un convertisseur continu-continu d'un système de stockage et de restitution d'énergie électrique comprenant une première batterie reliée à une deuxième batterie par l'intermédiaire du convertisseur continu-continu, la première batterie et le convertisseur étant reliés à au moins un élément consommateur d'énergie électrique et à au moins un élément producteur d'énergie électrique, ledit procédé comprenant une étape de détermination d'une puissance Ptot totale résultant de la somme d'une puissance Pc consommée par l'au moins un élément consommateur et d'une puissance Pp produite par l'au moins un élément producteur, ladite puissance Ptot totale étant de signe négatif lorsque la puissance Pc consommée est inférieure à la puissance Pp produite ; puis, si Ptot < 0, une étape de détermination d'une puissance P2 * de consigne à appliquer aux bornes du convertisseur du côté de la deuxième batterie, de sorte que j
avec η un rendement du convertisseur, R une résistance interne de la première batterie, R2 une résistance interne de la deuxième batterie, OCV1 une tension à vide de la première batterie, OCV2 une tension à vide de la deuxième batterie ; et si Ptot > 0, une étape de détermination et application d'une puissance P2i* de consigne aux bornes du convertisseur du côté de la première batterie, ; enfin,
une étape d'application de la puissance de consigne aux bornes du convertisseur.
Un tel procédé permet de gérer une utilisation de la deuxième batterie via le convertisseur, de sorte à minimiser les pertes d'énergie dans le système de stockage et de restitution d'énergie électrique. Un tel procédé a donc pour avantage d'accroître l'autonomie du système, et de réaliser des économies d'énergie. De plus, un tel procédé présente l'avantage d'utiliser une méthode de calcul pour la détermination de la puissance de consigne en sortie du convertisseur simple à implémenter, et ne nécessitant qu'un nombre d'informations limité. Préférentiellement, la détermination de la puissance Ptot totale comprend une étape de mesure d'une tension Ui aux bornes de la première batterie ; une étape de mesure d'une tension U2i aux bornes du convertisseur du côté de la première batterie ; puis une étape de détermination d'une tension moyenne à partir des tensions aux bornes de la première batterie et du convertisseur ; une étape de mesure d'une intensité \-\ entrant ou sortant de la première batterie ; une étape de mesure d'une intensité \2-\ entrant ou sortant du convertisseur du côté de la première batterie ; puis une étape de calcul de la somme des intensités de la première batterie et du convertisseur.
Préférentiellement, le procédé comporte, préalablement à l'étape de détermination de la puissance de consigne, une étape de détermination d'un état de charge SOC de la première et/ou de la deuxième batterie ; puis une étape de mesure d'une température T de la première et/ou de la deuxième batterie ; et enfin une étape de détermination de la tension à vide de la première et/ou de la deuxième batterie à partir de l'état de charge SOC et de la température T de ladite batterie.
Préférentiellement, le procédé comporte, préalablement à l'étape de détermination de la puissance de consigne, une étape de détermination d'un état de charge SOC de la première et/ou de la deuxième batterie ; puis une étape de mesure d'une température T de la première et/ou de la deuxième batterie ; et enfin une étape de détermination de la résistance R interne de la première et/ou de la deuxième batterie à partir de l'état de charge SOC et de la température T de ladite batterie.
Plus préférentiellement, le procédé comprend en outre, préalablement à l'étape de détermination de la résistance R interne de la première et/ou de la deuxième batterie, une étape de mesure d'une intensité I entrant ou sortant de la première et/ou la deuxième batterie, de sorte que la résistance R interne de ladite batterie soit également déterminée à partir de ladite intensité I.
Préférentiellement, le procédé comporte, préalablement à l'étape de détermination de la puissance de consigne, une étape de mesure d'une température TDCDC du convertisseur ; puis une étape de détermination du rendement η du convertisseur à partir de la température TDCDC dudit convertisseur.
L'ensemble de ces variantes présente l'avantage de ne pas nécessiter l'ajout, dans le système de stockage et de restitution d'énergie électrique, de moyens de mesure ou d'estimation complexes et onéreux. Plus particulièrement, dans le domaine automobile, de tels moyens de mesure ou d'estimation sont pour la plupart déjà intégrés audit système.
L'invention a également pour objet un système de stockage et de restitution d'énergie électrique comprenant une première batterie reliée à une deuxième batterie par l'intermédiaire d'un convertisseur continu-continu, la première batterie et le convertisseur étant apte à être reliés à au moins un élément consommateur d'énergie électrique et à au moins un élément producteur d'énergie électrique, ledit système comportant en outre des moyens de mise en œuvre du procédé, tel que précédemment décrit.
L'invention a également pour objet un véhicule comprenant un système de stockage et de restitution d'énergie électrique, tel que précédemment décrit.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Celles-ci sont données à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures montrent :
- Figure 1 : une vue schématique d'un système de stockage et de restitution d'énergie électrique, selon un mode de réalisation de l'invention ;
- Figure 2 : une vue schématique d'un dispositif de commande du système de stockage et de restitution d'énergie électrique, selon le mode de réalisation présenté à la figure 1 ;
- Figure 3 : un graphique représentant les pertes de puissance du système de stockage et de restitution d'énergie électrique, selon un mode de réalisation de l'invention, en fonction d'une puissance de consigne appliquée aux bornes d'un convertisseur continu-continu dudit système ;
- Figure 4 : un logigramme d'un procédé de pilotage du convertisseur continu-continu pour minimiser les pertes dans le système de stockage et de restitution d'énergie, selon le mode de réalisation présenté à la figure 1 .
La figure 1 montre une vue schématique d'un système 10 de stockage et de restitution d'énergie électrique selon un mode de réalisation de l'invention. Un tel système est par exemple utilisé dans un véhicule du type automobile.
Le système 10 comporte une première batterie 1 1 reliée à une deuxième batterie 12 par l'intermédiaire d'un convertisseur 13 continu-continu bidirectionnel. La première batterie 1 1 fait office de batterie principale, tandis que la deuxième batterie 12 sert de réserve.
Dans la suite de la description, des puissances (P-i , P2) aux bornes de la première et de la deuxième batterie (1 1 , 12), respectivement, sont considérées comme positives lors de la décharge de ladite batterie. A contrario, les puissances (P-i , P2) aux bornes de la première et de la deuxième batterie (1 1 , 12) sont considérées comme négatives lors de la charge de ladite batterie.
Dans la suite de la description, les variables relatives à la batterie 1 1 principale auront pour indice 1 , et les variables relatives à la batterie 12 de réserve auront pour indice 2.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le convertisseur 13 est dit dévolteur, c'est-à-dire qu'une tension délivrée en sortie dudit convertisseur est inférieure à une tension appliquée en entrée dudit convertisseur. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le convertisseur 13 est un survolteur, c'est-à-dire qu'une tension délivrée en sortie dudit convertisseur est supérieure à une tension appliquée en entrée dudit convertisseur. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le convertisseur 13 est apte à travailler en tant que dévolteur et survolteur. Le système 1 0 est apte à être alimenté en énergie électrique au moyen d'au moins un élément 14 producteur d'énergie électrique relié audit système entre la première batterie 1 1 et le convertisseur 1 3, de sorte que ledit élément 14 producteur permette de recharger directement la batterie 1 1 principale et de recharger la batterie 12 de réserve via le convertisseur 1 3. L'au moins un élément 14 producteur est par exemple une machine électrique en mode générateur ou chargeur sur secteur ou borne. Dans la suite de la description, une puissance Pp fournie par l'élément 14 producteur est considérée comme négative.
Le système 1 0 est apte à alimenter en énergie électrique au moins un élément 1 5 consommateur d'énergie électrique relié audit système entre la première batterie 1 1 et le convertisseur 1 3. Dans la suite de la description, une puissance Pc à délivrer à l'élément 15 consommateur est considérée comme positive.
Le système 1 0 comporte également un dispositif 1 6 de commande dont la figure 2 est une représentation schématique. Le dispositif 1 6 de commande comporte un microprocesseur 1 7, une mémoire 1 8 de données, une mémoire 1 9 de programmes et au moins un bus 20 de communication.
Dans l'exemple, le dispositif 1 6 de commande est relié par une interface 21 d'entrée à un premier moyen 22 de mesure d'une température T-, de la batterie 1 1 principale, à un deuxième moyen 23 de mesure d'une température T2 de la batterie 12 de réserve, et à une troisième moyen 24 de mesure d'une température TDCDC du convertisseur. Le dispositif 16 de commande est également relié par l'interface 21 d'entrée à un quatrième moyen 25 de mesure d'une tension Ui aux bornes de la batterie 1 1 principale, à un cinquième moyen 26 de mesure d'une tension U2i aux bornes du convertisseur 1 3 du côté de la batterie 1 1 principale, à un sixième moyen 27 de mesure d'une intensité entrant ou sortant de la batterie 1 1 principale, à un septième moyen 28 de mesure d'une intensité l2i entrant ou sortant du convertisseur 1 3 du côté de la batterie 1 1 principale, et à un huitième moyen 29 de mesure d'une intensité l2 entrant ou sortant de la batterie 12 de réserve.
Le dispositif 16 de commande est relié par une interface 30 de sortie au convertisseur 13, de sorte à transmettre des instructions de fonctionnement audit convertisseur 13. Le dispositif 16 de commande pilote le convertisseur 13 au moyen d'une puissance P* de consigne en sortie dudit convertisseur.
Dans le cas où une puissance Ptot totale, résultant de la somme de la puissance Pp produite par l'au moins un élément 14 producteur et de la puissance Pc consommée par l'au moins un élément 15 consommateur, est négative, c'est-à-dire lorsque l'ensemble de l'au moins un élément 14 producteur et de l'au moins un élément 15 consommateur produit globalement de l'énergie électrique, la puissance P* de consigne du convertisseur 13 est appliquée aux bornes dudit convertisseur du côté de la batterie 12 de réserve. Ainsi, la puissance P* de consigne correspond à la puissance P2 aux bornes de la batterie 12 de réserve, et permet de piloter la charge de ladite batterie de réserve. La puissance P* de consigne sera notée dans la suite de la description P2 * et sera considérée négative. Ce cas correspond à un premier mode de pilotage du convertisseur 13.
Dans le cas où la puissance Ptot totale est positive, c'est-à-dire lorsque l'ensemble de l'au moins un élément 14 producteur et de l'au moins un élément 15 consommateur consomme globalement de l'énergie électrique, la puissance P* de consigne du convertisseur 13 est appliquée aux bornes dudit convertisseur en vis-à-vis de la batterie 1 1 principale. Ainsi, la puissance P* de consigne correspond à une puissance P2i aux bornes dudit convertisseur du côté de la batterie 1 1 principale, et permet de piloter la décharge de la batterie 12 de réserve. La puissance P* de consigne sera notée dans la suite de la description P2 * et sera considérée positive. Ce cas correspond à un deuxième mode de pilotage du convertisseur 13.
Les puissances (P2 *,P2i ) de consigne sont déterminées comme suit.
En considérant que les pertes P|0SS de puissance du système 10 sont principalement liées à des pertes par effet Joule des batteries (1 1 , 12) et à un rendement η du convertisseur 13, on obtient, pour chacun des modes de pilotage du convertisseur 13, les pertes P|0SS de puissance suivantes :
- pour le premier mode de pilotage du convertisseur 13 :
Ploss = Rlh2 + ^2 ^22— (1— 77l2)Î21 = Rlh2 + ^2 ^22 ~ P2
- pour le deuxième mode de pilotage du convertisseur 1
Pioss = Rih2 + R2 2 + (i - η2ι)Ρ2 = Rih2 + R2 2 P2i
avec R une résistance interne de la batterie considérée.
On distingue un premier rendement η 2 du convertisseur 13 et un deuxième rendement η2ι dudit convertisseur. Le premier rendement η-ι2 correspond à un sens de fonctionnement du convertisseur 13 en direction de la batterie 12 de réserve, tandis que le deuxième rendement η2ι correspond à un sens de fonctionnement du convertisseur 13 en direction de la batterie 1 1 principale et/ou de l'au moins un élément 14 producteur et/ou de l'au moins un élément 15 consommateur.
En supposant les puissances P* de consigne parfaitement égales aux puissances effectives en sortie du convertisseur 13, et en considérant le modèle de transfert courant/tension d'une batterie U = OCV - RI , avec U une tension aux bornes de la batterie et OCV une tension à vide aux bornes de ladite batterie, on obtient pour chacun des modes de pilotage du convertisseur 13 les pertes P|0SS de puissance, exprimées en fonction des puissances P* de consigne, suivantes :
- pour le premier mode de pilotage du convertisseur 13 :
- pour le deuxième mode de pilotage du convertisseur 13 :
La figure 3 montre un graphique représentant l'évolution des pertes P|0SS de puissance en fonction des puissances P* de consigne pour différentes valeurs de puissance Ptot totale fournie ou consommée par l'ensemble formé par l'au moins un élément 14 producteur et l'au moins un élément 15 consommateur, avec OCV1 = 250 V, R1 = 0,2 Ω, OCV2 = 125 V, R2 = 0,1 Ω et η = 0,95.
La figure 3 montre que pour une puissance Ptot totale donnée, les pertes Pioss de puissance présentent un minimum arithmétique global à une puissance P* de consigne donnée. Le minimum arithmétique global de chaque courbe est marqué par un astérisque sur la figure 3.
Ce minimum arithmétique global peut être calculé de manière analytique en dérivant les expressions de pertes P|0SS de puissance précédemment développées par rapport aux consignes P* de puissance, puis en déterminant les puissances P* de consigne qui annulent ces dérivées. On obtient ainsi les puissances P* de consigne minimisant les pertes P|0SS de puissance suivantes :
- pour le premier mode de pilotage du convertisseur 13 : pour le deuxième mode de pilotage du convertisseur 13 :
2 ,
, 4Ptt,tfi1 - OCV1'i(l - ¾1 2)
4(«1 +¾1fi2(¾)2) La figure 3 révèle également que pour de faibles valeurs absolues de la puissance Ptot totale fournie ou consommée par l'ensemble formé par l'au moins un élément 14 producteur et l'au moins un élément 15 consommateur, le minimum arithmétique global change de signe, c'est-à-dire que le signe du minimum arithmétique global devient l'opposé du signe de la puissance P* de consigne dicté par le mode de pilotage du convertisseur 13. Cette solution étant non physique, on considère alors que, dans ce cas, la puissance de consigne du convertisseur 13 est nulle, c'est-à-dire que les pertes de puissance sont minimisées, lorsque la batterie 1 1 principale fonctionne seule.
Ainsi, les puissances P* de consigne du convertisseur 13 permettant de minimiser les pertes P|0SS de puissance sont définies comme suit.
- pour le premier mode de pilotage du convertisseur 13 :
pour le deuxième mode de pilotage du convertisseur 13
La figure 4 montre un logigramme d'un procédé de pilotage du convertisseur 13 continu-continu, de sorte à minimiser les pertes P|0SS de puissance dans le système 10. Ledit procédé est commandé par un programme 31 enregistré dans la mémoire 19 de programmes du dispositif 16 de commande. Un tel procédé se déroule comme suit.
Au cours d'une étape 40, la puissance Ptot totale fournie ou consommée par l'ensemble formé par l'au moins un élément 14 producteur et l'au moins un élément 15 consommateur est déterminée.
Selon le mode de réalisation de l'invention présenté à la figure 4, la détermination 40 de la puissance Ptot totale comprend une étape 401 de mesure de la tension Ui aux bornes de la batterie 1 1 principale et une étape 402 de mesure de la tension U2i aux bornes du convertisseur du côté de ladite batterie principale par l'intermédiaire des quatrième et cinquième moyens (25, 26) de mesure, respectivement. Puis, il est calculé à une étape
403 une tension moyenne à partir desdites tensions Ui et U2i . Un tel mode de réalisation permet d'atténuer les bruits de mesure. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, seule la tension Ui aux bornes de la batterie 1 1 principale ou seule la tension U2i aux bornes du convertisseur du côté de ladite batterie principale est mesurée.
Selon le mode de réalisation présenté à la figure 4, la détermination 40 de la puissance Ptot totale comprend en outre une étape 404 de mesure de l'intensité entrant ou sortant de la batterie 1 1 principale, et une étape 405 de mesure de l'intensité l2i entrant ou sortant du convertisseur 13 du côté de la batterie 1 1 principale par l'intermédiaire des sixième et septième moyens (27, 28) de mesure, respectivement. Les intensités \^ et l2i ainsi mesurées sont sommées dans une étape 406.
Selon le mode de réalisation de l'invention présenté à la figure 4, la puissance Ptot totale est ensuite calculée au cours d'une étape 407, à partir de la tension moyenne calculée à l'étape 403 et de la somme des intensités et l2i calculée à l'étape 406.
Puis, la puissance Ptot totale est enregistrée dans la mémoire 18 de données du dispositif 16 de commande dans une étape 41 .
Le signe de la puissance Ptot totale est ensuite déterminé au cours d'une étape 42.
On notera que, dans le cas particulier où la puissance Ptot totale est nulle, il n'est pas nécessaire d'utiliser le système 10, car l'énergie apportée par l'au moins un élément 14 producteur suffit à alimenter l'au moins un élément 15 consommateur.
Si la puissance Ptot totale est négative, alors le système 10 est piloté selon le premier mode. Un tel pilotage comprend une étape 43 de détermination de la tension à vide OCV aux bornes de chacune des batteries (1 1 , 12), de la résistance R interne de chacune des batteries (1 1 , 12) et du premier rendement η 2 du convertisseur 13.
Selon le mode de réalisation de l'invention présenté à la figure 4, un état de charge SOC de chacune des batteries (1 1 , 12) est déterminé au cours d'une étape 431 et la température T de chacune desdites batteries est mesurée par l'intermédiaire des premier et deuxième moyens (22, 23) de mesure dans une étape 432. Ainsi, la tension à vide OCV aux bornes de chacune des batteries (1 1 , 12) est déterminée à partir de l'état de charge SOC et de la température T de chacune desdites batteries au cours d'une étape 433. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la tension à vide OCV aux bornes de chacune desdites batteries est mesurée.
Selon le mode de réalisation de l'invention présenté à la figure 4, les étapes (431 , 432) de détermination de l'état de charge SOC des batteries (1 1 , 12) et de mesure de la température T desdites batteries sont suivies d'une étape 434 de mesure d'une intensité I entrant ou sortant de chacune des batteries (1 1 , 12) par l'intermédiaire des sixième et huitième moyens (27, 29) de mesure. Ainsi, la résistance R interne de chacune des batteries (1 1 , 12) est déterminée à partir de l'état de charge SOC, de la température T, et de l'intensité I de chacune desdites batteries au cours d'une étape 435. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, ladite résistance interne est déterminée uniquement à partir de l'état de charge SOC et de la température T de chacune desdites batteries. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, ladite résistance interne est considérée comme constante et est préalablement enregistrée dans la mémoire 18 de données du dispositif 16 de commande via un panneau d'interface.
Selon le mode de réalisation de l'invention présenté à la figure 4, une température TDCDC du convertisseur 13 est mesurée au cours d'une étape 436 par l'intermédiaire du troisième moyen 24 de mesure. Ainsi, le premier rendement η-ι2 du convertisseur 13 est déterminé à partir de la température TDCDC dudit convertisseur dans une étape 437. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le premier rendement η 2 du convertisseur 13 est considéré comme constant et est préalablement enregistré dans la mémoire 18 de données du dispositif 16 de commande via le panneau d'interface.
Dans l'exemple, les déterminations 43 de la tension à vide OCV aux bornes de chacune des batteries (1 1 , 12), de la résistance R interne de chacune des batteries (1 1 , 12) et du premier rendement η-ι2 du convertisseur 13 sont réalisées de manière simultanée. Cependant, il pourrait également être défini un ordre particulier de réalisation desdites déterminations 43 des différentes variables.
Puis, la puissance P2 * de consigne du convertisseur 13 est déterminée à partir de la puissance Ptot totale, de la tension à vide OCV aux bornes de chacune des batteries (1 1 , 12), de la résistance R interne de chacune desdites batteries et du premier rendement η-ι2 du convertisseur 13 à une étape 44, de sorte que :
La puissance P2 * de consigne du convertisseur 13 ainsi obtenue est alors enregistrée dans la mémoire 18 de données du dispositif 16 de commande à une étape 45, puis appliquée aux bornes du convertisseur 13 du côté de la batterie 12 de réserve à une étape 46.
Selon le mode de réalisation de l'invention présenté à la figure 4, le procédé se poursuit après l'application 46 de la puissance P2 * de consigne par une nouvelle étape de détermination 40 de la puissance Ptot totale, de sorte à former une boucle qui se répète jusqu'à l'arrêt du système 10 à une étape 47.
S'il est révélé à l'étape 42 que la puissance Ptot totale est positive, alors le système 10 est piloté selon le deuxième mode. Un tel pilotage comprend une étape 48 de détermination de la tension à vide OCV aux bornes de chacune des batteries (1 1 , 12), de la résistance R interne de chacune des batteries (1 1 , 12) et du deuxième rendement η2ι du convertisseur 13. Le déroulement de l'étape 48 est équivalent au déroulement de l'étape 43, et comporte les mêmes alternatives.
Puis, la puissance P2i* de consigne du convertisseur 13 est déterminée à partir de la puissance Ptot totale, de la tension à vide OCV aux bornes de chacune des batteries (1 1 , 12), de la résistance R interne de chacune desdites batteries et du deuxième rendement η2ι du convertisseur 13 à une étape 49, de sorte que :
La puissance P2i* de consigne du convertisseur 13 ainsi obtenue est alors enregistrée dans la mémoire 18 de données du dispositif 16 de commande dans une étape 50, et appliquée aux bornes du convertisseur 13 du côté de la batterie 1 1 principale à une étape 51 .
Selon le mode de réalisation de l'invention présenté à la figure 4, le procédé se poursuit après l'application 51 de la puissance P2i* de consigne par une nouvelle étape de détermination 40 de la puissance Ptot totale, de sorte à former une boucle qui se répète jusqu'à l'arrêt du système 10 à l'étape 47.
Un tel procédé de pilotage du convertisseur 13 pour minimiser les pertes Pioss de puissance dans le système 10 a pour avantage d'accroître l'autonomie dudit système, et donc de permettre à un utilisateur de réaliser des économies d'énergie. Le procédé de pilotage du convertisseur 13 présente également l'avantage d'utiliser une méthode de détermination de la puissance P* de consigne dudit convertisseur simple à implémenter, et ne nécessitant pas, notamment dans l'automobile, l'ajout de moyens (22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29) de mesure complexes et onéreux.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Procédé de pilotage d'un convertisseur (1 3) continu-continu d'un système (1 0) de stockage et de restitution d'énergie électrique comprenant une première batterie (1 1 ) reliée à une deuxième batterie (1 2) par l'intermédiaire du convertisseur continu-continu, la première batterie et le convertisseur étant reliés à au moins un élément (1 5) consommateur d'énergie électrique et à au moins un élément (14) producteur d'énergie électrique, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
- détermination (40) d'une puissance Ptot totale résultant de la somme d'une puissance Pc consommée par l'au moins un élément consommateur et d'une puissance Pp produite par l'au moins un élément producteur, ladite puissance Ptot totale étant de signe négatif lorsque la puissance Pc consommée est inférieure à la puissance Pp produite ;
- si Ptot < 0, détermination (44) d'une puissance P2 * de consigne à appliquer aux bornes du convertisseur du côté de la deuxième batterie, de sorte que :
avec η un rendement du convertisseur, Ri une résistance interne de la première batterie, R2 une résistance interne de la deuxième batterie, OCV-i une tension à vide de la première batterie, OCV2 une tension à vide de la deuxième batterie ;
si Ptot > 0, détermination (49) d'une puissance P2i* de consigne à appliquer aux bornes du convertisseur du côté de la première batterie, de sorte que :
application (46, 51 ) de la puissance de consigne aux bornes du convertisseur.
2 - Procédé selon la revendication 1 , dans lequel la détermination de la puissance Ptot totale comprend les étapes suivantes :
- mesure (401 ) d'une tension Ui aux bornes de la première batterie ;
- mesure (402) d'une tension U2i aux bornes du convertisseur du côté de la première batterie ;
- détermination (403) d'une tension moyenne à partir des tensions mesurées aux bornes de la première batterie et du convertisseur ;
- mesure (404) d'une intensité \Λ entrant ou sortant de la première batterie ;
- mesure (405) d'une intensité l2i entrant ou sortant du convertisseur du côté de la première batterie ;
- calcul (406) de la somme des intensités de la première batterie et du convertisseur.
3 - Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, comprenant préalablement à l'étape de détermination de la puissance de consigne, les étapes suivantes :
- détermination (431 ) d'un état de charge SOC de la première et/ou de la deuxième batterie ;
- mesure (432) d'une température T de la première et/ou de la deuxième batterie ;
- détermination (433) de la tension à vide OCV de la première et/ou de la deuxième batterie à partir de l'état de charge SOC et de la température T de ladite batterie. 4 - Procédé selon l'une des revendications précédentes, comprenant préalablement à l'étape de détermination de la puissance de consigne, les étapes suivantes :
- détermination (431 ) d'un l'état de charge SOC de la première et/ou de la deuxième batterie ;
- mesure (432) d'une température T de la première et/ou de la deuxième batterie ;
- détermination (435) de la résistance R interne de la première et/ou de la deuxième batterie à partir de l'état de charge SOC et de la température T de ladite batterie.
5 - Procédé selon la revendication 4, comprenant en outre préalablement à l'étape de détermination de la résistance R interne de la première et/ou de la deuxième batterie, une étape (434) de mesure d'une intensité I entrant ou sortant de la première et/ou la deuxième batterie, de sorte que la résistance R interne de ladite batterie soit également déterminée à partir de ladite intensité I.
6 - Procédé selon l'une des revendications précédentes, comprenant préalablement à l'étape de détermination de la puissance de consigne, les étapes suivantes :
- mesure (436) d'une température TDCDC du convertisseur ;
- détermination (437) du rendement η du convertisseur à partir de la température TDCDC dudit convertisseur.
7 - Système (10) de stockage et de restitution d'énergie électrique comprenant une première batterie (1 1 ) reliée à une deuxième batterie (12) par l'intermédiaire d'un convertisseur (13) continu-continu, la première batterie et le convertisseur étant apte à être reliés à au moins un élément (15) consommateur d'énergie électrique et à au moins un élément (14) producteur d'énergie électrique, ledit système étant caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (31 ) de mise en œuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 6.
8 - Véhicule comprenant un système (10) de stockage et de restitution d'énergie électrique selon la revendication 7.
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