EP4147323A1 - Procédé de commande d'un système de stockage d'énergie comprenant au moins deux dispositifs élémentaires de stockage d'énergie, dispositif de commande associé et système de stockage d'énergie comportant un tel dispositif de commande - Google Patents

Procédé de commande d'un système de stockage d'énergie comprenant au moins deux dispositifs élémentaires de stockage d'énergie, dispositif de commande associé et système de stockage d'énergie comportant un tel dispositif de commande

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Publication number
EP4147323A1
EP4147323A1 EP21722256.1A EP21722256A EP4147323A1 EP 4147323 A1 EP4147323 A1 EP 4147323A1 EP 21722256 A EP21722256 A EP 21722256A EP 4147323 A1 EP4147323 A1 EP 4147323A1
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EP
European Patent Office
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energy storage
storage system
elementary
energy
charge
Prior art date
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Pending
Application number
EP21722256.1A
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German (de)
English (en)
Inventor
Serge Geoffroid ELENGA
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Thales SA
Original Assignee
Thales SA
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0068—Battery or charger load switching, e.g. concurrent charging and load supply
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0025—Sequential battery discharge in systems with a plurality of batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0047—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits
    • H02J7/0048—Detection of remaining charge capacity or state of charge [SOC]

Definitions

  • the present invention relates to the field of energy storage systems, which are disposed between an energy consuming load and an energy source, and in particular an intermittent energy source, such as wind turbines, solar panels. , hydraulic or thermal energy, etc., the availability of which, in terms of time and / or volume, is very variable and not really predictable.
  • Such a storage device is for example described in FR 2 780 827 A1, which proposes to isolate a battery in order to charge it completely before reintroducing it into the load supply circuit made up of 3 batteries in parallel.
  • the prototype of this previous device only improved the energy recovery rate by 10% and the battery life by 20%.
  • FIG 3 shows a view of an energy production and consumption platform in one embodiment of the invention
  • FIG 4 shows a view of an energy production and consumption platform in one embodiment of the invention.
  • the advanced energy storage system 10 is suitable on the one hand to store electrical energy delivered by the source 2 and on the other hand to supply electrical energy to the consuming load 5.
  • Bat 1, Bat 2 and Bat i do not necessarily have the same capacity. However, to simplify the experimental model, it is simpler to have 2 or even 3 batteries of the same capacity to simplify the calculation of the charging and discharging times which must be similar to ensure the switchovers from one DESE to another. .
  • the Bat i can be a super-capacity or a fuel cell (hydrogen) respectively to provide power (pulse) and extension autonomy (secondary source for permanent energy)
  • the operation of the advanced energy storage system 10 is controlled so as to trigger a charge of any one of the DESEs 11, 12, 13 only if said DESE is in a minimum state of charge - in other words, "a DESE during discharge must not be charged ”, ie the advanced storage system prohibits triggering of charging of a DESE during discharge.
  • the Bat 1, Bat 2 or Bat i battery power control is a current and voltage (capacity) supply control.
  • the system thus makes it possible, whatever the type of DESE, to offer an energy availability of 80% of the capacity, without calling into question the lifespan of the DESEs considered.
  • the operation of the advanced energy storage system 10 is controlled by the control unit 16, via the upstream 17 and downstream 18 switching blocks, so as to temporarily suspend the load phase of the DESE during load, in the case considered the DESE 11 (Bat 1), however not yet fully charged, to switch the energy coming from the source 2 to the input of a DESE (here DESE 13, Bat i) not in phase of dump ; such an arrangement can for example be triggered when the advanced energy storage system 10 (for example according to data supplied to it, or an analysis carried out by the weather forecasting device 10) compares the energy production to come in a next period T and the state of charge of the DESE 11 and determines that this production of energy to come in this next period is much greater than what the DESE 11 then being charged will not be able to store in the same time: for example if the DESE 11 is in a floating type charging phase (this state can last several hours) while during these same hours, strong sunshine or a lot of wind is expected.
  • the advanced energy storage system 10 for example according to data supplied to it, or
  • the present invention thus offers a solution making it possible to decorrelate the current production of energy from the current consumption of energy.
  • the exploitation of DESE alternately and independently has the effect of promoting and improving the maximum energy recovery, supplying the load with just the necessary energy.
  • the advanced storage system 110 is adapted using in particular its routing sub-blocks 170i, 1711, 180'i, 1811, 171 2 , 180 2 , 181 2 , to direct the energy coming from the source 2 ⁇ to cells 401 and 40 2 to charge them and to direct the energy discharging from cells 401 and 40 2 to the respective consuming charges 5i and 5 2 and especially from cell 401 to 40 2 vice versa via the sub- switch blocks 180'i, 1811
  • FIG. 4 represents an energy production and consumption platform comprising an advanced storage system 110 '.
  • This platform comprises two sub-platforms: the first sub-platform comprises a source 2'i and 2 ' 2 and a consuming load 5'i, a charger module 3'i, similar to the charger module 3, which is arranged between the source 2'i and a unit module 40'i comprising a pair of DESE 11 'i (Bat 1) and 12'i (Bat 2) whose role is similar to the Bat 1, Bat 2 shown in FIG.
  • the second sub-platform comprises a source 2 ′ 2 and a consuming load 5 ′ 2 , a charger module 3 ′ 2 , similar to the charger module 3, which is arranged between the source 2 ′ 2 and a unit module 40 ′ 2 comprising a pair of DESE 11 ′ 2 (Bat 1) and 12 ′ 2 (Bat 2) whose role is similar to the Bat 1, Bat 2 shown in figure 1, and an inverter 4 ′ 2 placed before the consuming load 5 ′ 2 .
  • Each of the sources 2'i and 2 ' 2 is similar to the source 2 of Figure 1.
  • Each of the two consuming loads 5'i and 5' 2 is similar to the load 5 of Figure 1.
  • the third DESE, the battery Bat i 13 ', used to store and share the surplus energy supplied by the sources, is shared. between the two sub-platforms.

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  • Power Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
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Abstract

Procédé de commande d'un système de stockage d'énergie comprenant au moins deux dispositifs élémentaires de stockage d'énergie, dispositif de commande associé et système de stockage d'énergie comportant un tel dispositif de commande Procédé de commande d'un système (10) de stockage d'énergie comprenant des batteries (11, 12) entre une source d'énergie (2) et une charge consommatrice d'énergie (5), ledit procédé comprenant les étapes suivantes : le système de stockage d'énergie est commandé de façon à utiliser à chaque instant des batteries distinctes pour, d'une part, la charge à partir de la source et pour, d'autre part, la décharge en direction de la charge consommatrice; le système de stockage d'énergie est commandé de façon à ne déclencher de décharge d'une quelconque batterie que si la charge courante de ladite batterie est montée jusqu'à un état maximal de charge; le système de stockage d'énergie est commandé de façon à ne déclencher de charge d'une quelconque des batteries que si la charge courante de ladite batterie est descendue jusqu'à un état minimal de charge.

Description

TITRE : Procédé de commande d’un système de stockage d’énergie comprenant au moins deux dispositifs élémentaires de stockage d’énergie, dispositif de commande associé et système de stockage d’énergie comportant un tel dispositif de commande
La présente invention concerne le domaine des systèmes de stockage d’énergie, que l’on dispose entre une charge consommatrice d’énergie et une source d’énergie, et notamment une source d’énergie intermittente, tels que des éoliennes, des panneaux solaires, l’énergie hydraulique ou thermique, etc., dont la disponibilité, temporelle et/ou volumique, est très variable et non vraiment prévisible.
Un tel dispositif de stockage est par exemple décrit dans FR 2 780 827 A1 , qui propose d’isoler une batterie pour la charger complètement avant de la réintroduire dans le circuit d’alimentation de la charge composé de 3 batteries en parallèles. Malheureusement, le prototype de ce précédant dispositif n’a permis d’améliorer que de 10% le taux de récupération de l’énergie et de 20% la durée de vie des batteries.
Il existe un besoin d’améliorer encore la récupération de l’énergie perdue et d’augmenter encore l’autonomie et la durée de vie des batteries pour une disponibilité accrue des systèmes.
A cet effet, suivant un premier aspect, l’invention propose un procédé de commande d’un système de stockage d’énergie comprenant au moins deux dispositifs élémentaires de stockage d’énergie destiné à être disposé entre au moins une source d’énergie et au moins une charge consommatrice d’énergie, ledit procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes : le système avancé de stockage d’énergie est commandé de façon à utiliser à chaque instant des dispositifs élémentaires de stockage d’énergie distincts pour, d’une part, la charge à partir de la source et pour, d’autre part, la décharge en direction de la charge consommatrice ; le système avancé de stockage d’énergie est commandé de façon à ne déclencher de décharge d’un quelconque des dispositifs élémentaires que si la charge courante dudit dispositif élémentaire est montée jusqu’à un état maximal de charge ; le système avancé de stockage d’énergie est commandé de façon à ne déclencher de charge d’un quelconque des dispositifs élémentaires que si la charge courante dudit dispositif élémentaire est descendue jusqu’à un état minimal de charge. L’invention permet de décorréler charge et décharge des dispositifs élémentaires de stockage d’énergie, les cycles de charge et de décharge étant davantage respectés. Les aspects de récupération de l’énergie perdue et d’augmentation de l’autonomie et de la durée de vie des batteries sont encore optimisés.
Dans des modes de réalisation, le procédé de commande d’un système de stockage d’énergie suivant la présente invention comporte en outre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- chacun des deux dispositifs élémentaires de stockage est préalablement dimensionné en fonction de la charge consommatrice de façon à alimenter seul la charge consommatrice pendant sa phase de décharge jusqu’à son seuil minimal de charge ;
- le système de stockage d’énergie comprend au moins trois dispositifs élémentaires, et le système de stockage d’énergie est commandé de façon à suspendre temporairement la charge de celui des dispositifs élémentaires alors en cours de charge et n’ayant pas atteint le seuil maximal de charge et à déclencher à la place la charge du troisième dispositif élémentaire, le système de stockage d’énergie étant commandé pour ultérieurement re-déclencher la charge interrompue du dispositif élémentaire soit depuis la source, soit depuis un desdits autres dispositifs élémentaires ; ladite suspension est commandée en fonction d’une prévision de production d’énergie par la source et d’un état de charge de celui des dispositifs élémentaires en cours de charge ;
- le système de stockage d’énergie est commandé de façon à re-déclencher la charge temporairement suspendue d’un dispositif élémentaire par l’énergie d’un des autres dispositifs alimentaires en fonction d’un temps de charge écoulé depuis le début de ladite charge.
Suivant un deuxième aspect, la présente invention propose un dispositif de commande d’un système avancé de stockage d’énergie, ledit système de stockage d’énergie comprenant au moins deux dispositifs élémentaires de stockage d’énergie destinés à être disposés entre au moins une source d’énergie et au moins une charge consommatrice d’énergie, ledit dispositif de commande étant adapté pour commander au système de stockage d’énergie d’utiliser à chaque instant des dispositifs élémentaires de stockage d’énergie distincts pour, d’une part, la charge à partir de la source et pour, d’autre part, la décharge en direction de la charge consommatrice ; ledit dispositif de commande étant adapté pour commander au système de stockage d’énergie de ne déclencher de décharge d’un quelconque des dispositifs élémentaires que si la charge courante dudit dispositif élémentaire est montée jusqu’à un état maximal de charge ; ledit dispositif de commande étant adapté pour commander au système de stockage d’énergie de ne déclencher de charge d’un quelconque des dispositifs élémentaires que si la charge courante dudit dispositif élémentaire est descendue jusqu’à un état minimal de charge.
Suivant un troisième aspect, la présente invention propose un système de stockage d’énergie comprenant un tel dispositif de commande.
Ces caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
[Fig 1] la figure 1 représente une vue d’une plate-forme de production et consommation d’énergie dans un mode de réalisation de l’invention ;
[Fig 2] la figure 2 illustre des étapes d’un procédé dans un mode de réalisation de l’invention ;
[Fig 3] la figure 3 représente une vue d’une plate-forme de production et consommation d’énergie dans un mode de réalisation de l’invention ;
[Fig 4] la figure 4 représente une vue d’une plate-forme de production et consommation d’énergie dans un mode de réalisation de l’invention.
La figure 1 représente une vue d’une plate-forme 1 de production et de consommation d’énergie dans un mode de réalisation de l’invention.
La plate-forme 1 de production et de consommation d’énergie comprend une source 2 d’énergie électrique, un module chargeur 3, un système de stockage d’énergie 10 selon l’invention, dit système avancé de stockage d’énergie 10, un inverseur 4 et une charge consommatrice d’énergie 5.
La source 2 d’énergie peut comporter un ou plusieurs éléments de sources distinctes fournissant de l’énergie, notamment intermittentes, par exemple des éoliennes, des panneaux solaires, un groupe électrogène etc., identifiables et susceptibles d’être individuellement pilotés par les fonctions de commande du système avancé de stockage d’énergie. De même, la charge consommatrice 5 peut comporter un ou plusieurs éléments de charge consommant de l’électricité. La charge consommatrice 5 peut comprendre par exemple une ou plusieurs habitation(s), chacune comportant plusieurs équipements électriques (climatisation, consommation principale, éclairage, prise de courant, réfrigérateurs, radiateurs, ballons d’eau chaude etc.) identifiables et susceptibles d’être individuellement pilotés par les fonctions de commande du système avancé de stockage d’énergie.
Le système avancé de stockage d’énergie 10 est adapté pour d’une part stocker de l’énergie électrique délivrée par la source 2 et d’autre part alimenter en énergie électrique la charge consommatrice 5.
Le système avancé de stockage d’énergie 10 comprend, dans le mode de réalisation de l’invention considéré en référence aux figures, 3 dispositifs élémentaires de stockage d’énergie (DESE) 11 , 12, 13.
Dans le cas présent, chacun de ces DESE 11 , 12, 13 est une batterie, par exemple une batterie de type Plomb, Lithium, Nickel, Sodium, ..., nommée respectivement Bat 1 (DESE 11), Bat 2 (DESE 12) et Bat i (DESE 13).
Dans une phase préalable, la capacité de chaque DESE 11 , 12, 13 a été dimensionnée de façon à ce que chaque DESE 11 , 12, 13 est adapté pour alimenter seul la charge consommatrice 5 pendant 72 heures.
Bat 1 , Bat 2 et Bat i ne sont forcément de même capacité. Toutefois, pour simplification du modèle d’expérimentation, il est plus simple d’avoir 2 voire 3 batteries de même capacité pour simplifier le calcul des temps de charge et de décharge qui doivent similaire pour assurer les basculements d’un DESE à l’autre.
En fonction du type d’applications et surtout du type d’énergies (permanente ou transitoire) demandées, les Bat i peuvent être une super-capacité ou une pile à combustible (hydrogène) respectivement pour apporter la puissance (impulsionnelle) et l’extension d’autonomie (Source secondaire pour l’énergie permanente)
Le système avancé de stockage 10 comprend en outre un ensemble de modules de commande, comprenant dans le cas particulier considéré, un bloc de contrôle 16, un bloc d’aiguillage amont 17, un bloc d’aiguillage aval 18.
Le bloc de contrôle 16 est un bloc électronique adapté pour piloter le fonctionnement du bloc d’aiguillage amont 17 et du bloc d’aiguillage aval 18 et déclencher la charge, la décharge ou le statu quo des DESE du système avancé de stockage 10. Le bloc d’aiguillage amont 17 est adapté pour aiguiller l’énergie électrique fournie par la source 2 en direction d’un seul DESE 11 , 12 ou 13 indiqué par une commande du bloc de contrôle 16 : ainsi dans le cas présent soit en entrée de Bat 1 , soit en entrée de Bat 2, soit en entrée de Bat i.
Le bloc d’aiguillage amont 17 comprend dans le cas particulier considéré un sous-bloc d’aiguillage amont 170 et un sous-bloc d’aiguillage amont 171. Le sous- bloc d’aiguillage amont 170 est adapté pour aiguiller l’énergie électrique fournie par la source soit en entrée du sous-bloc d’aiguillage amont 171 de Bat 1 , soit en entrée de Bat i. Le sous-bloc d’aiguillage amont 171 est adapté pour aiguiller l’énergie électrique qui lui est fournie par le sous-bloc d’aiguillage amont 170 soit en entrée de Bat 1 , soit en entrée de Bat 2, en fonction de la commande du bloc de contrôle 16.
Le bloc d’aiguillage aval 18 est adapté pour prendre en entrée l’énergie électrique fournie par un seul DESE 11 , 12 ou 13 indiqué par une commande du bloc de contrôle 16 : ainsi dans le cas présent l’énergie électrique soit en sortie de Bat 1 , soit en sortie de Bat 2, soit en sortie de Bat i, et pour fournir à la charge 5, via l’inverseur 4 cette énergie issue d’une des batteries Bat 1 , Bat 2, Bat i.
Le bloc d’aiguillage aval 18 comprend dans le cas particulier considéré un sous-bloc d’aiguillage aval 180 et un sous-bloc d’aiguillage aval 181 .
Le sous-bloc d’aiguillage aval 180 est adapté pour prendre en entrée l’énergie électrique fournie soit en sortie de Bat 1 , soit en sortie de Bat 2, en fonction de la commande reçue du bloc de contrôle 16 et pour fournir au sous-bloc d’aiguillage aval 181 cette énergie.
Le sous-bloc d’aiguillage aval 181 est adapté pour prendre en entrée l’énergie électrique fournie soit en sortie de Bat i, soit en sortie du sous-bloc d’aiguillage aval 180, en fonction de la commande reçue du bloc de contrôle 16 et pour fournir à la charge 5, via l’inverseur 4 cette énergie.
Les sous-blocs d’aiguillage 170, 171 , 180, 181 comprennent des commutateurs et des diodes télécommandés.
D’autres réalisations des blocs d’aiguillage 17 et 18 peuvent être mises en oeuvre, par exemple pour la réalisation d’un réseau communautaire de partage d’énergie de n blocs d’aiguillage de type 17 et 18 soit entre producteurs soit entre producteurs et consommateurs (non producteurs)
Le module chargeur 3 disposé entre la source 2 et le système avancé de stockage d’énergie est adapté pour déterminer à quel endroit de son cycle de charge ou décharge chaque DESE se trouve : par exemple, pour une batterie : phase de charge brute, phase de floating, phase d’égalisation ou fin de charge.
L’inverseur 4 disposé entre le système avancé de stockage d’énergie et la charge 5 est adapté pour alimenter plusieurs charges et plus particulièrement pour établir une liaison directe avec le Module chargeur 3 pour :
- By-passer le système avancé de stockage 10 pour la maintenance de l’ensemble du système (du Module chargeur 3 vers Inverseur 4)
Finaliser la charge des DESEs à partir des DESEs en cours de décharge (de l’Inverseur 4 ver le Module chargeur 3) lors que la source 2 n’est plus active.
Dans le mode de réalisation d’une plate-forme 1 représentée en figure 1 et à l’instant considéré, le bloc de commande 16 a commandé que l’énergie fournie par la source 2 soit reçue et stockée par la Bat 1 (DESE 11) et que la charge 5 soit alimentée par la Bat 2 (DESE 12) : les flèches en trait plein gras représentent le flux de charge et les flèches en trait pointillé gras représentent le flux de décharge. Aucun autre flux de charge ou de décharge n’est commandé. La DESE 13, Bat i, est en attente, ni en train d’être chargée, ni déchargée. Elle est par exemple pleine, en attente d’être déchargée ou vide, en attente d’être chargée.
Selon l’invention, les règles suivantes sont mises en oeuvre par le système avancé de stockage d’énergie 10 :
- le fonctionnement du système avancé de stockage d’énergie 10 est commandé par le bloc de contrôle 16, via les blocs d’aiguillage amont 17 et aval 18, de façon à utiliser à chaque instant un DESE 11 , 12 ou 13 pour la charge à partir de la source 2 distinct du DESE 11 , 12 ou 13 utilisé pour la décharge en direction de la charge consommatrice 5 ;
- en outre, le fonctionnement du système avancé de stockage d’énergie 10 est commandé par le bloc de contrôle 16 de façon à ne déclencher de décharge d’un quelconque des DESE 11 , 12, 13 en direction de la charge 5 via l’inverseur 4 que si ledit DESE est dans un état maximal de charge - dit autrement, « un DESE en cours de charge ne doit pas être déchargé », i.e. le système avancé de stockage interdit de déclencher une décharge d’un DESE en cours de charge ;
- et le fonctionnement du système avancé de stockage d’énergie 10 est commandé de façon à ne déclencher de charge d’un quelconque des DESE 11 , 12, 13 que si ledit DESE est dans un état minimal de charge - dit autrement, « un DESE en cours de décharge ne doit pas être chargé », i.e. le système avancé de stockage interdit de déclencher de charge d’un DESE en cours de décharge.
L’état maximal et l’état minimal de charge d’un DESE 11 , 12, 13 est prédéfini :
- l’état maximal correspond, dans un mode de réalisation, à un état de la batterie où celle-ci est tenue comme pleine, i.e. où la tension aux bornes de la batterie est supérieure à un seuil Vh donné et/ou où le courant électrique reçu depuis le début du cycle de charge est supérieur à un seuil Ih donné (correspondant par exemple à x % de la capacité nominale de la batterie, avec x compris dans la plage [90% à 100%] respectivement par exemple pour les batteries de Lithium et au plomb. L’état maximal de charge est par exemple supérieur à 80% d’une charge complète.
- l’état minimal correspond, dans un mode de réalisation, à un état de la batterie où celle-ci est tenue comme vide, i.e. la tension aux bornes de la batterie est inférieure à un seuil Vb donné et/ou où le courant électrique délivré depuis le début du cycle de décharge est supérieur à un seuil Ib donné (correspondant par exemple à z% de la capacité nominale de la batterie, avec z compris dans la plage [10% à 20% respectivement pour les batteries Lithium et Plomb]. L’état minimal de charge est par exemple inférieur à 20% d’une charge complète.
Les cycles charge/décharge des batteries (demi-cycle de charge et demi-cycle de décharge) sont ainsi mis en oeuvre de façon complète.
Le bloc de contrôle 16 est adapté pour communiquer avec le module chargeur 3 pour surveiller l’état de charge des DESE 11 , 12, 13, et pour notamment déterminer à quel endroit du cycle de charge ou décharge chacun se trouve : par exemple, pour une batterie : en phase de charge brute, ou en phase de floating, ou encore à état maximal ou minimal de charge, les commandes prises par le bloc de contrôle 16 étant fonction de ces états de charge.
La commande d’alimentation de la batterie Bat 1 , Bat 2 ou Bat i est une commande d’alimentation en courant et en tension (capacité). Le système permet ainsi quel que soit le type de DESE de proposer une disponibilité énergétique de 80% de la capacité, sans remettre en question la durée de vie des DESEs considérés.
Dans un mode de réalisation de l’invention, notamment quand il y a au moins 3 DESE, comme dans le cas de la figure 1 , un DESE (qu’on appelle bat i) est toujours en attente, i.e. ni en train d’être chargée, ni en train d’être déchargée. Cette phase d’attente est définie à l’aide des SOC (« State Of Charge » : état de charge) et DOD (« Deap Of Déchargé » : profondeur de décharge) comme suit : - vide, avec un SOC au plus égal 10% pour les batteries Li-lon ; et un SOC égal à 20% pour les autres types de batteries ; c’est l’état idéal pour récupérer un maximum d’énergie en provenance de la source 2 dans un lapse de temps très réduit (charge brute, rapide) ;
- partiellement plein (80%<SOC<90%), en attente de finalisation du demi- cycle de charge pour atteindre l’état final (état plein) ; Bat1 peut donc basculer directement en Bat i, sans attente la fin du demi-cycle, pour que la batterie initialement en Bat i (vide) récupère un maximum d’énergie en provenance d’une source intermittente ; la finalisation de la charge d’une batterie partiellement pleine peut être assurée par une batterie en fin de phase de décharge en l’absence d’énergie en provenance de la source 2 ;
- plein (avec un SOC au moins égal 90% pour les batteries Li-lon ; et un SOC égal à 100% pour les autres types de batteries) ; elle est alors disponible pour fournir de l’énergie en cas de surconsommation d’énergie par la charge consommatrice 5.
Selon l’invention, chaque DESE se trouve à chaque instant dans l’un des états (ou phases) suivants :
Phase de charge, lorsque 10% <SOC< 90% pour Li-lon, lorsque 20%<SOC< 100% pour les autres types de batterie, lorsque les batteries vides ou partiellement pleines, sont en train d'être chargées par le chargeur 3 pour récupérer le maximum d'énergie rapidement (dans la plage [10% ; 80%]) et finaliser lentement ensuite la charge afin d'atteindre un SOC de 90% pour les batteries Li-lon et 100% pour les autres types de batteries ;
Phase de décharge, lorsque les batteries pleines, sont en train d'être déchargées par l'Inverseur 4, jusqu'à atteindre un DOD de 90% pour le Li lon et 80% pour les autres types de batteries, pour alimenter la charge consommatrice via l’inverseur 4 et exceptionnellement alimenter en même temps Bat i ou Bat 1 via le chargeur 3, en l’absence de source 2 pour finaliser la phase de charge ;
Phase d’attente, lorsque les batteries vides, pleines ou partiellement pleines sont ni en train d’être chargées, ni en train d’être déchargées.
Dans un mode de réalisation, quand il y au moins 3 DESE, la règle supplémentaire suivante est également mise en oeuvre par le système avancé de stockage d’énergie 10 :
- le fonctionnement du système avancé de stockage d’énergie 10 est commandé par le bloc de contrôle 16, via les blocs d’aiguillage amont 17 et aval 18, de façon à suspendre temporairement la phase de charge du DESE en cours de charge, dans le cas considéré le DESE 11 (Bat 1), pourtant non encore pleinement chargé, pour basculer l’énergie provenant de la source 2 à l’entrée d’une DESE (ici DESE 13, Bat i) non en phase de décharge ; une telle disposition peut par exemple être déclenchée lorsque le système avancé de stockage d’énergie 10 (par exemple en fonction de données qui lui sont fournies, ou d’une analyse menée par le dispositif 10 de prévisions météo) compare la production d’énergie à venir dans une prochaine période T et l’état de charge du DESE 11 et détermine que cette production d’énergie à venir dans cette prochaine période est beaucoup plus importante que ce que le DESE 11 alors en cours de charge ne pourra stocker dans le même temps : par exemple si le DESE 11 est en phase de charge de type floating (cet état pouvant durer plusieurs heures) tandis que pendant ces mêmes heures, il est prévu un fort ensoleillement ou beaucoup de vent.
Puis ultérieurement, le système avancé de stockage 10 déclenche la fin de la suspension de la charge du DESE 11 et commande la poursuite de sa charge, soit à partir de l’énergie alors produite par la source 2, soit à partir du DESE alors en phase de décharge, i.e. dans le cas de la figure 1 , du DESE 12 (Bat 2).
Dans un mode de réalisation, tandis qu’un DESE est en phase de charge ou en phase de suspension de charge, ici le DESE 11 (Bat 1), le système avancé de stockage 10 contrôle le temps de charge écoulé depuis le début du cycle de charge, temps de suspension y compris et commande une charge de ce DESE par un autre DESE en cours de décharge, ici le DESE 12, lorsque ce temps de charge écoulé dépasse un seuil donné. Ce cas est notamment rencontré lorsque la source n’est pas en mesure de produire de l’énergie.
La figure 2 illustre des étapes d’un procédé dans un mode de réalisation de l’invention.
Dans une étape 100, sous le pilotage du système avancé de stockage selon l’invention, le DESE 31 (similaire au DESE 11 de la figure 1) étant au départ complètement déchargé et le DESE 32 (similaire au DESE 12 de la figure 1) au départ complètement chargé, l’énergie produite par la source est alors donnée en entrée d’un DESE 31 , le DESE 32 se décharge lui dans la charge consommatrice, tandis que le DESE 33 (similaire au DESE 13 de la figure 1), est en attente, vide ou plein. Il n’y a pas de mise en parallèle de la charge (ni de la décharge) entre les DESE.
Puis dans une étape 101 , le DESE 31 ayant atteint son état de charge maximale et le DESE 32 ayant atteint son état de charge minimale, l’énergie provenant de la source est alors fournie cette fois au DESE 32, tandis que le DESE 31 se décharge à présent vers la charge consommatrice. On notera qu’au cours de cette étape, sous le pilotage du système avancé de stockage selon l’invention, si le temps depuis le début de la charge du DESE 32 dépasse un seuil donné, alors l’énergie du DESE 31 se décharge vers le DESE 32 pour finaliser la charge de ce dernier jusqu’à son état de charge maximale ; ce, en parallèle de la décharge de 32 dans la charge consommatrice ou à la place. C’est l’inverseur 4 qui assure l’alimentation (faible courant), via le module chargeur 3, du DESE dont la charge a été suspendue soit volontairement pour favoriser la récupération optimale de l’énergie (Charge brute), soit à cause de l’intermittence de la source 2, pour finaliser la charge et donc respecter le demi-cycle de charge avant basculement.
Puis une fois le DESE 32 complètement chargé et le DESE 31 complètement déchargé :
- si le DESE 33 est pleinement chargé, dans une étape 102, le système avancé de stockage déclenche alors l’alimentation de la charge consommatrice par le DESE 33 et la fourniture de l’énergie de la source au DESE 31 ;
- alors que si le DESE 33 est complètement déchargé, dans une étape alternative 103, le système avancé de stockage déclenche alors l’alimentation de la charge consommatrice par le DESE 32 et la fourniture de l’énergie de la source au DESE 33.
Alors que dans les étapes 100 et 101 , c’était le DESE 33 qui était en attente, dans un état vide ou plein, à l’étape 102, alternativement 103, c’est le DESE 32 (dans un état complètement chargé), alternativement 31 (dans un état complètement déchargé), qui est en attente.
Sur la figure 2, les DESE représentés en traits gras sont ceux en charge complète au début de l’étape considéré et qui se déchargent au cours de l’étape, ceux représentés en pointillés sont ceux déchargés en début de l’étape et qui se chargent en cours d’étape et ceux représentés en remplissage à points sont ceux en attente, i.e. ni en charge, ni en décharge et qui sont en outre ou vides ou pleins.
On voit ainsi que chaque DESE joue le rôle de Bat 1 , Bat 2, Bat i tel qu’expliqué en référence à la figure 1 , Bat 1 étant utilisé pour la charge depuis la source, Bat 2 pour se décharger vers la charge consommatrice et Bat i utilisé pour les surplus de production ou de consommation.
La présente invention offre ainsi une solution permettant de décorréler la production courante d’énergie de la consommation courante d’énergie. L’exploitation des DESE alternativement et indépendamment a pour effet de favoriser et améliorer la récupération maximum d’énergie, la fourniture à la charge de l’énergie juste nécessaire.
La présente invention permet ainsi une récupération de 90% de l’énergie habituellement perdue à cause du déphasage entre le moment de la production et celui de la consommation, en présence de batteries chargées; Une augmentation de la durée de vie des batteries jusqu’à un facteur cinq et une augmentation de la disponibilité en énergie de l’ordre de 100%.
Elle permet d’entretenir une batterie en cours de charge, même en cas d’absence prolongée de vent ou de soleil notamment (énergies intermittentes). Elle n’autorise pas charge ni de décharge des batteries en parallèle à des tensions différentes. Chaque DESE est chargé ou déchargé seul de manière cyclique et indépendamment des autres pour optimiser au maximum la récupération depuis les sources (moteur, groupe électrogène, solaire, éolien, réseau électrique) et la fourniture de l’énergie aux charges consommatrices. Donc il n’y a pas d’association de DESEs (31 et 32 ou 31 et 33 ou 32 et 33, voire les 3 DESEs) lors de la charge ou de la décharge. Elle optimise la charge et la décharge de façon décorrélée, en respectant les demis-cycle de charge et de décharge. L’autonomie de la plate-forme est augmentée ainsi que sa continuité de service et la durée de vie des DESE. La solution évite le phénomène de sulfatation, les décharges profondes et les surcharges prolongées en gérant les sources 2 et plus précisément plusieurs dispositifs élémentaires de productions d’énergie (DEPE) présentes (moteur et/ou groupe électrogène et/ou solaire et/ou éolien et/ou réseau électrique) via le module chargeur 3 et les charges consommatrices (climatisation, consommation principale, éclairage, prise de courant, ...) via l’inverseur 4 en s’appuyant sur les données des capteurs et l’analyses des historiques de production et de consommation (Gestions Prédictives)
Dans le mode de réalisation décrit ci-dessus en référence à la figure 1 , le système avancé de stockage comprenait 3 DESEs est la maille élémentaire qui permet de bénéficier de tous les avancées qu’offre cette innovation. Toutefois, dans le cas d’études comparatives avec les utilisations actuelles des DESEs, l’invention peut être mise en oeuvre avec uniquement les DESE 11 et 12 (i.e. sans le DESE 13) conformément aux règles de fonctionnement indiquées les concernant. C’est la configuration de tests (2n+i avec n= 1 et i=0)
Dans le mode de réalisation décrit ci-dessus, les DESEs comportent une batterie.
Dans un mode de réalisation, un DESE comporte, une ou plusieurs batteries en série ou en parallèle pour l’adaptation en tension ou en courant en fonction des charges de consommation et des sources de productions. La présente invention se place au- dessus (couche de gestion supérieure) des BMS (Batteries Management System) et constitutions des DESEs (nombre de cellules, câblages série ou parallèle) et gère individuellement et successivement des blocs élémentaires (DESE). Elle permet, plus particulièrement, une intégration intelligente des super capacités (super condensateurs), volant d’inertie et de l’hydrogène comme DESE dans le dispositif à la place du Bat i, respectivement pour apporter la puissance (énergie impulsionnelle) et prolonger l’autonomie des batteries (Bat1 et Bat 2) (Energie permanente). Elle permet aussi d’optimiser la production d’énergie en intégrant plusieurs sources et surtout en permettant à chacune des sources de fonctionner à plein régime et à pleine charge effective (sans ballastes, résistance de décharge). Afin de rendre efficient et durable la production de l’hydrogène, la présente invention permet d’utiliser les 70% de l’énergie perdue par effet Joule lors du fonctionnement la plus part du temps des moteurs thermiques (Groupes électrogènes, véhicules, avions, train, ...) en sous-charge et/ou charge fictive, en régime transitoire avec des rendements de l’ordre de 30%, afin de produire de l’hydrogène, le stocker et l’utiliser en suite dans les conditions d’extrême nécessité pour recharger les batteries et étendre l’autonomie du système.
Dans un mode de réalisation, les DESEs comportent plusieurs batteries. Chaque DESE comporte des batteries montées en série et/ou en parallèle est piloté de manière indépendante des autres DESEs, aussi bien dans les phases de charge que de décharge. Par exemple un dispositif de 300 Ah composé de 3 batteries de 100 Ah en série sera transformé en 3 DESEs Bat 1 , Bat 2 et Bat i, d’une capacité unitaire de 100 Ah capable d’alimenter seul la charge consommatrice associée durant 1/3 (33%) du temps.
Le système avancé de stockage 10 tel que représenté en figure 1 comportent une maille élémentaire conformément à la solution de l’invention, de type 2n+i (égal au nombre de DESE), avec n =1 (nombre de couple (Bat 1 , Bat 2) et i = 1 (nombre de Bat i).
D’autres modes de réalisation de l’invention peuvent être mis en oeuvre, par exemple ceux représentées en figures 3 et 4 correspondant à des plateformes collaboratives, mettant en réseau le surplus d’énergie.
La figure 3 représente une plate-forme de production et consommation d’énergie comportant un système avancé de stockage 110. Cette plate-forme comporte une source 2^ et deux charge consommatrice 5i et 52, un module chargeur 3i, similaire au module chargeur 3, qui est disposé entre la source 2^ et le système avancé de stockage 110, un inverseur 4i disposé avant la charge consommatrice 5i et un inverseur 42 disposé avant la charge consommatrice 5³. Le système avancé de stockage 110 comportant un premier couple de DESE 111 (Bat 1) et 12i (Bat 2) dont le rôle est similaire aux Bat 1 , Bat 2 représentés en figure 1 et un deuxième couple de DESE 112 (Bat 1) et 122 (Bat 2) dont le rôle est similaire aux Bat 1 , Bat 2 représentés en figure 1
La source 2^ est similaire à la source 2 de la figure 1. Chacune des deux charges consommatrices 5i et 52 est similaire à la charge 5 de la figure 1.
Cette configuration est de type 2n+i, avec n=1 et i = 2 ou n=2 et i=0.
La cellule 402 comportant les DESE 112 (Bat 1) et 122 (Bat 2) joue, pour la cellule 401 comportant les DESE 111 (Bat 1) et 12i (Bat 2), le rôle de DESE de type Bat i, i.e. qu’elle sert à alimenter en cas de sur-consommation et à stocker en cas de surplus de production. Et similairement la cellule 401 comportant les DESE 111 (Bat 1) et 12i (Bat 2) joue le rôle de Bat i pour la cellule 402 comportant les DESE 112 (Bat 1) et 122 (Bat 2). En fonction de la charge 52, les DESE de la cellule 402 peuvent être différents de ceux de la cellule 401
Le système avancé de stockage 110 est adapté à l’aide notamment de ses sous-blocs d’aiguillage 170i, 1711, 180’i, 1811, 1712, 1802, 1812, pour orienter l’énergie provenant de la source 2^ vers les cellules 401 et 402 pour les charger et pour orienter l’énergie se déchargeant des cellules 401 et 402 vers les charges consommatrices respectives 5i et 52 et surtout de la cellule 401 vers 402 vice-versa via les sous-blocs d’aiguillage 180’i , 1811
Cette configuration permet de mettre en oeuvre les principes de l’invention tout en n’utilisant que 4 DESE à la place de 6.
La figure 4 représente une plate-forme de production et consommation d’énergie comportant un système avancé de stockage 110’. Cette plate-forme comporte deux sous-plateformes : la première sous-plate-forme comporte une source 2’i et 2’2 et une charge consommatrice 5’i, un module chargeur 3’i, similaire au module chargeur 3, qui est disposé entre la source 2’i et un module unitaire 40’i comportant un couple de DESE 11 ’i (Bat 1) et 12’i(Bat 2) dont le rôle est similaire aux Bat 1 , Bat 2 représentés en figure 1 , et un inverseur 4’i disposé avant la charge consommatrice 5’i ; la deuxième sous-plate-forme comporte une source 2’2 et une charge consommatrice 5’2, un module chargeur 3’2, similaire au module chargeur 3, qui est disposé entre la source 2’2 et un module unitaire 40’2 comportant un couple de DESE 11 ’2 (Bat 1) et 12’2 (Bat 2) dont le rôle est similaire aux Bat 1 , Bat 2 représentés en figure 1 , et un inverseur 4’2 disposé avant la charge consommatrice 5’2. Chacune des sources 2’i et 2’2 est similaire à la source 2 de la figure 1. Chacune des deux charges consommatrices 5’i et 5’2 est similaire à la charge 5 de la figure 1.
Cette configuration est de type 2n+i, avec n=2 et i = 1. Dans cette configuration, le troisième DESE, la batterie Bat i 13’, servant au stockage et partage du surplus d’énergie fournie par les sources, est partagée entre les deux sous-plateformes.
Le système avancé de stockage 110’ est adapté à l’aide de ses sous-blocs d’aiguillage 170’i, 171 ’i, 180’i, 181 ’i, 190, 191 , pour orienter l’énergie provenant de la source 2’i vers l’un des DESE 11 ’i (Bat 1), 12’i (Bat 2) et 13’ (Bat i ) pour le charger et pour orienter l’énergie se déchargeant d’un autre de ces DESE vers la charge consommatrice 5’i, de la même manière que décrit en référence à la figure 1 pour le système avancé de stockage 10.
Similairement, le système avancé de stockage 110’ est adapté à l’aide de ses sous-blocs d’aiguillage 170’2, 171 ’2, 180’2, 181 ’2, 190, 191 , pour orienter l’énergie provenant de la source 2’2 vers l’un des DESE 11 ’2 (Bat 1 ), 12’2 (Bat 2) et 13’ (Bat i ) pour le charger et pour orienter l’énergie se déchargeant d’un autre de ces DESE vers la charge consommatrice 5’2, de la même manière que décrit en référence à la figure 1 pour le système avancé de stockage 10.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de commande d’un système (10) de stockage d’énergie comprenant au moins deux dispositifs élémentaires de stockage d’énergie (11 , 12) destinés à être disposés entre au moins une source d’énergie (2) et au moins une charge consommatrice d’énergie (5), ledit procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes : le système de stockage d’énergie est commandé de façon à utiliser à chaque instant des dispositifs élémentaires de stockage d’énergie distincts pour, d’une part, la charge à partir de la source et pour, d’autre part, la décharge en direction de la charge consommatrice ; le système de stockage d’énergie est commandé de façon à ne déclencher de décharge d’un quelconque des dispositifs élémentaires que si la charge courante dudit dispositif élémentaire est montée jusqu’à un état maximal de charge ; le système de stockage d’énergie est commandé de façon à ne déclencher de charge d’un quelconque des dispositifs élémentaires que si la charge courante dudit dispositif élémentaire est descendue jusqu’à un état minimal de charge.
2. Procédé de commande d’un système de stockage d’énergie (10) selon la revendication 1 , selon lequel chacun des deux dispositifs élémentaires de stockage (11 , 12) est préalablement dimensionné en fonction de la charge consommatrice de façon à alimenter seul la charge consommatrice pendant sa phase de décharge jusqu’à son seuil minimal de charge.
3. Procédé de commande d’un système de stockage d’énergie (10) selon la revendication 1 ou 2, selon lequel le système de stockage d’énergie comprend au moins trois dispositifs élémentaires (11 , 12, 13), et le système de stockage d’énergie est commandé de façon à suspendre temporairement la charge de celui des dispositifs élémentaires alors en cours de charge et n’ayant pas atteint le seuil maximal de charge et à déclencher à la place la charge du troisième dispositif élémentaire, le système de stockage d’énergie étant commandé pour ultérieurement re-déclencher la charge interrompue du dispositif élémentaire soit depuis la source, soit depuis un desdits autres dispositifs élémentaires.
4. Procédé de commande d’un système de stockage d’énergie (10) selon la revendication 3, selon lequel ladite suspension est commandée en fonction d’une prévision de production d’énergie par la source (2) et d’un état de charge de celui des dispositifs élémentaires en cours de charge.
5. Procédé de commande d’un système de stockage d’énergie (10) selon la revendication 3 ou 4, selon lequel le système de stockage d’énergie est commandé de façon à re-déclencher la charge temporairement suspendue d’un dispositif élémentaire par l’énergie d’un des autres dispositifs alimentaires en fonction d’un temps de charge écoulé depuis le début de ladite charge.
6. Dispositif de commande (16) d’un système (10) de stockage d’énergie, ledit système de stockage d’énergie comprenant au moins deux dispositifs élémentaires de stockage d’énergie (11 , 12) destinés à être disposés entre au moins une source d’énergie (2) et au moins une charge consommatrice d’énergie (5), ledit dispositif de commande étant adapté pour commander au système de stockage d’énergie d’utiliser à chaque instant des dispositifs élémentaires de stockage d’énergie distincts pour, d’une part, la charge à partir de la source et pour, d’autre part, la décharge en direction de la charge consommatrice ; ledit dispositif de commande étant adapté pour commander au système de stockage d’énergie de ne déclencher de décharge d’un quelconque des dispositifs élémentaires que si la charge courante dudit dispositif élémentaire est montée jusqu’à un état maximal de charge ; ledit dispositif de commande étant adapté pour commander au système de stockage d’énergie de ne déclencher de charge d’un quelconque des dispositifs élémentaires que si la charge courante dudit dispositif élémentaire est descendue jusqu’à un état minimal de charge.
7. Dispositif de commande (16) d’un système de stockage d’énergie (10) selon la revendication 6, pour un système de stockage d’énergie comprenant au moins trois dispositifs élémentaires (11 , 12, 13), ledit dispositif de commande étant adapté pour commander au système de stockage d’énergie de suspendre temporairement la charge de celui des dispositifs élémentaires alors en cours de charge et n’ayant pas atteint le seuil maximal de charge et de déclencher à la place la charge du troisième dispositif élémentaire, pour commander au système de stockage d’énergie ultérieurement de re-déclencher la charge interrompue du dispositif élémentaire soit depuis la source, soit depuis un desdits autres dispositifs élémentaires.
8. Dispositif de commande (16) d’un système de stockage d’énergie (10) selon la revendication 7, adapté pour commander ladite suspension en fonction d’une prévision de production d’énergie par la source (2) et d’un état de charge de celui des dispositifs élémentaires en cours de charge.
9. Dispositif de commande (16) d’un système de stockage d’énergie (10) selon la revendication 7 ou 8, adapté pour commander au système de stockage d’énergie de re-déclencher la charge temporairement suspendue d’un dispositif élémentaire par l’énergie d’un des autres dispositifs alimentaires en fonction d’un temps de charge écoulé depuis le début de ladite charge.
10. Système de stockage d’énergie (10) comprenant au moins deux dispositifs élémentaires de stockage d’énergie (11 , 12) destinés à être disposés entre au moins une source d’énergie (2) et au moins une charge consommatrice d’énergie (5), ledit système de stockage d’énergie comprenant un dispositif de commande selon l’une quelconque des revendications 6 à 9.
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