PROCÉDÉ ET DISPOSITIF DE CONTRÔLE DU RECHARGEMENT EN PARALLÈLE ET EN COURANT CONTINU DE BATTERIES DE VÉHICULES PAR UN POINT DE RECHARGE À CONNECTEURS MULTIPLES L'invention concerne les véhicules comprenant au moins un moteur électrique alimenté par une batterie électrique, et plus précisément le rechargement rapide en parallèle et en courant continu des batteries électriques de tels véhicules. Zo L'invention concerne aussi bien les véhicules de type dit "tout électrique", que les véhicules de type dit "hybride". Le rechargement rapide en courant continu de la batterie (électrique) d'un véhicule tout électrique ou hybride repose sur la conversion, à la demande d'un véhicule, d'un courant alternatif, fourni par un réseau 15 d'alimentation électrique, en un courant continu régulé dont la valeur dépend de certains paramètres de la batterie du véhicule demandeur, et notamment de son type et de son état de charge (ou SOC (pour "State Of Charge")), ainsi qu'éventuellement de sa température courante et/ou de son état de vieillissement. 20 Cette opération de rechargement rapide dure typiquement entre environ 20 minutes et environ 30 minutes. En raison du coût élevé d'un point de recharge (rapide en courant continu), le nombre de points de recharge n'est pas très important, y compris dans les stations services ou les bâtiments de certaines grandes entreprises. De ce fait, il est très fréquent que le 25 conducteur d'un véhicule hybride ou électrique ait à attendre un long moment avant de pouvoir récupérer son véhicule rechargé. Cet inconvénient majeur est un véritable frein à l'utilisation des véhicules hybrides ou électriques. La solution pourrait être notablement améliorée si les points de recharge comportaient plusieurs connecteurs permettant de recharger en 30 parallèle et en courant continu plusieurs véhicules. Hélas, il n'existe pas encore de point de recharge en courant continu à connecteurs multiples assurant le rechargement simultané de plusieurs véhicules, alors que cela existe pour le rechargement en courant alternatif, comme cela est notamment décrit dans le document brevet US 2009/115251. L'invention a donc pour but de permettre un véritable rechargement en parallèle et en courant continu de plusieurs véhicules auprès d'un point de recharge, public ou privé, à connecteurs multiples (au moins deux). Elle propose notamment à cet effet un procédé, dédié au contrôle du rechargement en parallèle et en courant continu de batteries de véhicules connectés à un même point de recharge, et comprenant: - une étape (i) consistant à déterminer les états de charge initiaux respectifs 1 o de ces batteries, et - une étape (ii) consistant à recharger une première batterie ayant l'état de charge initial le plus faible, puis, lorsque l'état de charge de cette première batterie est sensiblement égal à l'état de charge initial d'une deuxième batterie, qui est le plus proche de l'état de charge initial le plus faible, à 15 poursuivre le rechargement de la première batterie tout en rechargeant la deuxième batterie, puis, lorsque l'état de charge de ces première et deuxième batteries est sensiblement égal à l'état de charge initial d'une éventuelle troisième batterie, qui est le plus proche de l'état de charge initial de la deuxième batterie, à poursuivre le rechargement des première 20 et deuxième batteries tout en rechargeant cette troisième batterie, et ainsi de suite jusqu'à ce que toutes les batteries aient été rechargées. Ainsi, même si au tout début on ne commence à recharger qu'une seule batterie, très rapidement plusieurs batteries se retrouvent avec un même état de charge et donc peuvent être rechargées en parallèle (et donc 25 simultanément), et finalement toutes les batteries qui sont couplées à un même point de recharge peuvent être rechargées en parallèle (et donc simultanément). Cela permet de réduire notablement le temps d'attente moyen auprès d'un point de recharge, sans que cela n'induise d'augmentation significative de la durée du rechargement d'une batterie en l'absence d'autres 30 batteries à recharger. Le procédé de contrôle selon l'invention peut comporter d'autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et notamment : à l'étape (ii), en présence de batteries requérant des courants de charge qui sont compris entre une valeur minimale et une valeur maximale, on peut effectuer les rechargements avec un courant de charge qui est égal à cette valeur minimale; - à l'étape (ii), lorsqu'un nouveau véhicule est connecté à l'un des connecteurs du point de recharge, on peut déterminer l'état de charge initial de sa batterie, et si cet état de charge initial est inférieur à l'état de charge en cours des batteries dont le rechargement a débuté on peut différer le début du rechargement de cette nouvelle batterie après la fin du 1 o rechargement de toutes les autres batteries, alors que si cet état de charge initial est supérieur à l'état de charge en cours des batteries dont le rechargement a débuté on peut commencer le rechargement de cette nouvelle batterie lorsque l'état de charge des autres batteries en cours de rechargement devient égal à son propre état de charge initial; 15 - à l'étape (i) chaque véhicule peut fournir au point de recharge son état de charge initial consécutivement à sa connexion à l'un des connecteurs du point de recharge; à l'étape (i) on peut classer les batteries en fonction de leurs états de charge initiaux respectifs, en partant de celle ayant l'état de charge initial le 20 plus faible, laquelle est alors dite première batterie, et en terminant par celle ayant l'état de charge initial le plus élevé. L'invention propose également un dispositif, dédié au contrôle du rechargement en parallèle et en courant continu de batteries de véhicules connectés à différents connecteurs d'un même point de recharge comprenant 25 en outre des moyens de recharge, et agencé, lorsqu'il connaît les états de charge initiaux respectifs des batteries, pour autoriser une première batterie, qui a l'état de charge initial le plus faible, à se recharger avec un courant de recharge fourni par les moyens de recharge, puis, lorsque l'état de charge de cette première batterie est sensiblement égal à l'état de charge initial d'une 30 deuxième batterie, qui est le plus proche de l'état de charge initial le plus faible, pour autoriser à son tour cette deuxième batterie à se recharger avec le courant de recharge fourni par les moyens de recharge, et ainsi de suite jusqu'à ce que toutes les batteries aient été rechargées.
Le dispositif de contrôle selon l'invention peut comporter d'autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et notamment : - il peut être agencé, en présence de batteries requérant des courants de charge compris entre une valeur minimale et une valeur maximale, pour ordonner aux moyens de recharge d'alimenter les connecteurs avec un courant de recharge qui est égal à cette valeur minimale; - il peut être agencé, lorsqu'un nouveau véhicule est connecté à l'un des connecteurs du point de recharge, pour déterminer si l'état de charge initial de sa batterie est inférieur à l'état de charge en cours des batteries dont le rechargement a débuté, et dans l'affirmative pour différer le début du rechargement de cette nouvelle batterie après la fin du rechargement de toutes les autres batteries, ou bien dans la négative pour n'autoriser le rechargement de cette nouvelle batterie que lorsque l'état de charge des autres batteries en cours de rechargement devient égal à l'état de charge initial de cette nouvelle batterie. L'invention propose également un point de recharge en courant continu, comprenant, d'une part, au moins deux connecteurs auxquels peuvent se connecter en parallèle des véhicules disposant d'une batterie rechargeable, et, d'autre part, un dispositif de contrôle du type de celui présenté ci-avant. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et du dessin annexé, sur lequel l'unique figure illustre schématiquement et fonctionnellement une borne de recharge comportant un dispositif de contrôle selon l'invention et quatre connecteurs auxquels sont respectivement connectés quatre véhicules dont les batteries doivent être rechargées en courant continu. Le dessin annexé pourra non seulement servir à compléter l'invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant.
L'invention a pour but d'offrir un procédé de contrôle, et un dispositif de contrôle D associé, destinés à permettre le rechargement en parallèle et en courant continu des batteries BAi de plusieurs (au moins deux) véhicules Vi, de type tout électrique ou hybride, via des connecteurs CRj d'un point de recharge en courant continu BR. Dans ce qui suit, on considère, à titre d'exemple non limitatif, que les véhicules Vi sont de type automobile. Il s'agit par exemple de voitures de type tout électrique ou hybride. Mais, l'invention n'est pas limitée à ce type de véhicule. Elle concerne en effet tout type de véhicule disposant d'au moins un moteur électrique alimenté par au moins une batterie électrique BAi pouvant être rechargée auprès d'un point de recharge BR connecté à une portion d'un réseau d'alimentation électrique RA, comme par exemple une borne de recharge publique ou privée ou une prise de courant d'un bâtiment public ou 1 o privé. Par ailleurs, on considère dans ce qui suit, à titre d'exemple non limitatif, que le point de recharge BR est une borne de recharge publique implantée dans une station service. Mais, l'invention n'est pas limitée à ce type de point de recharge. Elle concerne en effet tout type de point de 15 recharge, public ou privé, permettant d'effectuer une recharge rapide en courant continu. On a schématiquement représenté sur l'unique figure un point de recharge BR (ici une borne de recharge publique d'une station service), comportant quatre connecteurs CRj (j = 1 à 4). On notera que l'invention 20 s'applique dès lors que le point de recharge BR comprend au moins deux connecteurs CRj pouvant fournir simultanément des courants de recharge, et que la réduction du temps d'attente moyen est d'autant plus importante que le nombre de connecteurs CRj d'un point de recharge BR est élevé. Cette borne (de recharge) BR comprend des moyens de recharge 25 MR, connectés à une portion d'un réseau d'alimentation électrique RA, et des moyens de gestion MG chargés de gérer le rechargement de chaque batterie BAi appartenant à un véhicule Vi connecté à l'un des connecteurs CRj. On entend ici par "portion de réseau d'alimentation électrique" une partie d'un réseau d'alimentation électrique qui alimente une zone 30 géographique via un transformateur moyenne tension / basse tension (non représenté). Les moyens de recharge MR comprennent notamment un convertisseur chargé de convertir le courant alternatif, qui est fourni par le réseau d'alimentation électrique RA, en un courant continu régulé. Les moyens de gestion MG sont chargés de dialoguer avec des unités de contrôle de rechargement UCi qui sont couplées aux batteries BAi au sein des véhicules Vi. Ce dialogue est destiné à permettre la fourniture aux moyens de gestion MG des paramètres qui définissent chaque batterie BAi, et notamment son type et son état de charge (ou SOC (pour "State Of Charge")), ainsi qu'éventuellement sa température courante et/ou son état de vieillissement. On notera que ces unités de contrôle de rechargement UCi, tout comme les moyens de gestion MG, peuvent constituer ce que l'homme de l'art appelle parfois en langue anglaise des "Electronic Control Units" (ou ECUs). Il s'agit en général de calculateurs. On considère ici que chaque connecteur CRj comprend un câble informatique, permettant l'échange de messages entre chaque unité de contrôle de rechargement UCi et les moyens de gestion MG, et deux fils électriques permettant la circulation du courant de recharge entre les batteries BAi et les moyens de recharge MR. Mais, dans une variante, le câble informatique et les deux fils électriques pourraient être dissociés. Dans une autre variante, on pourrait ne prévoir que des fils électriques. Dans ce cas, les messages peuvent être générés au moyen de la technique dite des courants porteurs en ligne et transportés par les fils électriques. Par ailleurs, les câbles informatiques peuvent être connectés soit à un bus informatique qui est lui même connecté aux moyens de gestion MG, soit directement aux moyens de gestion MG. Les deux fils électriques de chaque connecteur CRj sont connectés en parallèle à deux autres fils électriques qui sont eux mêmes connectés aux moyens de recharge MR (le courant de recharge délivré en sortie de ces derniers (MR) est donc réparti entre les batteries BAi dont le rechargement a commencé). Selon un aspect, l'invention propose de mettre en oeuvre un procédé dédié au contrôle du rechargement en parallèle et en courant continu des batteries BAi de véhicules Vi qui sont connectés à un même point de recharge BR, via des connecteurs CRj. Ce procédé comprend deux étapes (i) et (ii). Il peut être mis en oeuvre au moyen, notamment, d'un dispositif de contrôle D qui est implanté dans une borne (de recharge) BR. On notera que dans l'exemple non limitatif illustré sur l'unique figure, le dispositif de contrôle D fait partie des moyens de gestion MG de la borne BR. Mais, cela n'est pas obligatoire. Il pourrait en effet être indépendant des moyens de gestion MG tout en étant couplé à ces derniers (MG). Par conséquent, le dispositif de contrôle D, selon l'invention, peut être réalisé sous la forme de modules logiciels (ou informatiques), ou bien d'une combinaison de circuits électroniques et de modules logiciels, ou encore de circuits électroniques.
Une première étape (i), du procédé, consiste à déterminer les états de charge (SOCs) initiaux respectifs des batteries BAi qui sont couplées à des connecteurs CRj de la borne BR. Il est important de noter que les batteries BAi ne sont pas forcément couplées sensiblement simultanément à des connecteurs CRj de la borne BR.
Des véhicules Vi peuvent en effet être connectés pendant que d'autres (Vi', avec i' # i) sont déjà en cours de rechargement. Par conséquent, chaque fois qu'un nouveau véhicule Vi est connecté à un connecteur CRj de la borne BR on détermine l'état de charge initial de sa batterie BAi (pendant une première étape (i)).
Cette détermination se fait par échange de message(s) entre l'unité de contrôle de rechargement UCi du véhicule Vi (nouvellement connecté) et les moyens de gestion MG de la borne BR. De préférence, c'est l'unité de contrôle de rechargement UCi du véhicule Vi qui transmet automatiquement aux moyens de gestion MG l'état de charge initial de sa batterie BAi (par exemple en même temps que les autres paramètres qui définissent cette dernière (BAi) et qui sont utiles aux moyens de gestion MG pour déterminer le courant de recharge nécessaire à son rechargement). Par exemple, le dispositif de contrôle D est chargé de classer, pendant la première étape (i), les batteries BAi en fonction de leurs états de 3o charge initiaux respectifs. Ce classement peut par exemple se faire de façon croissante, c'est-à-dire de la batterie BAi (alors dite "première"), qui présente l'état de charge initial le plus faible, jusqu'à la batterie BAi' (alors dite "dernière"), qui présente l'état de charge initial le plus élevé. On comprendra qu'un tel classement est préférentiellement remis à jour chaque fois qu'un nouveau véhicule est connecté à la borne BR. Une seconde étape (ii), du procédé, consiste à commencer par recharger la première batterie BAi (par exemple BA2) qui a l'état de charge initial le plus faible (par exemple égal à 10%), puis, lorsque l'état de charge de cette première batterie BA2 est sensiblement égal à l'état de charge initial (par exemple égal à 18%) d'une deuxième batterie BAi' (par exemple BAI), qui est le plus proche de l'état de charge initial le plus faible, à poursuivre le rechargement de la première batterie BA2 tout en commençant à recharger la 1 o deuxième batterie BAI . On comprendra en effet que lorsque plusieurs batteries ont à un instant donné sensiblement le même état de charge, alors qu'elles sont placées sensiblement sous une même tension, elles peuvent être rechargées simultanément en parallèle avec un même courant de recharge fourni par les 15 moyens de recharge MR. On notera qu'afin que les batteries BAi, dont l'état de charge initial est supérieur à celui des batteries en cours de recharge, ne se chargent que lorsque leur tour est venu, il est préférable que les moyens de gestion MG ordonnent à leurs unités de contrôle UCi de placer leurs relais (ou 20 contacteurs) dans un état ouvert afin qu'elles les ferment sur ordre au moment où leur rechargement doit commencer. Par conséquent, lors de cette seconde étape (ii), lorsque le dispositif de contrôle D connaît les états de charge initiaux respectifs des batteries BAi qui ont été couplées à la borne BR, il ordonne aux moyens de gestion MG 25 d'autoriser la première batterie BA2, qui a l'état de charge initial le plus faible, à se recharger avec le courant de recharge fourni par les moyens de recharge MR, puis, lorsque l'état de charge de la première batterie BA2 est sensiblement égal à l'état de charge initial de la deuxième batterie BAI, qui est le plus proche de l'état de charge initial le plus faible, il ordonne aux 30 moyens de gestion MG d'autoriser à son tour la deuxième batterie BAI à se recharger avec le courant de recharge fourni par les moyens de recharge MR. La seconde étape (ii) se poursuit sans intervention jusqu'à ce que l'état de charge des première BA2 et deuxième BAI batteries devienne sensiblement égal à l'état de charge initial (par exemple égal à 30%) d'une éventuelle troisième batterie BAi" (par exemple BA4), qui est le plus proche de l'état de charge initial de la deuxième batterie BAI . Lorsque cette situation survient, on poursuit le rechargement des première BA2 et deuxième BAI batteries tout en commençant à recharger la troisième batterie BA4. Pour ce faire, le dispositif de contrôle D ordonne aux moyens de gestion MG d'autoriser la troisième batterie BA4 à se recharger avec le courant de recharge fourni par les moyens de recharge MR. Ce mécanisme est ainsi reproduit jusqu'à ce que toutes les batteries BAi aient été rechargées. Ainsi dans l'exemple non limitatif illustré dans lequel quatre véhicules V1 à V4 sont connectés à la borne BR, la seconde étape (ii) va se poursuivre sans intervention jusqu'à ce que l'état de charge des première BA2, deuxième BAI et troisième BA4 batteries devienne sensiblement égal à l'état de charge initial (par exemple égal à 45%) de la quatrième batterie BA3. Lorsque cette situation survient, on poursuit le rechargement des première BA2, deuxième BAI et troisième BA4 batteries tout en commençant à recharger la quatrième batterie BA3. Pour ce faire, le dispositif de contrôle D ordonne aux moyens de gestion MG d'autoriser la quatrième batterie BA3 à se recharger avec le courant de recharge fourni par les moyens de recharge MR. La seconde étape (ii) se termine lorsque les première BA2, deuxième BAI, troisième BA4 et quatrième BA3 batteries se retrouvent toutes rechargées (sensiblement en même temps). On notera que pendant la seconde étape (ii), lorsque des batteries BAi requièrent des courants de charge qui sont compris entre une valeur minimale et une valeur maximale, on peut effectuer les rechargements avec un courant de charge qui est égal à cette valeur minimale. Par exemple, si une batterie requiert un courant de 100 A, alors que deux autres batteries requièrent un courant de 102 A, alors le rechargement se fait sous un courant de 100 A. Cela va légèrement ralentir le rechargement des deux autres batteries, mais de façon non significative. On notera également que pendant la seconde étape (ii), lorsqu'un nouveau véhicule Vi' est connecté à l'un des connecteurs (non utilisés) CRj' du point de recharge BR, on peut déterminer l'état de charge initial de sa batterie BAi', et si cet état de charge initial est inférieur à l'état de charge en cours des batteries BAi dont le rechargement a débuté on peut différer le début du rechargement de cette nouvelle batterie BAi' après la fin du rechargement de toutes les autres batteries, alors que si cet état de charge initial est supérieur à l'état de charge en cours des batteries BAi dont le rechargement a débuté on peut commencer le rechargement de cette nouvelle batterie BAi' lorsque l'état de charge des autres batteries BAi en cours de rechargement devient égal à son propre état de charge initial. On comprendra en effet que lorsque l'on a déjà atteint un certain état de charge pour une ou plusieurs batteries, on ne peut pas revenir en arrière afin de commencer le rechargement d'une nouvelle batterie ayant un état de charge inférieur à celui en cours. On notera également qu'une borne BR est généralement capable de fournir une certaine puissance maximale sans limitation de durée, mais que l'on n'a besoin d'utiliser cette puissance maximale qu'au début du rechargement. En effet, la batterie BAi d'un véhicule Vi ne demande une puissance maximale qu'en début de rechargement, puis sa demande de puissance décroît au fur et à mesure qu'elle se charge. Par conséquent, après quelques instants la borne BR n'est pas utilisée à pleine capacité pour un seul véhicule Vi qui se charge. L'invention propose donc avantageusement de répartir la puissance maximale disponible entre plusieurs batteries, une fois qu'une première batterie n'a plus besoin de la totalité de cette puissance. Ce partage de puissance ne pose pas de véritable problème dans la mesure où le début du rechargement est beaucoup plus rapide que la fin du rechargement. Ainsi, si Ti est le temps de rechargement d'une première batterie BA2 et T2 le temps de rechargement d'une deuxième batterie BAI , Ti et T2 se chevauchent sur une durée qui est plus grande que la durée de rallongement de leurs courbes d'évolution du courant de batterie et de tension des éléments de batterie, ce qui induit un gain du temps cumulé de rechargement de ces première BA2 et deuxième BAI batteries. L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation de procédé de contrôle, de dispositif de contrôle, et de point de recharge décrits ci-avant, seulement à titre d'exemple, mais elle englobe toutes les variantes que pourra 11 envisager l'homme de l'art dans le cadre des revendications ci-après.