FR2979764A1 - Procede et dispositif de recharge optimisee de batterie electrique - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un procédé de recharge optimisée de la batterie électrique (BAT) d'au moins un système électrique (V ) par un dispositif de recharge électrique (T ), dans lequel la batterie électrique est rechargée (500) durant une période de temps de charge (Tc) appartenant à une période de temps de recharge disponible (Td) initiée par le branchement du système de recharge de la batterie électrique au dispositif de recharge électrique, cette période de temps de charge débutant à un instant de début de charge (t ) déterminé (400) en fonction d'une courbe de charge (TLC) associée audit dispositif de recharge électrique, d'un niveau de puissance limite de charge (P ) et du niveau (E ) d'énergie électrique résiduelle contenue dans la batterie électrique lors du branchement du système de charge de la batterie électrique au dispositif de recharge électrique. L'invention concerne également un dispositif (T ) de recharge optimisée mettant en oeuvre un tel procédé, ainsi qu'un système de recharge optimisée (S ) comprenant un tel dispositif de recharge optimisée.

Description

Procédé et dispositif de recharge optimisée de batterie électrique L'invention concerne le domaine de la gestion de la recharge de batteries électriques, et notamment la recharge de batteries de véhicules électriques. Il existe actuellement une multitude de systèmes électriques disposant d'un système de stockage d'énergie électrique, notamment constitué d'une ou plusieurs batteries électriques et de leur système de recharge associé, pouvant ainsi être connectés à un réseau électrique afin d'être rechargé électriquement.
Parmi ces systèmes électriques, on peut notamment citer les véhicules électriques disposant d'un système de stockage d'énergie électrique pouvant être connecté sur des bornes d'alimentation électriques à l'aide d'une prise de recharge. Les bornes d'alimentation électrique sont chacune connectées au réseau de distribution électrique.
Habituellement, la recharge de la batterie électrique de tels systèmes électriques démarre dès la connexion de cette batterie électrique au réseau de distribution électrique et se termine lors de la déconnexion de cette batterie électrique du réseau de distribution électrique. Ainsi, en ce qui concerne le cas particulier des véhicules électriques, cette recharge démarre dès le branchement de la prise de recharge du véhicule électrique sur la borne d'alimentation électrique et se poursuit tant que le véhicule électrique n'est pas débranché, c'est-à-dire jusqu'au moment où l'utilisateur du véhicule souhaite reprendre son véhicule ou tant que la batterie n'est pas pleine. Cependant, ce type de recharge n'est pas optimal, car cette recharge ne tient aucunement compte des contraintes liées au réseau électrique, à la batterie électrique à recharger ou à l'utilisateur du système électrique à recharger. D'une part, les contraintes du réseau électrique auquel est raccordée la borne d'alimentation électrique peuvent notamment se traduire par une courbe de charge d'un transformateur ou d'un point de livraison, qui n'est pas uniforme dans le temps. Par exemple, un transformateur est sous contrainte quand sa charge dépasse sa puissance nominale. En effet, plus le niveau de charge du transformateur est élevé, et plus ce transformateur s'échauffe, ce qui accélère son vieillissement. En outre, de grandes variations de charge peuvent induire des dilatations et des contraintes mécaniques assez brutales. A terme, ce transformateur peut devenir plus bruyant par augmentation des jeux. En ce qui concerne la batterie électrique à recharger, cette dernière peut présenter des niveaux de charge très variés lors de son branchement à une borne d'alimentation électrique, ce qui conditionne la quantité d'énergie électrique nécessaire à obtenir de la borne d'alimentation électrique, et donc la durée de recharge nécessaire pour aboutir à une recharge complète. Enfin, en ce qui concerne les contraintes de l'utilisateur du système électrique à recharger, ce dernier branche et débranche le système à des instants très variables, dépendant de son emploi du temps. Ainsi, lorsque le système électrique est une voiture électrique, le conducteur de ce véhicule gare et reprend son véhicule à des instants dépendant de son emploi du temps, ce qui conditionne le temps de charge disponible de la borne d'alimentation électrique.
La présente invention a pour objet de remédier aux inconvénients précités, en proposant un procédé de recharge optimisée permettant la prise en compte aussi bien des contraintes liées au réseau électrique que de celles liées à l'utilisateur du système électrique à recharger, ainsi que des contraintes liées à la batterie électrique à recharger, et permettant une meilleure préservation des dispositifs de recharge du réseau électrique. Elle propose à cet effet un procédé de recharge optimisée de la batterie électrique d'au moins un système électrique par un dispositif de recharge électrique, dans lequel la batterie électrique est rechargée durant une période de temps de charge appartenant à une période de temps de recharge disponible initiée par le branchement du système de recharge de la batterie électrique au dispositif de recharge électrique, cette période de temps de charge débutant à un instant de début de charge déterminé en fonction d'une courbe de charge associée au dispositif de recharge électrique, d'un niveau de puissance limite de charge et du niveau d'énergie électrique résiduelle contenue dans la batterie électrique lors du branchement du système de charge de la batterie électrique au dispositif de recharge électrique. Selon un mode de réalisation particulier, la détermination de l'instant de début de charge comprend le calcul, pour chaque instant d'une pluralité d'instants potentiels de début de charge consécutifs, d'un paramètre de charge potentielle dépendant de la différence entre la courbe de charge et le niveau de puissance limite de charge et la sélection de l'instant de début de charge correspondant à l'instant potentiel de début de charge associé au paramètre de charge de valeur maximale parmi l'ensemble des paramètres de charge potentielle calculés. De manière avantageuse, le calcul est un calcul itératif comprenant les étapes suivantes, pour un instant potentiel de début de charge : calculer le paramètre de charge potentielle associé à l'instant potentiel en fonction de la différence entre la courbe de charge et le niveau de puissance limite de charge ; et comparer la durée de l'intervalle de temps compris entre l'instant potentiel de début de charge et l'instant de fin de période de temps de recharge disponible avec la durée de la période de temps de charge ; le calcul itératif étant mis en oeuvre pour chaque instant de la pluralité d'instants potentiels de début de charge consécutifs, dans l'ordre chronologique, jusqu'à ce que la durée de l'intervalle de temps compris entre cet instant potentiel de début de charge et l'instant de fin de période de temps de recharge disponible soit inférieure à la durée de la période de temps de charge. Dans un mode de réalisation avantageux, la détermination de l'instant de début de charge comprend en outre l'échantillonnage de la courbe de charge, sur la période de temps de recharge disponible, afin d'obtenir un ensemble de n valeurs de puissance de courbe de charge associées respectivement à n intervalles de temps débutant respectivement lors de n instants potentiels de début de charge consécutifs, le paramètre de charge associé à un instant potentiel de début de charge étant égal à la somme des différences respectives, pour chaque intervalle de temps d'une pluralité d'intervalles de temps consécutifs débutant lors de l'instant potentiel de début de charge, entre le niveau de puissance limite et la valeur de puissance de courbe de charge associé à l'intervalle de temps. Avantageusement, la détermination comprend en outre l'échantillonnage d'une courbe de puissance limite de charge sur la période de temps de recharge disponible afin d'obtenir un ensemble de n valeurs de niveau de puissance limite associées respectivement aux n intervalles de temps débutant respectivement lors des n instants potentiels de début de charge consécutifs, le paramètre de charge associé à un instant potentiel de début de charge étant égal à la somme des différences respectives, pour chaque intervalle de temps d'une pluralité d'intervalles de temps consécutifs débutant lors de l'instant potentiel de début de charge, entre la valeur de niveau de puissance limite et la valeur de puissance de courbe de charge associées à l'intervalle de temps.
Selon un mode de réalisation, la période de temps de recharge disponible est déterminée en fonction de l'instant de branchement du système de recharge de la batterie électrique au dispositif de recharge électrique et d'une indication relative à un instant de fin de recharge fournie par l'utilisateur du véhicule électrique.
Selon un autre mode de réalisation, dans lequel la durée de la période de temps de charge est déterminée en fonction du niveau d'énergie électrique résiduelle contenue dans la batterie électrique lors du branchement du système de charge de la batterie électrique au dispositif de recharge électrique. Avantageusement, la durée de la période de temps de charge est égale à la différence entre une durée de charge, correspondant au temps nécessaire pour charger la batterie électrique jusqu'à un niveau d'énergie électrique souhaitée, et une durée de charge partielle, correspondant au temps nécessaire pour charger la batterie électrique jusqu'au niveau d'énergie électrique résiduelle. Dans un mode de réalisation particulier, le niveau d'énergie électrique souhaitée est un niveau de charge maximal de la batterie électrique. Selon un autre mode de réalisation, le procédé comprend une vérification préalable de la période de temps de recharge disponible en fonction de la durée de la période de temps de charge, la détermination de l'instant de début de charge de la batterie électrique n'ayant lieu que si la durée de la période de temps de recharge disponible est supérieure à la durée de la période de temps de charge. Dans un mode de réalisation, la batterie électrique appartient à une catégorie de batteries électriques présentant un certain niveau d'effet de mémoire, en particulier la catégorie des batteries électriques de type N iCd ou de type plomb acide.
La présente invention propose en outre un programme d'ordinateur comprenant des instructions pour mettre en oeuvre les étapes du procédé ci-avant lorsqu'il est exécuté par une unité de traitement d'un système de recharge électrique. Un tel programme doit être considéré comme un produit dans le cadre de la protection qui est recherchée par la présente demande de brevet.
La présente invention propose également un dispositif de recharge optimisée d'au moins un véhicule électrique, connecté à un réseau d'alimentation électrique et comprenant au moins un port de branchement apte à être connecté à la batterie électrique d'un véhicule électrique, le dispositif étant configuré pour mettre en oeuvre les étapes du procédé ci-avant suite au branchement de la batterie électrique d'un véhicule électrique sur le port de branchement du dispositif de recharge optimisée. La présente invention propose enfin un système de recharge optimisée pour recharger électriquement une flotte composée d'au moins un véhicule électrique, le système comprenant un réseau d'alimentation électrique et au moins un dispositif de recharge électrique tel que décrit ci-avant, connecté audit réseau d'alimentation électrique. Ce système peut avantageusement comprendre, en outre, un système informatique distant, connecté au dispositif de recharge électrique et comprenant une unité de traitement apte à mettre oeuvre les étapes du procédé ci-avant. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre un système de recharge optimisée de véhicules électriques selon la présente invention ; - la figure 2 illustre les étapes d'un procédé de recharge optimisée d'un véhicule électrique selon la présente invention ; - la figure 3 illustre un mode de réalisation d'u4ne étape de vérification préalable du procédé de recharge optimisée selon la présente invention ; - la figure 4 illustre un mode de réalisation de l'étape de détermination de l'instant de l'instant de début de charge du procédé selon la présente invention ; et - la figure 5 représente un graphique illustrant l'effet positif obtenu en employant le procédé de recharge électrique optimisée selon la présente invention.
On se réfère tout d'abord à la figure 1 sur laquelle est illustré un système de recharge optimisée de véhicules électriques selon la présente invention. Ce système de recharge optimisée, désigné par SE sur la figure 1, comprend au moins un dispositif de recharge électrique TE, apte à être connecté au système de recharge de la batterie électrique BAT d'un ou plusieurs systèmes électriques VE afin de la recharger électriquement. Un seul dispositif de recharge électrique TE et un seul système électrique VE sont représentés sur cette figure 1, à titre purement illustratif, mais le système de recharge optimisée SE peut comprendre un nombre quelconque de dispositifs de recharge électrique afin de pouvoir recharger électriquement un nombre quelconque de systèmes électriques. Ce dispositif de recharge électrique TE est lui-même connecté à un réseau d'alimentation électrique ENET afin d'obtenir l'énergie électrique nécessaire à cette recharge et peut consister en un transformateur électrique, par exemple. Ce dispositif TE dispose ainsi d'un ou plusieurs ports de branchement pi,...,pi apte(s) à être connecté(s) à la batterie électrique BAT d'un système électrique pour procéder à sa recharge au moyen de l'énergie électrique fourni par le réseau d'alimentation électrique ENET.
Le système électrique VE comprend une, voire plusieurs, batterie électrique BAT associée à un système de charge de cette batterie. Ce système électrique VE est utilisé par un utilisateur U qui branche, et débranche, le système de charge de cette batterie électrique BAT au dispositif de recharge électrique TE en fonction de son emploi de temps.
Sur la figure 1, à titre purement illustratif, le système électrique VE est représenté comme étant un véhicule électrique, la présente demande trouvant une application particulièrement avantageuse à ce type particulier de système électrique. Dans cet exemple illustratif, le véhicule électrique VE est conduit par un utilisateur U qui branche et débranche le système de recharge de la batterie électrique BAT au dispositif de recharge électrique TE en fonction de son emploi de temps. Un tel véhicule électrique peut être une automobile, un vélomoteur, ou tout autre équipement disposant d'une batterie électrique pouvant être rechargée depuis le réseau électrique. Ainsi, lors de l'optimisation de la recharge du système électrique VE, différentes contraintes s'appliquent au système de recharge optimisée décrit à la figure 1 : - les contraintes liées au réseau de recharge électrique, telle que la courbe de charge associée au dispositif de recharge électrique TE ; - les contraintes liées à la batterie électrique à recharger, telles que le profil de charge de la batterie électrique BAT, ou l'énergie électrique encore stockée dans cette batterie lorsque l'utilisateur U branche cette batterie BAT au dispositif de recharge électrique TE ; et - les contraintes liées à l'utilisateur U lui-même, notamment au niveau de son emploi de temps, qui influencent les instants de branchement et de débranchement du système électrique sur le dispositif de recharge électrique TE, et donc la durée disponible de recharge de la batterie BAT.
Dans la présente invention, la batterie électrique BAT du système électrique VE est ainsi rechargée durant au moins un intervalle de temps de charge ATchg(i) appartenant à une période de temps de recharge disponible Td, qui est initiée par le branchement du système de recharge de cette batterie électrique BAT au dispositif de recharge électrique TE, ce qui permet d'optimiser la recharge de cette batterie en fonction de certaines contraintes liées à l'utilisateur en matière d'emploi du temps. Par ailleurs, l'intervalle de temps de charge ATchg(i) est déterminé en fonction d'une courbe de charge TLC associée au dispositif de recharge électrique TE, ce qui permet également d'optimiser la recharge de la batterie électrique BAT en fonction de contraintes liées au dispositif de recharge électrique TE, et donc au système de recharge optimisée SE. Une telle courbe de charge TLC peut être estimée à un moment donnée, ou mise à jour en cours de charge, de manière à assurer une optimisation continue de la charge par rapport à l'état instantané du dispositif de recharge électrique TE. La mise à jour de la courbe de charge TLC peut en particulier être réalisée grâce à l'échantillonnage en temps-réel de la charge du dispositif de recharge électrique TE. Une telle mise à jour est particulièrement intéressante dans le cas où un grand nombre de batteries se connectent et se rechargent en même temps, ce qui peut induire des variations importantes de la courbe de charge TLC.
On se réfère maintenant à la figure 2, sur laquelle sont illustrées les étapes d'un procédé de recharge optimisée de la batterie électrique d'un système électrique selon la présente invention.
Ce procédé concerne la recharge électrique optimisée de la batterie électrique d'un ou plusieurs systèmes électriques VE par un dispositif de recharge électrique TE, le système électrique VE comprenant une batterie électrique BAT associée à un système de recharge pouvant être connecté à cet dispositif de recharge électrique TE afin de procéder à cette recharge. Par la suite, la recharge optimisée d'un seul système électrique VE est décrite à titre illustratif, mais le procédé peut s'appliquer à la recharge d'un nombre quelconque de systèmes électriques. Ce procédé peut tout d'abord comprendre la détermination (étape 100) d'une période de temps de recharge disponible Td, effectuée pour tenir compte des contraintes de l'utilisateur, en particulier en termes d'emploi du temps, ce qui influence le temps disponible pour procéder à la recharge de la batterie électrique BAT. Ainsi, l'instant tA de branchement du système de recharge de la batterie électrique BAT au dispositif de recharge électrique TE permet de déterminer le début de la période de temps de recharge disponible Td. En d'autres termes, cet instant tA de branchement de la batterie électrique initie la période de temps de recharge disponible Td. Pour déterminer l'instant tp correspondant à la fin la période de temps de recharge disponible Td, il est avantageux de demander à l'utilisateur d'indiquer l'heure à laquelle il prévoit de déconnecter le système électrique VE (par exemple l'heure à laquelle il prévoit de reprendre son véhicule électrique), par exemple son heure de départ le matin avant de partir au travail. L'utilisateur U peut ainsi fournir une indication relative à cet instant tp de fin de recharge, par exemple via une interface web spécifiquement dédiée à cet effet sur un smartphone ou sur le tableau de bord du véhicule électrique employé.
Une fois cette période de temps de recharge disponible Td déterminée, le procédé se poursuit par la détermination (étape 200) de la durée T100 de charge à appliquer à la batterie électrique BAT, en fonction de l'énergie électrique résiduelle Ein contenue dans la batterie électrique BAT lors de son branchement au dispositif de recharge TE. En particulier, cette durée T100 de charge est déterminée pour permettre le rechargement de la batterie électrique jusqu'à une énergie électrique E souhaitée, d'une valeur prédéfinie, qui peut être typiquement l'énergie Emax maximale pouvant être stockée dans cette batterie électrique BAT correspondant à une recharge complète de cette batterie.
La figure 3 illustre un mode de réalisation d'une telle étape 200 de détermination de la durée T100 de la période de temps de charge à appliquer à la batterie électrique. Dans ce mode de réalisation, une première durée de charge partielle Tx, correspondant au niveau d'énergie électrique résiduelle Ein contenue dans la batterie électrique BAT lors de son branchement au dispositif de recharge TE, est tout d'abord calculée (étape 210). En d'autres termes, cette durée de charge partielle Tx correspond au temps nécessaire pour charger la batterie électrique BAT, à partir d'un état où elle est vide d'énergie (c'est-à-dire en partant d'un état de charge SoC nul), jusqu'au niveau d'énergie électrique résiduelle Ein.
Dans le cas particulier où l'information disponible au moment du branchement consiste en un état de charge SoCo de la batterie BAT, ce niveau d'énergie électrique résiduelle Ein est calculé au préalable au moyen de l'équation (1) suivante : (1) E, = E SoCo où : - Eexpl est la capacité exploitable de cette batterie BAT ; et - SoCo est l'état de charge de la batterie électrique BAT au moment de son branchement au dispositif de recharge TE (i.e. à l'instant tA illustré sur la figure 4).
La durée de charge partielle Tx est alors déterminée grâce à l'équation (2) suivante : Tx (2) =11 BAT 11 ch'r f PFL(t)dt , o où : - ABAT est le paramètre d'efficacité de la batterie électrique BAT, compris entre 0 et 100% ; - llchrgr est le paramètre d'efficacité du chargeur de cette batterie BAT, compris également entre 0 et 100% ; et - PFL(t) est le profil de la charge de la batterie électrique BAT prélevée du réseau d'alimentation électrique. Une deuxième durée de charge Tcomp, correspondant au temps nécessaire pour recharger la batterie électrique BAT jusqu'à un niveau E d'énergie électrique souhaitée à partir d'un état où elle est vide d'énergie (c'est-à-dire en partant d'un état de charge SoC nul), est ensuite déterminée (étape 220) en fonction du le profil PFL(t) de charge de la batterie électrique BAT. Cette deuxième durée de charge Tcomp peut être calculée grâce à l'équation (3) suivante : Tcomp (3) E - 11 BAT 11 chrgr J PFL(t)dt 0 En particulier, lorsque le niveau E d'énergie électrique souhaitée correspond à au niveau de charge maximal Emax de la batterie électrique BAT, alors cette deuxième durée de charge Tcomp correspond à une durée de charge complète, c'est-à-dire au temps nécessaire pour recharger complètement la batterie électrique BAT à partir d'un état où elle est vide d'énergie. Dans ce cas particulier, cette durée de charge complète Tcomp est obtenue grâce à l'équation (4) suivante : Tcomp (4) Emax -11BAT 11chrgr J PFL(t)dt o où Emax est le niveau de charge maximal de la batterie électrique BAT. Les étapes 210 et 220 de détermination de la première durée de charge partielle Tx et de la deuxième durée de charge Tcomp ne sont pas nécessairement réalisées dans l'ordre indiqué précédemment, mais peuvent très bien être réalisées dans l'ordre inverse, c'est-à-dire avec une détermination de la deuxième durée de charge Tcomp précédant la détermination de la première durée de charge partielle Tx. Une fois les durées Tx et Tcomp déterminées, la durée T100 de charge, correspondant au temps nécessaire pour charger la batterie électrique BAT d'un état où elle contient l'énergie électrique résiduelle Ein à un état où elle contient l'énergie électrique E souhaitée (typiquement un état de charge complète à un niveau Emax), peut alors être déterminée (étape 230) au moyen de l'équation (5) suivante : (5) T100 = Tcomp- Tx Pour revenir au procédé de recharge optimisée illustré à la figure 2, après avoir déterminé la période de temps de recharge disponible Td et la durée T100 de charge à appliquer à la batterie électrique BAT, il est avantageux de vérifier que la période de temps de recharge disponible Td est suffisante, afin de n'engager le processus de recharge optimisée que lorsque c'est le cas. Dans le cas contraire, un processus de recharge électrique classique peut être mis en oeuvre durant toute la durée de la période de temps de recharge disponible Td.
On procède pour cela à la comparaison (étape 300) entre la durée de la période de temps de recharge disponible Td et la durée de charge Tloo, afin de déterminer si l'on dispose de suffisamment de temps pour effectuer une recharge complète. Si cette durée T100 est inférieure ou égale à la durée de la période de temps de recharge disponible Td, alors il est possible de mettre en oeuvre avantageusement le procédé de recharge optimisé selon la présente invention. Si, par contre, cette durée T100 est supérieure à la période de temps de recharge disponible Td, alors une recharge complète et optimisée de la batterie électrique BAT n'est pas possible. Dans ce dernier cas, on peut procéder à une recharge électrique traditionnelle (étape 350) au cours de laquelle le profil de charge PFL(t), tronqué par la durée Tx, est appliqué durant toute la période de temps de recharge disponible Td, c'est-à-dire où le plan de charge durant cette période Td se base sur une puissance de charge ayant un profil correspondant à P(t) = PFL(Tx + .
Après avoir déterminé la période de temps de recharge disponible Td et la durée de charge T100, et éventuellement vérifié que la durée T100 est bien inférieure ou égale à la durée de cette période de temps de recharge disponible Td, on détermine (étape 400) un instant de début de charge, désigné par tdc, dans la période de temps de recharge disponible Td en fonction d'une courbe de charge TLC associée au dispositif de recharge électrique et d'un niveau de puissance limite de charge, désigné par Phi, et pouvant être avantageusement fixé par exemple à 50-60 % de la puissance de charge nominale du dispositif de recharge électrique TE, afin de tenir compte des contraintes du réseau électrique (reflétées par cette courbe de charge TLC du dispositif de recharge électrique TE).
La batterie électrique BAT est alors rechargée (étape 500) durant une période de temps de charge Tc, incluse dans la période de temps de recharge disponible Td et débutant à l'instant de instant de début de charge tdc et dont la durée correspond à la durée de charge T100. En d'autres termes, la période de temps de charge Tc peut être définie selon la formule (6) suivante : (6) Tc = [tde; tde +Tioo] Ainsi, la recharge de la batterie électrique BAT se fait en tenant compte des contraintes de l'utilisateur (reflétées par la période de temps de recharge disponible Td), du réseau électrique (reflétées par la courbe de charge TLC du dispositif de recharge électrique TE et la valeur de puissance limite Piim) et du véhicule électrique (reflétées par l'énergie électrique résiduelle Ein encore contenue dans la batterie électrique BAT au moment de son branchement sur le dispositif de recharge électrique TE).
La figure 4 illustre un mode de réalisation de l'étape 400 de détermination de l'instant de l'instant de début de charge tdc, selon la présente invention. En particulier, cette détermination comprend le calcul (étape 420), pour chaque instant tpdc(k) (où l'indice k est un nombre entier) d'une pluralité d'instants potentiels de début de charge consécutifs tpdc(1),...,tpdc(n) (où l'indice n est un nombre entier supérieur ou égal à 1) inclus dans la période de temps de recharge disponible Td, d'un paramètre de charge potentielle Ak dépendant de la différence entre la courbe de charge TLC et le niveau de puissance limite de charge Phm. Ainsi, à chaque instant potentiel de début de charge tpdc(k) correspond un paramètre de charge potentielle Ak dépendant de la différence entre la courbe de charge TLC et le niveau de puissance limite de charge Phm. L'instant de début de charge tdc est alors sélectionné (étape 430) comme étant l'instant potentiel de début de charge associé au paramètre Akmax de charge potentielle maximale présentant la valeur maximale parmi l'ensemble des paramètres A1,...,An de charge potentielle calculés. Ce paramètre Akmax de charge potentielle maximale étant associé à l'instant potentiel de début de charge d'indice kmax, c'est-à-dire à tpdc(kmax), l'instant de début de charge tdc est donc déterminé comme étant l'instant potentiel de début de charge tpdc(kmax).
Des paramètres de charge Ak sont ainsi d'abord calculés pour une pluralité d'instants potentiel de début de charge tpdc(k), avant de sélectionner ensuite l'instant potentiel de début de charge tpdc(kmax) correspondant au paramètre de charge maximal parmi les paramètres de charge Ak calculés. Pour obtenir ces paramètres de charge Ak, l'étape 420 de calcul est avantageusement mise en oeuvre sous la forme d'un calcul itératif comprenant les étapes suivantes, pour un k-ième instant potentiel de début de charge tpdc(k), en commençant par le premier instant potentiel de début de charge tpdc(1), lequel peut correspondre à l'instant tA de branchement du système de recharge de la batterie électrique sur le dispositif de recharge électrique TE - On calcule (étape 421) le paramètre de charge potentielle Ak associé au kième instant potentiel tpdc(k), en fonction de la différence entre la courbe de charge TLC et le niveau de puissance limite de charge Ph, ; - On compare ensuite (étape 423) la durée de l'intervalle de temps [tpdc(k) ; compris entre le k-ième instant potentiel de début de charge tpdc(k) et l'instant tip de fin de période de temps de recharge disponible Td, avec la durée T100 de la période de temps de charge Tc. Ces étapes sont répétées, pour chaque instant tpdc(k) de la pluralité d'instants potentiels de début de charge consécutifs, dans l'ordre chronologique (c'est-à-dire, en incrémentant l'indice k, dans l'ordre tpdc(1), tpdc(2), etc.) jusqu'à ce que l'étape de comparaison révèle que la durée de l'intervalle de temps [tpdc(k) ; tp] est inférieure à la durée T100 de la période de temps de charge Tc. La répétition des étapes 421 et 423 est symbolisée, sur la figure 4, par une boucle d'itération avec incrémentation (étape 425) de l'indice k, de valeur initiale égale à 1.
Cette opération revient graphiquement à évaluer une aire comprise entre la valeur de puissance limite Ph, et la courbe de charge TLC du dispositif de recharge électrique TE sur une fenêtre glissante de temps, de largeur correspondant à la durée de charge T100, se déplaçant dans la période de temps de recharge disponible Td, à partir de l'instant tA de branchement de la batterie électrique BAT, jusqu'à ce que la fenêtre glissante atteigne la fin de la période de temps de recharge disponible Td. L'instant choisi pour démarrer la recharge de la batterie électrique BAT est alors celui qui maximise cette aire au cours du glissement de cette fenêtre glissante de temps sur la période de temps de recharge disponible Td. On optimise ainsi l'heure de début de la recharge pour que celle-ci se situe principalement à un moment où la courbe de charge du dispositif de recharge électrique TE est minimale, et suffisamment tôt pour que la batterie soit chargée à un niveau d'énergie souhaité à la fin de la période de recharge disponible Td. Dans un mode de réalisation avantageux, l'étape 400 de détermination comprend, préalablement à l'étape 420 de calcul, une étape 410 d'échantillonnage permet de manipuler aisément des données relatives à la courbe de charge TLC et/ou au niveau de puissance limite de charge Phm, notamment de travailler en temps discret, ce qui est plus facilement réalisable notamment avec des moyens informatiques. En particulier, on procède à l'échantillonnage (étape 411) de la courbe de charge TLC sur la période de temps de recharge disponible Td, afin d'obtenir un ensemble {TLC(i)}1<,<n comprenant n valeurs de puissance de courbe de charge TLC(1),...,TLC(i),...TLC(n) associées respectivement à n intervalles de temps AT(1),...,AT(i),...,AT(n) débutant respectivement lors de n instants potentiels de début de charge tpdc(1),...,tpdc(i),..., tpdc(n) consécutifs appartenant à la période de temps de recharge disponible Td. Cet échantillonnage est avantageusement réalisé avec un pas de temps prédéterminé correspondant à une durée d'intervalle de temps de recharge AT, une valeur de puissance de courbe de charge TLC(i) étant alors associée à l'indice de temps i désignant le i-ème intervalle de temps AT(i) compris dans la période de temps de recharge disponible Td. Dans ce cas, à l'issue de cette phase d'échantillonnage, les intervalles de temps AT(1),...,AT(i),...,AT(n) consécutifs, débutant respectivement lors de n instants potentiels de début de charge tpdc(1),...,tpdc(i),..., tpdc(n) consécutifs, et associés respectivement aux valeurs de puissance de courbe de charge TLC(1),...,TLC(i),...,TLC(n), peuvent aussi être désignées par une succession d'indice de temps 1,...,i,....n, respectant la relation AT(i)=i*AT. Dans ce cas, le k-ième paramètre de charge Ak, associé au k-ième instant potentiel de début de charge tpdc(k), est égal à la somme des différences respectives, pour chaque intervalle de temps AT(i) d'une pluralité d'intervalles de temps consécutifs AT(k) à AT(k+kioo) (où l'indice k100 est un nombre entier dénombrant le nombre d'intervalles de temps consécutifs au premier intervalle AT(k)) débutant lors de l'instant potentiel de début de charge tpdc(k), entre le niveau de puissance limite et la valeur de puissance de courbe de charge TLC(i) associé audit intervalle de temps AT(i). En d'autres termes, le paramètre de charge Ak est obtenu selon la formule (7) suivante : k+k[oo (7) Ak L Ph ,' - TLC(i) Ce mode de réalisation s'applique particulièrement dans la cas où la valeur de puissance de limite Piim est constante sur la période de temps de recharge disponible 30 Td. Dans un autre mode de réalisation où la valeur de puissance de limite Pijm n'est pas constante sur la période de temps de recharge disponible Td, mais est une fonction Phm(t) variable sur cette période Td, représentée par une courbe de puissance de limite de charge, alors l'étape 410 d'échantillonnage comprend avantageusement, en outre, l'échantillonnage (étape 413) de la courbe de puissance limite de charge Phm(t) sur la période de temps de recharge disponible Td afin d'obtenir un ensemble de n valeurs de niveau de puissance limite Ph,(1),...,Phm(i),...,Phm(n) associées respectivement aux n intervalles de temps AT(1),...,AT(i),...,AT(n) débutant respectivement lors des n instants potentiels de début de charge tpdc(1),...,tpdc(i),..., tpdc(n) consécutifs appartenant à la période de temps de recharge disponible Td. Ainsi, dans ce mode de réalisation, à chaque instant potentiel de début de charge toc(i) sont associées, outre un intervalle de temps AT(i) débutant à cet instant, une valeur de niveau de puissance limite Phm(i) et une valeur de puissance de courbe de charge TLC(i). Dans ce cas, le paramètre de charge Ak associé au k-ième instant potentiel de début de charge tpdc(k) est égal à la somme des différences respectives, pour chaque intervalle de temps AT(i) de la pluralité d'intervalles de temps consécutifs AT(k) à AT(k+kioo) débutant lors de l'instant potentiel de début de charge tpdc(k), entre la valeur de niveau de puissance limite Phm(i) et la valeur de puissance de courbe de charge TLC(i) associés audit intervalle de temps AT(i). En d'autres termes, le paramètre de charge Ak est ici obtenu selon la formule (8) suivante : k+kwo (8) Ak EP, (i)-TLC(i) La figure 5 est un graphique illustrant l'effet positif obtenu au moyen du procédé de recharge optimisée selon la présente invention.
Sur ce graphique sont illustrées, d'une part, la courbe de charge TLC d'un transformateur électrique durant une journée entière, ainsi que la courbe représentant l'évolution temporelle de la puissance limite Ph, au-delà de laquelle cette courbe de charge TLC induit des effets délétères.
L'instant d'arrivée tA de l'utilisateur à 18 heures (i.e. l'instant de branchement d'un véhicule électrique VE au transformateur) et l'instant de départ tip de l'utilisateur vers 7 heures (i.e. l'instant de débranchement du véhicule électrique VE de la borne d'alimentation) sont indiqués, ce qui permet de définir une période de charge disponible Td équivalent à l'intervalle [tA ; En bas de ce graphique est illustrée, d'autre part, la courbe CRM représentant temporellement la modulation de la puissance de charge appliquée à la batterie électrique BAT. On voit bien en particulier, sur cette courbe CRM, que la puissance de charge appliquée à la batterie électrique BAT est principalement maximale à des moments où la courbe de charge TLC est minimale, et tout du moins en dessous du niveau de puissance limite Phm. Par ailleurs, la période de charge Tc est une période continue se situant entre 0 et 6 h, ce qui permet d'atteindre un niveau de charge souhaité au moment de l'instant tij de départ prévu par l'utilisateur.
Enfin, la courbe de charge résultante, désignée par TLC+VE, est illustrée. On voit bien, sur cette courbe de charge résultante, que ce sont principalement les parties minimales de la courbe de charge TLC, situées en dessous du niveau de puissance limite Piim, qui sont rehaussées par la recharge optimisée du véhicule VE. Par conséquent, l'augmentation de la courbe de charge induite par la recharge du véhicule VE se cantonne principalement à des valeurs de charge minimales de la courbe de charge TLC, ce qui limite les effets délétères engendrés pour le transformateur électrique, contrairement à ce qui serait le cas si la recharge était activée de façon permanente durant la période [tA ; Les différentes étapes du procédé de recharge optimisée décrit précédemment peuvent notamment être mises en oeuvre par un programme, susceptible d'être exécuté par une unité de traitement d'un système de recharge optimisée, implémentée par exemple sous la forme d'un ordinateur ou d'un processeur de données, ce programme comportant des instructions pour commander l'exécution des étapes d'un procédé tel que mentionné ci-dessus. En particulier, l'unité de traitement en question peut être située dans le dispositif de recharge optimisée TE ou dans le système électrique VE, afin de gérer localement la recharge des véhicules électrique. L'unité de traitement en question peut aussi être située à distance de ce dispositif de recharge optimisée TE, dans un système informatique distant appartenant au système de recharge optimisée SE, afin de gérer de façon centralisée cette recharge, ce qui est approprié dans le cas d'une flotte de grande envergure. Dans ce dernier cas, des consignes sont communiquées au dispositif de recharge optimisée TE ou au système électrique VE via différents réseaux de télécommunication afin de gérer la recharge optimisée.
Pour sa part, le programme peut utiliser n'importe quel langage de programmation, et être sous la forme d'un code source, code objet, ou de code intermédiaire entre code source et code objet, tel que dans une forme partiellement compilée, ou dans n'importe quelle autre forme souhaitable.
L'invention vise aussi un support d'informations lisible par un ordinateur ou processeur de données, et comportant des instructions d'un programme tel que mentionné ci-dessus. Ce support d'informations peut être n'importe quelle entité ou dispositif capable de stocker le programme. Par exemple, le support peut comporter un moyen de stockage, tel qu'une ROM, par exemple un CD-ROM ou une ROM de circuit microélectronique, ou encore un moyen d'enregistrement magnétique, par exemple une disquette ou un disque dur. D'autre part, le support d'informations peut être un support transmissible tel qu'un signal électrique, électromagnétique ou optique, qui peut être acheminé via un câble électrique ou optique, par radio ou par d'autres moyens. Le programme selon l'invention peut être en particulier téléchargé sur un réseau de type Internet. Alternativement, le support d'informations peut être un circuit intégré dans lequel le programme est incorporé, le circuit étant adapté pour exécuter ou pour être utilisé dans l'exécution du procédé en question. Le procédé de recharge optimisée de la présente invention trouve une application particulièrement intéressante dans le cadre de la recharge de batteries électrique pour lesquelles des recharges avec pauses/coupures ne sont pas recommandées, ou encore pour certaines technologies de batteries subissant un certain niveau d'effet mémoire, par exemple les batteries de type NiCd ou les batteries de type plomb acide. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour autant sortir du cadre de l'invention. Ainsi, le système électrique a été illustré précédemment sous la forme d'un véhicule électrique. Cependant, le système électrique VE peut très bien prendre la forme de n'importe quel système électrique ayant des capacités de stockage d'énergie électrique, par exemple un téléphone portable disposant d'une batterie électrique à recharger.35

Claims (15)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé de recharge optimisée de la batterie électrique (BAT) d'au moins un système électrique (VE) par un dispositif de recharge électrique (TE), dans lequel la batterie électrique est rechargée (500) durant une période de temps de charge (Tc) appartenant à une période de temps de recharge disponible (Td) initiée par le branchement du système de recharge de la batterie électrique au dispositif de recharge électrique, ladite période de temps de charge débutant à un instant de début de charge (tdc) déterminé (400) en fonction d'une courbe de charge (TLC) associée audit dispositif de recharge électrique, d'un niveau de puissance limite de charge (Piim) et du niveau (Ein) d'énergie électrique résiduelle contenue dans la batterie électrique lors du branchement du système de charge de la batterie électrique au dispositif de recharge électrique.
  2. 2. Procédé de recharge optimisée selon la revendication 1, dans lequel la détermination (400) de l'instant de début de charge (tdc) comprend : le calcul (420), pour chaque instant (tpdc(k)) d'une pluralité d'instants potentiels de début de charge consécutifs, d'un paramètre de charge potentielle (Ak) dépendant de la différence entre la courbe de charge (TLC) et le niveau de puissance limite de charge (PI,m) ; et la sélection (430) de l'instant de début de charge (tdc) correspondant à l'instant potentiel de début de charge (tpdc(kmax)) associé au paramètre (Akmax) de charge de valeur maximale parmi l'ensemble des paramètres de charge potentielle calculés.
  3. 3. Procédé de recharge optimisée selon la revendication 2, dans lequel le calcul (420) est un calcul itératif comprenant les étapes suivantes, pour un instant potentiel de début de charge (tpdc(k)) : calculer (421) le paramètre de charge potentielle (Ak) associé audit instant potentiel (tpdc(k)) en fonction de la différence entre la courbe de charge (TLC) et le niveau de puissance limite de charge (Piim) ; et comparer (423) la durée de l'intervalle de temps compris entre ledit instant potentiel de début de charge (tpdc(k)) et l'instant (tD) de fin de période de temps de recharge disponible (Td) avec la durée (T100) de la période de temps de charge (Tc) ; le calcul itératif (420) étant mis en oeuvre pour chaque instant (tpdc(k)) de la pluralité d'instants potentiels de début de charge consécutifs, dans l'ordrechronologique, jusqu'à ce que la durée de l'intervalle de temps compris entre ledit instant potentiel de début de charge (tpdc(k)) et l'instant (tD) de fin de période de temps de recharge disponible (Td) soit inférieure à la durée (T100) de la période de temps de charge (Tc).
  4. 4. Procédé de recharge optimisée selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la détermination (400) de l'instant de début de charge (tdc) comprend en outre l'échantillonnage (411) de la courbe de charge (TLC), sur la période de temps de recharge disponible (Td), afin d'obtenir un ensemble de n valeurs de puissance de courbe de charge ({TLC(i)}1<,<n) associées respectivement à n intervalles de temps ({AT(i)}1<,<n) débutant respectivement lors de n instants potentiels de début de charge ({tpdc(i)n) consécutifs ; le paramètre de charge (Ak) associé à un instant potentiel de début de charge (tpdc(k)) étant égal à la somme des différences respectives, pour chaque intervalle de temps (AT(i)) d'une pluralité d'intervalles de temps consécutifs débutant lors de l'instant potentiel de début de charge, entre le niveau de puissance limite (PI,m) et la valeur de puissance de courbe de charge (TLC(i)) associé audit intervalle de temps.
  5. 5. Procédé de recharge optimisée selon la revendication 4, dans lequel la détermination (400) comprend en outre l'échantillonnage (413) d'une courbe de puissance limite de charge (PI,m(t)) sur la période de temps de recharge disponible (Td) afin d'obtenir un ensemble de n valeurs de niveau de puissance limite ({Piim(i)}in) associées respectivement aux n intervalles de temps ({AT(i)}in) débutant respectivement lors des n instants potentiels de début de charge ({tpdc(i)}1<i<n) consécutifs ; le paramètre de charge (Ak) associé à un instant potentiel de début de charge (tpdc(k)) étant égal à la somme des différences respectives, pour chaque intervalle de temps (AT(i)) d'une pluralité d'intervalles de temps consécutifs débutant lors de l'instant potentiel de début de charge, entre la valeur de niveau de puissance limite (131,m(i)) et la valeur de puissance de courbe de charge (TLC(i)) associées audit intervalle de temps.
  6. 6. Procédé de recharge optimisée selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel la période de temps de recharge disponible (Td) est déterminée (100) en fonction de l'instant (tA) de branchement du système de recharge de la batterie électrique (BAT)au dispositif de recharge électrique (TE) et d'une indication relative à un instant (tD) de fin de recharge fournie par l'utilisateur du véhicule électrique.
  7. 7. Procédé de recharge optimisée selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel la durée (T100) de la période de temps de charge (Tc) est déterminée (200) en fonction du niveau (Ein) d'énergie électrique résiduelle contenue dans la batterie électrique lors du branchement du système de charge de la batterie électrique au dispositif de recharge électrique.
  8. 8. Procédé de recharge optimisée selon la revendication 7, dans lequel la durée (Tioo) de la période de temps de charge (Tc) est égale à la différence entre une durée de charge (Tcomp), correspondant au temps nécessaire pour charger la batterie électrique jusqu'à un niveau d'énergie électrique souhaitée (E), et une durée de charge partielle (Tx), correspondant au temps nécessaire pour charger la batterie électrique jusqu'au niveau d'énergie électrique résiduelle (Ein).
  9. 9. Procédé de recharge optimisée selon la revendication 8, dans lequel le niveau d'énergie électrique souhaitée (E) est un niveau de charge maximal (Emax) de la batterie électrique.
  10. 10. Procédé de recharge optimisée selon l'une des revendications 1 à 9, comprenant une vérification préalable (300) de la période de temps de recharge disponible (Td) en fonction de la durée (Tioo) de la période de temps de charge (Tc), la détermination (400) de l'instant de début de charge (tdc) de la batterie électrique n'ayant lieu que si la durée de la période de temps de recharge disponible (Td) est supérieure à la durée (T100) de la période de temps de charge (Tc).
  11. 11. Procédé de recharge optimisée selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel la batterie électrique (BAT) appartient à une catégorie de batteries électriques présentant un certain niveau d'effet de mémoire, en particulier la catégorie des batteries électriques de type NiCd ou de type plomb acide.
  12. 12. Programme d'ordinateur comprenant des instructions pour mettre en oeuvre les étapes du procédé selon l'une des revendications 1 à 11 lorsqu'il est exécuté par une unité de traitement d'un système de recharge électrique.
  13. 13. Dispositif de recharge optimisée (TE) d'au moins un véhicule électrique (VE), connecté à un réseau d'alimentation électrique (ENET) et comprenant au moins un port de branchement (pi) apte à être connecté à la batterie électrique (BAT) d'un véhicule électrique (VE), le dispositif étant configuré pour mettre en oeuvre les étapes du procédé selon l'une des revendications 1 à 11 suite au branchement de la batterie électrique (BAT) d'un véhicule électrique (VE) sur le port de branchement du dispositif de recharge optimisée.
  14. 14. Système de recharge optimisée (SE) pour recharger électriquement une flotte composée d'au moins un véhicule électrique (VE), le système comprenant un réseau d'alimentation électrique (ENET) et au moins un dispositif de recharge électrique (TE) selon la revendication 13, connecté audit réseau d'alimentation électrique.
  15. 15. Système de recharge optimisée (SE) selon la revendication 14, comprenant en outre un système informatique distant, connecté au dispositif de recharge électrique et comprenant une unité de traitement apte à mettre oeuvre les étapes du procédé selon l'une des revendications 1 à 11.
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