FR3089170A1 - Système de transport et de recharge de véhicules électriques, utilisant une énergie produite par un système de récupération au cours du transport - Google Patents

Système de transport et de recharge de véhicules électriques, utilisant une énergie produite par un système de récupération au cours du transport Download PDF

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Abstract

La présente invention concerne un système comprenant au moins un moyen de transport (1) qui est configuré pour transporter notamment une pluralité de véhicules électriques (2) et qui comprend un système de recharge (3) de véhicules électriques, caractérisé en ce qu’il comprend un dispositif de récupération (4) d’une énergie mécanique produite lors du déplacement du moyen de transport (1) ou de phases de déplacement de celui-ci, ainsi qu’un système de stockage intermédiaire de l’énergie électrique produite par le système de récupération d’énergie (4), ledit système de stockage alimentant ledit système de recharge. Figure pour l’abrégé : Figure 1

Description

Description
Titre de l'invention : Système de transport et de recharge de véhicules électriques, utilisant une énergie produite par un système de récupération au cours du transport [0001] La présente invention concerne le domaine de la mobilité électrique.
[0002] Plus précisément, elle propose un système comprenant un moyen de transport qui est configuré pour transporter notamment une pluralité de véhicules électriques et qui comprend un système de recharge de véhicules électriques pour le transport de véhicules électriques et leur recharge.
DOMAINE TECHNIQUE GENERAL ET ETAT DE L’ART [0003] Les véhicules électriques occupent une part de plus en plus importante du parc automobile et plus généralement routier. Cependant, dans la plupart des cas, ils ne disposent d’une autonomie suffisante pour effectuer des trajets de longue distance, et sont donc préférablement utilisés pour des trajets quotidiens de courte distance, par exemple pour effectuer un trajet domicile-travail, typiquement à proximité d’agglomérations.
[0004] Par ailleurs, les compagnies ferroviaires, telles que la SNCL en Lrance, proposent depuis longtemps des services par lesquels elles acheminent d’un lieu à un autre des véhicules, permettant ainsi par exemple à des particuliers de se déplacer en train sur de longues distances tout en ayant l’usage à leur arrivée de leur propre véhicule.
[0005] D’autres types de services de transport, tels que les « ferry-boats », permettent également d’acheminer des véhicules d’un lieu à un autre, sans que les conducteurs n’aient besoin de les conduire [0006] Il a récemment été proposé des systèmes de transport qui sont adaptés spécialement pour le transport de véhicules électriques et qui intègrent des dispositifs permettant la charge des véhicules électriques pendant qu’ils sont acheminés. Des exemples en ce sens sont par exemple décrits dans les demandes de brevets WO2018096001 et WO 2011107289.
[0007] Comme on le comprend aisément, de tels systèmes engendrent une consommation additionnelle d’énergie importante par rapport aux systèmes de transport de véhicules classiques.
[0008] A ce jour, à la connaissance du déposant, aucun système de ce type n’a de ce fait été implémenté.
[0009] On connaît également dans l’état de la technique, des systèmes permettant de récupérer de l’énergie cinétique de moyens de transport, typiquement de trains ou de camions, lors de phases de freinage.
[0010] Dans le domaine du transport ferroviaire par exemple, il a déjà été proposé des systèmes pour la récupération de l’énergie de freinage d’un train, métro ou tramway et pour la restitution de cette énergie lors des phases d’accélération, lesquelles sont particulièrement énergivores.
[0011] Egalement, il a déjà été proposé d’utiliser l’énergie récupérée lors de phases de freinage de transports en commun (métro par exemple) pour alimenter des bornes de recharge de véhicules électriques. Un tel système est par exemple décrit dans la demande EP 2 693 598 Al. Une implémentation a été mise en œuvre avec le métro de Madrid (projet « Train2Car »).
[0012] Ces dispositifs nécessitent des emplacements de recharge fixes, typiquement sur des zones de stationnement.
Exposé de l’invention [0013] Un but général de l’invention est de proposer un système pour le transport de véhicules par un moyen de transport intermédiaire (ferroviaire, routier, autre), qui permette de recharger des véhicules électriques lors du transport sans entrainer une consommation additionnelle conséquente ou un risque de surcharge sur le réseau.
[0014] Ainsi, selon un premier aspect de l’invention, il est proposé un système comprenant un moyen de transport qui est configuré pour transporter notamment une pluralité de véhicules électriques et qui comprend un système de recharge de véhicules électriques. Ce système comprend un dispositif de récupération d’une énergie mécanique produite lors du déplacement du moyen de transport ou de phases de déplacement de celui-ci, ainsi qu’un système de stockage intermédiaire de l’énergie électrique produite par le système de récupération d’énergie, ledit système de stockage alimentant ledit système de recharge.
[0015] Avec un tel système, l’énergie mécanique de certaines phases du transport (typiquement l’énergie cinétique récupérée lors d’une phase de freinage) est convertie en énergie électrique et utilisée pour charger les véhicules électriques pendant leur transport.
[0016] Selon un autre aspect également, le système est configuré pour permettre aux batteries des véhicules électriques transportés de contribuer à l’alimentation électrique du moyen de transport.
[0017] A cet effet notamment, au moins un des systèmes de recharge de véhicule électrique est une borne de recharge bidirectionnelle, et le système de gestion d’énergie des véhicules électriques est configuré pour prendre en compte l’injection dans le système d’alimentation électrique du moyen de transport d’une énergie électrique stockée dans au moins une des batteries des véhicules électriques.
[0018] Le système proposé par l’invention selon l’un ou l’autre de ses deux aspects est en outre avantageusement complété par les différentes caractéristiques suivantes prises seules ou en combinaison :
[0019] - il comprend en outre un système de gestion d’énergie du moyen de transport, configuré pour recevoir, échanger et traiter des données issues du moyen de transport, du moyen de stockage, et d’un système de gestion d’énergie des véhicules électriques, ledit système étant lui-même configuré pour traiter des données issues d’un ou plusieurs systèmes de recharge,
- le système de gestion d’énergie du moyen de transport est configuré pour calculer, à partir des données reçues, une planification du stockage d’énergie dans le moyen de stockage, et pour transmettre la planification du stockage d’énergie au système de gestion d’énergie des véhicules électriques,
- le système de gestion d’énergie des véhicules électriques est configuré pour calculer, à partir des données reçues du système de recharge des véhicules électriques et de la planification du stockage d’énergie, une planification de plan de charge optimisé des véhicules électriques, et pour transmettre la planification de plan de charge audit système de recharge,
- le système de gestion d’énergie des véhicules électriques est configuré pour transmettre la planification de plan de charge au système de gestion d’énergie du moyen de transport,
- le système de gestion d’énergie du moyen de transport est configuré pour valider la planification de plan de charge avant la transmission de la planification de plan de charge au système de recharge,
- le système de gestion d’énergie du moyen de transport est apte à comparer les données reçues par le moyen de stockage avec la planification du stockage d’énergie dans le moyen de stockage,
- le système de gestion d’énergie des véhicules électriques est apte à comparer les données reçues par le système de gestion de charge avec la planification de plan de charge,
- les systèmes de gestion d’énergie des véhicules électriques et du moyen de transport sont configurés pour calculer un nouveau plan de charge à partir des comparaisons,
- le système de récupération d’énergie convertit l’énergie cinétique du moyen de transport lors d’une phase de freinage en énergie électrique,
- le moyen de transport est un train.
[0020] Selon un autre aspect encore, il est proposé un réseau électrique comprenant plusieurs systèmes du type précité et une unité de gestion configurée pour réduire la consommation globale d’électricité du réseau électrique.
DESCRIPTIF RAPIDE DES FIGURES [0021] [0022] [0023] [0024] [0025] [0026] [0027] [0028] [0029] [0030] [0031] [0032] [0033] [0034] [0035] [0036] [0037] [0038] [0039] [0040]
D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention, apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en regard des dessins annexés, donnés à titre d’exemples non limitatifs et sur lesquels :
[fig.l] [fig-2] [fig.3] [fig-4]
- les figures 1 à 4 représentent schématiquement l’architecture de systèmes conformes à un ou plusieurs modes de réalisation de l’invention, [fig.5]
- la figure 5 représente un organigramme des différents échanges de données entre certains éléments du dispositif selon un mode de réalisation, [fig.6]
- la figure 6 représente un exemple schématique d’un graphique de puissance consommée en fonction du temps par un moyen de transport et le plan de charge généré par un élément du dispositif selon un mode de réalisation, [fig-7]
- la figure 7 représente un schéma d’un réseau électrique associé à une pluralité de dispositifs selon un mode de réalisation.
DESCRIPTIF DETAILLE D’UN OU PLUSIEURS MODES DE REALISATION
On se place dans ce qui suit dans le cas où le moyen de transport est de type ferroviaire. D’autres moyens de transport peuvent bien entendu également être envisagés (transport routier ou par bateau).
Infrastructure générale d’un wagon du train
On a illustré sur les figures 1 et suivantes un wagon 1 de train de transport de véhicules équipé d’un système 3 permettant la recharge des batteries de véhicules électriques 2.
Ce wagon 1 comprend un système de roulage la et une zone 1b où les véhicules sont destinés à être positionnés pendant le transport. Il est en outre équipé d’un système de récupération d’énergie 4 et d’un système de stockage 5 (zone le du wagon 1). Il est également équipé avec du matériel dédié à d’autres usages électriques (zone Id).
Le wagon 1 comprend en outre classiquement des équipements permettant de charger et décharger les véhicules et en particulier de les positionner aux emplacements qui leur sont destinés et le cas échéant de les y arrimer.
Système de recharge
Le système de recharge 3 comprend par exemple une pluralité de bornes 3a équipées de prises ou encore de systèmes pour le chargement par induction sans contact, ou de tout autre dispositif permettant de recharger des moyens de stockages d’énergie de véhicules électriques, par exemple les batteries.
[0041] De manière avantageuse, pour permettre un fonctionnement détaillé plus avant ultérieurement, le système de recharge est bidirectionnel et permet à la fois de charger et décharger les batteries des véhicules électriques.
[0042] Système de récupération d'énergie [0043] Le système de récupération d’énergie 4 convertit en énergie électrique une énergie mécanique produite lors du déplacement ou de certaines phases du déplacement du wagon ou du train. Typiquement, il convertit l’énergie cinétique du wagon ou du train lors de phases de freinage (freinage dit régénératif).
[0044] Les techniques de freinage régénératif sont en elles-mêmes classiquement connues. Typiquement, un arbre moteur du système de roulage du moyen de transport actionne une machine électrique fonctionnant en générateur, qui convertit l'énergie mécanique de rotation de l’arbre du système de roulage en énergie électrique, par exemple par un couplage aimant/bobine.
[0045] Stockage [0046] Le moyen de stockage d’énergie 5 peut être tout type de moyen de stockage d’énergie électrique permettant de redistribuer de l’énergie électrique compatible avec le système de recharge de véhicules électrique 3, par exemple une solution mécanique (stockage d’énergie par air comprimé, volant d’inertie), une solution électrochimique, par exemple une batterie de type Lithium-Ion ou Lithium Air, une solution électromagnétique (bobines supraconductrices, super-capacités).
[0047] Typiquement, dans le cas d’un freinage régénératif, l’énergie électrique produite par la rotation de l’arbre du système de roulage peut être stockée dans une batterie. Quand on veut réutiliser l'énergie électrique pour recharger les véhicules électriques 2, la batterie fournit du courant électrique au système de recharge 3.
[0048] Systèmes de gestion [0049] Ainsi qu’illustré sur les figures 3 et 4, le système de recharge 3 intègre pour chaque véhicule 2 (par exemple au niveau de chaque borne 3a) un système de gestion de la charge 8.
[0050] Typiquement, un système de gestion de charge 8 est configuré pour recevoir et traiter différentes informations relatives à la charge/décharge du véhicule électrique 2, typiquement et de manière non limitative le besoin de charge, la capacité maximale de la batterie du véhicule électrique et l’état de charge actuel.
[0051] Lorsqu’un véhicule électrique 2 est chargé dans le wagon 1, la destination de ce véhicule 2 est transmise au système de charge de la borne 3a à laquelle il est affecté.
[0052] Cette transmission se fait par exemple de manière automatique, par des moyens de lecture sans contact de badges électroniques dont on équipe les véhicules.
L’information peut également être transmise par l’utilisateur du service, via une application sur son téléphone portable. La transmission peut également se faire de manière physique via une interface (écran ou clavier par exemple), intégrée sur le système de recharge 3.
[0053] Les différents systèmes de gestion de charge 8 échangent eux-mêmes avec un système de gestion 7 gérant la charge et l’éventuelle décharge de l’ensemble des véhicules électriques du wagon 1.
[0054] Ce système de gestion 7 échange lui-même avec un système de gestion 6 gérant l’ensemble des besoins énergétiques du wagon 1 et plus généralement du train dont fait partie ce moyen de transport.
[0055] Planification de la gestion d’énergie du train [0056] Ainsi qu’illustré sur la figure 5, le système 6 de gestion des besoins énergétiques du train dispose, pour tout trajet du train, d’une planification de sa gestion d’énergie.
[0057] Cette planification est calculée (étape 100) par ledit système 6 à partir de différentes informations qui lui sont initialement transmises et notamment à partir d’un plan 200 du freinage sur le trajet parcouru par le train.
[0058] Ce plan de freinage 200 est établi en amont de manière prévisionnelle et dépend du trajet, mais également du type de train, des horaires prévus, etc....
[0059] A partir du plan de freinage 200, le système 6 calcule une planification de la production d’énergie par le système de récupération 4, ainsi que d’une planification de la charge du système de stockage 5. Ces planifications sont fonction, par exemple, de la durée de chaque phase de freinage, de leur fréquence, ainsi également que du rendement du système de récupération d’énergie 4.
[0060] Le système 6 prend également en compte une planification 201 des besoins en électricité du train pour différents autres usages (climatisation, réseau électrique à bord du train, etc.).
[0061] Le système de gestion 6 établit à partir des planifications de production et de stockage d’électricité et des planifications des besoins en électricité une planification unique 202 de gestion d’énergie du train, qu’il communique au système 7 de gestion d’énergie des véhicules électriques.
[0062] Typiquement, dans le cas où le moyen de transport est un train, la planification 202 de gestion d’énergie est une estimation de la puissance consommée par le train en fonction du temps, incluant des phases de fonctionnement normal, des phases de freinage pendant lesquelles le moyen de stockage d’énergie peut emmagasiner de l’énergie électrique, des phases de besoin d’une forte puissance, par exemple lors d’accélération ou plus généralement d’un besoin en électricité important, typiquement pour une climatisation des compartiments lors d’un trajet avec des températures extérieures élevées.
[0063] Un exemple schématique de planification de consommation de puissance par le moyen de transport 1 au cours d’un trajet est représenté sur la figure 6. La planification comprend des phases (hachurées) de recharge des véhicules électriques 2 (phase « Recharge VE » sur la figure 6).
[0064] Egalement, elle peut comporter des phases de soutien au réseau interne, au cours desquels la charge des batteries des véhicules est utilisée pour soutenir ponctuellement la consommation du réseau (phase « Soutien charge réseau interne » sur la figure).
[0065] Dans ces phases de soutien, les batteries des véhicules 2 sont utilisées en décharge en cas de fort besoin en énergie du moyen de transport 1 par exemple et assiste le réseau du moyen de transport 1, en assurant par exemple un niveau de tension suffisant.
[0066] Dans le cas d’un train par exemple, si celui-ci est maintenu à l’arrêt sur les voies suite à un problème de signalisation ou suite à une de rupture d’alimentation électrique du train, l’énergie stockée dans les batteries des véhicules électriques peut être réinjectée dans le système d’alimentation du train, afin de garantir le confort des passagers, typiquement via un système de climatisation.
[0067] Ainsi, certaines phases de pure récupération d’énergie par le système de récupération d’énergie permettront de recharger les véhicules électriques 2 et d’autres phases d’appel de puissance important par le moyen de transport 1 seront assistées par les véhicules électriques 2, afin par exemple d’assurer un certain niveau de tension.
[0068] Optimisation du plan de charge des véhicules électriques [0069] A partir de la planification de gestion d’énergie du moyen de transport 1, le système 7 de gestion d’énergie des véhicules électriques calcule une planification du plan de charge des véhicules électriques 2 (étape 101 sur la figure 5).
[0070] Typiquement, dans le cas où le moyen de transport est un train, la planification du plan de charge des véhicules électriques 2 est établie par un algorithme configuré pour optimiser les cycles de charge de chaque véhicule électrique 2 en fonction de la planification de gestion d’énergie du train 202, et en prenant en compte les données 203 dont dispose les systèmes de gestion de charge 8 pour les différents véhicules (besoin de charge, capacité maximale de la batterie du véhicule électrique, état de charge initial, destination du véhicule, etc.).
[0071] Le plan de charge calculé pour les différents véhicules est transmis pour validation au système de gestion 7 (transmission 204).
[0072] Le système de gestion 7 renvoie le cas échéant une validation 205.
[0073] Gestion et Optimisation des recharges pendant un trajet [0074] Au cours du trajet, les systèmes 8 de gestion de charge des véhicules électriques 2 transmettent régulièrement des informations (référencées 204 sur la figure 5) concernant l’évolution de l’état de charge des batteries desdits véhicules électriques 2 au système 7.
[0075] De son côté, le système 7 compare en temps réel les données reçues des systèmes de gestion de charge 8 avec la planification du plan de charge des véhicules électriques et fournit au fur et à mesure du trajet des consignes de charge 205 pour les véhicules en fonction notamment de ladite planification (étape 102).
[0076] Le système 7 détecte sur ces données (étape 103) d’éventuelles anomalies de fonctionnement dues par exemple au mauvais branchement d’un système de recharge 3, ou encore à un dysfonctionnement de la batterie d’un ou plusieurs véhicules électriques 2.
[0077] Ces anomalies sont par exemple mises en évidence lorsque l’écart entre une donnée reçue et une prévision attendue pour la même donnée est supérieur à un seuil.
[0078] Les données des véhicules sont elles-mêmes transmises (informations 206) au système de gestion 6 de l’énergie sur l’ensemble du train. En particulier, lorsqu’un cas d’écart est détecté, il est remonté au système 6 qui calcule une ré-optimisation et échange avec le système de gestion 7 de l’énergie des véhicules électriques pour négocier avec lui la prise en compte d’un nouveau plan de charge pour les véhicules (échange d’informations 207).
[0079] Le système 6 reçoit également au cours du trajet des informations (référencées 208) en provenance de l’ensemble du système de gestion du train, par exemple concernant la puissance réellement consommée par celui-ci. Elle compare en temps réel ces informations à la planification. Celle-ci est le cas échéant recalculée pendant le trajet pour tenir compte d’évolutions trop importantes par rapport à la planification initiale.
[0080] Dans le cas d’un train par exemple, une anomalie peut survenir au niveau de l’alimentation du réseau électrique interne lors d’une rupture d’alimentation du train, suite à une incertitude sur la tension, nécessitant alors le recalcul d’une planification.
[0081] Optimisation d’un plan de charge de plusieurs moyens de transport [0082] Plus généralement, l’optimisation de la gestion d’énergie peut se faire, ainsi qu’illustré sur la figure 7, en prenant en compte plusieurs trains circulant dans une même zone géographique donnée.
[0083] On a représenté sur cette figure en particulier un réseau électrique 9 comprenant une unité de gestion globale 10 configurée pour optimiser la consommation globale d’électricité du réseau électrique 9, qui alimente plusieurs trains transportant des véhicules électriques 2.
[0084] Les batteries des véhicules électriques 2 peuvent être mises à contribution, par exemple dans certaines zones locales où le réseau électrique 9 a moins de puissance disponible.

Claims (1)

  1. Revendications [Revendication 1] Système comprenant au moins un moyen de transport (1) qui est configuré pour transporter notamment une pluralité de véhicules électriques (2) et qui comprend un système de recharge (3) de véhicules électriques, caractérisé en ce qu’il comprend un dispositif de récupération (4) d’une énergie mécanique produite lors du déplacement du moyen de transport (1) ou de phases de déplacement de celui-ci, ainsi qu’un système de stockage intermédiaire de l’énergie électrique produite par le système de récupération d’énergie (4), ledit système de stockage alimentant ledit système de recharge. [Revendication 2] Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comprend en outre un système de gestion d’énergie du moyen de transport (6), configuré pour recevoir, échanger et traiter des données issues du moyen de transport (1), du moyen de stockage (5), et d’un système de gestion d’énergie des véhicules électriques (7), ledit système 7 étant luimême configuré pour traiter des données issues d’un ou plusieurs systèmes de recharge. [Revendication 3] Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que le système de gestion d’énergie du moyen de transport (6) est configuré pour calculer, à partir des données reçues, une planification du stockage d’énergie dans le moyen de stockage (5), et pour transmettre la planification du stockage d’énergie au système de gestion (7) d’énergie des véhicules électriques. [Revendication 4] Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que le système de gestion (7) d’énergie des véhicules électriques est configuré pour calculer, à partir des données reçues du système de recharge (3) des véhicules électriques et de la planification du stockage d’énergie, une planification de plan de charge optimisé des véhicules électriques (2), et pour transmettre la planification de plan de charge audit système de recharge (3). [Revendication 5] Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que - le système de gestion (7) d’énergie des véhicules électriques est configuré pour transmettre la planification de plan de charge au système de gestion d’énergie du moyen de transport (6), - le système de gestion d’énergie du moyen de transport (6) est configuré pour valider la planification de plan de charge avant la
    transmission de la planification de plan de charge au système de recharge (3). [Revendication 6] Système selon la revendication 5, caractérisé en outre en ce que - le système de gestion d’énergie du moyen de transport (6) est apte à comparer les données reçues par le moyen de stockage (5) avec la planification du stockage d’énergie dans le moyen de stockage, - le système de gestion d’énergie des véhicules électriques (7) est apte à comparer les données reçues par le système de gestion de charge (8) avec la planification de plan de charge, - les systèmes de gestion d’énergie des véhicules électriques (7) et du moyen de transport (6) sont configurés pour calculer un nouveau plan de charge à partir des comparaisons. [Revendication 7] Système selon l’une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu’au moins un des systèmes de recharge de véhicule électrique (3) est une borne de recharge bidirectionnelle, et dans lequel le système de gestion d’énergie des véhicules électriques (7) est configuré pour prendre en compte l’injection dans un système d’alimentation électrique du moyen de transport (1) d’une énergie électrique stockée dans au moins une des batteries des véhicules électriques (2), dans le calcul de la planification du plan de charge optimisé des véhicules électriques (2). [Revendication 8] Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le système de récupération d’énergie (4) convertit l’énergie cinétique du moyen de transport (1) lors d’une phase de freinage en énergie électrique. [Revendication 9] Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le moyen de transport (1) est un train. [Revendication 10] Réseau électrique comprenant plusieurs systèmes selon l’une des revendications 1 à 9 et une unité de gestion configurée pour réduire la consommation globale d’électricité du réseau électrique.
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