FR3102251A1 - Method for optimizing the recharging and / or discharging of batteries for an electric motor vehicle - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un procédé de planification d’une recharge électrique d’un véhicule automobile électrique (2) visant à obtenir une recharge économique et efficace, comprenant des étapes de prétraitement, d’optimisation, et de post-traitement au cours de laquelle on génère des signaux de contrôle de la recharge. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 1The invention relates to a method of planning an electric recharging of an electric motor vehicle (2) aimed at achieving economical and efficient recharging, comprising steps of pre-processing, optimization, and post-processing in which charging control signals are generated. Figure to be published with the abstract: Fig. 1
Description
L’invention concerne le domaine de la recharge des accumulateurs électriques de véhicules automobiles électriques ou hybrides.The invention relates to the field of recharging electric accumulators of electric or hybrid motor vehicles.
Les batteries au lithium sont aujourd’hui largement utilisées dans les véhicules électrique et hybride grâce à leur forte densité d’énergie et de puissance. De nos jours, la recharge des véhicules électriques est principalement faite de manière simpliste. Dès lors que le véhicule est branché sur le réseau électrique, la batterie est chargée au maximum de la puissance acceptée par la batterie ou fournie par le réseau, jusqu’à arriver à une charge complète. Aucune planification de la charge du véhicule n’est mise en œuvre.Lithium batteries are now widely used in electric and hybrid vehicles thanks to their high energy and power density. Nowadays, the charging of electric vehicles is mainly done in a simplistic way. As soon as the vehicle is connected to the electrical network, the battery is charged to the maximum of the power accepted by the battery or supplied by the network, until reaching a full charge. No vehicle load planning is implemented.
Avec la fluctuation des prix d’énergie sur la journée, la planification de la recharge et/ou de la décharge est un enjeu important, car elle va permettre la minimisation d’un critère de performance, comme le coût de la recharge. L’un des effets principaux étant l’augmentation de l’attractivité des véhicules électriques et la diminution du coût global d’exploitation de ces véhicules.With the fluctuation of energy prices over the day, the planning of recharging and/or discharging is an important issue, because it will allow the minimization of a performance criterion, such as the cost of recharging. One of the main effects being the increase in the attractiveness of electric vehicles and the reduction in the overall cost of operating these vehicles.
Les températures extérieures extrêmes, supérieures de 40°C et inférieures de -10°C, accélèrent le vieillissement et la perte de capacité des batteries lithium. Ainsi, la recharge de batterie, en tenant compte de la température, est également un enjeu crucial, afin de prolonger la durée de vie des batteries des véhicules électriques.Extreme outdoor temperatures, 40°C higher and -10°C lower, accelerate the aging and loss of capacity of lithium batteries. Thus, battery charging, taking temperature into account, is also a crucial issue, in order to extend the life of electric vehicle batteries.
Il existe des algorithmes embarqués de planification de recharge, visant à déterminer les périodes optimales de recharges de batteries.There are on-board charging planning algorithms, aimed at determining the optimal battery charging periods.
Mais, dans un contexte où les tarifs d’énergie pour la recharge des véhicules électriques peuvent varier à la seconde près, les algorithmes embarqués de planification à pas de calcul constant s’avèrent incapables de mener cette tâche d’optimisation à cause du grand nombre de variables de décision impliquées par ces pas de temps trop nombreux.But, in a context where energy tariffs for recharging electric vehicles can vary to the nearest second, the on-board scheduling algorithms with a constant calculation step turn out to be incapable of carrying out this optimization task because of the large number of decision variables implied by these too many time steps.
Aussi, il existe le besoin général d’optimiser la recharge des véhicules automobiles électriques afin d’obtenir une recharge économique.Also, there is a general need to optimize the charging of electric motor vehicles in order to obtain economical charging.
On connaît à cet effet le document EP3054552 A1 qui divulgue un appareil et une méthode de recharge économique de véhicule automobile. Ce document divulgue notamment un procédé dans lequel une pente de charge est calculée, qui représente la vitesse avec laquelle la batterie d’un véhicule électrique est chargée, sur la base d'une information d'état de charge réellement mesurée du véhicule. Ce procédé permet en outre de calculer un plan de charge basé sur la pente de charge et un taux de puissance de charge pour chaque créneau temporel. Toutefois ce procédé qui tient compte de la puissance de charge du réseau électrique, n’est pas optimal du point de vue du véhicule automobile.Document EP3054552 A1 is known for this purpose, which discloses an apparatus and a method for economical recharging of a motor vehicle. This document discloses in particular a method in which a charge slope is calculated, which represents the speed with which the battery of an electric vehicle is charged, on the basis of information on the actually measured state of charge of the vehicle. This method further calculates a load plan based on the load slope and a load power rate for each time slot. However, this method, which takes into account the charging power of the electrical network, is not optimal from the point of view of the motor vehicle.
Il est connu qu’une recharge rapide a par ailleurs une incidence négative sur les considérations principales relatives aux objectifs de la durée de vie de la batterie et sur le réseau. La recharge des batteries haute performance implique de nombreux réglages pour maximiser les objectifs parfois contradictoires de durée de vie, de performance et de disponibilité maximale de la batterie.Fast charging is also known to negatively impact key considerations for battery life goals and the network. Charging high-performance batteries involves many tweaks to maximize the sometimes conflicting goals of battery life, performance, and maximum availability.
Pour la commodité de l'utilisateur, des chargeurs rapides ont été conçus et mis en œuvre pour les stations de recharge publiques. Ces chargeurs sont conçus pour rétablir rapidement l’accès des utilisateurs à leurs véhicules électriques. Cette vitesse de charge améliorée a un coût potentiel de dégradation de la durée de vie de la batterie.For user convenience, fast chargers have been designed and implemented for public charging stations. These chargers are designed to quickly restore users' access to their electric vehicles. This improved charging speed comes at a potential cost of degraded battery life.
Pour de nombreux utilisateurs de véhicules électriques, recharger leurs véhicules aussi rapidement que possible est considéré comme extrêmement important, et ces utilisateurs choisissent l'option de charge la plus rapide chaque fois que possible, même lorsqu'une option de charge plus lente peut être plus économique, et/ou mieux pour la batterie.For many electric vehicle users, charging their vehicles as quickly as possible is considered extremely important, and these users choose the fastest charging option whenever possible, even when a slower charging option may be more economical, and/or better for the battery.
Aussi, il existe le besoin d’un système et d’un procédé économiques pour recharger un véhicule automobile, permettant une planification et une optimisation de la puissance de recharge en fonction des besoins de l'utilisateur.Also, there is a need for an economical system and method for recharging a motor vehicle, allowing planning and optimization of the recharging power according to the needs of the user.
A cet effet, on propose un procédé de planification d’une recharge et/ou d’une décharge électrique d’un véhicule automobile électrique comprenant :For this purpose, a method for planning an electric recharge and/or an electric discharge of an electric motor vehicle is proposed, comprising:
Une étape de prétraitement comportant :
- Une sous-étape d’acquisition d’une pluralité de données de modélisation ;
- Une sous-étape de subdivision au cours de laquelle on subdivise une durée de disponibilité prédéterminée, en une séquence de segments de temps ; la subdivision étant calculée de telle sorte que, pour au moins une donnée de modélisation choisie, ladite donnée de modélisation choisie est constante dans chaque segment de temps ; la subdivision temporelle de ladite donnée de modélisation en un vecteur dont la dimension est égale au nombre de segments subdivisé formant vecteur de données de modélisation,
- A sub-step of acquisition of a plurality of modeling data;
- A subdivision sub-step during which a predetermined availability duration is subdivided into a sequence of time segments; the subdivision being calculated such that, for at least one chosen modeling datum, said chosen modeling datum is constant in each time segment; the temporal subdivision of said modeling data into a vector whose dimension is equal to the number of subdivided segments forming a vector of modeling data,
Une étape d’optimisation au cours de laquelle on détermine un ensemble optimal de vecteurs de décision, par le calcul d’une fonction objectif en fonction desdits vecteurs de données de modélisation, lesdits vecteurs de décision comprenant des variables de décision c’est-à-dire des paramètres réglables aptes à modifier le coût de ladite recharge et/ou décharge électrique , et étant chacun de même dimension que lesdits vecteurs de données de modélisation,An optimization step during which an optimal set of decision vectors is determined, by calculating an objective function as a function of said modeling data vectors, said decision vectors comprising decision variables, i.e. i.e. adjustable parameters capable of modifying the cost of said electrical recharge and/or discharge, and each being of the same dimension as said modeling data vectors,
Une étape de post-traitement au cours de laquelle on génère des signaux de contrôle de la recharge et/ou de la décharge en fonction dudit ensemble optimal de vecteurs de décision et desdites données de modélisation.A post-processing step in which charging and/or discharging control signals are generated based on said optimal set of decision vectors and said modeling data.
Par ce procédé on peut déterminer de manière relativement simple et rapide une planification économique et performante de la recharge électrique d’un véhicule automobile électrique.By this method, it is possible to determine in a relatively simple and fast way an economical and efficient planning of the electric recharging of an electric motor vehicle.
Avantageusement et de manière non limitative, une donnée de modélisation choisie comprend, pour la durée de disponibilité prédéterminée, les données représentatives :Advantageously and in a non-limiting way, a chosen modeling data item comprises, for the predetermined availability duration, the representative data:
de la puissance de charge maximalemaximum charging power
de la puissance de décharge maximale possible;the maximum possible discharge power;
des tarifs d’énergie de recharge; etcharging energy tariffs; And
des rémunérations de décharge.discharge fees.
Ainsi, les données de modélisation sont relativement simples à traiter et peu nombreuses.Thus, the modeling data are relatively simple to process and few in number.
Avantageusement et de manière non limitative, l’étape d’optimisation est en outre fonction d’une pluralité de fonction de contraintes techniques et d’utilisation, l’étape d’optimisation comprenant une sous-étape de vérification de la conformité dudit ensemble optimal de vecteurs de décision avec lesdites contraintes. Ainsi, on peut s’assurer que la planification envisagée répond aux contraintes fonctionnelles du véhicule automobile.Advantageously and in a non-limiting manner, the optimization step is also a function of a plurality of functions of technical constraints and of use, the optimization step comprising a sub-step for verifying the conformity of said optimal set of decision vectors with said constraints. Thus, it can be ensured that the planned planning meets the functional constraints of the motor vehicle.
Avantageusement et de manière non limitative, on détermine ledit ensemble optimal de vecteurs de décision comme étant l’ensemble de vecteurs de décision minimisant ladite fonction objectif. Ainsi, l’étape de détermination dudit ensemble optimal de vecteurs de décision implique une optimisation relativement simple et peu coûteuse en temps de calcul.Advantageously and in a non-limiting manner, said optimal set of decision vectors is determined as being the set of decision vectors minimizing said objective function. Thus, the step of determining said optimal set of decision vectors involves a relatively simple and inexpensive optimization in computation time.
Avantageusement et de manière non limitative, ladite fonction objectif correspond à l’équation :
c1 et c2 des coefficients de pondération prédéterminés,
X est ledit ensemble de vecteurs de décision,
T la taille dudit vecteur de décision,
et t est l’indice correspondant à un segment de temps pour les valeurs correspondantes dudit ensemble de vecteurs de décision.Advantageously and in a non-limiting manner, said objective function corresponds to the equation:
c1 and c2 are predetermined weighting coefficients,
X is said set of decision vectors,
T the size of said decision vector,
and t is the index corresponding to a time segment for the corresponding values of said set of decision vectors.
Cette fonction permet en particulier de rendre la modélisation rapide et la planification obtenue particulièrement fiable et économique.This function makes it possible in particular to make the modeling rapid and the planning obtained particularly reliable and economical.
L’invention concerne aussi un dispositif de planification d’une recharge et/ou d’une décharge électrique d’un véhicule automobile électrique comprenant :The invention also relates to a device for planning an electric recharge and/or an electric discharge of an electric motor vehicle comprising:
Des moyens de prétraitement aptes à :
- Acquérir une pluralité de données de modélisation ;
- Subdiviser une durée de disponibilité prédéterminée, en une séquence de segments de temps ; la subdivision étant calculée de telle sorte que, pour au moins une donnée de modélisation choisie, ladite donnée de modélisation choisie est constante dans chaque segment de temps ; la subdivision temporelle de ladite donnée de modélisation en un vecteur dont la dimension est égale au nombre de segments subdivisés formant un vecteur de données de modélisation,
- Acquire a plurality of modeling data;
- Subdivide a predetermined uptime into a sequence of time segments; the subdivision being calculated such that, for at least one chosen modeling datum, said chosen modeling datum is constant in each time segment; the temporal subdivision of said modeling data into a vector whose dimension is equal to the number of subdivided segments forming a vector of modeling data,
Des moyens d’optimisation aptes à déterminer un ensemble optimal de vecteurs de décision , par le calcul d’une fonction objectif en fonction desdits vecteurs de données de, lesdits vecteurs de décision comprenant des variables de décision c’est-à-dire des paramètres réglables aptes à modifier le coût de ladite recharge et/ou décharge électrique, et étant chacun de même dimension que lesdits vecteurs de données de modélisation,Optimization means capable of determining an optimal set of decision vectors, by calculating an objective function as a function of said data vectors, said decision vectors comprising decision variables, that is to say parameters adjustable capable of modifying the cost of said electrical recharge and/or discharge, and each being of the same dimension as said modeling data vectors,
Des moyens de post-traitement aptes à générer des signaux de contrôle de la recharge et/ou de la décharge en fonction dudit ensemble optimal de vecteurs de décision et desdites données de modélisation.Post-processing means capable of generating recharging and/or discharging control signals as a function of said optimal set of decision vectors and of said modeling data.
L’invention concerne aussi un véhicule automobile électrique comprenant au moins une batterie d’accumulateurs électriques, et un dispositif de planification tel que décrit précédemment.The invention also relates to an electric motor vehicle comprising at least one electric storage battery, and a planning device as described above.
L’invention concerne aussi un ensemble électrique comprenant un véhicule automobile électrique tel que décrit précédemment et une borne de recharge et/ou de décharge.The invention also relates to an electrical assembly comprising an electric motor vehicle as described above and a charging and/or discharging terminal.
D’autres particularités et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après d’un mode de réalisation particulier de l’invention, donné à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels :Other features and advantages of the invention will become apparent on reading the description given below of a particular embodiment of the invention, given by way of indication but not limitation, with reference to the appended drawings in which:
Selon un premier mode de réalisation de l’invention, en référence aux figures 1 à 4, un ensemble électrique 1 comprend un véhicule automobile électrique 2 et une borne de recharge 3 apte à recharger les accumulateurs électriques 21 du véhicule automobile 2 ou à récupérer l’énergie accumulée dans le véhicule automobile, ce qu’on appelle dans la présente invention la décharge.According to a first embodiment of the invention, with reference to FIGS. 1 to 4, an electrical assembly 1 comprises an electric motor vehicle 2 and a charging terminal 3 able to recharge the electric accumulators 21 of the motor vehicle 2 or to recover the energy accumulated in the motor vehicle, what is called in the present invention the discharge.
Afin de permettre la recharge le véhicule automobile, celui-ci comprend des moyens de connexion à la borne de recharge comportant notamment un contrôleur de charge 22.In order to allow the motor vehicle to be recharged, the latter comprises means of connection to the charging terminal comprising in particular a charge controller 22.
Ce contrôleur de charge coopère avec un dispositif de planification de recharge 23 mettant en œuvre un procédé d’optimisation et de planification 30 de la recharge aussi appelé plus simplement procédé de planification 30.This charge controller cooperates with a recharging planning device 23 implementing a recharging optimization and planning process 30 also called more simply planning process 30.
Dans les procédés embarqués de planification existant dans de l’état de l’art, le pas de calcul est fixe. En d’autres termes le pas de calcul Δt est prédéterminé et fixé au départ avant de lancer le procédé.In the existing embedded planning processes in the state of the art, the calculation step is fixed. In other words, the calculation step Δt is predetermined and fixed at the start before starting the process.
Dans la présente invention le procédé de planification 30 comprend un pas de calcul variable, autrement dit un Δt variable, ce Δt est choisi de manière optimisée et peut varier d’un pas de calcul à l’autre.In the present invention, the planning method 30 comprises a variable calculation step, in other words a variable Δt, this Δt is chosen in an optimized manner and can vary from one calculation step to another.
A cet effet, le procédé de planification 30 comprend une première étape de prétraitement 31 mettant en œuvre une première sous-étape d’acquisition de données utiles à l’optimisation et à la planification, aussi appelées données de modélisation.To this end, the planning method 30 comprises a first pre-processing step 31 implementing a first sub-step for acquiring data useful for optimization and planning, also called modeling data.
Ces données de modélisation comprennent notamment des données acquises du dispositif de gestion des batteries 21 du véhicule automobile 2 ainsi que de la borne de recharge 3.These modeling data include in particular data acquired from the battery management device 21 of the motor vehicle 2 as well as from the charging station 3.
En particulier on acquiert du dispositif de gestion des batteries 21 la mesure de la température initiale des batteries, la température extérieure, l’état de charge initial, plus connu sous le nom anglais de State of Charge –(SoC), ainsi que la capacité de la batterie.In particular, the battery management device 21 acquires the measurement of the initial temperature of the batteries, the outside temperature, the initial state of charge, better known by the English name of State of Charge (SoC), as well as the capacity drums.
On acquiert en outre de la borne de recharge 3 les valeurs (avec leur référence employée dans la description) :We also acquire from the charging station 3 the values (with their reference used in the description):
- La puissance de charge maximale disponible sur 24h : PG2V_max fonction du temps;- The maximum charging power available over 24h: PG2V_max depending on time;
- La puissance de décharge maximale possible (Grid support) sur 24h : PV2G_max fonction du temps;- The maximum possible discharge power ( Grid support ) over 24 hours: PV2G_max depending on time;
- Les tarifs d’énergie de recharge sur 24h : prix_G2V fonction du temps ;- Charging energy tariffs over 24 hours: price_G2V depending on time;
- Les rémunérations de décharge sur 24h : prix_V2G fonction du temps.- 24-hour discharge remuneration: price_V2G as a function of time.
La borne de recharge 3 envoie les données sur une durée de disponibilité maximale de 24 heures, cette étape restreint la base de temps à la période de disponibilité réelle du véhicule électrique sur la borne de recharge c’est-à-dire entre l’heure d’arrivée et de départ du véhicule. Toutefois ces durées sont données à titre non limitatif et peuvent être librement adaptées par l’homme du métier.The charging station 3 sends the data over a maximum availability period of 24 hours, this step restricts the time base to the actual period of availability of the electric vehicle on the charging station, i.e. between the time arrival and departure of the vehicle. However, these durations are given on a non-limiting basis and can be freely adapted by those skilled in the art.
En particulier la durée de disponibilité peut différer pour être supérieure ou inférieure à 24h.In particular, the duration of availability may differ to be greater or less than 24 hours.
L’étape de prétraitement met ensuite en œuvre une deuxième sous-étape de subdivision 312 au cours de laquelle on subdivise 3121 l’intervalle de temps de charge en une séquence de segments de temps 3122 pour lesquels la puissance de charge maximale PG2V_max, la puissance de décharge maximale PV2G_max, le tarif d’énergie de recharge prix_G2V et la rémunération de décharge prix_V2G sont constants, tel que représenté en figure 3’.The pre-processing step then implements a second subdivision sub-step 312 during which the charging time interval is subdivided 3121 into a sequence of time segments 3122 for which the maximum charging power PG2V_max, the power of maximum discharge PV2G_max, the charging energy tariff prix_G2V and the discharge remuneration prix_V2G are constant, as represented in figure 3'.
Cette étape de subdivision 312 calcule ainsi la taille T des vecteurs de décision, correspondant au nombre de segments 3122 déterminés.This subdivision step 312 thus calculates the size T of the decision vectors, corresponding to the number of segments 3122 determined.
Dans l’exemple de la figure 3’, non limitatif et visant simplement à illustrer le procédé 30, on dénombre ainsi 10 segments 3122, formant des vecteurs de données de modélisation tels que ceux-ci :In the example of Figure 3', which is not limiting and simply aims to illustrate the method 30, there are thus 10 segments 3122, forming modeling data vectors such as these:
PG2V_max = [10, 10 10,10, 1, 3, 6, 6, 6, 6] ;PG2V_max = [10, 10 10,10, 1, 3, 6, 6, 6, 6];
PV2G_max = [5, 2 1,10, 10, 2, 2, 3, 3, 6]PV2G_max = [5, 2 1.10, 10, 2, 2, 3, 3, 6]
Prix_G2V = [0.1, 0.1, 0.1, 0.2, 0.2, 0.3, 0.3, 0.3, 0.04, 0.04]Price_G2V = [0.1, 0.1, 0.1, 0.2, 0.2, 0.3, 0.3, 0.3, 0.04, 0.04]
PrixV2G = [0.1, 0.1, 0.1, 0.25, 0.25, 0.3, 0.3, 0.3, 0.15, 0.15]V2G Price = [0.1, 0.1, 0.1, 0.25, 0.25, 0.3, 0.3, 0.3, 0.15, 0.15]
Le nombre de créneaux de temps servant de base aux calculs est donc ici T = 10.The number of time slots serving as the basis for the calculations is therefore here T = 10.
Aussi, l’étape de prétraitement 31 permet de préparer la mise en œuvre des étapes suivantes en acquérant les données et les paramètres nécessaires.Also, the preprocessing step 31 makes it possible to prepare the implementation of the following steps by acquiring the necessary data and parameters.
Dans cette étape, les bornes supérieures des variables de décision et des paramètres d’optimisations sont définies.In this step, the upper bounds of the decision variables and the optimization parameters are defined.
On utilise une subdivision en segments de temps 3122 dans lesquels toutes les données de modélisation ont une valeur constante. Dans notre cas, les quatre données de modélisation suivantes doivent être constantes, à savoir : PG2V_max, PV2G_max, prix_G2V et prix_V2G.A subdivision into time segments 3122 is used in which all modeling data has a constant value. In our case, the following four modeling data must be constant, namely: PG2V_max, PV2G_max, price_G2V and price_G2G.
Il est toutefois possible d’étendre cette étape de prétraitement pour l’appliquer sur un problème avec plus de variables et de paramètres et sur une segmentation comprenant un plus grand nombre de paramètres.However, it is possible to extend this preprocessing step to apply it to a problem with more variables and parameters and to a segmentation comprising a larger number of parameters.
A la fin de cette étape de prétraitement 31, la base de temps est construite, les valeurs Δt_max, PG2V_max, PV2G_max sont déterminés, et les paramètres Prix_G2V, Prix_V2G sont alors connus. Δt_max est un vecteur de taille T comportant les T valeurs des intervalles de temps de la subdivision 3122. En effet l’étape suivante va déterminer sur chacun de ces intervalles une valeur optimisée d’intervalle de temps de charge ou de décharge dont la valeur sera inférieur à Δt_maxt. Dans cette demande l’indice t correspond à l’indice d’une valeur correspondant à un créneau de temps t à l’intérieur d’un vecteur de taille T, t variant de 1 à T.At the end of this preprocessing step 31, the time base is constructed, the values Δt_max, PG2V_max, PV2G_max are determined, and the parameters Prix_G2V, Prix_V2G are then known. Δt_max is a vector of size T comprising the T values of the time intervals of the subdivision 3122. Indeed the following step will determine on each of these intervals an optimized value of the charging or discharging time interval whose value will be less than Δt_max t . In this request, the index t corresponds to the index of a value corresponding to a time slot t inside a vector of size T, t varying from 1 to T.
Un fois l’étape de prétraitement 31 terminée, on met en œuvre une étape d’optimisation 32.Once the preprocessing step 31 is completed, an optimization step 32 is implemented.
L’étape d’optimisation 32 comprend la modélisation du problème de recharge/décharge du véhicule électrique en fonction des données utiles acquises précédemment et en fonction des vecteurs de données de modélisation calculés précédemment.The optimization step 32 comprises the modeling of the electric vehicle charging/discharging problem as a function of the useful data acquired previously and as a function of the modeling data vectors calculated previously.
On entend par modélisation la combinaison de paramètres d’entrées et de variables de décision, obtenus lors de l’étape de prétraitement, en une fonction objectif 42 ainsi qu’en un ensemble de contraintes imposées 43.Modeling means the combination of input parameters and decision variables, obtained during the preprocessing step, into an objective function 42 as well as a set of imposed constraints 43.
L’objectif est ici d’optimiser 32 la sortie de ce modèle, autrement dit la valeur optimale obtenue par la fonction objectif 42.The objective here is to optimize 32 the output of this model, in other words the optimal value obtained by the objective function 42.
Dans une première partie de l’étape d’optimisation 32, on initialise 41 un ensemble de vecteurs de décision X0avec X0= [PG2V_max, 0, 0, 0]. Cet ensemble de vecteurs de décision X optimal est en effet un ensemble de 4 vecteurs de taille T, soit [
Puis on cherche à évaluer la fonction objectif 42 suivante :
Dans laquelle X =[
Coût de d’énergie de recharge
Coût de décharge d’énergie
c1 et c2 sont des coefficients de pondération empiriques déterminés par l’homme du métier.c1 and c2 are empirical weighting coefficients determined by those skilled in the art.
T est ici la taille des vecteurs de décision, soit T=10 dans l’exemple de la figure 3.T is here the size of the decision vectors, i.e. T=10 in the example of figure 3.
Ce problème d’optimisation est par exemple formulé en utilisant le solveur Fmincon de Matlab®, et la résolution est réalisée avec l’algorithme SQP (Sequential Quadratic Programming).This optimization problem is for example formulated using the Fmincon solver from Matlab®, and the resolution is carried out with the SQP (Sequential Quadratic Programming) algorithm.
Cette modélisation devant nécessairement répondre à des contraintes techniques et d’utilisation prédéfinies, on met en œuvre une étape de vérification des contraintes 43 qui sont dans ce mode de réalisation, et à titre non limitatif, les suivantes :This modeling necessarily having to meet predefined technical and usage constraints, a constraint verification step 43 is implemented, which are in this embodiment, and without limitation, the following:
- Adoption de la convention suivante (différence charge / décharge):
- Limitation en durée pour chaque segment 3122:
- Durée minimale de fonctionnement du chargeur :
- Puissance maximales :
- Puissance minimale du chargeur :
- Recharge ou décharge :
- Limitation de puissance par la batterie :
- Limitation de l’état de charge (SOC) :- Limitation of the state of charge (SOC):
- Etat de charge minimal, déterminé en fonction de l’usage habituel du véhicule automobile, par exemple en fonction de la distance travail-maison pour un usage quotidien :
- Respect du besoin de mobilité :
Le besoin de mobilité ici est la demande du client en termes de distance énergétique. Ce besoin peut être exprimé en fonction d’un pourcentage de SOC dont le client veut que sa batterie soit rechargée (par exemple : 20% du SOC, pour passer de 40% à 60% à la fin de la charge) ou en fonction d’un montant d’énergie à charger (par exemple : 10kWh pour passer de 30kWh à 40kWh à la fin de la charge.)The need for mobility here is the customer's demand in terms of energy distance. This need can be expressed according to a percentage of SOC that the customer wants his battery to be recharged (for example: 20% of the SOC, to go from 40% to 60% at the end of the charge) or according to an amount of energy to charge (for example: 10kWh to go from 30kWh to 40kWh at the end of the charge.)
La participation autorisée par le client est le montant d’énergie que le client autorise à utiliser pour participer dans le marché V2G (vehicle-to-grid). Par exemple : Un client avec une batterie de 52kWh peut autoriser que 5kWh de sa batterie soient utilisés pour faire du V2G.The customer authorized participation is the amount of energy that the customer authorizes to be used to participate in the V2G (vehicle-to-grid) market. For example: A customer with a 52kWh battery can allow 5kWh of their battery to be used for V2G.
Ainsi, on peut obtenir une optimisation de la planification en résolvant le problème d’optimisation évoqué précédemment sous la forme de la minimisation de la fonction objectif.Thus, we can obtain an optimization of the planning by solving the optimization problem mentioned above in the form of the minimization of the objective function.
Si l’étape de vérification des contraintes permet de déterminer que la fonction objectif évaluée y répond, on vérifie alors si la fonction objectif 44 est minimale.If the constraint verification step makes it possible to determine that the objective function evaluated satisfies them, it is then checked whether the objective function 44 is minimal.
- Si la fonction objectif est minimale 45, on retourne 46 la dernière valeur
- Sinon 47, on choisit une autre valeur de X 48 puis on réitère le procédé depuis l’étape d’évaluation de la fonction objectif 42, sur la base de cette autre valeur de X.- If not 47, another value of X 48 is chosen then the process is repeated from the step of evaluating the objective function 42, on the basis of this other value of X.
Ensuite le procédé de planification 30 met en œuvre une étape de post-traitement 33 comprenant la génération des signaux de contrôles (puissance de recharge / décharge), l’estimation de l’évolution de la température de la batterie et de l’état de charge (SoC) sur toute la durée de disponibilité du véhicule électrique.Then the planning method 30 implements a post-processing step 33 comprising the generation of control signals (recharging/discharging power), the estimation of the evolution of the temperature of the battery and of the state of load (SoC) over the entire period of availability of the electric vehicle.
Les signaux sont générés par application de l’équation suivante :
Avec :With :
MCp, R, et Rthext des constantes thermiques dépendant de la chimie de la batterieMCp, R, and Rthext thermal constants dependent on battery chemistry
T la température batterieT the battery temperature
Text la température ambianteText room temperature
I l’intensité batterieI the battery current
A partir de cette puissance, on en déduit l’énergie absorbée par la batterie :
Et la valeur de l’état de charge :
Il est à noter qu’en réalité une estimation de SOC et de température est faite également avant d’évaluer la contrainte de limitation de puissance par la batterie.
Ce calcul implicite n’est pas mis en avant,car c’est un calcul intermédiaire juste pour avoir le SOCt+1 et Tt+1, le plus important étant la vérification de la contrainte de limitation de puissance qui traduit l’effet de la température sur la batterie. Pour conclure, on estime la température deux fois, instantanément après chaque tirage de solution potentielle et lors d’une estimation finale de la température qui donne l’évolution globale de la température de batterie pour la solution X optimale.Dans la modélisation du problème on a toutefois supposé que l’énergie absorbée est égale au besoin énergétique, par simplification de calcul.It should be noted that in reality an estimation of SOC and of temperature is also made before evaluating the constraint of power limitation by the battery.
This implicit calculation is not put forward, because it is an intermediate calculation just to have the SOCt+1 and Tt+1, the most important being the verification of the power limitation constraint which reflects the effect of the battery temperature. To conclude, the temperature is estimated twice, instantly after each draw of potential solution and during a final estimation of the temperature which gives the global evolution of the battery temperature for the optimal solution X. In the modeling of the problem we has however assumed that the energy absorbed is equal to the energy requirement, for simplification of calculation.
On n’a en outre pas pris en compte l’énergie consommée par les accessoires car on ne connaît pas exactement la quantité de cette énergie et on n’a pas un modèle global de batteries avec toutes les unités autour.We have also not taken into account the energy consumed by the accessories because we do not know the exact quantity of this energy and we do not have a global battery model with all the units around it.
Toutefois ces simplifications peuvent selon une alternative être traitées afin d’affiner le modèle.However, these simplifications can alternatively be processed in order to refine the model.
Cependant, de cette manière le procédé est relativement simple et rapide. Il suffit en effet de majorer le besoin énergétique réel avec un facteur de 1.1 à 1.25, afin de compenser l’énergie consommée par les accessoires.
Avec l’ajout de ce facteur on peut ainsi atteindre, voire dépasser, l’état de charge final voulu par le client.With the addition of this factor, it is thus possible to reach, or even exceed, the final state of charge desired by the customer.
On obtient ainsi le profil de puissance du véhicule optimisé à partir des prix et des puissances disponibles reçues en entrée.The power profile of the optimized vehicle is thus obtained from the prices and the available powers received at the input.
Selon une alternative de mise en œuvre de l’invention, la planification est réalisée en fonction de l’énergie, en prenant le produit de la puissance fois la durée pour G2V et V2G comme variable de décision, ce qui réduit le problème à deux variables de décision pour chaque segment de temps. Comme le besoin de mobilité est un besoin énergétique, la modélisation en énergie est possible et donne des résultats comparables au premier mode de réalisation. Toutefois il est alors nécessaire de planifier la distribution d’énergie sur chaque segment pour avoir la puissance de contrôle à envoyer au chargeur.According to an alternative implementation of the invention, the planning is carried out according to the energy, by taking the product of the power times the duration for G2V and V2G as the decision variable, which reduces the problem to two variables decision for each time segment. As the need for mobility is an energy need, modeling in energy is possible and gives results comparable to the first embodiment. However, it is then necessary to plan the energy distribution on each segment to have the control power to send to the charger.
Claims (8)
- Une étape de prétraitement (31) comportant :
- Une sous-étape d’acquisition d’une pluralité de données de modélisation ;
- Une sous-étape de subdivision (312) au cours de laquelle on subdivise (3121) une durée de disponibilité prédéterminée, en une séquence de segments de temps (3122) ; la subdivision étant calculée de telle sorte que, pour au moins une donnée de modélisation choisie, ladite donnée de modélisation choisie est constante dans chaque segment de temps (3122) ; la subdivision temporelle de ladite donnée de modélisation en un vecteur dont la dimension est égale au nombre de segments subdivisé formant vecteur de données de modélisation,
- Une étape d’optimisation (32) au cours de laquelle on détermine un ensemble optimal de vecteurs de décision , par le calcul d’une fonction objectif en fonction desdits vecteurs de données de modélisation, lesdits vecteurs de décision comprenant des variables de décision c’est-à-dire des paramètres réglables aptes à modifier le coût de ladite recharge et/ou décharge électrique , et étant chacun de même dimension que lesdits vecteurs de données de modélisation,
- Une étape de post-traitement (33) au cours de laquelle on génère des signaux de contrôle de la recharge et/ou de la décharge en fonction dudit ensemble optimal de vecteurs de décision et desdites données de modélisation.
- A pre-processing step (31) comprising:
- A sub-step of acquiring a plurality of modeling data;
- A subdivision sub-step (312) during which a predetermined availability duration is subdivided (3121) into a sequence of time segments (3122); the subdivision being calculated such that, for at least one chosen modeling datum, said chosen modeling datum is constant in each time segment (3122); the temporal subdivision of said modeling data into a vector whose dimension is equal to the number of subdivided segments forming a vector of modeling data,
- An optimization step (32) during which an optimal set of decision vectors is determined, by calculating an objective function as a function of said modeling data vectors, said decision vectors comprising decision variables c' that is to say adjustable parameters capable of modifying the cost of said electrical recharge and/or discharge, and each being of the same dimension as said modeling data vectors,
- A post-processing step (33) during which charging and/or discharging control signals are generated as a function of said optimal set of decision vectors and of said modeling data.
- de la puissance de charge maximale (PG2V_max)
- de la puissance de décharge maximale possible (PV2G_max) ;
- des tarifs d’énergie de recharge (prix_G2V) ; et
- des rémunérations de décharge (prix_V2G).
- of the maximum charging power (PG2V_max)
- the maximum possible discharge power (PV2G_max);
- charging energy tariffs (prix_G2V); And
- discharge remuneration (price_V2G).
dans laquelle :
J1une valeur de coût d’énergie de recharge ;
J2une valeur de coût de décharge d’énergie ;
c1 et c2 des coefficients de pondération prédéterminés ;
X ledit ensemble de vecteurs de décision ;
T la taille dudit vecteur de décision ; et
t l’indice correspondant à un segment de temps pour les valeurs correspondantes dudit ensemble de vecteurs de décision.Planning method (30) according to any one of Claims 1 to 4, characterized in that the said objective function corresponds to the equation:
in which :
J 1 a recharge energy cost value;
J 2 an energy discharge cost value;
c1 and c2 are predetermined weighting coefficients;
X said set of decision vectors;
T the size of said decision vector; And
t the index corresponding to a time segment for the corresponding values of said set of decision vectors.
- Des moyens de prétraitement (31) aptes à :
- Acquérir d’une pluralité de données de modélisation ;
- Subdiviser (3121) une durée de disponibilité prédéterminée, en une séquence de segments de temps (3122) ; la subdivision étant calculée de telle sorte que, pour au moins une donnée de modélisation choisie, ladite donnée de modélisation choisie est constante dans chaque segment de temps (3122) ; la subdivision temporelle de ladite donnée de modélisation en un vecteur dont la dimension est égale au nombre de segments subdivisés formant un vecteur de données de modélisation,
- Des moyens d’optimisation (32) aptes à déterminer un ensemble optimal de vecteurs de décision, par le calcul d’une fonction objectif en fonction desdits vecteurs de données de modélisation, , lesdits vecteurs de décision comprenant des variables de décision c’est-à-dire des paramètres réglables aptes à modifier le coût de ladite recharge et/ou décharge électrique , et étant chacun de même dimension que lesdits vecteurs de données de modélisation,
- Des moyens de post-traitement (33) aptes à générer des signaux de contrôle de la recharge et/ou de la décharge en fonction dudit ensemble optimal de vecteurs de décision et desdites données de modélisation.
- Pre-processing means (31) capable of:
- Acquire from a plurality of modeling data;
- Subdivide (3121) a predetermined uptime into a sequence of time segments (3122); the subdivision being calculated such that, for at least one chosen modeling datum, said chosen modeling datum is constant in each time segment (3122); the temporal subdivision of said modeling data into a vector whose dimension is equal to the number of subdivided segments forming a vector of modeling data,
- Optimization means (32) capable of determining an optimal set of decision vectors, by calculating an objective function as a function of said modeling data vectors, said decision vectors comprising decision variables i.e. i.e. adjustable parameters capable of modifying the cost of said electrical recharge and/or discharge, and each being of the same dimension as said modeling data vectors,
- Post-processing means (33) capable of generating recharging and/or discharging control signals as a function of said optimal set of decision vectors and of said modeling data.
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