FR3130215A1 - Système de transport à véhicule tracteur électrique - Google Patents

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FR3130215A1
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electric
electric power
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Rémy PANARIELLO
Fabien Perdu
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Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Abstract

L’invention concerne un système de transport comprenant : Un véhicule tracteur (1) et au moins un moteur électrique (10) coopérant avec un ensemble de mise en mouvement pour faire avancer le système de transport,Une source d'alimentation électrique principale (SP) agencée pour alimenter ledit au moins un moteur électrique (10),Une plateforme (2) de transport d'un ou plusieurs véhicules (VE), solidaire dudit véhicule tracteur,Chaque véhicule transporté étant de type électrique et comportant une source d'alimentation électrique dite secondaire (SS),Des moyens de gestion (4) configurés notamment pour commander une charge d'au moins une source d'alimentation électrique secondaire (SS) lorsque la source d'alimentation électrique principale (SP) est disponible et présente une disponibilité de puissance électrique capable de fournir à la fois ladite charge et la traction du système de transport. Figure à publier avec l'abrégé : Figure 1

Description

Système de transport à véhicule tracteur électrique
Domaine technique de l'invention
La présente invention se rapporte à un système de transport comprenant un véhicule tracteur doté d'un moteur électrique et une plateforme de transport destinée à transporter un ou plusieurs véhicules électriques.
Etat de la technique
Dans le domaine des systèmes de transport à motorisation électrique, on vise à remplir différents objectifs :
  • Assurer une disponibilité rapide et fréquente de véhicules électriques, en tous lieux ;
  • Permettre à des véhicules électriques à autonomie faible ou modérée de parcourir de grandes distances, en un minimum de temps et en limitant l'impact environnemental ;
Ainsi, permettre à des véhicules électriques de parcourir de grandes distances, en un minimum de temps et en limitant l'impact écologique reste aujourd’hui un enjeu. Il peut de façon similaire être utile de transporter de tels véhicules sur de longues distances, par choix des propriétaires, sans pour autant les faire rouler. Ceci sera d'autant plus avantageux si les véhicules peuvent être livrés à destination avec une batterie suffisamment chargée.
C'est dans ce cadre que l'invention vise à proposer un système de transport comportant un véhicule tracteur à motorisation électrique, ce véhicule tracteur étant destiné à transporter un ou plusieurs autres véhicules électriques. Le but de l'invention est de proposer un système de transport apte à remplir un ou plusieurs des objectifs cités ci-dessus.
Ce but est atteint par un système de transport comprenant :
  • Un véhicule tracteur et au moins un moteur électrique coopérant avec un ensemble de mise en mouvement pour faire avancer le système de transport,
  • Une source d'alimentation électrique principale agencée pour alimenter ledit au moins un moteur électrique,
  • Une plateforme (2) de transport d'un ou plusieurs véhicules, solidaire dudit véhicule tracteur,
  • Chaque véhicule transporté étant de type électrique et comportant une source d'alimentation électrique dite secondaire,
  • Des moyens de gestion configurés pour :
    • Commander une alimentation dudit au moins un moteur électrique à partir d'au moins une source d'alimentation électrique secondaire lorsque la source d'alimentation électrique principale n'est pas disponible ou de puissance électrique insuffisante pour assurer la traction du système, et
    • Commander une charge d'au moins une source d'alimentation électrique secondaire lorsque la source d'alimentation électrique principale est disponible et présente une disponibilité de puissance électrique capable de fournir à la fois ladite charge et la traction du système de transport.
Selon une particularité, la source d'alimentation électrique principale est choisie parmi l'une des sources suivantes ou une combinaison d'au moins deux de ces sources :
  • Une batterie électrochimique,
  • Une pile à combustible,
  • Une infrastructure de charge externe, sur laquelle le véhicule tracteur vient se connecter.
Selon une autre particularité, les moyens de gestion sont configurés pour vérifier la disponibilité de la source d'alimentation électrique principale.
Selon une autre particularité, les moyens de gestion sont configurés pour déterminer la disponibilité de puissance électrique de la source d'alimentation électrique principale.
Selon une autre particularité, les moyens de gestion sont configurés pour acquérir l'état de charge de chaque source d'alimentation électrique secondaire.
Selon une autre particularité, les moyens de gestion sont configurés pour déterminer le nombre de sources d'alimentation électrique secondaires à connecter pour fournir le surplus de puissance au système à travers une liaison de puissance et pour sélectionner une ou plusieurs des sources d'alimentation électrique secondaires à connecter à la liaison de puissance.
Selon une autre particularité, les moyens de gestion sont configurés pour acquérir les données du trajet à effectuer par le système de transport, incluant une disponibilité de la source d'alimentation électrique principale formée de l'infrastructure de charge externe.
Selon une autre particularité, les moyens de gestion sont configurés pour sélectionner et connecter une ou plusieurs sources d'alimentation électrique secondaires aptes à absorber une puissance électrique disponible auprès de la source d'alimentation électrique principale.
Selon une autre particularité, le système comporte un dispositif de distribution de puissance configuré pour connecter le moteur électrique et/ou la source d'alimentation électrique principale et/ou au moins une source d'alimentation électrique secondaire et commandé pour assurer :
  • Une charge ou une décharge de la source d'alimentation électrique principale, ou
  • Une charge ou une décharge de chaque source d'alimentation électrique secondaire.
Selon une autre particularité, le système comporte des moyens de communication, agencés entre lesdits moyens de gestion et une unité de gestion locale, associée à chaque source d'alimentation électrique secondaire.
L'invention concerne un procédé de gestion d'un système de transport tel que défini ci-dessus, le procédé consistant à :
  • Commander une alimentation du au moins un moteur électrique à partir d'au moins une source d'alimentation électrique secondaire lorsque la source d'alimentation électrique principale n'est pas disponible ou de puissance électrique insuffisante pour assurer la traction du système, et
  • Commander une charge d'au moins une source d'alimentation électrique secondaire lorsque la source d'alimentation électrique principale est disponible et présente une disponibilité de puissance électrique capable de fournir à la fois une puissance électrique suffisante à ladite charge et à la traction du système de transport.
Selon une particularité, le procédé consiste à vérifier la disponibilité de la source d'alimentation électrique principale.
Selon une autre particularité, le procédé consiste à déterminer la disponibilité de puissance électrique de la source d'alimentation électrique principale.
Selon une autre particularité, le procédé consiste à acquérir l'état de charge de chaque source d'alimentation électrique secondaire.
Selon une autre particularité, le procédé consiste à déterminer le nombre de sources d'alimentation électrique secondaires à connecter pour fournir un surplus de puissance au système via une liaison de puissance et à sélectionner une ou plusieurs des sources d'alimentation électrique secondaires à connecter à ladite liaison de puissance.
Selon une autre particularité, le procédé consiste à acquérir les données du trajet à effectuer par le système de transport, incluant une disponibilité de la source d'alimentation électrique principale formée de l'infrastructure de charge externe.
Selon une autre particularité, le procédé consiste à sélectionner et connecter une ou plusieurs sources d'alimentation électrique secondaires aptes à absorber une puissance électrique disponible, fournie par la source d'alimentation électrique principale.
Le système de transport de l'invention permet ainsi de :
  • Transporter les véhicules électriques sur un lieu particulier, en utilisant les sources d'alimentation électrique secondaires présentes dans les véhicules électriques transportés, ce qui peut être réalisé soit en énergie soit en disponibilité de puissance, pour optimiser la gestion énergétique et de puissance du système de transport ;
  • Assurer éventuellement une charge du/des véhicules électriques transportés, ce qui permet de les livrer chacun avec une batterie suffisamment chargée, et d'être moins dépendant des infrastructures de recharge présentes sur le lieu de destination ;
  • Limiter potentiellement le besoin d’infrastructure, la recharge du/des véhicules transportés se faisant sur base d’une source électrique unique, au lieu de sources démultipliées ;
Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages vont apparaître dans la description détaillée ci-après, faite en liaison avec les figures listées ci-dessous :
  • La représente un exemple de réalisation du système de transport conforme à l'invention ;
  • La représente de manière schématique l'architecture fonctionnelle du système de transport de l'invention ;
  • La représente une architecture simplifiée pour illustrer un cas de fonctionnement du système ;
Description détaillée d'au moins un mode de réalisation
En référence à la et à la , le système de transport de l'invention comporte un véhicule tracteur 1 à motorisation électrique et une plateforme 2 solidaire du véhicule tracteur 1 et apte à transporter un ou plusieurs véhicules électriques VE indépendants.
Le véhicule tracteur 1 comporte un ensemble de roulage lui permettant de progresser sur le sol, par exemple des roues, chenilles ou équivalents. Il peut aussi s’agir d’éléments motorisés circulant sur rails.
Le véhicule tracteur 1 comporte au moins un moteur électrique 10 (ce ou ces moteurs sont ci-après désigné(s) de façon globale comme le moteur électrique 10) coopérant avec l'ensemble de roulage, commandé pour entraîner ledit ensemble de roulage en vue de faire avancer le système de transport sur le sol. Le moteur électrique 10 peut être de tous types.
Le système de transport comporte au moins une source d'alimentation électrique, dite principale SP_1, SP_2 (SP de manière générale). Cette source d'alimentation électrique principale SP est destinée à alimenter le moteur électrique 10 pour mettre en mouvement le système de transport.
La source d'alimentation électrique principale SP est choisie parmi une ou plusieurs des sources suivantes :
  • Une batterie de type électrochimique et/ou une pile à combustible SP_1 ;
  • Une infrastructure de charge SP_2 externe audit système de transport, telle que par exemple une route électrique intégrant des moyens de connexion de type rail 30 ou sans contact par induction, auxquels le véhicule tracteur 1 vient se connecter pour alimenter son moteur électrique 10 (via le dispositif de distribution de puissance 5) ;
Il faut noter que le système de transport peut comporter plusieurs sources d'alimentation électrique principales. Il peut ainsi s'alimenter sur une batterie électrochimique et/ou une pile à combustible SP_1 intégrée au système de transport, par exemple au niveau du véhicule tracteur 1, ainsi que sur une infrastructure de charge externe SP_2 telle qu'une route électrique, sur laquelle il vient se connecter en se déplaçant. On verra que des moyens de gestion 4 du système sont aptes à gérer ces différentes sources et choisir la solution d'alimentation optimale en fonction des conditions du trajet. Dans la suite de la description, on fait référence à une seule source d'alimentation électrique principale SP pour évoquer une ou plusieurs des sources d'alimentation électrique principales citées ci-dessus. Il faut noter que lorsque la source d'alimentation électrique principale embarquée sur le système est une pile à combustible, une batterie électrochimique peut tout de même s'avérer nécessaire pour gérer les dynamiques de la pile.
Selon une particularité, une liaison de puissance 7 (les liaisons de puissance sont indiquées en traits pleins sur la ) relie la source d'alimentation électrique principale SP au moteur électrique 10 à alimenter, cette liaison étant gérée via un dispositif de distribution de puissance 5. On verra ci-après que le système permet de venir connecter des sources d'alimentation électrique supplémentaires via d'autres liaisons de puissance 7, gérées par le dispositif de distribution de puissance 5, en vue de suppléer ou de compléter l'apport de la source d'alimentation électrique principale SP. Le dispositif de distribution de puissance 5 peut par exemple être composé de plusieurs unités, une unité dédiée à la gestion de puissance pour l'alimentation du moteur électrique 10, via la source d'alimentation électrique principale SP et une autre unité dédiée à la gestion de puissance entre les sources d'alimentation secondaires SS, le moteur électrique 10 et la source d'alimentation électrique principale SP. Des moyens de communication sont prévus pour assurer la communication entre les unités du dispositif.
Comme indiqué ci-dessus, le système de transport comporte une plateforme 2 de transport destinée à transporter un ou plusieurs véhicules électriques VE indépendants, distincts du véhicule tracteur 1. Cette plateforme 2 est solidaire du véhicule tracteur 1 et entraînée en mouvement par le véhicule tracteur 1. Elle peut par exemple prendre la forme d'une remorque accrochée au véhicule tracteur 1 ou former un ensemble monobloc avec le véhicule tracteur 1. Sur la , les véhicules électriques VE transportés sont tous identiques mais il faut comprendre qu'ils pourraient être différents en taille et en architecture. Par véhicule électrique, on entend un véhicule qui comporte son propre ensemble de roulage, distinct de celui du système de transport et qui lui permet d'avancer sur le sol. Il faut noter que chaque véhicule électrique VE comporte également au moins un moteur électrique indépendant lui permettant de se déplacer, ce moteur pouvant être alimenté par sa source d'alimentation électrique (ci-après désignée source secondaire SS), lorsqu'il n'est pas transporté par le système de l'invention.
Selon une particularité, les véhicules électriques VE transportés sont par exemple à autonomie faible ou modérée. Le système de transport peut ainsi être employé pour amener ces véhicules électriques VE dans un lieu où ils ne pourraient pas se rendre sans être rechargés au cours du trajet. Leur autonomie serait en effet insuffisante pour cela. Le système de transport peut également être configuré pour garantir que les véhicules électriques VE transportés soient livrés sur le lieu de destination avec une batterie chargée au-dessus d'un certain seuil, par exemple fixé à 80%. Il serait même possible d'individualiser le seuil de charge de chaque batterie des véhicules transportés, par exemple en fonction de la demande du client utilisateur.
Le système de transport présente la particularité de pouvoir utiliser la source d'alimentation électrique présente dans chaque véhicule électrique VE transporté pour mettre en œuvre différentes fonctions. La source d'alimentation électrique présente dans chaque véhicule électrique transporté est dite secondaire (référencée SS de manière générale).
Le système de transport comporte ainsi des moyens de gestion 4 configurés pour gérer la source d'alimentation électrique principale SP disponible et la source d'alimentation électrique secondaire SS présente dans chaque véhicule électrique VE transporté par le système de transport.
Selon un aspect particulier de l'invention, chaque source d'alimentation électrique secondaire SS peut être utilisée pour suppléer la source d'alimentation électrique principale SP dans l'alimentation du moteur électrique 10 employé dans la traction du système (1ercas), ou pour aider et compléter l'apport de la source d'alimentation électrique principale SP dans l'alimentation du moteur électrique 10 (2èmecas). Des liaisons de puissance 7 sont agencées entre chaque source d'alimentation électrique secondaire et le moteur électrique 10 et entre le moteur électrique 10 et la source d'alimentation électrique principale SP, ces liaisons de puissance 7 étant gérées par le dispositif de distribution de puissance 5.
Le premier cas se produit lorsque la source d'alimentation électrique principale SP n'est pas disponible, c'est-à-dire :
  • Sans énergie électrique disponible, lorsque la batterie est déchargée ou la pile à combustible sans combustible ;
  • Inexistante, lorsque l'infrastructure externe SP_2 de type route électrique n'est pas présente ;
  • Hors service, c'est-à-dire lorsque la source d'alimentation électrique principale SP sélectionnée n'est pas en mesure de fournir de l'énergie car elle présente un défaut ;
Le deuxième cas se produit lorsqu'un surplus de puissance est nécessaire à la traction du système. Dans ce cas, une ou plusieurs des sources d'alimentation électrique secondaires SS disponibles peut être sollicitée pour compléter l'apport de la source d'alimentation électrique principale SP et fournir le surplus de puissance demandé. Un tel surplus de puissance peut être requis lorsque le système de transport circule sur un terrain difficile ou en pente.
Selon un autre aspect particulier de l’invention, la source d'alimentation électrique principale SP présente une disponibilité en puissance électrique définie et non nulle.
Cette disponibilité de puissance électrique dépend du type de la source électrique et de sa stratégie d’emploi pour le système de transport.
La disponibilité de puissance électrique peut correspondre à la puissance électrique maximale d’une source de recharge extérieure, comme une borne de recharge ou une route électrique (source SP_2) intermittente dont on cherche à maximiser le bénéfice pour le trajet.
Alternativement, cette disponibilité de puissance électrique peut correspondre à la puissance électrique de fonctionnement technique optimal de la source, par exemple être le point de fonctionnement de rendement maximal pour une pile à combustible (source SP_1).
Cette disponibilité de puissance électrique peut être directement connue par une connexion électrique à la source, par maximisation de la puissance électrique soutirée, ou configurée dans les moyens de gestion du système de transport.
Dans le cas où cette disponibilité de puissance électrique ne peut être absorbée par le moteur de traction 10, il est utile de pouvoir disposer de stockage électrique local de cette puissance électrique excédentaire. Les sources d'alimentation électriques secondaires SS, peuvent ainsi être chargés par l’excès de puissance électrique disponible. Elles pourront restituer cette énergie lorsque cela sera nécessaire au transport. Une fois encore, la multiplicité des sources d'alimentation électriques secondaires SS apporte l'avantage d’une capacité d’absorption en puissance supérieure à ce qu’autoriserait une unique batterie, et en relation avec la masse transportée.
Selon un autre aspect particulier de l'invention, chaque source d'alimentation électrique secondaire SS peut ainsi également être rechargée lorsque le véhicule électrique VE est transporté sur la plateforme 2 du système. La charge d'une source d'alimentation électrique secondaire SS peut se faire via un transfert d'énergie en provenance de la source d'alimentation électrique principale SP.
Les moyens de gestion 4 sont ainsi configurés pour :
  • Déterminer la disponibilité de chaque source d'alimentation électrique principale SP ;
  • Sélectionner une ou plusieurs sources d'alimentation électrique, parmi les sources d'alimentation électriques principales SP disponibles ;
  • Acquérir des données relatives à chaque source d'alimentation électrique principale SP disponible, par exemple l'état de charge, le courant délivré par la source, la tension aux bornes de la source, la température, les données de diagnostic, la puissance idéalement disponible ;
  • Déterminer la disponibilité de chaque source d'alimentation électrique secondaire SS ;
  • Eventuellement, sélectionner une ou plusieurs des sources d'alimentation électrique secondaires SS parmi celles qui sont disponibles, pour suppléer ou aider la source d'alimentation électrique principale SP, ou alternativement absorber une partie de la puissance disponible au niveau de la source d'alimentation électrique principale SP ;
  • Acquérir des données relatives à chaque source d'alimentation électrique secondaire SS, par exemple l'état de charge, le courant délivré par la source, la tension aux bornes de la source, la température, les données de diagnostic ;
Les moyens de gestion 4 sont ainsi aptes à établir une cartographie des états de chaque source d'alimentation électrique, principale et secondaire, en vue de mettre en place une stratégie de gestion adaptée à la traction du système, à l’optimisation de l’exploitation des sources d'alimentation électrique principales SP et à la charge éventuelle des sources d'alimentation électrique secondaires SS.
Les différentes stratégies peuvent être les suivantes :
  • Si la source d'alimentation électrique principale SP est apte à délivrer une puissance électrique suffisante pour la traction du système et dispose d'un état de charge suffisant pour charger une ou plusieurs sources d'alimentation électrique secondaires SS, les moyens de gestion 4 sont configurés pour :
    • Vérifier l'état de charge de chaque source d'alimentation électrique secondaire SS ;
    • Commander une charge de chaque source d'alimentation électrique secondaire SS dont l'état de charge n'est pas supérieur à un seuil donné, par exemple 80%, via la source d'alimentation électrique principale SP ; Les moyens de gestion 4 sont aptes à établir des priorités de charge entre les différentes sources d'alimentation électrique secondaires SS, en hiérarchisant les états de charge, mais aussi en tenant compte de l'état de santé de chaque source d'alimentation électrique secondaire SS ;
  • Si la source d'alimentation électrique principale SP n'est pas disponible ou non apte à délivrer une puissance électrique suffisante à la traction du système, les moyens de gestion 4 sont configurés pour :
    • Sélectionner une ou plusieurs sources d'alimentation électrique secondaires SS pour suppléer la source d'alimentation électrique principale SP ou pour fournir un complément de puissance venant s'ajouter à la puissance fournie par la source d'alimentation électrique principale SP ; la sélection peut s'opérer par exemple en fonction de l'état de charge de chaque source d'alimentation électrique secondaire SS et/ou de l'état de santé de chaque source d'alimentation électrique secondaire SS ;
Il faut noter que l'un des objectifs des moyens de gestion 4 pourra être de faire en sorte que l'ensemble des sources d'alimentation électrique secondaires SS atteigne un état de charge cible au bout d'une période donnée. A titre d'exemple, il s'agira de faire en sorte que chaque source d'alimentation électrique secondaire SS atteigne un état de charge d'au moins 80%, lorsque le lieu de destination est atteint. Pour cela, les moyens de gestion sont configurés pour :
  • Acquérir l'état de charge de la source d'alimentation électrique principale SP et l'état de charge de chaque source d'alimentation électrique secondaire SS ;
  • Acquérir les données du trajet à effectuer par le système de transport, incluant notamment la disponibilité de la source d'alimentation électrique principale de type route électrique sur ce trajet, en vue de déterminer les portions sur lesquelles cette source d'alimentation électrique principale SP_2 est utilisable pour la traction du système ainsi que pour une charge de sources d'alimentation électrique secondaire SS, sans compromis sur la traction du système ;
  • Sélectionner les sources d'alimentation électrique secondaires SS à charger sur le trajet, et les périodes de charge de chaque source d'alimentation électrique secondaire SS sélectionnée ; Bien entendu, cette stratégie pourra évoluer en fonction de l'évolution des états de charge des différentes sources et de leur disponibilité sur le trajet ;
Un autre objectif des moyens de gestion 4 pourra être de maximiser l’exploitation - au point de fonctionnement optimal - de la source d'alimentation électrique principale SP, par exemple en maximisant la puissance absorbée par les sources d'alimentation électriques secondaires SS durant les périodes de disponibilité de puissance sur la source d'alimentation électrique principale SP.
Un autre objectif des moyens de gestion 4 peut aussi être une optimisation entre énergie disponible et puissance disponible, au travers d’une charge à faible puissance, mais sur la durée, des sources d'alimentation électrique secondaires SS, pour leur permettre d’assurer, si nécessaire, sur de courtes durées un besoin de forte puissance. Ceci est particulièrement intéressant lorsque la source d'alimentation électrique principale SP_1 est un stockage électrochimique dont la capacité de fourniture de puissance instantanée est limitée. Dans ce cas, les sources d'alimentation électrique secondaires SS sont contrôlées pour fournir un surplus de puissance instantanée.
Il faut noter que les différents principes de gestion mis en œuvre peuvent dépendre de la nature des sources d'alimentation électrique présentes et disponibles dans le système.
Il faut noter que certains de ces échanges d’énergie peuvent avoir lieu alors que le moteur électrique 10 est à l’arrêt, et sans besoin de puissance vers celui-ci.
Le système comporte des moyens de communication comprenant une ou plusieurs liaisons de communication 6 (traits en pointillés sur la ) agencés entre les moyens de gestion 4 et une unité de gestion locale de chaque source d'alimentation électrique, principale et secondaire du dispositif. Il faut noter que chaque source d'alimentation électrique peut en effet disposer d'une unité de gestion locale, en capacité de gérer localement la source d'alimentation électrique à laquelle elle est rattachée. Cette unité est par exemple apte à acquérir toutes les données de fonctionnement de la source (état de charge, tension, courant, température,…) à l'aide de plusieurs capteurs présents sur la source d'alimentation électrique. Ces données sont ensuite transférables aux moyens de gestion 4 pour effectuer une gestion centralisée.
Comme indiqué ci-dessus, le système comporte également un dispositif de distribution de puissance 5 ayant pour rôle de répartir l’énergie à travers le système en fonction des données remontées par les unités de gestion locales, à travers les différentes liaisons de communication.
Le dispositif de distribution de puissance 5 comporte des moyens de conversion électrique, formés de convertisseurs de type DC/DC et/ou DC/AC, des moyens de commutation tels que des contacteurs et des moyens de protection (disjoncteur notamment). Ces différents moyens sont embarqués sur le système de transport et commandés par les moyens de gestion 4 pour appliquer la stratégie de fonctionnement déterminée par les moyens de gestion 4. Il faut noter que suivant le régime de charge ou de décharge, les liaisons de puissance 7 peuvent être commandés en AC (charge lente) ou en DC (charge rapide).
Chaque convertisseur embarqué dépendra notamment du type de source d'alimentation électrique principale (pile à combustible, batterie,…) gérée par le système de transport.
Le nombre de convertisseurs peut dépendre du nombre de véhicules électriques que le système peut transporter.
Par ses différents moyens, le dispositif de distribution de puissance 5 peut de manière indépendante relier ou isoler un ou plusieurs véhicules électriques VE transportés en contrôlant les liaisons de puissance 7.
Il faut noter que le dispositif de distribution de puissance 5 est avantageusement choisi avec un ou plusieurs convertisseurs réversibles en courant et en tension, permettant des échanges d'énergie dans les deux sens, de la source d'alimentation électrique principale vers chaque source d'alimentation électrique secondaire SS ou de chaque source d'alimentation électrique secondaire SS vers la source d'alimentation électrique principale SP (lorsque celle-ci est une batterie par exemple). Le principe de réversibilité sera également utile pour récupérer l'énergie de freinage du système et permettre une charge des sources d'alimentation électriques embarqués. Le dispositif de distribution de puissance 5 est alors commandé de manière adaptée pour assurer ce mode de fonctionnement régénératif.
Chaque véhicule électrique VE placé sur la plateforme 2 est connecté aux moyens de gestion 4 via des liaisons de communication 6 de type filaire ou sans-fil. Avantageusement, la source d'alimentation électrique secondaire SS de chaque véhicule électrique VE est branchée sur des moyens de connexion disponibles sur la plateforme 2 de manière à former lesdites liaisons de puissance 7.
Les véhicules électriques VE peuvent ainsi être alimentés par le biais de câbles électriques et/ou chargeurs dotés de connecteurs adaptés aux différents types de véhicules pouvant être transportés. A titre d'exemple, chaque ligne d’alimentation reliée à un véhicule électrique pourrait délivrer une puissance de 90 kW.
Le système embarque avantageusement des moyens de gestion et de protection thermique 8, permettant notamment d'assurer un refroidissement de l'installation.
A titre d'exemple, le convoi composé d'un véhicule tracteur 1 qui tire une semi-remorque de type porte-véhicule rentre préférentiellement dans le gabarit routier standard (20,35 m x 2,55 m x 4,50 m - 44 tonnes).
La semi-remorque est aménagée afin d’accueillir plusieurs (de un à douze) véhicules électriques. Les véhicules électriques VE transportés sont répartis sur un ou deux étages. Les véhicules électriques sont immobilisés sur la plateforme 2 par le moyen de cales et des sangles.
Architecture et c as de fonctionnement – :
Le système de transport fonctionne avec, comme source d'alimentation électrique principale, une pile à combustible (SP_1 sur la ) qui est une solution de stockage dit à régime nominal. Cette source d'alimentation électrique principale SP_1 permet de recharger les véhicules électriques VE transportés selon les caractéristiques décrites ci-dessus. Chaque véhicule électrique VE est alimenté par une batterie, formant chacune une source d'alimentation électrique secondaire SS du système.
Les dynamiques de piles à combustibles ne permettent pas de suivre les montées ou descentes de régimes rapides. Généralement, une batterie dite tampon est nécessaire pour soutenir la pile à combustible SP_1 lors des pics de puissance et pour dissiper l’énergie en surplus produite par la pile à combustible. Les batteries embarquées dans chaque véhicule électrique transporté sont ici employées pour jouer le rôle de la batterie tampon qui est couramment utilisée et peuvent la remplacer, lorsque le système de transport ne roule pas à vide.
Dans cet exemple, la pile à combustible SP_1 fournit l’essentiel de l’énergie au système de transport : énergie de traction du véhicule tracteur 1, énergie de charge des véhicules électriques VE transportés, et alimentation du reste du système.
Mais lorsque la demande du réseau à bord est en dehors de la plage de fonctionnement idéale de la pile à combustible, de l’énergie électrique peut circuler dans un sens ou dans un autre entre la pile à combustible et les batteries des véhicules électriques VE transportés, soit pour soutenir la pile à combustible lors des pics de puissance, soit pour absorber le surplus d’énergie de la pile à combustible. Lors des phases de recharge, pour envoyer typiquement 20 kWh dans chacun des véhicules électriques transportés, une énergie supplémentaire de 200 kWh serait nécessaire, en plus de l’énergie nécessaire à la traction du système de transport. Classiquement, 130 kW minimum sont nécessaires pour faire rouler un camion de 40 tonnes à 90km/h. Pour en plus recharger dix véhicules électriques transportés à 20 kW chacun, une pile à combustible délivrant une puissance de typiquement 330 kW, dotée d’un réservoir de 35 kg pourrait convenir. Lors des phases d’hybridation, les batteries des véhicules électriques VE transportés de typiquement 30 kWh sont capables de fournir ou d’accepter des pics de typiquement 90 kW sur une courte durée. Dix véhicules électriques transportés sont alors capables de fournir ou d’accepter une puissance instantanée de 900 kW pour soutenir la pile à combustible.
En variante de réalisation, si la source d'alimentation électrique principale SP n'est pas une pile à combustible, mais une batterie électrochimique, un exemple de dimensionnement serait le suivant :
Une puissance maximale de 60 kW serait nécessaire pour charger tous les véhicules transportés pendant la durée d'un trajet (typiquement 3h à 5h). La source d'alimentation électrique principale (référencée SP_1) pourrait donc utiliser des chimies de type énergétique (Lithium-Ion par exemple Lithium-Nickel-Manganèse-Cobalt (NMC), Lithium-Nickel-Cobalt-Aluminium (NCA), Lithium-Fer-Phosphate LFP), à faible régime de décharge (C/3). Une tension typique de 400 V serait appropriée afin de minimiser les courants et la nécessité de conversion. Les batteries embarquées dans les véhicules électriques VE de typiquement 30 kWh sont capables de fournir des pics de puissance de 90 kW sur une courte durée. Dix véhicules électriques transportés sont alors capables de fournir une puissance instantanée de 900 kW au système de transport pour soutenir la source d'alimentation électrique principale SP_1, dans les phases de fort appel de courant (démarrages, cotes, accélérations…).
Ce dernier exemple décrit de manière générale comment le véhicule tracteur et les véhicules électriques VE transportés peuvent collaborer entre eux sur un trajet, et notamment comment un échange énergétique, puissance instantanée contre énergie sur le long terme, pourrait être établi. On notera également que la puissance disponible pour assister la traction du convoi (provenant des batteries des véhicules électriques VE transportés) augmente mécaniquement lorsque le nombre de VE transportés augmente (et donc lorsque le besoin de puissance augmente avec la masse du convoi).
Le système de transport de l'invention présente ainsi de nombreux avantages, parmi lesquels :
  • Une solution permettant à des véhicules électriques à autonomie faible ou modérée d'être amenés sur un lieu où ils ne pourraient se rendre, sans une ou plusieurs recharges de leur batterie ;
  • Une solution pouvant permettre de garantir que les véhicules électriques sont livrés sur le lieu de destination avec une batterie chargée au-dessus d'un certain seuil ;
  • Une solution permettant au système de conserver une dynamique de fonctionnement, quelle que soit sa source d'alimentation électrique principale (pile à combustible, batterie électrochimique, route électrique…) ;
  • Une solution permettant d’optimiser l’exploitation de la source d'alimentation électrique principale SP ;
On peut noter également que :
  • Plus le nombre de véhicules électriques VE transportés sera important, plus la puissance disponible ou pouvant être absorbée sera importante ;
  • Un seul système tel que celui de l'invention, transportant plusieurs véhicules électriques, a le potentiel de consommer moins d'électricité que si les véhicules électriques se rendaient sur le lieu de destination de manière indépendante, à l'aide de leur source d'alimentation respective ;

Claims (17)

  1. Système de transport comprenant :
    • Un véhicule tracteur (1) et au moins un moteur électrique (10) coopérant avec un ensemble de mise en mouvement pour faire avancer le système de transport,
    • Une source d'alimentation électrique principale (SP) agencée pour alimenter ledit au moins un moteur électrique (10),
    • Une plateforme (2) de transport d'un ou plusieurs véhicules (VE), solidaire dudit véhicule tracteur,
    • Chaque véhicule transporté étant de type électrique et comportant une source d'alimentation électrique dite secondaire (SS),
    • Caractérisé en ce qu'il comporte :
    • Des moyens de gestion (4) configurés pour :
      • Commander une alimentation du au moins un moteur électrique (10) à partir d'au moins une source d'alimentation électrique secondaire (SS) lorsque la source d'alimentation électrique principale (SP) n'est pas disponible ou de puissance électrique insuffisante pour assurer la traction du système, et
      • Commander une charge d'au moins une source d'alimentation électrique secondaire (SS) lorsque la source d'alimentation électrique principale (SP) est disponible et présente une disponibilité de puissance électrique capable de fournir à la fois ladite charge et la traction du système de transport.
  2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source d'alimentation électrique principale (SP) est choisie parmi l'une des sources suivantes ou une combinaison d'au moins deux de ces sources :
    • Une batterie électrochimique,
    • Une pile à combustible,
    • Une infrastructure de charge externe, sur laquelle le véhicule tracteur vient se connecter.
  3. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de gestion (4) sont configurés pour vérifier la disponibilité de la source d'alimentation électrique principale.
  4. Système selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de gestion (4) sont configurés pour déterminer la disponibilité de puissance électrique de la source d'alimentation électrique principale (SP).
  5. Système selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens de gestion sont configurés pour acquérir l'état de charge de chaque source d'alimentation électrique secondaire.
  6. Système selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens de gestion (4) sont configurés pour déterminer le nombre de sources d'alimentation électrique secondaires (SS) à connecter pour fournir le surplus de puissance au système à travers une liaison de puissance (7) et pour sélectionner une ou plusieurs des sources d'alimentation électrique secondaires (SS) à connecter à la liaison de puissance (7).
  7. Système selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens de gestion (4) sont configurés pour acquérir les données du trajet à effectuer par le système de transport.
  8. Système selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les moyens de gestion (4) sont configurés pour sélectionner et connecter une ou plusieurs sources d'alimentation électrique secondaires (SS) aptes à absorber une puissance électrique disponible auprès de la source d'alimentation électrique principale (SP).
  9. Système selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de distribution de puissance (5) configuré pour connecter le moteur électrique (10) et/ou la source d'alimentation électrique principale (SP) et/ou au moins une source d'alimentation électrique secondaire (SS) et commandé pour assurer :
    • Une charge ou une décharge de la source d'alimentation électrique principale (SP), ou
    • Une charge ou une décharge de chaque source d'alimentation électrique secondaire (SS).
  10. Système selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de communication, agencés entre lesdits moyens de gestion et une unité de gestion locale, associée à chaque source d'alimentation électrique secondaire (SS).
  11. Procédé de gestion d'un système de transport tel que défini dans l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il consiste à :
    • Commander une alimentation du au moins un moteur électrique (10) à partir d'au moins une source d'alimentation électrique secondaire (SS) lorsque la source d'alimentation électrique principale (SP) n'est pas disponible ou de puissance électrique insuffisante pour assurer la traction du système, et
    • Commander une charge d'au moins une source d'alimentation électrique secondaire (SS) lorsque la source d'alimentation électrique principale (SP) est disponible et présente une disponibilité de puissance électrique capable de fournir à la fois une puissance électrique suffisante à ladite charge et à la traction du système de transport.
  12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il consiste à vérifier la disponibilité de la source d'alimentation électrique principale (SP).
  13. Procédé selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce qu'il consiste à déterminer la disponibilité de puissance électrique de la source d'alimentation électrique principale (SP).
  14. Procédé selon l'une des revendications 11 à 13, caractérisé en ce qu'il consiste à acquérir l'état de charge de chaque source d'alimentation électrique secondaire (SS).
  15. Procédé selon l'une des revendications 11 à 14, caractérisé en ce qu'il consiste à déterminer le nombre de sources d'alimentation électrique secondaires (SS) à connecter pour fournir un surplus de puissance au système via une liaison de puissance (7) et à sélectionner une ou plusieurs des sources d'alimentation électrique secondaires à connecter à ladite liaison de puissance.
  16. Procédé selon l'une des revendications 11 à 15, caractérisé en ce qu'il consiste à acquérir les données du trajet à effectuer par le système de transport.
  17. Procédé selon l'une des revendications 11 à 16, caractérisé en ce qu'il consiste à sélectionner et connecter une ou plusieurs sources d'alimentation électrique secondaires (SS) aptes à absorber une puissance électrique disponible, fournie par la source d'alimentation électrique principale.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011230535A (ja) * 2010-04-23 2011-11-17 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 自動車運搬船における電力マネジメントシステムおよび自動車運搬船
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FR3089170B1 (fr) * 2018-12-04 2021-06-11 Electricite De France Système de transport et de recharge de véhicules électriques, utilisant une énergie produite par un système de récupération au cours du transport

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