FR3139957A1 - Connected electric vehicle charging device - Google Patents

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Abstract

Dispositif de recharge connecté de véhicules électriques. L'invention concerne un dispositif de recharge de véhicule électrique capable de s'adapter dynamiquement à la puissance disponible sur le réseau de sorte à optimiser la recharge, tout en évitant non seulement, la disjonction de l'installation, mais en outre, de permettre un délestage massif à destination des fournisseurs d'électricité Il est constitué d'un dispositif de recharge de véhicule électrique interconnecté au compteur intelligent par une carte d'interface, qui offre la capacité d'extraire les données de consommation au travers de la passerelle domestique qui garantie l'asservissement de la densité de puissance. Le dispositif de recharge est un équipement pilotable au travers du réseau internet par le serveur distant à destination des fournisseurs d'électricité garantissant une capacité de délestage des réseaux de transport d'électricité. Le dispositif selon l'invention est particulièrement destinée à maximiser l'usage de l'énergie disponible, afin de mieux préparer le modèle énergétique de demain.Connected charging device for electric vehicles. The invention relates to an electric vehicle charging device capable of dynamically adapting to the power available on the network so as to optimize charging, while not only avoiding the disconnection of the installation, but also allowing massive load shedding for electricity suppliers It consists of an electric vehicle charging device interconnected to the smart meter by an interface card, which offers the capacity to extract consumption data through the domestic gateway which guarantees the control of the power density. The recharging device is equipment that can be controlled via the internet network by the remote server intended for electricity suppliers guaranteeing load shedding capacity from electricity transport networks. The device according to the invention is particularly intended to maximize the use of available energy, in order to better prepare the energy model of tomorrow.

Description

Dispositif de recharge connecté de véhicule électriqueConnected electric vehicle charging device

La présente invention concerne un dispositif de recharge de véhicule électrique intelligent et connecté permettant un asservissement optimisé des ressources en énergies disponibles d'une part, sur l'installation électrique du bâtiment, et d'autre part, sur le réseau de transport d'électricité couvrant le territoire permettant de mieux préparer le modèle énergétique de demain encore méconnueThe present invention relates to an intelligent and connected electric vehicle charging device allowing optimized control of the energy resources available on the one hand, on the electrical installation of the building, and on the other hand, on the electricity transport network covering the territory making it possible to better prepare the energy model of tomorrow, which is still little known

Différent des équipements électriques conventionnels, le véhicule électrique possède un mécanisme capable d'adapter sa densité de puissance absorbée en fonction de l'environnement électrique sur lequel il est connecté ; le tour d'horizon des systèmes de recharges pour véhicules électriques est le suivant:

  1. Prise domestique sur un câble de recharge occasionnel : ce procédé permet la recharge à une puissance de 2,3 kilowatts équivalent à 10 Ampères sur un réseau 230 Volts en régime monophasé.
  2. Prise renforcée sur un câble de recharge occasionnel : ce procédé permet la recharge à une puissance de 3,2 kilowatts équivalent à 14 Ampères sur un réseau 230 Volts en régime monophasé.
  3. Dispositif Wallbox : ce procédé permet la recharge à une puissance pouvant atteindre jusqu'à 7,2 kilowatts et 22 kilowatts, respectivement équivalent à 32 Ampères sur un réseau 230 Volts en régime monophasé et 380 Volts en régime triphasé.
Different from conventional electrical equipment, the electric vehicle has a mechanism capable of adapting its absorbed power density according to the electrical environment to which it is connected; the overview of charging systems for electric vehicles is as follows:
  1. Domestic socket on an occasional charging cable: this process allows charging at a power of 2.3 kilowatts equivalent to 10 Amps on a 230 Volt network in single-phase mode.
  2. Reinforced socket on an occasional charging cable: this process allows charging at a power of 3.2 kilowatts equivalent to 14 Amps on a 230 Volt network in single-phase mode.
  3. Wallbox device: this process allows charging at a power of up to 7.2 kilowatts and 22 kilowatts, respectively equivalent to 32 Amps on a 230 Volt network in single-phase mode and 380 Volts in three-phase mode.

Ces techniques conventionnelles, dépourvues d'intelligence, risque à long terme de ne plus être compatibles avec le modèle énergétique mis à notre disposition ; en effet, gourmands en énergie et de fortes densités de puissances, l'accroissement du nombre de véhicules électriques impose sur nos installations de transport d'électricité de fortes contraintes qu'il est primordial de gérer plus intelligemment afin d'éviter tous risques de surcharge voire de disjonction des réseaux de transport.These conventional techniques, devoid of intelligence, risk in the long term no longer being compatible with the energy model made available to us; in fact, energy-hungry and high power densities, the increase in the number of electric vehicles imposes strong constraints on our electricity transmission installations which it is essential to manage more intelligently in order to avoid any risk of overload or even the disjunction of transport networks.

En outre, force est de constater l’emballement du système climatique, notre modèle énergétique devra tôt ou tard subir un changement drastique par une migration vers de nouveaux dispositifs de production bas carbone. Construits autour de systèmes de production à énergies renouvelables exploitant l'énergie de flux (vent, soleil), ces dispositifs possèdent le désavantage d’une production de type intermittente en fonction des ressources disponibles. En conséquence de quoi la nécessité de stocker et ou consommer cette denrée sera de mise. Bien que la consommation immédiate soit plus intéressante en raison de ses rendements, elle reste néanmoins plus délicate à mettre en œuvre ; de par ce constat, le choix naturel se portera sur le stockage de celle-ci dans un parc hétérogène munis de dispositifs prévues à cet effet (station de transfert d’énergie par pompage, Accumulateurs statiques, Electrolyse, ...), dont les véhicules électriques, construits autour d'accumulateurs électrochimiques de fortes densités énergétiques y participeront.In addition, it is clear that the climate system is racing, our energy model will sooner or later have to undergo a drastic change through a migration towards new low-carbon production systems. Built around renewable energy production systems exploiting flow energy (wind, sun), these devices have the disadvantage of intermittent type production depending on available resources. As a result, the need to store and or consume this commodity will be required. Although immediate consumption is more interesting because of its yields, it nevertheless remains more difficult to implement; from this observation, the natural choice will be to store it in a heterogeneous park equipped with devices provided for this purpose (energy transfer station by pumping, static accumulators, electrolysis, etc.), including the electric vehicles, built around high energy density electrochemical accumulators will participate.

L’installation dans les bâtiments du compteur intelligent dont on entend désigner un compteur muni de bornes de télé information client capable de transmettre les informations de consommation et d’abonnement commercialisé sous la marque [Linky] offre déjà une belle avancée technologique. Supervisé à distance, cet outil permet en temps réel l'analyse de la consommation électrique et permet la limitation de la puissance maximum pouvant être distribuée. Néanmoins, la capacité de modification de cette puissance reste aujourd'hui une manipulation ponctuelle, exclusivement réservée aux changements de contrats, et restant de nos jours dans l'incapacité d'établir un délestage des systèmes en raison des équipements électriques conventionnels qui y sont associés. De part ce constat, les fournisseurs d'électricité n'ont aujourd'hui aucun intérêt à effectuer une manipulation de diminution de l’intensité souscrite, d'une part, aux risques d'infliger des disjonctions involontaires à leurs consommateurs, et d'autre part, du manque d'équipements pouvant asservir leur densité de puissance en temps réel.The installation in buildings of the smart meter, which is intended to designate a meter equipped with remote customer information terminals capable of transmitting consumption and subscription information marketed under the [Linky] brand, already offers a significant technological advance. Supervised remotely, this tool allows real-time analysis of electrical consumption and limits the maximum power that can be distributed. However, the capacity to modify this power remains today a one-off manipulation, exclusively reserved for contract changes, and remaining nowadays unable to establish system load shedding due to the conventional electrical equipment associated with it. . Due to this observation, electricity suppliers today have no interest in manipulating a reduction in subscribed intensity, on the one hand, at the risk of inflicting involuntary disconnections on their consumers, and on the other hand, on the other hand, the lack of equipment that can control their power density in real time.

Le dispositif selon l’invention permet de remédier à ces inconvénients. Il se compose en effet selon une première caractéristique d’un dispositif de recharge connecté de véhicule électrique présentant un mécanisme de connexion sur les réseaux informatiques au protocole IP capable de s’interconnecté sur une passerelle domestique. Cette connexion, qui confère au dispositif de recharge l’observabilité sur les données de consommation de l’installation électrique au travers d’une carte d’interface connectée au compteur intelligent, permet d’optimiser la densité de puissance délivrée au véhicule électrique au travers d’un asservissement dynamique suivant la relation et ainsi satisfaire d’une part, l’optimisation de la recharge du véhicule par l’usage de la puissance maximale disponible par l’installation sur le réseau électrique du bâtiment, et d’autre part, garantir la non disjonction de ce même réseau lors des variations d’absorptions en énergie des dispositifs conventionnels intégrant le bâtiment (chauffage, luminaires, électroménagers, etc.).The device according to the invention makes it possible to remedy these drawbacks. It is in fact composed according to a first characteristic of a connected electric vehicle charging device presenting a connection mechanism on computer networks with the IP protocol capable of interconnecting on a domestic gateway. This connection, which gives the charging device observability of the consumption data of the electrical installation through an interface card connected to the smart meter, makes it possible to optimize the power density delivered to the electric vehicle through a dynamic control following the relationship and thus satisfy on the one hand, the optimization of vehicle recharging by using the maximum power available by the installation on the building's electrical network, and on the other hand, guarantee the non-disjunction of this same network during variations in energy absorption of conventional devices integrating the building (heating, lighting, household appliances, etc.).

En outre, cette même connexion au protocole IP sur les réseaux informatiques donne de surcroit la capacité de délestage des réseaux de transport d’électricité lors des fortes demandes en énergie; en effet, l’usage d’un serveur distant offrant un portail WEB à destination des fournisseurs d'électricité capable de modifier la consigne de charge sur les dispositifs en cours de traitement, permettrai un délestage massif du réseau.In addition, this same connection to the IP protocol on computer networks also provides the capacity to load power transmission networks during high energy demands; in fact, the use of a remote server offering a WEB portal for electricity suppliers capable of modifying the load setpoint on the devices being processed, will allow massive load shedding of the network.

Selon des modes particuliers de réalisation:

  1. Le dispositif de recharge de véhicule électrique peut utiliser différents moyens de communication sur le réseau au protocole IP ; notamment, par l’utilisation de la technologie Wifi, du courant porteur en ligne ou bien d'une liaison filaire par l’usage d’une connectique Ethernet.
  2. Le mode de communication entre le dispositif de recharge de véhicule électrique et le serveur distant utilise les réseaux de communications mobiles.
  3. Le dispositif de recharge est directement connecté aux bornes de télé information client du compteur intelligent, se passant de la carte d'interface.
According to particular embodiments:
  1. The electric vehicle charging device can use different means of communication on the IP protocol network; in particular, by the use of WiFi technology, online powerline or a wired connection using an Ethernet connection.
  2. The mode of communication between the electric vehicle charging device and the remote server uses mobile communications networks.
  3. The charging device is directly connected to the customer information remote terminals of the smart meter, without the need for an interface card.

Le dessin annexé illustre l'invention; la représente la topologie du dispositif de l'invention.The attached drawing illustrates the invention; there represents the topology of the device of the invention.

En référence à ce dessin, l'invention comporte un dispositif de recharge (1) permettant la recharge d'un véhicule électrique (2). Construit autour d'un moyen de communication au protocole IP sur les réseaux informatiques, cette stratégie offre la capacité au dispositif de recharge (1) d'extraire les données de consommation électrique de l'installation issues du compteur intelligent (5) au travers d'une carte d'interface (3) par l'usage du réseau intranet. Cette stratégie permet une adaptation dynamique et temps réel de l'asservissement en puissance du véhicule électrique (2) connecté au dispositif de recharge (1), par la satisfaction de la relation , permettant non seulement, d'éviter la disjonction de l'installation du bâtiment, mais en outre, de permettre l'optimisation de l'énergie disponible sur le réseau électrique au profit du véhicule (2) connecté au dispositif de recharge (1) par un algorithme maximisant en temps réel le courant distribué au véhicule électrique (2) suivant la tangente exprimée par le courant souscrit.With reference to this drawing, the invention comprises a charging device (1) allowing the charging of an electric vehicle (2). Built around a means of communication with the IP protocol on computer networks, this strategy offers the capacity to the charging device (1) to extract the electricity consumption data of the installation from the smart meter (5) through an interface card (3) for use of the intranet network. This strategy allows dynamic and real-time adaptation of the power control of the electric vehicle (2) connected to the charging device (1), by satisfying the relationship , making it possible not only to avoid the disconnection of the building installation, but also to allow the optimization of the energy available on the electrical network for the benefit of the vehicle (2) connected to the charging device (1) by an algorithm maximizing in real time the current distributed to the electric vehicle (2) following the tangent expressed by the subscribed current.

Construit autour d'un mécanisme de communication au protocole IP, le dispositif de recharge (1) de véhicule électrique (2) offre en supplément, la capacité de délestage des réseaux de transport d'électricité (8) par l'usage d'un serveur distant (7) au travers de la passerelle domestique (4) et du réseau internet (6). Offrant une interface WEB à destination des fournisseurs d'électricité, le serveur distant (7) permet un délestage massif des dispositifs de recharges, par la diminution en temps réel de la densité de puissance absorbée par les véhicules électriques en cours de charge.Built around an IP protocol communication mechanism, the electric vehicle charging device (1) (2) additionally offers the capacity to offload electricity transport networks (8) through the use of a remote server (7) through the home gateway (4) and the internet network (6). Offering a WEB interface for electricity suppliers, the remote server (7) allows massive load shedding of charging devices, by reducing in real time the power density absorbed by electric vehicles during charging.

A titre d'exemple non limitatif, un délestage de trois ampères pendant une heure sur une grappe géographique de milles dispositifs de recharges en cours de traitement, permettrai un gain de 0,69 Mégawatts sur le réseau de transport d'électricité, imputant à un utilisateur final, une perte de 0,69 kilowattheure, soit l'équivalent d'environ 4,6 kilomètres d'autonomie, sur un véhicule électrique consommant 15 kilowattheure au cents kilomètres parcourus.As a non-limiting example, a load shedding of three amps for one hour on a geographical cluster of one thousand charging devices currently being processed, would allow a gain of 0.69 Megawatts on the electricity transmission network, attributing to a end user, a loss of 0.69 kilowatt hours, or the equivalent of approximately 4.6 kilometers of autonomy, on an electric vehicle consuming 15 kilowatt hours per hundred kilometers traveled.

Claims (6)

Dispositif de recharge de véhicule électrique caractérisé en ce qu'il comprend un chargeur connecté (1) capable non seulement, d'éviter la disjonction de l'installation du bâtiment, mais en outre, de permettre l'optimisation de l'énergie disponible sur le réseau électrique au profit du véhicule (2) connecté au dispositif de recharge (1) par un algorithme maximisant en temps réel le courant distribué au véhicule électrique (2).Electric vehicle charging device characterized in that it comprises a connected charger (1) capable not only of avoiding the disconnection of the building installation, but also of allowing optimization of the energy available on the electrical network for the benefit of the vehicle (2) connected to the charging device (1) by an algorithm maximizing in real time the current distributed to the electric vehicle (2). Dispositif selon la revendication 1 caractérisée en ce que le dispositif de recharge (1) de véhicule électrique (2) soit un équipement réseau capable de communiquer par l'usage du protocole IP au travers d'une passerelle domestique (4).Device according to claim 1 characterized in that the electric vehicle charging device (1) (2) is network equipment capable of communicating using the IP protocol through a domestic gateway (4). Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que le dispositif de recharge (1) de véhicule électrique (2) soit en mesure d'effectuer la recharge optimisée par un asservissement dynamique de la densité de puissance délivrée au véhicule électrique (2) par l'usage des données de consommation du compteur intelligent (5) extraites par l'intermédiaire d'une carte d'interface (3) au travers du réseau local intranet, en vue:
  1. D'éviter la disjonction de l'installation du bâtiment.
  2. D'optimiser la recharge du véhicule électrique par l'adaptation dynamique de la densité de puissance fournie au véhicule électrique, en fonction de la disponibilité de l'énergie fournie par le compteur.
Device according to any one of claims 1 and 2 characterized in that the charging device (1) of the electric vehicle (2) is capable of carrying out optimized charging by dynamic control of the power density delivered to the electric vehicle (2) by using consumption data from the smart meter (5) extracted via an interface card (3) through the local intranet network, with a view to:
  1. To avoid disjunction of the building installation.
  2. To optimize the charging of the electric vehicle by dynamic adaptation of the power density supplied to the electric vehicle, depending on the availability of the energy supplied by the meter.
Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce qu'il comprend un procédé d'asservissement dynamique de la densité de puissance adapté par un algorithme de maximisation de puissance.Device according to claim 3 characterized in that it comprises a dynamic control method of the power density adapted by a power maximization algorithm. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le dispositif de recharge (1) de véhicule électrique (2) soit en capacité de permettre un délestage du réseau de transport d'électricité (8) par la diminution temps réel de la densité de puissance délivrée au véhicule électrique (2), commandé à distance par le serveur (7) au travers du réseau internet (6) par la passerelle domestique (4), à destination des fournisseurs d'électricité.Device according to any one of claims 1 to 4 characterized in that the charging device (1) of the electric vehicle (2) is capable of allowing load shedding of the electricity transport network (8) by the reduction in real time of the power density delivered to the electric vehicle (2), controlled remotely by the server (7) through the internet network (6) by the domestic gateway (4), intended for electricity suppliers. Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que le serveur distant (7) offre une interface WEB à destination des fournisseurs d'électricité souhaitant effectuer un délestage massif de la densité de puissance absorbée par les dispositifs de recharge (1) en cours de traitement.Device according to claim 5 characterized in that the remote server (7) offers a WEB interface for electricity suppliers wishing to carry out massive load shedding of the power density absorbed by the charging devices (1) being processed.
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