WO2014187844A2 - Installation de restitution d'énergie à un équipement à alimenter en énergie, notamment un véhicule électrique - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a restitution station energy to an electrical equipment, allowing the charging of this equipment, including an electric vehicle, such as a car or bus, or a lighting device.
  • Such stations are known in the state of the art, which comprise photovoltaic panels connected to a storage buffer battery, the energy of the buffer battery then being redistributed towards the vehicle via a charging terminal comprising means electrical connection cooperating with complementary means of the vehicle and connected to the buffer battery.
  • the energy is transmitted in direct current from the solar panels to the buffer battery of the charging station and also in direct current from the buffer battery of the charging station to a battery of the vehicle, since the current is generated in this form by the solar panels and also stored in this form by energy storage buffer batteries.
  • the urban electric network for charging vehicles, in addition to or replacement of solar panels.
  • the electrical energy in such a network is in the form of alternating current.
  • the subject of the invention is a facility for restoring energy to equipment for supplying energy, the installation comprising:
  • At least one photovoltaic cell forming a source of electrical energy
  • at least one energy supply device comprising electrical connection means
  • At least one energy storage unit connected firstly to the at least one of the photovoltaic cells for storing the electrical energy from said cell or cells and secondly to the one or more at least one of the energy supply devices for supplying electrical energy therefor, an inverter interposed between the at least one of the energy storage assemblies and the or at least one of the energy supply devices, so that the electricity transmitted to the supply device is in the form of alternating current.
  • the electrical energy obtained from the photovoltaic cell is transferred to an energy storage assembly in continuous form but the combined set formed by the battery and the inverter transmits electricity to the energy supply device. in alternative form.
  • the energy supply device is then powered by alternating current, whether it is fed through the urban electricity network or through the photovoltaic panels.
  • Such a power supply device is therefore standard, and of simple design since it interacts with the vehicle in the same way regardless of the environment in which it is placed (at the exit of the urban network or photovoltaic cells).
  • the device and the equipment to be powered with which it is connected can therefore be standardized, the installation being modified upstream of the supply device if it is coupled with photovoltaic cells. It is thus easier to create an electrical energy supply installation with standard elements, even when the needs and conditions vary. In addition, the maintenance of the installation is also facilitated due to the standardization of the supply device.
  • the presence of the energy storage set (s) makes it possible to store the energy acquired by the photovoltaic cells when sunshine permits and to restore it when requested.
  • the installation may also include one or more of the following features:
  • the supply device is a charging terminal for a vehicle, comprising electrical connection means able to be connected to complementary means of the vehicle, it comprises at least one direct current converter (DC / DC) between at least one photovoltaic cell and the one or one of the energy storage buffer assemblies provided in the installation, to adapt the energy obtained from the or cells to that which allows optimal operation of the batteries.
  • the installation may comprise a plurality of converters arranged in parallel and connected to the same energy storage assembly, each converter being connected to one or more photovoltaic cells,
  • the at least one of the energy storage buffer sets comprises a communication module with means for controlling the or at least one of the converters for communicating a setpoint relating to the electrical energy received, in particular a setpoint in voltage or current, the control means controlling said converter according to the received instructions,
  • the installation preferably comprises means for measuring the power delivered by the or at least one of the converters, the control means of the converter or converters controlling the converter based on the results obtained by the measuring means. This optimizes the efficiency of solar panels and energy storage.
  • the control means control the converter according to the results of the measuring means when the control means can not apply the instructions received from the corresponding storage assembly,
  • the installation preferably comprises several photovoltaic panels arranged in parallel and connected to the same converter,
  • the supply device comprises an AC / DC converter adapted to transform the input electrical energy received as AC power into electrical output energy in the form of direct current.
  • Energy is usually stored as DC in electric vehicles.
  • This converter is however optional, the vehicle charger can perform this conversion function itself, in particular through its charger,
  • the installation is connected to an urban electricity network, the urban electricity network being connected to the installation in parallel with the output of the inverter.
  • the urban electricity network can be brought into input of the supply device, this device can receive electrical energy from two sources: the urban electricity network or photovoltaic cells. Whatever the energy source, the electrical energy comes in the same form to the device that does not need to be complicated to adapt to different forms of electrical energy (alternating or direct current),
  • the installation comprises means for interrupting the electrical circuit controlled by the supply device and in particular the connecting means of said device.
  • interruption means are arranged between the electrical source and the connection means, in particular between the or at least one of the energy storage assemblies and the supply device.
  • the interruption means are partially or totally separate for each energy source.
  • the interruption means may for example comprise a switch at the output of each of the energy storage assemblies,
  • the installation comprises means of communication with the vehicle via the delivery device and the energy supplied to the vehicle is a function of data received via the communication means.
  • the data can provide an overview of the charge level of the vehicle's battery.
  • the interruption means can also be controlled by this means. In this way, if the vehicle is loaded, the connection between the supply device and the buffer storage assemblies provided in the installation is cut off,
  • the or each energy storage assembly is a battery comprising an anode and a cathode, in particular a lithium-metal-polymer battery
  • the subject of the invention is also a recharging module intended to be placed in a recharging installation, and intended to be connected on the one hand to at least one photovoltaic cell and on the other hand to at least one device for supplying electricity.
  • electrical energy to equipment to be powered (such as a vehicle) having connection means to said equipment to be powered, the recharging module comprising:
  • At least one energy storage assembly intended to be connected on the one hand to one or more photovoltaic cells, for storing the energy from the photovoltaic cells, and on the other hand to the supply device or devices, for it or provide them with electrical energy, at least one inverter connected in series with the or at least one of the storage assemblies so as to be interposed between this storage assembly and the one or one of the energy supply devices.
  • the module also preferably comprises at least one DC converter, connected in series with the at least one of the energy storage assemblies, so as to be interposed between this storage assembly and at least one photovoltaic cell or several photovoltaic cells in parallel.
  • the module may also include other elements of the system including all the intermediate elements of the installation located between the photovoltaic cell or cells and the supply device or devices.
  • the module is a container including a location for a plurality of storage assemblies, inverters, etc. It can be connected directly to energy supply devices and photovoltaic cells through a single connection and it ensures the proper operation of the installation without multiplying the connections exposed outdoors. This guarantees a good service life of the installation since the connection and the various components of the module are protected from the weather, as well as a better aesthetics of the installation (placed on public roads) and easy maintenance. This module also makes it possible to adapt to different types (size, nature, etc.) of installation.
  • the container can of course also be connected to the urban network.
  • the container is equipped with a plurality of air inlets to cool the various components of the module. This makes it possible to place many elements of the installation (powered by high voltage and which therefore tend to heat up due to Joule losses) in a closed and restricted space, without any warm-ups that could lead to problems. fires.
  • the container may also be provided with a heat detector and / or fire to improve the safety of the installation.
  • FIG. 1 is a simplified electrical diagram of an electric recharging installation according to a particular embodiment of the invention
  • FIG. 1 the installation 10 is an installation intended to recharge an electric vehicle, for example a car or a bus, by means of an electrical energy supply device 12, also designated in FIG. the following "charging station".
  • This charging terminal 12 is placed on the public road and comprises electrical connection means, intended to be connected if necessary to complementary connection means of the vehicles to be loaded.
  • the purpose of this description is not to describe the architecture of the terminal. However, it can be specified that the connection means are located outside the terminal and that they are preferably accessible to selected persons, including authorized persons only, for example by means of a cover with means of connection. limited access lock.
  • the supply device 12 is connected on the one hand to the urban electrical network 16 and on the other hand to two energy storage assemblies 18A, 18B arranged in parallel with each other and in parallel with the urban network 16, these energy storage assemblies 18A, 18B for storing the electrical energy from electrical energy sources, here photovoltaic panels, 20A-20D respectively, connected to the energy storage assembly 18A, and 22A , 22B, connected to the storage assembly 18B.
  • Each photovoltaic panel generally comprises a plurality of photovoltaic cells, which transform the received light photons into electrical energy.
  • the energy storage assemblies 18A, 18B described in this embodiment comprise, in particular, electrical storage batteries comprising a plurality of elementary cells (comprising anode and cathode), in particular lithium-metal-polymer (LMP) batteries. having an electrolyte in solid form.
  • LMP lithium-metal-polymer
  • Other types of storage assemblies could however be used, such as lithium-ion batteries, for example. These different types of storage assemblies store electrical energy in the form of direct current.
  • a charger 24 is interposed between the photovoltaic panels 20A-20D and the energy storage assembly 18A.
  • the panels 20A and 20B, as well as the panels 20C and 20D respectively, are connected in series, and the two branches comprising the panels 20A, 20B and 20C, 20D are connected in parallel.
  • Two chargers 26A, 26B are also interposed respectively between each photovoltaic panel 22A, 22B and the set of energy storage 18B, the chargers 26A, 26B being connected in parallel to the input of the energy storage assembly 18B.
  • Each charger 24, 26A, 26B comprises a DC / DC converter 25, respectively 27A, 27B, which makes it possible to convert the current and in particular to provide the optimum power from the signal coming from the photovoltaic cells, and this as a function of the needs of the entire energy storage.
  • An inverter 28, respectively 30, has also been placed at the output of the batteries 18A, 18B. In this way, each inverter 28, 30 is interposed between the output of the corresponding battery 18A, 18B and the input of the supply device 12. This inverter makes it possible to convert the stored electrical energy into direct current in the batteries into electrical energy. in the form of alternating current.
  • the urban network 16 arrives at the input of the charging terminal in parallel with the output of the inverters 28, 30.
  • the charging terminal 12 can be powered either by the current coming from the solar panels 20A-20D, 22A, 22B and energy storage assembly 18A, 18B, or by the urban electricity network 16.
  • the current arrives in any case in alternative form, which allows to treat it in the same way at the charging terminal 12.
  • the charging terminal 12 is therefore a standard charging terminal, which can be the same regardless of the type of installation in which it is placed (at the output of the terminals). panels and / or the urban network).
  • the installation also comprises means of interruption 32, 34, 36 of the electrical circuit on each branch arriving at the charging terminal 12, the switch 32 being placed at the output of the branch connected to the urban network 16 and the switches 34 and 36 being placed at the output of the inverters 28 and 30.
  • This makes it possible not to supply current to the charging terminal 12 if it is not necessary, especially if no equipment to be powered is connected to this terminal. This also contributes to the safety of the installation.
  • the charging terminal 12 also comprises an AC / DC converter 38 interposed between the input and the output of the charging terminal 12.
  • an AC / DC converter 38 interposed between the input and the output of the charging terminal 12.
  • the supply device is intended to power equipment that consumes the current and does not store it, and that then operates through an alternating current. One can then choose not to provide the charging terminal 12 of such a converter 38.
  • the energy storage assembly 18A or 18B preferably comprises, as indicated an LMP battery but also advantageously a battery heating device, respectively 40A, 40B, which allows to put the battery temperature before its load, to ensure optimal operation.
  • This device includes resistors, which dissipate a current received by Joule effect, to generate heat.
  • the storage assembly also comprises a communication module, respectively 42A, 42B, which makes it possible to communicate data relating to the battery to other elements of the installation, in particular means for controlling the chargers, respectively 44 for the module. 42A and 46A, 46B for the communication module 42B.
  • the communication modules 42A, 42B can also communicate with each other.
  • Each set of energy storage also comprises other integrated means, such as means for measuring various parameters (temperature, charge level, etc.), calculation means for determining the needs, particularly in load, of each battery and balancing means of the different elementary cells to optimize the operation of each battery.
  • integrated means such as means for measuring various parameters (temperature, charge level, etc.), calculation means for determining the needs, particularly in load, of each battery and balancing means of the different elementary cells to optimize the operation of each battery.
  • a current from the charger can be directed to the heater 40A, 40B (when the temperature of the assembly is not considered as sufficient) or directly to the cells of the battery when it is considered that the whole is in the optimal temperature range.
  • the control means 44 can control for this purpose bypass means 48 (respectively 49A, 49B) of the charger.
  • the characteristics of the energy transmitted to the battery are generally in accordance with the demands of the battery, calculated by the calculation module.
  • the control means 44 control the DC / DC converter 25 (respectively 27A, 27B) to convert the electrical energy received from the panels to the voltage required by the battery.
  • the request from each loader is performed at the storage assembly 18B, which optimizes the operation of the installation by centralizing the voltage instructions.
  • the charger can also transmit data relating to its operation to the storage assembly via the communication module.
  • the requests of the storage set can be adapted according to the information obtained in return by the storage set.
  • the charger 24 can be configured to perform a voltage sweep. and analyze the instantaneous power for each voltage. This determines the optimum power that can be obtained from the photovoltaic panel and applied. This is done using measuring means output charger, respectively designated 50 and 52A, 52B. These measuring means transmit information to the charger control means which control the converter 25, respectively 27A, 27B, so that the converter applies the voltage necessary for the power optimum is reached.
  • the operation in which the power optimum is sought is generally called MPPT mode (acronym for Maximum Power Point Tracking). This operation aims to find the maximum power point of the generator formed by the photovoltaic cells, because they are non-linear, that is to say that for the same illumination, the power delivered by these cells is different according to the load.
  • a non-limiting procedure for such an MPPT operation consists of:
  • the system continuously adapts the voltage across the photovoltaic cells 20A-20D, 22A and 22B in order to approach the maximum power point. And if necessary the converters 25, 27A and 27 then adapt their output voltage according to the optimum operating point of the buffer batteries 18A and 18B.
  • the charging terminal 12 comprises for this purpose means for detecting the connection of a vehicle to the connection means 14, for example by means of a pilot wire.
  • the pilot wire also allows the vehicle to communicate with the charging station.
  • the charging terminal 12 also comprises an interruption means 54 controlled by control means 55 which modify the position of the means for interrupting an open position (no current flowing towards the connector 14) to a closed position ( current flowing to the connector 14) depending on the presence of the vehicle connector in that of the terminal 14, indicated by the pilot wire.
  • the control means 56, 58, 60 of the various switches 32, 34, 36 enabling the supply of the input of the charging terminal 12 by the different branches are on their side controlled according to the data received from different elements of the system. , in particular communication means 42A, 42B of the storage assemblies.
  • the various switches can be controlled to supply the terminal 12 with electrical energy in turn in a standardized form determined by the inverter 28, 30 and corresponding to the form in which it is distributed in the urban network 16. It could also be imagined that several switches are activated simultaneously.
  • the charging terminal 12 could communicate directly with the control means 56, 58, 60 of the switches 32, 34, 36.
  • this single charging module 60 is installed in a container which contains along its walls both the chargers 70A-70F, the batteries 72A-72F and the inverters 74A to 74F.
  • the installation comprises in fact 6 batteries 72A to 72F which feed two terminals 12, three batteries being assigned to each of the terminals. Each battery is powered by three chargers in parallel and includes an inverter output.
  • the various high-power connectors for the transmission of electrical energy as well as the communication connections, are therefore located inside the container.
  • the container facilitates maintenance and maintains a high temperature suitable for the proper functioning of the batteries. It should nevertheless be noted that, in order to guarantee the safety of the installation, the container includes fans 76 for cooling the container as well as fire detectors 78 to ensure that the triggering of a possible fire in one functional elements are stopped before it reaches other elements of the module. Note that the same container is flexible and can contain more functional elements than what has been described above, depending on the needs and load terminals present on public roads. The presence of such a module located in the installation is of course not mandatory.

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Abstract

L'invention concerne une installation (10) de restitution d'énergie à un équipement, comprenant au moins une cellule photovoltaïque (20A-20D; 22A-22B), au moins un dispositif de fourniture d'énergie (12) comprenant des moyens de connexion électrique (14), au moins un ensemble de stockage d'énergie (18A, 18B), relié d'une part à au moins une des cellules photovoltaïques et d'autre part à l'un au moins des dispositifs de fourniture d'énergie pour lui fournir l'énergie électrique, et un onduleur (28, 30) interposé entre au moins un des ensembles de stockage d'énergie et au moins un des dispositifs de fourniture d'énergie, de sorte que l'électricité transmise au dispositif de fourniture soit sous forme de courant alternatif. L'invention concerne également un module de charge comprenant au moins un ensemble de stockage d'énergie et au moins un onduleur.

Description

Installation de restitution d'énergie à un équipement à alimenter en énergie, notamment un véhicule électrique
La présente invention concerne une station de restitution d'énergie à un équipement électrique, permettant la charge de cet équipement, notamment un véhicule électrique, tel qu'une voiture ou bus, ou un dispositif d'éclairage.
On connaît dans l'état de la technique de telles stations qui comprennent des panneaux photovoltaïques reliés à une batterie tampon de stockage, l'énergie de la batterie tampon étant ensuite redistribuée vers le véhicule par le biais d'une borne de charge comprenant des moyens de connexion électrique coopérant avec des moyens complémentaires du véhicule et reliée à la batterie tampon. De façon classique, l'énergie est transmise en courant continu depuis les panneaux solaires vers la batterie tampon de la station de charge et également en courant continu depuis la batterie tampon de la station de charge vers une batterie du véhicule, puisque le courant est généré sous cette forme par les panneaux solaires et stocké également sous cette forme par les batteries tampon de stockage d'énergie.
Dans certaines installations, à l'aide desquelles on souhaite charger un grand nombre de véhicules, il peut être nécessaire de se servir également du réseau électrique urbain pour la recharge des véhicules, en complément ou en remplacement des panneaux solaires. L'énergie électrique dans un tel réseau se présente sous forme de courant alternatif.
Or, pour optimiser les coûts, il est préférable de standardiser au maximum les installations de façon à pouvoir charger un véhicule de la même façon, quel que soit l'environnement et la façon dont est obtenue l'énergie électrique.
A cet effet, l'invention a pour objet une installation de restitution d'énergie à un équipement à alimenter en énergie, l'installation comprenant :
- au moins une cellule photovoltaïque, formant source d'énergie électrique, - au moins un dispositif de fourniture d'énergie comprenant des moyens de connexion électrique,
- au moins un ensemble de stockage d'énergie, relié d'une part à la ou l'au moins une des cellules photovoltaïques pour stocker l'énergie électrique en provenance de ladite ou desdites cellules et d'autre part au ou à l'au moins un des dispositifs de fourniture d'énergie pour lui fournir l'énergie électrique, - un onduleur interposé entre le ou l'au moins un des ensembles de stockage d'énergie et le ou l'au moins un des dispositifs de fourniture d'énergie, de sorte que l'électricité transmise au dispositif de fourniture soit sous forme de courant alternatif. Ainsi, l'énergie électrique obtenue depuis la cellule photovoltaïque est transférée à un ensemble de stockage d'énergie sous forme continue mais l'ensemble combiné formé de la batterie et de l'onduleur, transmet l'électricité au dispositif de fourniture d'énergie sous forme alternative.
Le dispositif de fourniture d'énergie est alors alimenté en courant alternatif, qu'il soit alimenté par le biais du réseau électrique urbain ou par le biais des panneaux photovoltaïques.
Un tel dispositif de fourniture d'énergie est donc standard, et de conception simple puisqu'il interagit avec le véhicule de la même manière quel que soit l'environnement dans lequel il est placé (en sortie du réseau urbain ou de cellules photovoltaïques). Le dispositif et les équipements à alimenter avec lesquels il est connecté (notamment des véhicules) peuvent donc être standardisés, l'installation étant modifiée en amont du dispositif de fourniture si celui-ci est couplé avec des cellules photovoltaïques. On peut ainsi créer plus facilement une installation de fourniture d'énergie électrique avec des éléments standards, même lorsque les besoins et les conditions varient. De plus, la maintenance de l'installation est également facilitée du fait de la standardisation du dispositif de fourniture.
On notera que la présence du ou des ensembles de stockage d'énergie permet de stocker l'énergie acquise par les cellules photovoltaïques lorsque l'ensoleillement le permet et de la restituer lorsque cela est demandé.
L'homme du métier n'aurait a priori pas été incité à aller vers cette solution, qui génère une baisse de rendement de l'installation, du fait de la double conversion de la nature du courant nécessaire. Toutefois, les coûts perdus du fait de cette perte de rendement sont compensés par les coûts économisés du fait de la standardisation, notamment des dispositifs de fourniture.
L'installation peut également comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques de la liste suivante :
- le dispositif de fourniture est une borne de charge pour un véhicule, comprenant des moyens de connexion électrique aptes à être connectés à des moyens complémentaires du véhicule, - elle comprend au moins un convertisseur de courant continu (DC/DC) entre au moins une cellule photovoltaïque et le ou l'un des ensembles tampon de stockage d'énergie prévus dans l'installation, pour adapter l'énergie obtenue depuis la ou les cellules à celle qui permet un fonctionnement optimal des batteries. L'installation peut comprendre une pluralité de convertisseurs agencés en parallèle et reliés à un même ensemble de stockage d'énergie, chaque convertisseur étant relié à une ou des cellules photovoltaïques distinctes,
- le ou l'au moins un des ensembles tampon de stockage d'énergie comprend un module de communication avec des moyens de commande du ou d'au moins un des convertisseurs pour communiquer une consigne relative à l'énergie électrique reçue, notamment une consigne en tension ou courant, les moyens de commande commandant ledit convertisseur en fonction des consignes reçues,
- l'installation comprend de préférence des moyens de mesure de la puissance délivrée par le ou l'au moins un des convertisseurs, les moyens de commande du ou des convertisseurs commandant le convertisseur en fonction des résultats obtenus par les moyens de mesure. On optimise ainsi le rendement des panneaux solaires et du stockage d'énergie. De préférence, les moyens de commande commandent le convertisseur en fonction des résultats des moyens de mesure lorsque les moyens de commande ne peuvent appliquer les consignes reçues de l'ensemble de stockage correspondant,
- l'installation comprend de préférence plusieurs panneaux photovoltaïques arrangés en parallèle et reliés à un même convertisseur,
- le dispositif de fourniture comprend un convertisseur AC/DC apte à transformer l'énergie électrique d'entrée reçue sous forme de courant alternatif, en énergie électrique de sortie sous forme de courant continu. L'énergie est en effet généralement stockée sous forme de courant continu dans les véhicules électriques. Ce convertisseur est toutefois optionnel, le chargeur du véhicule pouvant effectuer lui-même cette fonction de conversion, notamment par le biais de son chargeur,
- l'installation est reliée à un réseau électrique urbain, le réseau électrique urbain étant raccordé à l'installation en parallèle de la sortie de l'onduleur. De cette façon, le réseau électrique urbain peut être amené en entrée du dispositif de fourniture, ce dispositif pouvant recevoir l'énergie électrique provenant de deux sources : le réseau électrique urbain ou les cellules photovoltaïques. Quelle que soit la source d'énergie, l'énergie électrique arrive sous la même forme vers le dispositif qui n'a pas besoin d'être complexifié pour s'adapter à différentes formes d'énergie électrique (courant alternatif ou continu),
- plusieurs ensembles de stockage d'énergie sont arrangés en parallèle dans l'installation, et reliés à un même dispositif de fourniture,
- l'installation comprend des moyens d'interruption du circuit électrique commandés par le dispositif de fourniture et notamment les moyens de connexion dudit dispositif. Ces moyens d'interruption sont arrangés entre la source électrique et les moyens de connexion, notamment entre le ou l'au moins un des ensembles de stockage d'énergie et le dispositif de fourniture. Dans le cas où le dispositif de fourniture est alimenté par plusieurs sources d'énergie, les moyens d'interruption sont partiellement ou totalement distincts pour chaque source d'énergie. Les moyens d'interruption peuvent par exemple comprendre un interrupteur à la sortie de chacun des ensembles de stockage d'énergie,
- l'installation comprend des moyens de communication avec le véhicule par le biais du dispositif de fourniture et l'énergie fournie au véhicule est fonction de données reçues par le biais des moyens de communication. Les données peuvent notamment donner un aperçu du niveau de charge de la batterie du véhicule. Les moyens d'interruption peuvent également être commandés par ce biais. De cette façon, si le véhicule est chargé, on coupe la connexion entre le dispositif de fourniture et les ensembles de stockage tampon prévus dans l'installation,
- le ou chaque ensemble de stockage d'énergie est une batterie comprenant une anode et une cathode, notamment une batterie lithium-métal-polymère
(LMP) muni d'un électrolyte solide.
L'invention a également pour objet un module de recharge destiné à être placé dans une installation de recharge, et destiné à être relié d'une part à au moins une cellule photovoltaïque et d'autre part à au moins un dispositif de fourniture d'énergie électrique à un équipement à alimenter (tel qu'un véhicule) comportant des moyens de connexion audit équipement à alimenter, le module de recharge comprenant :
- au moins un ensemble de stockage d'énergie destiné à être relié d'une part à une ou plusieurs cellules photovoltaïques, pour stocker l'énergie en provenance des cellules photovoltaïques, et d'autre part au ou aux dispositifs de fourniture, pour lui ou leur fournir de l'énergie électrique, - au moins un onduleur relié en série avec le ou au moins l'un des ensembles de stockage de façon à être interposé entre cet ensemble de stockage et le ou l'un des dispositifs de fourniture d'énergie.
Le module comprend également de préférence au moins un convertisseur de courant continu, relié en série avec le ou l'au moins un des ensembles de stockage d'énergie, de façon à être interposé entre cet ensemble de stockage et au moins une cellule photovoltaïque ou plusieurs cellules photovoltaïques en parallèle. Le module peut également comprendre d'autres éléments du système notamment tous les éléments intermédiaires de l'installation situés entre la ou les cellules photovoltaïques et le ou les dispositifs de fourniture.
Le module est un conteneur comprenant un emplacement pour une pluralité d'ensemble de stockage, d'onduleurs, etc. Il peut ainsi être relié directement aux dispositifs de fourniture d'énergie ainsi qu'aux cellules photovoltaïques par le biais d'une seule connexion et il permet d'assurer le bon fonctionnement de l'installation sans pour autant multiplier la connectique exposée en extérieur. On garantit ainsi une bonne durée de vie de l'installation puisque la connectique et les différents éléments constitutifs du module sont protégés des intempéries, ainsi qu'une meilleure esthétique de l'installation (placée sur la voie publique) et une maintenance facilitée. Ce module permet également de s'adapter à différents types (taille, nature, etc.) d'installation.
Le conteneur peut bien sûr être également relié au réseau urbain.
On notera que le conteneur est équipé d'une pluralité d'entrées d'air pour refroidir les différents éléments constitutifs du module. Cela permet de placer de nombreux éléments constitutifs de l'installation (alimentés en haute tension et qui ont donc tendance à chauffer du fait des pertes par effet Joule) dans un espace clos et restreint, sans que ne se produisent des échauffements pouvant mener à des incendies. Le conteneur peut d'ailleurs être muni d'un détecteur de chaleur et/ou d'incendie pour améliorer la sécurité de l'installation.
On va maintenant décrire en détails un mode de réalisation de l'invention constituant un exemple non limitatif de celle-ci, à l'aide des figures ci-jointes, dans lesquelles :
- la figure 1 est un schéma électrique simplifié d'une installation électrique de recharge selon un mode de réalisation particulier de l'invention,
- les figures 2A et 2B sont respectivement des vues en coupe de dessus et de côté d'un module de recharge selon une variante de réalisation de l'invention. Comme on le voit sur la figure 1, l'installation 10 est une installation destinée à recharger un véhicule électrique, par exemple une voiture ou un autobus, à l'aide d'un dispositif de fourniture d'énergie électrique 12, également désigné dans la suite « borne de charge ». Cette borne de charge 12 est placée sur la voie publique et comprend des moyens de connexion électrique, destinés à être reliés si besoin à des moyens de connexion complémentaires des véhicules à charger. Le but de cette description n'est pas de décrire l'architecture de la borne. On peut cependant préciser que les moyens de connexion sont situés à l'extérieur de la borne et qu'ils sont de préférence accessibles à des personnes sélectionnées, notamment des personnes autorisées uniquement, par exemple à l'aide d'un couvercle avec moyens de verrouillage à accès limité.
Le dispositif de fourniture 12 est connecté d'une part au réseau électrique urbain 16 et d'autre part à deux ensembles de stockage d'énergie 18A, 18B disposés en parallèle l'un de l'autre et en parallèle du réseau urbain 16, ces ensembles de stockage d'énergie 18A, 18B permettant de stocker l'énergie électrique en provenance de sources d'énergie électrique, ici des panneaux photovoltaïques, respectivement 20A-20D, connectés à l'ensemble de stockage d'énergie 18A, et 22A, 22B, connectés à l'ensemble de stockage 18B. Chaque panneau photovoltaïque comporte généralement une pluralité de cellules photovoltaïques, qui permettent de transformer les photons de lumière reçus en énergie électrique.
On notera que les ensembles de stockage d'énergie 18A, 18B décrits dans ce mode de réalisation comprennent notamment des batteries de stockage électrique comprenant une pluralité de cellules élémentaires (comportant anode et cathode), notamment des batteries lithium-métal-polymère (LMP) présentant un électrolyte sous forme solide. D'autres types d'ensemble de stockage pourraient toutefois être utilisés, tels que les batteries lithium-ion, par exemple. Ces différents types d'ensembles de stockage stockent l'énergie électrique sous forme de courant continu.
Un chargeur 24 est interposé entre les panneaux photovoltaïques 20A- 20D et l'ensemble de stockage d'énergie 18A. Les panneaux 20A et 20B, ainsi que les panneaux 20C et 20D respectivement, sont reliés en série, et les deux branches comprenant les panneaux 20A, 20B et 20C, 20D sont reliées en parallèle. Deux chargeurs 26A, 26B sont également interposés entre respectivement chaque panneau photovoltaïque 22A, 22B et l'ensemble de stockage d'énergie 18B, les chargeurs 26A, 26B étant reliés en parallèle à l'entrée de l'ensemble de stockage d'énergie 18B.
On notera toutefois que d'autres combinaisons de connexions entre les panneaux photovoltaïques et le ou les chargeur(s) et entre le ou les chargeur(s) et chaque batterie sont possibles. Le nombre et la disposition des panneaux connectés à un même chargeur peuvent en effet varier ainsi que le nombre de chargeurs connectés en parallèle en entrée de chaque batterie. Il est tout de même indiqué d'adapter le nombre et la disposition des panneaux en entrée de chaque chargeur en fonction de la puissance et de la tension que peut gérer le chargeur, afin d'optimiser le fonctionnement et les coûts de l'installation.
Chaque chargeur 24, 26A, 26B comprend un convertisseur de courant continu/continu 25, respectivement 27A, 27B, qui permet de convertir le courant et notamment de fournir la puissance optimale à partir du signal en provenance des cellules photovoltaïques, et ce en fonction des besoins de l'ensemble de stockage d'énergie.
On a également placé un onduleur 28, respectivement 30, en sortie des batteries 18A, 18B. De cette façon, chaque onduleur 28, 30 est interposé entre la sortie de la batterie 18A, 18B correspondante et l'entrée du dispositif de fourniture 12. Cet onduleur permet de transformer l'énergie électrique stockée en courant continu dans les batteries en énergie électrique sous forme de courant alternatif.
Le réseau urbain 16 arrive à l'entrée de la borne de charge en parallèle de la sortie des onduleurs 28, 30. Ainsi, la borne de charge 12 peut être alimentée soit par le courant en provenance des panneaux solaires 20A-20D, 22A, 22B et de l'ensemble de stockage d'énergie 18A, 18B, soit par le réseau électrique urbain 16. Quelle que soit la source de l'énergie électrique, le courant arrive en tout cas sous forme alternative, ce qui permet de le traiter de la même façon au niveau de la borne de charge 12. La borne de charge 12 est donc une borne de charge standard, qui peut être la même quelle que soit le type d'installation dans laquelle elle est mise en place (en sortie des panneaux et/ou du réseau urbain).
L'installation comprend également des moyens d'interruption 32, 34, 36 du circuit électrique sur chaque branche arrivant à la borne de charge 12, l'interrupteur 32 étant placé en sortie de la branche reliée au réseau urbain 16 et les interrupteurs 34 et 36 étant placés en sortie des onduleurs 28 et 30. Cela permet de ne pas fournir du courant à la borne de charge 12 si ce n'est pas nécessaire, notamment si aucun équipement à alimenter n'est connecté à cette borne. Cela contribue également à la sécurité de l'installation.
Comme généralement le courant est stocké ensuite dans le véhicule électrique également sous forme continue, la borne de charge 12 comprend également un convertisseur courant alternatif/courant continu 38 interposé entre l'entrée et la sortie de la borne de charge 12. Toutefois, un tel convertisseur n'est pas obligatoire, car la conversion peut éventuellement être effectuée au niveau du véhicule. Il est également envisageable que le dispositif de fourniture ait pour but d'alimenter un équipement qui consomme le courant et ne le stocke pas, et qui fonctionne alors grâce à un courant alternatif. On peut alors choisir de ne pas munir la borne de charge 12 d'un tel convertisseur 38.
On va maintenant décrire plus en détails les interactions entre les différents éléments.
L'ensemble de stockage d'énergie 18A ou 18B comprend de préférence, comme on l'a indiqué une batterie LMP mais également avantageusement un dispositif de chauffage de la batterie, respectivement 40A, 40B, qui permet de mettre la batterie à température avant sa charge, afin d'assurer son fonctionnement optimal. Ce dispositif comprend notamment des résistances, qui dissipent un courant reçu, par effet Joule, afin de générer de la chaleur.
L'ensemble de stockage comprend également un module de communication, respectivement 42A, 42B, qui permet de communiquer des données relatives à la batterie à d'autres éléments de l'installation, notamment des moyens de commande des chargeurs, respectivement 44 pour le module de communication 42A et 46A, 46B pour le module de communication 42B. Les modules de communication 42A, 42B peuvent également communiquer entre eux.
Chaque ensemble de stockage d'énergie comprend également d'autres moyens intégrés, tels que des moyens de mesure de différents paramètres (température, niveau de charge, etc.), des moyens de calcul pour déterminer les besoins, notamment en charge, de chaque batterie et des moyens d'équilibrage des différentes cellules élémentaires pour optimiser le fonctionnement de chaque batterie. Ces moyens, classiques, ne seront pas décrits plus en détails dans la suite de cette demande. On notera que les données qui sont transmises par le biais du module de communication sont les données relatives aux caractéristiques de chaque batterie mesurées ou à celles calculées.
Ainsi, en fonction des données communiquées par un module de communication aux moyens de commande du chargeur associé, un courant en provenance du chargeur peut être dirigé vers le dispositif de chauffage 40A, 40B (lorsque la température de l'ensemble n'est pas considérée comme suffisante) ou directement vers les cellules de la batterie lorsque l'on considère que l'ensemble se trouve dans la plage de température optimale. Les moyens de commande 44 (respectivement 46A, 46B) peuvent commander à cet effet des moyens de dérivation 48 (respectivement 49A, 49B) du chargeur. Les caractéristiques de l'énergie transmise à la batterie (tension et éventuellement courant) sont généralement conformes aux demandes de la batterie, calculées par le module de calcul. Pour arriver à ce résultat, les moyens de commande 44 (respectivement 46A, 46B) commandent le convertisseur de courant continu/continu 25 (respectivement 27A, 27B) afin de convertir l'énergie électrique reçue des panneaux à la tension demandée par la batterie.
Dans le cas où l'ensemble de stockage 18B est alimenté par plusieurs chargeurs 26A, 26B, la demande auprès de chaque chargeur est effectuée au niveau de l'ensemble de stockage 18B, ce qui permet d'optimiser le fonctionnement de l'installation en centralisant les consignes de tension.
On notera que le chargeur peut également transmettre des données relatives à son fonctionnement, à l'ensemble de stockage par le biais du module de communication. Les demandes de l'ensemble de stockage peuvent être adaptées en fonction des informations obtenues en retour par l'ensemble de stockage.
Lorsque les consignes de tension demandées par l'ensemble de stockage 18A, 18B ne peuvent être atteintes (notamment car l'énergie électrique fournie par les panneaux photovoltaïques n'est pas suffisante), le chargeur 24 peut être configuré pour effectuer un balayage de tension et analyser la puissance instantanée pour chaque tension. On détermine ainsi la puissance optimale qu'on peut obtenir depuis le panneau photovoltaïque et on l'applique. Cela est effectué à l'aide de moyens de mesure en sortie du chargeur, désignés respectivement 50 et 52A, 52B. Ces moyens de mesure transmettent des informations aux moyens de commande du chargeur qui commandent le convertisseur 25, respectivement 27A, 27B, de sorte que le convertisseur applique la tension nécessaire pour que l'optimum en puissance soit atteint. L'opération lors de laquelle on recherche l'optimum de puissance est généralement nommée mode MPPT (acronyme de Maximum Power Point Tracking). Cette opération a pour objectif de rechercher le point de puissance maximale du générateur formé par les cellules photovoltaïques, du fait que celles-ci sont non linéaires, c'est-à-dire que pour un même éclairement, la puissance délivrée par ces cellules est différente selon la charge.
Un mode opératoire non limitatif pour une telle opération MPPT consiste à :
. mesurer la puissance PI délivrée par les cellules pour une tension de sortie Ul fixée,
. après un certain temps, imposer une deuxième tension U2 légèrement supérieure à Ul, et mesurer la puissance correspondante P2, et
. si P2 est supérieure à PI, chercher à imposer une tension encore plus grande (respectivement plus faible si P2 est inférieur à PI).
Ainsi le système adapte en permanence la tension aux bornes des cellules photovoltaïques 20A-20D, 22A et 22B afin de se rapprocher du point de puissance maximum. Et si nécessaire les convertisseurs 25, 27A et 27 adaptent ensuite leur tension de sortie en fonction du point optimal de fonctionnement des batteries tampon 18A et 18B.
Lorsque plusieurs chargeurs en parallèle alimentent une même batterie, un seul des chargeurs peut être placé à la fois en mode MPPT. L'intérêt d'une commande groupée des chargeurs depuis l'ensemble de stockage est donc réel.
Ces chargeurs permettent donc d'optimiser la charge de chaque batterie. Une fois la batterie chargée partiellement ou totalement, elle est susceptible de délivrer du courant à la borne de charge 12, par l'intermédiaire de l'onduleur 28, 30. Toutefois, comme indiqué plus haut, on ne souhaite pas que du courant soit délivré lorsque la borne de charge 12 n'est connectée à aucun équipement à alimenter, tel qu'un véhicule.
La borne de charge 12 comporte à cet effet des moyens de détection de la connexion d'un véhicule au moyens de connexion 14, par exemple par le biais d'un fil pilote. Le fil pilote permet également au véhicule de communiquer avec la borne de charge. La borne de charge 12 comprend également un moyen d'interruption 54 commandé par des moyens de commande 55 qui modifient la position des moyens d'interruption d'une position ouverte (pas de courant qui circule vers le connecteur 14) à une position fermée (courant qui circule vers le connecteur 14) en fonction de la présence du connecteur du véhicule dans celui de la borne 14, signalée par le fil pilote.
Les moyens de commande 56, 58, 60 des différents interrupteurs 32, 34, 36 permettant l'alimentation de l'entrée de la borne de charge 12 par les différentes branches sont de leur côté commandées en fonction des données reçues de différents éléments du système, notamment des moyens de communication 42A, 42B des ensembles de stockage. Les différents interrupteurs peuvent être commandés pour alimenter la borne 12 en énergie électrique tour à tour sous une forme standardisée déterminée par l'onduleur 28, 30 et correspondant à la forme sous laquelle elle est distribuée dans le réseau urbain 16. On pourrait également imaginer que plusieurs interrupteurs sont activés simultanément.
En variante, la borne de charge 12 pourrait communiquer directement avec les moyens de commande 56, 58, 60 des interrupteurs 32, 34, 36.
On notera que tous les éléments intermédiaires fonctionnels de l'installation (chargeurs 24, 26 ; ensembles de stockage 18A, 18B ; onduleur 28 ; 30 et moyens d'interruption 32, 34, 36) sont placés dans un même module de charge unique 60.
Comme on le voit sur les figures 2A et 2B, ce module de charge unique 60 est installé dans un conteneur qui contient le long de ses parois à la fois les chargeurs 70A-70F, les batteries 72A-72F et les onduleurs 74A à 74F. Dans le mode de réalisation représenté sur les figures 2A et 2B, l'installation comprend en effet 6 batteries 72A à 72F qui alimentent deux bornes 12, trois batteries étant affectées à chacune des bornes. Chaque batterie est alimentée par trois chargeurs en parallèle et comprend un onduleur en sortie. Les différentes connectiques haute puissance pour la transmission de l'énergie électrique ainsi que la connectique de communication, sont donc situées à l'intérieur du conteneur.
Ce conteneur permet de faciliter la maintenance et de maintenir une température adaptée élevée pour le bon fonctionnement des batteries. On notera tout de même que, pour garantir la sécurité de l'installation, le conteneur comprend des ventilateurs 76, pour le refroidissement du conteneur ainsi que des détecteurs d'incendie 78 pour garantir que le déclenchement d'un feu éventuel dans l'un des éléments fonctionnels soit arrêté avant qu'il n'atteigne d'autres éléments du module. On notera qu'un même conteneur est modulable et peut contenir plus d'éléments fonctionnels que ce qui a été décrit ci-dessus, en fonction des besoins et des bornes de charge présentes sur la voie publique. La présence d'un tel module situé dans l'installation n'est bien entendu pas obligatoire.
L'invention telle que décrite ici n'est pas limitée aux exemples décrits à l'aide des figures. Les variantes présentées dans le texte ne limitent pas non plus la portée de l'invention qui peut également être mise en œuvre sous la forme d'autres variantes.

Claims

REVENDICATIONS
Installation (10) de restitution d'énergie à un équipement à alimenter en énergie, l'installation étant caractérisée en ce qu'elle comprend : au moins une cellule photovoltaïque (20A-20D ; 22A-22B), formant source d'énergie électrique,
au moins un dispositif de fourniture d'énergie (12) comprenant des moyens de connexion électrique (14),
au moins un ensemble de stockage d'énergie (18A, 18B ; 72A- 72F), relié d'une part à la ou l'au moins une des cellules photovoltaïques pour stocker l'énergie électrique en provenance de ladite ou desdites cellules et d'autre part au ou à l'un au moins des dispositifs de fourniture d'énergie pour lui fournir l'énergie électrique,
un onduleur (28, 30; 74A-74F) interposé entre le ou l'au moins un des ensembles de stockage d'énergie et le ou l'au moins un des dispositifs de fourniture d'énergie, de sorte que l'électricité transmise au dispositif de fourniture soit sous forme de courant alternatif.
Installation selon la revendication précédente, comprenant au moins un convertisseur de courant continu/continu (24, 26A-26B ; 70A-70F) entre au moins une cellule photovoltaïque (20A-20D ; 22A-22B) et le ou l'un des ensembles de stockage d'énergie (18A, 18B; 72A-72F).
Installation selon la revendication précédente, comprenant une pluralité de convertisseurs (26A-26B ; 70A-70F) agencés en parallèle et reliés à un même ensemble de stockage d'énergie ( 18B ; 72A-72F), chaque convertisseur étant relié à une ou des cellules photovoltaïques (22A, 22B) distinctes.
Installation selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, dans laquelle le ou l'au moins un des ensembles de stockage d'énergie (18A, 18B) comprend un module de communication (42A, 42B) avec des moyens de commande (44, 46A-46B) du ou d'au moins un des convertisseurs (24, 26A-26B) pour communiquer une consigne relative à l'énergie électrique reçue, notamment une consigne en tension, les moyens de commande commandant ledit convertisseur en fonction des consignes reçues.
Installation selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, comprenant des moyens de mesure (50, 52A-52B) de la puissance délivrée par le ou l'au moins un des convertisseurs (24, 26A-26B), les moyens de commande (44, 46A-46B) du ou des convertisseurs commandant le convertisseur en fonction des résultats obtenus par les moyens de mesure.
Installation selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, comprenant plusieurs panneaux photovoltaïques (22A, 22B) arrangés en parallèle et reliés à un même ensemble de convertisseurs.
Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de fourniture (12) comprend un convertisseur AC/DC (38) apte à transformer l'énergie électrique d'entrée reçue sous forme de courant alternatif, en énergie électrique sous forme de courant continu.
8. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, l'installation est reliée à un réseau électrique urbain (16), le réseau électrique urbain étant raccordé à l'installation en parallèle de la sortie de l'onduleur (28, 30).
9. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle plusieurs ensembles de stockage d'énergie (18A, 18B ; 72A-72C, 72D-72F) sont arrangés en parallèle dans l'installation, et reliés à un même dispositif de fourniture (12).
10. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant des moyens d'interruption (32, 34, 36) du circuit électrique commandés par le dispositif de fourniture (12) et notamment les moyens de connexion (14) dudit dispositif.
11. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le ou chaque ensemble de stockage d'énergie comprend une batterie comportant une anode et une cathode. 12. Module de recharge (60) destiné à être placé dans une installation de recharge, et destiné à être relié d'une part à au moins une cellule photovoltaïque (20A-20D ; 22A, 22B) et d'autre part à au moins un dispositif de fourniture d'énergie électrique (12) à un équipement à alimenter comportant des moyens de connexion (14) audit équipement à alimenter, le module de recharge comprenant :
au moins un ensemble de stockage d'énergie (18A, 18B ; 72A- 72F) destiné à être relié d'une part à une ou plusieurs cellules photovoltaïques, pour stocker l'énergie en provenance des cellules photovoltaïques, et d'autre part au ou aux dispositifs de fourniture, pour lui ou leur fournir de l'énergie électrique, au moins un onduleur (28, 30 ; 74A-74F) relié en série avec le ou au moins l'un des ensembles de stockage de façon à être interposé entre cet ensemble de stockage et le ou l'un des dispositifs de fourniture d'énergie.
13. Module selon la revendication précédente, comprenant au moins un convertisseur de courant continu/continu (24, 26A-26B ; 70A-70F), relié en série avec le ou l'au moins un des ensembles de stockage d'énergie (18A, 18B ; 72A-72F), de façon à être interposé entre cet ensemble de stockage et au moins une cellule photovoltaïque (20A-
20D ; 22A, 22B) ou plusieurs cellules photovoltaïques en parallèle.
14. Module selon l'une quelconque des revendications 12 et 13, contenu dans une enveloppe formée par un conteneur (62), équipé de préférence d'une pluralité d'entrées d'air (76) pour refroidir les différents éléments constitutifs du module.
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