WO2014199052A2 - Procede dynamique de decharge d'un accumulateur recharge par une source d'energie renouvelable - Google Patents

Procede dynamique de decharge d'un accumulateur recharge par une source d'energie renouvelable Download PDF

Info

Publication number
WO2014199052A2
WO2014199052A2 PCT/FR2014/051340 FR2014051340W WO2014199052A2 WO 2014199052 A2 WO2014199052 A2 WO 2014199052A2 FR 2014051340 W FR2014051340 W FR 2014051340W WO 2014199052 A2 WO2014199052 A2 WO 2014199052A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
discharge
energy
cycle
reserve
profile
Prior art date
Application number
PCT/FR2014/051340
Other languages
English (en)
Other versions
WO2014199052A3 (fr
Inventor
Jean-Marie Klein
Raphael BAILLOT
Thomas Samuel
Original Assignee
Sunna Design
Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sunna Design, Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives filed Critical Sunna Design
Publication of WO2014199052A2 publication Critical patent/WO2014199052A2/fr
Publication of WO2014199052A3 publication Critical patent/WO2014199052A3/fr

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage

Definitions

  • the present invention relates to the field of power supply of an electric charge by a renewable energy source and by an energy storage element, without connection to the mains.
  • It relates in particular to systems whose load is constituted by a set of light-emitting diodes, for an application such as an autonomous lighting system comprising an LED lighting module, a battery pack, a recharging means such as photovoltaic cells or a wind turbine, and an electronic circuit for energy management.
  • an autonomous lighting system comprising an LED lighting module, a battery pack, a recharging means such as photovoltaic cells or a wind turbine, and an electronic circuit for energy management.
  • the object of the invention is to optimize the power supply of a stand-alone equipment, requiring no connection with the power grid for the battery charge.
  • the battery is only charged by local sources of renewable energy, photovoltaic type, wind, tidal.
  • the invention is however not limited to lighting, and also applies to other equipment powered by a renewable energy source and incorporating storage means without connection to an electronic network for recharging battery.
  • the international patent application WO2012 / 049955 describes a solution also comprising a power supply by the sector, with a calculation of the state of charge of a battery pack to determine a state of charge averaged on the batteries composing this set. It targets in particular heterogeneous sets of batteries with different ages.
  • German patent DE102011103600 describes a solution for adjusting the energy supplied by a photovoltaic power plant, according to the climatological forecasts (passage of clouds) coming from a satellite. This document does not mention batteries and even less management of the battery charging cycle.
  • the storage systems known in the prior art are generally oversized or provides a connection to the power grid for recharging. This leads to a first drawback relating to the cost of the storage means necessary to guarantee the permanence of service.
  • Energy storage is sized to provide a function, lighting for example, which allows a certain autonomy.
  • the design of this lamp is made so that, when the battery is fully charged, the lamp is capable of providing the preset lighting service for a full night.
  • a 96 Wh battery is used (assuming a total system efficiency of 100%).
  • BMS Battery Monitoring Systems
  • the present invention relates, in its most general sense, to a method of managing the discharge cycle of an electric battery associated with a load on the one hand and to a local energy recharging means renewable source providing a variable current according to climatic parameters, characterized in that it is determined at each new discharge cycle a discharge profile calculated from a reference discharge profile on the one hand and the energy accumulated during the previous recharge cycle so that the estimated consumption during the cycle to come, defined by the calculation of the integral of said discharge profile is less than the energy accumulated least one threshold value V tentl determined in order to preserve an energy reserve V reserve.
  • “Local recharging means” means a source of energy that is not connected to an electrical network or home network, and that is directly associated and connected to a specific load or set of specific sources, that association being limited to these specific loads to the exclusion of any other electrical equipment.
  • Renewable energy recharging means means an autonomous source of energy, converting natural energy (sunlight, wind, temperature gradient, hydraulic force, etc.) into electrical energy by exclusively local means.
  • the method comprises an additional step of recalculating the V shotl threshold value in the case where the residual energy at the end of the previous operating cycle is less than the reserve value
  • said reserve value V reserve is calculated as a function of the maximum and minimum energy values during at least one alternation of cycles of charging and operation of the load.
  • said reference profile is a constant, corresponding to a power supply of the load with a constant power.
  • said reference profile varies over time during an operating cycle corresponding to a supply of the load with a variable power between periods of full power and periods of less power.
  • the variation of the power is defined by more or less elaborate functions to better take into account the circumstances of the operation of the load.
  • said reference profile varies in time during an operating cycle as a function of at least one external variable.
  • This external variable is for example associated with meteorological information or function of the daily irradiation average, dynamically over a predefined period of time.
  • the invention also relates to a renewable electricity production system for supplying a load comprising a battery, a recharging means providing a variable current as a function of climatic parameters and a circuit for controlling the energy applied to said charge, characterized in that said control circuit comprises a memory for recording the data relating to the nominal operating cycle of said load, said control circuit being controlled by a computer according to a method comprising, to be determined at each new cycle of discharges a discharge profile calculated from a reference discharge profile on the one hand and energy accumulated in the previous recharge cycle so that the estimated consumption during the next cycle, defined by the calculation of the integral of said discharge profile is less than the accumulated energy within a threshold value V determined expertl to preserve a reserve of energy V reserve .
  • FIG. 1 represents the block diagram of a control circuit for the implementation of the invention
  • FIG. 2 represents an exemplary curve representative of the lighting profile
  • FIGS. 3 to 5 represent variants of the representative curves of lighting profiles.
  • the purpose of the invention is to control the recharging cycle of the battery by the photovoltaic cells during the diurnal cycle and operation of the LEDs during the night cycle in a manner guaranteeing the permanence of the service, including in the climatic conditions. More unfavorable (weather covered during the daytime cycle, need for high lighting during the night cycle due to fog, for example). These performances must be achieved by the device without excessive oversizing of the battery, in order to avoid excessive costs.
  • the main issues are:
  • This profile is not necessarily constant: it may vary depending on schedule, or outside circumstances.
  • the profile can provide maximum illumination during heavy traffic, and less light during the hours when traffic is low. External circumstances may be noise, causing an increase in intensity, or a signal provided by a presence detector.
  • FIG. 1 represents a block diagram of a system (1) according to the invention.
  • This system (1) comprises:
  • a renewable energy production module (2) for example a photovoltaic panel or a wind or hydraulic generator
  • a battery (3) for example a lead or nickel metal hydride or lithium battery
  • an electric charge (4) for example a module
  • an electronic control circuit (5) controlling the energy between the battery (3) on the one hand and the renewable energy production module (2) and the electric load (4) respectively.
  • This electronic circuit (5) comprises a power electronics regulating the energy applied to the load (4) according to a control law determined by a microcontroller associated with memories of digital data storage.
  • the electronic circuit (5) also comprises a sensor delivering a signal representative of the state of charge of the battery (3) as well as sensors providing in real time information such as the temperature of the battery (3), currents and voltage of the load (4), the renewable energy generating module (2), and the battery for determining the state of charge of the battery (2) and detecting its end of charging and discharging.
  • the computer is controlled by a control law determined by a method described hereinafter tends to respond positively to the issues involved and of which Figure 2 illustrates an example of lighting profile during the operating cycle of the load (4), during the night cycle.
  • the principle of this method is based on the fact that the light source (LED here) is fully power controllable (or current, then replace the Wh by Ah).
  • a maximum lighting power (P max ) is defined and in parallel a minimum acceptable lighting power (P mln ). This minimum value may possibly be zero.
  • the curve (10) represents the maximum power applicable to the load (4).
  • the curve (11) represents the minimum power applicable to the load (4), corresponding to the guaranteed minimum level of service.
  • the curve (12) represents the power level calculated before each cycle start, according to the method that is the subject of the invention.
  • the battery will then be discharged according to a power profile (12 between these two terminals (10, 11).
  • the power profiles (10, 11 and 12) will here be a constant over the duration of the cycle, for example at night.
  • the battery (3) is dimensioned so that during the longest night of the year, the lamp is at least able to illuminate all night at P max . It is obvious that the battery can be oversized, but this oversizing will be optimized according to the operating conditions of the system and an arbitration between the cost of the battery and guaranteed service assurance in all circumstances.
  • the concept of this method is to discharge only what has been charged the day before as long as the discharge power is between P max and P mln .
  • the discharge power can be adjusted if the amount of energy charged is controlled, it is possible to adjust, before each night's start, the discharge power P as a function of what has been charged the day before and as a function of the duration of the charge. the night. This allows to illuminate permanently all night without changing the amount of lighting or depending on the profile chosen. It is recalled that a variable power profile could be defined instead of a constant and unique power, for example with bearings as illustrated in Figures 3 to 5.
  • An additional goal is to be able to illuminate even in non-sunny seasons with a lighting power greater than P mln . This implies an additional step in the management of the power consumption and create reserves in case of strong sunshine, reserves that can then be used in case of low sun. This will be possible by taking into account the weather or the average daily irradiation, dynamically over a predefined period of time. In a little more detailed way, we can define the following major steps of the process:
  • the discharge power P is calculated which can be applied the next night. This requires knowing the duration of the night, which can be easily set up by analyzing the output currents of the solar panel of the previous day. Note this duration. It is also necessary to know the energy efficiency of the battery noted r. This corresponds to the number of Wh that can be discharged relative to the number of Wh charged. This energy will then be corrected for temperature in order to reduce the weather conditions of the coming night. This will therefore be a temperature forecast that will be a function of both the outside temperature at the beginning of the night, that is at the beginning of the illumination. but also a function of an average of the temperature variation over a history of a number of previous nights depending on the weather of the day of charging.
  • the discharge power can therefore be modeled by the following equation:
  • Vreserve rxE - ( p max xt ) with real time of discharge
  • the reserve creation can also be performed from a plurality of power profiles with self-adaptation of the dimming time and the power levels and / or parameters of the power profile mathematical functions as a function of what was loaded the day before and weather data.
  • FIGS. 3, 4 and 5 Different power profiles calculated before each start of the cycle, according to the method that is the subject of the invention, are presented in FIGS. 3, 4 and 5. These latter constitute a simple non-limiting example, corresponding to an autonomous solar street lamp.
  • the lighting power curve is composed of three parts:
  • This second phase corresponds to a first step of power gradation (P2 ⁇ PI),
  • This third phase corresponds to a second step of power gradation (P2 ⁇ P3 ⁇ PI),
  • the shaded areas, (23) and (24), correspond to the level of lighting service guaranteed by the autonomous solar street lamp using the method that is the subject of the invention.
  • the zones (23), (24) are calculated as energy from the integral under the curves (20) and (22) respectively.
  • the power levels PI and P3 are therefore not adjustable in this example and only the P2 level is recalculated before each night start according to the method object of the invention.
  • FIG. 4 represents a more complex illumination power curve than FIG. 3 because it is composed of five parts without discontinuities:
  • the hatched areas (35) and (36) correspond to the level of lighting service guaranteed by the autonomous solar street lamp using the method that is the subject of the invention.
  • the zones (35) and (36) are calculated in energy from the integral under the curves (32) and (34) respectively.
  • the power levels PI during dT1, P2 and the parameters (steering coefficient, intercept) of the affine line (31) are therefore not adjustable in this example and only the PI levels during dT5 and P3 are recalculated before each early night according to the method of the invention.
  • FIG. 5 for its part, represents a second example of a complex lighting power curve with respect to FIG. 3 since it is composed of four parts without discontinuities:
  • - Part 1 simple function (40) of affine straight type with a negative direct coefficient representative of a linear variation gradation during a time interval dTl
  • - Part 2 simple function (41) of affine straight type with positive directing coefficient representative of a linear variation gradation during a time interval dT2
  • the shaded area (44) corresponds to the level of lighting service guaranteed by the autonomous solar street lamp using the method that is the subject of the invention. This area is calculated as energy from the integral under the curve (40).
  • the parameters (direction coefficient, intercept) of the curves (41), (42) and (43) are therefore not adjustable in this example and only the parameters of the affine line (40) are recalculated before each start of night according to the method object of the invention.
  • Example concerning application 2 Increasing the average value of energy included in the battery during the increasingly lower charging periods (winter case) by controlling the lighting power profile.
  • the lighting will be satisfactory between two limiting lighting powers qualified in this example by two limiting discharge currents. It is also considered here, for the sake of simplification, that the lighting is constant throughout the night. For example, a maximum lighting current of 7 A and a minimum lighting current of 3.5 A are used. each day a little less the battery of 0.1 Ah and during the summer phase is charged each day a little more battery energy, expressed for example in ampere x hour, 0.1 Ah. It also takes a fixed night time of 10h regardless of the time of year. For example, a battery of 10 Ah is chosen.
  • the following graph shows the load profile for 180 days with a winter of about 145 days.
  • the first graph shows the state of charge of the battery at the end of charging and end of discharge.
  • Zone 1 corresponds to a phase where the charge is higher than the energy, expressed for example in ampere x hours discharged during the following night.
  • the maximum current of 7 A is discharged, which corresponds to a discharge of 7 Ah during the night. This is observed in graph 2.
  • the load is greater than 7 Ah the battery is still fully charged during the day and therefore we have a permanent reserve of 3 Ah.
  • Zone 3 corresponds to an area where the amount of Ah charged is less than the amount of Ah needed to light up a night at the minimum current. This Imin is maintained for a certain time with the reserve of 3 Ah previously constituted and once it is exhausted can no longer guarantee lighting as seen in graph 2 (end of zone 3, start of zone 4 ).
  • Zone 4 corresponds to the return of summer and therefore an average SOC of the battery that goes up. We now decide to manage the battery.
  • the two graphs below exactly repeat the previous operation except that when the average SOC of the battery goes below a certain level we will discharge the next night 95% of what was loaded the previous day (zone 3 ).
  • zone 4 When the battery is full again, it is again discharged in a conventional manner (zone 4). This allows the management of the average SOC of the battery and also allows to have a sufficient reserve to never pass below Imin (zone 5).

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

Procédé de gestion de cycle de décharge d'une batterie électrique associée à une charge d'une part et à un moyen de rechargement fournissant un courant variable en fonction de paramètres climatiques d'autre part, déterminant à chaque nouveau cycle de décharge, un profil de décharge calculé à partir d'un profil de décharge de référence d'une part et de l'énergie accumulée lors du cycle de recharge précédent de telle sorte que la consommation estimée pendant le cycle à venir, définie par le calcul de l'intégrale dudit profil de décharge soit inférieure à l'énergie accumulée moins une valeur seuil Vseuil déterminée afin de préserver une réserve d'énergie Vréserve.

Description

PROCEDE DYNAMIQUE DE DECHARGE D'UN ACCUMULATEUR RECHARGE PAR UNE SOURCE D'ENERGIE RENOUVELABLE
Domaine de 1 ' invention
La présente invention concerne le domaine de l'alimentation électrique d'une charge électrique par une source d'énergie renouvelable et par un élément de stockage d'énergie, sans raccordement au secteur.
Elle concerne notamment des systèmes dont la charge est constituée par un ensemble de diodes électroluminescentes, pour une application telles qu'un système d'éclairage autonome comprenant un module d'éclairage à LED, une batterie d'alimentation, un moyen de rechargement tel que des cellules photovoltaïques ou une éolienne, et un circuit électronique de gestion de l'énergie.
L'objectif de l'invention est d'optimiser l'alimentation d'un équipement autonome, ne nécessitant aucun raccordement avec le réseau électrique pour la charge de la batterie. La batterie est chargée uniquement par des sources locales d'énergie renouvelable, de type photovoltaïque, éolien, hydrolien.
L'invention n'est toutefois pas limitée à l'éclairage, et s'applique également à d'autres équipements alimentés par une source d'énergie renouvelable et incorporant un moyen de stockage sans comporter de raccordement à un réseau électronique pour la recharge de la batterie.
Etat de la technique
On connaît dans l'état de la technique le brevet européen EP247506O qui concerne la gestion de la recharge d'un équipement relié à la fois au secteur et à une cellule photovoltaïque . La demande de brevet internationale WO2011/098771 décrit une solution pour mesurer l'état de la charge de la batterie par coulométrie. Il ne comporte aucun enseignement concernant la gestion d'un cycle de décharge et de recharge d'une batterie.
La demande de brevet internationale WO2012/049955 décrit une solution comportant également une alimentation par le secteur, avec un calcul de l'état de charge d'un ensemble de batterie pour déterminer un état de charge moyenné sur les batteries composant cet ensemble. Il vise notamment des ensembles hétérogènes de batteries présentant des vieillissements différents.
Le brevet allemand DE102011103600 décrit une solution d'ajustement de l'énergie fournie par une centrale photovoltaïque , en fonction des prévisions climatologiques (passage de nuages) provenant d'un satellite. Ce document ne mentionne pas de batteries et encore moins de gestion du cycle de recharge de batteries.
Inconvénients de l'art antérieur
Afin d'éviter les black-out, les systèmes de stockage connus dans l'art antérieur sont en général surdimensionnés ou prévoit un raccordement au réseau électrique pour la recharge. Cela conduit à un premier inconvénient relatif au coût des moyens de stockage nécessaire pour garantir la permanence de service.
Par ailleurs, il est difficile de gérer un système de stockage, en l'occurrence une batterie, avec une charge aléatoire de type ENR. Le stockage d'énergie est dimensionné pour assurer une fonction, l'éclairage par exemple, qui permet une certaine autonomie. Dans le cas d'un lampadaire solaire, le dimensionnement de ce lampadaire est réalisé de sorte que, lorsque la batterie est pleinement chargée, le lampadaire est capable d'assurer le service d'éclairage prédéfini pendant une nuit complète. Ainsi, pour une nuit de 12 heures avec un éclairage consommant 8 W, une batterie de 96 Wh est utilisée (en supposant un rendement total du système de 100%).
Plaçons-nous après une décharge complète durant la nuit suivie d'une recharge partielle due à un ensoleillement médiocre le jour suivant, par exemple une recharge de 50% soit 48 Wh, toujours pour un rendement de 100%. De manière générale les systèmes de gestion de batterie actuels, en abrégé BMS (initiales de « Battery Monitoring Systems » en terminologie anglaise) vont permettre de décharger notre batterie pendant 6 heures la nuit suivante, garantissant ainsi 6 heures d'éclairage.
Cependant, ces six heures d'éclairage seront suivies de 6 heures de non éclairage non volontaire (non anticipé) que l'on regroupe sous la notion de « black-out » (qui inclue à la fois la notion de non éclairage, de non anticipation de l'interruption d'éclairage ou de décharge non volontaire ) .
Solution apportée par l'invention
Afin de remédier aux inconvénients de l'art antérieur, la présente concerne selon son acception la plus générale un procédé de gestion de cycle de décharge d'une batterie électrique associée à une charge d'une part et à un moyen de rechargement local à énergie renouvelable fournissant un courant variable en fonction de paramètres climatiques d'autre part, caractérisé en ce que l'on détermine à chaque nouveau cycle de décharge un profil de décharge calculé à partir d'un profil de décharge de référence d'une part et de l'énergie accumulée lors du cycle de recharge précédent de telle sorte que la consommation estimée pendant le cycle à venir, définie par le calcul de l'intégrale dudit profil de décharge soit inférieure à l'énergie accumulée moins une valeur seuil Vseull déterminée afin de préserver une réserve d'énergie Vréserve.
On entend par «moyen de rechargement local» une source d'énergie qui n'est pas reliée à un réseau électrique ou réseau domestique, et qui est directement associé et connectée à une charge spécifique ou à un ensemble restreint de sources spécifiques, cette association étant limitée à ces charges spécifiques à l'exclusion de tout autre équipement électrique .
On entend par « moyen de rechargement à énergie renouvelable » une source d'énergie autonome, convertissant une énergie naturelle (lumière solaire, vent, gradient de température, force hydraulique,...) en énergie électrique par des moyens exclusivement locaux.
Selon une première variante, le procédé comporte une étape additionnelle de recalcul de la valeur seuil Vseull dans le cas où l'énergie résiduelle à la fin du cycle de fonctionnement précédent est inférieur à la valeur de réserve
Selon une deuxième variante, ladite valeur de réserve Vréserve est calculée en fonction des valeurs maximales et minimales d'énergie pendant au moins une alternance de cycles de recharge et de fonctionnement de la charge.
Selon un premier mode de mise en œuvre, ledit profil de référence est une constante, correspondant à une alimentation de la charge avec une puissance constante.
Selon un deuxième mode de mise en œuvre, ledit profil de référence varie dans le temps pendant un cycle de fonctionnement correspondant à une alimentation de la charge avec une puissance variable entre des périodes de pleine puissance et des périodes de moindre puissance. La variation de la puissance est définie par des fonctions plus ou moins élaborées pour prendre en compte au mieux les circonstances du fonctionnement de la charge.
Optionnellement , ledit profil de référence varie dans le temps pendant un cycle de fonctionnement en fonction d'au moins une variable externe.
Cette variable externe est par exemple associée à des informations météorologiques ou fonction de la moyenne d'irradiation journalière, de manière dynamique sur une période de temps prédéfinie.
L'invention concerne également un système de production d'électricité renouvelable pour l'alimentation d'une charge comportant une batterie, un moyen de rechargement fournissant un courant variable en fonction de paramètres climatiques et un circuit de commande de l'énergie appliquée à ladite charge, caractérisé en ce que ledit circuit de commande comprend une mémoire pour l'enregistrement des données relatives au cycle de fonctionnement nominal de ladite charge, ledit circuit de commande étant piloté par un calculateur selon un procédé consistant, à déterminer à chaque nouveau cycle de décharge un profil de décharge calculé à partir d'un profil de décharge de référence d'une part et de l'énergie accumulée lors du cycle de recharge précédent de telle sorte que la consommation estimée pendant le cycle à venir, définie par le calcul de l'intégrale dudit profil de décharge soit inférieure l'énergie accumulée moins une valeur seuil Vseull déterminée afin de préserver une réserve d'énergie Vréserve. EXPOSÉ D'UN EXEMPLE NON LIMITATIF DE L'INVENTION
D'autres données, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description non limitée qui suit, en référence aux figures annexées qui représentent, respectivement :
- la figure 1 représente le schéma de principe d'un circuit de commande pour la mise en œuvre de l'invention
la figure 2 représente un exemple de courbe représentatif du profil d'éclairage
- les figures 3 à 5 représentent des variantes des courbes représentatifs de profils d'éclairage.
L'invention sera décrite dans ce qui suit en référence à une application constituant un simple exemple non limitatif, correspondant à un lampadaire solaire autonome.
La finalité de l'invention est de commander le cycle de rechargement de la batterie par les cellules photovoltaïques pendant le cycle diurne et de fonctionnement des LED pendant le cycle nocturne d'une manière garantissant la permanence du service, y compris dans les conditions climatiques les plus défavorables (temps couvert pendant le cycle diurne, besoin d'éclairage élevé pendant le cycle nocturne en raison de brouillard par exemple). Ces performances doivent être atteintes par le dispositif sans surdimensionnement excessif de la batterie, afin d'éviter des coûts trop importants .
Les enjeux principaux sont :
- d'éviter un "black out" au sens défini d'une interruption non planifiée de l'éclairage, afin de fournir un profil d'éclairage prédéterminé toute la nuit et ce toute l'année, quelle que soit la saison. Ce profil n'est pas nécessairement constant : il peut varier en fonction de l'horaire, ou encore de circonstances extérieures. Le profil peut prévoir un éclairage maximum pendant les heures de forte circulation, et un éclairage moindre pendant les heures pendant lesquelles la circulation est faible. Les circonstances extérieures peuvent être le bruit, provoquant une augmentation de l'intensité, ou un signal fournit par un détecteur de présence.
- de constituer de réserves d'énergie en vue de deux grands types d'applications :
1. Pallier un manque d'énergie disponible de manière à garantir une puissance d'éclairage minimum et/ou un service minimum y compris dans les situations les plus défavorables ,
2. Augmenter la valeur moyenne d'énergie comprise dans la batterie lors des périodes de charge de plus en plus faibles (en hiver par exemple pour la France) par la maîtrise du profil de puissance d'éclairage.
La figure 1 représente un schéma de principe d'un système (1) selon l'invention.
Ce système ( 1 ) comprend :
- un module de production d'énergie renouvelable (2), par exemple un panneau photovoltaïque ou une génératrice éolienne ou hydraulique
- une batterie (3), par exemple une batterie plomb ou Nickel métal hydrure ou lithium
- une charge électrique (4), par exemple un module
LED
- un circuit électronique de commande (5) pilotant l'énergie entre la batterie (3) d'une part, et respectivement le module de production d'énergie renouvelable (2) et la charge électrique (4).
Ce circuit électronique (5) comprend une électronique de puissance régulant l'énergie appliquée à la charge (4) en fonction d'une loi de commande déterminée par un micro-contrôleur associée à des mémoires de stockages de données numériques. Le circuit électronique (5) comprend également un capteur délivrant un signal représentatif de l'état de charge de la batterie (3) ainsi que des capteurs fournissant en temps réels des informations telles que la température de la batterie (3), des courants et des tension de la charge (4), du module de production d'énergie renouvelable (2), ainsi que de la batterie pour déterminer l'état de charge de la batterie (2) et détecter sa fin de charge et de décharge .
Le calculateur est commandé par une loi de commande déterminée par un procédé décrit ci-après tend à répondre positivement aux enjeux visés et dont la figure 2 illustre un exemple de profil d'éclairage pendant le cycle de fonctionnement de la charge (4), pendant le cycle nocturne.
Le principe de ce procédé repose sur le fait que la source de lumière (LED ici) est entièrement pilotable en puissance (ou en courant, on remplacera alors les Wh par des Ah) .
Dans la phase de définition du service d'éclairage, on définit une puissance maximale d'éclairage (Pmax) et en parallèle une puissance minimale d'éclairage acceptable (Pmln). Cette valeur minimale peut éventuellement être nulle.
Dans l'exemple illustré par la figure 2, la courbe (10) représente la puissance maximale applicable à la charge (4). La courbe (11) représente la puissance minimale applicable à la charge (4), correspondant au niveau de service minimal garanti.
La courbe (12) représente le niveau de puissance calculé avant chaque début de cycle, en fonction du procédé objet de l'invention.
La batterie sera ensuite déchargée suivant un profil de puissance (12 compris entre ces deux bornes (10, 11). Pour simplifier cet exemple les profils de puissance (10, 11 et 12) seront ici une constante sur la durée du cycle, par exemple de la nuit. Dans cet exemple, la batterie (3) est dimensionnée de telle sorte que lors de la nuit la plus longue de l'année, le lampadaire soit au minimum capable d'éclairer toute la nuit à Pmax. Il est évident que la batterie peut être surdimensionnée , mais que ce surdimensionnement sera optimisé en fonction des conditions opérationnelles du système et d'un arbitrage entre le coût de la batterie et l'assurance du service garanti en toutes circonstances.
Le concept de ce procédé consiste à ne décharger que ce qui a été chargé la veille tant que la puissance de décharge est comprise entre Pmax et Pmln.
La puissance de décharge étant ajustable si l'on maîtrise la quantité d'énergie chargée, on peut ajuster, avant chaque début de nuit, la puissance P de décharge en fonction de ce qui a été chargé la veille et en fonction de la durée de la nuit. Ceci permet donc d'éclairer de manière permanente toute la nuit sans variation de la quantité d'éclairage ou selon le profil choisi. On rappelle qu'un profil de puissance variable pourrait être défini à la place d'une puissance constante et unique, par exemple avec des paliers comme l'illustrent les figures 3 à 5.
Un objectif supplémentaire est de pouvoir éclairer même dans les saisons non ensoleillées avec une puissance d'éclairage supérieure à Pmln. Ceci implique une étape supplémentaire dans la gestion de la puissance de consommation et créer des réserves en cas de fort ensoleillement, réserves qui pourront alors être utilisées en cas de faible ensoleillement. Ceci va être possible par la prise en compte de la météo ou encore de la moyenne d'irradiation journalière, de manière dynamique sur une période de temps prédéfinie. De manière un peu plus détaillée, on peut définir les grandes étapes suivantes du procédé :
• Phase d'initialisation non détaillée ici puisque indépendante de l'idée décrite ici. Le but de cette étape est d'amener la batterie à un état de charge (SOC) de 100% (comptage du courant pour une surcharge supérieure à 100%) avant de lancer l'algorithme de gestion à proprement parlé. On pourrait également amener la batterie à 0%, initialiser le SOC à cette valeur et attendre un état de charge à 100% sans créer de surcharge. Cette solution prévaut dans le cas de zones à fort niveau d'ensoleillement (ex : Zone désertique en Afrique du Nord) .
• Lors des phases de charge, on compte l'énergie en Wh chargés. On corrige ensuite cette information en fonction de la température et du régime de charge pour se ramener à une quantité d'énergie stockée de référence fixe à un régime et une température. Ceci permettra de prendre en compte le rendement charge / décharge. On nommera ensuite E l'énergie chargée lors de cette phase. Cette énergie sera comprise entre 0 et Emax, énergie de la batterie pleinement chargée. On notera par exemple que si la batterie est légèrement surdimensionnée, lors de la nuit la plus longue de l'année Pmax x durée de la nuit < Emax.
• On calcule la puissance de décharge P que l'on pourra appliquer la nuit suivante. Ceci nécessite de connaître la durée de la nuit, ce qui peut être facilement mis en place en analysant les courants de sortie du panneau solaire de la journée précédente. On notera h cette durée. Il faut aussi connaître le rendement énergétique de la batterie noté r. Ceci correspond au nombre de Wh que l'on peut décharger par rapport au nombre de Wh chargé. On corrigera ensuite cette énergie de la température pour se ramener dans les conditions climatiques de la nuit à venir. Il s'agira donc d'une prévision de température qui sera fonction à la fois de la température extérieure en début de nuit c'est-à-dire en début d'éclairage mais aussi fonction d'une moyenne de la variation de température sur un historique d'un certain nombre de nuit précédente en fonction de la météo du jour de charge. La puissance de décharge peut donc être modélisée par l'équation suivante :
E
P = r.—
h
On peut prendre une marge en augmentant arbitrairement h d'un coefficient de sécurité.
Trois cas peuvent ensuite se présenter :
• P>Pmax, possible si batterie surdimensionnée, Pmin<P<Pmax et P<Pmin.
• Si P>Pmax on va décharger à Pmax . On ne va donc pas utiliser la totalité de l'énergie disponible et l'on va ainsi créer une réserve Vréserve dont la valeur maximale correspond à la quantité d'énergie du surdimensionnement préalablement réalisé. Il en résulte l'équation suivante :
Vréserve = rxE - (pmaxxt) avec t temps réel de décharge
• Si Pmin<P<Pmax, la première chose que l'on va regarder concerne la météo des x jours précédents, x à définir. On peut évaluer la météo en fonction des valeurs de courant renvoyées par le panneau lors des phases de charge. On va ensuite coupler ces données météo à la puissance de décharge. De nombreux scénarios sont alors possibles. Celui décrit ci-dessous n'est qu'une illustration d'un scénario de couplage possible. Ainsi, par exemple, si sur les x jours précédents il a fait beau en moyenne, on déchargera à P. S'il a fait plutôt mauvais, on peut dégrader légèrement le P de décharge tout en restant avec une puissance de décharge supérieure à Pmin. En effet plusieurs jours de mauvais temps pourraient traduire l'arrivée de l'hiver. Ainsi quand la puissance de décharge deviendra trop faible, on pourra utiliser l'ensemble des réserves mises en place.
• Si P<Pmin, utilisation des réserves pour garantir un éclairage suffisant. On vient ici de voir un exemple de gestion du lampadaire ou d'un système isolé prenant en compte les conditions d'ensoleillement et ce de manière dynamique.
Selon une variante, la création de réserve peut également être réalisée à partir d'une pluralité de profils de puissance avec auto-adaptation de la durée de gradation et des niveaux de puissance et/ou paramètres des fonctions mathématiques de profils de puissance en fonction de ce qui a été chargé la veille et des données météo.
Différents profils de puissance calculés avant chaque début de cycle, en fonction du procédé objet de l'invention, sont présentés par les figures 3, 4 et 5. Ces derniers constituent un simple exemple non limitatif, correspondant à un lampadaire solaire autonome.
Dans l'exemple illustré par la figure 3, la courbe de puissance d'éclairage est composée de trois parties :
- Un premier niveau de puissance constante PI (20) pendant un intervalle de temps dTl,
- Un second niveau de puissance constante P2 (21) pendant un intervalle de temps dTdim. Cette seconde phase correspond à une première étape de gradation de puissance (P2 < PI),
- Un troisième niveau de puissance constante P3 (22) pendant un intervalle de temps dT2. Cette troisième phase correspond à une seconde étape de gradation de puissance (P2 < P3 < PI),
Les zones hachurées, (23) et (24), correspondent au niveau de service d'éclairage garanti par le lampadaire solaire autonome utilisant le procédé objet de l'invention. Les zones (23), (24) sont calculées en énergie à partir de l'intégrale sous les courbes (20) et (22) respectivement. Les niveaux de puissance PI et P3 ne sont donc pas ajustables dans cet exemple et seul le niveau P2 est recalculé avant chaque début de nuit selon le procédé objet de l'invention. La figure 4 représente une courbe de puissance d'éclairage plus complexe que la figure 3 car elle est composée de cinq parties sans discontinuités :
- Partie 1 : niveau de puissance constante PI (30) pendant un intervalle de temps dTl,
- Partie 2 : fonction simple (31) de type droite affine à coefficient directeur négatif représentatif d'une gradation à variation linéaire pendant un intervalle de temps dT2 ,
- Partie 3 : niveau de puissance constante P3 (32) pendant un intervalle de temps dT3,
- Partie 4 : niveau de puissance constante P2 (33) pendant un intervalle de temps dT4,
- Partie 5 : niveau de puissance constante PI (34) pendant un intervalle de temps dT5,
Les zones hachurées (35) et (36), correspondent au niveau de service d'éclairage garanti par le lampadaire solaire autonome utilisant le procédé objet de l'invention. Les zones (35) et (36) sont calculées en énergie à partir de l'intégrale sous les courbes (32) et (34) respectivement. Les niveaux de puissance PI pendant dTl, P2 et les paramètres (coefficient directeur, ordonnée à l'origine) de la droite affine (31) ne sont donc pas ajustables dans cet exemple et seuls les niveaux PI pendant dT5 et P3 sont recalculés avant chaque début de nuit selon le procédé objet de l'invention.
La figure 5, quant à elle, représente un second exemple de courbe de puissance d'éclairage complexe par rapport à la figure 3 car elle est composée de quatre parties sans discontinuités :
- Partie 1 : fonction simple (40) de type droite affine à coefficient directeur négatif représentatif d'une gradation à variation linéaire pendant un intervalle de temps dTl, - Partie 2 : fonction simple (41) de type droite affine à coefficient directeur positif représentatif d'une gradation à variation linéaire pendant un intervalle de temps dT2 ,
- Partie 3 : fonction simple (42) de type droite affine à coefficient directeur négatif représentatif d'une gradation à variation linéaire pendant un intervalle de temps dT3,
- Partie 4 : fonction simple (43) de type droite affine à coefficient directeur positif représentatif d'une gradation à variation linéaire pendant un intervalle de temps dT4,
La zone hachurée (44) correspond au niveau de service d'éclairage garanti par le lampadaire solaire autonome utilisant le procédé objet de l'invention. Cette zone est calculée en énergie à partir de l'intégrale sous la courbe (40). Les paramètres (coefficient directeur, ordonnée à l'origine) des courbes (41), (42) et (43) ne sont donc pas ajustables dans cet exemple et seuls les paramètres de la droite affine (40) sont recalculés avant chaque début de nuit selon le procédé objet de l'invention.
Exemple concernant l'application 2 : Augmentation de la valeur moyenne d'énergie comprise dans la batterie lors des périodes de charge de plus en plus faibles (cas hiver) par la maîtrise du profil de puissance d'éclairage.
On considère comme précédemment que l'éclairage sera satisfaisant entre deux puissances d'éclairage limites qualifiées dans cet exemple par deux courants de décharge limites. On considère aussi ici, dans un souci de simplification, que l'éclairage est constant tout au long de la nuit. On prend par exemple un courant maximum d'éclairage de 7 A et un courant minimum d'éclairage de 3.5 A. Toujours pour simplifier on considère que dans la phase hiver on charge chaque jour un peu moins la batterie de 0.1 Ah et pendant la phase été on charge chaque jour un peu plus la batterie de l'énergie, exprimée par exemple en ampère x heure, de 0.1 Ah. On prend aussi une durée de nuit fixe de lOh quelle que soit la période de l'année. On choisit ensuite par exemple une batterie de 10 Ah. Le graphe suivant propose le profil de charge pendant 180 jours avec un hiver de 145 jours environ.
On propose tout d'abord de regarder le fonctionnement du système sans utiliser de gestion particulière et en déchargeant chaque nuit ce qui a été chargé la journée précédente.
Le premier graphique montre l'état de charge de la batterie en fin de charge et fin de décharge. La zone 1 correspond à une phase où la charge est supérieure de l'énergie, exprimée par exemple en ampère x heures déchargé durant la nuit suivante. On décharge donc au courant max de 7 A ce qui correspond à une décharge de 7 Ah pendant la nuit. C'est ce que l'on observe sur le graphe 2. Comme la charge est supérieure à 7 Ah la batterie est toujours chargée pleinement durant la journée et donc on a une réserve permanente de 3 Ah.
On passe ensuite dans la zone 2. Ici la charge journalière devient inférieure à 7 Ah, le SOC moyen de la batterie diminue donc . Le courant de décharge et donc la quantité d'Ah déchargée durant la nuit diminue donc aussi. On garde une réserve de 3 Ah puisque l'on n'a pas encore atteint le courant min d'éclairage.
La zone 3 correspond à une zone où la quantité d'Ah chargée est inférieure à la quantité d'Ah nécessaire pour éclairer toute une nuit au courant minimum. On maintient ce Imin un certain temps avec la réserve de 3 Ah constituée précédemment puis une fois qu'elle est épuisée on ne peut plus garantir l'éclairage comme on le voit dans le graphe 2 (fin de de zone 3 , début de zone 4 ) .
La zone 4 correspond au retour de l'été et donc un SOC moyen de la batterie qui remonte. On décide maintenant de gérer la batterie. Les deux graphes ci-dessous reprennent exactement le fonctionnement précédent à la différence que quand le SOC moyen de la batterie passe en dessous d'un certain niveau on va décharger la nuit suivante 95% de ce qui a été chargé le jour précédent (zone 3). Quand la batterie est à nouveau pleine, on recommence à la décharger de manière classique (zone 4). Ceci permet de remonter par la gestion le SOC moyen de la batterie et permet aussi ensuite d'avoir une réserve suffisante pour ne jamais passer en dessous de Imin (zone 5).

Claims

Revendications
1 — Procédé de gestion de cycle de décharge d'une batterie électrique associée à une charge local d'une part et à un moyen de rechargement local à énergie renouvelable fournissant un courant variable en fonction de paramètres climatiques d'autre part, caractérisé en ce que l'on détermine à chaque nouveau cycle de décharge un profil de décharge calculé à partir d'un profil de décharge de référence d'une part et de l'énergie accumulée lors du cycle de recharge précédent de telle sorte que la consommation estimée pendant le cycle à venir, définie par le calcul de l'intégrale dudit profil de décharge soit inférieure à l'énergie accumulée moins une valeur seuil Vseull déterminée afin de préserver une réserve d'énergie Vréserve.
2 — Procédé de gestion de cycle de décharge d'une batterie électrique selon la revendication principale caractérisé en ce qu'il comporte une étape additionnelle de recalcul de la valeur seuil Vseull dans le cas où l'énergie résiduelle à la fin du cycle de fonctionnement précédent est inférieur à la valeur de réserve Vréserve.
3 — Procédé de gestion de cycle de décharge d'une batterie électrique selon la revendication principale caractérisé en ce que ladite valeur de réserve Vréserve est calculée en fonction des valeurs maximales et minimales d'énergie pendant au moins une alternance de cycles de recharge et de fonctionnement de la charge.
4 — Procédé de gestion de cycle de décharge d'une batterie électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que ledit profil de référence est une constante . 5 - Procédé de gestion de cycle de décharge d'une batterie électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que ledit profil de référence varie dans le temps pendant un cycle de fonctionnement.
6 - Procédé de gestion de cycle de décharge d'une batterie électrique selon la revendication précédente caractérisé en ce que ledit profil de référence varie dans le temps pendant un cycle de fonctionnement en fonction d'au moins une variable externe.
7 - Procédé de gestion de cycle de décharge d'une batterie électrique selon la revendication précédente caractérisé en ce que la dite variable externe est associée à des informations météorologiques.
8 - Procédé de gestion de cycle de décharge d'une batterie électrique selon la revendication précédente caractérisé en ce que la dite variable externe est une fonction de la moyenne d'irradiation journalière.
9 - Système de production d'électricité renouvelable pour l'alimentation d'une charge comportant une batterie, un moyen de rechargement fournissant un courant variable en fonction de paramètres climatiques et un circuit de commande de l'énergie appliquée à ladite charge, caractérisé en ce que ledit circuit de commande comprend une mémoire pour l'enregistrement des données relatives au cycle de fonctionnement nominal de ladite charge, ledit circuit de commande étant piloté par un calculateur selon un procédé consistant, à déterminer à chaque nouveau cycle de décharge un profil de décharge calculé à partir d'un profil de décharge de référence d'une part et de l'énergie accumulée lors du cycle de recharge précédent de telle sorte que la consommation estimée pendant le cycle à venir, définie par le calcul de l'intégrale dudit profil de décharge soit inférieure l'énergie accumulée moins une valeur seuil Vseull déterminée afin de préserver une réserve d'énergie Vréserve.
PCT/FR2014/051340 2013-06-12 2014-06-05 Procede dynamique de decharge d'un accumulateur recharge par une source d'energie renouvelable WO2014199052A2 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1355416 2013-06-12
FR1355416A FR3007220B1 (fr) 2013-06-12 2013-06-12 Procede dynamique de decharge d'un accumulateur recharge pour une source d'energie renouvelable

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2014199052A2 true WO2014199052A2 (fr) 2014-12-18
WO2014199052A3 WO2014199052A3 (fr) 2015-11-12

Family

ID=49054785

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/FR2014/051340 WO2014199052A2 (fr) 2013-06-12 2014-06-05 Procede dynamique de decharge d'un accumulateur recharge par une source d'energie renouvelable

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR3007220B1 (fr)
WO (1) WO2014199052A2 (fr)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011098771A1 (fr) 2010-02-12 2011-08-18 Poweroasis Ltd Gestion de charge de batterie par comptage de coulombs
WO2012049955A1 (fr) 2010-10-15 2012-04-19 三洋電機株式会社 Système de gestion d'énergie
EP2475060A1 (fr) 2009-10-05 2012-07-11 Panasonic Corporation Système de stockage d'énergie
DE102011103600A1 (de) 2011-05-30 2012-12-06 Sew-Eurodrive Gmbh & Co. Kg Verfahren zum Steuern einer Vorrichtung, insbesondere Anlage oder Maschine, zur optimalen Ausnutzung einer Energiequelle

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2475060A1 (fr) 2009-10-05 2012-07-11 Panasonic Corporation Système de stockage d'énergie
WO2011098771A1 (fr) 2010-02-12 2011-08-18 Poweroasis Ltd Gestion de charge de batterie par comptage de coulombs
WO2012049955A1 (fr) 2010-10-15 2012-04-19 三洋電機株式会社 Système de gestion d'énergie
DE102011103600A1 (de) 2011-05-30 2012-12-06 Sew-Eurodrive Gmbh & Co. Kg Verfahren zum Steuern einer Vorrichtung, insbesondere Anlage oder Maschine, zur optimalen Ausnutzung einer Energiequelle

Also Published As

Publication number Publication date
FR3007220A1 (fr) 2014-12-19
WO2014199052A3 (fr) 2015-11-12
FR3007220B1 (fr) 2015-07-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FR2961039A1 (fr) Circuit convertisseur et systeme electronique comportant un tel circuit
EP1990891B1 (fr) Procédé de charge d&#39;un élément de stockage d&#39;un système autonome
EP3340428A2 (fr) Procédé et dispositif de charge d&#39;une batterie
WO2006067350A1 (fr) Procede et systeme d&#39;alimentation electrique autonome par energie renouvelable
EP3672019B1 (fr) Procédé et dispositif de commande de recharge et de décharge de batteries d&#39;un ensemble desdites batteries avec recharge partielle d&#39;une batterie
EP2430738B1 (fr) Circuit convertisseur et systeme electronique comportant un tel circuit
EP3190681B1 (fr) Procédé et dispositif de charge d&#39;une batterie
EP3545724B1 (fr) Appareil de chauffage de type radiateur électrique incluant un convertisseur de tension
EP3840158B1 (fr) Procédé de délestage de sorties d&#39;une installation de production d&#39;énergie électrique
FR2964265A1 (fr) Procede de charge d&#39;une batterie electrique
FR3068530B1 (fr) Procede de distribution d&#39;une energie electrique issue d&#39;une energie solaire a une pluralite de groupes d&#39;au moins une installation electrique
WO2014199052A2 (fr) Procede dynamique de decharge d&#39;un accumulateur recharge par une source d&#39;energie renouvelable
WO2022043539A1 (fr) Dispositif d&#39;éclairage amélioré
EP3189577B1 (fr) Gestion améliorée d&#39;une installation de production d&#39;énergie électrique
EP4122074B1 (fr) Procede et dispositif de commande d&#39;une station d&#39;alimentation electrique, programme d&#39;ordinateur correspondant et installation d&#39;alimentation electrique
WO2017174909A1 (fr) Procede d&#39;optimisation de la consommation electrique d&#39;une installation
FR3107942A1 (fr) Procédé de gestion d’un éclairage et éclairage correspondant
FR3000264A1 (fr) Gestion de batteries haute temperature
EP2560261A1 (fr) Procede de gestion d&#39;une installation de production et de stockage d&#39;energie renouvelable
JP2010051106A (ja) 電力供給システム
WO2024002964A1 (fr) Procédé de gestion de l&#39;énergie d&#39;un équipement électronique, équipement et programme d&#39;ordinateur correspondant
WO2020148491A1 (fr) Module autonome pour recharger un vehicule electrique et son procede de fonctionnement
EP3672024A1 (fr) Procédé et dispositif de commande de recharge et de décharge de batteries d&#39;un ensemble desdites batteries
FR2868660A1 (fr) Procede de pilotage d&#39;un dispositif d&#39;eclairage a duree et puissance ajustables et dispositif associe
FR3110036A1 (fr) Procédé de commande d&#39;un système de stockage d&#39;énergie comprenant au moins deux dispositifs élémentaires de stockage d&#39;énergie, dispositif de commande associé et système de stockage d&#39;énergie comportant un tel dispositif de commande

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14733267

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14733267

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2