Brevet FR3078175A1 — publié le 20190823

Dispositif de gestion de systèmes de stockage d'énergie, notamment pour véhicule ferroviaire La présente invention concerne un dispositif de gestion d'une pluralité de systèmes de stockage d'énergie électrique agencés en parallèle et connectés à au moins une charge. De tels systèmes de stockage d'énergie sont notamment utilisés dans des véhicules ferroviaires. Le système de stockage comporte habituellement au moins un moyen de stockage d'énergie, tel qu'une batterie, et un convertisseur de puissance connecté au moyen de stockage d'énergie correspondant. L'efficacité de la conversion d'énergie dépend de la puissance appelée ou absorbée, et éventuellement de l'état de charge du système de stockage d'énergie. Lorsque l'on dispose d'une pluralité de systèmes de stockage d'énergie, il est possible de diviser la puissance appelée par l'au moins une charge entre les différents systèmes de stockage. Dans le cas d'un véhicule ferroviaire, l'au moins une charge comporte habituellement au moins un système de traction du véhicule, et au moins un équipement auxiliaire, notamment des équipements de bord alimentés en énergie électrique. Dans certains cas, notamment lorsque le véhicule ferroviaire avance sans traction (marche sur l'erre), la puissance appelée par ce véhicule ferroviaire se limite à la puissance appelée par les équipements auxiliaires, qui est faible (par exemple de l'ordre de 100kW) par rapport à la puissance délivrable ou absorbable par l'ensemble des systèmes de stockage d'énergie (par exemple de l'ordre de 1,2 MW). En d'autres termes, l'utilisation des systèmes de stockage d'énergie n'est pas optimisée dans certains cas. L'invention a notamment pour but de remédier à cet inconvénient, en améliorant l'efficacité de la conversion d'énergie et du stockage associé. A cet effet, l'invention a notamment pour objet un dispositif de gestion d'une pluralité de systèmes de stockage d'énergie agencés en parallèle et connectés à au moins une charge, notamment au moins un système de traction et/ou au moins un équipement auxiliaire, caractérisé en ce qu'il comporte : - des moyens d'évaluation d'une puissance requise nécessaire à l'alimentation de l'au moins une charge, - des moyens de calcul d'une puissance disponible dans les systèmes de stockage d'énergie, 2 - des moyens d'activation et de désactivation des systèmes de stockage d'énergie indépendamment les uns des autres, - des moyens de détermination de chaque système de stockage à activer ou à désactiver, en fonction de la puissance requise évaluée et de la puissance disponible et 5 avantageusement de l'énergie stockée. L'invention permet donc de désactiver certains systèmes de stockage d'énergie, pour ne conserver que ceux nécessaires pour répondre à la puissance appelée, optimisant ainsi l'utilisation des systèmes de stockage d'énergie. Un dispositif de gestion selon l'invention peut comporter en outre l'une ou 10 plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou selon toutes combinaisons techniquement envisageables. - Le dispositif de gestion comporte des moyens d'estimation d'une puissance reçue par les systèmes de stockage d'énergie, et en ce que les moyens de détermination de chaque système à activer ou à désactiver sont propres à déterminer chaque système à 15 activer ou à désactiver également en fonction de la puissance reçue estimée. - La puissance disponible correspond à la puissance délivrable par chaque système de stockage et à la puissance absorbable par chaque système de stockage. - Le dispositif de gestion est configuré pour la gestion de systèmes de stockage d'énergie comprenant chacun au moins un moyen de stockage d'énergie et un 20 convertisseur de puissance connecté au moyen de stockage d'énergie correspondant. - Les moyens de détermination ont configurés pour minimiser les différences entre les énergies stockées dans les différents systèmes de stockage d'énergie, notamment en activant en priorité les systèmes de stockage stockant la plus grande quantité d'énergie, dans le cas où la puissance requise est positive, ou les systèmes de stockage stockant la 25 plus faible quantité d'énergie, dans le cas où la puissance requise est négative et avantageusement en minimisant les écarts de sollicitation des différents système de stockage d'énergie. - Les moyens de détermination sont configurés pour activer en priorité les systèmes de stockage présentant la meilleure efficacité en fonction de la puissance 30 requise évaluée et de l'énergie stockée. - Les moyens de détermination sont configurés pour se référer à une table d'efficacité à deux entrées, donnant pour chaque système de stockage l'efficacité de ce système de stockage en fonction d'un état de charge du système de stockage et de l'énergie requise évaluée. 35 L'invention concerne également un procédé de gestion d'une pluralité de systèmes de stockage d'énergie agencés en parallèle et connectés à au moins une 3 charge, au moyen d'un dispositif de gestion tel que défini précédemment, caractérisé en ce qu'il comporte : - un étape d'évaluation de la puissance requise nécessaire à l'alimentation de l'au moins une charge, 5 - une étape d'estimation la puissance disponible dans les systèmes de stockage d'énergie, - une étape de détermination du nombre de système de stockage d'énergie à activer, et - une étape de détermination du ou des systèmes de stockage à activer ou à 10 désactiver, en fonction de la puissance requise évaluée et de la puissance disponible et avantageusement de l'énergie stockée, et - une étape d'activation et de désactivation des systèmes de stockage d'énergie déterminés, indépendamment les uns des autres, suite aux étapes de détermination. Un procédé de gestion selon l'invention peut comporter en outre l'une ou plusieurs 15 des caractéristiques suivantes, prises seules ou selon toutes combinaisons techniquement envisageables. - L'étape de détermination est réalisée en minimisant les différences entre les énergies stockées dans les différents systèmes de stockage d'énergie, notamment en activant en priorité les systèmes de stockage stockant la plus grande quantité d'énergie 20 dans le cas d'une puissance à délivrer ou les systèmes de stockage stockant la plus moins quantité d'énergie dans le cas d'une puissance à absorber et en minimisant les écarts de sollicitation des différents système de stockage d'énergie. - Au cours de l'étape de détermination, on active en priorité les systèmes de stockage présentant la meilleure efficacité en fonction de puissance requise évaluée et de 25 l'énergie stockée, et/ou on désactive en priorité les systèmes de stockage présentant la moins bonne efficacité en fonction de la puissance requise évaluée et de l'énergie stockée. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux figures annexées, parmi 30 lesquelles : - la figure 1 représente schématiquement un dispositif de gestion selon l'invention, et des systèmes de stockage d'énergie connectés à des systèmes de traction et à des équipements auxiliaires ; - la figure 2 représente schématiquement, plus en détail, le dispositif de gestion de 35 la figure 1. 4 On a représenté sur les figures un dispositif 10 de gestion d'une pluralité de systèmes de stockage d'énergie électrique 12. Ce dispositif de gestion 10 est par exemple destiné à équiper un véhicule ferroviaire. Les systèmes de stockage d'énergie 12 sont agencés en parallèle, et sont 5 connectés à au moins une charge. Les systèmes de stockage d'énergie 12 sont tous propres à délivrer la même tension électrique. Chaque système de stockage d'énergie 12 comporte de manière classique au moins un moyen de stockage d'énergie 20, tel qu'une batterie et un convertisseur de puissance 22 connecté au moyen de stockage d'énergie 20 correspondant. 10 Dans le cas d'un véhicule ferroviaire, l'au moins une charge comporte un système de traction 14, de préférence une pluralité de systèmes de traction 14, et au moins un équipement auxiliaire 16, de préférence une pluralité d'équipements auxiliaires 16. Les systèmes de traction sont propres à consommer de la puissance électrique mais également, notamment lors de phases de freinage du véhicule ferroviaire, à délivrer 15 une puissance électrique aux équipements auxiliaires et/ou aux convertisseurs de puissance 22 (on parle de freinage régénératif). Avantageusement, lors de phases de freinage les systèmes de traction sont propres à générer une puissance électrique liée à l'énergie cinétique du véhicule et à la transmettre aux équipements auxiliaires 16 et également aux systèmes de stockage 12 quand la puissance générée est supérieure à la 20 puissance nécessaire au fonctionnement des équipements auxiliaires 16. Avantageusement, un convertisseur auxiliaire 18 est agencé entre les systèmes de stockage d'énergie 12 et les équipements auxiliaires 16. Le dispositif de gestion 10 est représenté plus en détails sur la figure 2. Le dispositif de gestion 10 comporte des moyens 24 d'évaluation d'une puissance 25 requise nécessaire à l'alimentation de l'au moins une charge 14, 16. La puissance requise est déterminée en fonction de la puissance appelée par l'au moins une charge 14, 16 mais également en fonction de la puissance générée par l'au moins une charge 14. De tels moyens d'évaluation 24 sont connus en soi. Les moyens d'évaluation 24 reçoivent des informations 26 permettant d'évaluer la 30 puissance requise. Ces informations 26 comportent par exemple au moins l'une des informations suivantes : des informations de caractéristiques des systèmes de traction 14 et des équipements auxiliaires 16, une information d'une requête d'énergie/puissance provenant d'un opérateur (notamment un conducteur du véhicule ferroviaire), une information de vitesse du véhicule ferroviaire, une mesure de puissance appelée ou 35 fournie/générée par les systèmes de traction 14, et une mesure de puissance appelée par les équipements auxiliaires 16. 5 Le dispositif de gestion 10 comporte par ailleurs des moyens 28 d'estimation d'une puissance reçue par les systèmes de stockage d'énergie 12, c'est-à-dire par chaque système de stockage d'énergie 12, notamment depuis des sources d'alimentation extérieures (caténaires, alimentation par le sol, etc.) et/ou par freinage régénératif. 5 Le dispositif de gestion 10 comporte également des moyens 30 de détermination de chaque système de stockage 12 à activer et de chaque système de stockage 12 à désactiver, en fonction de la puissance requise évaluée et de la puissance reçue estimée. Par exemple, les moyens de détermination 30 comportent des moyens 32 de calcul de l'énergie stockée et de la puissance disponible (délivrable et/ou absorbable) 10 dans les systèmes de stockage 12, c'est-à-dire dans chaque système de stockage, et de la quantité d'énergie optimale à utiliser, en fonction de la puissance requise évaluée et de la puissance reçue estimée. Les moyens de détermination 30 comportent également des moyens 34 de choix de chaque système de stockage 12 à activer et de chaque système de stockage 12 à 15 désactiver, en fonction de la puissance requise évaluée, de la puissance reçue estimée de la puissance disponible déterminée et de l'énergie stockée. En effet, en connaissant la puissance requise, c'est-à-dire la puissance à fournir, la puissance reçue et la puissance disponible (délivrable et/ou absorbable) et l'énergie stockée dans les systèmes de stockage 12, il est possible de déterminer combien de 20 systèmes de stockage 12 sont nécessaires pour assurer le niveau de puissance demandé avec un rendement optimisé, tout en gardant une marge de puissance suffisante pour laisser le temps de réactiver d'autres systèmes de stockage le cas échéant. Ainsi, seuls ces systèmes de stockage 12 nécessaires sont utilisés, les autres étant désactivés. Avantageusement, les moyens de détermination 30 sont configurés pour activer 25 en priorité les systèmes de stockage 12 présentant la meilleure efficacité en fonction de la puissance requise évaluée, et/ou en variante pour désactiver en priorité les systèmes de stockage 12 présentant la moins bonne efficacité en fonction de la puissance requise évaluée. A cet effet, on établira une table d'efficacité à deux entrées, donnant pour chaque 30 système de stockage 12 l'efficacité de ce système de stockage 12 en fonction de son état de charge et de la puissance appelée. L'homme du métier saura établir une telle table d'efficacité, connue en soit. Avantageusement, les moyens de choix 34 sont également configurés pour minimiser les différences entre les énergies stockées dans les différents systèmes de 35 stockage d'énergie 12, notamment en activant en priorité les systèmes de stockage stockant la plus grande quantité d'énergie dans le cas d'une puissance à délivrer ou les 6 systèmes de stockage stockant la plus faible quantité d'énergie dans le cas d'une puissance à absorber et en minimisant les écarts de sollicitation des différents système de stockage d'énergie. Ceci permet de minimiser les écarts d'énergies stockées dans chacun des 5 systèmes de stockage 12, sans créer de rupture d'alimentation de ces systèmes de stockage 12. L'utilisation de l'énergie stockée se fait alors globalement de manière homogène, pour ne pas faire vieillir prématurément certains systèmes de stockage alors que d'autres ne seraient pas utilisés. Le dispositif de gestion 10 comporte enfin des moyens 36 d'activation et de 10 désactivation des systèmes de stockage d'énergie 12 indépendamment les uns des autres, commandés en fonction des moyens de détermination 30. Ainsi, certains systèmes de stockage 12, déterminés par les moyens de détermination 30, sont désactivés, et les autres sont activés. L'activation et la désactivation d'un système de stockage 12 est par exemple 15 réalisée en activant ou désactivant le convertisseur de puissance 22 correspondant. Le dispositif de gestion 10 selon l'invention permet de réaliser un procédé de gestion qui va maintenant être décrit. Le procédé de gestion comporte : - un étape d'évaluation d'une puissance requise nécessaire à l'alimentation de l'au 20 moins un système de traction et de l'au moins une charge auxiliaire, - une étape de calcul d'une puissance disponible, c'est-à-dire délivrable et absorbable par les systèmes de stockage d'énergie, - une étape de détermination du nombre optimal de système de stockage d'énergie à activer en fonction de la puissance requise, de la puissance disponible et du 25 niveau d'énergie stockée, - une étape de détermination de chaque système de stockage à activer et de chaque système de stockage à désactiver, en fonction de la puissance requise évaluée, de la puissance disponible et du niveau d'énergie stockée, et - une étape d'activation et de désactivation des systèmes de stockage d'énergie 30 indépendamment les uns des autres, suite à l'étape de détermination. Avantageusement, l'étape de détermination est réalisée en minimisant les différences entre les énergies stockées dans les différents systèmes de stockage d'énergie, notamment en activant en priorité les systèmes de stockage stockant la plus grande quantité d'énergie dans le cas d'une puissance à délivrer ou les systèmes de 35 stockage stockant la plus faible quantité d'énergie dans le cas d'une puissance à absorber. 7 Avantageusement, le procédé comprend une étape d'estimation d'une puissance reçue par les systèmes de stockage et les étapes de détermination sont effectuées en fonction de la puissance reçue estimée. De préférence, au cours de l'étape de détermination, on active en priorité les 5 systèmes de stockage présentant la meilleure efficacité en fonction de la puissance requise évaluée et du niveau d'énergie stockée. Par exemple, l'étape de détermination est réalisée en se référant à une table d'efficacité à deux entrées, donnant pour chaque système de stockage 12 l'efficacité de ce système de stockage 12 en fonction de son état de charge et de la puissance appelée. 10 La gestion des systèmes de stockage 12 est de préférence réalisée en temps réel, la puissance appelée par le train évoluant au cours du temps. Ainsi, les étapes d'évaluation, d'estimation et de détermination sont réalisées en continu, pour activer ou désactiver en temps réel les systèmes de stockage 12. On notera que l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation précédemment 15 décrit, REVENDICATIONS1. Dispositif (10) de gestion d'une pluralité de systèmes de stockage d'énergie (12) agencés en parallèle et connectés à au moins une charge (14, 16), notamment au moins un système de traction (14) et/ou au moins un équipement auxiliaire (16), caractérisé en ce qu'il comporte : - des moyens (24) d'évaluation d'une puissance requise nécessaire à l'alimentation de l'au moins une charge (14, 16), - des moyens (32) de calcul d'une puissance disponible dans les systèmes de stockage d'énergie (12), - des moyens (36) d'activation et de désactivation des systèmes de stockage d'énergie (12) indépendamment les uns des autres, - des moyens (30) de détermination de chaque système de stockage (12) à activer ou à désactiver, en fonction de la puissance requise évaluée et de la puissance disponible et avantageusement de l'énergie stockée dans chaque système de stockage. 2. Dispositif de gestion (10) selon la revendication 1, dans lequel le dispositif de gestion comporte des moyens d'estimation d'une puissance reçue par les systèmes de stockage d'énergie (12), et en ce que les moyens de détermination de chaque système de stockage à activer ou à désactiver sont propres à déterminer chaque système de stockage d'énergie à activer ou à désactiver également en fonction de la puissance reçue estimée. 3.- Dispositif de gestion (10) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la puissance disponible correspond à la puissance délivrable par chaque système de stockage et à la puissance absorbable par chaque système de stockage. 4. Dispositif de gestion (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, configuré pour la gestion de systèmes de stockage d'énergie (12) comprenant chacun au moins un moyen de stockage d'énergie (20) et un convertisseur de puissance (22) connecté au moyen de stockage d'énergie (20) correspondant. 5. Dispositif de gestion (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les moyens de détermination (30) sont configurés pour minimiser les différences entre les énergies stockées dans les différents systèmes de stockage d'énergie (12), notamment en activant en priorité les systèmes de stockage (12) 9 stockant la plus grande quantité d'énergie, dans le cas où la puissance requise est positive, ou les systèmes de stockage stockant la plus faible quantité d'énergie, dans le cas où la puissance requise est négative et avantageusement en minimisant les écarts de sollicitation des différents système de stockage d'énergie. 5 6. Dispositif de gestion (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les moyens de détermination (30) sont configurés pour activer en priorité les systèmes de stockage (12) présentant la meilleure efficacité en fonction de la puissance requise évaluée et de l'énergie stockée. 10 7. Dispositif de gestion (10) selon la revendication 6, dans lequel les moyens de détermination (30) sont configurés pour se référer à une table d'efficacité à deux entrées, donnant pour chaque système de stockage (12) l'efficacité de ce système de stockage (12) en fonction d'un état de charge du système de stockage et de la puissance requise 15 évaluée. 8. Procédé de gestion d'une pluralité de systèmes de stockage d'énergie (12) agencés en parallèle et connectés à au moins une charge (14, 16), au moyen d'un dispositif de gestion (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, 20 caractérisé en ce qu'il comporte : - un étape d'évaluation de la puissance requise nécessaire à l'alimentation de l'au moins une charge (14, 16), - une étape d'estimation la puissance disponible dans les systèmes de stockage d'énergie (12), 25 - une étape de détermination du nombre de système de stockage d'énergie à activer, et - une étape de détermination du ou des systèmes de stockage à activer ou à désactiver, en fonction de la puissance requise évaluée et de la puissance disponible et avantageusement de l'énergie stockée dans chaque système de stockage, et 30 - une étape d'activation et de désactivation des systèmes de stockage d'énergie (12) déterminés, indépendamment les uns des autres, suite aux étapes de détermination. 9. Procédé de gestion selon la revendication 8, dans lequel l'étape de détermination est réalisée en minimisant les différences entre les énergies stockées dans 35 les différents systèmes de stockage d'énergie, notamment en activant en priorité les systèmes de stockage stockant la plus grande quantité d'énergie dans le cas d'une 10 puissance à délivrer ou les systèmes de stockage stockant la plus moins quantité d'énergie dans le cas d'une puissance à absorber et en minimisant les écarts de sollicitation des différents système de stockage d'énergie. 5 10. Procédé de gestion selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9, dans lequel, au cours de l'étape de détermination, on active en priorité les systèmes de stockage (12) présentant la meilleure efficacité en fonction de puissance requise évaluée et de l'énergie stockée, et/ou on désactive en priorité les systèmes de stockage (12) présentant la moins bonne efficacité en fonction de la puissance requise évaluée et de 10 l'énergie stockée.