Brevet FR3111705A1 — publié le 20211224

Véhicule à batterie embarquée Le véhicule (10) comprend : - une première batterie (14) ; et - une unité de conditionnement thermique (22) de la première batterie (14), l’unité (22) étant reliée électriquement par au moins un premier point de connexion (20, 34, 36, 38) à une première source d’alimentation (21, 24, 26, 14). Le véhicule (10) comprend : - au moins un deuxième point de connexion (20, 34, 36, 38) relié électriquement à l’unité (22) depuis au moins une deuxième source d’alimentation (21, 24, 26, 14) ; - une unité (42) de recueil de la disponibilité de chaque source d’alimentation (21, 24, 26, 14) ; - un commutateur ; et - une unité de contrôle du commutateur pour que le commutateur assure l’alimentation de l’unité de conditionnement thermique (22) depuis au moins un point de connexion (20, 34, 36, 38) en fonction des disponibilités des sources d’alimentation (21, 24, 26, 14). Figure pour l'abrégé : Figure 1 Véhicule à batterie embarquée La présente invention concerne un véhicule, notamment ferroviaire, à batterie embarquée comprenant : - une première batterie reliée à au moins un composant électrique du véhicule pour alimenter en énergie électrique ledit composant électrique ; et - une unité de conditionnement thermique de la première batterie configurée pour réguler la température de la première batterie, l’unité de conditionnement thermique étant reliée électriquement par au moins un premier point de connexion à une première source d’alimentation. La durée de vie des batteries, et par exemple celle des batteries lithium-ion, est fortement influencée par les conditions de température auxquelles elles sont soumises. Dans le but d’optimiser cette durée de vie, ces batteries doivent être maintenues dans une gamme de températures idéale. Pour ce faire, une unité de conditionnement thermique régule en permanence la température des batteries. Cela suppose que ladite unité de conditionnement thermique soit en permanence alimentée en courant électrique. Toutefois, lorsque l’unité de conditionnement thermique est configurée pour être alimentée par un réseau électrique, tel qu’un réseau ferroviaire, le bon fonctionnement de ladite unité dépend dudit réseau et en particulier de l’état de la connexion entre le véhicule et le réseau. Lorsque le véhicule est déconnecté du réseau électrique, par exemple, pour maintenance, l’unité de conditionnement thermique n’est alors plus alimentée et le maintien de la batterie dans la gamme de températures idéale n’est plus assuré. Un but de l’invention est de fournir un système intégré à un véhicule permettant d’assurer en permanence le conditionnement thermique des batteries quel que soit l’état du véhicule. A cet effet, l’invention concerne un véhicule ferroviaire comprenant : - au moins un deuxième point de connexion relié électriquement à l’unité de conditionnement thermique pour une alimentation depuis au moins une deuxième source d’alimentation ; - une unité de recueil de la disponibilité de chaque source d’alimentation depuis chaque point de connexion ; - un commutateur interposé électriquement entre l’unité de conditionnement thermique et chaque point de connexion ; et - une unité de contrôle du commutateur pour que le commutateur assure l’alimentation de l’unité de conditionnement thermique depuis au moins un des points de connexion en fonction des disponibilités des sources d’alimentation déterminées par l’unité de recueil. Ainsi, le véhicule selon l’invention présente plusieurs sources d’alimentation, chacune étant reliée à l’unité de conditionnement thermique via un point de connexion. L’unité de contrôle permet, en contrôlant le commutateur, de relier électriquement l’unité de conditionnement thermique à au moins un point de connexion d’une source d’alimentation disponible, la source d’alimentation disponible variant en fonction de la situation et de l’état du véhicule. L’unité de contrôle permet donc, lorsqu’une source d’alimentation est indisponible, de relier l’unité de conditionnement thermique à un point de connexion d’une autre source d’alimentation disponible. L’unité de conditionnement thermique est ainsi alimentée en permanence et la température de la première batterie est régulée quel que soit l’état du véhicule. Suivant des modes particuliers de réalisation, le véhicule comprend également l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon toute combinaison techniquement envisageable : - la première et la deuxième sources d’alimentation sont choisies parmi un réseau électrique de transport, un réseau électrique urbain, la première batterie, une deuxième batterie embarquée dans le véhicule, un moteur thermique et une pile à combustible embarquée dans le véhicule ; - l’unité de contrôle du commutateur autorise l’alimentation de l’unité de conditionnement thermique par au moins un point de connexion d’une source d’alimentation disponible choisie prioritairement suivant l’ordre de priorité suivant : - le réseau électrique de transport, - le réseau électrique urbain, - la deuxième batterie et/ou le moteur thermique et/ou la pile à combustible, et - la première batterie ; - l’unité de contrôle du commutateur est configurée pour que lorsque le commutateur assure l’alimentation de l’unité de conditionnement thermique par le point de connexion au réseau électrique de transport ou par le point de connexion au réseau électrique urbain, l’unité de contrôle du commutateur contrôle le commutateur pour qu’il empêche l’alimentation de l’unité de conditionnement thermique par le point de connexion à la deuxième batterie et/ou le moteur thermique et/ou la pile à combustible et par le point de connexion à la première batterie ; - le véhicule comprend au moins un convertisseur de courant pour chaque source d’alimentation, chaque point de connexion de chaque source d’alimentation étant relié électriquement à l’unité de conditionnement thermique via ledit au moins un convertisseur ; - le véhicule comprend une unité de détection d’absence d’alimentation de l’unité de conditionnement thermique, l’unité de détection étant configurée pour générer une information d’absence d’alimentation lorsque l’unité de conditionnement thermique n’est pas alimentée ; - le véhicule comprend un émetteur configuré pour émettre l’information d’absence d’alimentation vers une station au sol et/ou vers une station embarquée ; et - l’unité de conditionnement thermique est configurée pour maintenir la température de la première batterie entre 12°C et 25°C. L’invention concerne également un procédé d’alimentation de l’unité de conditionnement thermique d’une première batterie d’un véhicule, notamment ferroviaire, le procédé comprenant les étapes de : - détermination des disponibilités des sources d’alimentation depuis chaque point de connexion par l’unité de recueil de la disponibilité des sources d’alimentation, - assurer, par l’unité de contrôle, l’alimentation de l’unité de conditionnement thermique depuis au moins un point de connexion de l’ensemble des sources d’alimentation en fonction des disponibilités des sources d’alimentation. Le procédé peut également comprendre la caractéristique suivante, prise isolément ou selon toute combinaison techniquement envisageable avec les caractéristiques précédemment citées : - dans l’étape (b) le commutateur autorise l’alimentation de l’unité de conditionnement thermique par au moins un point de connexion d’une source d’alimentation disponible choisie prioritairement suivant l’ordre de priorité suivant : - le réseau électrique de transport (21), - le réseau électrique urbain (24), - la deuxième batterie (26) et/ou le moteur thermique et/ou la pile à combustible, et - la première batterie (14). D’autres aspects et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit, donnée à titre d’exemple et faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels : La Figure 1 est une représentation schématique de côté d’un véhicule, notamment ferroviaire, selon l’invention, et la Figure 2 est une représentation schématique d’une ligne d’alimentation électrique de l’unité de conditionnement thermique du véhicule de la Figure 1. Le véhicule 10 illustré sur la Figure 1 est, par exemple, un véhicule ferroviaire, tel un train ou un tramway. Avantageusement le véhicule est un véhicule de transport publique tel qu’un train, un tramway ou un bus. Il comprend au moins un composant électrique 12 alimenté par une première batterie 14 embarquée dans le véhicule. Le composant électrique 12 participe au fonctionnement du véhicule ferroviaire 10. Le composant électrique 12 est par exemple un ensemble d’équipements auxiliaires électriques du véhicule 10, comprenant, par exemple, un ou plusieurs climatiseur(s), système(s) d’éclairage, système(s) d’affichage, système(s) de chauffage… La première batterie 14 est, par exemple, une batterie lithium-ion. Elle est reliée pour sa charge à un dispositif de chargement 19 alimenté depuis un premier point de connexion 20 à un réseau électrique de transport 21. Lorsque le véhicule 10 est un véhicule ferroviaire, le réseau électrique de transport 21 est, par exemple, un système d’électrification ferroviaire destiné à alimenter en énergie électrique le véhicule ferroviaire. Un tel système d’électrification ferroviaire comprend par exemple des caténaires ou des rails d’alimentation. Le point de connexion 20 est alors, par exemple, formé par exemple d’un pantographe propre à coopérer avec une caténaire du réseau électrique de transport 21. Le véhicule 10 comprend au moins une unité de conditionnement thermique 22 configurée pour réguler la température de la première batterie 14. En particulier, l’unité de conditionnement thermique 22 est configurée pour maintenir la température de la première batterie 14 dans une gamme de températures idéale par exemple, comprise entre 12°C et 25°C. L’unité de conditionnement thermique 22 comprend un système de refroidissement (climatisation / ventilation forcée) et/ou un système de chauffage électrique. Pour alimenter l’unité de conditionnement thermique 22, le véhicule 10 comprend une pluralité de points de connexion constituant des moyens de liaison électrique de l’unité de conditionnement thermique 22 à des sources d’alimentation propres à chaque point de connexion. Les sources d’alimentation sont, par exemple, le réseau électrique de transport 21, un réseau électrique urbain 24, une deuxième batterie 26 du véhicule 10 et/ou un moteur thermique (non-illustré) et/ou une pile à combustible (non-illustrée) embarquée dans le véhicule 10 et/ou la première batterie 14 elle-même. Le véhicule 10 comporte un connecteur 34 formant un deuxième point de connexion pour relier l’unité de conditionnement thermique 22 au réseau électrique urbain 24, ainsi qu’un câblage interne 36 formant un troisième point de connexion reliant l’unité de conditionnement thermique 22 à la deuxième batterie 26 et/ou au moteur thermique et/ou à la pile à combustible. Enfin un autre câblage interne 38 formant un quatrième point de connexion relie l’unité de conditionnement thermique 22 à la première batterie 14. Le véhicule 10 comprend, en outre, une unité 42 de recueil des disponibilités des sources d’alimentation 21, 24, 26 et 14. Cette unité de recueil 42 est reliée électriquement à chaque point de connexion. Elle est configurée pour déterminer si chaque source d’alimentation 21, 24, 26, 14 est disponible ou non. Par disponible, on entend que le courant électrique d’alimentation délivré par la source d’alimentation est apte à alimenter l’unité de conditionnement thermique 22 pour que celui-ci puisse maintenir la température de la première batterie 14 dans la gamme de températures idéale. L’unité de recueil 42 comprend, par exemple, au moins un module de mesure de tension permettant de vérifier la disponibilité de chaque source arrivant de chaque point de connexion vers l’unité de conditionnement thermique 22. L’unité de recueil 42 comprend, par exemple une carte électronique, (non illustrée) configurée pour recevoir les informations provenant de chaque module de mesure de la tension au niveau de chaque point de connexion. A partir des informations reçues depuis chaque module de mesure, la carte électronique de l’unité de recueil 42 est configurée pour déterminer si chaque source d’alimentation est disponible ou non et générer au moins une information de disponibilité pour chaque source d’alimentation. L’information de disponibilité comprend une indication de disponibilité lorsque ladite source d’alimentation est disponible et une indication d’indisponibilité lorsque ladite source d’alimentation est indisponible. Le véhicule 10 comprend une unité 50 de sélection des sources d’alimentation 21, 24, 26, 14. Cette dernière comporte, comme illustré sur la figure 2, au moins un commutateur 54 et une unité 56 de contrôle du commutateur 54 configurée pour contrôler le commutateur 54 en fonction de l’information de disponibilité de chaque source d’alimentation reçue depuis l’unité de recueil 42. Chaque point de connexion est relié au commutateur 54 par au moins un convertisseur 55 de courant et/ou de tension. Chaque convertisseur 55 est configuré pour adapter l’alimentation provenant de chaque source d’alimentation 21, 24, 26, 14 pour que l’alimentation électrique soit adaptée de manière à être compatible avec l’unité de conditionnement thermique 22. En référence à la Figure 2, le commutateur 54 est propre à relier électriquement de manière sélective sous la commande de l’unité de contrôle 56 chaque point de connexion à l’unité de conditionnement thermique 22. Le commutateur 54 comprend, par exemple, pour chaque point de connexion, un interrupteur 58 permettant d’autoriser ou d’empêcher le courant électrique de circuler depuis la source d’alimentation liée au point de connexion vers l’unité de conditionnement thermique 22. L’unité de contrôle 56 est propre à contrôler chaque interrupteur 58 entre une position d’alimentation dans laquelle l’alimentation de l’unité de conditionnement thermique 22 par la source d’alimentation reliée à l’interrupteur 58 est assurée et une position d’isolement dans laquelle l’alimentation de l’unité de conditionnement thermique 22 par la source d’alimentation reliée à l’interrupteur 58 est empêchée. Pour chaque point de connexion, l’unité de contrôle 56 est configurée pour basculer l’interrupteur 58 relié audit point de connexion dans la position d’alimentation ou dans la position d’isolement en fonction des informations de disponibilité de chaque source d’alimentations générées par l’unité de recueil 42. L’unité de contrôle 56 est configurée, en outre, pour que le commutateur 54 autorise l’alimentation de l’unité de conditionnement thermique 22 par au moins un point de connexion d’une source d’alimentation prioritaire disponible choisie prioritairement selon un ordre de priorité constitué du réseau électrique de transport 21, du réseau électrique urbain 24, de la deuxième batterie 26 et/ou du moteur thermique et/ou de la pile à combustible, puis enfin de la première batterie 14. Lorsque le commutateur 54 autorise l’alimentation de l’unité de conditionnement thermique 22 par le point de connexion 20 du réseau électrique de transport 21 ou par le point de connexion 34 du réseau électrique urbain 24, l’unité 56 de contrôle du commutateur 54 contrôle le commutateur 54 pour qu’il empêche l’alimentation de l’unité de conditionnement thermique 22 par le point de connexion 36 de la deuxième batterie 26, et/ou du moteur thermique et/ou de la pile à combustible et par le point de connexion 38 de la première batterie 14. Le véhicule 10 comprend, en outre, au moins une unité de détection 70 d’absence d’alimentation de l’unité de conditionnement thermique 22 et au moins un émetteur 72. L’unité de détection 70 d’absence d’alimentation relie électriquement le commutateur 54 et l’unité de conditionnement thermique 22. L’unité de détection 70 est configurée pour générer une information d’absence d’alimentation de l’unité de conditionnement thermique 22 lorsque l’unité de conditionnement thermique 22 n’est plus alimentée ou lorsque l’unité de conditionnement thermique 22 n’est plus suffisamment alimentée pour qu’elle puisse maintenir la température de la première batterie 14 dans la gamme de températures idéale. En particulier, l’unité de détection 70 comprend au moins un capteur de courant (non illustré) configuré pour détecter l’absence de courant électrique d’alimentation ou la présence d’un courant électrique insuffisant circulant depuis le commutateur 54 vers l’unité de conditionnement thermique 22. L’émetteur 72 est configurée pour recevoir l’information d’absence d’alimentation de l’unité de conditionnement thermique 22 depuis l’unité de détection 70, et émettre l’information d’absence d’alimentation vers une station au sol (non illustrée) et/ou vers une station embarquée sur le véhicule 10 pour prévenir un opérateur de l’absence d’alimentation de l’unité de conditionnement thermique 22. Dans ce qui suit, on décrit un procédé d’alimentation de l’unité de conditionnement thermique 22 de la première batterie 14 du véhicule 10 tel que décrit précédemment. Selon la situation dans laquelle se trouve le véhicule 10, chaque source d’alimentation est soit disponible soit non disponible. L’unité de recueil 42 détermine si chaque source d’alimentation 21, 24, 26, 14 est disponible ou non et génère au moins une information de disponibilité pour chaque source d’alimentation. L’unité 56 de contrôle du commutateur 54 reçoit depuis l’unité de recueil 42 les informations de disponibilité de chaque source d’alimentation. Pour chaque point de connexion, l’unité de contrôle 56 bascule l’interrupteur 58 relié audit point de connexion dans la position d’alimentation ou dans la position d’isolement en fonction des informations de disponibilité de chaque source. L’unité de conditionnement thermique 22 est alors alimentée par au moins un point de connexion d’une source d’alimentation prioritaire disponible choisie prioritairement selon l’ordre de priorité constitué du réseau électrique de transport 21, du réseau électrique urbain 24, de la deuxième batterie 26 et/ou du moteur thermique et/ou de la pile à combustible, puis enfin de la première batterie 14. Si l’unité de conditionnement thermique 22 est alimentée par le point de connexion 20 du réseau électrique de transport 21 ou par le point de connexion 34 du réseau électrique urbain 24, l’unité de conditionnement thermique 22 n’est pas alimenté par le point de connexion 36 de la deuxième batterie 26 et/ou du moteur thermique et/ou de la pile à combustible, ni par le point de connexion 38 de la première batterie 14. Si l’unité de conditionnement thermique 22 n’est plus alimentée ou plus suffisamment alimentée, la carte électronique de l’unité de détection 70 génère l’information d’absence d’alimentation de l’unité de conditionnement thermique 22. Suite à la réception de l’information d’absence d’alimentation de l’unité de conditionnement thermique 22 depuis l’unité de détection 70 par l’émetteur 72, l’émetteur 72 émet cette information d’absence d’alimentation vers la station au sol et/ou vers la station embarquée sur le véhicule 10 pour prévenir un opérateur de l’absence d’alimentation de l’unité de conditionnement thermique 22. Selon une variante, le véhicule 10 comporte un cinquième et un sixième points de connexion (non-illustrés) pour relier l’unité de conditionnement thermique 22 respectivement au moteur thermique et à la pile à combustible. La première batterie est propre à fonctionner et/ou à être conservée idéalement dans une gamme de températures idéale. Par fonctionnement idéal et conservation idéale, on entend que la première batterie fonctionne et/ou est conservée sans risque de détérioration due à une température différente de celles dans cette gamme de températures idéale. Par exemple, en dehors de cette gamme de températures idéale, la première batterie risque d’être endommagée. Grâce à la présente invention, le conditionnement thermique de la première batterie au sein du véhicule est assuré en permanence quelles que soient les conditions de températures ambiantes et quels que soient la situation et l’état du véhicule. Le véhicule proposé permet d’optimiser les conditions d’utilisation et de conservation de la première batterie et d’éviter à cette dernière de subir des températures auxquelles elle risque de se détériorer. Ainsi, la durée de vie de la première batterie est maximisée, ce qui est primordial notamment pour une technologie telle que la technologie lithium ion. L’invention permet d’envisager le meilleur coût sur la durée de vie. Le coût d’acquisition de la batterie est ainsi rentabilisé sur la durée de vie étendue permise par l’invention. Véhicule (10), notamment ferroviaire, comprenant : - une première batterie (14) reliée à au moins un composant électrique (12) du véhicule pour alimenter en énergie électrique ledit composant électrique (12) ; - une unité de conditionnement thermique (22) de la première batterie (14) configurée pour réguler la température de la première batterie (14), l’unité de conditionnement thermique (22) étant reliée électriquement par au moins un premier point de connexion (20, 34, 36, 38) à une première source d’alimentation (21, 24, 26, 14) ; caractérisé en ce qu’il comprend : - au moins un deuxième point de connexion (20, 34, 36, 38) relié électriquement à l’unité de conditionnement thermique (22) pour une alimentation depuis au moins une deuxième source d’alimentation (21, 24, 26, 14) ; - une unité (42) de recueil de la disponibilité de chaque source d’alimentation (21, 24, 26, 14) depuis chaque point de connexion (20, 34, 36, 38) ; - un commutateur (54) interposé électriquement entre l’unité de conditionnement thermique (22) et chaque point de connexion (20, 34, 36, 38) ; et - une unité (56) de contrôle du commutateur (54) pour que le commutateur (54) assure l’alimentation de l’unité de conditionnement thermique (22) depuis au moins un des points de connexion (20, 34, 36, 38) en fonction des disponibilités des sources d’alimentation (21, 24, 26, 14) déterminées par l’unité de recueil (42). Véhicule (10) selon la revendication 1, dans lequel la première et la deuxième sources d’alimentation (21, 24, 26, 14) sont choisies parmi un réseau électrique de transport (21), un réseau électrique urbain (24), la première batterie (14), une deuxième batterie (26) embarquée dans le véhicule, un moteur thermique et une pile à combustible embarquée dans le véhicule (10). Véhicule (10) selon la revendication 2, dans lequel l’unité (56) de contrôle du commutateur (54) autorise l’alimentation de l’unité de conditionnement thermique (22) par au moins un point (20, 34, 36, 38) de connexion d’une source d’alimentation disponible choisie prioritairement suivant l’ordre de priorité suivant : le réseau électrique de transport (21), le réseau électrique urbain (24), la deuxième batterie (26) et/ou le moteur thermique et/ou la pile à combustible, et la première batterie (14). Véhicule (10) selon la revendication 3, dans lequel l’unité (56) de contrôle du commutateur (54) est configurée pour que lorsque le commutateur (54) assure l’alimentation de l’unité de conditionnement thermique (22) par le point de connexion (20) au réseau électrique de transport (21) ou par le point de connexion (34) au réseau électrique urbain (24), l’unité (56) de contrôle du commutateur (54) contrôle le commutateur (54) pour qu’il empêche l’alimentation de l’unité de conditionnement thermique (22) par le point de connexion (36) à la deuxième batterie (26) et/ou le moteur thermique et/ou la pile à combustible et par le point de connexion (38) à la première batterie (14). Véhicule (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant au moins un convertisseur (55) de courant pour chaque source d’alimentation (21, 24, 26, 14), chaque point de connexion (20, 34, 36, 38) de chaque source d’alimentation (21, 24, 26, 14) étant relié électriquement à l’unité de conditionnement thermique (22) via ledit au moins un convertisseur (55). Véhicule (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant une unité (70) de détection d’absence d’alimentation de l’unité de conditionnement thermique (22), l’unité de détection (70) étant configurée pour générer une information d’absence d’alimentation lorsque l’unité de conditionnement thermique (22) n’est pas alimentée. Véhicule (10) selon la revendication 6, comprenant un émetteur (72) configuré pour émettre l’information d’absence d’alimentation vers une station au sol et/ou vers une station embarquée. Véhicule (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel l’unité de conditionnement thermique (22) est configurée pour maintenir la température de la première batterie (14) entre 12°C et 25°C. Procédé d’alimentation de l’unité de conditionnement thermique (22) d’une première batterie (14) d’un véhicule, notamment ferroviaire (10), selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, le procédé comprenant les étapes de : détermination des disponibilités des sources d’alimentation (21, 24, 26, 14) depuis chaque point de connexion (20, 34, 36, 38) par l’unité (42) de recueil de la disponibilité des sources d’alimentation, assurer, par l’unité de contrôle (56), l’alimentation de l’unité de conditionnement thermique (22) depuis au moins un point de connexion (20, 34, 36, 38) de l’ensemble des sources d’alimentation (21, 24, 26, 14) en fonction des disponibilités des sources d’alimentation (21, 24, 26, 14). Procédé selon la revendication 9 lorsque le véhicule (10) est selon la revendication 3 ou 4, dans lequel dans l’étape (b) le commutateur (54) autorise l’alimentation de l’unité de conditionnement thermique (22) par au moins un point de connexion (20, 34, 36, 38) d’une source d’alimentation disponible choisie prioritairement suivant l’ordre de priorité suivant : le réseau électrique de transport (21), le réseau électrique urbain (24), la deuxième batterie (26) et/ou le moteur thermique et/ou la pile à combustible, et la première batterie (14).