INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
La méconnaissance de la consommation des véhicules électriques en usage réel, ainsi que la disponibilité encore limitée de stations de recharge sur le territoire, représentent aujourd’hui deux freins majeurs à l’adoption à large échelle des véhicules électriques. Les véhicules électriques sont souvent achetés en fonction des rares besoins de longs trajets à effectuer sur l’année. En d’autres mots, les utilisateurs souhaitent que la batterie du véhicule soit suffisamment grande pour permettre le trajet complet (par exemple du domicile au lieu de vacances) avec le nombre de recharges minimum. Cela pousse à acheter des véhicules avec de grandes batteries qui ne sont guère adaptés à un usage quotidien et qui présentent des émissions de CO 2 équivalentes (en considérant tout le cycle de vie du véhicule) comparables aux véhicules conventionnels. Du côté de l’infrastructure des stations de recharge, la croissance incrémentale de l’offre en stations de recharge n’est pas non plus optimale car les lieux pour l’installation de stations de recharge sont limités et la décision d’installation est souvent pilotée par la demande qui est plus élevée à proximité des grandes agglomérations. Cependant, cela ne couvre pas le territoire de manière homogène ou optimale, créant ainsi des zones blanches, ce qui entretient le cercle vicieux d’incitation à l’achat de véhicules avec de grandes batteries.
Il est donc nécessaire de rassurer les conducteurs sur la dissémination des stations de recharge (aussi appelées « bornes de recharge »), et de suggérer des itinéraires et des séquences de recharge intelligents sur les longues distances pour atteindre la destination finale en perdant le moins de temps possible.
D’autres études montrent que, puisque l'infrastructure des stations de recharge n'est pas encore omniprésente, une planification appropriée des itinéraires pour les véhicules électriques est nécessaire.
Le document : « Liu, J., Peper, J., Lin, G., Zhou, Y., Awasthi, S., Li, Y., Rehtanz, C., 2021. A planning strategy considering multiple factors for electric vehicle charging stations along German motorways. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, Volume 124 » envisage une planification de l'emplacement de l'infrastructure des stations de recharge pour réduire l'anxiété de l’utilisateur liée à l'autonomie. Toutefois, cette méthode ne prévoit la mise en place des stations de recharge que sur les aires de service d’autoroute et n’est donc pas adaptée à tous les trajets. De plus, elle utilise un algorithme génétique qui donne souvent des solutions inexactes, loin de l’optimum. En outre, cette méthode ne tient pas compte des données géographiques et temporelles de trafic qui peuvent influencer significativement le temps de parcours et la consommation d’énergie. La méthode est donc limitée aux trajets essentiellement réalisés par autoroutes, n’est pas précise et est longue et complexe à mettre en œuvre.
On connait également la demande de brevet US2016/300170 AA qui cherche à positionner des stations de recharge dans un espace. Cette méthode est basée sur la demande de distribution de recharge qui est collectée par acquisition sur des véhicules électriques. Ainsi, pour développer des stations de recharge, cela suppose que certains véhicules réalisent le trajet. Or, lorsqu’aucune station de recharge n’est située sur un certain trajet, il ne devrait pas y avoir de véhicules électriques sur ledit trajet. Ainsi, les résultats de cette méthode se trouve biaisée par les trajets actuellement réalisables en véhicules électriques.
De plus, l’optimisation réalisée consiste à trouver un compromis entre le coût de construction des stations de recharge et la couverture géographique.
Ainsi, le problème technique que cherche à résoudre la présente invention consiste à optimiser le positionnement des stations de recharge pour véhicules électriques dans une certaine zone (département, pays, état, région du monde) afin que le plus de trajet en véhicule électrique soit réalisable, en optimisant le temps de parcours et/ou la consommation énergétique pour chaque trajet et ce avec une méthode simple et précise.
L’invention concerne un procédé de positionnement de stations de recharge pour véhicules électriques dans un espace prédéterminé donné comprenant un réseau routier pour construire des stations de recharge dans l’espace prédéterminé, le réseau routier comprenant des portions de route reliées entre elles par des intersections, dans lequel on réalise au moins les étapes suivantes : a) on définit des trajets possibles dans l’espace prédéterminé, chaque trajet possible partant d’une origine et arrivant à une destination, b) on utilise un planificateur d’itinéraires pour déterminer au moins un itinéraire possible pour chaque trajet possible, chaque itinéraire possible étant défini par une succession de portions de route, et en supposant que chaque intersection comprend une station de recharge potentielle, et on détermine le temps de parcours pour parcourir l’itinéraire possible par un véhicule électrique et/ou la consommation d’énergie par le véhicule électrique de chaque itinéraire possible ainsi que la position des stations de recharge potentielles utilisées par le véhicule électrique sur chaque itinéraire possible, grâce au planificateur d’itinéraires; c) on discrétise l’espace prédéterminé par des mailles de discrétisation, de largeur et/ou longueur prédéterminées, et on identifie le nombre d’utilisations de stations de recharge potentielles utilisées pour au moins un trajet possible, situées dans chaque maille de discrétisation ; d) on détermine un nombre prédéfini de mailles de discrétisation correspondant au nombre prédéfini de mailles de discrétisation ayant le plus nombre d’utilisations de stations de recharge potentielles et ; e) on définit la position du nombre prédéfini de stations de recharges effectives comme un point de chaque maille de discrétisation du nombre prédéfini de mailles de discrétisation ; et dans lequel au moins les étapes b) à e) sont mises en œuvre par des moyens informatiques et de préférence où toutes les étapes sont mises en œuvre par des moyens informatiques.
De préférence, à l’étape a), on détermine dans l’espace prédéterminé un nombre prédéterminé d’emplacements et on définit les trajets possibles, chaque trajet possible étant défini par un trajet rejoignant deux emplacements déterminés distincts, l’un des deux emplacements déterminés distincts étant l’origine du trajet possible considéré et l’autre étant la destination du trajet possible considéré.
Avantageusement, on acquiert des données sur les villes de l’espace prédéterminé pour choisir les emplacements, les données étant de préférence la population totale des villes et/ou leur capacité hôtelière, au moyen d’un système d’enregistrement en ligne, pour déterminer lesdits emplacements.
Selon une configuration de l’invention, les différents emplacements sont distants deux à deux d’au moins un certain critère, de préférence d’au moins 20km, et de manière encore préférée, d’au moins 40 km.
De manière avantageuse, on choisit un nombre défini d’emplacements, le nombre défini d’emplacements étant inférieur à 200, et de préférence inférieur à 100.
[Fig 9] La représente une comparaison des stations de recharge réelles existantes et des stations de recharge issues de la méthode de positionnement selon l’invention pour les emplacements de la et selon une deuxième variante.
[Fig 10] La représente une comparaison des stations de recharge réelles existantes et des stations de recharge issues de la méthode de positionnement selon l’invention pour les emplacements de la et selon une troisième variante.
L’invention concerne un procédé de positionnement de stations de recharge pour véhicules électriques dans un espace prédéterminé donné comprenant un réseau routier pour construire des stations de recharge dans l’espace prédéterminé (un territoire donné physique correspondant à l’espace prédéterminé, il peut s’agir par exemple, d’un pays, d’une région, d’un département, etc.). En positionnant et en construisant des stations de recharge à des endroits pertinents, on peut améliorer le service de recharge des véhicules électriques et ainsi améliorer les temps de trajet en véhicule électrique d’une part et permettre plus de trajets possibles en véhicules électriques d’autre part.
Le but de l’invention consiste ainsi à déterminer des positions de l’infrastructure des stations de recharge pour véhicules électriques sur un territoire en utilisant par exemple des données statistiques d’usage et d’attractivité des zones géographiques. Cette méthode utilise notamment un planificateur d’itinéraires pour véhicules électriques estimant avec précision la consommation énergétique du véhicule électrique, la localisation des besoins de recharge et le niveau de recharge nécessaire.
Il s’agit donc d’une solution pour faire évoluer l’offre de stations de recharge sur un territoire donné. En effet, certains trajets actuels sont actuellement difficiles, voire impossibles, en véhicules électriques compte tenu des positions des stations de recharge actuelles par exemple.
Au sens de l’invention, les « stations de recharge » (aussi appelées « bornes de recharge ») concernent des stations de recharge pour véhicules électriques, plus précisément pour recharger les batteries des véhicules électriques.
Un véhicule électrique s’entend d’un véhicule comprenant uniquement un moteur électrique alimenté en énergie par une batterie. En d’autres termes, ce véhicule n’a pas de moteur à combustion interne, tel qu’un moteur essence ou un moteur Diesel ou un moteur à hydrogène.
Le réseau routier comprend des portions de route (aussi appelées segments de route) reliées entre elles par des intersections (ou carrefours). Les intersections peuvent ainsi correspondre à des points du réseau routier et les portions de route à des arcs reliant les points du réseau routier.
La illustre, de manière schématique et non limitative, une première variante d’une méthode de positionnement de stations de recharge selon l’invention.
La méthode de positionnement comprend au moins les étapes suivantes : a) on définit (Traj) des trajets possibles dans l’espace prédéterminé, chaque trajet possible partant d’une origine et arrivant à une destination.
b) on utilise (Plan) un planificateur d’itinéraires pour déterminer au moins un itinéraire possible pour chaque trajet possible, chaque itinéraire possible étant défini par une succession de portions de route, et en supposant que chaque intersection comprend une station de recharge potentielle, et on détermine le temps de parcours pour parcourir l’itinéraire possible par un véhicule électrique et/ou la consommation d’énergie par le véhicule électrique de chaque itinéraire possible ainsi que la position des stations de recharge potentielles utilisées par le véhicule électrique sur chaque itinéraire possible, grâce au planificateur d’itinéraires;
c) on discrétise (Disc) l’espace prédéterminé par des mailles de discrétisation, de largeur et/ou longueur prédéterminées, et on identifie le nombre d’utilisations de stations de recharge potentielles utilisées pour au moins un trajet possible, situées dans chaque maille de discrétisation ; d) on détermine (Nb) un nombre prédéfini de mailles de discrétisation correspondant au nombre prédéfini de mailles de discrétisation ayant le plus de stations de recharge potentielles utilisées. e) on définit (Pos) la position du nombre prédéfini de stations de recharges effectives comme un point de la chaque maille de discrétisation parmi le nombre prédéfini de mailles de discrétisation déterminée à l’étape d).
En outre, la comprend une autre étape facultative qui consiste à construire (Cons) les stations de recharges effectives aux positions définies à l’étape e) dans l’espace prédéterminé (sur le territoire donné physique correspondant à l’espace prédéterminé). Cette étape facultative est matérialisée par les traits pointillés.
Le nombre prédéfini peut être choisi en fonction de différents critères : taux de couverture des trajets réalisables en véhicules électriques, coût d’investissements, type de véhicule électrique considéré (taille de la batterie, consommation énergétique par exemple).
Ainsi, pour des trajets choisis spécifiquement et un véhicule électrique type (taille et type de batterie connus, consommation énergétique du véhicule en fonction de différents paramètres connue), la méthode permet de manière simple et rapide, d’identifier les positions intéressantes (pertinentes) pour la construction de stations de recharge sur le territoire.
En outre, au moins les étapes b) à e) sont mises en œuvre par des moyens informatiques (ordinateur ou serveur par exemple) et de préférence toutes les étapes sont mises en œuvre par des moyens informatiques. Ainsi, le procédé peut être implémenté facilement dans un ordinateur ou un serveur.
Ainsi, en fonction des besoins, chacun des premier, deuxième et troisième groupes de modules de puissance peut comprendre entre zéro et six modules de puissance 18. Plus le nombre de modules de puissance raccordés à une prise 52, 62 est important, plus la puissance électrique pouvant être délivrée par cette prise à un véhicule électrique est importante.
De préférence, le câble à polarité positive 42 du premier conducteur 40 comprend un fusible 70 et le câble à polarité positive 48 du deuxième conducteur 46 comprend un fusible 71. Les fusibles 70, 71 permettent de protéger les premier et deuxième conducteurs ainsi que les première et deuxième prises 52, 62 en cas de défaillance du système de station de recharge 10 conduisant à la circulation d’un courant continu d’une puissance supérieure à la puissance maximale pouvant être supportée par les conducteurs et les prises.
De préférence, le câble à polarité positive 42 et le câble à polarité négative 44 du premier conducteur 40 comprennent respectivement un organe d’isolement 72A et un organe d’isolement 72B. Les organes d’isolement 72A, 72B sont opérables entre une position ouverte dans laquelle la circulation d’une tension et d’un courant dans le premier conducteur est empêchée, et une position fermée dans laquelle la circulation d’une tension et d’un courant dans le premier conducteur n’est pas empêchée. Ainsi en position ouverte des organes d’isolement, la première prise 52 est isolée du premier groupe de modules de puissance. Les organes d’isolement 72A, 72B permettent par exemple d’interrompre la circulation du courant continu délivré par le premier groupe de modules de puissance vers la première prise 52 lorsqu’un incident est détecté pendant la recharge d’un véhicule électrique connecté à la première prise. De même, le câble à polarité positive 48 et le câble à polarité négative 50 du deuxième conducteur 46 comprennent respectivement un organe d’isolement 73A et un organe d’isolement 73B.
De préférence, le système de station de recharge 10 comprend en outre un premier dispositif de contrôle d’isolation 74, connecté au câble à polarité positive 42 et au câble à polarité négative 44 du premier conducteur 40, ainsi qu’à une prise de terre 76, et comprend également un deuxième dispositif de contrôle d’isolation 78, connecté au câble à polarité positive 48 et au câble à polarité négative 50 du deuxième conducteur 46, ainsi qu’à une prise de terre 80. Chaque dispositif de contrôle d’isolation 74, 78 est apte à calculer une valeur d’impédance entre le câble à polarité positive associé et la prise de terre associée ; entre le câble à polarité négative associé et la prise de terre associée ; et/ou entre le câble à polarité positive associé et le câble à polarité négative associé.
Pour calculer une valeur d’impédance entre un câble à polarité positive et un câble à polarité négative, un dispositif de contrôle d’isolation injecte un signal de test dans le câble à polarité positive et mesure, sur le câble à polarité négative, le signal de retour provoqué par ce signal de test. Si l’isolation entre les câbles à polarité négative et positive était parfaite, aucun signal de retour ne serait mesuré. En réalité, cette isolation est toujours imparfaite, de sorte qu’un signal de retour de faible amplitude est mesuré, même lorsque l’isolation est satisfaisante. Ensuite, une valeur d’impédance entre les câbles à polarité positive et négative est calculé à partir du signal de test émis et du signal de retour mesuré. De préférence, le signal de test émis est un signal à haute fréquence, par exemple entre 1 kHz et 500 kHz – kilohertz –. De préférence, une valeur d’impédance représentative d’une bonne isolation entre les câbles à polarité positive et négative est supérieure à 250 kΩ – kiloohm –.
Le calcul d’une valeur d’impédance entre un câble à polarité positive et une prise de terre, ou entre un câble à polarité négative et une prise de terre, s’effectue de la même manière, en émettant le signal de test dans le câble à polarité positive ou négative et en mesurant le signal de retour au niveau de la prise de terre, ou bien en émettant le signal de test au niveau de la prise de terre et en mesurant le signal de retour dans le câble à polarité positive ou négative.
Les dispositifs de contrôle d’isolation 74, 78 permettent ainsi de vérifier l’intégrité de l’isolation des premier et deuxième conducteurs 40, 46, en détectant une éventuelle baisse d’impédance indicative d’une dégradation d’isolation. Par exemple, si une impédance inférieure à 250 kΩ est calculée entre un câble à polarité positive et un câble à polarité négative, alors l’isolation entre les câbles à polarité positive et négative est défaillante. En particulier, une impédance inférieure à 50 kΩ est représentative d’un câble à l’isolation très dégradée.
Le dispositif de contrôle d’isolation 74 est situé en aval des organes d’isolement 72A, 72B, c’est-à-dire qu’il est situé entre les organes d’isolement et la première prise 52. De même, le dispositif de contrôle d’isolation 78 est situé en aval des organes d’isolement 73A, 73B.
De préférence, le système de station de recharge 10 comprend en outre un premier compteur d’électricité 82, connecté au câble à polarité positive 42 et au câble à polarité négative 44 du premier conducteur 40 et un deuxième compteur d’électricité 84, connecté au câble à polarité positive 48 et au câble à polarité négative 50 du deuxième conducteur 46.
En pratique, chaque compteur d’électricité 82, 84 comprend un voltmètre et un ampèremètre, et est donc apte à mesurer la tension et l’intensité du courant continu circulant dans le conducteur 40, 46 respectif.
Le système de station de recharge 10 comprend en outre première unité de contrôle 86, associée à la première prise 52, et une deuxième unité de contrôle 88, associée à la deuxième prise 62. Chaque unité de contrôle 86, 88 contrôle le fonctionnement de la prise associée.
En outre, les unités de contrôle 86, 88 sont chacune connectées avec l’unité de distribution de puissance 22. Dans l’exemple, ces connexions s’effectuent par l’intermédiaire des premier et deuxième conducteurs 40, 46, par l’envoi de signaux de communication en modulation de courant porteur en ligne. En variante, les connexions entre les unités de contrôle 86, 88 et l’unité de distribution de puissance 22 s’effectuent par l’intermédiaire de fils de communication dédiés, étant soit intégrés aux premier et deuxième conducteurs, soit distincts des premier et deuxième conducteurs, ou bien par l’intermédiaire de liaisons sans fil.
De la même manière, les unités de contrôle 86, 88 sont chacune connectées avec les modules de puissance 18.
De préférence, la première prise 52 comporte des moyens de communication 90, qui sont connectés à la première unité de contrôle 86, et la deuxième prise 62 comporte des moyens de communication 92, qui sont connectés à la deuxième unité de contrôle 88. Ces moyens de communication 90, 92 sont prévus pour, lorsqu’une prise est connectée électriquement à un véhicule électrique, permettre la communication entre un véhicule électrique et l’unité de contrôle associée à ladite prise.
Lorsque la première unité de contrôle 86 détecte qu’un véhicule électrique est connecté à la première prise 52, notamment grâce aux moyens de communication 90, alors la première unité de contrôle 86 évalue la puissance électrique requise pour la recharge du véhicule électrique, contrôle l’unité de distribution de puissance 22 de sorte à attribuer des modules de puissance 18 au premier groupe de module de puissance, en commandant les groupes de relais 36, et commande les modules de puissance du premier groupe de modules de puissance de sorte à ce qu’ils délivrent un courant continu dont l’intensité et la tension sont adaptées pour recharger le véhicule électrique. De préférence, la première unité de contrôle 86 dialogue avec le véhicule électrique par l’émission de signaux de communication, permettant ainsi de surveiller le bon déroulement de la recharge du véhicule électrique. Ces signaux de communication comprennent par exemple des informations de fonctionnement du véhicule électrique et du système de station de recharge 10. Le fonctionnement de la deuxième unité de contrôle 88 est similaire à celui de la première unité de contrôle 86.
Avantageusement, les unités de contrôle 86, 88 sont respectivement connectées aux dispositifs de contrôle d’isolation 74, 78, et aux compteurs d’électricité 82, 84. Ainsi, les calculs d’impédance réalisés par les dispositifs de contrôle d’isolation et les mesures réalisées par les compteurs d’électricité sont collectés et analysés par les unités de contrôle correspondantes.
La est une vue en perspective d’un premier détail de l’agencement.
La est une vue en perspective du détail de la , le dispositif de rangement étant dans une troisième configuration d’utilisation.
La est une vue en perspective d’un deuxième détail de l’agencement.
Tel que représenté aux figures 1 et 2, un coffre 10 d’un véhicule automobile (non représenté) est délimité par une paroi de fond 12, deux parois latérales 14, une paroi transversale arrière (non représentée) et une paroi transversale avant 18, formée ici par les dossiers d’une rangée de sièges 20.
Un dispositif de rangement 22 modulaire comporte deux éléments de support latéraux 24, qui sont fixés aux parois latérales 14 du coffre 10. Le dispositif comporte également des éléments amovibles, tels que des bacs de rangement 26A, 26B et 26C, un faux plancher 28 composé de trois panneaux identiques et indépendants avant 28A, central 28B et arrière 28C.
Les bacs de rangement 26A, 26B et 26C sont posés sur la paroi de fond 12 du coffre les uns derrière les autres, le bac avant 26A se trouvant contre la paroi avant 18, le bac arrière 26C se trouvant contre la paroi arrière du coffre et le bac central 26B se trouvant entre le bac avant 26A et le bac arrière 26C.
Les panneaux 28A, 28B et 28C du faux plancher 28 sont amovibles et sont aptes à occuper une première configuration dans laquelle ils s’étendent horizontalement au-dessus des bacs 26A, 26B et 26C.
Tel que décrit aux figures 3 et 4, l’élément de support 24 se présente sous la forme d’une plaque allongée orientée selon un plan longitudinal comportant une face extérieure 240 tournée vers la paroi latérale 14 et une face intérieure 242 tournée vers l’intérieur du coffre 10. La face intérieure 242 de l’élément de support 24 est muni d’un rebord horizontal 30 destiné à recevoir les panneaux 28A, 28B et 28C du faux-plancher 28. Le rebord d’appui 30 est disposé à une distance D d’un bord horizontal supérieur 244 de l’élément 24 correspondant à l’épaisseur d’un panneau 28A, 28B, 28C de façon que le faux-plancher 28 en position horizontale affleure le bord 244.
L’élément de support 24 est aussi muni sur sa face intérieure 242 d’un moyen de maintien avant 32 et d’un moyen de maintien arrière 34 destinés à coopérer avec un bord latéral 280B, respectivement 280C du panneau 28B, respectivement 28C disposé selon un plan transversal.
Les moyens de maintien 32 et 34 sont formés respectivement par une rainure verticale 302,304 ménagée dans le rebord horizontal 30. La largeur des rainures 302 et 304 est légèrement supérieure à l’épaisseur E des panneaux 28B et 28C.