EP2670619A2 - Procede et systeme de gestion de l'energie d'un engin ferroviaire - Google Patents

Procede et systeme de gestion de l'energie d'un engin ferroviaire

Info

Publication number
EP2670619A2
EP2670619A2 EP12707827.7A EP12707827A EP2670619A2 EP 2670619 A2 EP2670619 A2 EP 2670619A2 EP 12707827 A EP12707827 A EP 12707827A EP 2670619 A2 EP2670619 A2 EP 2670619A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
source
energy
machine
sources
setpoint
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12707827.7A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Alain Jeunesse
Yannick EVAIN
Florian JOFFRIN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SNCF Mobilites
Original Assignee
SNCF Mobilites
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 SNCF Mobilites filed Critical SNCF Mobilites
Publication of EP2670619A2 publication Critical patent/EP2670619A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/18—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
    • B60L58/22—Balancing the charge of battery modules
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/40—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by capacitors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/60—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
    • B60L50/61—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries by batteries charged by engine-driven generators, e.g. series hybrid electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00—Type of vehicles
    • B60L2200/26—Rail vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/10—Vehicle control parameters
    • B60L2240/12—Speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/44—Drive Train control parameters related to combustion engines
    • B60L2240/441—Speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2260/00—Operating Modes
    • B60L2260/20—Drive modes; Transition between modes
    • B60L2260/28—Four wheel or all wheel drive
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to a method for managing the energy of a railway vehicle. It also relates to a corresponding management system.
  • the invention is more particularly concerned with the field of rail transport, particularly in the field of hybrid railway vehicles.
  • the first architecture is based on electric locomotives and the second architecture is based on diesel locomotives.
  • energy is distributed by sampling over a catenary through pantographs, transformers (in the case of alternative networks) and converters.
  • energy is produced on site by a generator associated with a heat engine.
  • Both architectures have a common part consisting of traction motors and auxiliaries.
  • railway engines powered by an electric motor had only one source of energy such as a catenary, a third rail, a heat engine, and so on. This source was sized to provide the maximum power needed to ensure the traction of the machine and the
  • the main source recharges the
  • the present invention aims to improve the situation.
  • the invention firstly relates to a method for managing the energy of a railway vehicle comprising a plurality of on-board power sources and consumers of electrical energy, said method comprising, for each source, the steps of:
  • the functional characteristic of the source is a physical limitation of said source.
  • At least one on-board source is a generator or a fuel cell and the limitation of the source is the maximum power that can be provided by said source.
  • At least one on-board source is an energy storage means and the source limitation is a charge level of said storage means.
  • the storage means is chosen from the group comprising a battery pack and / or a block of supercapacitors.
  • the deferral strategy according to the The invention can promote the use of supercapacitors which have a longer life in terms of the number of charging and discharging cycles.
  • the limitation of the source is a minimum stopping time between two successive operations or a minimum operating time between two stops of said source
  • the minimum stopping time between two successive operations is one minute, or five minutes if the shutdown is done while the generator or the fuel cell are at a rate and / or a power maximum when stopped.
  • the minimum operating time between two successive stops 15 of said source is for example equal to 30 seconds.
  • a limitation of the generator set or the fuel cell could also be their autonomy in terms of fuel reserve for the generator set and hydrogen for the fuel cell.
  • the method comprises a step of balancing the use of elementary sources of the same type.
  • the source is a storage module comprising elementary means of energy storage and the balancing step takes into account the charge level of the elementary storage means so as to avoid that one of the elementary means is completely unloaded while another would be fully loaded.
  • the method further comprises the steps of:
  • the management method comprises a control step limiting a traction force of the vehicle when the sum of the quantities of electrical energy determined from all sources is less than a minimum amount of energy necessary for the operation of the machine.
  • the invention also relates to a system for managing the energy of a railway machine comprising a plurality of on-board energy sources and consumers of electrical energy, said system comprising, for each source, means for:
  • FIG. 1 is a diagram illustrating the electrical structure of a machine railway according to one embodiment of the invention
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the structure and operation of the energy management system according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the detailed structure of the processing means of the management system of FIG. 2 according to one embodiment of the invention
  • FIG. 4 is a diagram illustrating the operation of the energy management method according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 5 is an enlarged view of a portion of the diagram of FIG. 4.
  • FIG. 1 illustrates the electrical network of a railway vehicle 2 of the hybrid type.
  • the machine 2 is provided with a traction unit 4 for driving the machine.
  • the traction unit 4 comprises, by way of non-limiting example, four electric traction motors 6.
  • the traction unit 4 also comprises a power supply 8 for energizing the motors 6.
  • the traction diagram of the vehicle 2 allows braking by energy recovery.
  • These motors 6 consume electrical energy produced by a plurality of electrical sources on board the vehicle 2. These onboard sources 20 produce or store energy on board the craft 2.
  • these sources comprise a generator 12.
  • the generator 12 includes a diesel engine providing a power equal to 230 kW, for example. It is the main source of electrical energy.
  • this main source may comprise a fuel cell, or a combination of a generator with a fuel cell.
  • the sources on board the craft 2 also include energy storage means 14.
  • the energy storage means 14 comprise in particular a battery pack 16 and a block of supercapacitors 18.
  • the battery pack 16 preferably comprises Ni-Cd (cadmium-nickel) batteries.
  • the battery pack 16 comprises 2 groups of 6 modules of 48 cells of battery cells with a capacity of 135 Ah.
  • the supercapacitor block 18 comprises a plurality of supercapacitors, for example 8 modules of 200 5000F / 2.5V supercapacitors connected in series. The total capacity of the block of supercapacitors 18 is then equal, in this example to 200 F.
  • supercapacitors of different capacity for example 2600F or 9000F.
  • the machine 2 also comprises a set of auxiliaries 20 which notably comprises fans 22 of the traction motors 6, an air compressor 24 for the operation of the brakes of the machine 2, and a coupled battery charger 26 an electric accumulator supplying energy to a low voltage circuit (72 V) of the machine 2.
  • auxiliaries 20 which notably comprises fans 22 of the traction motors 6, an air compressor 24 for the operation of the brakes of the machine 2, and a coupled battery charger 26 an electric accumulator supplying energy to a low voltage circuit (72 V) of the machine 2.
  • All the sources of electrical energy ie the generator 12, the battery pack 16 and the block of supercapacitors 18, and consumers of electrical energy, that is to say the traction motors 6 and the auxiliaries 20 are connected to each other via a bus or high-voltage electrical network 28, otherwise called a power bus.
  • the electric power sources 12, 16, 18 and the consumers 6, 20 are further connected to each other via a CAN computer network 30 to which a supervisor 32 is connected.
  • the main function of the supervisor 32 is to optimally distribute the energy supplied from the available energy sources to the consumers and
  • the supervisor 32 constitutes the component in which the steps of the energy management method of the invention are implemented. In other words, it is this component that includes the means of the energy management system of
  • the supervisor 32 comprises an automaton 34 and a real time calculator
  • the controller 34 performs control control functions of the machine 2 by implementing a digitized logic.
  • the computer 36 which is the subject of the invention, ensures the optimized management of the energy on board the vehicle 2 by developing voltage or current instructions that the sources and the consumers must supply and / or absorb. depending on the rail mission to be performed and according to the state of the equipment (in service or not, for example).
  • a human machine interface HMI 38 is also provided.
  • This interface HMI 38 connected to the network CAN 30 is able to show a driver or maintenance agent of the machine 2, the state of energy sources, their autonomy, energy flows, instructions issued, etc. .
  • This information can be given as numeric values and / or as animation.
  • the HMI interface 38 is implemented either traditionally by conventional commands to a control panel, or by a touch screen 15 connected to the control system and / or maintenance by a computer link.
  • the energy management system manages energy flows between plurality
  • the energy management system comprises information acquisition means 40. These means include means for decoding the information available on the CAN computer network.
  • the information acquired is analog or Boolean.
  • these information can be a state of charge of the batteries and / or supercapacitors, a quantity of energy stored in the storage means, an instantaneous power consumed and / or provided, effort instructions, equipment availability, data geolocation of the machine in the railway field, a speed of the machine, a level of fuel in the tank that supplies the generator, etc.
  • the energy management system also includes means 42 for processing the information acquired.
  • the energy management system also includes means for transmitting instructions. These means are capable of performing post-processing of the information received from the processing means 42. These post-processing operations include the scaling of this information and their encoding into messages transmitted on the CAN 30 network.
  • the processing means 42 comprise means 46 for collecting information relating to the quantities of available electrical energy that can be supplied by the sources and to the maximum electrical power that can be absorbed by the consumers based on the information acquired by the customers. means of acquiring information 40.
  • the collecting means 46 receive means 40 for acquiring information relating to the power of the generator set 12, to the charge states of the battery pack 16 and / or the block of supercapacitors 18, to a limitation of the slope of the loading of the storage means 14 to a quantity of available energy stored in the storage means 14 to a power necessary for the mission, that is to say to be supplied to the traction motors 6, etc. .
  • the processing means 42 also comprise means 48 for calculating autonomy of the storage means 14 from the information collected by the collection means 46.
  • the autonomy is defined as being the ratio between the electrical energy available in the the storage means 14 and the maximum electrical power that can be absorbed by consumers.
  • the energy available in each of the storage means 14 is related to a maximum discharge depth tolerated by said storage means taking into account the number of cycles of the storage means for a defined lifetime.
  • the maximum power likely to be absorbed by the consumers is proportional to the sum of the maximum currents consumed by the auxiliaries 20 and the traction motors 6.
  • the calculated autonomy is transmitted to control means 50 for starting up the generator set 12.
  • These control means decide to start the generator set 12 when the value of the calculated autonomy is below a determined threshold. , preferably between 20 and 40 seconds, in particular equal to 30 seconds.
  • This threshold of autonomy is determined by taking into account the composition of the train towed by the craft as well as its mission, in terms of speed, line profile, etc., as well as the characteristics of the means of transport. storage in order to optimize their use in terms of energy efficiency, pollution, lifespan, etc.
  • the control means 50 transmit an electrical energy setpoint 52 to be supplied by the generator set 12 and a corresponding electric power setpoint 54 to be supplied by the generator set 12.
  • the processing means 42 further comprise means for calculating the electric current to be supplied by the storage means 14 from the stream 57 to be supplied to the consumers for carrying out the mission, the value of which has been received since information acquisition means 40, and the electrical current setpoint 54 to be supplied by the generator set 12 received from the control means 50.
  • the calculation means 56 implement the principle of conservation of the currents (law of the nodes), the electric current 58 to be provided by the storage means 14 then being equal to the difference between the current 57 in front of to be provided to the consumers for carrying out the mission and the electrical current setpoint 54 to be supplied by the generator 12.
  • the processing means 42 also comprise frequency discrimination means 60. These frequency discriminating means 60 distribute the current 58 to be supplied by the storage means 14 over at least two frequency domains according to the characteristics of the desired mission of the memory. gear 2.
  • the frequency discriminating means 60 define three frequency domains 62, 64, 66 for operating the machine 2.
  • the first frequency domain 62 is close to the continuous. It corresponds to the average value of the mission of the vehicle 2.
  • a local service is an example of an operation of the vehicle 2 in this frequency domain. Indeed, during such a service, the power requested by the mission is almost continuous with amplitudes that can be important and not very variable. This first
  • Frequency domain 62 preferably includes frequencies below 10 mHz.
  • the second frequency domain 64 corresponds to a very variable operating mode of the vehicle 2.
  • a maneuver is an example of an operation of the vehicle 2 in this frequency domain. Indeed, during such a maneuver, the power requested by the mission shows large amplitude variations, brief and fast.
  • This second frequency domain 64 preferably includes frequencies above 20 mHz (millihertz).
  • the third frequency domain 66 is intermediate to the first and second frequency domain. It preferably includes frequencies between 10 mHz and 20 mHz.
  • the frequency discrimination means 60 allocate to each defined frequency domain at least one source capable of supplying electrical energy during operation of the machine in said domain.
  • the inventors have discovered that the intrinsic temporal properties of the energy storage components project at locations distinct from the frequency axis. More particularly, the batteries are in the low frequency range, from the DC to a few mHz then that the supercapacitors are able to withstand operating cycles close to a hundred MHz to a few Hz. The characteristics of the flywheels place them between the batteries and the supercapacitors.
  • the frequency discrimination means 60 allocate the battery pack 16 to the first frequency domain 62 first.
  • the generator set 12 is also adapted to this frequency domain 62.
  • the frequency discrimination means 60 allocate the block of supercapacitors 18 to the second frequency domain 64.
  • the frequency discrimination means 60 allocate an flywheel and / or the battery pack 16 and / or the block of supercapacitors 18 to the third frequency domain 66, as the case may be, according to their stored energy quantity. available and their state of charge.
  • Electrical energy instructions 68, 70, 72 to be provided by the storage means allocated to the first, second and third frequency domains are transmitted by the frequency discrimination means 60.
  • the processing means 42 also include mission carry-over means 74. These transfer means 74 receive the electrical energy instructions 68, 70, 72 of the three frequency domains 62, 64, 66 transmitted from the frequency discrimination means 60. They also receive the electrical energy setpoint 52 to be supplied by the generator 12 from the control means 50 for starting the generator 12.
  • the reporting means 74 also receive information relating to the functional characteristics of the different sources from the information collection means 46.
  • the carryover means 74 determines the amount of energy that can actually be provided by each source from the physical limitations.
  • the transfer means 74 compare the electrical energy setpoint to be supplied by the source and the determined amount of energy that can actually be supplied by the same source. If the setpoint is greater than the determined amount of energy, the transfer means 74 selects another source and controls the other source to provide the energy difference between the setpoint and the determined amount of energy.
  • the transfer means 74 control
  • the transfer means 74 can transfer part of the mission from one frequency domain to another frequency domain when the first domain can not ensure
  • the carry-over strategy implemented when selecting another source favors the use of the block of supercapacitors 18 which have a longer life in terms of the number of cycles of
  • new electrical energy orders 76, 78, 80 to be supplied by the storage means allocated to the first, second and third frequency domains are transmitted from the means of postponement 74.
  • the processing means 42 comprise balancing means 82, 84, 86 of the use of the sources allocated to the frequency domain 62, 64, 66 respectively.
  • the balancing means balance the requested mission, that is to say the electrical power setpoint to be provided by the sources allocated to the frequency domain concerned, between each of the sources allocated to said domain.
  • the balancing means ensure the balancing of the load levels.
  • the battery pack 16 is allocated to the first frequency range 62.
  • the balancing means 82 then seek to balance the charge levels of the batteries of the battery pack 16. This prevents one of the batteries completely unloaded while another would be fully loaded.
  • the block of supercapacitors 18 is allocated to the second frequency domain 64.
  • the balancing means 84 then seek to balance the charge levels of the supercapacitors of the block of supercapacitors 18. This avoids that one of the supercapacitors is
  • the diagram of FIG. 4 illustrates an example of management of the energy of the vehicle 2 by the processing means 42 when the vehicle 2 performs a local service between two stations.
  • This diagram shows the evolution of the powers supplied by the sources 12, 16, 18 and the power absorbed by the traction motors 6.
  • the diagram of FIG. 4 comprises 6 curves 100, 102, 104, 106, 108,
  • the curve 100 represents the power absorbed by the traction motors 6 expressed in kilowatts (kW) as a function of time in seconds (s). This power is of negative sign since it is absorbed.
  • the curve 102 represents the power supplied by the generator set expressed in kilowatts (kW) as a function of time in seconds (s).
  • the curve 104 represents the power supplied by the battery pack 16 expressed in kilowatts (kW) as a function of time in seconds (s).
  • Curve 106 represents the power provided by the supercapacitor block 18 expressed in kilowatts (kW) as a function of time in seconds (s).
  • the curve 108 represents the speed of the machine in km / h as a function of time and the curve 1 represents the fuel consumption by the vehicle in liters per hour as a function of time.
  • the diagram of FIG. 5 is an extract of the diagram of FIG. 4 for the period of time between 0 and approximately 180 seconds.
  • the machine is stopped. Indeed, the speed 108 of the machine 2 and the power 100 absorbed by the traction motors 6 are zero. Meanwhile, the battery pack 16 (negative power on curve 104) is recharged by supercapacitor block 18 (positive power on curve 106). The generator 12 is stopped during this time (zero power on the curve 102).
  • the machine 2 starts.
  • the speed 108 is almost zero and the power 100 absorbed by the traction motors 6 increases slowly. This operation falls within the first frequency domain 62.
  • the frequency discriminating means 60 it is the battery block 16 that is biased (positive power on the curve 104 while the power is zero on 30 curves 102 and 106).
  • the traction demand becomes greater.
  • the speed 108 increases and the Power 100 absorbed by the traction motors 6 increases faster.
  • the battery pack 16 can no longer supply the energy required for the mission of the machine 2.
  • the transfer means 74 then command the block of supercapacitors 18 to complete the supply of energy, although the operation is still in progress. in the first frequency domain 62.
  • the power supplied by the battery pack 16 is at a maximum. There is indeed a plateau at the curve 104.
  • the power provided by the block of supercapacitors 18 increases.
  • the control means 50 then control the start of operation. generator 12. The power
  • the generator set 12 first takes over from the supercapacitor block 18 and then from the battery pack 16.
  • the generator fully ensures the traction mission of the machine, the blocks of
  • the traction is cut to reduce the speed of the machine 2 to park.
  • the available energy of the generator set 12 makes it possible to recharge the battery packs 16 and the supercapacitors 18 while the machine 2 is still in operation.
  • the energy management method described in the present application comprises the steps of:
  • control of the machine (2) to use in priority the source allocated to said frequency domain during operation of the machine (2) in this field.
  • said method comprises, for each source, the steps of:

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Description

Procédé et système de gestion de l'énergie d'un engin ferroviaire
La présente invention concerne un procédé de gestion de l'énergie d'un engin ferroviaire. Elle concerne également un système de gestion correspondant. 5 L'invention s'intéresse plus particulièrement au domaine du transport ferroviaire, notamment au domaine des engins ferroviaires hybrides.
Actuellement, deux architectures principales d'engins ferroviaires sont exploitées en Europe. La première architecture repose sur des locomotives électriques et la deuxième architecture repose sur des locomotives diesel. A bord î o des locomotives électriques, l'énergie est distribuée par prélèvement sur une caténaire à travers des pantographes, des transformateurs (dans le cas de réseaux alternatifs) et des convertisseurs. Sur une locomotive diesel, l'énergie est produite sur place par un générateur associé à un moteur thermique. Les deux architectures ont une partie commune constituée de moteurs de traction et 15 d'auxiliaires.
Les engins ferroviaires propulsés par un moteur électrique ne disposaient auparavant que d'une seule source d'énergie comme par exemple une caténaire, un troisième rail, un moteur thermique, etc. Cette source était dimensionnée pour fournir la puissance maximale nécessaire pour assurer la traction de l'engin et les
20 besoins des auxiliaires comme par exemple le confort des voyageurs, la production d'air, le refroidissement des organes de puissance, etc. Ainsi, à tout instant, le besoin en puissance électrique de la mission de l'engin est assuré par la seule source d'énergie présente. Il existe actuellement des engins ferroviaires comprenant deux sources d'énergie électrique combinant une source d'énergie
25 principale et un moyen de stockage électrique. Pour ces engins, la mise en œuvre d'un moyen de stockage en plus de la source principale demande une évolution légère des principes de commande existant pour tenir compte des caractéristiques du moyen de stockage.
A titre d'exemple d'une telle commande, la source principale recharge le
30 moyen de stockage à partir d'un seuil prédéfini. Cette commande permet d'aligner la génération d'alimentation électrique par rapport à la vitesse de l'engin et l'état de charge du moyen de stockage. Cependant, ce type de gestion de l'énergie d'un engin ferroviaire n'est pas adapté à un engin ferroviaire comprenant une pluralité de sources d'énergie électrique embarquées de différents types.
La présente invention vise à améliorer la situation.
A cet effet, l'invention concerne d'abord un procédé de gestion de l'énergie 5 d'un engin ferroviaire comprenant une pluralité de sources d'énergie embarquées et de consommateurs d'énergie électrique, ledit procédé comprenant, pour chaque source, les étapes de :
- définition d'une consigne d'énergie électrique devant être fournie par ladite source;
î o - acquisition d'informations relatives à au moins une caractéristique fonctionnelle de ladite source ;
- détermination d'une quantité d'énergie électrique devant être fournie par ladite source en fonction de la caractéristique fonctionnelle de ladite source ; et
- si la consigne est supérieure à la quantité d'énergie déterminée, 15 - sélection d'une autre source ; et
- commande à l'autre source de fournir la différence d'énergie entre la consigne et la quantité d'énergie déterminée.
Cela permet d'assurer en permanence le fonctionnement de l'engin en mettant en œuvre une stratégie de report d'une partie de la tâche de fourniture 20 d'énergie électrique d'une source vers une autre quand la première source ne peut pas assurer totalement sa tâche.
Avantageusement, la caractéristique fonctionnelle de la source est une limitation physique de ladite source.
Selon une réalisation, au moins une source embarquée est un groupe 25 électrogène ou une pile à combustible et la limitation de la source est la puissance maximale pouvant être fournie par ladite source.
De préférence, au moins une source embarquée est un moyen de stockage d'énergie et la limitation de la source est un niveau de charge dudit moyen de stockage.
30 Avantageusement, le moyen de stockage est choisi dans le groupe comprenant un bloc de batteries et/ou un bloc de supercondensateurs.
A titre d'exemple dans le cas où la pluralité de sources comprend à la fois des batteries et des supercondensateurs, lorsque le bloc de batteries ne peut plus fournir la consigne d'énergie qui lui est demandée en raison d'une baisse de son niveau de charge en deçà d'un certain seuil, la stratégie de report selon l'invention peut favoriser l'utilisation des supercondensateurs qui présentent une 5 durée de vie plus longue en termes du nombre de cycles de charge et décharge.
Selon une réalisation, lorsque la source est un groupe électrogène ou une pile à combustible, la limitation de la source est une durée d'arrêt minimale entre deux fonctionnements successifs ou une durée de fonctionnement minimale entre deux arrêts de ladite source,
î o De manière avantageuse, la durée d'arrêt minimale entre deux fonctionnements successifs est d'une minute, ou cinq minutes si l'arrêt se fait alors que le groupe électrogène ou la pile à combustible sont à un régime et/ou une puissance maximum au moment de son arrêt.
On notera que la durée de fonctionnement minimale entre deux arrêts 15 successifs de ladite source est par exemple égale à 30 secondes.
Une limitation du groupe électrogène ou de la pile à combustible pourrait être également leur autonomie en termes de réserve de carburant pour le groupe électrogène et d'hydrogène pour la pile à combustible.
Avantageusement, lorsque la source comprend une pluralité de sources 20 élémentaires de même type, le procédé comprend une étape d'équilibrage de l'utilisation des sources élémentaires de même type.
De préférence, la source est un module de stockage comprenant des moyens élémentaires de stockage d'énergie et l'étape d'équilibrage prend en compte le niveau de charge des moyens élémentaires de stockage de manière à 25 éviter qu'un des moyens élémentaires soit complètement déchargé alors qu'un autre serait entièrement chargé.
Cela s'applique particulièrement au cas d'un bloc de supercondensateurs comprenant une pluralité de supercondensateurs et/ou d'un bloc de batteries comprenant une pluralité de batteries.
30 Avantageusement, le procédé comprend en outre les étapes de :
- définition d'au moins deux domaines fréquentiels de fonctionnement de l'engin ; - allocation d'au moins une source parmi la pluralité de sources à chaque domaine fréquentiel défini ; et
- dans chaque domaine fréquentiel, commande de l'engin pour utiliser en priorité la source allouée audit domaine fréquentiel lors d'un fonctionnement de
5 l'engin dans ce domaine.
Avantageusement, le procédé de gestion comprend une étape de commande de limitation d'un effort de traction de l'engin lorsque la somme des quantités d'énergies électriques déterminées de toutes les sources est inférieure à une quantité d'énergie minimale nécessaire au fonctionnement de l'engin, î o Lorsque tous les reports ont été effectués, si la puissance nécessaire à la mission venait à être supérieure aux capacités énergétiques totales des sources d'énergie électrique, l'engin serait contraint à réduire temporairement sa vitesse en attendant que la mission vienne à exiger moins d'effort de traction.
L'invention concerne également un système de gestion de l'énergie d'un 15 engin ferroviaire comprenant une pluralité de sources d'énergie embarquées et de consommateurs d'énergie électrique, ledit système comprenant, pour chaque source, des moyens de :
- définition d'une consigne d'énergie électrique devant être fournie par ladite source;
20 - acquisition d'informations relatives à au moins une caractéristique fonctionnelle de ladite source ;
- détermination d'une quantité d'énergie électrique devant être fournie par ladite source en fonction de la consigne et de la caractéristique fonctionnelle de ladite source ; et
25 - si la consigne est supérieure à la quantité d'énergie déterminée,
- sélection d'une autre source ; et
- commande à l'autre source de fournir la différence d'énergie entre la consigne et la quantité d'énergie déterminée.
Des exemples de réalisation de l'invention vont maintenant être décrits de 30 façon plus précise, mais non limitative, en regard des dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 est un schéma illustrant la structure électrique d'un engin ferroviaire selon un mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 2 est un schéma illustrant la structure et le fonctionnement du système de gestion de l'énergie selon un mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 3 est un schéma illustrant la structure détaillée des moyens de 5 traitement du système de gestion de la figure 2 selon un mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 4 est un diagramme illustrant le fonctionnement du procédé de gestion de l'énergie selon un mode de réalisation de l'invention ; et
- la figure 5 est une vue agrandie d'une partie du diagramme de la figure 4. î o La figure 1 illustre le réseau électrique d'un engin ferroviaire 2 de type hybride. L'engin 2 est muni d'un bloc de traction 4 pour l'entraînement de l'engin. Le bloc de traction 4 comprend, à titre d'exemple non limitatif, quatre moteurs 6 de traction électrique.
Le bloc de traction 4 comprend également une alimentation 8 d'excitation 15 des moteurs 6.
De préférence, le schéma de traction de l'engin 2 autorise un freinage par récupération d'énergie.
Ces moteurs 6 consomment de l'énergie électrique produite par une pluralité de sources électriques embarquées sur l'engin 2. Ces sources embarquées 20 produisent ou stockent de l'énergie à bord de l'engin 2.
Dans l'exemple de la figure 1 , ces sources comprennent un groupe électrogène 12.
Le groupe électrogène 12 comprend notamment un moteur thermique diesel fournissant une puissance égale à 230 kW, par exemple. Il constitue la source 25 principale de l'énergie électrique.
En variante, cette source principale peut comprendre une pile à combustible, ou une combinaison d'un groupe électrogène avec une pile à combustible.
Les sources embarquées à bord de l'engin 2 comprennent également des moyens de stockage d'énergie 14.
30 Les moyens de stockage d'énergie 14 comprennent notamment un bloc de batteries 16 et un bloc de supercondensateurs 18. Le bloc de batteries 16 comprend de préférence des batteries Ni-Cd (cadmium - nickel). A titre d'exemple, le bloc de batteries 16 comprend 2 groupes de 6 modules de 48 éléments de cellules de batteries d'une capacité de 135 Ah.
Le bloc de supercondensateurs 18 comprend une pluralité de 5 supercondensateurs, par exemple 8 modules de 200 supercondensateurs 5000F/2,5V connectés en série. La capacité totale du bloc de supercondensateurs 18 est alors égale, dans cet exemple à 200 F.
Il est également possible d'utiliser des supercondensateurs de capacité différente, par exemple 2600F ou 9000F.
î o L'engin 2 comprend également un ensemble d'auxiliaires 20 qui comprend notamment des ventilateurs 22 des moteurs de traction 6, un compresseur d'air 24 pour le fonctionnement des freins de l'engin 2, et un chargeur de batterie 26 couplé à un accumulateur électrique fournissant une énergie à un circuit basse tension (72 V) de l'engin 2.
15 L'ensemble des sources d'énergie électrique, c'est-à-dire le groupe électrogène 12, le bloc de batteries 16 et le bloc de supercondensateurs 18, et des consommateurs d'énergie électrique, c'est-à-dire les moteurs de traction 6 et les auxiliaires 20, sont raccordés entre eux par l'intermédiaire d'un bus ou réseau électrique haute tension 28, autrement appelé bus de puissance.
20 Les sources d'énergie électrique 12, 16, 18 et les consommateurs 6, 20 sont en outre raccordées entre eux à travers un réseau informatique de bord CAN 30 auquel est raccordé un superviseur 32.
Le superviseur 32 a pour fonction principale de répartir de manière optimale l'énergie fournie des sources d'énergie disponibles vers les consommateurs et
25 l'énergie fournie par le groupe électrogène 12 vers le bloc de batteries 16 et le bloc de supercondensateurs 18.
Le superviseur 32 constitue le composant dans lequel sont mises en œuvre les étapes du procédé de gestion d'énergie de l'invention. Autrement dit, c'est ce composant qui comprend les moyens du système de gestion d'énergie de
30 l'invention.
Le superviseur 32 comprend un automate 34 et un calculateur temps réel
36. L'automate 34 réalise notamment des fonctions de contrôle commande de l'engin 2 en mettant en œuvre une logique numérisée.
Le calculateur 36, faisant l'objet de l'invention, assure la gestion optimisée de l'énergie à bord de l'engin 2 en élaborant des consignes de tension ou de 5 courant que doivent fournir et/ou absorber les sources et les consommateurs en fonction de la mission ferroviaire à accomplir et en fonction de l'état des équipements (en service ou non par exemple).
Une interface homme machine IHM 38 est également prévue. Cette interface IHM 38 raccordée au réseau CAN 30 est apte à montrer à un agent de conduite î o ou de maintenance de l'engin 2, l'état des sources d'énergie, leur autonomie, les flux énergétiques, les consignes émises, etc. Ces informations peuvent être données sous forme de valeurs numériques et/ou sous forme d'animation. L'interface IHM 38 est mise en œuvre soit de manière traditionnelle par des commandes classiques à un pupitre de commande, soit par un écran tactile 15 raccordé au système de conduite et/ou de maintenance par une liaison informatique.
La structure du système de gestion de l'énergie de l'invention, mis en œuvre par le calculateur 36, est décrite en référence à la figure 2.
Le système de gestion de l'énergie gère les flux d'énergie entre la pluralité
20 de sources et les consommateurs. Il assure le besoin énergétique de la mission de l'engin 2 tout en optimisant la consommation, la pollution et la durée de vie des composants le constituant. Par l'observation de la mission de l'engin et de l'état des sources, notamment des moyens de stockage 14, il décide à tout moment de la contribution de chacune des sources selon sa disponibilité et sa capacité en
25 termes d'autonomie et de puissance maximale notamment, ainsi que cela sera décrit dans la suite de la description.
Le système de gestion d'énergie comprend des moyens d'acquisition d'informations 40. Ces moyens comprennent notamment des moyens de décodage des informations disponibles sur le réseau informatique de bord CAN
30 30 et des moyens de mise à l'échelle de ces informations, par exemple des moyens d'uniformisation des unités de mesure, etc. Les informations acquises sont analogiques ou booléennes. A titre d'exemples non limitatifs, ces informations peuvent être un état de charge des batteries et/ou des supercondensateurs, une quantité d'énergie stockée dans les moyens de stockage, une puissance instantanée consommée et/ou fournie, des consignes d'effort, une disponibilité des équipements, une donnée de géolocalisation de 5 l'engin dans le domaine ferroviaire, une vitesse de l'engin, un niveau de carburant dans le réservoir qui alimente le groupe électrogène, etc.
Le système de gestion d'énergie comprend également des moyens de traitement 42 des informations acquises.
Le système de gestion de l'énergie comprend aussi des moyens d'émission î o 44 de consignes. Ces moyens sont aptes à réaliser des post-traitements des informations reçues des moyens de traitement 42. Ces post-traitements comprennent notamment la mise à l'échelle de ces informations et leur codage en messages émis sur le réseau de bord CAN 30.
La structure et le fonctionnement des moyens de traitement 42 sont détaillés 15 en référence à la figure 3.
Les moyens de traitement 42 comprennent des moyens de collecte 46 d'informations relatives aux quantités d'énergie électrique disponibles pouvant être fournies par les sources et à la puissance électrique maximale susceptible d'être absorbée par les consommateurs à partir des informations acquises par les 20 moyens d'acquisition d'informations 40.
Plus particulièrement, les moyens de collecte 46 reçoivent des moyens d'acquisition 40 des informations relatives à la puissance du groupe électrogène 12, aux états de charge du bloc de batteries 16 et/ou du bloc de supercondensateurs 18, à une limitation de pente de montée en charge des 25 moyens de stockage 14, à une quantité d'énergie disponible stockée dans les moyens de stockage 14, à une puissance nécessaire pour la mission, c'est-à-dire devant être fournie aux moteurs de traction 6, etc.
Les moyens de traitement 42 comprennent également des moyens de calcul 48 d'une autonomie des moyens de stockage 14 à partir des informations 30 collectées par les moyens de collecte 46. L'autonomie est définie comme étant le rapport entre l'énergie électrique disponible dans les moyens de stockage 14 et la puissance électrique maximale susceptible d'être absorbée par les consommateurs.
L'énergie disponible dans chacun des moyens de stockage 14 est liée à une profondeur de décharge maximale tolérée par ledit moyen de stockage en tenant 5 compte du nombre de cycles du moyen de stockage pour une durée de vie définie.
La puissance maximale susceptible d'être absorbée par les consommateurs est proportionnelle à la somme des courants maximum consommables par les auxiliaires 20 et les moteurs de traction 6.
î o L'autonomie calculée est transmise vers des moyens de commande 50 de mise en marche du groupe électrogène 12. Ces moyens de commande décident la mise en marche du groupe électrogène 12 lorsque la valeur de l'autonomie calculée est inférieure à un seuil déterminé, compris de préférence entre 20 et 40 secondes, notamment égal à 30 secondes.
15 Ce seuil d'autonomie est déterminé en tenant compte de la composition de la rame tractée par l'engin ainsi que de sa mission, en termes de vitesse à respecter, de profil de ligne, etc., ainsi que des caractéristiques des moyens de stockage afin d'optimiser leur utilisation en termes d'efficacité énergétique, de pollution, de durée de vie, etc.
20 Les moyens de commande 50 transmettent une consigne d'énergie électrique 52 devant être fournie par le groupe électrogène 12 et une consigne de courant électrique 54 correspondante devant être fournie par le groupe électrogène 12.
Les moyens de traitement 42 comprennent en outre des moyens de calcul 25 56 du courant électrique devant être fourni par les moyens de stockage 14 à partir du courant 57 devant être fourni aux consommateurs pour la réalisation de la mission, dont la valeur est reçue depuis les moyens d'acquisition 40 d'informations, et de la consigne de courant électrique 54 devant être fournie par le groupe électrogène 12 reçue depuis les moyens de commande 50.
30 Les moyens de calcul 56 mettent en œuvre le principe de conservation des courants (loi des nœuds), le courant électrique 58 devant être fourni par les moyens de stockage 14 étant alors égal à la différence entre le courant 57 devant être fourni aux consommateurs pour la réalisation de la mission et la consigne de courant électrique 54 devant être fournie par le groupe électrogène 12.
Les moyens de traitement 42 comprennent également des moyens de discrimination fréquentielle 60. Ces moyens de discrimination fréquentielle 60 5 répartissent le courant 58 devant être fourni par les moyens de stockage 14 sur au moins deux domaines de fréquences selon les caractéristiques de la mission souhaitée de l'engin 2.
Plus particulièrement, les moyens de discrimination fréquentielle 60 définissent trois domaines fréquentiels 62, 64, 66 de fonctionnement de l'engin 2. î o Le premier domaine fréquentiel 62 est proche du continu. Il correspond à la valeur moyenne de la mission de l'engin 2. Une desserte locale constitue un exemple d'un fonctionnement de l'engin 2 dans ce domaine fréquentiel. En effet, lors d'une telle desserte, la puissance sollicitée par la mission est quasi continue avec des amplitudes pouvant être importantes et peu variables. Ce premier
15 domaine de fréquences 62 comprend, de préférence, des fréquences inférieures à 10 mHz.
Le deuxième domaine fréquentiel 64 correspond à un régime de fonctionnement très variable de l'engin 2. Une manœuvre constitue un exemple d'un fonctionnement de l'engin 2 dans ce domaine fréquentiel. En effet, lors d'une 20 telle manœuvre, la puissance sollicitée par la mission montre des variations d'amplitude importantes, brèves et rapides. Ce deuxième domaine de fréquences 64 comprend, de préférence, des fréquences supérieures à 20 mHz (millihertz).
Le troisième domaine fréquentiel 66 est intermédiaire au premier et au deuxième domaine fréquentiels. Il comprend, de préférence, des fréquences 25 comprises entre 10 mHz et 20 mHz.
Les moyens de discrimination fréquentielle 60 allouent à chaque domaine fréquentiel défini au moins une source apte à fournir de l'énergie électrique lors d'un fonctionnement de l'engin dans ledit domaine.
De manière remarquable, les inventeurs ont découvert que les propriétés 30 intrinsèques temporelles des composants de stockage de l'énergie se projettent à des endroits distincts de l'axe fréquentiel. Plus particulièrement, les batteries se situent dans le domaine des basses fréquences, du continu à quelques mHz alors que les supercondensateurs sont aptes à supporter des cycles de fonctionnement voisins de la centaine de mHz vers quelques Hz. Les caractéristiques des volants d'inertie les placent entre les batteries et les supercondensateurs.
Ainsi, les moyens de discrimination fréquentielle 60 allouent en priorité le 5 bloc de batteries 16 au premier domaine fréquentiel 62. Le groupe électrogène 12 est également adapté à ce domaine fréquentiel 62.
Par ailleurs, les moyens de discrimination fréquentielle 60 allouent le bloc de supercondensateurs 18 au deuxième domaine fréquentiel 64.
En outre, les moyens de discrimination fréquentielle 60 allouent un volant î o d'inertie et/ou le bloc de batteries 16 et/ou le bloc de supercondensateurs 18 au troisième domaine fréquentiel 66, selon le cas, suivant leur quantité d'énergie stockée disponible et leur état de charge.
Des consignes d'énergie électrique 68, 70, 72 devant être fournies par les moyens de stockage alloués au premier, deuxième et troisième domaines de 15 fréquences sont émises par les moyens de discrimination fréquentielle 60.
Les moyens de traitement 42 comprennent également des moyens de report 74 de missions. Ces moyens de report 74 reçoivent les consignes d'énergie électriques 68, 70, 72 des trois domaines fréquentiels 62, 64, 66 émises depuis les moyens de discrimination fréquentielle 60. Ils reçoivent également la consigne 20 d'énergie électrique 52 devant être fournie par le groupe électrogène 12 depuis les moyens de commande 50 de mise en marche du groupe électrogène 12.
Les moyens de report 74 reçoivent également des informations relatives aux caractéristiques fonctionnelles des différentes sources depuis les moyens de collecte 46 d'informations.
25 Ces caractéristiques fonctionnelles sont notamment les limitations physiques des sources.
Dans le cas du groupe électrogène 12, de telles limitations sont par exemple la puissance maximale pouvant être fournie et/ou le temps d'arrêt minimal entre deux fonctionnements successifs.
30 Dans le cas des moyens de stockage 14, une telle limitation est par exemple le niveau de charge. De manière remarquable, les moyens de report 74 déterminent la quantité d'énergie pouvant effectivement être fournie par chaque source à partir des limitations physiques.
Ensuite, pour chaque source, les moyens de report 74, comparent la 5 consigne d'énergie électrique devant être fournie par la source et la quantité d'énergie déterminée pouvant être effectivement fournie par cette même source. Si la consigne est supérieure à la quantité d'énergie déterminée, les moyens de report 74 sélectionnent une autre source et commandent à l'autre source de fournir la différence d'énergie entre la consigne et la quantité d'énergie î o déterminée.
A titre d'exemple, si la consigne d'énergie électrique devant être fournie par les sources allouées au deuxième domaine fréquentiel 64 est égale à 70% de l'énergie totale nécessaire au fonctionnement de l'engin alors que ces sources ne peuvent fournir que 30% de l'énergie totale, les moyens de report 74 commandent
15 aux sources d'énergie allouées au premier et troisième domaines de fréquences de fournir la différence d'énergie égale à 40%.
Ainsi, afin d'assurer un fonctionnement correct de l'engin, les moyens de report 74 peuvent reporter une partie de la mission d'un domaine fréquentiel vers un autre domaine fréquentiel quand le premier domaine ne peut assurer
20 totalement la mission qui lui a été assignée par les moyens de discrimination fréquentielle 60.
A titre d'exemple, la stratégie de report mise en œuvre lors de la sélection d'une autre source favorise l'utilisation du bloc de supercondensateurs 18 qui présentent une durée de vie plus longue en termes du nombre de cycles de
25 charge et décharge. Suite à la mise en œuvre du report par les moyens de report 74, de nouvelles consignes d'énergie électrique 76, 78, 80 devant être fournies par les moyens de stockage alloués au premier, deuxième et troisième domaines de fréquences sont émises à partir des moyens de report 74.
En outre, une consigne de limitation de l'effort de traction 81 est émise à
30 partir des moyens de report 74, vers les moyens d'émission 44 de consignes, lorsque la somme des énergies électriques pouvant être fournies par les différentes sources n'est pas suffisante pour assurer le fonctionnement exigé par la mission.
En outre, les moyens de traitement 42 comprennent des moyens d'équilibrage 82, 84, 86 de l'utilisation des sources allouées au domaine 5 fréquentiel 62, 64, 66 respectivement. Les moyens d'équilibrage équilibrent la mission demandée, c'est-à-dire la consigne d'énergie électrique devant être fournie par les sources allouées au domaine fréquentiel concerné, entre chacune des sources allouées audit domaine.
Plus particulièrement, pour des moyens de stockage de même type, les î o moyens d'équilibrage assurent l'équilibrage des niveaux de charge.
A titre d'exemple, le bloc de batteries 16 est alloué au premier domaine de fréquences 62. Les moyens d'équilibrage 82 cherchent alors à équilibrer les niveaux de charge des batteries du bloc de batteries 16. On évite ainsi qu'une des batteries soit complètement déchargée alors qu'une autre serait entièrement 15 chargée.
De la même manière, le bloc de supercondensateurs 18 est alloué au deuxième domaine de fréquences 64. Les moyens d'équilibrage 84 cherchent alors à équilibrer les niveaux de charge des supercondensateurs du bloc de supercondensateurs 18. On évite ainsi qu'un des supercondensateurs soit
20 complètement déchargé alors qu'un autre serait entièrement chargé.
Suite à la mise en œuvre de l'équilibrage de l'utilisation des sources par les moyens de d'équilibrage 82, 84, 86, de nouvelles consignes d'énergie électrique 88, 90, 92 devant être fournies par les moyens de stockage alloués respectivement au premier, deuxième et troisième domaines de fréquences sont
25 émises depuis les moyens de d'équilibrage 82, 84, 86 vers les moyens d'émission 44 de consignes.
Le diagramme de la figure 4 illustre un exemple de gestion de l'énergie de l'engin 2 par les moyens de traitement 42 lorsque l'engin 2 effectue une desserte locale entre deux stations. Ce diagramme montre l'évolution des puissances 30 fournies par les sources 12, 16, 18 et de la puissance absorbée par les moteurs de traction 6. Le diagramme de la figure 4 comprend 6 courbes 100, 102, 104, 106, 108,
1 10.
La courbe 100 représente la puissance absorbée par les moteurs de traction 6 exprimée en kilowatts (kW) en fonction du temps en secondes (s). Cette 5 puissance est de signe négatif étant donné qu'elle est absorbée.
La courbe 102 représente la puissance fournie par le groupe électrogène 12 exprimée en kilowatts (kW) en fonction du temps en secondes (s).
La courbe 104 représente la puissance fournie par le bloc de batteries 16 exprimée en kilowatts (kW) en fonction du temps en secondes (s),
î o La courbe 106 représente la puissance fournie par le bloc de supercondensateurs 18 exprimée en kilowatts (kW) en fonction du temps en secondes (s).
Par ailleurs, la courbe 108 représente la vitesse de l'engin en km/h en fonction du temps et la courbe 1 10 représente la consommation de carburant par 15 l'engin en litres par heure en fonction du temps.
Le diagramme de la figure 5 est un extrait du diagramme de la figure 4 pour la période de temps comprise entre 0 et 180 secondes environ.
Dans un premier temps, compris entre 0 et 50 secondes environ, l'engin est à l'arrêt. En effet, la vitesse 108 de l'engin 2 et la puissance 100 absorbée par les 20 moteurs de traction 6 sont nulles. Pendant ce temps, le bloc de batteries 16 (puissance négative sur la courbe 104) est rechargé par le bloc de supercondensateurs 18 (puissance positive sur la courbe 106). Le groupe électrogène 12 est à l'arrêt pendant ce temps (puissance nulle sur la courbe 102).
Ensuite, dans un deuxième temps compris entre 50 et 75 secondes environ, 25 l'engin 2 démarre. La vitesse 108 est quasi nulle et la puissance 100 absorbée par les moteurs de traction 6 augmente lentement. Ce fonctionnement relève du premier domaine fréquentiel 62. Ainsi, conformément à la stratégie adoptée par les moyens de discrimination fréquentielle 60, c'est le bloc de batteries 16 qui est sollicité (puissance positive sur la courbe 104 alors que la puissance est nulle sur 30 les courbes 102 et 106).
Puis, dans un troisième temps compris entre 75 et 100 secondes environ, la demande de traction devient plus importante. La vitesse 108 augmente et la puissance 100 absorbée par les moteurs de traction 6 augmente plus rapidement. Le bloc de batteries 16 n'arrive plus à fournir l'énergie nécessaire à la mission de l'engin 2. Les moyens de report 74 commandent alors au bloc de supercondensateurs 18 de compléter la fourniture d'énergie bien que le 5 fonctionnement est toujours dans le premier domaine fréquentiel 62. La puissance fournie par le bloc de batteries 16 est au maximum. On observe en effet un palier au niveau de la courbe 104. La puissance fournie par le bloc de supercondensateurs 18 augmente.
Ensuite, dans un quatrième temps compris entre 100 et 150 secondes î o environ, la puissance absorbée par la traction (courbe 100) est constante alors que la vitesse de l'engin (courbe 108) augmente. Le bloc de batteries 16 et le bloc de supercondensateurs 18 fournissent la puissance nécessaire à la mission. On observe en effet deux paliers au niveau des courbes 104 et 106.
Au temps 150 secondes environ, l'autonomie des moyens de stockage
15 calculée par les moyens de calcul d'autonomie 48 devient inférieure au seuil de 30 secondes. Plus particulièrement, ainsi que cela est pointé par les flèches 120, l'autonomie du bloc de supercondensateurs 18 devient insuffisante pour assurer le besoin de la mission de traction de l'engin 2. Les moyens de commande 50 commandent alors la mise en marche du groupe électrogène 12. La puissance
20 fournie par le groupe électrogène 12 (courbe 102) augmente progressivement. Le groupe électrogène 12 prend d'abord la relève du bloc de supercondensateurs 18 puis du bloc de batteries 16.
Pendant le période de temps de 400 à 700 secondes environ, le groupe électrogène assure pleinement la mission de traction de l'engin, les blocs de
25 batteries 16 et de supercondensateurs 18 ne fournissant aucune puissance.
Au temps 700 secondes environ, la traction est coupée afin de réduire la vitesse de l'engin 2 pour stationner. Ainsi que cela est pointé par les flèches 130, l'énergie disponible du groupe électrogène 12 permet une recharge des blocs de batteries 16 et de supercondensateurs 18 alors que l'engin 2 est toujours en
30 mouvement (courbe 108). La recharge des supercondensateurs est beaucoup plus rapide que celle des batteries.
Bien entendu, d'autres modes de réalisation peuvent encore être envisagés. Il est ainsi possible de prévoir dans le système de gestion d'énergie de l'invention des moyens d' « éco-conduite ». Par la connaissance de la topologie de la ligne, du temps de parcours, des arrêts en gare à effectuer, de la composition de l'engin, du trafic prévu et en temps réel, de tels moyens ont pour 5 fonction d'anticiper les actions du système de gestion d'énergie afin d'obtenir une conduite encore plus économique. Par exemple, à l'approche d'une descente, de tels moyens d' « éco-conduite » peuvent commander la recharge des moyens de stockage non pas par le groupe électrogène mais par un freinage récupératif.
Le procédé de gestion de l'énergie décrit dans la présente demande î o comprend les étapes de :
- définition d'au moins deux domaines fréquentiels (62,64,66) de fonctionnement de l'engin (2);
- allocation d'au moins une source parmi la pluralité de sources à chaque domaine fréquentiel défini ; et
15 - dans chaque domaine fréquentiel, commande de l'engin (2) pour utiliser en priorité la source allouée audit domaine fréquentiel lors d'un fonctionnement de l'engin (2) dans ce domaine.
Lesdites sources comprenant des moyens de stockage d'énergie (14) , ledit procédé comprend les étapes de:
20 - collecte d'informations relatives aux quantités d'énergie électrique disponibles pouvant être fournies par les moyens de stockage (14) et à la puissance électrique maximale susceptible d'être absorbée par les consommateurs (6,20);
- calcul d'une autonomie des moyens de stockage (14), ladite autonomie 25 étant égale au rapport entre l'énergie électrique disponible dans les moyens de stockage (14) et la puissance électrique maximale collectée ; et
- optimisation de l'utilisation des sources (12,14) pour la fourniture de l'énergie électrique en fonction de l'autonomie calculée.
En outre, ledit procédé comprend, pour chaque source, les étapes de :
30 - définition d'une consigne d'énergie électrique devant être fournie par ladite source; - acquisition d'informations relatives à au moins une caractéristique fonctionnelle de ladite source ;
- détermination d'une quantité d'énergie électrique devant être fournie par ladite source en fonction de la caractéristique fonctionnelle de ladite source ; et - si la consigne est supérieure à la quantité d'énergie déterminée,
- sélection d'une autre source ; et
- commande à l'autre source de fournir la différence d'énergie entre la consigne et la quantité d'énergie déterminée.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de gestion de l'énergie d'un engin ferroviaire (2) comprenant une pluralité de sources (12,14) d'énergie embarquées et de consommateurs (6,20)
5 d'énergie électrique, ledit procédé comprenant, pour chaque source, les étapes de :
- définition d'une consigne d'énergie électrique devant être fournie par ladite source;
- acquisition d'informations relatives à au moins une caractéristique î o fonctionnelle de ladite source ;
- détermination d'une quantité d'énergie électrique devant être fournie par ladite source en fonction de la caractéristique fonctionnelle de ladite source ; et
- si la consigne est supérieure à la quantité d'énergie déterminée,
- sélection d'une autre source ; et
15 - commande à l'autre source de fournir la différence d'énergie entre la consigne et la quantité d'énergie déterminée, procédé dans lequel la caractéristique fonctionnelle de la source est une limitation physique de ladite source et dans lequel la source est un groupe électrogène (12) ou une pile à combustible et la limitation de la source est une durée d'arrêt minimale entre deux
20 fonctionnements successifs de ladite source ou une durée de fonctionnement minimale entre deux arrêts successifs de ladite source.
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel la limitation de la source (12) est la puissance maximale pouvant être fournie par ladite source (12).
25
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la source est un moyen de stockage (14) d'énergie et la limitation de la source (14) est un niveau de charge dudit moyen de stockage (14).
30 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel le moyen de stockage (14) est choisi dans le groupe comprenant un bloc de batteries (16) et/ou un bloc de supercondensateurs (18).
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la source est un module de stockage comprenant des moyens élémentaires de stockage d'énergie de même type et le procédé comprend une étape
5 d'équilibrage du niveau de charge des moyens élémentaires.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre les étapes de :
- définition d'au moins deux domaines fréquentiels (62,64,66) de î o fonctionnement de l'engin (2);
- allocation d'au moins une source parmi la pluralité de sources à chaque domaine fréquentiel défini ; et
- dans chaque domaine fréquentiel, commande de l'engin (2) pour utiliser en priorité la source allouée audit domaine fréquentiel lors d'un fonctionnement de
15 l'engin (2) dans ce domaine.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une étape de commande de limitation d'un effort de traction de l'engin (2) lorsque la somme des quantités d'énergies électriques déterminées de toutes les sources
20 est inférieure à une quantité d'énergie minimale nécessaire au fonctionnement de l'engin (2).
8. Système de gestion de l'énergie d'un engin ferroviaire comprenant une pluralité de sources d'énergie embarquées (12,14) et de consommateurs (6,20) d'énergie
25 électrique, ledit système comprenant, pour chaque source, des moyens de :
- définition (60) d'une consigne d'énergie électrique devant être fournie par ladite source;
- acquisition (46) d'informations relatives à au moins une caractéristique fonctionnelle de ladite source ;
30 - détermination (74) d'une quantité d'énergie électrique devant être fournie par ladite source en fonction de la consigne et de la caractéristique fonctionnelle de ladite source ; et - si la consigne est supérieure à la quantité d'énergie déterminée,
- sélection (74) d'une autre source ; et
- commande (74) à l'autre source de fournir la différence d'énergie entre la consigne et la quantité d'énergie déterminée, dans lequel la caractéristique fonctionnelle de la source est une limitation physique de ladite source et dans lequel la source est un groupe électrogène (12) ou une pile à combustible et la limitation de la source est une durée d'arrêt minimale entre deux fonctionnements successifs de ladite source ou une durée de fonctionnement minimale entre deux arrêts successifs de ladite source.
EP12707827.7A 2011-02-01 2012-01-31 Procede et systeme de gestion de l'energie d'un engin ferroviaire Withdrawn EP2670619A2 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1150755A FR2970913B1 (fr) 2011-02-01 2011-02-01 Procede et systeme de gestion de l'energie d'un engin ferroviaire.
PCT/FR2012/050204 WO2012104541A2 (fr) 2011-02-01 2012-01-31 Procede et systeme de gestion de l'energie d'un engin ferroviaire

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2670619A2 true EP2670619A2 (fr) 2013-12-11

Family

ID=44009802

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP12707827.7A Withdrawn EP2670619A2 (fr) 2011-02-01 2012-01-31 Procede et systeme de gestion de l'energie d'un engin ferroviaire

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP2670619A2 (fr)
FR (1) FR2970913B1 (fr)
WO (1) WO2012104541A2 (fr)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3094745B2 (ja) * 1993-09-24 2000-10-03 トヨタ自動車株式会社 ハイブリッド車の発電制御装置
FR2790428B1 (fr) * 1999-03-02 2001-05-18 Renault Procede de gestion de l'energie et vehicule a propulsion hybride
JP3832237B2 (ja) * 2000-09-22 2006-10-11 日産自動車株式会社 ハイブリッド車の制御装置
US7078877B2 (en) * 2003-08-18 2006-07-18 General Electric Company Vehicle energy storage system control methods and method for determining battery cycle life projection for heavy duty hybrid vehicle applications
US8138720B2 (en) * 2008-02-26 2012-03-20 Afs Trinity Power Corporation System and method for dual energy storage management

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2012104541A2 *

Also Published As

Publication number Publication date
FR2970913A1 (fr) 2012-08-03
WO2012104541A2 (fr) 2012-08-09
WO2012104541A3 (fr) 2013-04-11
FR2970913B1 (fr) 2014-08-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2885147B1 (fr) Procede de limitation de couple d'une machine electrique de vehicule hybride comportant un systeme de controle de vitesse
EP2885146B1 (fr) Procede de limitation de couple d'une machine electrique de vehicule hybride, dans le cas d'une forte demande en couple
JP2013102686A (ja) 車両用エネルギー貯蔵装置を制御する方法およびシステム
FR3032921A1 (fr) Systeme de transport ferroviaire autonome en energie electrique
JP6977697B2 (ja) 電池制御装置
FR2970442A1 (fr) Regulation de tension dans un engin ferroviaire hybride
EP3562704B1 (fr) Procédé et système de gestion de la charge de modules de stockage d'énergie électrique employés dans un système de transport à énergie électrique
US12233851B2 (en) Plug-in electric vehicles with derated traction control upon system faults
EP2670618A2 (fr) Procédé et système de gestion de l'énergie d'un engin ferroviaire
EP2670620A1 (fr) Procede et systeme de gestion de l'energie d'un engin ferroviaire
GB2561361A (en) Electrical vehicle battery management sytem and method of operation thereof
EP2670619A2 (fr) Procede et systeme de gestion de l'energie d'un engin ferroviaire
FR3010250A1 (fr) Systeme de gestion electrique des blocs d'une batterie en fonction de la puissance requise de la batterie et de la charge des blocs
FR2954257A1 (fr) Groupe motopropulseur hybride.
FR2942086A1 (fr) Dispositif et procede de gestion du niveau de charge electrique lors de la mise en charge d'une source de stockage electrochimique embarquee dans un vehicule
CA3095816A1 (fr) Procede de gestion d'energie dans un vehicule hybride
EP3162612B1 (fr) Procédé de pilotage de l'alimentation d'un moteur de véhicule de transport et dispositif associé
US20260121876A1 (en) Blockchain processing within a vehicle using surplus battery charging energy
FR3013903A1 (fr) Dispositif de diagnostic de l'etat de sante de moyens de stockage d'energie electrique couples a un producteur d'energie electrique, et dispositif de controle associe
FR2806979A1 (fr) Groupe motopropulseur comportant un dispositif d'accumulation d'energie a haute puissance specifique
EP2610126B1 (fr) Procédé d'aide à la conduite pour un véhicule hybride
FR3158285A1 (fr) Surveillance de l’alimentation électrique d’une machine motrice électrique, dans un véhicule terrestreà deux trains moteurs indépendants
FR3134355A1 (fr) Procede de determination d’une autonomie d’un vehicule a propulsion electrique
Handa et al. Development of next-generation electric vehicle: Mitsubishi’s i-Mi EV
WO2011124865A1 (fr) Procede de gestion d'utilisation d'energie pour alimenter un groupe motopropulseur hybride

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20130722

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
17Q First examination report despatched

Effective date: 20150107

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: SNCF MOBILITES

GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

INTG Intention to grant announced

Effective date: 20160413

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20160824