BATTERIE D'ACCUMULATEURS PROTEGEE CONTRE LES COURTS- CIRCUITS INTERNES
L'invention concerne les batteries d'accumulateurs électrochimiques. Cel les- ci peuvent par exemple être util isées dans le domaine des transports électriques et hybrides ou les systèmes embarqués.
Les véhicules hybrides combustion/électrique ou électriques incluent notamment des batteries de forte puissance. De tel les batteries sont util isées pour entraîner un moteur électrique à courant alternatif par l ' intermédiaire d'un onduleur. Les niveaux de tension nécessaires pour de tels moteurs atteignent plusieurs centaines de Volts, typiquement de l 'ordre de 400 Volts. De telles batteries comportent également une forte capacité afin de favoriser l 'autonomie du véhicule en mode électrique.
Pour obtenir de fortes puissances et capacités, on place plusieurs groupes d'accumulateurs en série. Le nombre d'étages (nombre de groupes d'accumulateurs) et le nombre d'accumulateurs en paral lèle dans chaque étage varient en fonction de la tension, du courant et de la capacité souhaités pour la batterie. L'association de plusieurs accumulateurs est appelée une batterie d'accumulateurs. Les accumulateurs électrochimiques util isés pour de tels véhicules sont généralement du type l ithium ion pour leur capacité à stocker une énergie importante avec un poids et un vol ume contenus. Les technologies de batterie de type Lithium ion phosphate de fer LiFeP04 font l 'objet d' importants développements du fait d'un niveau de sécurité intrinsèque élevé, au détriment d'une densité de stockage d'énergie un peu en retrait. Un accumulateur électrochimique a habituel lement une tension nominale de l'ordre de grandeur suivant :
3.3 V pour une technologie l ithium-ion phosphate de Fer, LiFeP04,
4.2 V pour une technologie de type l ithium-ion à base d'oxyde de cobalt. L'invention peut également s'appl iquer à des super-condensateurs.
La figure 1 représente une batterie d'accumulateurs l ithium-ion Bat connue de l'état de la technique. La batterie Bat est composée de quatre étages Et1 , Et2, Et3 et Et4 connectés en série. Chaque étage comprend quatre accumulateurs similaires, connectés en paral lèle. Les bornes des accumulateurs d'un même étage sont raccordées ensemble par l ' intermédiaire de connexions électriques de forte section. Chaque étage est également raccordé aux étages adjacents par l ' intermédiaire de connexions électriques de forte section afin de laisser passer de forts courants correspondant à la somme des courants des accumulateurs d'un étage. Une ou plusieurs charges sont destinées à être connectées aux bornes N et P de la batterie 1 .
La tension aux bornes des quatre étages est notée respectivement U 1 , U2, U3 et U4. Dans ce schéma, la tension totale U entre les bornes N et P de la batterie 1 est la somme des tensions U 1 , U2, U3 et U4. Le courant traversant chaque accumulateur du quatrième étage Et4 est notée respectivement 11 , 12, 13 et 14. Le courant I généré sur la borne P de la batterie Bat est la somme des courants 11 , 12, 13 et 14. Un circuit d'équil ibrage de charge Eq est connecté aux bornes de chaque étage de la batterie Bat.
Dans toute la durée de vie de la batterie, certains défauts peuvent apparaître sur certains accumulateurs composant la batterie. Un défaut sur un accumulateur se traduit généralement soit par la mise en court-circuit de l'accumulateur, soit par une mise en circuit ouvert, soit par un courant de fuite important dans l'accumulateur. I l est important de connaître l'impact de la défail lance d'un accumulateur sur la batterie. Une mise en circuit ouvert ou en court-circuit peut provoquer une défail lance globale de toute la batterie.
Dans le cas de l 'apparition d'un courant de fuite important dans un accumulateur d'un étage, la batterie se comporte comme une résistance qui provoque une décharge des accumulateurs de l'étage considéré jusqu'à zéro. Les risques de départ de feu sont faibles car l'énergie est dissipée relativement lentement. En technologie l ithium ion, la décharge des accumulateurs de l'étage jusqu'à une tension nul le les détériore ce qui impl ique leur remplacement en plus de l'accumulateur initialement défail lant. Lorsqu'un accumulateur forme un court- circuit, les trois autres accumulateurs de l'étage vont initialement se décharger dans cet accumulateur, du fait de la forte section des connexions électriques entre eux. Le fusible placé en série avec l 'accumulateur en court-circuit va interrompre la décharge parasite des trois autres accumulateurs.
Afin de protéger la batterie Bat des conséquences d 'un court-circuit dans un accumulateur, chaque accumulateur présente un fusible qui lui est connecté en série. Lorsqu'un accumulateur forme un court-circuit, le courant le traversant augmente sensiblement et fait fondre son fusible série afin de protéger le reste de la batterie Bat. En l 'absence de fusible, la dissipation d'énergie dans l 'accumulateur en court-circuit induirait son échauffement ainsi que celui des autres accumulateurs se déchargeant. Une tel le dissipation pourrait être la cause d'un départ de feu. Les technologies l ithium ion sont particul ièrement à risque lorsqu'un étage comprend un grand nombre d'accumulateurs en paral lèle pour stocker une énergie importante. L'oxyde de cobalt est connu comme une chimie fortement réactive. Le phosphate de fer est lui connu comme la chimie la plus sûre. L'util isation de fusibles s'avère donc particul ièrement appropriée pour ces technologies, en particul ier pour le phosphate de fer qui tolère une certaine surtension.
Cependant, la présence des fusibles en série entre les étages d'accumulateurs induit des pertes non négl igeables, particul ièrement handicapantes pour des appl ications embarquées.
Le document WO201 1 /003924 décrit une structure de batterie permettant d'él iminer les pertes induites par un système de protection durant le fonctionnement normal de la batterie, et permettant en outre d'assurer une continuité de service de la batterie lorsqu'un élément de la batterie se retrouve en court-circuit ou en coupe-circuit.
Dans ce document, la batterie comprend au moins des première et deuxième branches présentant chacune au moins des premier et deuxième accumulateurs connectés en série. La batterie comprend en outre un fusible par l'intermédiaire duquel les premiers accumulateurs sont connectés en paral lèle et par l'intermédiaire duquel les deuxièmes accumulateurs sont connectés en paral lèle. Le seuil de coupure du fusible est dimensionné pour s'ouvrir lorsqu'un des accumulateurs est en court-circuit.
Lorsque la batterie al imente un moteur électrique de véhicule, sa recharge intervient soit à l 'arrêt du véhicule en raccordant la batterie au réseau électrique, soit durant le roulage du véhicule pendant des phases durant laquel le le moteur électrique fonctionne en génératrice. Durant une recharge rapide à l 'arrêt du véhicule ou lors du fonctionnement du moteur électrique en génératrice, des courants de recharge ou d'équil ibrage non négl igeables peuvent être appl iqués sur les accumulateurs. Les fusibles connectés dans les connexions en paral lèle peuvent ainsi être traversés par des courants relativement importants. En outre, certains fusibles peuvent être traversés par le cumul des courants de recharge ou d'équil ibrage à destination de plusieurs accumulateurs d'un même étage et distants de la connectique de recharge. Certains fusibles peuvent ainsi représenter une connexion commune de plusieurs accumulateurs au circuit d'équil ibrage. Par conséquent, le dimensionnement des fusibles des connexions en paral lèle peut s'avérer dél icat pour assurer à la fois la protection des accumulateurs, la continuité de service de la batterie lors d'un dysfonctionnement d'un accumulateur, et la recharge des différents accumulateurs. Des pertes par effet Joule peuvent également intervenir durant la recharge ou l'équil ibrage du fait des courants traversant les fusibles. La durée de vie des fusibles peut également être amoindrie par l'appl ication répétée de courants de charge les traversant.
Le document US2010/072950 décrit une batterie d'accumulateurs incluant: -trois étages connectés en série;
-trois accumulateurs en paral lèle dans les étages;
-des fusibles respectifs connectés en série avec chacun des accumulateurs ; -des transistors associés à des fusibles respectifs, appl iquant un signal d'alerte sur un circuit de contrôle lorsque la tension aux bornes de leur fusible franchit un seuil ;
-des connexions assurant la connexion en paral lèle des accumulateurs de chacun des étages.
Aucun composant commun à deux étages ne participe à la connexion en parallèle des accumulateurs respectifs de ces deux étages.
Les fusibles ont une fonction d'interruption du courant en cas de surintensité. Le courant traversant les transistors lorsqu'ils sont fermés est par ailleurs négligeable par rapport au courant délivré par les accumulateurs.
L'invention vise à résoudre un ou plusieurs de ces inconvénients. L'invention porte ainsi sur une batterie d'accumulateurs telle que définie dans les revendications.
L'invention porte également sur un système défini dans les revendications.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
-la figure 1 est une représentation schématique d'un exemple de batterie selon l'état de la technique ;
-la figure 2 est une représentation schématique d'un exemple de batterie selon un mode de réalisation de l'invention ;
-la figure 3 illustre un exemple de limiteur de courant bidirectionnel ;
-la figure 4 illustre un autre exemple de limiteur de courant bidirectionnel ;
-la figure 5 illustre encore un autre exemple de limiteur de courant bidirectionnel ;
-la figure 6 est un diagramme illustrant la réponse en intensité usuelle d'un transistor JFET en fonction de la tension appliquée entre sa source et son drain ;
-la figure 7 est une représentation schématique d'un exemple de batterie selon un mode de réalisation de l'invention, ayant fait l'objet de simulations lors du dysfonctionnement d'une cellule électrochimique ;
-la figure 8 est un diagramme illustrant l'évolution de l'intensité dans des cellules électrochimiques de la batterie de la figure 7 ;
-la figure 9 est un diagramme illustrant l'évolution de la tension aux bornes de différentes cellules électrochimiques de la batterie de la figure 7 ;
-la figure 10 est un diagramme illustrant l'évolution de la tension aux bornes de cellules électrochimiques dans un étage comportant une cellule électrochimique défaillante ;
-la figure 1 1 illustre schématiquement une variante avantageuse de connexion de cellules électrochimiques dans un étage de batterie ;
-la figure 12 illustre un limiteur de courant monodirectionnel pouvant être utilisé dans la variante de la figure 1 1 ;
-la figure 1 3 illustre un circuit d'isolation d'un module de batterie incluant une cellule électrochimique défaillante ;
-la figure 14 illustre une batterie incluant plusieurs modules dans un mode de fonctionnement normal ;
-la figure 1 5 il lustre la batterie de la figure 14 dans un mode de fonctionnement où l 'un des modules inclut une cel lule électrochimique défail lante.
On désignera par la suite par l imiteur de courant un composant ou circuit traversé par un courant croissant avec la tension à ses bornes lorsque cette tension est inférieure à un seuil de saturation, et traversé par un courant de saturation sensiblement constant lorsque cette tension est supérieure audit seuil de saturation.
Avantageusement, le courant de saturation est supérieur à 50% de la valeur maximale du courant pour toute tension aux bornes du l imiteur inférieure au seuil de saturation. Avantageusement, le courant de saturation est au moins égal à la valeur maximale du courant pour une tension aux bornes du l imiteur inférieure au seuil de saturation.
La figure 2 est une représentation schématique d'un exemple de batterie 1 selon un mode de réal isation de l 'invention. La batterie 1 comprend cinq étages Eti à Et5 connectés électriquement en série. Chaque étage comprend cinq accumulateurs ou cel lules électrochimiques connectés électriquement en paral lèle. La batterie 1 comprend ainsi cinq branches Br1 à Br5 connectées électriquement en paral lèle. La connexion en paral lèle des accumulateurs d'un étage est réal isée par l ' intermédiaire de l imiteurs de courant Li. Chaque l imiteur de courant Li de l'exemple participe à la connexion en paral lèle de deux accumulateurs d'un étage, ainsi qu'à la connexion en paral lèle de deux accumulateurs d'un autre étage.
Une charge électrique 3 est connectée aux bornes P et N de la batterie 1 , de façon à être al imentée par cette batterie. Un circu it de gestion d'équil ibrage de charge 2 est connecté électriquement à chacun des étages Eti à Et5. Le circuit 2 est configuré pour procéder à la charge des accumulateurs de ces étages. Le circuit 2 est également configuré pour assurer le suivi de l 'état de charge des accumulateurs. Le circuit 2 est également configuré pour mettre en oeuvre un équil ibrage de charge des accumulateurs de ces étages, en fonction du suivi de leur état de charge. Les fonctions de charge/suivi l 'état de charge/équil ibrage de charge sont connus en soi et ne seront pas détail lées davantage. Au niveau des bornes P et N, la batterie 1 comprend avantageusement des col lecteurs de puissance traversés par les courants en parallèle provenant des différentes branches Br1 à Br5.
Les l imiteurs de courant permettent de l imiter le courant débité à travers un accumulateur en court-circuit, afin d'éviter tout risque d'échauffement et de départ de feu, et ce même en présence d'un grand nombre d'accumulateurs connectés en paral lèle dans chaque étage. La vitesse de décharge des accumulateurs d'un étage incluant un accumulateur en court-circuit est également l imitée, ce qui peut permettre de poursuivre l 'util isation de la batterie 1 . Par ail leurs, un accumulateur
en court-circuit n'est pas isolé du circuit 2, ce qui permet de détecter sa défail lance et de poursuivre sa surveil lance. En mesurant la tension à chaque étage, le circuit peut ainsi détecter une défail lance, en constatant par exemple qu'un étage se décharge ou se charge différemment des autres étages. Du fait qu'un accumulateur en court-circuit reste connecté en paral lèle des autres accumulateurs de l'étage, on peut détecter que les autres accumulateurs se déchargent progressivement dans celui-ci.
Les l imiteurs de courant permettent également de mettre en oeuvre une répartition d' intensité entre les accumulateurs des différentes branches en présence d'un accumulateur en court-circuit.
L'util isation de l imiteurs de courant dans les connexions en paral lèle des accumulateurs permet d'appl iquer des courants de charge d'ampl itudes élevées sur les accumulateurs, pour mettre en oeuvre soit une charge rapide par le réseau électrique (nécessaire pour assurer des temps de charge réduits), soit une charge par un moteur électrique fonctionnant en génératrice (par exemple lors d'une phase de freinage d'un véhicule), sans induire de coupure intempestive de ces connexions en paral lèle.
Durant une phase de charge ou de décharge, le courant principal dans une branche traverse l 'ensemble des accumulateurs connectés en série dans cette branche. Durant un tel fonctionnement, si l 'ensemble des accumulateurs sont similaires et présentent un même état de charge ou de décharge, aucun courant transversal ne circule à travers les l imiteurs de courant Li. Les limiteurs de courants Li peuvent être de tout type approprié. La figure 3 il lustre un exemple de l imiteur de courant Li basé sur l 'util isation de transistors de type JFET. Le l imiteur de courant Li de cet exemple comporte avantageusement deux transistors T1 et 12 montés tête-bêche. Le transistor T1 a sa gril le connectée à sa source. Son drain est destiné à être connecté à une borne d'un accumulateur. Le transistor T1 assure ainsi une l imitation du courant le traversant dans le sens al lant de son drain vers sa source. Le transistor 12 a sa gril le connectée à sa source. Son drain est destiné à être connecté à une borne d'un accumulateur. Le transistor 12 assure ainsi une l imitation du courant le traversant dans le sens al lant de son drain vers sa source. Un transistor de type JFET présente l 'avantage d'être naturel lement fermé en l 'absence de circuit de commande pour polariser sa gril le. I l n'est ainsi pas nécessaire de disposer d'un circuit de commande pour permettre le passage des courants transversaux d'équil ibrage de charge ou de recharge des accumulateurs.
Le montage de deux transistors tête-bêche dans le l imiteur de courant Li permet de réal iser une l imitation de courant bidirectionnel le. Ainsi, un l imiteur de courant Li :
-l imite le courant de décharge provenant d'un accumulateur auquel il est connecté lorsque celui-ci se décharge dans un autre accumulateur en court-circuit ;
-l imite le courant de charge (provenant de plusieurs accumulateurs) vers l 'accumulateur auquel il est connecté lorsque celui-ci est en court-circuit.
La figure 6 il lustre un exemple classique de caractéristique d'un transistor
JFET pour une différence de potentiel Vgs entre gri l le et source donnée. L'ordonnée correspond au courant drain-source Ids, l 'abscisse correspondant à la différence de potentiel Vds entre son drain et sa source.
De façon connue en soi, le courant Ids est sensiblement proportionnel à la tension Vds lorsque Vds est inférieur à la tension de saturation Vs. Le courant est sensiblement constant et proche d'un courant de saturation Is lorsque la tension
Vds est supérieure audit seuil de saturation Vs.
L'homme du métier saura de façon connue en soi déterminer le dimensionnement des transistors des limiteurs de courant pour obtenir des valeurs souhaitées de courant de saturation Is et de tension de saturation Vs.
Dans l'exemple illustré à la figure 6, le courant Ids pour une tension Vds supérieure à Vs est supérieur au courant Ids pour toute tension Vds inférieure à Vs.
On peut cependant envisager un rebroussement de l'intensité lorsque Vds franchit la valeur Vs, notamment du fait de l'échauffement des transistors. Cependant, le courant Ids reste significatif lorsque Vds est supérieur à Vs, par exemple au moins égal à 0,5 * Is.
Le ou les transistors de type JFET du l imiteur de courant Li peuvent également être remplacés par des transistors de type Mosfet à déplétion dont la gril le est connectée à la source et dont le drain est connecté à une borne d'un accumulateur. Un tel transistor permet également d'être naturel lement fermé en l'absence de circuit de commande pour polariser sa gril le. Le ou les transistors de type JFET du l imiteur de courant Li peuvent également être remplacés par des transistors de type Mosfet à enrichissement de type canal N. Un tel transistor étant à l 'état naturel lement ouvert, sa gril le doit être commandée en permanence pour le maintenir fermé.
La figure 4 il lustre un premier exemple de structure de l imiteur Li permettant de maintenir à l'état fermé deux transistors de type Mosfet à enrichissement de type canal N, sans nécessiter de circuit de commande externe pour polariser sa gril le.
Deux Mos tête-bêche sont util isés du fait de la présence d'une jonction de diode interne au Mos entre drain et source.
Le l imiteur Li comporte un transistor T1 . La diode D1 modél ise la diode intrinsèque au transistor Mos T1 , dont l'anode est connectée à la source du transistor T1 et dont la cathode est connectée au drain du transistor T1 . Le l imiteur
Li comporte un transistor 12. La diode D2 modél ise la diode intrinsèque au transistor Mos 12, dont l'anode est connectée à la source du transistor 12 et dont la cathode est connectée au drain du transistor 12. La gril le des transistors T1 et 12 est connectée par l'intermédiaire d'une même résistance R à une borne d'un accumulateur A. En pratique, la tension aux bornes de l 'accumulateur A polarise la gril le des transistors T1 et 12 et les maintient donc passants.
La figure 5 il lustre un deuxième exemple de structure de l imiteur Li permettant de maintenir à l 'état fermé deux transistors de type NMos, sans nécessiter de circuit de commande externe pour polariser sa gril le.
Deux accumulateurs A1 et A2 sont connectés en paral lèle dans un même étage. La source du transistor T1 est connectée à une première borne de l'accumulateur A1 . La gril le du transistor T1 est connectée à une deuxième borne de l 'accumulateur A1 par l ' intermédiaire d'une résistance R1 . La source du transistor 12 est connectée à une première borne de l 'accumulateur A2. La gril le du transistor 12 est connectée à une deuxième borne de l 'accumulateur A2 par l' intermédiaire d'une résistance R2. Les transistors T1 et 12 sont connectés par leur source. Les diodes intrinsèques D1 et D2 respectives des transistors MOS T1 et 12 sont également il lustrées. Les tensions aux bornes des accumulateurs A1 et A2 polarisent les grilles respectives des transistors T1 et 12 et les maintiennent donc passants.
Même en maintenant les transistors NMos T1 et 12 fermés en permanence, leur consommation reste relativement réduite en fonctionnement normal car l'oxyde de grille des Mos est un condensateur qui ne consomme donc aucun courant permanent. De ce fait, une tension constante est appl iquée sur leur gril le correspondant à la tension des accumulateurs A1 et A2, typiquement de l 'ordre de 3,3 V pour des accumulateurs de type LiFeP.
Comme il lustré à la figure 7, une batterie 1 selon l' invention comprend avantageusement des accumulateurs de type l ithium-ion LiFeP avec un nombre d'étages supérieur ou égal à 7 (en l'occurrence 8 dans cet exemple). En effet, un accumulateur de ce type tolère une surtension (tension pouvant atteindre jusqu'à 4,2 V) et la surtension induite dans les accumulateurs d'une branche incluant un accumulateur en court-circuit n'induit ainsi pas leur destruction ou un risque de sécurité pour un nombre d'étages aussi important.
La première branche Br1 inclut des accumulateurs A1 1 à A18 connectés en série. La deuxième branche Br2 inclut des accumulateurs A21 à A28 connectés en série. La troisième branche Br3 inclut des accumulateurs A31 à A38 connectés en série. La quatrième branche Br4 inclut des accumulateurs A41 à A48 connectés en série. Des limiteurs de courants Li 1 1 à Li 1 réal isent la connexion en paral lèle des accumulateurs des première et deuxième branches. Des l imiteurs de courants Li21 à Li27 réal isent la connexion en paral lèle des accumulateurs des deuxième et
troisième branches. Des l imiteurs de courants L i 31 à Li37 réal isent la connexion en paral lèle des accumulateurs des troisième et quatrième branches.
Des simulations de dysfonctionnements ont été réalisées avec un modèle d'une batterie 1 selon la figure 7. Pour ces simulations, les accumulateurs ont été assimilés à des sources de tension de 3,3 V en série avec une résistance interne de 0,01 Ω. Les l imiteurs de courant ont été dimensionnés avec un courant de saturation de 1 A, avec une résistance nominale de 0,01 5Ω.
Dans l 'exemple de la figure 7, l 'accumulateur A26 subit un dysfonctionnement en court-circuit. La figure 8 est un diagramme représentant l'évolution de l ' intensité à travers les différentes branches suite à l'apparition du dysfonctionnement. Du fait de la présence des l imiteurs de courant Li 1 5, Li25, Li35 et Li 1 6, Li26, Li36, les courants de charge transversaux provenant des accumulateurs A1 6, A36 et A46 restent relativement l imités. De ce fait le courant de charge reçu par la branche Br2 ne vient pas des courants de charge transversaux mais par les connections externes des branches Br1 , Br3, Br4,.non pourvues de limiteurs Les branches Br1 , Br3 et Br4 fournissent donc un courant de charge (trait discontinu). La branche Br2 reçoit un courant de charge (en pointil lés), correspondant au cumul des courants de charge des branches Br1 , Br3 et Br4. La figure 9 est un diagramme représentant la tension aux bornes de l 'accumulateur A26 (en pointil lés) et la tension aux bornes des accumulateurs de la branche Br2 (en trait discontinu) exempts de dysfonctionnements. La tension aux bornes de l'accumulateur défail lant A26 chute progressivement jusqu'à une valeur proche de 0V. La tension aux bornes des autres accumulateurs de la branche Br2 augmente progressivement d'une valeur de 3,3 V jusqu'à environ 3,8 V, pour compenser la baisse de tension dans l'étage Et6. Cette tension est largement supportable par les autres accumulateurs de la branche Br2 en technologie LiFeP.
Comme il lustré à la figure 10, la vitesse de décharge des accumulateurs A1 6, A36 et A46 (trait discontinu) est par conséquent nettement plus lente que la vitesse de décharge de l 'accumulateur A26 (en pointil lés). Progressivement, l'ensemble de l 'étage Et6 se décharge et la tension aux bornes de la batterie 1 baisse en conséquence. Le temps de décharge de cet étage défail lant est bien entendu dépendant du nombre d'accumulateurs connectés en paral lèle et du courant de saturation des l imiteurs de courant.
Dans une tel le batterie, il reste possible de procéder à un équil ibrage de charge des étages non défail lants même en présence d'un étage défaillant. Le circuit 2 pourra déterminer la présence d'un accumulateur défail lant en identifiant une branche absorbant un courant de charge provenant des autres branches ou en identifiant un étage aux bornes duquel la tension varie anormalement par rapport aux autres étages, soit lors d'une charge, soit lors d'une décharge. On peut également identifier un étage contenant un accumulateur défaillant à partir d'une
variation importante de sa vitesse de décharge ou de son niveau de tension puisqu'il se décharge progressivement pour atteindre 0V.
La figure 1 1 représente schématiquement une variante avantageuse de connexion d'accumulateurs dans un étage. En l 'occurrence, l'ensemble des accumulateurs A1 à A5 d'un étage Et ont une borne connectée à un noeud de connexion commun NC par l ' intermédiaire de l imiteurs de courant respectifs Li 1 à Li5. L'autre borne de ces accumulateurs A1 à A5 peut être connectée à un autre nœud de connexion commun par l'intermédiaire d'autres l imiteurs de courant respectifs.
Une tel le structure permet d'une part d'util iser des l imiteurs de courant unidirectionnels. Une tel le structure permet par ai lleurs de déterminer aisément quel le zone de la batterie est défail lante, les l imiteurs de courant maintenant un contact électrique avec la zone défail lante. En outre, les courants d'équil ibrage transitent uniquement par le limiteur de charge associé à l'accumulateur concerné. Il n'y a ainsi pas de limiteur de courant qui voit transiter du courant de charge ou d'équil ibrage à destination de plusieurs accumulateurs, ce qui limite les pertes et permet de réduire leur dimensionnement. A cet effet, le circuit 2 est ici connecté aux nœuds de connexion communs. En outre, une tel le structure permet de l imiter le nombre de transistors intégrés dans les l imiteurs de courant.
Pour des l imiteurs de courant dans le sens de la charge (courant al lant du noeud commun vers les accumulateurs), si un accumulateur se retrouve en court- circuit, le courant de charge fourni par les autres accumulateurs de l 'étage devra forcément traverser son l imiteur de courant. L'accumulateur en court-circuit sera donc protégé d'un courant de charge excessif.
Pour des l imiteurs de courant dans le sens de la décharge (courant al lant d'un accumulateur vers le noeud commun), si un accumulateur se retrouve en court-circuit, les courants de décharge fournis par les autres accumulateurs de l'étage seront limités par leurs l imiteurs de courant respectifs. L'accumulateur en court-circuit sera donc protégé d'un courant de charge excessif par les l imiteurs de courant des autres accumulateurs.
La figure 12 représente schématiquement un l imiteur de courant unidirectionnel Li, basé sur un transistor JFET T3, l imitant le courant dans le sens d'un accumulateur vers le noeud commun NC.
Différents critères pourront être pris en compte pour dimensionner le courant de saturation et/ou la tension de saturation des l imiteurs de courant.
On pourra notamment util iser des l imiteurs de courant dont la tension de saturation est inférieure à la tension nominale de chacun des accumulateurs de la batterie 1 .
On pourra également utiliser un circuit d'équilibrage 2 configuré pour appliquer un courant d'équilibrage aux accumulateurs restant inférieur aux courants de saturation des limiteurs de courant.
Le courant de saturation pourra également être défini à un courant nominal d'un accumulateur aboutissant à sa décharge complète en une heure.
Une batterie 1 destinée à alimenter un moteur électrique de véhicule automobile présente typiquement une tension nominale comprise entre 200 et 500 V. Pour une telle batterie, les limiteurs de courant pourront être dimensionnés pour présenter une intensité de saturation comprise entre 200 mA et 2 A, par exemple de l'ordre de 1 A. Afin de limiter les pertes lors de la charge ou de l'équilibrage de charge dans la batterie 1 , les limiteurs de courant sont avantageusement dimensionnés pour présenter une résistance réduite à l'état passant, typiquement inférieure ou égale à 0,1 Ω, de préférence inférieure à 1 Ω, lorsque la tension à leurs bornes est inférieure à ladite tension de saturation.
Avantageusement, le circuit 2 peut réaliser un écrêtage de tension aux bornes des accumulateurs, pour des accumulateurs de type lithium-ion incapables de réaliser naturellement cet écrêtage. Un tel écrêtage peut être réalisé par un circuit 2 d'un volume et d'un coût relativement réduits, du fait de la connexion en parallèle des accumulateurs d'un même étage.
Un dispositif de stockage ou batterie de puissance dont la tension nominale est généralement supérieure à 100V comprendra typiquement plusieurs modules ou batteries connectées en série. Chaque module comprendra alors plusieurs étages en série avec plusieurs branches en parallèle. Dans le cas où un accumulateur soit défaillant dans l'un des modules, le circuit 2 pourra avantageusement commander le court-circuitage de ce module afin d'assurer la continuité de service du reste du dispositif de stockage.
La figure 1 3 illustre un circuit d'isolation d'un module Mod en cas de défaillance de celui-ci. Le module Mod comporte des bornes B1 et B2 entre lesquelles il applique sa différence de potentiel d'alimentation. Le circuit d'isolation comporte deux pôles de sortie de puissance P et N, destinées à être connectées à des modules en série ou à une des bornes de puissance du dispositif de stockage de puissance. Le circuit de puissance comporte deux branches connectées en parallèle entre les pôles P et N. Une première branche inclut l'interrupteur 11 en série avec le module Mod. Une deuxième branche de dérivation inclut l'interrupteur.
L'interrupteur 12 est configuré pour être normalement fermé, l'interrupteur 11 étant configuré pour être normalement ouvert. L'interrupteur 11 est configuré pour ouvrir/fermer sélectivement la branche incluant le module Mod. L'interrupteur 12 est configuré pour ouvrir/fermer sélectivement la branche de dérivation. La fermeture de l'interrupteur 11 est commandée par le circuit 2. En l'absence de
signal de commande appl iqué par le circuit 2, l ' interrupteur 11 est maintenu ouvert afin d'isoler automatiquement le module Mod en cas de dysfonctionnement. La fermeture de l' interrupteur 12 est commandée par défaut par la tension entre les bornes B 1 et B2. Ainsi, la présence normale d'une tension entre les bornes B1 et B2 maintient l ' interrupteur 12 ouvert en l'absence d'autres commandes, ce qui assure le court-circuitage du module Mod par défaut en cas de dysfonctionnement. L'ouverture de l'interrupteur 12 doit être commandée de façon active par le circuit 2 afin d'appl iquer la tension du module Mod sur les pôles P et N.
Les interrupteurs 11 et 12 peuvent être des transistors de type MOSFET, qui peuvent aisément être dimensionnés de façon appropriée à un coût relativement réduit. Les transistors 11 et 12 peuvent être de type nMOS.
La figure 14 il lustre un système 4 comprenant des modules Mod1 , Mod2, Mod3 connectés en série. Le module Mod 1 est connecté entre les pôles P1 et P2, le module Mod2 est connecté entre les pôles P2 et P3, le module Mod3 est connecté entre les pôles P3 et P4. Le circuit d'isolation du module Mod 1 comprend des interrupteurs 11 1 et 11 2, le circuit d'isolation du module Mod2 comprend des interrupteurs 121 et 11 2, le circuit d'isolation du module Mod3 comprend des interrupteurs 131 et I32. Dans la configuration il lustrée, les modules Mod 1 , Mod2, Mod3 sont opérationnels. Par conséquent, les interrupteurs 11 1 , 121 et 131 sont fermés et leurs interrupteurs 112, I22 et I32 sont ouverts, de sorte que les modules Mod1 , Mod2, Mod3 sont connectés en série.
La figure 14 il lustre le système 4 lorsque le module Mod2 connaît un dysfonctionnement. Lorsque le circuit 2 détecte ce dysfonctionnement, il ouvre l'interrupteur 121 et ferme l'interrupteur I22. Le module Mod2 est ainsi court- circuité. Le module Mod2 peut être ainsi isolé afin d'éviter sa charge et ainsi éviter une avarie plus grave. Le système 4 peut donc être util isé de façon dégradée en assurant sa continuité de service. L' invention s'appl ique à une batterie comprenant au moins deux étages et au moins trois accumulateurs dans chaque étage, bien qu'un nombre d'étages et d'accumulateurs plus important ait été mentionnés dans les différents modes de réal isation décrits. Les limiteurs de courant peuvent être réal isés avec des transistors bipolaires.
En dessous du seuil de saturation, le courant traversant un tel l imiteur de courant est alors sensiblement défini par une fonction affine de la tension.