EP4635045A1 - Système de stockage d'energie par mise en parallele de batteries - Google Patents

Système de stockage d'energie par mise en parallele de batteries

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Publication number
EP4635045A1
EP4635045A1 EP23813680.8A EP23813680A EP4635045A1 EP 4635045 A1 EP4635045 A1 EP 4635045A1 EP 23813680 A EP23813680 A EP 23813680A EP 4635045 A1 EP4635045 A1 EP 4635045A1
Authority
EP
European Patent Office
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energy storage
direct current
battery energy
battery
current
Prior art date
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Pending
Application number
EP23813680.8A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Antoine CAILLIEREZ
Christophe Ripoll
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.)
Ampere SAS
Original Assignee
Ampere SAS
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in networks by storage of energy
    • H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in networks by storage of energy using batteries or super capacitors with converting means
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    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
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Definitions

  • the present invention relates to a battery energy storage system.
  • the present invention aims to constitute a system whose electronics allow the paralleling of batteries for energy storage.
  • Switches controlled by a control unit allow the use of these batteries sequentially depending on their state of charge.
  • the invention aims to overcome at least some of the aforementioned drawbacks and to propose a system allowing the use of several batteries in parallel with the same reversible charger on the one hand and on the other hand the possibility of assigning these batteries to different chargers.
  • the invention aims to provide a battery energy storage system, comprising at least two battery energy storage units, a direct current power connection, a switching arrangement provided between said at least two battery energy storage units or DC power sources and the DC power connection, wherein the switching arrangement is configured to be able to individually couple and decouple each of the units battery energy storage or DC power sources to and from the DC power connection, and a supervisor control configured to select at least one of the battery energy storage units or DC power sources and to control the switching arrangement to couple only the at least one battery energy storage unit or source selected DC power sources to the DC power connection, the switching arrangement comprising a switching cell for each battery energy storage unit or DC power source, each switching cell comprising means of blocking or passage of current, reversible in their direction of blocking or passage of current, and in that the control supervisor is configured to be able to control the means of blocking or passage of current to block or authorize the passage of the current current in one direction or the other direction in said means for blocking or passing current.
  • the means for blocking or passing current comprise an active switch.
  • the active switch is of the MOSFET type.
  • the means for blocking or passing the current comprise a first diode connected in parallel with a first switch and a second diode connected in parallel with a second switch, the first diode and the second diode being connected in series and head- spade relative to each other, the control supervisor being configured to be able to individually switch each of said switches to the open or closed position.
  • the switches are of the IGBT type.
  • the direct current power connection is linked to a first DC/AC converter itself linked to a public power supply network.
  • the system can further provide a second direct current connection linked on the one hand to a second DC/AC converter and on the other hand to each battery energy storage unit or direct current energy source via a cell switching for each battery energy storage unit or direct current energy source.
  • the second direct current connection linked on the one hand to a second DC/AC converter and on the other hand to a single battery energy storage unit or direct current energy source via a switching cell.
  • the second direct current connection is coupled to a second DC/AC converter itself coupled on the one hand to the first DC/AC converter and to each battery energy storage unit or power source. DC energy via a switching cell for each battery energy storage unit.
  • the invention also relates to a system in which at least one battery energy storage unit or direct current energy source is a vehicle battery.
  • FIG 1 represents a battery energy storage system of the prior art.
  • FIG 2 represents the battery energy storage system according to a first embodiment, in which all the switches of the switching cells are open.
  • FIG 3 represents a passing switching cell in a first direction.
  • FIG 4 represents the switching cell of Figure 3, passing in a second direction opposite the first direction.
  • FIG 5 shows the battery energy storage system according to the first embodiment of Figure 2, in which two of the switches of the switching cells are closed.
  • FIG 6 represents the battery energy storage system according to a second embodiment.
  • FIG. 1 shows a prior art battery energy storage system, comprising at least two, for example three battery energy storage units 10, a direct current electrical connection 30 and a switching arrangement 40 provided between said at least two battery energy storage units or direct current energy sources 10 and the direct current electrical connection 30.
  • a control arrangement allows each of the battery energy storage units or DC power sources 10 to and from the DC electrical connection 30 to be individually monitored, coupled and decoupled.
  • This system of the prior art aims to select one or more battery energy storage units or direct current energy sources from the plurality of units or sources, so that a sum of short currents circuit of the selected battery energy storage units or direct current power sources is less than a short circuit current limit, which short circuit current limit is less than a sum of short circuit currents of said plurality of battery energy storage units or direct current energy sources, and so as to connect only the selected battery energy storage units or direct current energy sources to the connection of DC power supply 30.
  • each storage unit with a direct current energy source, for example a photovoltaic panel, or even with a supercapacitor so as to be able to respond to a possible large current draw.
  • a direct current energy source for example a photovoltaic panel
  • a supercapacitor so as to be able to respond to a possible large current draw.
  • This system does not allow several batteries to be assigned to different chargers, nor the easy use of these batteries in parallel with the same reversible charger, since the paralleling of the batteries can only be done over a limited, restricted operating range. by the battery with the lowest capacity.
  • the invention aims to put batteries in parallel at different charging voltages in order to transfer energy, by example towards the network or towards a storage battery, by the use of power electronic components.
  • the battery energy storage system 1 comprises:
  • switching arrangement 4 provided between said at least two battery energy storage units or direct current energy sources 2 and the direct current power connection 3, in which the switching arrangement 4 is configured to be able to individually couple and decouple each of the battery energy storage units or DC power sources 2 to and from the converter 5 through the DC power supply connection 3, and
  • CALC control supervisor configured to select at least one of the battery energy storage units or DC energy sources 2 and to control the switching arrangement 4 to couple only the at least two storage units battery power or selected DC power sources to and from the converter 5 through the DC power connection 30.
  • the switching arrangement 4 includes a switching cell 7 for each battery energy storage unit or DC power source 2.
  • Each switching cell 7 includes means for blocking or passing current 8A, 8B, 9A, 9B, shown in Figure 3
  • the means for blocking or passing current 8A, 8B, 9A, 9B are reversible in their direction of blocking or passing current.
  • the reversible switching cell 7 is made current in one direction or another or blocked by the switching elements 9A, 8A, 8B, 9B.
  • the CALC control supervisor is for example configured to select at least one battery energy storage unit or direct current energy sources 2 such that a sum of short-circuit currents of the at least one selected battery energy storage unit or direct current energy source is less than a current limit short circuit, in which the short circuit current limit is less than a sum of short circuit currents of said at least two battery energy storage units or direct current energy sources 2, and so that a sum of discharge powers or a sum of charging powers of the at least one battery energy storage unit or selected direct current energy source is equal to or exceeds a power limit, and such that charging states of the selected at least one battery energy storage unit or DC power source are within a determined range.
  • the CALC control supervisor is configured to be able to control the current blocking or passage means 8A, 8B, 9A, 9B to block or authorize the passage of current in one direction or the other direction in said blocking or blocking means. passage of current 8A, 8B, 9A, 9B.
  • Figure 2 illustrates a configuration in which all the switches of the cells 7 are open, said means of blocking or passing the current 8A, 8B, 9A, 9B therefore being blocking the passage of the current from and to the storage units of battery energy or direct current energy sources 2 and the converter 5 through the direct current power connection 3.
  • the invention therefore consists of replacing each switch of the system described in document WO2020192861 A l with an analog switching cell as described in Figures 3 and 4.
  • Figure 3 represents an exemplary embodiment of a switching cell 7 passing in a first direction
  • Figure 4 represents the same switching cell, passing in a second direction opposite the first direction.
  • the set of batteries or sources 2 selected to transfer energy to the network 6 is selected by each of the switch 9 of the switching cells 8B, 9B, the balancing of the battery voltage levels being done by natural conduction of the diode 8 of the switching cells 8A, 9A.
  • diode 8 of cell 8A, 9A is blocked.
  • the analog switching cell 7 includes current blocking or passing means 8A, 8B, 9A, 9B which include for example an active switch (not illustrated).
  • the active switch is of the MOSFET type.
  • the current blocking or passing means 8A, 8B, 9A, 9B comprise, as illustrated in Figures 3 and 4, a first diode 8A connected in parallel with a first switch 9A and a second diode 8B connected in parallel to a second switch 9A, the first diode 8A and the second diode 8B being connected in series and head to tail with respect to each other, that is to say in antiparallel one with respect to the other, and a CALC control supervisor configured to be able to individually switch each of said switches 9A, 9B to the open or closed position.
  • Switches 9A, 9B respectively allow diodes D I and D2 to be short-circuited in order to control the flow of current in one direction or the other.
  • Diodes D I and D2 head to tail prevent the current from going in one direction or the other when switches 9A and 9B are open.
  • the switches 9A and 9B can be IGBT type switches, or the pairs 8A, 9A and 8B, 9B can be constituted by a Mosfet type switch or any other active switch allowing the blocking or passage of current in one direction or in the other.
  • At least one of the switches 9A, 9B is of the IGBT type.
  • the direct current power supply connection 3 is linked to a first DC/AC converter 5 itself linked to a public power supply network 6.
  • At least one, for example two battery energy storage units or direct current energy sources 2 see one of their switching cells 7 closed, which allows the passage of current from said batteries or sources 2 towards the electrical network 6, while the other battery energy storage units or direct current energy sources 2 (in this case the second of at least two units 2 illustrated) has its two cells switching points 7 open, which blocks any current flow to and from these units.
  • the paralleling of the battery units or direct current energy sources 2 is thus carried out for the selective discharge of the battery units or direct current energy sources 2 in question, thanks to the CALC control supervisor which makes it possible to close the switches of each of the storage units or direct current energy sources 2 associated according to the need for use of these storage units or direct current energy sources 2, either to discharge them, or vice versa to the transfer of current from the network 6 to these units or direct current energy sources 2 via the first DC/AC converter 5.
  • the units or sources 2 are of different load levels and therefore of different voltages, the one with the higher voltage will transfer its energy first through the first DC/AC converter 5, until the voltages of these units or sources 2 are balanced, which allows that the two units or sources 2 selected in question can be used for the transfer of voltage by the first DC/AC converter 5 to the electrical network 6.
  • the CALC control supervisor can control the total discharge capacity of system 1 by activating cells 7 assigned to each of the units or sources 2.
  • the charging of the storage units or direct current energy sources 2 by the network 6 is done by controlling the cells 7 allowing the current to pass in the opposite direction.
  • the first DC/AC converter 5 can be connected to another converter, or to another power source than a public power supply network 6.
  • the energy storage system 1 allows the use of storage units or direct current energy sources with additional reversible DC/AC chargers 5B.
  • system 1 comprises a second direct current connection linked on the one hand to a second DC/AC converter 5B and on the other hand to each energy storage unit battery or direct current energy source 2 via a switching cell 7 for each battery energy storage unit or direct current energy source 2.
  • Each unit or source 2 is then connected with as many switching cells 7 as there are converters.
  • the illustration gives the example of two converters 5, 5B located in the same storage system 1 or in two separate storage systems 1.
  • the units or sources 2 can be used indifferently in parallel or not, and on each of the converters 5, 5B indifferently depending on the CALC control supervisor.
  • the converters 5, 5B are electrical chargers and the unit or source 2 is in recharge mode if its first switch 9A is on and therefore closed and its second switch 9B open ( Figure 3), while the converters 5, 5B and the unit or source 2 are in inverter mode (battery discharge in the network) if its first switch 9A is open and its second switch 9B is closed ( Figure 4 ).
  • the system can also provide a second direct current connection linked on the one hand to a second DC/AC converter 5B and on the other hand to a single battery energy storage unit or direct current energy source 2 via a switching cell 7.
  • the storage unit or direct current energy source 2 is used by the two converters 5, 5B, while the other units or sources 2 are not used, the converters 5, 5B and the unit or source 2 are in recharge mode of the units or sources 2 if the first switch 9A of the switching cell 7 is closed, and are in inverter mode (electrical discharge of the units or sources in the network 6 ) if the second switch 9B of the switching cell 7 is closed.
  • the invention also relates to a system in which at least one battery energy storage unit or direct current energy source 2 is a vehicle battery.
  • the second direct current connection is coupled to the second DC/AC converter 5B which is itself coupled on the one hand to the first DC/AC converter 5 and to each battery energy storage unit or direct current energy source 2 via a switching cell 7 for each battery energy storage unit or direct current energy source 2.
  • the switching electronics thus produced also make it possible to charge or discharge the battery storage units or direct current energy sources 2 into each other without going through the electricity distribution network 7.
  • this variant of system 1 thus makes it possible to recharge a vehicle newly connected to this fleet independently of the connection to the electricity distribution network 7.
  • the invention therefore makes it possible to produce an energy storage system 1 comprising interface electronics between the battery storage units or direct current energy sources 2 and one or more communal converters 5, 5B serving as reversible chargers or inverters in order to parallelize the storage units or direct current energy sources 2, which facilitates the increase in the energy storage capacity by the possibility of adding storage units battery or direct current energy sources without the need for converter addition.
  • the batteries can be of a different nature (chemical composition, manufacturer, generation) or of the supercapacitor type, and can also be replaced by an energy production unit of the photovoltaic panel type, or combined with this source.

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Abstract

Ce système de stockage d'énergie par batterie (1) comprend : • au moins deux unités de stockage d'énergie de batterie ou sources d'énergie en courant continu (2); • une connexion d'alimentation en courant continu (3); • un agencement de commutation (4) configuré pour pouvoir coupler et découpler individuellement des unités de stockage d'énergie de batterie (2) vers et depuis la connexion d'alimentation en courant continu (3), et • un superviseur de commande (CALC) configuré pour sélectionner au moins une des unités de stockage et pour commander l'agencement de commutation (4) pour coupler uniquement les unités de stockage d'énergie de batterie sélectionnées à la connexion d'alimentation, ou plusieurs convertisseurs avec plusieurs connexions en courant continu, l'agencement de commutation (4) comportant une cellule de commutation (7) pour chaque unité de stockage comportant des moyens de blocage ou de passage du courant, réversibles dans leur direction de blocage ou de passage du courant, et le superviseur de commande (CALC) étant configuré pour pouvoir commander les moyens de blocage ou de passage du courant.

Description

DESCRIPTION
TITRE : SYSTÈME DE STOCKAGE D’ENERGIE PAR MISE EN
PARALLELE DE BATTERIES
Domaine technique
La présente invention concerne un système de stockage d'énergie par batterie.
La présente invention vise à constituer un système dont l ’ électronique permet la mise en parallèle de batteries pour le stockage d’ énergie.
Techniques antérieures
On connaît des systèmes tel que celui décrit dans le document décrit dans le document WO2020192861 Al , qui permettent l ’utilisation en parallèle de batterie avec un chargeur réversible DC/AC.
Des interrupteurs commandés par une unité de contrôle permettent l ’utilisation de ces batteries de manière séquentielle en fonction de leur état de charge.
L’inconvénient de ce type d’utilisation est que le transfert d’ énergie est momentanément interrompu lorsqu’une batterie est déchargée pour basculer sur une autre batterie.
Exposé de l’invention
L’invention a pour but de pallier au moins certains des inconvénients précités et de proposer un système permettant l ’utilisation de plusieurs batteries en parallèle avec un même chargeur réversible d’une part et d’ autre part la possibilité d’ affecter ces batteries à des chargeurs différents.
Au vu de ce qui précède, l ’ invention a pour obj et un système de stockage d'énergie par batterie, comprenant au moins deux unités de stockage d’ énergie de batterie, une connexion d’ alimentation en courant continu, un agencement de commutation prévu entre lesdites au moins deux unités de stockage d’ énergie de batterie ou sources d’ énergie en courant continu et la connexion d'alimentation en courant continu, dans lequel l'agencement de commutation est configuré pour pouvoir coupler et découpler individuellement chacune des unités de stockage d’ énergie de batterie ou sources d’ énergie en courant continu vers et depuis la connexion d'alimentation en courant continu, et un superviseur de commande configuré pour sélectionner au moins une des unités de stockage d’ énergie de batterie ou sources d’ énergie en courant continu et pour commander l'agencement de commutation pour coupler uniquement l ’ au moins une unité de stockage d’ énergie de batterie ou source d’ énergie en courant continu sélectionnées à la connexion d'alimentation CC, l'agencement de commutation comportant une cellule de commutation pour chaque unité de stockage d’ énergie de batterie ou source d’ énergie en courant continu, chaque cellule de commutation comportant des moyens de blocage ou de passage du courant, réversibles dans leur direction de blocage ou de passage du courant, et en ce que le superviseur de commande est configuré pour pouvoir commander les moyens de blocage ou de passage du courant pour bloquer ou autoriser le passage du courant dans un sens ou dans l ’ autre sens dans lesdits moyens de blocage ou de passage du courant.
De préférence, les moyens de blocage ou de passage du courant comportent un interrupteur actif.
Par exemple, l ’ interrupteur actif est de type MOSFET.
Avantageusement, les moyens de blocage ou de passage du courant comportent une première diode raccordée en parallèle d’un premier interrupteur et une deuxième diode raccordée en parallèle d’un deuxième interrupteur, la première diode et la deuxième diode étant montée en série et tête-bêche l ’une par rapport à l ’ autre, le superviseur de commande étant configuré pour pouvoir commuter individuellement chacun desdits interrupteurs en position ouverte ou fermée.
Selon une forme de réalisation, les interrupteurs sont de type IGBT. Avantageusement, la connexion d'alimentation en courant continu est liée à un premier convertisseur DC/AC lui-même lié à un réseau public d’ alimentation électrique.
Le système peut prévoir en outre une deuxième connexion en courant continu liée d’une part à un deuxième convertisseur DC/AC et d’ autre part à chaque unité de stockage d’ énergie de batterie ou source d’ énergie en courant continu via une cellule de commutation pour chaque unité de stockage d’ énergie de batterie ou source d’ énergie en courant continu.
Dans un mode de réalisation, la deuxième connexion en courant continu liée d’une part à un deuxième convertisseur DC/AC et d’ autre part à une unique unité de stockage d’ énergie de batterie ou source d’ énergie en courant continu via une cellule de commutation.
Dans un mode de réalisation, la deuxième connexion en courant continu est couplée à un deuxième convertisseur DC/AC lui-même couplé d’une part au premier convertisseur DC/AC et à chaque unité de stockage d’ énergie de batterie ou source d’ énergie en courant continu via une cellule de commutation pour chaque unité de stockage d’ énergie de batterie.
L'invention concerne également un système dans lequel au moins une unité de stockage d’ énergie de batterie ou source d’ énergie en courant continu est une batterie de véhicule.
Brève description des dessins
L'invention sera mieux comprise à l'étude détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels :
[Fig 1 ] représente un système de stockage d'énergie par batterie de l ’ art antérieur.
[Fig 2] représente le système de stockage d'énergie par batterie selon un premier mode de réalisation, dans lequel tous les commutateurs des cellules de commutation sont ouverts.
[Fig 3 ] représente une cellule de commutation passante dans un premier sens.
[Fig 4] représente la cellule de commutation de la Figure 3 , passante dans un deuxième sens opposé au premier sens.
[Fig 5] représente le système de stockage d'énergie par batterie selon le premier mode de réalisation de la Figure 2, dans lequel deux des commutateurs des cellules de commutation sont fermés.
[Fig 6] représente le système de stockage d'énergie par batterie selon un deuxième mode de réalisation.
Description détaillée La Figure 1 représente un système de stockage d'énergie par batterie de l ’ art antérieur, comprenant au moins deux, par exemple trois unités de stockage d'énergie par batterie 10, une connexion électrique en courant continu 30 et un agencement de commutation 40 prévu entre lesdites au moins deux unités de stockage d'énergie par batterie ou sources d’ énergie en courant continu 10 et la connexion électrique en courant continu 30.
Un agencement de commande permet de surveiller, de coupler et de découpler individuellement chacune des unités de stockage d’ énergie par batterie ou sources d’ énergie en courant continu 10 à et de la connexion électrique en courant continu 30.
Ce système de l ’ art antérieur vise à sélectionner une unité de stockage d'énergie de batterie ou source d’ énergie en courant continu ou plus parmi la pluralité d'unités ou de sources, de sorte qu'une somme de courants de court-circuit des unités de stockage d'énergie de batterie ou sources d’ énergie en courant continu sélectionnées est inférieure à une limite de courant de court-circuit, laquelle limite de courant de court- circuit est inférieure à une somme de courants de court-circuit de ladite pluralité d'unités de stockage d'énergie de batterie ou sources d’ énergie en courant continu, et de manière à connecter uniquement les unités de stockage d'énergie de batterie ou sources d’ énergie en courant continu sélectionnées à la connexion d'alimentation en courant continu 30.
Il est possible, pour l ’ invention, de remplacer chaque unité de stockage par une source d’ énergie en courant continu, par exemple un panneau photovoltaïque, ou encore par un supercondensateur de manière à pouvoir répondre à un éventuel appel de courant important.
Ce système ne permet ni d’ affecter plusieurs batteries à des chargeurs différents, ni l ’utilisation aisée de ces batteries en parallèle avec un même chargeur réversible, puisque la mise en parallèle des batteries ne peut se faire que sur une plage de fonctionnement restreinte limitée par la batterie ayant la plus faible capacité.
L’invention vise à l ’ inverse la mise en parallèle de batteries à des tensions de charge différente en vue de faire un transfert d’ énergie, par exemple vers le réseau ou vers une batterie de stockage, par l ’utilisation de composants d’ électronique de puissance.
Dans le premier mode de réalisation de l ’ invention illustré en Figure 2, le système de stockage d'énergie par batterie 1 , comporte :
- au moins deux, par exemple trois unités de stockage d’ énergie de batterie ou sources d’ énergie en courant continu 2 ;
- une connexion d’ alimentation en courant continu 3 ;
- un agencement de commutation 4 prévu entre lesdites au moins deux unités de stockage d’ énergie de batterie ou sources d’ énergie en courant continu 2 et la connexion d'alimentation en courant continu 3 , dans lequel l'agencement de commutation 4 est configuré pour pouvoir coupler et découpler individuellement chacune des unités de stockage d’ énergie de batterie ou sources d’ énergie en courant continu 2 vers et depuis le convertisseur 5 par la connexion d'alimentation en courant continu 3 , et
- un superviseur de commande CALC configuré pour sélectionner au moins une des unités de stockage d’ énergie de batterie ou des sources d’ énergie en courant continu 2 et pour commander l'agencement de commutation 4 pour coupler uniquement les au moins deux unités de stockage d’ énergie de batterie ou sources d’ énergie en courant continu sélectionnées vers et depuis le convertisseur 5 par la connexion d'alimentation en courant continu 30.
L'agencement de commutation 4 comporte une cellule de commutation 7 pour chaque unité de stockage d’ énergie de batterie ou source d’ énergie en courant continu 2.
Chaque cellule de commutation 7 comporte des moyens de blocage ou de passage du courant 8A, 8B,9A,9B, représenté figure 3
Les moyens de blocage ou de passage du courant 8A, 8B,9A,9B sont réversibles dans leur direction de blocage ou de passage du courant.
La cellule de commutation réversible 7 est rendu passante en courant dans un sens ou dans un autre ou bloquée par les éléments de commutation 9A, 8A, 8B, 9B .
Le superviseur de commande CALC est par exemple configuré pour sélectionner l ’ au moins une unité de stockage d’ énergie de batterie ou sources d’ énergie en courant continu 2 de sorte qu'une somme de courants de court-circuit de l ’ au moins une unité de stockage d’ énergie de batterie ou source d’ énergie en courant continu sélectionnées soit inférieure à une limite de courant de court-circuit, dans lequel la limite de courant de court-circuit est inférieure à une somme de courants de court-circuit desdites au moins deux unités de stockage d’ énergie de batterie ou sources d’ énergie en courant continu 2, et de sorte qu'une somme de puissances de décharge ou une somme de puissances de charge de l ’ au moins une unité de stockage d’ énergie de batterie ou source d’ énergie en courant continu sélectionnées soit égale à ou dépasse une limite de pui ssance, et de sorte que des états de charge des au moins une unité de stockage d’ énergie de batterie ou source d’ énergie en courant continu sélectionnées soient dans une plage déterminée.
Le superviseur de commande CALC est configuré pour pouvoir commander les moyens de blocage ou de passage du courant 8A, 8B,9A,9B pour bloquer ou autoriser le passage du courant dans un sens ou dans l ’ autre sens dans lesdits moyens de blocage ou de passage du courant 8A, 8B,9A,9B .
La Figure 2 illustre une configuration dans laquelle tous les commutateurs des cellules 7 sont ouverts, lesdits moyens de blocage ou de passage du courant 8A, 8B,9A,9B étant donc bloquants pour le passage du courant depuis et vers les unités de stockage d’ énergie de batterie ou sources d’ énergie en courant continu 2 et le convertisseur 5 au travers de la connexion d'alimentation en courant continu 3.
L’invention consiste donc à remplacer chaque interrupteur du système décrit dans le document WO2020192861 A l par une cellule de commutation analogique telle que décrite dans les Figures 3 et 4.
La Figure 3 représente un exemple de réalisation de cellule de commutation 7 passante dans un premier sens, et la Figure 4 représente la même cellule de commutation, passante dans un deuxième sens opposé au premier sens.
L’ ensemble des batteries ou sources 2 sélectionné pour transférer de l ’ énergie vers le réseau 6 est sélectionné par chacun des commutateur 9 des cellules commutation 8B, 9B, l ’ équilibrage des niveaux de tension batterie se faisant par conduction naturelle de la diode 8 des cellules de commutation 8A, 9A.
Tant que la tension d’une batterie ou d’une source 2 n’ est pas équilibrée avec les autres, la diode 8 de la cellule 8A, 9A est bloquée.
Le procédé inverse s’ applique dans le cas d’un sens de circulation du courant du convertisseur 5 vers les batteries 2.
La cellule de commutation analogique 7 comporte des moyens de blocage ou de passage du courant 8A, 8B,9A,9B qui comportent par exemple un interrupteur actif (non illustré).
Par exemple, l ’ interrupteur actif est de type MOSFET.
En alternative à l ’ interrupteur actif, les moyens de blocage ou de passage du courant 8A, 8B,9A,9B comportent, comme illustré par les Figures 3 et 4, une première diode 8A raccordée en parallèle d’un premier interrupteur 9A et une deuxième diode 8B raccordée en parallèle d’un deuxième interrupteur 9A, la première diode 8A et la deuxième diode 8B étant montée en série et tête-bêche l ’une par rapport à l ’ autre, c’ est-à-dire en antiparallèle l ’une par rapport à l ’ autre, et un superviseur de commande CALC configuré pour pouvoir commuter individuellement chacun desdits interrupteurs 9A,9B en position ouverte ou fermée.
Les interrupteurs 9A, 9B permettent respectivement de court- circuiter les diodes D I et D2 afin de contrôler le passage du courant pour aller dans un sens ou dans l ’ autre.
Les diodes D I et D2 tête-bêche permettent d’ empêcher le courant d’ aller dans un sens ou dans l ’ autre lorsque les interrupteurs 9A et 9B sont ouverts.
Les interrupteurs 9A et 9B peuvent être des interrupteurs de type IGBT, ou les couples 8A,9A et 8B,9B peuvent être constitués par un interrupteur de type Mosfet ou tout autre interrupteur actif permettant le blocage ou le passage du courant dans un sens ou dans l ’ autre.
Selon une forme de réalisation, au moins un des interrupteurs 9A,9B est de type IGBT. Avantageusement, la connexion d'alimentation en courant continu 3 est liée à un premier convertisseur DC/AC 5 lui-même lié à un réseau public d’ alimentation électrique 6.
Comme illustré par la Figure 5, Au moins une, par exemple deux unités de stockage d’ énergie de batterie ou sources d’ énergie en courant continu 2 voient une de leurs cellules de commutation 7 fermées, ce qui permet le passage du courant depuis lesdites batteries ou sources 2 vers le réseau électrique 6 , tandis que les autres unités de stockage d’ énergie de batterie ou sources d’ énergie en courant continu 2 (en l ’ occurrence la deuxième des au moins deux unités 2 illustrées) a ses deux cellules de commutation 7 ouvertes, ce qui bloque tout passage de courant depuis et vers ces unités.
On réalise ainsi la mise en parallèle des unités de batterie ou sources d’ énergie en courant continu 2 pour la décharge sélective des unités de batterie ou sources d’ énergie en courant continu 2 en question, grâce au superviseur de commande CALC qui permet de fermer les interrupteurs de chacune des unités de stockage ou sources d’ énergie en courant continu 2 associées selon le besoin d’utili sation de ces unités de stockage ou sources d’ énergie en courant continu 2, soit pour décharger celles-ci, soit inversement pour le transfert de courant du réseau 6 vers ces unités ou sources d’ énergie en courant continu 2 via le premier convertisseur DC/AC 5.
Si des unités ou sources 2 sont de niveaux de charges et donc de tensions différentes, celle de tension supérieure transférera son énergie en premier par le premier convertisseur DC/AC 5, jusqu’ à équilibrage des tensions de ces unités ou sources 2, ce qui permet que les deux unités ou sources 2 sélectionnées en question pourront être utilisées pour le transfert de tension par le premier convertisseur DC/AC 5 vers le réseau électrique 6.
En effet tant que les tensions batteries ne sont pas équilibrées, les diodes des cellules de commutation 7 empêcheront l ’unité de stockage ou source d’ énergie en courant continu 2 de plus haute tension de transférer du courant vers celle de plus basse tension. Ainsi le superviseur de commande CALC peut contrôler la capacité totale de décharge du système 1 en activant les cellules 7 affectées à chacune des unités ou sources 2.
Inversement la charge des unités de stockage ou sources d’ énergie en courant continu 2 par le réseau 6 se fait en contrôlant les cellules 7 permettant de faire passer le courant en sens inverse.
Les avantages de cette solution sont l ’ absence de risque de surintensité d’une unité de stockage ou source d’ énergie en courant continu 2 à l ’ autre, et l ’ absence d’ interruption de courant vers le réseau 6 lors de l ’utilisation de plusieurs unités de stockage ou sources d’ énergie en courant continu 2.
Le premier convertisseur DC/AC 5 peut être relié à un autre convertisseur, ou à une autre source d’ alimentation électrique qu’un réseau public d’ alimentation électrique 6.
En effet, le système de stockage d’ énergie 1 permet l ’utilisation des unités de stockage ou sources d’ énergie en courant continu avec des chargeurs réversibles DC/AC supplémentaires 5B .
Par exemple, dans un mode de réalisation illustré par la Figure 6, le système 1 comporte une deuxième connexion en courant continu liée d’une part à un deuxième convertisseur DC/AC 5B et d’ autre part à chaque unité de stockage d’ énergie de batterie ou source d’ énergie en courant continu 2 via une cellule de commutation 7 pour chaque unité de stockage d’ énergie de batterie ou source d’ énergie en courant continu 2.
Plusieurs convertisseurs réversibles DC/AC supplémentaires 5B peuvent être adj oints de la même façon.
Chaque unité ou source 2 est alors connectée avec autant de cellules de commutions 7 qu’ il y a de convertisseurs.
L’illustration donne l ’ exemple de deux convertisseur 5, 5B situés dans un même système de stockage 1 ou dans deux systèmes de stockage 1 distincts.
Ainsi les unités ou sources 2 peuvent être utilisées indifféremment en parallèle ou non, et sur chacun des convertisseurs 5, 5B de manière indifférentes en fonction du superviseur de commande CALC. Pour une unité ou une source 2 donnée et sa cellule de commutation 7, les convertisseurs 5, 5B sont des chargeurs électriques et l ’unité ou la source 2 est en mode recharge si son premier interrupteur 9A est passant donc fermé et son deuxième interrupteur 9B ouvert (Figure 3), alors que les convertisseurs 5, 5B et l ’unité ou la source 2 sont en mode onduleurs (décharge des batteries dans le réseau) si son premier interrupteur 9A est ouvert et son deuxième interrupteur 9B est fermé (Figure 4).
Le système peut prévoir en outre une deuxième connexion en courant continu liée d’une part à un deuxième convertisseur DC/AC 5B et d’ autre part à une unique unité de stockage d’ énergie de batterie ou source d’ énergie en courant continu 2 via une cellule de commutation 7.
On associe ainsi une unité de batterie ou source d’ énergie en courant continu 2 à plusieurs convertisseurs 5, 5B, ce qui permet à ceux- ci de se partager la puissance à transférer et donc de minimiser les échauffements de leurs électroniques, ou augmenter cette puissance à transférer.
Ainsi, dans un tel mode de réalisation, l ’unité de stockage ou source d’ énergie en courant continu 2 est utili sée par les deux convertisseurs 5, 5B, tandis que les autres unités ou sources 2 ne sont pas utili sés, les convertisseurs 5, 5B et l ’unité ou la source 2 sont en mode recharge des unités ou sources 2 si le premier interrupteur 9A de la cellule de commutation 7 est fermé, et sont en mode onduleurs (décharge électrique des unités ou sources dans le réseau 6) si le deuxième interrupteur 9B de la cellule de commutation 7 est fermé.
L'invention concerne également un système dans lequel au moins une unité de stockage d’ énergie de batterie ou source d’ énergie en courant continu 2 est une batterie de véhicule.
Cela permet de mettre des véhicules à batterie électrique à la place des unités de stockage de batterie ou sources d’ énergie en courant continu 2 ou de faire un mixage entre des unités ou sources 2 servant de stocks de batteries stationnaires avec des véhicules à batterie électrique en parallèles. Ainsi on peut réaliser une station de recharge capable d’ avoir une capacité d’ énergie variable en fonction de la présence ou non de batteries de véhicules.
Dans un autre mode de réalisation, la deuxième connexion en courant continu est couplée au deuxième convertisseur DC/AC 5B qui est lui-même couplé d’une part au premier convertisseur DC/AC 5 et à chaque unité de stockage d’ énergie de batterie ou source d’ énergie en courant continu 2 via une cellule de commutation 7 pour chaque unité de stockage d’ énergie de batterie ou source d’ énergie en courant continu 2.
L’ électronique de commutation ainsi réalisée permet aussi de charger ou de décharger les unités de stockage de batterie ou sources d’ énergie en courant continu 2 les unes dans les autres sans passer par le réseau de distribution d’ électricité 7.
Pour un parc de véhicules électriques donné, cette variante du système 1 permet ainsi de recharger un véhicule nouvellement raccordé à ce parc indépendamment du raccordement au réseau de distribution d’ électricité 7.
L’invention permet donc de réaliser un système de stockage d’ énergie 1 comportant une électronique d'interface entre les unités de stockage de batteries ou sources d’ énergie en courant continu 2 et un ou plusieurs convertisseurs 5, 5B communalisés servant de chargeurs réversibles ou d’ onduleurs afin de faire une mise en parallèle des unités de stockage ou sources d’ énergie en courant continu 2, ce qui facilite l ’ augmentation de la capacité de stockage d'énergie par la possibilité de raj out d’unités de stockage de batterie ou de sources d’ énergie en courant continu sans besoin d’ aj out de convertisseur. De plus, les batteries peuvent être de nature différente (composition chimique, fabriquant, génération) ou de type supercondensateur, et peuvent en outre être remplacées par une unité de production d’ énergie de type panneau photovoltaïque, ou combinée à cette source.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système de stockage d'énergie par batterie (1 ), comprenant :
- au moins deux unités de stockage d’ énergie de batterie ou sources d’ énergie en courant continu (2) ;
- une connexion d’ alimentation en courant continu (3) ;
- un agencement de commutation (4) prévu entre lesdites au moins deux unités de stockage d’ énergie de batterie (2) et la connexion d'alimentation en courant continu (3), dans lequel l'agencement de commutation (4) est configuré pour pouvoir coupler et découpler individuellement chacune des unités de stockage d’ énergie de batterie ou sources d’ énergie en courant continu (2) vers et depuis la connexion d'alimentation en courant continu (3), et
- un superviseur de commande (CALC) configuré pour sélectionner au moins une des unités de stockage d’ énergie de batterie ou sources d’ énergie en courant continu (2) et pour commander l'agencement de commutation (4) pour coupler uniquement l ’ au moins une unités de stockage d’ énergie de batterie sélectionnées à la connexion d'alimentation en courant continu (30), caractérisé en ce que l'agencement de commutation (4) comporte une cellule de commutation (7) pour chaque unité de stockage d’ énergie de batterie ou source d’ énergie en courant continu (2), chaque cellule de commutation (7) comportant des moyens de blocage ou de passage du courant (8A, 8B,9A,9B), réversibles dans leur direction de blocage ou de passage du courant, et en ce que le superviseur de commande (CALC) est configuré pour pouvoir commander les moyens de blocage ou de passage du courant (8A, 8B,9A,9B) pour bloquer ou autoriser le passage du courant dans un sens ou dans l ’ autre sens dans lesdits moyens de blocage ou de passage du courant (8A, 8B,9A,9B).
2. Système ( 1 ) selon la revendication 1 , dans lequel la connexion d'alimentation en courant continu (3) est liée à un premier convertisseur DC/AC (5) lui-même lié à un réseau public d’ alimentation électrique (6).
3. Système ( 1 ) selon l ’une quelconque des revendications 1 et 2, comportant en outre une deuxième connexion en courant continu liée d’une part à un deuxième convertisseur DC/AC (5B) et d’ autre part à chaque unité de stockage d’ énergie de batterie ou source d’ énergie en courant continu (2) via une cellule de commutation (7) pour chaque unité de stockage d’ énergie de batterie (2).
4. Système ( 1 ) selon l ’une quelconque des revendications 1 à
3 , comportant en outre une deuxième connexion en courant continu liée d’une part à un deuxième convertisseur DC/AC (5B) et d’ autre part à une unique unité de stockage d’ énergie de batterie (2) via une cellule de commutation (7).
5. Système ( 1 ) selon l ’une quelconque des revendications 1 à
4, comportant en outre une deuxième connexion en courant continu couplée à un deuxième convertisseur DC/AC (5B) lui-même couplé d’une part au premier convertisseur DC/AC (5) et à chaque unité de stockage d’ énergie de batterie (2) via une cellule de commutation (7) pour chaque unité de stockage d’ énergie de batterie (2).
6. Système ( 1 ) selon l ’une quelconque des revendications 1 à
5, dans lequel au moins une unité de stockage d’ énergie de batterie (2) est une batterie de véhicule.
7. Système ( 1 ) selon l ’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel les moyens de blocage ou de passage du courant (8A, 8B,9A,9B) comportent un interrupteur actif.
8. Système ( 1 ) selon la revendication 7, dans lequel l ’ interrupteur actif est de type MOSFET.
9. Système ( 1 ) selon l ’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel les moyens de blocage ou de passage du courant (8A, 8B,9A,9B) comportent une première diode (8A) raccordée en parallèle d’un premier interrupteur (9A) et une deuxième diode (8B) raccordée en parallèle d’un deuxième interrupteur (9A), la première diode (8A) et la deuxième diode (8B) étant montée en série et tête- bêche l ’une par rapport à l ’ autre, le superviseur de commande (CALC) étant configuré pour pouvoir commuter individuellement chacun desdits interrupteurs (9A,9B) en position ouverte ou fermée.
10. Système ( 1 ) selon la revendication 9, dans lequel les interrupteurs (9A,9B) sont de type IGBT.
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