FR2860352A1 - Systeme d'equilibrage d'un dispositif de stockage d'energie - Google Patents

Abstract

Dans un dispositif de stockage d'énergie comprenant un réseau série de n éléments de stockage C1,...Cn, apte à fournir une tension continue à ses bornes, un système d'équilibrage des éléments est prévu comprenant une pluralité de modules Mi,j de transfert de charge, chaque module Mi,j assurant un transfert de charge bidirectionnel et linéaire au premier ordre entre deux éléments de stockage Ci et Cj dudit réseau. Chaque élément de stockage d'énergie est connecté à p modules, p≤ n-1, chacun des p modules appairant ledit élément avec un autre élément du réseau. On réduit ainsi le temps nécessaire au rééquilibrage.

Description

I

SYSTEME D'EQUILIBRAGE D'UN DISPOSITIF DE STOCKAGE D'ENERGIE La présente invention concerne un système d'équilibrage d'un dispositif de stockage d'énergie, notamment à base de cellules de batterie rechargeable, telles des cellules électrochimiques ou des supercapacités.

Ces dispositifs de stockage sont couramment utilisés dans les milieux industriels et aéronautique, comme source d'énergie de secours, lorsque le réseau d'alimentation est défectueux, ou au démarrage. II est très important de maintenir ces dispositifs en état de charge complète, car ils doivent être opérationnels sur demande. Ceci suppose une surveillance de leur charge avec déclenchement de leur recharge le cas échéant, et une recharge après usage.

Ces dispositifs comprennent habituellement une pluralité d'éléments de stockage identiques connectés en série, par exemple des cellules électrochimiques ou des supercapacités. Le nombre d'éléments dépend de l'application visée: typiquement 24 volts dans le domaine industriel, 28 volts dans le domaine de l'aéronautique et 42 volts dans le domaine de l'automobile. Si on prend des cellules de type lithium-ion (4 volts pour une cellule chargée) et une application aéronautique, un dispositif de stockage d'énergie comprend ainsi typiquement 7 éléments. Un chargeur, comprenant un convertisseur de puissance alimenté par le réseau principal et dont la sortie est régulée en tension et en courant, permet de charger les cellules qui sont connectées en série.

Les éléments de stockage utilisés sont tels que la tension à leur bornes est fonction de l'état de charge. De manière connue, ces éléments de stockage supportent mal les surcharges et/ou les décharges trop importantes. Si on prend l'exemple de cellules de batterie rechargeable de type lithium-ion, ces cellules ont des performances énergiques et massiques très intéressantes, mais posent des problèmes de gestion de leur charge au fur et à mesure de leur exploitation. Ceci est gênant pour des applications dans lesquelles une longue durée et une grande fiabilité sont recherchées.

Notamment, ces cellules sont très sensibles aux surtensions, ce qui nécessite un contrôle de la tension aux bornes de chaque cellule. Si on prend l'exemple des supercapacités qui sont des capacités obtenues par des empilements de films minces, et qui se caractérisent par une faible tension (de l'ordre du volt à quelques volts), et une valeur de capacité très élevée, de l'ordre de plusieurs farads, la tension aux bornes de chaque capacité peut se décaler par rapport à celle des autres capacités en raison de différence de valeurs et ou de courants de fuite.

Mis en série, les éléments de stockage ne vont donc pas tous se comporter de la même façon: ils peuvent être dans un état de charge initial différent; certains peuvent avoir des courants de fuite; d'autres une capacité de stockage énergétique différente, soit due à une dispersion initiale naturelle entre éléments soit due à un vieillissement. Toutes ces différences de comportement se traduisent par un temps de recharge et des tensions qui varient. Si on gère la recharge du dispositif de stockage en observant la tension à ses bornes, si une cellule se recharge plus vite que les autres, elle va se retrouver en surcharge (tension supérieure à 4 volts pour une cellule au lithium). Inversement, une cellule beaucoup plus lente à se recharger va se retrouver en sous-charge (tension en dessous de 3,5 volts pour une cellule au lithium). Dans les deux cas, ce sont des conditions très défavorables à la fiabilité de ces cellules, et par voie de conséquence, du dispositif de stockage lui-même. En outre, les différences d'état de charges qui peuvent exister initialement vont s'accentuer au fil des cycles de charge/décharge, induisant un mauvais fonctionnement du dispositif, par dégradation prématurée de ses performances.

Pour ces différentes raisons, une gestion rigoureuse d'un tel dispositif de stockage d'énergie pour en améliorer la fiabilité ne peut se baser sur le seul contrôle de la tension disponible aux bornes terminales du dispositif. On utilise ainsi une unité de contrôle de batterie généralement dénommée BMU selon l'acronyme anglais pour "Battery Monitoring Unir, qui agit comme un mécanisme de protection. Cette BMU vérifie que chacun des éléments de stockage ne dépasse pas une tension de seuil critique en charge et/ou décharge. En outre, elle contrôle l'activation d'un système d'équilibrage des éléments série du dispositif de stockage d'énergie. La fonction d'un tel système d'équilibrage est de maintenir une tension identique sur tous les éléments de stockage. Le principe de base de l'équilibrage consiste en la surveillance par la BMU de toutes les différences de tension entre les éléments série du dispositif de stockage, pour déclencher le système d'équilibrage dès que au moins une de ces différences de tension dépasse une certaine valeur critique. Par exemple, si on dépasse 60 millivolts entre l'élément de stockage le plus chargé et l'élément de stockage le moins chargé, le système d'équilibrage est déclenché. Le système d'équilibrage sera arrêté lorsque la différence de tension repassera à une valeur acceptable, par exemple 30 millivolts. Le principe de base du rééquilibrage est de prélever une quantité d'énergie sur le ou les éléments les plus chargés pour la dissiper ou la transférer sur les éléments qui sont le moins chargés. En aéronautique, un tel système d'équilibrage gagne à pouvoir équilibrer les charges tant en mode de charge qu'en mode d'attente d'utilisation de la réserve d'énergie, ceci afin d'en augmenter la disponibilité.

Un système d'équilibrage de l'état de la technique est représenté sur la figure 1. Dans cet exemple, le dispositif de stockage d'énergie 1 comporte n=6 éléments de stockage en série, CI à C6. Le système d'équilibrage des tensions consiste à prévoir n-1 modules de transfert de charge bidirectionnelle identiques, chaque module de transfert de charge M;,;+1 étant affecté à deux éléments de stockage d'énergie C; et C;+1 connectés en série: Dans l'exemple on a ainsi un module MI,2 qui appaire les éléments de stockage CI et C2 pour effectuer le cas échéant un transfert de charge entre ces deux éléments.

Les modules de transfert de charge sont commandés (corn) par le système de gestion de charge BMU, quand ce dernier détecte un trop grand écart de tension entre deux éléments de stockage du réseau série. Quand ils sont activés, chaque module de transfert de charge assure un transfert de charge entre les deux éléments de stockage ainsi appairés, en injectant un courant proportionnel à la différence de tension entre les deux éléments de stockage vers l'élément de stockage présentant la tension à ses bornes la plus faible. Un module de transfert de charge associé à la paire d'éléments de stockage C;_I, C;, peut par exemple être réalisé par un circuit électronique de type tripôle à pompe de charge comme illustré sur la figure 2. Ce circuit comprend trois bornes AB et G. L'élément de stockage C; est connecté entre les bornes A et G, et l'élément de stockage Cil est connecté entre les bornes G et B, le point G étant ainsi connecté au noeud de connexion entre les deux éléments adjacents C; et C;_.1. Ce circuit tripôle comprend dans cet exemple de réalisation, un condensateur de charge 2 et deux paires d'interrupteurs haut et bas (T1, BI) (T2, B2), par lesquels le condensateur est alternativement connecté en parallèle sur un élément de stockage, C;, par les bornes A et G, puis sur l'autre C; +,, par les bornes G et B. La commutation des interrupteurs suit la fréquence horloge du signal de commande com, fourni par la BMU. L'application d'un signal de commande com de type binaire, à la fréquence f, provoque la commutation alternative des deux paires, la première paire (T1, BI) sur le niveau haut ("1") du signal com et la deuxième paire (T2, B2) sur le niveau bas ("0").

Un inconvénient d'un tel système d'équilibrage est que l'excédent d'énergie sur un élément de stockage est transféré sur l'élément de stockage adjacent, et ainsi de suite selon un mode de transfert chaîné, l'arrangement des modules de transfert de charge correspondant à la structure série des éléments de stockage.

Sur le plan énergétique, ce n'est pas très bon: si le premier 15 module assure un rendement énergétique de 90%, on perd 10% de module en module.

En outre les modules de transfert de charge sont généralement dimensionnés pour passer une certaine quantité d'énergie correspondant typiquement à celle due à un seul élément déséquilibré dans le réseau. Si deux éléments sont déséquilibrés dans le réseau, le module est ainsi limité par sa capacité en courant. Aussi, le temps d'équilibrage du réseau série sera t-il deux fois plus long.

Un but de l'invention est de proposer un système d'équilibrage optimal de n éléments série d'un dispositif de stockage d'énergie, ce système d'équilibrage pouvant être activé tant en mode de charge qu'en mode d'utilisation de la réserve d'énergie.

Ce but est atteint par un système d'équilibrage comprenant h modules de transfert de charges bidirectionnel. Selon l'invention, à chaque élément de stockage est associé p modules, chaque module appairant ledit élément de stockage à un autre élément de stockage du dispositif de stockage d'énergie.

II en résulte pour chacun des n éléments de stockage du dispositif de stockage d'énergie, un transfert de charge correspondant à un courant proportionnel à la moyenne de tension sur les p éléments associés.

Les modules de transfert sont plus nombreux, mais sont aussi plus petits, puisque pour chaque élément de stockage du réseau, le transfert de charge est distribué par p modules.

L'équilibrage du réseau converge aussi plus rapidement.

Ainsi l'invention concerne un dispositif de stockage d'énergie comprenant un réseau série de n éléments de stockage apte à fournir une tension continue à ses bornes, et une pluralité de modules de transfert de charge, chaque module assurant un transfert de charge bidirectionnel entre deux éléments de stockage dudit réseau, caractérisé en ce que chaque élément de stockage d'énergie est connecté à p modules, p<_ n-1, chacun des p modules appairant ledit élément avec un autre élément du réseau.

Dans un perfectionnement, on obtient un système d'équilibrage optimal, en prévoyant que le transfert de charge sur chacun des n éléments du réseau est distribué sur chacun des n-1 autres éléments du réseau série.

Ceci est atteint en associant à chacun des n éléments de stockage, n-1 modules de transfert, chaque module étant associé à un parmi les n-1 autres éléments de stockage.

Un tel système nécessite n(n-1)/2 modules de transfert de charge.

D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite à titre indicatif et non limitatif de l'invention et en référence aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 illustre un système d'équilibrage selon l'état de la 25 technique; - la figure 2 illustre un exemple de module de transfert de charge qui peut-être utilisé dans un système d'équilibrage; - la figure 3 illustre un premier mode de réalisation d'un système d'équilibrage selon l'invention; - la figure 4 illustre un exemple de module de transfert de charge qui peut-être utilisé dans un système d'équilibrage selon l'invention; - la figure 5 illustre un autre mode de réalisation d'un système de rééquilibrage selon l'invention; - les figures 6a, 6b et 6c illustrent le phénomène d'équilibrage 35 obtenu avec un système d'équilibrage tel que représenté sur la figure 5; et - les figures 7a et 7b illustrent le gain de temps d'équilibrage obtenu avec un système d'équilibrage selon l'invention (fig.7a) par rapport à un système selon l'état de la technique (fig.7b) et - la figure 8 représente une variante de réalisation du système de rééquilibrage de la figure 5.

Un système d'équilibrage selon l'invention comprend h modules de transfert de charge, h >_n-1.

Le principe de base de l'invention est pour chaque élément de stockage du réseau série, de distribuer le transfert de charge sur p éléments, 1 o p<_n-1.

Soit C; un élément de stockage. p modules de transfert de charge lui sont associés, chaque module appairant cet élément C; avec un autre élément de stockage du dispositif. Chaque module assure ainsi un transfert direct d'une partie de l'énergie entre l'élément C; et chacun des p éléments qui lui sont appairés. Le courant injecté est ainsi proportionnel à la différence de tension entre l'élément C; et la moyenne des tensions aux bornes des p autres éléments.

Les modules de transfert de charge doivent être dimensionnés en nombre et en gain en courant pour qu'au final, l'énergie à transférer se 20 trouvent distribuée sur tous les éléments.

Un premier mode de réalisation de l'invention est représenté sur la figure 3. Dans ce mode de réalisation, on a p= n-1. Le nombre total de modules est ainsi égal à n(n-1)/2.

Chaque élément de stockage C; est appairé avec chacun des n-1 autres éléments du dispositif de stockage par un module de transfert de charge propre. Cet arrangement combinatoire est représenté sur la figure 3 en utilisant la représentation dite triangle de pascal. Les éléments de stockage d'énergie CI à C7 sont représentés sur la diagonale. Dans le triangle pascal, on trouve les n(n-1)12 modules de transfert de charge qui permettent de relier chacun des éléments de la diagonale à un autre élément de cette diagonale.

Par exemple, l'élément C7 est appairé : - à l'élément C6, par le module M7,6; - à l'élément C5, par le module M7,5; - à l'élément C4, par le module M7,4; - à l'élément C3, par le module M7,3; - à l'élément C2, par le module M7,2; - à l'élément CI, par le module M7,1.

Cet arrangement suppose l'utilisation comme module de transfert de charge des circuits électroniques de type tripôle comme représenté sur la figure 2, pour appairer deux éléments adjacents, et de type quadripôle pour appairer deux éléments distants. Un tel circuit électronique de type quadripôle est représenté sur la figure 4, dans un exemple de transfert de o charge bidirectionnel linéaire effectué par pompe de charge au moyen d'un condensateur comme dans l'exemple de tripôle de la figure 2. Ce quadripôle a alors quatre bornes ABG1G2, les bornes G1,G2 étant connectées au même point dans le cas d'éléments adjacents, équivalant à des tripôles.

Le principe de régulation se fait ainsi pour chaque élément de stockage par transfert direct sur chacun des n-1 autres éléments, au moyen d'un courant proportionnel à la différence de tension entre cet élément et la moyenne de tension aux bornes des autres n-1 éléments: I=k. AV.

Si on suppose que l'on un excès de tension AV sur l'élément C4, les autres éléments de stockage étant tous à la même tension V, un transfert de charge va s'effectuer depuis l'élément C4 vers les autres éléments CI, C2, C3, C5, C6, et C7 en sorte que chacun de ces 6 éléments reçoive un courant de k 0. Dans le même temps, l'élément C4 se voit prélever un courant de k'-AV. Ces courants injectés et prélevés vont faire s'équilibrer à terme la tension aux bornes des différentes cellules. Lorsque l'équilibrage est réalisé, chaque élément à une tension de V+ 0 à ses bornes.

En pratique, l'équilibrage se fait pour tous les éléments en même temps. Les modules de transfert sont sollicités tous en même temps, une seule fois, en parallèle. On arrive à l'équilibrage de façon beaucoup plus rapide.

C'est ce qui est illustré sur les figures 7a et 7b, pour un dispositif de stockage d'énergie, partant d'un état de charge initial nul, ayant une cellule de capacité énergétique 5% plus faible que celle des autres cellules.

La figure 7b correspond à un système d'équilibrage à structure des modules chaînée, selon l'état de la technique (Figs 1 et 2). Les courbes 10 et 11 représentent les valeurs minimales et maximales du courant de compensation des cellules normales. La courbe 12 représente le courant de charge commun à toutes les cellules en provenance du chargeur de batterie. On y distingue une phase de régulation à courant constant suivie d'une décroissance exponentielle de ce courant de charge lorsque le chargeur passe d'une régulation en mode courant à une régulation en mode tension. Les courbes 13 et 14 montrent l'enveloppe d'évolution des tensions aux bornes de chaque cellule. L'équilibre est atteint vers t=240 mn.

La figure 7a, montre qu'un système d'équilibrage selon l'invention permet d'atteindre l'équilibre beaucoup plus rapidement, vers t=120 mn.

Dans ce premier exemple de réalisation d'un système d'équilibrage d'énergie d'un dispositif comprenant n éléments de stockage d'énergie en série, n(n-1)/2 modules sont nécessaires, tous identiques, c'est à dire dimensionnés à l'identique pour passer le même courant Imax.

Les figures 5 et 6a à 6c concernent un autre mode de réalisation d'un système d'équilibrage selon l'invention, par lequel le nombre de modules nécessaire est réduit à n-1 quand n est une puissance de 2, soit n=2m. Les modules sont alors tous de type tripôle ABG.

Cette réduction est obtenue en utilisant la réduction en base deux du nombre n d'éléments de stockage du réseau série.

On rappelle qu'un module de transfert de type tripôle fournit un 25 courant I proportionnel à la différence de tension VAG-VGB. On note k ce facteur de proportionnalité : 1= k [VAG-VGB]É Selon l'invention, on a alors m groupes de module de transfert, de rang 0 à m-1. Chaque groupe de rang i=0 à m-1 comprend 2' modules.

Chaque module de ce groupe de rang i 0 est dimensionné pour avoir un gain en courant k; 2' fois plus important que le module du groupe de rang O. Chaque module est connecté en parallèle sur un groupe de nl2' éléments de stockage arrangés en deux ensembles de manière à former une paire.

Plus particulièrement, si on prend l'exemple représenté sur la figure 5, avec n=8=23 éléments de stockage en série. Dans cet exemple, on a m=3. On a ainsi m=3 groupes de modules GM , GM1, GM2 de rang respectivement 0, 1 et 2.

Le groupe GM , de rang 0, comprend 20=1 module de transfert, noté MO, connecté entre les bornes terminales du réseau (en parallèle sur 5 les n éléments de stockage).

Le groupe de rang 1, comprend 21=2 modules de transfert, notés M1 et MI1. Chaque module est connecté en parallèle sur n/21= 4 éléments de stockage série arrangés en deux ensembles de chacun deux éléments, pour former une paire. Chaque module est dimensionné pour avoir un gain o en courant 21 fois plus important que le module MO.

On a ainsi M1 connecté en parallèle sur C5, C6, C7, C8, avec le point de référence G du tripôle connecté au point milieu N6 de cet ensemble série (entre C6 et C7). De même, M1 1 est connecté en parallèle sur CI, C2, C3, C4, avec le point de référence G du tripôle connecté au point milieu N2 de cet ensemble série (entre C2 et C3).

Le groupe de rang 2, comprend 22=4 modules de transfert, notés M2 à M23. Chaque module est connecté en parallèle sur n/22= 2 éléments de stockage série qui forment une paire. Ils ont un gain en courant 22 plus important que le module MO.

Par exemple le module M20 est connecté en parallèle sur C7 et C8, avec le point de référence G connecté au point milieu N7 de connexion entre ces deux éléments. Les autres modules de ce groupe, respectivement M21, M22 et M23 sont connectés de façon similaire, respectivement sur (C6, C5), (C4, C3) et (C2, CI).

Comme dans le premier mode de réalisation, les modules de transfert sont tous sollicités en même temps, une seule fois, pour réaliser l'équilibrage. On obtient des performances identiques. La différence tient au nombre de modules réduit.

Un exemple d'équilibrage de charge est représenté sur la figure 6a, pour un dispositif de stockage conforme à la figure 5, avec n=8 éléments de stockage, dans un exemple où tous les éléments ont une tension Vn à leurs bornes, sauf un, dans l'exemple C5, qui a une tension V +AV.

Les modules du groupe GM2 opèrent par paires d'éléments adjacents, représentées sur la figure par des rectangles le long de la colonne GM2. Pour les paires d'éléments équilibrées, le transfert est nul. Pour la paire a contenant l'élément C5, le transfert peut s'écrire comme une quantité de charge négative -Q prélevée sur l'élément C5 et une quantité de charge positive +Q transférée sur l'élément C6. Pour marquer le gain de quatre affecté aux modules de cette colonne, on écrit +Q=+4 et -Q=-4.

Les modules du groupe GM1 opèrent chacun sur quatre éléments adjacents, arrangés en deux ensembles de deux éléments pour former une paire. Chaque paire est représentée sur la figure par un rectangle dans la colonne GM1. La paire {(CI, C2), (C3, C4)} est équilibrée, le transfert est nul pour cet ensemble. Pour la paire b {(C5, C6), (C7, C8)} contenant l'élément C5, le transfert peut s'écrire comme une quantité de charge négative -Q prélevée sur l'ensemble série (C5, C6) et une quantité de charge positive +Q transférée sur l'ensemble série (C7, C8). Pour marquer le gain de deux affecté aux modules de cette colonne, on écrit +Q=+2 et -Q=-2.

Le module du groupe GM opère sur les huit éléments adjacents, arrangés en deux ensembles de quatre éléments pour former une paire c représentée sur la figure par un rectangle le long de la colonne GM : {(CI, C2, C3, C4), (C5, C6, C7, C8)}. Cette paire c contenant l'élément C5, le transfert peut s'écrire comme une quantité de charge négative -Q prélevée sur l'ensemble série (C5, C6, C7, C8) et une quantité de charge positive + Q transférée sur l'ensemble série (CI, C2, C3, C4). Pour marquer que ce module sert de référence pour le gain en courant, ce qui revient à dire que l'on attribue un gain unité à M0, on écrit +Q=+1 et -Q=-1.

La colonne E1 représente la somme des charges transférées sur chaque élément du réseau. La quantité de charge prélevée sur l'élément C5 est distribuée sur chacune des autres éléments qui reçoit donc une quantité de charge égale à la quantité de charge prélevée divisée par le nombre d'éléments sur lesquels elle est distribuée.

Ce transfert se fait en sollicitant tous les modules du système d'équilibrage en même temps, en parallèle, d'où un gain en temps 30 d'équilibrage particulièrement avantageux.

Ce mode de réalisation d'un système d'équilibrage selon l'invention avec un nombre réduit de modules de transfert de charge vient d'être décrit dans un exemple de dispositif de stockage d'énergie contenant un nombre n d'éléments s'exprimant comme une puissance de deux: n=2m.

Dans le cas où n est un entier quelconque qui s'écrit: n=2m-x, on montre que l'on peut réaliser un système d'équilibrage de ce type, en utilisant x éléments de stockage virtuels pour construire la structure du système. En pratique, on obtient un système d'équilibrage comprenant I modules, avec I entier tel que n-1-x<I5_ n-1.

Si on reprend la figure 5. Dans les éléments de stockage C1 à C8 représentés, on considère maintenant que le dispositif de stockage ne comprend que 7 éléments, ce qui est généralement le cas pour les applications de l'aéronautique (avec des cellules lithium-ions).

o Le nombre réel d'éléments est donc n=7. On a 2m-1<n<2m ou encore n=2m-1.

On conçoit alors la structure en rajoutant 1 cellule virtuelle qui est C8 sur la figure 5.

Cet élément virtuel n'existe pas en réalité dans la structure. Le dispositif de stockage 100 avec ces n=7 éléments C1 à C7 et son système d'équilibrage est en réalité comme représenté sur la figure 8. Les bornes A des modules M20, M1 o et MOo sont reliées en commun au moyen d'une ligne de connexion X. Le potentiel VX sur cette ligne X est dans un état indéfini initialement. On montre que lorsque le système d'équilibrage est activé, le système d'équilibrage est tel qu'il établit le potentiel VX à un niveau tel que le courant qui est induit dans l'élément virtuel C8 est forcément nul. C'est ce qui est représenté dans les tableaux des figures 6b et 6c, à prendre en combinaison avec celui de la figure 6a.

On a vu que le tableau de la figure 6a illustre le cas d'un dispositif à n=8 éléments, dans lequel le système d'équilibrage a été activé sur détection d'un déséquilibre, dû à un excès de charge sur l'élément C5. Le transfert de charge total qui s'établit pour chaque cellule est donné dans la colonne E1 ce tableau, a déjà été expliqué.

Or on se place dans le cas où l'élément C8 est virtuel: le courant 30 dû au transfert de charge provoqué par le système d'équilibrage doit donc être nul dans cet élément.

On montre que le potentiel VX sur la ligne X s'établit automatiquement à une valeur donnée pour que ce soit effectivement le cas.

C'est comme si le système se comportait en sorte que l'élément virtuel induise lui aussi un transfert de charge, tel que la somme des deux transferts de charge, celui dû à C5 et celui dû à l'élément virtuel s'annule pour l'élément virtuel. Le tableau de la figure 6b montre le transfert de charge qui serait dû à l'élément virtuel. La colonne E2 donne le transfert de charge total qui s'établit pour chaque cellule.

La colonne E= El +E2 dans le tableau de la figure 6c représente la superposition des deux transferts: on obtient bien un transfert nul sur l'élément virtuel. Le transfert de charge se distribue de l'élément C5 sur les 6 autres éléments du dispositif de stockage 100. La tension aux bornes de la cellule virtuelle s'établit donc à Vn+AV/7.

Dans l'exemple de la figure 8, le système d'équilibrage se construit sur la base d'un seul élément virtuel. Dans le cas général où n=2m-x, avec x> _1, il y a x éléments virtuels.

Dans le cas où x>1, le système d'équilibrage peut se simplifier en éliminant du système tout module qui aurait toutes ses bornes A, B, G reliées à des éléments virtuels. On a alors I modules avec n-1-x<I<_ n-1. Dans ce cas, les I modules sont distribués en m-1 groupes de rang 0 à m-1, tel qu'au groupe de rang i correspond au plus 2' modules (Ml0, Mli), chacun associé à n/2' éléments arrangés en deux ensembles de manière à former une paire, les modules dudit groupe de rang i 0 étant dimensionnés pour passer 2' fois plus de courant que le module MO.

L'invention qui vient d'être décrite est particulièrement intéressante pour tous les systèmes où l'on cherche à améliorer les performances du 25 dispositif de stockage d'énergie à moindre coût.

L'invention s'applique à tout système d'équilibrage utilisant des modules de transfert de charge bidirectionnels et linéaires. En particulier, l'invention ne se limite pas à l'exemple aux modules du type à pompe de charge donné uniquement à titre d'illustration.

Dans toute la description, le module de transfert de charge a une caractéristique de transfert en courant linéaire lorsque les tensions des deux cellules qui lui sont connectées sont proches de l'équilibre. On parle de linéarité au premier ordre. Le système d'équilibrage de charge continuera de fonctionner correctement si le gain en courant n'est pas linéaire mais qu'il transfère un courant de même signe que la différence de tension aux bornes de cellules.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Dispositif de stockage d'énergie comprenant un réseau série de n éléments de stockage (C1,...,C8) apte à fournir une tension continue à ses bornes, et une pluralité de modules de transfert de charge, chaque module assurant un transfert de charge bidirectionnel entre deux éléments de stockage dudit réseau, caractérisé en ce que chaque élément de stockage d'énergie est connecté à p modules, p<_ n-1, chacun des p modules appairant ledit élément avec un autre élément du réseau.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque module de transfert de charge appairant ledit élément (Ck) et un des p éléments de stockage est tel que le transfert de charge entre lesdits éléments appairés se traduit par un courant de charge ou décharge qui est proportionnel à la différence entre la tension aux bornes dudit élément et la moyenne des tensions aux bornes des autres n-1 éléments de charge.

3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il 15 comprend n(n-1)/2 modules identiques, chaque élément de stockage (Ck) étant appairé à chacun des autres n-1 éléments de stockage du réseau par (n-1) modules associés (Mk,1, Mk,2 É É É Mk,k-1, Mk,k+1 É É É Mk,n-1, Mk, n)É

4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits modules sont du type tripôle ou quadripôle selon que les éléments qu'ils 20 appairent sont adjacents ou non.

5. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, comprenant n éléments de stockage avec n=2m, caractérisé en ce qu'il comprend n-1 modules de type tripôle, distribués en m-1 groupes de rang 0 à m-1, tel qu'au groupe de rang i correspond 2' modules (M1o, M11), chacun associé à n/2' éléments arrangés en deux ensembles de manière à former une paire, les modules dudit groupe de rang i O étant dimensionnés pour avoir un gain en courant 2' fois plus important que le gain en courant du module (MO) du groupe de rang O.

6. Dispos!,itif selon la revendication 1 ou 2, comprenant n éléments de stockage avec n =2m-x, caractérisé en ce qu'il comprend un nombre I de modules de type tripôle, avec n-1-x<I<_ n-1 modules, distribués en m-1 groupes de rang 0 à m-1, tel qu'au groupe de rang i correspond au plus 2' modules (M1 d, M1 1), chacun associé à n/2' éléments arrangés en deux ensembles de manière à former une paire, les modules dudit groupe de rang i O étant dim nsionnés pour avoir un gain en courant 2' fois plus important que le gain en courant du module (MO) du groupe de rang 0.

7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, 10 caractérisé en que lesdits éléments de stockage sont des cellules de batterie électrochimique.

8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en que lesdits éléments de stockage sont des cellules de batterie de type lithiu

9. Dispos en ce que lesc itif selon l'une quelconque des revendications là 6, caractérisé its éléments de stockage sont des supercapacités. -ion.

10. Système électronique comprenant un chargeur et un dispositif de stockage d'én rgie selon l'une quelconque des revendications précédentes, rechargeable ar ledit chargeur.