FR2915328A1 - Dispositif de stockage d'energie, notamment pour vehicule automobile. - Google Patents
Dispositif de stockage d'energie, notamment pour vehicule automobile. Download PDFInfo
- Publication number
- FR2915328A1 FR2915328A1 FR0754534A FR0754534A FR2915328A1 FR 2915328 A1 FR2915328 A1 FR 2915328A1 FR 0754534 A FR0754534 A FR 0754534A FR 0754534 A FR0754534 A FR 0754534A FR 2915328 A1 FR2915328 A1 FR 2915328A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- cells
- energy
- energy storage
- balancing circuit
- voltage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/44—Methods for charging or discharging
- H01M10/441—Methods for charging or discharging for several batteries or cells simultaneously or sequentially
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
- B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
- B60L58/12—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to state of charge [SoC]
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
- B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
- B60L58/18—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
- B60L58/22—Balancing the charge of battery modules
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
- H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
- H02J7/0018—Circuits for equalisation of charge between batteries using separate charge circuits
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
- H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
- H02J7/0019—Circuits for equalisation of charge between batteries using switched or multiplexed charge circuits
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L2260/00—Operating Modes
- B60L2260/40—Control modes
- B60L2260/46—Control modes by self learning
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
- H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
- H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M3/33507—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/80—Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
- Y02T10/92—Energy efficient charging or discharging systems for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors specially adapted for vehicles
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Transportation (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
L'invention concerne un dispositif de stockage d'énergie (1), notamment pour véhicule automobile, comportant :- un ensemble (2) de cellules de stockage d'énergie (Ci) connectées en série,- un circuit d'équilibrage (10) agencé pour permettre le prélèvement d'énergie sur au moins une desdites cellules et distribuer de l'énergie ainsi prélevée vers au moins une autre desdites cellules.
Description
Dispositif de stockage d'énergie, notamment pour véhicule automobile
L'invention concerne un dispositif de stockage d'énergie comportant un ensemble de cellules de stockage d'énergie disposées en série. L'invention s'applique notamment au domaine des véhicules automobiles, le dispositif de stockage d'énergie étant par exemple agencé pour être chargé lors d'une phase de freinage récupératif et déchargé lors de phases de démarrage et d'accélération du véhicule. D'une manière générale, pour une chaîne de cellules de stockage d'énergie connectées en série, ces cellules comportant par exemple chacune un super-condensateur, des différences de tension de charge peuvent apparaître entre les cellules du fait : - de différences entre les valeurs de capacité inhérentes à la fabrication des cellules, - de l'existence de courants de fuite d'intensités différentes. La persistance de ces écarts dans le temps peut provoquer le vieillissement 20 accéléré, voire la destruction, des cellules qui supportent des tensions de charge les plus élevées. Différentes méthodes sont proposées pour corriger ces déséquilibres. On connaît par exemple par la demande de brevet US 2003/0214267 un système de stockage d'énergie comportant une chaîne de cellules, par exemple 25 capacitives, assemblées en série. Ce système comprend, pour chaque cellule, un circuit d'équilibrage pour équilibrer les courants de fuite associés aux cellules. Ce circuit d'équilibrage est formé par une résistance et une diode. Cette demande US 2003/0214267 décrit également un circuit d'équilibrage incorporant un amplificateur opérationnel. 30 On connaît par ailleurs par le brevet US 5 659 237 un dispositif pour équilibrer la charge au sein d'une chaîne de cellules de stockage d'énergie connectées en série. Ce dispositif comprend un transformateur de type flyback permettant, à chaque cycle de commutation d'un transistor MOSFET, de transférer une certaine quantité d'énergie aux cellules de la chaîne qui présentent les plus basses tensions. Ce dispositif prélève l'énergie à transférer, sur un chargeur qui est lui-même relié à une source de courant alternatif. La demande de brevet US 2005/0269988 décrit un dispositif de stockage d'énergie permettant un équilibrage à deux niveaux, à savoir intra-modulaire et inter-modulaire. La présente invention vise notamment à améliorer encore l'équilibrage de cellules de stockage d'énergie connectées en série. L'invention a ainsi pour objet un dispositif de stockage d'énergie, notamment pour véhicule automobile, comportant : - un ensemble de cellules de stockage d'énergie connectées en série, - un circuit d'équilibrage agencé pour permettre le prélèvement d'énergie sur au moins une desdites cellules et distribuer de l'énergie ainsi prélevée vers au moins une autre desdites cellules. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, le circuit d'équilibrage est agencé pour permettre, lors d'une phase de décharge du dispositif de stockage d'énergie, d'accroître la tension de charge de l'une au moins des cellules uniquement avec de l'énergie prélevée sur l'une au moins des cellules de stockage d'énergie du dispositif. L'invention permet notamment de compenser des différences entre les courants de fuite des cellules de stockage d'énergie tout en accompagnant une décharge naturelle de l'ensemble des cellules, par apport d'énergie aux cellules dont la tension de charge est la plus basse, ce qui assure un équilibrage automatique en décharge. L'énergie permettant d'équilibrer la tension des cellules étant prise sur l'ensemble de cellules lui-même, à l'exclusion de toute source d'énergie extérieure, le dispositif de stockage d'énergie selon l'invention est capable de rester chargé de manière symétrique quelque soit son état de charge, y compris pour de très faibles valeurs de tension de charge.
L'ensemble des cellules en série peut être disponible en permanence pour emmagasiner de la charge ou se décharger pour fournir de la puissance, lors du fonctionnement du véhicule. Il n'est pas indispensable de déconnecter ou d'arrêter le circuit d'équilibrage lorsque l'ensemble de cellules est utilisé lors du fonctionnement du véhicule. Le circuit d'équilibrage peut être agencé pour pouvoir être connecté en permanence à un réseau d'alimentation du véhicule. L'invention permet en outre d'assurer l'aptitude du dispositif de stockage d'énergie à consommer le moins d'énergie possible sur les cellules, notamment par rapport au cas où des résistances sont utilisées pour réaliser l'équilibrage.
Le temps de décharge des cellules peut ainsi être relativement long. Avantageusement, le circuit d'équilibrage est agencé pour permettre une décharge symétrique des cellules jusqu'à une tension au moins 3 fois plus faible que la tension maximale d'utilisation des cellules, notamment au moins 10 fois plus faible, de préférence au moins 20 fois plus faible.
Par exemple, pour un ensemble de dix cellules en série dont la tension aux bornes extérieures est d'environ 20 Volts à l'état chargé, la décharge des cellules peut, le cas échéant, aboutir à une valeur de tension de charge aux bornes de cet ensemble proche de 2 V. Dans ce cas, l'écart de tension entre les cellules à l'état de décharge profonde (par exemple lorsque le véhicule reste garé longtemps sur un parking) peut être inférieur à 0.2 V. Même en cas de décharge profonde, et grâce à ces faibles écarts de tension entre les cellules, il est possible de recharger les cellules rapidement à très fort courant par l'électronique de puissance du véhicule, jusqu'à une valeur de tension importante, sans risque de sur-tension au niveau de certaines des cellules. Dans un autre exemple de mise en oeuvre de l'invention, le circuit d'équilibrage est agencé pour pouvoir être alimenté par une source d'énergie extérieure, notamment une batterie de véhicule automobile, en vue de limiter la décharge des cellules à un seuil de tension prédéterminé, la tension aux bornes de l'ensemble des cellules étant notamment maintenue à environ la tension de la batterie.
Les batteries actuelles peuvent permettre de maintenir ce seuil de tension sur une période de l'ordre d'une année. Ceci permet d'éviter, si on le souhaite, que les cellules de stockage d'énergie ne se déchargent de manière excessive.
Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, le circuit d'équilibrage est agencé de manière à ce que l'énergie prélevée sur l'une au moins des cellules soit stockée sous forme d'énergie inductive avant d'être transférée à une ou plusieurs autres cellules Avantageusement, le circuit d'équilibrage est agencé pour prélever de l'énergie aux bornes extérieures de l'ensemble de cellules. De préférence, le circuit d'équilibrage comporte un ou plusieurs transformateurs, notamment de type flyback. Ce transformateur peut, le cas échéant, être associé à un interrupteur, notamment un transistor tel qu'un transistor MOSFET, et le circuit d'équilibrage peut comporter un oscillateur agencé pour commander la commutation dudit interrupteur. L'oscillateur peut par exemple être agencé pour générer un signal de commande rectangulaire. De préférence, l'oscillateur est alimenté par un courant électrique prélevé sur l'ensemble de cellules. Ceci permet au dispositif d'être indépendant d'une source d'alimentation extérieure. En variante, l'oscillateur peut être relié à une source d'alimentation extérieure. Dans un autre exemple de mise en oeuvre de l'invention, le circuit d'équilibrage est agencé de manière à ce que l'énergie prélevée sur l'une au moins des cellules soit stockée sous forme d'énergie capacitive avant d'être transférée à une ou plusieurs cellules. Avantageusement, le circuit d'équilibrage est agencé pour prélever de l'énergie à deux bornes de l'une au moins des cellules, notamment de seulement l'une des cellules.
Si on le souhaite, le circuit d'équilibrage comporte au moins un multiplexeur, notamment un multiplexeur analogique.
Le dispositif peut, le cas échéant, comporter un système de diagnostic permettant de déterminer des écarts de tension entre les cellules et/ou déterminer la tension maximale aux bornes de chaque cellule, notamment en vue de faire un diagnostic de santé des cellules.
En fonction d'un modèle de vieillissement des cellules et d'un estimateur de courants de fuite et de la capacité de chaque cellule, il est possible de choisir d'équilibrer les cellules à des valeurs de tension légèrement différentes, en particulier dans le cas où la capacité des cellules devient différente entre les cellules.
De préférence, l'une au moins des cellules de stockage d'énergie comporte au moins un super-condensateur. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, le circuit d'équilibrage est agencé pour contrôler une valeur de courant d'équilibrage des cellules en fonction de l'un au moins de la température et de la tension aux bornes de l'ensemble des cellules. Ceci permet de compenser l'influence de la température et/ou de la tension sur la valeur du courant de fuite des cellules. Le dispositif de stockage d'énergie peut être utilisé dans un véhicule automobile, et être agencé pour être chargé lors d'une phase de freinage récupératif et déchargé lors de phases de démarrage et/ou d'accélération du véhicule L'invention a encore pour objet un procédé pour équilibrer la tension de charge d'un ensemble de cellules de stockage d'énergie connectées en série, notamment utilisé dans un véhicule automobile, le procédé comportant les étapes suivantes : - prélever de l'énergie sur l'une au moins des cellules, -distribuer l'énergie ainsi prélevée vers au moins une autre desdites cellules. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, lors d'une phase de décharge en l'absence d'utilisation des cellules, l'énergie distribuée vers les cellules de stockage d'énergie provient uniquement de l'énergie prélevée sur une ou plusieurs cellules dudit ensemble. Dans un autre exemple de mise en oeuvre de l'invention, en l'absence d'utilisation des cellules de stockage d'énergie, la décharge des cellules est limitée à un seuil de tension prédéterminé par équilibrage des cellules en prélevant et distribuant de l'énergie entre elles et en prélevant de l'énergie supplémentaire sur une source d'énergie autre que les cellules, notamment depuis une batterie de véhicule automobile. L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples de mise en oeuvre non limitatifs de l'invention, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel : la figure 1 représente, schématiquement et partiellement, un dispositif de stockage d'énergie conforme à un exemple de mise en oeuvre de l'invention, - la figure 2 illustre différentes étapes successives d'équilibrage de deux cellules du dispositif de la figure 1, - la figure 3 représente, schématiquement et partiellement, une modification d'une portion du dispositif de la figure 1, - la figure 4 illustre différentes étapes successives d'équilibrage de deux cellules du dispositif de la figure 3 ; et - la figure 5 représente, schématiquement et partiellement, un dispositif de stockage d'énergie conforme à un autre exemple de mise en oeuvre de l'invention. On a représenté sur la figure 1 un dispositif de stockage d'énergie 1 conforme à l'invention, comportant un ensemble 2 de cellules de stockage d'énergie Cl, C2, ... Ci connectées en série. Le nombre de cellules Ci est par exemple égal à 10. Dans l'exemple considéré, chaque cellule Cl, C2, ... Ci est formée par un unique super-condensateur.
Le dispositif 1 est agencé pour être utilisé dans un véhicule automobile, en étant chargé lors d'une phase de freinage récupératif et déchargé lors de phases de démarrage et/ou d'accélération du véhicule. L'ensemble 2 comprend deux bornes extérieures 4 et 5 dont l'une 4 est reliée 5 à une masse, par exemple. La tension aux bornes 4 et 5 de l'ensemble 2 est notée E, celle aux bornes de chaque cellule Ci est notée Vci. Ip désigne le courant circulant entre les bornes 4 et 5 de l'ensemble 2. On appelle Idi un courant de décharge associé à chaque cellule Ci. 10 Le dispositif 1 comporte un circuit d'équilibrage 10 agencé pour permettre le prélèvement d'énergie sur au moins une des cellules Cl, C2, ... Ci et distribuer de l'énergie ainsi prélevée vers au moins une autre desdites cellules. Dans l'exemple décrit, le circuit d'équilibrage 10 est agencé pour permettre, lors d'une phase de décharge du dispositif 1, d'accroître la tension de charge de 15 l'une au moins des cellules Cl, C2, ... Ci uniquement avec de l'énergie prélevée sur l'une au moins des autres cellules de stockage d'énergie. Le circuit d'équilibrage 10 comporte un transformateur de type flyback 11 pourvu d'un noyau 12, d'un bobinage primaire 13 d'inductance Lp et de bobinages secondaires 14. 20 Le bobinage primaire 13 est monté en série avec un interrupteur Q formé par un transistor. Dans l'exemple considéré, le transistor Q est un transistor MOSFET avec un drain relié au bobinage primaire 13 et une source reliée à la borne 4. Le bobinage primaire 13 et l'interrupteur Q sont connectés aux bornes 25 extérieures 4 et 5 de l'ensemble 2. Chaque bobinage secondaire 14 fait partie d'une boucle 15 connectée aux bornes d'une cellule Ci de l'ensemble 2. Chaque boucle 15 comporte une diode Di en série avec le bobinage secondaire 14, cette boucle 15 étant traversée par un courant d'équilibrage Isi. 30 Un condensateur Cd de découplage est monté en parallèle avec le bobinage primaire 13 et l'interrupteur Q.
Le dispositif 1 comprend un oscillateur 20 permettant de générer un signal transmis à la grille du transistor Q pour commuter ce transistor Q. Dans l'exemple considéré, le signal produit par l'oscillateur 20 est du type rectangulaire avec un rapport cyclique D sélectionné de manière à générer un courant de sortie total (somme des courants Isi) dépendant de la tension E aux bornes de l'ensemble 2. La fréquence Fd du signal généré par l'oscillateur 20 est contrôlée en fonction d'une température mesurée au niveau de l'ensemble 2. La mesure de la température est réalisée par exemple à l'aide d'un capteur 10 de température monté au sein de l'ensemble 2. Dans l'exemple considéré, l'oscillateur 20 est alimenté par un courant la prélevé aux bornes du bobinage 13 et de l'interrupteur Q. L'oscillateur 20 est par exemple agencé pour fonctionner de manière autonome entre 2V et 30V. 15 Dans une variante non illustrée, l'oscillateur 20 peut être alimenté par une source d'alimentation extérieure au dispositif 1. Une valeur approchée du courant d'équilibrage Isi est donnée par l'expression : Isi (E.D)2 Lp.Fd.(E + k.Vd) 20 où k est le nombre de cellules Ci dans l'ensemble 2 et Vd une tension de déchet des diodes Di.
25 Une valeur approchée du courant de décharge Idi est donnée par l'expression (hors oscillateur 20 et fuites des cellules Ci) : Idi Isi. rk.Vd E On va maintenant décrire en référence à la figure 2 différentes étapes successives d'équilibrage de deux cellules Cl et C2 de l'ensemble 2. On suppose qu'à l'instant t0 la tension aux bornes de la cellule Cl est supérieure à la tension aux bornes de la cellule C2. Autrement dit, la cellule Cl est plus chargée que la cellule C2. L'équilibrage des cellules Cl et C2 s'effectue grâce au circuit d'équilibrage 10 par un prélèvement d'énergie aux bornes de l'ensemble 2 puis de l'énergie ainsi prélevée est distribuée par le transformateur 11, via le bobinage primaire 13 et les bobinages secondaires 14, aux cellules les moins chargées, par exemple à la cellule C2. Ainsi, entre les instants t0 et t1, la tension aux bornes de la cellule Cl diminue et celle aux bornes de la cellule C2 augmente jusqu'à atteindre sensiblement le même niveau de charge que la cellule Cl.
Puis, entre t1 et t2, les cellules Cl et C2 se déchargent sensiblement à la même vitesse pour atteindre un niveau de décharge sensiblement identique, par exemple proche de 0.2V pour chaque cellule, dans le cas d'une décharge profonde. Le circuit d'équilibrage 10 permet ainsi de compenser des différences entre des courants de fuite des cellules de stockage d'énergie Ci tout en accompagnant une décharge naturelle de l'ensemble 2 des cellules par apport d'énergie aux cellules dont la tension de charge est la plus basse, ce qui assure un équilibrage automatique en décharge. Lorsque l'ensemble 2 est à l'équilibre, les courants de décharge Idi sont sensiblement identiques, aux courants de fuite des cellules Ci près, et sont proportionnels aux pertes du circuit d'équilibrage 10 et de l'oscillateur 20. L'essentiel des pertes du circuit d'équilibrage 10 provient des diodes Di compte tenu des tensions de déchet Vd. Dans l'exemple qui vient d'être décrit, l'équilibrage des cellules Ci est réalisé 30 en phase de décharge sans nécessiter d'énergie provenant d'une source d'énergie autre que les cellules.
La décharge des cellules Ci peut ainsi être, le cas échéant, relativement poussée. En variante, comme illustré sur la figure 3, le circuit d'équilibrage 10 peut être agencé pour être alimenté par une source d'énergie extérieure, par exemple une batterie 30. Cette batterie 30 est reliée au bobinage primaire 13 avec interposition d'une diode 31. Une diode 32 peut être prévue en série avec le bobinage primaire 13. Dans l'exemple de la figure 3, l'équilibrage des cellules Ci est sensiblement identique à l'exemple précédent (voir figure 4 entre t0 et t1). Toutefois, dans l'exemple de la figure 3, la tension de charge des cellules Cl et C2 est maintenue à un niveau prédéterminé Uo par apport d'énergie depuis la batterie 30, comme l'indique le diagramme pour l'instant t2 sur la figure 4. Dans les exemples qui viennent d'être décrits, le circuit d'équilibrage 10 est agencé de manière à ce que l'énergie prélevée sur l'une au moins des cellules Ci soit stockée sous forme d'énergie inductive avant d'être transférée à une ou plusieurs autres cellules. On a représenté sur la figure 5 un dispositif de stockage d'énergie 40 comportant un ensemble 2 de cellules de stockage d'énergie Ci analogue à celui décrit en référence à la figure 1, et un circuit d'équilibrage 41 agencé de manière à ce que l'énergie prélevée sur l'une au moins des cellules Ci est stockée sous forme d'énergie capacitive avant d'être transférée à une ou plusieurs cellules. A cet effet, le circuit d'équilibrage 41 comporte un condensateur 42 relié à l'ensemble 2 des cellules Ci via deux multiplexeurs 44, notamment de type analogique. Ces multiplexeurs 44 peuvent, le cas échéant, être alimentés par un courant prélevé sur les cellules Ci. Les multiplexeurs 44 peuvent ainsi être de type flottant. Les multiplexeurs 44 sont connectés à un oscillateur 45 agencé de manière à ce que lorsqu'il est en marche, les multiplexeurs 44 prélèvent de l'énergie sur l'une des cellules Ci pour recharger le condensateur 42.
Puis les multiplexeurs 44 distribuent l'énergie stockée dans le condensateur 42 à l'une ou plusieurs cellules Ci la ou les plus déchargée(s). Dans une variante non illustrée, il est possible de connecter une inductance en série avec le condensateur 42 de manière à limiter les impulsions de courant ou à permettre un équilibrage plus efficace en se servant de la résonance du circuit LC. Le dispositif 40 peut, le cas échéant, être intégré dans un circuit intégré ou Asic (Application-Specific Integrated Circuit). Le dispositif 40 peut, le cas échéant, comporter un système de diagnostic (non représenté) permettant de déterminer des écarts de tension entre les cellules Ci et/ou déterminer la tension maximale aux bornes de chaque cellule, notamment en vue de faire un diagnostic de santé des cellules. Le diagnostic du dispositif 40 peut, si on le souhaite, être réalisé par cycles, par exemple de quelques minutes par jour lorsque le véhicule est à l'arrêt, et en permanence lorsque le véhicule fonctionne, ce qui permet de limiter la consommation d'énergie en fonction du diagnostic. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de mise en oeuvre qui viennent d'être décrits.20
Claims (21)
1. Dispositif de stockage d'énergie (1), notamment pour véhicule automobile, comportant : - un ensemble (2) de cellules de stockage d'énergie (Ci) connectées en série, - un circuit d'équilibrage (10 ; 41) agencé pour permettre le prélèvement d'énergie sur au moins une desdites cellules et distribuer de l'énergie ainsi prélevée vers au moins une autre desdites cellules.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le circuit d'équilibrage (10) est agencé pour permettre, lors d'une phase de décharge du dispositif, d'accroître la tension de charge de l'une au moins des cellules uniquement avec de l'énergie prélevée sur l'une au moins des cellules de stockage d'énergie.
3. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que le circuit d'équilibrage (10) est agencé pour permettre une décharge symétrique des cellules (Ci) jusqu'à une tension au moins 3 fois plus faible que la tension maximale d'utilisation des cellules, notamment au moins 10 fois plus faible, de préférence au moins 20 fois plus faible.
4. Dispositif selon l'une des deux revendications précédentes, caractérisé par le fait que le circuit d'équilibrage (10) est agencé pour pouvoir être connecté en permanence à un réseau d'alimentation d'un véhicule automobile.
5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le circuit d'équilibrage (10) est agencé pour pouvoir être alimenté par une source d'énergie extérieure (30), notamment une batterie de véhicule automobile, envue de limiter la décharge des cellules à un seuil de tension prédéterminé (Uo), la tension aux bornes de l'ensemble des cellules étant notamment maintenue à environ la tension de la batterie.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le circuit d'équilibrage (10) est agencé de manière à ce que l'énergie prélevée sur l'une au moins des cellules soit stockée sous forme d'énergie inductive avant d'être transférée à une ou plusieurs autres cellules.
7. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que le circuit d'équilibrage (10) est agencé pour prélever de l'énergie aux bornes extérieures (4 ; 5) de l'ensemble de cellules (2).
8. Dispositif selon l'une des deux revendications précédentes, caractérisé par le fait que le circuit d'équilibrage (10) comporte un ou plusieurs transformateurs (11), notamment de type flyback.
9. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que le transformateur (11) est associé à un interrupteur (Q), notamment un transistor tel qu'un transistor MOSFET, et par le fait que le circuit d'équilibrage (10) comporte un oscillateur (20) agencé pour commander la commutation dudit interrupteur.
10. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que l'oscillateur (20) est agencé pour générer un signal de commande rectangulaire.
11. Dispositif selon l'une des deux revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'oscillateur (20) est alimenté par un courant électrique (la) prélevé sur l'ensemble de cellules. 30
12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le circuit d'équilibrage (41) est agencé de manière à ce que l'énergie25 prélevée sur l'une au moins des cellules est stockée sous forme d'énergie capacitive avant d'être transférée à une ou plusieurs cellules.
13. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que le circuit d'équilibrage (41) est agencé pour prélever de l'énergie à deux bornes de l'une au moins des cellules.
14. Dispositif selon l'une des deux revendications précédentes, caractérisé par le fait que le circuit d'équilibrage comporte au moins un multiplexeur (44), notamment un multiplexeur analogique.
15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, caractérisé par le fait qu'il comporte un système de diagnostic permettant de déterminer des écarts de tension entre les cellules et/ou déterminer la tension maximale aux bornes de chaque cellule, notamment en vue de faire un diagnostic de santé des cellules (Ci).
16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'une au moins des cellules de stockage d'énergie 20 comporte au moins un super-condensateur.
17. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le circuit d'équilibrage est agencé pour contrôler une valeur de courant d'équilibrage (Isi) des cellules en fonction de l'un au moins de 25 la température et de la tension (E) de l'ensemble des cellules.
18. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, utilisé dans un véhicule automobile, caractérisé par le fait qu'il est agencé pour être chargé lors d'une phase de freinage récupératif et déchargé lors de phases de 30 démarrage et/ou d'accélération du véhicule
19. Procédé pour équilibrer la tension de charge d'un ensemble de cellules de stockage d'énergie connectées en série, notamment utilisé dans un véhicule automobile, le procédé comportant les étapes suivantes : -prélever de l'énergie sur l'une au moins des cellules, - distribuer l'énergie ainsi prélevée vers au moins une autre desdites cellules.
20. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que, lors d'une phase de décharge en l'absence d'utilisation des cellules, l'énergie distribuée vers les cellules de stockage d'énergie provient uniquement de l'énergie prélevée sur une ou plusieurs cellules dudit ensemble.
21. Procédé selon la revendication 19, caractérisé par le fait que, en l'absence d'utilisation des cellules de stockage d'énergie, la décharge des cellules est limitée à un seuil de tension prédéterminé (Uo) par équilibrage des cellules en prélevant et distribuant de l'énergie entre elles et en prélevant de l'énergie supplémentaire sur une source d'énergie autre que les cellules, notamment depuis une batterie (30) de véhicule automobile.20
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0754534A FR2915328A1 (fr) | 2007-04-18 | 2007-04-18 | Dispositif de stockage d'energie, notamment pour vehicule automobile. |
| US12/596,376 US8288991B2 (en) | 2007-04-18 | 2008-04-07 | Energy storage device with assembly of energy storage cells and balancing circuit |
| PCT/FR2008/050609 WO2008139103A2 (fr) | 2007-04-18 | 2008-04-07 | Dispositif de stockage d'energie, notamment pour vehicule automobile |
| CN2008800126869A CN101669263B (zh) | 2007-04-18 | 2008-04-07 | 包括能量存储单元组件和平衡电路的能量存储设备 |
| EP08788132.2A EP2137801B1 (fr) | 2007-04-18 | 2008-04-07 | Dispositif de stockage d'energie, notamment pour vehicule automobile |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0754534A FR2915328A1 (fr) | 2007-04-18 | 2007-04-18 | Dispositif de stockage d'energie, notamment pour vehicule automobile. |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2915328A1 true FR2915328A1 (fr) | 2008-10-24 |
Family
ID=38658640
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR0754534A Withdrawn FR2915328A1 (fr) | 2007-04-18 | 2007-04-18 | Dispositif de stockage d'energie, notamment pour vehicule automobile. |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101669263B (fr) |
| FR (1) | FR2915328A1 (fr) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2959885A1 (fr) * | 2010-05-05 | 2011-11-11 | Commissariat Energie Atomique | Systeme d'equilibrage pour batterie de puissance, procede d'equilibrage de charge et procede combine d'equilibrage de charge et d'alimentation correspondants |
| WO2012065697A1 (fr) * | 2010-11-15 | 2012-05-24 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Circuit de commande et procédé de commande d'une pluralité d'éléments accumulateurs |
| EP2760103A1 (fr) * | 2013-01-24 | 2014-07-30 | Siemens Aktiengesellschaft | Symétrie de tensions de condensateurs dans une commutation en série de condensateurs |
| FR3029025A1 (fr) * | 2014-11-25 | 2016-05-27 | Renault Sa | Pack batterie pour un vehicule automobile |
| CN107040002A (zh) * | 2016-02-03 | 2017-08-11 | 深圳市爱兰博功率电子有限公司 | 均衡式充放电装置及方法 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8791667B2 (en) * | 2011-01-31 | 2014-07-29 | Infineon Technologies Ag | Inductive charge balancing |
| JP5885044B2 (ja) * | 2011-12-08 | 2016-03-15 | ボルボ ラストバグナー アーベー | エネルギー貯蔵システム平衡装置 |
| US10378251B2 (en) * | 2012-12-24 | 2019-08-13 | Magna Closures Inc. | Electronic latch of a motor-vehicle closure device, provided with an improved backup energy source |
| FR3057406A1 (fr) * | 2016-10-06 | 2018-04-13 | Valeo Japan Co., Ltd. | Circuit de decharge d'un systeme electrique haute tension |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3940929C1 (fr) * | 1989-12-12 | 1991-05-08 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung Ev, 8000 Muenchen, De | |
| US5504415A (en) * | 1993-12-03 | 1996-04-02 | Electronic Power Technology, Inc. | Method and apparatus for automatic equalization of series-connected batteries |
| US5594320A (en) * | 1994-09-09 | 1997-01-14 | Rayovac Corporation | Charge equalization of series connected cells or batteries |
| US5869950A (en) * | 1997-10-30 | 1999-02-09 | Lockheed Martin Corp. | Method for equalizing the voltage of traction battery modules of a hybrid electric vehicle |
| US6150795A (en) * | 1999-11-05 | 2000-11-21 | Power Designers, Llc | Modular battery charge equalizers and method of control |
| US20020190692A1 (en) * | 2000-01-28 | 2002-12-19 | Victor Marten | Charge balancing system |
| US6771045B1 (en) * | 2002-09-05 | 2004-08-03 | Ise Corporation | Systems and methods for battery charging and equalization |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6624612B1 (en) * | 2001-10-30 | 2003-09-23 | Symbol Technologies, Inc. | System and method to facilitate voltage balancing in a multi-cell battery |
| US7081737B2 (en) * | 2003-06-19 | 2006-07-25 | O2Micro International Limited | Battery cell monitoring and balancing circuit |
-
2007
- 2007-04-18 FR FR0754534A patent/FR2915328A1/fr not_active Withdrawn
-
2008
- 2008-04-07 CN CN2008800126869A patent/CN101669263B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3940929C1 (fr) * | 1989-12-12 | 1991-05-08 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung Ev, 8000 Muenchen, De | |
| US5504415A (en) * | 1993-12-03 | 1996-04-02 | Electronic Power Technology, Inc. | Method and apparatus for automatic equalization of series-connected batteries |
| US5594320A (en) * | 1994-09-09 | 1997-01-14 | Rayovac Corporation | Charge equalization of series connected cells or batteries |
| US5869950A (en) * | 1997-10-30 | 1999-02-09 | Lockheed Martin Corp. | Method for equalizing the voltage of traction battery modules of a hybrid electric vehicle |
| US6150795A (en) * | 1999-11-05 | 2000-11-21 | Power Designers, Llc | Modular battery charge equalizers and method of control |
| US20020190692A1 (en) * | 2000-01-28 | 2002-12-19 | Victor Marten | Charge balancing system |
| US6771045B1 (en) * | 2002-09-05 | 2004-08-03 | Ise Corporation | Systems and methods for battery charging and equalization |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2959885A1 (fr) * | 2010-05-05 | 2011-11-11 | Commissariat Energie Atomique | Systeme d'equilibrage pour batterie de puissance, procede d'equilibrage de charge et procede combine d'equilibrage de charge et d'alimentation correspondants |
| WO2011138381A3 (fr) * | 2010-05-05 | 2012-02-02 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Systeme d'equilibrage pour batterie de puissance et procede d'equilibrage de charge correspondant |
| WO2012065697A1 (fr) * | 2010-11-15 | 2012-05-24 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Circuit de commande et procédé de commande d'une pluralité d'éléments accumulateurs |
| EP2760103A1 (fr) * | 2013-01-24 | 2014-07-30 | Siemens Aktiengesellschaft | Symétrie de tensions de condensateurs dans une commutation en série de condensateurs |
| FR3029025A1 (fr) * | 2014-11-25 | 2016-05-27 | Renault Sa | Pack batterie pour un vehicule automobile |
| WO2016083690A1 (fr) * | 2014-11-25 | 2016-06-02 | Renault S.A.S. | Pack de batteries pour un vehicule automobile |
| CN107040002A (zh) * | 2016-02-03 | 2017-08-11 | 深圳市爱兰博功率电子有限公司 | 均衡式充放电装置及方法 |
| CN107040002B (zh) * | 2016-02-03 | 2019-08-20 | 深圳市爱兰博功率电子有限公司 | 均衡式充放电装置及方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101669263A (zh) | 2010-03-10 |
| CN101669263B (zh) | 2013-06-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2137801B1 (fr) | Dispositif de stockage d'energie, notamment pour vehicule automobile | |
| FR2915328A1 (fr) | Dispositif de stockage d'energie, notamment pour vehicule automobile. | |
| EP0749191B1 (fr) | Chargeur pour accumulateur d'énergie électrique | |
| EP2079148B1 (fr) | Circuit electrique | |
| FR2896211A1 (fr) | Dispositif de gestion electrique pour alimentation electrique de vehicule | |
| WO2014068245A2 (fr) | Systeme d'alimentation electrique a double stockeurs d'energie electrique d'un vehicule automobile ou hybride | |
| FR2933356A1 (fr) | Dispositif de stockage d'energie pour vehicules automobiles de type hybride ou electrique et procede de gestion d'energie electrique associe | |
| EP2416468A2 (fr) | Procédé d'équilibrage pour batterie électrique et système de gestion pour batterie mettant en ouvre un tel procédé | |
| FR2995083A1 (fr) | Dispositif de detection et de mesure d'un defaut d'isolement | |
| FR2826202A1 (fr) | Procede et dispositif d'equilibrage de supercapacite | |
| FR2991461A1 (fr) | Procede de diagnostic d'un commutateur de securite d'un dispositif d'alimentation electrique securise d'un vehicule automobile hybride et dispositif d'alimentation electrique securise correspondant | |
| WO2010136688A1 (fr) | Système d ' alimentation électrique d ' un véhicule a moteur thermique muni d ' un système d ' arrêt et de redémarrage automatique | |
| EP3324197B1 (fr) | Procédé de détermination de l'état de santé d'une cellule de batterie | |
| FR3067878B1 (fr) | Procede de charge de batteries pour un aeronef et systeme de stockage d'energie electrique | |
| FR2927200A1 (fr) | Dispositif de stockage d'energie, notamment pour vehicule automobile | |
| FR2924870A1 (fr) | Dispositif de stockage d'energie, notamment pour vehicule automobile. | |
| WO2012085459A1 (fr) | Dispositif et procede de conversion dc/dc dans le reseau de bord d'un vehicule | |
| FR2992487A1 (fr) | Procede de gestion d'un reseau electrique, agencement pour la mise en oeuvre du procede, support d'enregistrement et programme informatique associes au procede, vehicule automobile | |
| FR2966294A1 (fr) | Procede de recharge d'un module supercondensateur d'un vehicule automobile et vehicule automobile correspondant | |
| FR3045216B1 (fr) | Batterie comprenant une pluralite de cellules en serie | |
| FR2751145A1 (fr) | Dispositif de controle de la charge d'un supercondensateur et procede de commande d'un tel dispositif | |
| FR2997582A1 (fr) | Systeme d'alimentation electrique a double stockeurs d'energie electrique d'un vehicule automobile ou hybride | |
| FR3087596A1 (fr) | Systeme electrique et procede de charge d'une batterie, notamment pour vehicule | |
| WO2010106257A1 (fr) | Systeme de recharge de batteries | |
| FR2938987A1 (fr) | Procede de limitation de courant d'excitation maximum dans un systeme alterno-demarreur |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 10 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 11 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 12 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 13 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 14 |
|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20211205 |