FR2987524A1 - Dispositif de prise de tension continue pour une installation de stockage d'energie et procede pour generer une tension continue a partir d'une installation de stockage d'energie - Google Patents

Dispositif de prise de tension continue pour une installation de stockage d'energie et procede pour generer une tension continue a partir d'une installation de stockage d'energie Download PDF

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Abstract

Dispositif de prise de tension continue (8) pour une installation de stockage d'énergie (1) ayant des branches d'alimentation (Z) avec des modules de stockage (3) pour générer une tension alternative sur des bornes de sortie (1a, 1b, 1c), Un premier montage en demi-pont (9) a des premières bornes collectrices (8a, 8b, 8c) reliées aux bornes de sortie (1a, 1b, 1c), et un second montage en demi-pont (15) a des secondes bornes collectrices (8g, 8h, 8i) couplées aux bornes de sortie (1a, 1b, 1c). Un releveur de tension (14) est couplé entre le premier (9) et le second montage en demi-pont (15) et en fonction de la différence de potentiel entre ces montages (9) et (15), il fournit une tension continue (UZK) sur les bornes de prise de sortie (8e, 8f) du dispositif (8).

Description

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un dispositif de prise de tension continue pour une installation de stockage d'énergie ainsi qu'un procédé pour générer une tension continue à partir d'une instal- lation de stockage d'énergie, notamment dans le cas de systèmes équi- pés de redresseurs directs de batterie pour l'alimentation électrique simultanée d'une machine électrique et pour générer un autre état de tension pour un réseau de tension continue. Etat de la technique Le développement prévoit l'utilisation de plus en plus de systèmes électroniques à la fois pour des applications stationnaires telles que les éoliennes ou les installations photovoltaïques mais aussi les installations mobiles de véhicules telles que des véhicules hybrides ou des véhicules électriques utilisant les nouvelles techniques de stoc- kage d'énergie pour l'entraînement électrique. L'alimentation d'une machine électrique avec un courant polyphasé se fait habituellement avec un onduleur sous la forme d'un commutateur commandé par impulsion. Ainsi, la tension continue fournie par un circuit intermédiaire de tension continue est transformée en une tension alternative polyphasée, par exemple une tension alterna- tive triphasée. Le circuit intermédiaire de tension continue est alimenté par une ligne formée de modules de batteries branchés en série. Pour remplir les conditions de puissance et d'énergie correspondant à chaque application, il faut souvent plusieurs modules de batteries branchés en série dans une batterie de traction. Le montage en série de plusieurs modules de batteries a l'inconvénient que l'ensemble de la ligne est défaillant si un seul module est hors service. Une telle défaillance de la ligne d'alimentation en énergie peut se traduire par l'arrêt de l'ensemble du système. En outre, des réductions de puissance temporaires ou permanentes d'un seul module de batteries se traduisent par une réduction de la puissance de l'ensemble de la ligne d'alimentation en énergie. Le document US 5 642 275 A 1 décrit un système de bat- teries intégrant une fonction d'onduleur. Les systèmes de ce type sont connus sous la dénomination d'inverseur en cascade multiniveaux ou d'inverseur direct de batterie (BDI). Ces systèmes ont des sources de courant continu réparties en plusieurs lignes ou cordons de modules de stockage d'énergie raccordés directement à une machine électrique ou à un réseau électrique pour générer les tensions d'alimentation monopha- Sées ou polyphasées. Les lignes de modules de stockage d'énergie se composent d'un ensemble de modules branchés en série et chaque module d'alimentation en énergie comporte au moins une cellule de batteries et son unité de couplage commandée, associée, permettant en fonction de signaux de commande, de court-circuiter la cellule de batte- ries associée ou de brancher cette cellule dans la ligne de modules d'alimentation respective. L'unité de couplage permet en outre de brancher la cellule de batterie avec une polarité inverse dans la ligne des modules d'alimentation en énergie ou de couper la ligne respective. Par une commande appropriée des unités de couplage, par exemple par modulation de largeur d'impulsion, on obtient des signaux de phase pour commander la tension de sortie de phase, ce qui évite l'utilisation d'onduleurs impulsionnels distincts. L'onduleur impulsionnel nécessaire à la commande de la tension de sortie de phase est ainsi en quelque sorte intégré dans l'élément BDI.
Par rapport aux systèmes usuels, les éléments BDI ont en général un rendement plus élevé ; ils présentent une plus grande fiabilité et la tension de sortie a significativement moins d'harmoniques. La fiabilité résulte entre autres de ce que les cellules de batteries défectueuses, à l'arrêt ou qui ne fournissent pas la puissance totale, peuvent être court-circuitées dans la ligne d'alimentation en énergie par la commande de leur unité de couplage. La tension de sortie de phase d'une ligne de modules d'alimentation en énergie peut ainsi être modifiée par la commande appropriée des unités de couplage et notamment être réglées en échelons. L'échelonnement de la tension de sortie résulte de ce que la tension d'un seul module d'alimentation en énergie déter- mine la tension de sortie de phase, maximale possible qui est la somme de la tension de tous les modules d'alimentation en énergie d'une ligne de modules. Les documents DE 10 2010 027 857 Al et DE 10 2010 027 861 Al décrivent par exemple des inverseurs directs de batteries à plusieurs lignes de modules de batteries raccordées directement à une machine électrique. A la sortie des éléments BDI, on ne dispose pas de ten- sion continue constante car les cellules d'alimentation en énergie sont réparties entre différents modules d'alimentation en énergie et leurs ins- tallations de couplage sont commandées de manière ciblée pour générer une tension de sortie. Du fait de cette répartition, un élément BDI n'est pas en principe une source de tension continue, par exemple pour alimenter le réseau embarqué d'un véhicule électrique.
But de l'invention La présente invention a pour but de développer un dispositif de prise de tension pour une installation de stockage d'énergie ainsi qu'un procédé de gestion d'un tel dispositif permettant en fonctionnement continu de l'installation de stockage d'énergie, de prendre ou de développer un autre état de tension, notamment un état de tension con- tinue. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, la présente invention a pour objet un dispositif de prise de tension continue pour une installation de stockage d'énergie ayant un ensemble de branches d'alimentation en énergie avec un en- semble de modules de stockage d'énergie pour générer une tension alternative sur un ensemble de bornes de sortie de l'installation de stockage d'énergie, caractérisé en ce qu'il comprend : - un premier montage en demi-pont avec un ensemble de premières bornes collectrices reliées respectivement à l'une des bornes de sortie de l'installation de stockage d'énergie, - un second montage en demi-pont ayant un ensemble de secondes bornes collectrices couplées respectivement à l'une des bornes de sortie de l'installation de stockage d'énergie, et - un releveur de tension couplé entre le premier montage en demi-pont et le second montage en demi-pont et qui, en fonction de la différence de potentiel entre le premier montage en demi-pont et le second montage en demi-pont, fournit une tension continue sur les bornes de prise de sortie du dispositif de prise de tension continue.
L'invention a également pour objet un système d'entraînement électrique comportant une installation de stockage d'énergie ayant un ensemble de branches d'alimentation en énergie avec chaque fois un ensemble de modules de stockage d'énergie pour générer une tension alternative sur un ensemble de bornes de sortie de l'installation de stockage d'énergie, et un dispositif de prise de tension continue tel que défini ci-dessus dont les premières et les secondes bornes collectrices sont couplées respectivement à l'une des bornes de sortie de l'installation de stockage d'énergie.
L'invention a également pour objet un procédé pour géné- rer une tension continue à partir d'une installation de stockage d'énergie ayant un ensemble de branches d'alimentation en énergie avec un ensemble de modules de stockage d'énergie pour générer une tension alternative à partir d'un ensemble de bornes de sortie de l'installation de stockage d'énergie, consistant à : - prendre le potentiel instantanément d'amplitude la plus élevée d'un ensemble de bornes de sortie de l'installation de stockage d'énergie, - prendre le potentiel instantanément le plus bas sur un ensemble de borne de sortie de l'installation de stockage d'énergie, - relever la différence de potentiel entre le potentiel d'amplitude ins- tantanément la plus élevée et le potentiel d'amplitude instantanément la plus faible avec un releveur de tension, et - fournir une tension continue dépendant de la différence de potentiel la plus élevée.
L'invention repose sur la caractéristique générale d'un circuit couplé aux sorties d'une installation de stockage d'énergie, notamment d'un redresseur direct de batterie qui permet de prendre la tension continue sur les sorties de l'installation de stockage d'énergie. Pour cela, deux demi-ponts à diodes sont couplés comme installation collectrice sur les bornes de sortie de l'installation de stockage d'énergie et avec lesquelles on détecte le potentiel instantanément le plus haut et le potentiel instantanément le plus bas sur les bornes de sortie de l'installation de stockage d'énergie. Ces deux potentiels ont une différence de potentiel utilisée par le releveur de tension pour générer une tension continue. La tension continue peut servir par exemple à l'alimentation d'un condensateur de circuit intermédiaire du réseau embarqué. Un avantage considérable de ce dispositif de prise de ten- sion continue, est que l'installation de stockage d'énergie peut s'appli- quer sans autre modification à un système d'entraînement électrique, c'est-à-dire sans avoir à intervenir sur le fonctionnement de l'installation de stockage d'énergie. Par exemple, si l'installation de stockage d'énergie est appliquée à un véhicule à entraînement électrique, il permet de générer en même temps une tension d'alimentation de l'entrai- nement électrique et une tension continue pour le réseau embarqué du véhicule à entraînement électrique. De façon avantageuse, l'installation collectrice du disposi- tif de prise de tension continue, permet de réduire le nombre de composants car il suffit d'un releveur de tension dans le dispositif de prise de tension continue pour alimenter le condensateur de circuit intermé- diaire du réseau embarqué. Cela réduit d'une part le nombre de composants nécessaires et ainsi l'encombrement et le poids du système, notamment dans le cas d'un système d'entraînement électrique et d'autre part les pertes par commutation.
La mise en oeuvre supplémentaire du point de vue du cir- cuit, est avantageusement réduite. En outre, on a l'avantage qu'en générant la tension continue, on équilibre les modules de cellules de stockage d'énergie concernés, c'est-à-dire que l'on charge régulièrement les différents modules de cellules de stockage d'énergie en fonction de l'état de charge et de l'effet de vieillissement, avec automatiquement un équilibrage fait par le fonctionnement de l'installation de stockage d'énergie de sorte que les modules de cellules de stockage d'énergie sont sollicités régulièrement ce qui augmente leur durée de vie et la disponibilité de l'installation de stockage d'énergie.
On a en outre l'avantage considérable que le releveur de tension utilise un élément de commutation, par exemple un commutateur semi-conducteur de puissance qui n'a pas de blocage inverse puisque la tension d'entrée du releveur de tension, a toujours la même polarité. Cela a l'avantage que les puissances perdues sont réduites au minimum dans le releveur de tension.
En prenant respectivement le potentiel instantanément le plus haut et celui instantanément le plus bas sur les bornes de sortie, on pourra utiliser la différence de potentiel maximale instantanément possible pour générer la tension continue. De plus, on évite que le dis- positif de prise de tension continue ne soit relié en permanence au rail de potentiel de référence de l'installation de stockage d'énergie. Selon un développement de l'installation de stockage d'énergie selon l'invention, le premier montage en demi-pont comporte un ensemble de premières diodes branchées entre le releveur de tension et un ensemble de premières bornes collectrices. Selon un développe- ment avantageux, le premier montage en demi-pont comporte un ensemble de premières bobines de commutation branchées respectivement entre l'ensemble de premières diodes et le releveur de tension. Dans les mêmes conditions, selon un autre développement de l'installation de stockage d'énergie de l'invention, le second montage en demi-pont comporte un ensemble de secondes diodes branchées respectivement entre le releveur de tension et l'un des ensembles de secondes bornes collectrices. Selon un développement avantageux, le second montage en demi-pont comporte un ensemble de secondes bornes de commutation branchées respectivement entre l'ensemble de secondes diodes et le releveur de tension. Dans les montages en demi-pont, cela permet de compenser ou d'amortir les variations, notamment les oscillations hautes fréquences produites à des instants déterminés dans la commande de l'installation de stockage d'énergie pour compenser les potentiels sur les bornes de sortie. Selon un développement préférentiel, les anodes de l'ensemble des premières diodes sont couplées aux premières bornes collectrices et les cathodes de l'ensemble des secondes diodes, sont couplées aux secondes bornes collectrices. Selon un autre développement de l'installation de stoc- kage d'énergie de l'invention, le releveur comporte une bobine de con- version, une diode de sortie et un élément de commutation. Selon un mode de réalisation préférentiel, l'élément de commutation comporte un commutateur semi-conducteur de puissance, par exemple un commutateur MOSFET ou un commutateur IGBT. Cette solution a l'avantage d'utiliser un élément de commutation qui n'a pas nécessairement un blocage inverse défini. Selon un autre développement, l'installation de stockage d'énergie selon l'invention comporte un condensateur de circuit inter- médiaire entre les bornes de prise du dispositif de prise de tension con- tinue pour fournir les impulsions de courant de sortie générées par le releveur de tension. Selon un autre développement, l'installation de stockage d'énergie de l'invention a une première diode de compensation dont l'anode est reliée au rail de potentiel de référence de l'installation de stockage d'énergie et dont la cathode est reliée à la première borne d'entrée du releveur de tension et/ou une seconde diode de compensation dont la cathode est reliée au rail de potentiel de référence de l'installation de stockage d'énergie et dont l'anode est reliée à une seconde borne d'entrée du releveur de tension. Cela permet notamment pour de faibles tensions sur les bornes de sortie de l'installation de stockage d'énergie, de déplacer le potentiel du point étoile de la machine électrique à n-phases en relevant ou en abaissant régulièrement les tensions de sortie sur l'ensemble des bornes de sortie de l'installation de stockage d'éner- gie par rapport au potentiel de référence. Cette solution est avantageuse en particulier si les tensions de stator de la machine électrique par exemple dans une faible plage de vitesse de rotation sont trop faibles pour alimenter le releveur de tension avec une tension d'entrée suffisamment élevée. La diode de compensation permet de maintenir le po- tentiel au point collecteur du premier montage en demi-pont toujours à un niveau de potentiel de référence minimum, si bien qu'en abaissant régulièrement les tensions de sortie sur l'ensemble des bornes de sortie de l'installation de stockage d'énergie, on augmente la tension d'entrée du releveur haute tension ou encore le potentiel disponible sur le point collecteur du second montage en demi-pont sera toujours maintenu au niveau de potentiel de référence le plus élevé si bien qu'en relevant régulièrement les tensions de sortie sur l'ensemble des bornes de sortie de l'installation de stockage d'énergie, on augmente la tension d'entrée du releveur de tension.
Selon un développement du procédé de l'invention, le procédé comporte en outre l'étape consistant à alimenter un condensateur de circuit intermédiaire avec la tension continue fournie. Selon un autre développement, le procédé qui fournit la tension continue d'un réseau embarqué d'un véhicule à entraînement électrique, est appliqué au système d'entraînement électrique de l'invention. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de circuits de charge représentés dans les dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est un schéma d'un système équipé d'une installation de stockage d'énergie, la figure 2 est un schéma d'un module de stockage d'énergie d'une installation de stockage d'énergie, la figure 3 est un schéma d'un module de stockage d'énergie d'une installation de stockage d'énergie, la figure 4 est un schéma d'un système comportant une installation de stockage d'énergie et un dispositif de prise de tension con- tinue correspondant à un mode de réalisation de l'invention, la figure 5 est un schéma d'un système comportant une installation de stockage d'énergie et un dispositif de prise de tension continue correspondant à un autre mode de réalisation de l'invention, la figure 6 est un schéma d'un circuit de charge d'une branche d'alimentation en énergie d'une installation de stockage d'énergie selon un autre mode de réalisation de l'invention, Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 est le schéma d'un système 100 comportant une installation de stockage d'énergie 1 pour la conversion de la tension continue fournie par des modules de stockage 3 en une tension alterna- tive à n-phase. L'installation de stockage d'énergie 1 comporte plusieurs branches d'alimentation Z dont trois sont représentées à titre d'exemple à la figure 1 ; ces branches permettent de générer une tension alternative triphasée, par exemple pour une machine à courant tournant 2.
Mais tout autre nombre de branches d'alimentation Z est possible. Les branches d'alimentation Z peuvent comporter plusieurs modules de stockage d'énergie 3 reliés en série dans les branches de stockage Z. A titre d'exemple, la figure 1 montre trois modules de stockage d'énergie 3 par branche Z mais tout autre nombre de modules de stockage d'énergie 3 est possible. L'installation de stockage d'énergie 1 dispose sur chaque branche Z d'une borne de sortie la, lb, lc, reliée respectivement à des lignes de phase 2a, 2b, 2c. Le système 100 comporte en outre une installation de commande 6 reliée à l'installation de stockage d'énergie 1 pour com- mander cette installation 1 et fournir les tensions de sortie souhaitées par les bornes de sortie la, lb, lc respectives. Les modules de stockage d'énergie 3 ont chacun deux bornes de sortie 3a, 3b fournissant la tension de sortie des modules 3. Comme les modules de stockage d'énergie 3 sont principalement bran- chés en série, leurs tensions de sortie s'additionnent pour donner la tension de sortie totale disponible sur chacune des bornes de sortie la, lb, lc de l'installation de stockage d'énergie 1. Les figures 2 et 3 montrent de manière plus détaillée des modes de réalisation possibles des modules de stockage d'énergie 3. Les modules de stockage d'énergie 3 comportent respectivement une instal- lation de couplage 7 à plusieurs éléments de couplage 7a, 7c et le cas échéant les éléments 7b et 7d. Les modules de stockage d'énergie 3 ont en outre chacun un module de cellules de stockage d'énergie 5 ayant une ou plusieurs cellules de stockage d'énergie 5a-5k branchées en sé- rie. Le module de cellules de stockage d'énergie 5 comporte par exemple des batteries 5a-5k telles que des batteries lithium-ion branchées en série. Le nombre de cellules de stockage d'énergie 5a-5k dans les modules de stockage d'énergie 3 présentés aux figures 2 et 3 est égal à deux mais tout autre nombre de cellules de stockage d'énergie 5a-5k est possible. Les modules de stockage d'énergie 5 sont reliés aux bornes d'entrée par des lignes de liaison dans l'installation de couplage correspondante 7. L'installation de couplage 7 est représentée à la fi- gure 2 à titre d'exemple comme montage en pont complet avec chaque fois deux éléments de couplage 7a, 7c et deux éléments de couplage 7b, 7d. Les éléments de couplage 7a, 7b, 7c, 7d peuvent ainsi avoir respectivement un élément de commutation actif tel qu'un commutateur semiconducteur et en parallèle à celui-ci, une diode de roue libre. Les élé- ments de couplage 7a, 7b, 7c et 7d sont des commutateurs MOSFET ayant eux-mêmes une diode intrinsèque ou encore des commutateurs IGBT. En variante, chaque fois seulement deux éléments de couplage 7a, 7c sont réalisés par un élément de commutation actif de sorte que, comme représenté à titre d'exemple à la figure 3, on a un montage en demi-pont. Le branchement des bornes de sortie 3a, 3b peut être fait comme à la figure 3. En variante, on peut également relier la borne de sortie 3a à la prise médiane entre les éléments de couplage 7a, 7c et la borne de sortie 3b peut être reliée au pôle négatif du module de cellules de stockage d'énergie 5. Dans les deux cas, on peut en outre échanger les bornes de sortie 3a, 3b. Les éléments de couplage 7a, 7b, 7c, 7d sont commandés à l'aide de l'installation de commande 6 de la figure 1 pour que le module de la cellule de stockage d'énergie 5 soit branché sélectivement entre les bornes de sortie 3a, 3b ou encore qu'il soit court-circuité. En référence à la figure 2, le module de stockage d'énergie 5 est branché dans le sens direct entre les bornes de sortie 3a, 3b en ce que l'élément de commutation actif de l'élément de couplage 7d et l'élément de commutation actif de l'élément de couplage 7a sont mis à l'état fermé alors que les deux autres éléments de commutation actif des éléments de couplage 7b et 7c sont mis à l'état ouvert. L'état de court-circuit se règle par exemple en mettant à l'état fermé les deux éléments de commutation actifs des éléments de couplage 7a, 7b et en mettant à l'état ouvert les deux éléments de commutation actifs des éléments de couplage 7c et 7d. Un second état de court-circuit peut se réaliser en ouvrant les deux éléments de commutation actif des éléments de couplage 7a, 7b et en fermant les deux éléments de commutation actifs des éléments de couplage 7c et 7d. Enfin, le module de la cellule de stockage d'énergie 5 est branché dans le sens inverse entre les bornes de sortie 3a, 3b en ce que l'élément de commutation actif de l'élément de couplage 7b et l'élément de commutation actif de l'élément de couplage 7c sont fermés alors que les deux autres éléments de commutation actifs des éléments de couplage 7a, 7d sont ouverts. Par une commande appropriée des installations de couplage 7, on peut ainsi intégrer de manière ciblée les différents modules de cellules de stockage d'énergie 5 du module de stockage d'énergie 3 et avec une polarité quelconque dans le montage en série d'une branche d'alimentation en énergie. Des considérations analogues s'appliquent respectivement au montage en demi-pont de la figure 3. A titre d'exemple, le système 100 de la figure 1 alimente une machine électrique triphasée 2, telle que le système d'entraînement électrique d'un véhicule électrique. Mais il est également possible d'utiliser l'installation de stockage en énergie 1 pour générer le courant électrique alimentant un réseau électrique 2. Les branches d'alimentation en énergie Z peuvent être reliées par une extrémité à un point étoile à un potentiel de référence 4 (rail de potentiel de référence). Pour générer une tension de phase entre d'une part les bornes de sortie la, lb, lc et d'autre part le rail de potentiel de référence 4, il suffit usuellement d'une partie des modules de cellules de stockage d'énergie 5 des modules 3. Leurs installations de couplage 7 se commandent de façon que la tension de sortie totale d'une branche d'alimentation en énergie Z puisse être réglée par degrés dans une plage de réglage rectangulaire tension/intensité entre la tension négative multipliée par le nombre de modules de stockage d'énergie 3 d'un unique module de cellules de stockage d'énergie 5 avec le nombre des modules de stockage d'énergie 3 multiplié par la tension positive d'un unique module 5 d'une part et avec d'autre part, le courant nominal négatif et positif dans un seul module de stockage d'énergie 3. Une telle installation de stockage d'énergie 1 présentée à la figure 1 fournit aux bornes de sortie la, lb, lc à différents instants de fonctionnement, les potentiels différents et ne peut telle quelle servir de source de tension continue. En particulier, dans les systèmes d'entraînement ou de motorisation électrique de véhicules, il est souvent souhaitable d'alimenter le réseau embarqué du véhicule, par exemple le réseau haute tension ou le réseau basse tension à partir de l'installation de stockage d'énergie 1. C'est pourquoi il est prévu un dis- positif de prise de tension continue relié à une installation de stockage d'énergie 1 et alimenté par une tension continue, par exemple pour le réseau embarqué d'un véhicule électrique. La figure 4 est le schéma d'un système 200 avec une ins- tallation de stockage d'énergie 1 et un tel dispositif de prise de tension continue 8. Le dispositif de prise de tension continue 8 est relié à l'installation de stockage d'énergie 1 par des premières bornes collectrices 8a, 8b, 8c et par des secondes bornes collectrices 8g, 8h, 8i. Les bornes de prise 8e et 8f fournissent la tension continue UZK du dispositif de prise de tension continue 8. Les bornes de prise 8e, 8f permettent de brancher par exemple un transformateur de tension continue (non représenté) du réseau embarqué d'un véhicule électrique ou encore pour une compensation appropriée de la tension UZK entre les bornes de prise 8e, 8f et de la tension du réseau embarqué, ce réseau embarqué peut alors être branché directement. Le dispositif de prise de tension continue 8 comporte un premier montage en demi-pont 9 relié par des premières bornes collectrices 8a, 8b, 8c respectivement à l'une des bornes de sortie la, lb, le de l'installation de stockage en énergie 1. Les premières bornes collec- trices 8a, 8b, 8c peuvent être couplées aux lignes de phase 2a, 2b, 2c du système 200. Ce premier montage en demi-pont 9 comporte un ensemble de premières diodes 9a couplées respectivement à l'une des bornes collectrices 8a, 8b, 8c de façon que l'anode des diodes 9a soit couplée aux lignes de phase 2a, 2b, 2c. La cathode des diodes 9a est reliée à un point collecteur commun du premier montage en demi-pont 9. Ainsi, au point collecteur du montage en demi-pont 9, on aura chaque fois le potentiel instantanément le plus élevé des lignes de phase 2a, 2b, 2c. En plus, on peut avoir en option plusieurs premières bobines de commutation 9b entre les premières diodes 9a et le point col- lecteur du premier montage en demi-pont 9. Les premières bobines de commutation 9b amortissent les variations de potentiel résultant des alternances étagées de potentiel engendrées, par la commande dans les différentes lignes de phase 2a, 2b, 2c de sorte que les premières diodes 9a sont moins fortement sollicitées par de fréquentes opérations de commutation.
De façon analogue, le dispositif de prise de tension continue 8 comporte un second montage en demi-pont 15 couplé respectivement à l'une des bornes de sortie la, lb, le de l'installation de stockage d'énergie 1. Les secondes bornes collectrices 8g, 8h, 8i sont couplées aux lignes de phase 2a, 2b, 2c du système 200. Le second montage en demi-pont 15 comporte plusieurs secondes diodes 15a couplées respectivement aux secondes bornes collectrices 8g, 8h, 8i de façon que les cathodes des diodes 15a soient couplées aux lignes de phase 2a, 2b, 2c. Les anodes des diodes 15a sont reliées à un point col- lecteur commun du second montage en demi-pont 15. Ainsi, au point collecteur du second montage en demi-pont 15, on aura le potentiel instantanément le plus bas des lignes de phase 2a, 2b, 2c. En plus et en option, plusieurs secondes bobines de commutation 15b sont prévues entre les secondes diodes 15a et le point collecteur du second montage en demi-pont 15. Les secondes bobines de commutation 15b amortis- sent les variations de potentiel générées par les alternances étagées de potentiel occasionnées par la commande dans les lignes de phase 2a, 2b et 2c, périodiquement pour que les secondes diodes 15 soient moins fortement sollicitées par les fréquentes opérations de commutation.
Les montages en demi-pont 9 et 15 sont couplés par leur point collecteur respectivement à l'une des deux bornes d'entrée d'un montage releveur de tension 14. La différence de potentiel entre les points collecteurs est relevée par le releveur de tension 14. Le releveur de tension 14 fournit une tension continue UZK sur les bornes de prise 8e, 8f du dispositif de prise de tension continue 8 en fonction de la dif- férence de potentiel entre les montages en demi-pont 9 et 15. Le releveur de tension 14 comporte par exemple une bobine de transducteur 10 et une diode de sortie 11 montées en série et dont la prise médiane relie un élément de commutation 12 au second montage en demi-pont 15. En variante, la bobine de transducteur 10 peut être prévue entre les seconds montages en demi-pont 15 et l'élément de commutation 12 ou encore on a deux bobines de transducteur 10 aux deux bornes d'entrée du releveur de tension 14. La même remarque s'applique de façon analogue à la diode de sortie 11 prévue alternativement entre la borne de prise 8f et l'élément de commutation 12.
L'élément de commutation 12 comporte par exemple un commutateur semi-conducteur de puissance tel qu'un commutateur MOSFET ou un commutateur IGBT. Pour l'élément de commutation 12, on peut par exemple utiliser un commutateur IGBT à canal n bloqué dans des conditions normales. Mais il est évident que tout autre com- mutateur semi-conducteur de puissance peut s'utiliser pour l'élément de commutation 12. On peut supprimer l'élément de commutation 12 ou le laisser à l'état bloqué de manière permanente, notamment si la diffé- rence de potentiel entre les points collecteurs des montages en demi- pont 9 et 15 se situe toujours dans une plage de tension d'entrée prédéfinie par un autre composant relié aux bornes de prise 8e, 8f. Dans certaines formes de réalisation, on peut alors supprimer la diode de sortie 11.
Le dispositif de prise de tension continue 8 comporte en outre un condensateur de circuit intermédiaire 13 branché entre les bornes de prise 8e, 8f du dispositif 8 amortissant les impulsions de courant du releveur de tension 14 et générant une tension continue lissée UZK à la sortie du releveur de tension. Le condensateur de circuit inter- médiaire 13 alimente par exemple un convertisseur de tension continue du réseau embarqué d'un véhicule à entraînement électrique ou encore dans certains cas, le réseau embarqué est relié directement au condensateur de circuit intermédiaire 13. Le nombre de diodes 9a et 15a des montages en demi- pont 9 et 15 de la figure 4 est par exemple égal à trois ; ce nombre est adapté à celui des bornes de sortie la, lb, le de l'installation de stockage d'énergie 1. Mais tout autre nombre de diodes dans les montages en demi-pont 9 et 15 est possible suivant les tensions de phase que l'installation de stockage d'énergie 1 doit générer.
La figure 5 est le schéma d'un système 300 comportant une installation de stockage d'énergie 1 et un dispositif de prise de tension continue 8. Le système 300 se distingue du système 200 de la figure 4 principalement en ce que le dispositif de prise de tension continue 8 comporte en plus un branchement de référence (ou borne de référence) 8d couplé au rail de potentiel de référence 4 de l'installation de stockage d'énergie 1. Deux diodes de compensation 16a, 17a sont branchées entre les points collecteurs des montages en demi-pont 9 et 15 et la borne de référence 8d. La cathode de la première diode de compensation 16a est reliée au point collecteur du premier montage en de- mi-point 9 et l'anode de la seconde diode de compensation 17a est reliée au point collecteur du second montage en demi-pont 15. Les diodes de compensation 16a, 17a limitent le potentiel des points collecteurs des montages en demi-pont 9 et 15 vers le bas ou vers le haut selon le potentiel de référence appliqué à la borne de réfé- rence 8d. Ainsi, la diode de compensation 16a limite le potentiel au point collecteur du montage en demi-pont 9 vers le bas sur le potentiel de référence et la diode de compensation 17a limite le potentiel au point collecteur du montage en demi-pont 15 vers le haut pour le potentiel de référence. Cela permet, même pour de faibles tensions de stator dans les lignes de phase 2a, 2b, 2c, par exemple lorsque la machine élec- trique 2 tourne à faible vitesse ou est à l'arrêt, d'avoir une différence de potentiel suffisamment élevée entre les bornes d'entrée du releveur de tension 14 en ce que le potentiel du point étoile de la machine électrique 2 augmente ou diminue d'une valeur uniforme. Le potentiel du point étoile de la machine électrique 2 peut être décalé par un relevage ou un abaissement régulier de la tension de sortie des différentes bornes de sortie la, lb, lc de l'installation de stockage d'énergie 1 par rapport au potentiel de référence si la différence de potentiel entre le potentiel instantanément le plus élevé et le potentiel instantanément le plus bas reste inférieure à un seuil prédéfini sur les bornes de sortie la, lb, lc de l'installation de stockage d'énergie 1. Cela signifie que le potentiel de sortie de toutes les branches d'alimentation en énergie Z sera relevé ou abaissé d'une manière uniforme sans que les tensions de stator et/ou les courants de stator de la machine électrique 2 ne soient influencées.
La diode de compensation 16a permet d'utiliser un décalage du poten- tiel du point étoile de la machine électrique 2 vers les valeurs plus petites pour augmenter la tension d'entrée du releveur de tension 14. Inversement, la diode de compensation 17a permet d'utiliser un décalage du potentiel du point étoile de la machine électrique 2 vers les va- leurs plus grandes pour augmenter la tension d'entrée du releveur de tension 14. Ainsi, selon l'invention, on peut n'avoir que l'une des deux diodes de compensation 16a, 17a car déjà en liaison avec le décalage du potentiel du point étoile de la machine électrique 2 dans la direction appropriée, cela permet d'augmenter la tension d'entrée du releveur de tension 14 sans influencer par là, les tensions et courants du stator de la machine électrique 2. Pour compenser les variations produites par les opérations de commutation, on peut brancher en série sur les diodes de compensation 16a, 17a respectives d'autres bobines de commutation 16b, 17b.
La figure 6 est un schéma d'un procédé 20 pour générer une tension continue UZK à partir d'une installation de stockage d'énergie, notamment d'une installation de stockage d'énergie 1, telle que celle décrite en relation avec les figures 1 à 5. Le procédé 20 permet par exemple de fournir la tension continue Uzx du réseau embarqué d'un véhicule à entraînement électrique équipé d'un système d'entraînement électrique 200 ou 300 selon les figures 4 ou 5. Dans le cas du système d'entraînement électrique 200 de la figure 4, selon une première étape Si, on détecte le potentiel instantanément le plus élevé sur l'ensemble des bornes de sortie la, lb, lc de l'installation de stockage d'énergie 1. Dans une seconde étape S2, on peut dans le cas du système d'entraînement électrique 200 de la figure 4, détecter le potentiel instantanément le plus bas sur l'ensemble des bornes de sortie la, lb, le de l'installation de stockage d'énergie 1. Puis, dans l'étape S3, on relève la différence de potentiel entre le poten- tiel instantanément le plus élevé et le potentiel instantanément le plus bas avec le releveur de tension. La différence de potentiel relevée peut être fournie comme tension continue Uzx dans l'étape S4. En option, dans une étape S5, on alimente un condensateur de circuit intermédiaire 13 avec la tension continue UZK déjà fournie. Si, comme par exemple représenté à la figure 5, on a un système d'entraînement élec- trique 300 avec une diode de compensation 16a, alors dans la première étape 51, on détecte le potentiel instantanément le plus haut sur l'ensemble des bornes de sortie la, lb, lc et sur le rail de potentiel de référence 4 de l'installation de stockage d'énergie 1. Si, comme également représenté par exemple à la figure 5, on a un système d'entraînement électrique 300 avec une diode de compensation 17a, alors dans la seconde étape S2, on détecte chaque fois le potentiel instantanément le plus bas sur l'ensemble des bornes de sortie la, lb, le et sur le rail de potentiel de référence 4 de l'installation de stockage d'énergie (1).
Le procédé 20 peut, par exemple, s'utiliser pour gérer un dispositif de prise de tension continue 8 d'un système d'entraînement électrique 200 ou 300.10 NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX la, lb, lc Bornes de sortie 1 Machine à courant tournant 2a, 2b, 2c Lignes de phase 2 Module de stockage 3a, 3b Bornes de sortie 5 Cellule de stockage d'énergie 5a-5k Batteries 6 Installation de commande 7 Installation de couplage 7a, 7b, 7c, 7d Eléments de couplage 8 Dispositif de prise de tension continue 8a, 8b, 8c Premières bornes collectrices 8g, 8h, 8i Secondes bornes collectrices 8e, 8f Bornes de prise 9 Premier montage en demi-pont 9a Premières diodes 9b Premières bobines de commutation 12 Elément de commutation 13 Condensateur de circuit intermédiaire 14 Releveur de tension 15 Second montage en demi-pont 15a Secondes diodes 15b Secondes bobines 16a, 17a Diodes de compensation 16b, 17b Bobines de commutation UZK Tension continue Z Branche d'alimentation d'énergie35

Claims (1)

  1. REVENDICATIONS1°) Dispositif de prise de tension continue (8) pour une installation de stockage d'énergie (1) ayant un ensemble de branches d'alimentation en énergie (Z) avec un ensemble de modules de stockage d'énergie (3) pour générer une tension alternative sur un ensemble de bornes de sortie (la, lb, lc) de l'installation de stockage d'énergie (1), caractérisé en ce qu'il comprend : - un premier montage en demi-pont (9) avec un ensemble de premières bornes collectrices (8a, 8b, 8c) reliées respectivement à l'une des bornes de sortie (la, lb, lc) de l'installation de stockage d'éner- gie (1), - un second montage en demi-pont (15) ayant un ensemble de secondes bornes collectrices (8g, 8h, 8i) couplées respectivement à l'une des bornes de sortie ( la, lb, lc) de l'installation de stockage d'énergie (1), et - un releveur de tension (14) couplé entre le premier montage en demi-pont (9) et le second montage en demi-pont (15) et qui, en fonction de la différence de potentiel entre le premier montage en demi-pont (9) et le second montage en demi-pont (15), fournit une tension con- tinue (UzK) sur les bornes de prise de sortie (8e, 8f) du dispositif de prise de tension continue (8). 2°) Dispositif de prise de tension continue (8) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier montage en demi-pont (9) comporte un ensemble de pre- mières diodes (9a) couplées respectivement entre le releveur de tension (14) et un ensemble de premières bornes collectrices (8a, 8b, 8c). 3°) Dispositif de prise de tension continue (8) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le premier montage en demi-pont (9) comporte un ensemble de premières bornes de commutation (9b) couplées respectivement entre l'ensemble de premières diodes (9a) et le releveur de tension (14).4°) Dispositif de prise de tension continue (8) selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le second montage en demi-pont (15) comporte un ensemble de se- condes diodes (15a) couplées respectivement entre le releveur de ten- sion (14) et un ensemble de secondes bornes collectrices (8g, 8h, 8i). 5°) Dispositif de prise de tension continue (8) selon la revendication 4, caractérisé en ce que le second montage en demi-pont (15) comporte un ensemble de se- condes bobines de commutation (15b) couplées respectivement entre l'ensemble de premières diodes (15a) et le releveur de tension (14). 6°) Dispositif de prise de tension continue (8) selon la revendication 4, caractérisé en ce que les anodes de l'ensemble des premières diodes (9a) sont reliées aux premières bornes collectrices (8a, 8b, 8c) et les cathodes de l'ensemble des secondes diodes (15a) sont couplées aux secondes bornes collectrices (8g, 8h, 8i). 7°) Dispositif de prise de tension continue (8) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le releveur de tension (14) comporte une bobine de convertisseur (10), une diode de sortie (11) et un élément de commutation (12). 8°) Dispositif de prise de tension continue (8) selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'élément de commutation (12) est un commutateur semi-conducteur de puissance. 9°) Dispositif de prise de tension continue (8) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il comporte en outre un condensateur de circuit intermédiaire (13) branché entre les bornes de prise de sortie (8e, 8f) du dispositif de prise de tension continue (8) et recevant les impulsions de courant généréespar le releveur de tension (14) pour les transférer sous forme de tension continue lissée (UzK) à la sortie du releveur de tension (14). 10°) Dispositif de prise de tension continue (8) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre : - une première diode de compensation (16a) dont l'anode est reliée au rail de potentiel de référence (4) de l'installation de stockage d'énergie (1) et la cathode est reliée à la première borne d'entrée du releveur de tension (14), et/ou - une seconde diode de compensation (17a) dont la cathode est reliée au rail de potentiel de référence (4) de l'installation de stockage d'énergie (1) et l'anode est reliée à la seconde borne d'entrée du releveur de tension (14). 11°) Système d'entraînement électrique (200, 300) comportant une ins- tallation de stockage d'énergie (1) ayant un ensemble de branches d'alimentation en énergie (Z) avec chaque fois un ensemble de modules de stockage d'énergie (3) pour générer une tension alternative sur un ensemble de bornes de sortie (la, lb, lc) de l'installation de stockage d'énergie (1), et - un dispositif de prise de tension continue (8) selon l'une des revendications 1 à 10 dont les premières bornes collectrices (8a, 8b, 8c) et les secondes bornes collectrices (8g, 8h, 8i) sont couplées respectivement à l'une des bornes de sortie (la, lb, lc) de l'installation de stockage d'énergie (1). 12°) Système d'entraînement électrique (200, 300) selon la revendication 11, caractérisé en ce qu' il comporte en outre une machine électrique (2) à n-phases avec n- branchements de phase reliés aux bornes de sortie (la, lb, lc) de l'installation de stockage d'énergie (1), n 1. 13°) Procédé (20) pour générer une tension continue (UzK) à partir d'une installation de stockage d'énergie (1) ayant un ensemble de branchesd'alimentation en énergie (Z) avec un ensemble de modules de stockage d'énergie (3) pour générer une tension alternative à partir d'un ensemble de bornes de sortie (la, lb, lc) de l'installation de stockage d'énergie (1), procédé caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes consis- tant à: - prendre (S1) le potentiel instantanément d'amplitude la plus élevée d'un ensemble de bornes de sortie (la, lb, lc) de l'installation de stockage d'énergie (1), - prendre (S2) le potentiel instantanément le plus bas sur un en- semble de borne de sortie (la, lb, lc) de l'installation de stockage d'énergie (1), - relever (S3) la différence de potentiel entre le potentiel d'amplitude instantanément la plus élevée et le potentiel d'amplitude instanta- nément la plus faible avec un releveur de tension (14), et - fournir (S4) une tension continue (UzK) dépendant de la différence de potentiel la plus élevée. 14°) Procédé (20) selon la revendication 13, comportant l'étape suivante consistant à : - prendre (S1) le potentiel instantanément le plus élevé sur l'ensemble des bornes de sortie (la, lb, lc) et le rail de potentiel de référence (4) de l'installation de stockage d'énergie (1). 15°) Procédé (20) selon la revendication 13, comportant l'étape suivante consistant à : - prendre (S2) le potentiel instantanément le plus bas sur l'ensemble des bornes de sortie (la, lb, lc) et le rail de potentiel de référence (4) de l'installation de stockage d'énergie (1). 16°) Procédé (20) selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il comporte en outre l'étape suivante consistant à : - alimenter (S5) un condensateur de circuit intermédiaire (13) avec la tension continue (UzK) fournie.3517°) Procédé (20) selon la revendication 16 pour fournir la tension continue (UzK) à un réseau embarqué d'un véhicule à entraînement électrique équipé d'un système d'entraînement électrique (200, 300) selon la revendication 11.5
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