FR3039313A1 - Dispositif reconfigurable de stockage d'energie par effet capacitif, systeme d'alimentation et vehicule electrique integrant ce dispositif - Google Patents

Dispositif reconfigurable de stockage d'energie par effet capacitif, systeme d'alimentation et vehicule electrique integrant ce dispositif Download PDF

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Abstract

L'invention se situe dans le domaine du stockage d'énergie électrique par effet capacitif, notamment pour alimenter des véhicules électriques ou hybrides autonomes. Elle concerne un dispositif reconfigurable de stockage d'énergie électrique, c'est-à-dire dont les connexions internes entre les différents modules de stockage d'énergie la constituant sont modifiables. Le dispositif (100) selon l'invention comprend : ▪ M x N modules de stockage (111-122), où M et N sont deux entiers naturels strictement positifs, chaque module de stockage étant apte à stocker une énergie électrique par effet capacitif entre une borne négative et une borne positive, ▪ des contacteurs (131-140) agencés pour permettre de connecter par leurs bornes Mi x Ni modules de stockage, selon différentes associations, chaque association désignée par un indice i comprenant Mi branches (151-153 ) connectées en parallèle, chaque branche comprenant Ni modules de stockage connectés en série, où Mi x Ni ≤ M x N, et ▪ des bornes de connexion électrique positive (102) et négative (101) auxquelles sont aptes à se connecter, dans chaque association, les extrémités des branches connectées en parallèle.

Description

DISPOSITIF RECONFIGURABLE DE STOCKAGE D'ÉNERGIE PAR EFFET CAPACITIF, SYSTÈME D'ALIMENTATION ET VÉHICULE ÉLECTRIQUE INTÉGRANT CE DISPOSITIF
Domaine technique L'invention se situe dans le domaine du stockage d’énergie électrique, en particulier du stockage d’énergie sous forme capacitive. Elle s'applique notamment à l’alimentation de véhicules électriques autonomes. Plus précisément, l'invention concerne un dispositif de stockage d’énergie par effet capacitif, un système d’alimentation intégrant ce dispositif et un véhicule électrique ou hybride intégrant ce dispositif ou ce système d’alimentation. État de la technique antérieure
Une machine ou une installation utilisant une énergie sous forme électrique pour son fonctionnement doit souvent adapter la nature de l’énergie qui lui est apportée. Tel est notamment le cas lorsque l’énergie est apportée sous forme mécanique (par exemple un volant d’inertie), ou sous une forme électrique mais avec des propriétés de tension et de forme de signal (par exemple tension variable ou continue) non appropriées. Dans le domaine de l’alimentation de véhicules électriques autonomes, le stockage d’énergie s'effectue typiquement sous forme de dispositif électrochimique à transfert de charges. Il s'agit essentiellement de piles électriques (ou accumulateurs) et de piles à combustible. Ces dispositifs de stockage d'énergie électrochimique délivrent une tension continue alors que, très souvent, les machines électriques des véhicules nécessitent une tension alternative. Pour cette raison, il est courant d'associer un dispositif de conversion d'énergie à ces dispositifs de stockage d'énergie électrochimique. Le dispositif de conversion d'énergie peut en outre adapter la plage de tension délivrée par le dispositif de stockage d'énergie électrochimique à la tension ou à la plage de tension d'alimentation de la machine électrique considérée. Afin d'optimiser l'utilisation de l'énergie stockée par le dispositif de stockage d'énergie électrochimique, le dispositif de conversion d'énergie est fortement optimisé par rapport à ce dernier. En particulier, la plage de tension d'entrée du dispositif de conversion d'énergie est adaptée à la plage de tension de sortie du dispositif de stockage, dans le but de minimiser les pertes par effet Joule et d'augmenter l'efficacité énergétique. Cette adaptation entraîne en pratique un appairage du dispositif de conversion d'énergie au dispositif de stockage d'énergie, sans possibilité de remplacer le dispositif de stockage par un autre présentant des caractéristiques distinctes, ou alors au détriment de l'efficacité énergétique.
Ces dernières années, les dispositifs de stockage d'énergie sous forme capacitive ont connu un fort développement. En particulier, les supercondensateurs présentent dorénavant un rapport capacité / poids suffisant pour permettre d'envisager leur utilisation comme source d'énergie principale pour la propulsion de véhicules électriques. Cependant, le simple remplacement d'un dispositif de stockage d'énergie électrochimique par un supercondensateur ou une pluralité de supercondensateurs engendrerait des performances fortement dégradées. En effet, un dispositif de stockage d'énergie électrochimique travaille sur une plage de tension relativement étroite, alors qu'un supercondensateur travaille sur une plage de tension relativement large. Un dispositif de stockage d'énergie électrochimique fonctionne typiquement sur une plage de tension Uref ± 15%, où Uref définit la valeur nominale de la tension. Pratiquement 100% de l'énergie utile d'un dispositif de stockage d'énergie électrochimique est disponible sur une plage de tension [2/3 Uref ; Uref]· En revanche, sur une plage de tension équivalente, [2/3 Un ; Un], avec Un la valeur nominale de la tension à l'état chargé, un supercondensateur ne donne accès qu'à environ 50% de son énergie utile. Ainsi, sur une même plage de tension et pour une même énergie stockée initialement, un supercondensateur délivre deux fois moins d'énergie qu'une pile électrique ou qu'une pile à combustible.
Le couplage d'un supercondensateur avec un dispositif de conversion d'énergie ne permet pas de récupérer efficacement l'énergie stockée pour des valeurs de tension inférieures à 2/3 Un. En effet, sur une plage de tension [2/3 Umax ; Umax], un dispositif de conversion d'énergie présente généralement un rendement de l'ordre de 98%. Mais ce rendement peut chuter significativement sous les 90% pour des tensions inférieures à 2/3 Umax·
En outre, les dispositifs de conversion d'énergie fonctionnent généralement à puissance constante. Dans le cas d'un dispositif de stockage d'énergie électrochimique, la tension aux bornes du dispositif varie peu, donc les pertes par effet Joule, liées à puissance requise, restent limitées. Dans le cas d'un supercondensateur, la tension varie fortement en cours de fonctionnement et, lorsque la tension diminue, le courant doit compenser cette diminution, engendrant une augmentation des pertes par effet Joule.
Exposé de l'invention
Un but de l'invention est notamment de remédier à tout ou partie des inconvénients précités. En particulier, un but de l’invention est de proposer un dispositif de stockage d'énergie électrique par effet capacitif qui permette d'optimiser l'utilisation de l'énergie stockée.
Un autre but de l'invention est de proposer un dispositif de stockage d'énergie par effet capacitif qui permette de remplacer efficacement un dispositif de stockage d'énergie électrochimique.
Le dispositif de stockage d'énergie par effet capacitif doit notamment permettre, lorsqu'il remplace un dispositif de stockage d'énergie électrochimique couplé à un convertisseur d'énergie, d'utiliser ce convertisseur d'énergie dans une plage de conversion présentant un rendement relativement élevé, typiquement supérieur à 95%.
Le dispositif de stockage d'énergie par effet capacitif selon l'invention repose sur une utilisation de plusieurs modules élémentaires de stockage d’énergie, et une reconfiguration de la connexion entre ces modules afin que le dispositif de stockage d’énergie présente à ses bornes, au cours du temps, une tension comprise dans une plage de tension souhaitée.
Plus précisément, l'invention a pour objet un dispositif reconfigurable de stockage d’énergie électrique comprenant : M x N modules de stockage, où M et N sont deux entiers naturels strictement positifs, chaque module de stockage étant apte à stocker une énergie électrique par effet capacitif entre une borne négative et une borne positive, des contacteurs agencés pour permettre de connecter par leurs bornes M, x N, modules de stockage, selon différentes associations, chaque association désignée par un indice i comprenant M, branches connectées en parallèle, chaque branche comprenant N, modules de stockage connectés en série, où M, x N, < M x N, et des bornes de connexion électrique positive (102) et négative (101) auxquelles sont aptes à se connecter, dans chaque association, les extrémités des branches connectées en parallèle.
Les modules de stockage d’énergie par effet capacitif sont typiquement des supercondensateurs ou des associations de supercondensateurs.
Les contacteurs peuvent être de tout type et de toute technologie, dès lors qu’ils sont aptes à établir ou interrompre un contact électrique entre au moins deux points électriques. Il s'agit par exemple d'interrupteurs, en particulier pouvant être commandés, d'inverseurs pouvant être commandés, ou de commutateurs pouvant être commandés. Ces contacteurs peuvent être qualifiés de contacteurs de reconfiguration, dans la mesure où ils permettent de passer d'une association de modules de stockage à une autre association.
Malgré la plus grande amplitude de variation de la tension aux bornes d'un module de stockage d'énergie par effet capacitif par rapport à un dispositif électrochimique de stockage d'énergie par transfert de charge, le dispositif reconfigurable de stockage d'énergie selon l'invention peut remplacer un tel dispositif sans modifier son environnement électrique, et notamment le convertisseur d'énergie. En particulier, le dispositif reconfigurable peut être agencé pour présenter, entre les deux bornes de connexion, une tension apte à varier entre une tension minimale Umin et une tension maximale Umax.
En outre, le dispositif reconfigurable selon l'invention présente l'avantage d'optimiser la conception des connexions internes du dispositif de stockage d'énergie. En effet, les convertisseurs d'énergie travaillent généralement en puissance. Plus le dispositif de stockage d'énergie travaille à une tension basse, plus l'intensité du courant le traversant, et donc traversant le convertisseur d'énergie, est élevée. Lorsque le dispositif de stockage d'énergie par effet capacitif n'est pas reconfigurable, ses connexions internes doivent être dimensionnées pour passer les forts courants circulant à basse tension. Cela suppose d'utiliser de la connectique de relativement forte puissance, avec des sections de passage de courant importantes, ce qui au final engendre des contraintes supplémentaires en termes de masse, de volume et de coût. Dans le cas du dispositif reconfigurable selon l'invention, un courant maximal admissible peut être défini, impliquant des changements de configuration pour éviter une augmentation du courant au-delà de ce seuil. Le convertisseur d'énergie bénéficie également de la limitation du courant, ce qui permet d'utiliser des sections de passage de courant plus faibles. Les convertisseurs d'énergie travaillant à courant plus faible ont de plus en général l'avantage de présenter un meilleur rendement énergétique.
Lorsque le dispositif reconfigurable de stockage d'énergie selon l'invention est associé à un convertisseur d'énergie, les pertes par effet Joule peuvent de plus être diminuées. En effet, ces pertes étant fonction du courant global élevé au carré, elles sont limitées en faisant travailler le convertisseur d'énergie dans une plage de tension élevée, et donc dans une plage de courant relativement faible.
Le dispositif reconfigurable de stockage d'énergie selon l'invention peut être agencé de manière à pouvoir se trouver dans une configuration sécuritaire, c'est-à-dire une configuration dans laquelle la borne de connexion électrique positive et la borne de connexion électrique négative ne sont pas reliées l'une à l'autre par un module de stockage. Autrement dit, chaque branche de modules de stockage est isolée d'au moins l'une des bornes de connexion électrique positive et négative. Aucun courant ne peut alors circuler de la borne de connexion électrique négative vers la borne de connexion électrique positive. La configuration sécuritaire peut notamment être utile afin de permettre à un opérateur d'effectuer des interventions de maintenance en limitant le risque de choc électrique.
La configuration sécuritaire peut par exemple être obtenue en munissant le dispositif reconfigurable de stockage d'énergie électrique selon l'invention d'un contacteur de mise en sécurité agencé pour pouvoir prendre une position d'isolation, dans laquelle, pour au moins une association des modules de stockage, chaque branche se trouve isolée de la borne de connexion électrique positive et/ou de la borne de connexion électrique négative. Le contacteur de mise en sécurité est par exemple placé entre les extrémités positives des branches connectées en parallèle et la borne de connexion électrique positive ou entre les extrémités négatives des branches connectées en parallèle et la borne de connexion électrique négative. Bien entendu, le dispositif reconfigurable de stockage d'énergie électrique selon l'invention peut comporter plusieurs contacteurs de mise en sécurité, chacun étant apte à relier ou à isoler la borne de connexion électrique positive, ou la borne de connexion électrique négative, de l'extrémité d'une ou plusieurs branches.
Le contacteur de mise en sécurité peut être un contacteur manuel ou commandé. Le cas échéant, il peut être commandé par la même unité de commande que celle pilotant les contacteurs agencés pour réaliser les différentes associations de modules de stockage.
La configuration sécuritaire peut aussi être obtenue sans introduire de contacteur de mise en sécurité spécifique. Les contacteurs de reconfiguration, agencés pour permettre de connecter les modules de stockage selon différentes associations, peuvent en effet être pilotés de manière à isoler chaque branche de la borne de connexion électrique positive, et/ou de la borne de connexion électrique négative.
Selon une forme particulière de réalisation, les Μ x N modules de stockage présentent une même tension maximale Umod-max à leurs bornes et une même capacité électrique. La reconfiguration des modules de stockage selon différentes associations est alors facilitée. En particulier, si tous les modules de stockage ont été sollicités de manière identique dans des associations antérieures, alors dans toute nouvelle association où chaque branche comporte un nombre identique de modules de stockage, les branches présentent une même tension à leurs bornes et peuvent donc être connectées en parallèle sans impliquer de transfert d'énergie entre les modules de stockage.
Dans le but de solliciter de manière identique les différentes modules de stockage, les contacteurs peuvent être agencés de sorte que, pour chaque association, le produit M, x N, du nombre de branches par le nombre de modules de stockage dans chaque branche soit égal au nombre M x N de modules de stockage dans le dispositif reconfigurable de stockage d'énergie électrique.
Dans la mesure où environ 90% de l'énergie d'un module de stockage par effet capacitif peut être restituée sur une plage de tension correspondant aux deux tiers de la tension maximale Umod-max aux bornes de ce module de stockage, les contacteurs peuvent être agencés de sorte que, parmi les différentes associations, le nombre maximal Nmax de modules de stockage dans chaque branche soit inférieur ou égal à trois fois le nombre minimal Nmin de modules de stockage dans chaque branche.
Afin de gérer la reconfiguration d'une association de modules de stockage à une autre association, le dispositif reconfigurable peut comprendre, en outre : une unité de mesure, agencée pour mesurer une tension de contrôle entre la borne négative d'un premier module de stockage parmi les Μ x N modules de stockage, et la borne positive d'un deuxième module de stockage parmi les Μ x N modules de stockage, identique ou différent du premier module de stockage, et une unité de commande, agencée pour piloter les contacteurs commandés en fonction de la tension de contrôle.
Selon une première variante de réalisation, l'unité de commande est agencée de sorte que, lorsque la tension de contrôle devient inférieure à une tension minimale Umin, ou supérieure à une tension maximale Umax, les contacteurs commandés sont pilotés pour connecter les modules de stockage dans une nouvelle association, dans laquelle la tension de contrôle est comprise entre la tension minimale Umin et la tension maximale Umax.
Selon une deuxième variante de réalisation, l'unité de commande est agencée de sorte que :
lorsque la tension de contrôle devient inférieure à une tension minimale de décharge Udéch, les contacteurs commandés sont pilotés pour connecter les modules de stockage dans une nouvelle association, dans laquelle la tension de contrôle est comprise entre une tension minimale de fonctionnement Umin et une tension maximale de fonctionnement Umax, où Udéch < Umin < Umax/ et/OU lorsque la tension de contrôle devient supérieure à une tension maximale de charge UCh, les contacteurs commandés sont pilotés pour connecter les modules de stockage dans une nouvelle association, dans laquelle la tension de contrôle est comprise entre une tension minimale de fonctionnement Umm et une tension maximale de fonctionnement Umax, où Umin < Umax ^ UCh- L'unité de mesure est par exemple agencée pour mesurer la tension de contrôle entre les bornes de connexion électrique positive et négative du dispositif reconfigurable, c'est-à-dire entre les extrémités des branches connectées en parallèle. L'unité de commande et les modules de stockage peuvent être agencés de sorte que la différence de tension AUmax entre la tension maximale de fonctionnement Umax et la tension minimale de fonctionnement Umin soit supérieure ou égale à la tension maximale Um0d-max aux bornes d'un module de stockage. Lorsque tous les modules de stockage présentent une même tension maximale Um0d-max à leurs bornes et une même capacité électrique, cette condition permet de garantir que l'ajout ou la suppression d'un module de stockage dans chaque branche ramène la tension observée entre les extrémités des branches entre la tension minimale de fonctionnement Umin et la tension maximale de fonctionnement Umax· L'unité de commande et les modules de stockage peuvent en outre être agencés de sorte que le nombre de modules de stockage pouvant être ajoutés ou retirés dans chaque branche au passage d'une association à une association suivante soit inférieur ou égal à un nombre maximal nmax, déterminé afin de satisfaire la relation : rimax Umod-max < AU max — (rimax + 1) Umod-max où AUmax est la différence de tension entre la tension maximale de fonctionnement Umax et la tension minimale de fonctionnement Umm entre les bornes de connexion électrique positive et négative du dispositif reconfigurable. L'invention a également pour objet un système d'alimentation apte à alimenter une charge, telle qu'une chaîne de traction d'un véhicule électrique ou hybride, et à être rechargé par une station de recharge. Le système comprend : un dispositif reconfigurable de stockage d'énergie électrique tel que décrit précédemment, une troisième borne de connexion électrique et une quatrième borne de connexion électrique, aptes à être connectées à la charge ou à la station de recharge, et un convertisseur d'énergie apte à relier la première et la deuxième bornes de connexion électrique à la troisième et à la quatrième bornes de connexion électrique et agencé pour adapter la forme de la tension entre la première et la deuxième bornes de connexion électrique à la forme de la tension entre la troisième et la quatrième bornes de connexion électrique.
Avantageusement, le système d'alimentation comprend un dispositif reconfigurable de stockage d'énergie dans lequel l'unité de commande est agencée de sorte que, dans la plage de tension comprise entre la tension minimale de fonctionnement Umin et la tension maximale de fonctionnement Umax, le convertisseur d'énergie présente un rendement supérieur ou égal à 90% ou à 95%.
Selon une première variante de réalisation, le système d'alimentation comprend, en outre : un dispositif électrochimique de stockage d'énergie par transfert de charge, apte à stocker une énergie électrique entre une cinquième borne de connexion électrique et une sixième borne de connexion électrique, et un commutateur commandé agencé pour connecter les troisième et quatrième bornes de connexion électrique aux première et deuxième bornes de connexion électrique du dispositif reconfigurable de stockage d'énergie électrique ou aux cinquième et sixième bornes de connexion électrique du dispositif électrochimique de stockage d'énergie par transfert de charge.
Selon une deuxième variante de réalisation, le système d'alimentation comprend, en outre : un groupe électrogène, apte à délivrer une énergie électrique entre une septième borne de connexion électrique et une huitième borne de connexion électrique, et un commutateur commandé agencé pour connecter les troisième et quatrième bornes de connexion électrique aux première et deuxième bornes de connexion électrique du dispositif reconfigurable de stockage d'énergie électrique ou aux septième et huitième bornes de connexion électrique du groupe électrogène.
Les première et deuxième variantes peuvent être combinées afin de disposer de deux sources d'énergie complémentaires en plus du dispositif reconfigurable. Ainsi, selon une troisième variante de réalisation, le commutateur commandé est agencé pour connecter les troisième et quatrième bornes de connexion électrique aux première et deuxième bornes de connexion électrique du dispositif reconfigurable de stockage d'énergie électrique, aux cinquième et sixième bornes de connexion électrique du dispositif électrochimique de stockage d'énergie par transfert de charge ou aux septième et huitième bornes de connexion électrique du groupe électrogène. L'invention a enfin pour objet un véhicule comprenant une chaîne de traction électrique et, soit un dispositif reconfigurable de stockage d'énergie tel que décrit précédemment, soit un système d'alimentation tel que décrit précédemment, le dispositif ou le système d'alimentation étant agencé pour alimenter la chaîne de traction en énergie électrique.
Description des figures D'autres avantages et particularités de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de mises en œuvre et de modes de réalisation nullement limitatifs, au regard de dessins annexés sur lesquels : - la figure IA représente schématiquement un premier exemple de dispositif reconfigurable de stockage d'énergie selon l'invention comprenant douze modules de stockage ; - la figure IB représente schématiquement une variante du premier exemple de dispositif reconfigurable de stockage d'énergie selon l'invention ; la figure 2 représente schématiquement un deuxième exemple de dispositif reconfigurable de stockage d'énergie selon l'invention, intégrant une unité de mesure et une unité de commande ; les figures 3A à 3E illustrent différentes associations possibles des modules de stockage du dispositif reconfigurable de la figure IA ; - la figure 4 représente un exemple de système d'alimentation comprenant le dispositif reconfigurable de la figure 2, ainsi qu'un convertisseur d'énergie ; - les figures 5A et 5B illustrent un exemple d'ordonnancement du basculement d'inverseurs commandés du dispositif reconfigurable de la figure IA lors d'une reconfiguration entre deux associations ; - la figure 6 représente la relation typique entre l'énergie utile accessible au cours d'une décharge d'un élément capacitif en fonction de la tension à ses bornes ; - les figures 7A à 7E représentent différentes associations possibles pour un dispositif reconfigurable de stockage d'énergie comprenant seize modules de stockage ; la figure 8 représente un système d'alimentation comprenant un dispositif reconfigurable de stockage d'énergie selon l'invention et une pile électrique.
Description de modes de réalisation
Les modes de réalisation décrits ci-après étant nullement limitatifs, on pourra notamment considérer des variantes de l'invention ne comprenant qu'une sélection de caractéristiques décrites, par la suite isolées des autres caractéristiques décrites (même si cette sélection est isolée au sein d'une phrase comprenant ces autres caractéristiques), si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure. Cette sélection comprend au moins une caractéristique, de préférence fonctionnelle sans détails structurels, ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie uniquement est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure.
Dans la présente description, on appelle "module de stockage d'énergie électrique par effet capacitif" ou, plus simplement, "module de stockage", tout ensemble de un ou plusieurs condensateurs électriques connectés entre eux de manière à présenter deux bornes de connexion, l’une qualifiée de borne négative et l’autre de borne positive. Un condensateur se définit comme tout composant électrique ou électronique présentant deux armatures conductrices séparées par un diélectrique et apte à stocker des charges électriques opposées sur ses armatures. Les armatures sont aptes à être connectées à des éléments d'un circuit électrique par l'intermédiaire des deux bornes de connexion. Dans un module de stockage, les condensateurs peuvent être connectés entre eux selon tout type d’association. De préférence, tous les condensateurs d’un module de stockage sont du même type (par exemple électrolytique ou à isolant). Ils présentent avantageusement les mêmes propriétés en termes de capacité, de tension maximale et de résistance interne. Le module de stockage est destiné à stocker une quantité relativement importante d'énergie électrique. À titre d’illustration, chaque module de stockage peut stocker une quantité d’énergie de l’ordre du kilowatt-heure, par exemple comprise entre 0,1 kW.h et 10 kW.h. Pour une application de stockage d'énergie, un condensateur est communément appelé "supercondensateur". La plupart des supercondensateurs existants repose sur la technologie dite de "double couche électrochimique". Selon cette technologie, le supercondensateur comprend deux électrodes poreuses contenant par exemple du charbon actif et baignant dans une solution ionique.
Pour mémoire, un condensateur se caractérise principalement par sa capacité électrique C, et l'énergie E stockée par le condensateur est définie par la relation : E = -CU2 2 où U est la tension aux bornes du condensateur considéré comme idéal, c'est-à-dire ne présentant pas, notamment, de résistance interne. Un condensateur peut fonctionner sur une plage de tension définie entre la tension nulle (U = 0) et une tension maximale umax. Il peut ainsi, potentiellement, stocker et délivrer une quantité d'énergie égale à : E = -eu2 β 2 U Umax
Selon la présente description, un contacteur est défini comme tout dispositif électrique apte à prendre au moins deux positions, à savoir une première position dite de contact, dans laquelle il établit un contact électrique entre deux points tels que des bornes de connexion, et une deuxième position dite d’isolation, dans laquelle il isole électriquement ces deux points l’un de l’autre. Le contacteur peut prendre un nombre supérieur de positions. Il peut également gérer la connexion entre trois points, l’un des points pouvant alternativement se connecter à l’un des deux autres points. On parle alors généralement d’inverseur. Le contacteur peut être actionné manuellement ou être commandé. Dans ce dernier cas, il est qualifié de "contacteur commandé". Un contacteur commandé peut être réalisé selon différentes technologies. En particulier, il peut être réalisé sous forme d’un transistor, ou d’un circuit électrique comprenant au moins un transistor.
La figure IA représente schématiquement un exemple de dispositif reconfigurable de stockage d’énergie selon l’invention. Dans cet exemple de réalisation, le dispositif 100 comprend une borne de connexion négative 101, une borne de connexion positive 102, douze modules de stockage 111-122, et dix inverseurs commandés 131-140. Par souci de facilité de lecture, les modules de stockage sont désignés individuellement ou globalement sous la référence 110, et les inverseurs commandés sont désignés individuellement ou globalement sous la référence 130.
Les modules de stockage 110 présentent tous les mêmes propriétés électriques, à quelques pourcents près dus aux écarts de conception et de vieillissement des composants électriques. En particulier, les modules de stockage 110 présentent une même tension nominale Umod-max, et une même capacité C. Ainsi, ils sont aptes à stocker chacun une même quantité d'énergie électrique. Les modules de stockage 111, 112 et 113 sont connectés en série pour former une première branche 151. Les modules de stockage 114, 115 et 116 sont connectés en série pour former une deuxième branche 152. Les modules de stockage 117, 118 et 119 sont connectés en série pour former une troisième branche 153. La connexion des modules de stockage 111-119 est permanente au sein de chaque branche 151-153. Autrement dit, le dispositif 100 ne comporte pas de moyens permettant de connecter les modules de stockage 111-119 autrement que par associations de trois en série. Les trois modules restants 120-122 ne sont en revanche pas connectés entre eux de façon permanente. Il est à noter que les modules de stockage 110 sont représentés sur la figure IA selon une disposition de 4 colonnes par 3 lignes. Le nombre de modules de stockage peut ainsi être défini par le produit 4x3 ou, plus généralement, Μ x N, avec M = 4 et N = 3. Cependant, il importe de souligner que seul le nombre total de modules de stockage importe dans le cadre de l'invention, leur disposition étant sans importance, pour autant que les connexions (permanentes ou non) souhaitées entre les modules de stockage soient possibles.
Le dispositif 100 comporte en outre cinq points de connexion internes 161, 162, 163, 164, 165. Ces points de connexion sont qualifiés d'interne dans la mesure où ils ne sont pas destinés à être connectés à l'extérieur du dispositif reconfigurable de stockage d'énergie 100 en vue de délivrer l'énergie stockée dans les modules de stockage 110, ou de recevoir de l'énergie à stocker dans ces modules. Néanmoins, les points de connexion 161-165 peuvent être rendus accessibles depuis l'extérieur du dispositif 100, par exemple afin de servir de points de mesure pour contrôler une tension. Les points de connexion 161-165 ont notamment pour fonction de simplifier la réalisation du dispositif reconfigurable de stockage d'énergie 100 en formant des points aptes à être connectés à plusieurs éléments (modules de stockage et contacteurs commandés) du dispositif 100. Les points de connexion 161-163 ont aussi pour fonction de rapprocher physiquement certaines bornes de connexion (du dispositif 100 et/ou des modules de stockage 110) entre elles. Ils prennent ainsi par exemple la forme de câbles électriques. En l'occurrence, le point de connexion 161 rapproche la borne négative du module de stockage 113 de la borne positive du module de stockage 114, et de la borne positive du module de stockage 122 ; le point de connexion 162 rapproche la borne négative du module de stockage 116 de la borne positive du module de stockage 117, et de la borne positive du module de stockage 121 ; et le point de connexion 163 rapproche la borne négative du module de stockage 119 de la borne positive du module de stockage 120. Le rapprochement de certaines bornes de connexion permet l'utilisation d'inverseurs commandés, à la place de simples interrupteurs commandés. Le nombre de contacteurs commandés peut ainsi être réduit, ce qui facilite la réalisation du dispositif reconfigurable de stockage d'énergie électrique et augmente sa fiabilité. L'inverseur commandé 131 est agencé pour connecter la borne positive du module de stockage 114 soit au point de connexion 161, soit à la borne de connexion positive 102 du dispositif 100. L'inverseur commandé 132 est agencé pour connecter la borne positive du module de stockage 117 soit au point de connexion 162, soit à la borne de connexion positive 102 du dispositif 100. L'inverseur commandé 133 est agencé pour connecter la borne positive du module de stockage 120 soit au point de connexion 163, soit à la borne de connexion positive 102 du dispositif 100. L'inverseur commandé 134 est agencé pour connecter la borne négative du module de stockage 113 soit au point de connexion 161, soit à la borne de connexion négative 101 du dispositif 100. L'inverseur commandé 135 est agencé pour connecter la borne négative du module de stockage 116 soit au point de connexion 162, soit à la borne de connexion négative 101 du dispositif 100. L'inverseur commandé 136 est agencé pour connecter la borne négative du module de stockage 119 soit au point de connexion 163, soit à la borne de connexion négative 101 du dispositif 100. L'inverseur commandé 137 est agencé pour connecter la borne négative du module de stockage 120 soit au point de connexion 164, soit à la borne de connexion négative 101 du dispositif 100. L'inverseur commandé 138 est agencé pour connecter la borne positive du module de stockage 121 soit au point de connexion 162, soit au point de connexion 164. L'inverseur commandé 139 est agencé pour connecter la borne négative du module de stockage 121 soit au point de connexion 165, soit à la borne de connexion négative 101 du dispositif 100. L'inverseur commandé 140 est agencé pour connecter la borne positive du module de stockage 122 soit au point de connexion 161, soit au point de connexion 165. L'homme du métier comprendra, à la lecture de la description qui va suivre au sujet des connexions effectivement établies au sein du dispositif 100, que d'autres configurations que celle décrite en référence à la figure IA sont possibles. En particulier, les points de connexion 164 et 165 pourraient être supprimés. L'inverseur commandé 137 serait alors agencé pour connecter la borne négative du module de stockage 120 soit à la borne positive du module de stockage 121, soit à la borne de connexion négative 101 du dispositif 100. L'inverseur commandé 138 pourrait être remplacé par un interrupteur commandé agencé pour connecter ou non la borne positive du module de stockage 121 au point de connexion 162. De manière analogue, l'inverseur commandé 139 serait agencé pour connecter la borne négative du module de stockage 121 soit à la borne positive du module de stockage 122, soit à la borne de connexion négative 101 du dispositif 100. L'inverseur commandé 140 pourrait être remplacé par un interrupteur commandé agencé pour connecter ou non la borne positive du module de stockage 122 au point de connexion 161.
La figure IB représente une variante de l’exemple de dispositif reconfigurable de stockage d’énergie décrit en référence à la figure IA. Dans cette variante, le dispositif 1000 se distingue du dispositif 100 uniquement en ce qu’il comporte, en outre, un interrupteur 1001, dit de mise en sécurité, agencé pour prendre soit une position de contact (position fermée), soit une position d’isolation (position ouverte). Dans la position de contact, l’interrupteur de mise en sécurité 1001 relie la borne de connexion électrique négative 101 à la borne négative des modules de stockage 120, 121 et 122. Dans la position d’isolation, il isole la borne de connexion électrique négative 101 de la borne négative des modules de stockage 120, 121 et 122. L’interrupteur de mise en sécurité 1001 peut typiquement être un interrupteur manuel. Un tel interrupteur peut ainsi être ouvert par un opérateur préalablement à une opération de maintenance sur le dispositif 1000, et refermé en fin d'intervention. L'interrupteur 1001 peut aussi être un interrupteur commandé. Dans ce cas, il peut être piloté par une même unité de commande que les modules de stockage 111-122, ou par une unité de commande distincte. Le dispositif 1000 peut prendre une configuration sécuritaire en pilotant les inverseurs commandés 131-140 et en manœuvrant (manuellement ou automatiquement) l'interrupteur de mise en sécurité 1001 de manière à isoler chaque module de stockage 111-122 de la borne de connexion électrique négative 101 et/ou de la borne de connexion électrique positive 102. Selon une première solution, les inverseurs commandés 131-140 sont pilotés pour former une première branche formée des modules de stockage 111, 112, 113 et 122, une deuxième branche formée des modules de stockage 114, 115, 116 et 121, et une troisième branche formée des modules de stockage 117, 118, 119 et 120, conformément à la configuration décrite ci-dessous en référence à la figure 3B. Selon une deuxième solution, les inverseurs commandés 131-140 sont pilotés pour former une seule branche comprenant l'ensemble des modules de stockage 111-122 connectés en série, conformément à la configuration décrite ci-dessous en référence à la figure 3D. Dans chaque solution, l'interrupteur de mise en sécurité 1001 est manoeuvré dans la position d'isolation, afin de rompre la liaison électrique entre la borne de connexion électrique négative 101 et la borne de connexion électrique positive 102.
Le dispositif reconfigurable de stockage d'énergie 100 ou 1000 peut typiquement être agencé pour présenter à chaque instant, entre ses bornes de connexion 101 et 102, une tension apte à varier entre une tension minimale Umm et une tension maximale Umax, cette plage de fonctionnement présentant une amplitude inférieure à l'amplitude de la variation de tension aux bornes d'un unique module de stockage 110 entre son état complètement déchargé (Um0d = 0) et son état de pleine charge (Umod = Umod-max) Le dispositif 100 ou 1000 peut alors comporter, en outre, des moyens pour commander les inverseurs commandés afin que la tension entre les bornes de connexion 101 et 102 reste dans cette plage de fonctionnement [Umax ; Umin].
La figure 2 représente un exemple de dispositif reconfigurable de stockage d'énergie comprenant de tels moyens. En particulier, le dispositif 200 comprend, en plus des éléments du dispositif 100, une unité de mesure 201 agencée pour mesurer une tension de contrôle entre deux bornes et une unité de commande 202, agencée pour piloter les inverseurs commandés 130. L'unité de mesure 201 mesure par exemple la tension entre les bornes de connexion 101 et 102 du dispositif 100. Cependant, la tension de contrôle pourrait être mesurée entre d'autres points du dispositif 200, notamment entre les bornes de l'un des modules de stockage 110, dans la mesure où cette tension est représentative de la tension aux bornes du dispositif 200. Tel est notamment le cas lorsque tous les modules de stockage sont identiques, sollicités et rechargés de manière identique à chaque instant, et que l'association des modules de stockage est connue. L’unité de commande peut présenter une architecture purement matérielle, ou une architecture logicielle apte à exécuter un programme informatique. Il s'agit par exemple d'un automate programmable, d’un réseau prédiffusé programmable par l’utilisateur (FPGA), d’un processeur, d’un microprocesseur ou d’un microcontrôleur. Le dispositif reconfigurable de stockage d’énergie 200 pourrait bien entendu comporter un interrupteur de mise en sécurité, manuel ou commandé, de manière analogue au dispositif de la figure IB.
Il est à noter que tout changement d’association implique l’ajout ou la suppression d’au moins un module de stockage connecté en série dans les différentes branches du dispositif reconfigurable. À chaque reconfiguration, la tension aux bornes du dispositif est donc augmentée ou diminuée d’au moins une fois la tension présente aux bornes de l’un des modules de stockage au moment du changement de reconfiguration. Afin de faire en sorte que le dispositif reconfigurable présente, aussi bien avant qu’après reconfiguration, une tension comprise dans la plage de fonctionnement souhaitée [Umax ; Umin], il doit être agencé de sorte que l'amplitude AUmax de la plage de tension [Umax ; Umin] soit au moins égale à la tension maximale Um0d-max aux bornes d'un unique module de stockage. De même, il existe un nombre maximal de modules de stockage qui peuvent être ajoutés ou supprimés d'une branche lors d'une reconfiguration. Ce nombre maximal correspond au nombre de fois que la tension maximale Um0d-max aux bornes d'un module de stockage peut être contenue dans l'amplitude AUmax de la plage de fonctionnement souhaitée [Umax ; Umin]· Ainsi, pour une association donnée, le nombre n de modules de stockage pouvant être ajoutés ou supprimés doit satisfaire la relation suivante : n Umod-max — max < (jl + 1) ^mod-rrmx
Les figures 3A à 3E illustrent différentes associations possibles des modules de stockage 110 dans le dispositif 100. Sur la figure 3A, les inverseurs commandés 130 sont agencés pour former quatre branches en parallèle (M = 4) de trois modules de stockage 110 connectés en série (N = 3). Les inverseurs commandés 131, 132, 133 connectent ainsi la borne positive des modules de stockage 114, 117 et 120, respectivement, à la borne de connexion positive 102 du dispositif 100. Les inverseurs commandés 134, 135, 136 connectent la borne négative des modules de stockage 113, 116 et 119, respectivement, à la borne de connexion négative 101 du dispositif 100. Les inverseurs commandés 137 et 138 connectent respectivement la borne négative du module de stockage 120 et la borne positive du module de stockage 121 au point de connexion 164. Les inverseurs commandés 139 et 140 connectent respectivement la borne négative du module de stockage 121 et la borne positive du module de stockage 122 au point de connexion 165. Sur la figure 3B, tous les inverseurs commandés 130 ont modifié leur connexion par rapport à la figure 3A, hormis les inverseurs commandés 131 et 132. En conséquence, le dispositif 100 forme trois branches en parallèle (M = 3) de quatre modules de stockage 110 en série (N = 4). La première branche comprend les modules de stockage 111, 112, 113 et 122 ; la deuxième branche comprend les modules de stockage 114, 115, 116 et 121 ; et la troisième branche comprend les modules de stockage 117, 118, 119 et 120. Sur la figure 3C, les inverseurs commandés 131, 135, 137, 138, 139 et 140 ont modifié leur connexion par rapport à la figure 3B. Le dispositif 100 forme deux branches en parallèle (M = 2) de six modules de stockage 110 en série (N = 6). La première branche comprend les modules de stockage 111-116 ; et la deuxième branche comprend les modules de stockage 117-122. Sur la figure 3D, seuls les inverseurs commandés 132 et 135 ont modifié leur connexion par rapport à l'association de la figure 3C. Le dispositif 100 forme alors une seule branche (M = 1) de douze modules de stockage en série (N = 12). Dans chacune des associations des figures 3A à 3D, tous les modules de stockage 110 sont intégrés dans l'une des branches. Ils sont donc tous chargés ou déchargés simultanément. Dans la mesure où ils sont intégrés dans des branches comportant chacune un même nombre de modules de stockage, les modules de stockages 110 sont sollicités de manière identique à chaque instant. La figure 3E représente une association dans laquelle tous les modules de stockage ne sont pas utilisés, à savoir les modules de stockage 120-122. Le dispositif 100 forme une seule branche (M = 1) de neuf modules de stockage (N = 9). Dans cette association, les inverseurs commandés 131, 132, 133 connectent la borne positive des modules de stockage 114, 117 et 120, respectivement, aux points de connexion 161, 162 et 163, respectivement. Les inverseurs commandés 134 et 135 connectent la borne négative des modules de stockage 113 et 116, respectivement, aux points de connexion 161 et 162, respectivement. L’inverseur commandé 136 connecte la borne négative du module de stockage 119 à la borne de connexion négative 101 du dispositif 100. La position des inverseurs commandés 137, 138, 139 et 140 n'a pas d'importance puisque les modules de stockage 120-122 ne sont pas connectés au reste du dispositif 100.
Il est à noter que lorsqu'un ou plusieurs modules de stockage 110 ne sont pas utilisés dans une association donnée, ce ou ces modules de stockage peuvent être utilisés dans une association ultérieure, sous réserve que chaque branche de l'association comporte un même nombre de modules de stockage non utilisés. Plus généralement, lorsque le dispositif 100 comprend plusieurs branches en parallèle dans une association (Μ > 2), il importe que chaque branche présente une même tension à ses bornes. En pratique, cela implique que chaque branche comprenne un ensemble de modules de stockage sollicités de manière identique collectivement.
Association à un convertisseur d'énergie
Le dispositif reconfigurable de stockage d'énergie selon l'invention peut typiquement être intégré dans un système d'alimentation comprenant, en outre, un convertisseur d'énergie. Le convertisseur d'énergie peut être un hacheur. Il peut aussi s'agir d'un onduleur, lorsque le dispositif reconfigurable de stockage d'énergie fournit de l'énergie électrique à une charge, ou d'un redresseur lorsque le dispositif reconfigurable reçoit de l'énergie électrique d'une source extérieure.
La figure 4 représente un exemple de système d'alimentation 400 comprenant le dispositif reconfigurable de stockage d'énergie 200 de la figure 2 (l'unité de mesure n'est pas représentée) et un convertisseur d'énergie 410. Le convertisseur d'énergie 410 fonctionne alternativement en onduleur et en redresseur, selon que le dispositif reconfigurable 200 fournit de l'énergie ou en reçoit, respectivement. Il comporte deux bornes de connexion 411 et 412, côté alternatif, et deux bornes de connexion 413 et 414, côté continu. Les bornes de connexion 411 et 412 sont destinées à être connectées à une charge devant être alimentée par le dispositif reconfigurable 200 ; et les bornes de connexion 413 et 414 sont connectées à la borne de connexion négative 101 et à la borne de connexion positive 102, respectivement, du dispositif 200.
Le rendement d'un convertisseur d'énergie étant dépendant de la tension qu'il reçoit en entrée, sur deux de ses bornes, et de la tension qu'il doit délivrer en sortie, sur ses deux autres bornes, il est préférable de le faire fonctionner sur des plages de tension prédéterminées. Dans la présente description, il est considéré que la tension moyenne entre les bornes de connexion 411 et 412 est constante. On considère uniquement la tension entre les bornes de connexion 413 et 414. La plage de tension sur laquelle le rendement est optimal varie entre une tension minimale Umin et une tension maximale Umax, et est appelée plage de fonctionnement optimal [Umax ; Umin]. Cette plage est par exemple déterminée de manière à ce que le convertisseur d'énergie présente un rendement η supérieur à 90%, ou supérieur à 95%. Typiquement, un convertisseur d'énergie présente un rendement η supérieur à 95% sur une plage de fonctionnement dont la borne inférieure Umin est environ égale aux deux tiers de la tension maximale Umax, soit une amplitude égale au tiers de la tension maximale
Umax·
Le basculement des inverseurs commandés ou, plus généralement, des contacteurs commandés, doit préférentiellement être effectué dans des conditions de faible circulation de courant afin d'éviter une détérioration de ces contacteurs commandés. Un basculement des contacteurs commandés est donc avantageusement réalisé avec un courant faible, voire nul. Il en résulte que, pendant un laps de temps relativement court (de l'ordre de quelques dixièmes de secondes), correspondant à la durée nécessaire pour changer d'association entre les modules de stockage 110, seule une énergie limitée, voire aucune énergie, peut être transférée entre le dispositif 200 et le convertisseur d'énergie 410. Le convertisseur d'énergie 410 est ainsi avantageusement informé du changement d'association des modules de stockage 110, afin de limiter la demande de conversion d'énergie. Cette limitation temporaire de la fourniture d'énergie électrique peut introduire une difficulté dans des applications de type "alimentation sans interruption" qui, par définition, nécessitent un approvisionnement constant en énergie. Un système d'alimentation sans interruption est par exemple utilisé comme source d'énergie supplétive, permettant d'assurer une continuité de service de la fourniture d'énergie lorsque le réseau électrique principal est en défaut. Une solution est de coupler le dispositif reconfigurable de stockage d'énergie 200 avec une autre source d'énergie électrique, telle qu'un dispositif électrochimique de stockage d'énergie par transfert de charge. Pour d'autres applications, la limitation temporaire de la fourniture d'énergie électrique ne pose pas de difficulté. À titre d'exemple, le dispositif reconfigurable 200 et le système d'alimentation 400 sont particulièrement bien adaptés à des applications de type "véhicules électriques ou hybrides" et "filtrage de réseau". Le terme "véhicule électrique ou hybride" désigne l'ensemble des véhicules destinés à transporter des personnes et/ou des marchandises, et reposant sur l'utilisation au moins partielle et/ou ponctuelle d'un moteur électrique pour le déplacement du véhicule. Le véhicule est par exemple un métro, un tramway, un bus, un navire, une voiture, un deux-roues, un camion, un transbordeur, un ascenseur ou une grue. Le véhicule électrique ou hybride bénéficie d'une inertie mécanique pouvant pallier la limitation de fourniture d'énergie. Le terme "filtrage de réseau" désigne l'ensemble des dispositifs électriques permettant d'améliorer la qualité de l'énergie fournie par un réseau électrique. Actuellement, certains dispositifs reposent principalement sur des condensateurs agencés pour optimiser le facteur de puissance ("cos phi") d'un réseau électrique alternatif. D'autres dispositifs comprennent des dispositifs électrochimiques de stockage d'énergie par transfert de charge permettant de lisser un flux d'énergie intermittent, par exemple produit par des éoliennes ou des panneaux photovoltaïques. Les dispositifs électrochimiques de stockage d'énergie emmagasinent l'énergie lors d'une brusque montée de puissance, due par exemple à une bourrasque de vent ou à la fin du passage d'un nuage, et libèrent un complément d'énergie lors de brusques chutes de puissance, par exemple dues à une accalmie du vent, ou au passage d'un nuage. Les condensateurs et les dispositifs électrochimiques de stockage de ces dispositifs peuvent ainsi être remplacés par le dispositif reconfigurable de stockage d'énergie selon l'invention. D'autres précautions doivent être prises lors du basculement des contacteurs commandés. En particulier, il est préférable d'éviter une mise en parallèle momentanée de branches comportant des nombres différents de modules de stockage en série. Dans le cas contraire, certains modules de stockage vont se décharger dans d'autres modules de stockage, ce qui aboutit à un déséquilibre de leur état de charge. Il est ainsi préférable de manoeuvrer les contacteurs commandés dans un certain ordre, voire de manoeuvrer des contacteurs commandés qui n'auraient pas dû l'être a priori au vu de l'association initiale et de l'association finale, afin d'isoler momentanément des branches les unes des autres.
Une autre précaution à prendre lors du basculement des contacteurs commandés porte sur la tension présente à chaque instant aux bornes du dispositif reconfigurable de stockage d'énergie. Cette tension doit typiquement être comprise dans une plage de tension prédéterminée, par exemple la plage de fonctionnement optimal [Umax ; Umin] du convertisseur d'énergie. À cet effet, l'unité de commande peut être agencée de manière à ce que, au cours de tout changement d'association, toute branche reliée aux bornes de connexion négative 101 et positive 102 du dispositif 100 possède le même nombre de modules de stockage en série que, soit celui d'une branche de l'association avant reconfiguration, soit celui d'une branche de l'association après reconfiguration.
Les figures 5A et 5B illustrent un exemple d'ordonnancement du basculement des inverseurs commandés 130 lors du passage de l'association (figure 5A) comprenant quatre branches en parallèle de trois modules de stockage 110 connectés en série (Μ x N = 4 x 3) à l'association (figure 5B) comprenant trois branches en parallèle de quatre modules de stockage 110 en série (Μ x N = 3 x 4). Dans une première étape, notée ©, les inverseurs commandés 133, 134 et 135 sont actionnés, ce qui a pour effet de déconnecter les modules de stockage, respectivement 120, 113 et 116 des bornes de connexion négative 101 et positive 102. Dans une deuxième étape, notée (D, les inverseurs commandés 137 et 139 sont actionnés. Dans une troisième étape, notée (D, l'inverseur commandé 136 est actionné. Dans une quatrième étape, notée ©, les inverseurs commandés 138 et 140 sont actionnés. Dans chaque étape, les inverseurs commandés peuvent être actionnés successivement ou simultanément.
Dans le but de garantir que le basculement des contacteurs commandés s'effectue dans l'ordre souhaité, il est possible de prévoir un mécanisme de vérification de la position des différents contacteurs commandés. Ce mécanisme de vérification envoie par exemple un retour d'informations à l'unité de commande, lui permettant de déclencher les basculements successifs des contacteurs commandés. Généralisation
Il est rappelé que le dispositif reconfigurable de stockage d'énergie selon l'invention peut comporter un nombre quelconque Μ x N de modules de stockage, avec M et N deux entiers naturels supérieurs ou égaux à un. Différentes optimisations des associations sont possibles, notamment en termes d'énergie disponible, de rendement du convertisseur d'énergie et/ou de nombre de reconfigurations.
Optimisation en termes d'énergie disponible L'optimisation en termes d'énergie disponible suppose qu'à tout moment, l'ensemble Μ x N des modules de stockage est utilisé. Autrement dit, quelle que soit l'association i, la relation suivante est vérifiée :
M| x Ni = M x N
Les associations suivantes, définies par un couple M, x Ni, sont notamment possibles :
Dans ces associations, k est un entier naturel strictement positif et permet d'indiquer que l'entier N, est un multiple de l'entier spécifié. Par ailleurs, M peut être un multiple de l'entier considéré, dès lors que l'on ne souhaite pas utiliser l'intégralité des associations. Par exemple, la suite d'associations commençant par 6 x 2k n'est qu'une continuation des premiers termes de la suite commençant par 3 x 2k en groupant les branches deux par deux. Il en va de même pour les suites commençant par 8 x 3k et 4 x 3k.
Optimisation en termes de rendement du convertisseur d'énergie
Lorsque le dispositif reconfigurable selon l'invention est associé à un convertisseur d'énergie, il est intéressant d'utiliser des associations telles que la tension aux bornes de connexion du dispositif puisse se situer à chaque instant dans la plage de fonctionnement optimal [Umax ; Umin] de ce convertisseur d'énergie. Cette condition se traduit par la relation suivante :
où kv est défini par :
La suite d'associations commençant par 9 x 4k par exemple offre une bonne optimisation dans la mesure où entre chaque association consécutive, le rapport Nj sur Ni+i est toujours supérieur à deux tiers.
Le tableau suivant présente différentes associations possibles permettant d'optimiser le rendement du convertisseur d'énergie dans le cas où kv = 2/3. Udisp-max et UdisP-min désignent respectivement les tensions maximale et minimale aux bornes du dispositif reconfigurable.
Le tableau suivant présente différentes associations possibles permettant d'optimiser le rendement du convertisseur d'énergie dans le cas où kv = 3/4.
Il est à noter que cette suite d'associations est la seule à respecter la condition :
Toute autre association initiale oblige à laisser des modules de stockage non utilisés à l'une des associations suivantes, sauf si l'entier k permet de passer par une association intermédiaire respectant la condition ci-dessus. Par exemple, dans le cas d'un dispositif reconfigurable d'association initiale M x N = 8 x 15, la suite d'associations suivante est possible.
L'exemple suivant, toujours dans le cas où kv = 3/4, montre comment il est possible de gérer une suite de reconfigurations en laissant de côté des modules de stockage dans certaines associations, pour les réintégrer dans une association suivante.
Dans ce dernier exemple, l'association 2 laisse de côté deux modules de stockage. Ces modules n'étant parcourus par aucun courant, ils restent dans le même état de charge tout le temps de l'association. L'association 3 réintroduit les deux modules isolés à l'association 2, à raison d'un module par branche, et en isole six autres. L'association 4 réintroduit les six modules isolés, à raison de trois modules de stockage par branche.
Optimisation en termes de nombre de reconfiaurations
La figure 6 illustre une caractéristique d'un module de stockage d'énergie par effet capacitif. Elle représente l'énergie utile accessible au cours d'une décharge du module de stockage en fonction de la tension à ses bornes à la fin de la décharge. L'axe des abscisses correspond à la tension en fin de décharge, en pourcentage par rapport à la tension maximale Um0d-max, et l'axe des ordonnées correspond à l'énergie utile accessible, en pourcentage par rapport à l'énergie totale disponible dans le module de stockage. Cette figure montre que 90% de l'énergie nominale du module de stockage est accessible sur une plage de tension [Um0d-max ; Umod-min ], où Umod-min est environ égal au tiers de Umod-max- Ainsi, l'utilisation de 90% de l'énergie du dispositif reconfigurable de stockage d'énergie selon l'invention nécessite un nombre maximal de modules de stockage par branche strictement inférieur à trois fois le nombre minimal de modules de stockage par branche. La relation d'infériorité stricte est due à la variation de tension aux bornes des modules de stockage. Les associations peuvent ainsi être les suivantes :
Comme indiqué précédemment, l'unité de commande peut piloter les contacteurs commandés de manière à ce que la tension UdiSP aux bornes du dispositif reconfigurable selon l'invention se situe dans la plage de tension [Umax ; Umm], correspondant par exemple à la plage de fonctionnement optimal du convertisseur d'énergie. L'unité de commande peut ainsi être agencée de sorte que, lorsque la tension Udisp devient inférieure à la tension Umin/ ou supérieure à la tension UmaXi les contacteurs commandés soient pilotés pour connecter les modules de stockage dans une nouvelle association, dans laquelle la tension Udisp retourne dans la plage de tension [Umax ; Umin].
Le convertisseur d'énergie pouvant introduire des oscillations de tension, de l'ordre de quelques volts, un phénomène de bagotement entre deux associations peut être observé si le changement d'association est fait à une même tension aussi bien en charge qu'à la décharge du dispositif reconfigurable. Afin d'éviter un tel phénomène, il est possible d'introduire des hystérésis de quelques volts (par exemple 1 à 5 V) autour de chaque tension de changement d'association. À titre d'illustration, on considère une première association de Mi branches en parallèle de Ni modules de stockage chacune, et une deuxième association de M2 branches en parallèle de N2 modules de stockage chacune, avec N2 > Ni et Mi x Ni = M2 x N2. À la décharge, le passage de la première association à la deuxième peut être effectué lorsque la tension Udisp atteint une tension UdéCh inférieure de quelques volts à la tension Umin. En revanche, en charge, le passage de la deuxième association à la première peut être effectué lorsque la tension Udisp atteint la tension Umin.
Une autre solution pour introduire une hystérésis est de travailler avec un ratio N1/N2 légèrement supérieur au quotient kv de la tension minimale Umm sur la tension maximale Umax, tout en conservant les seuils de reconfiguration aux bornes de la plage de fonctionnement optimal [Umax ; Umin]. À la décharge, la tension Udisp passe de umin = kriumax à N1/N2.Uminr qui est bien légèrement inférieure à Umax- En charge, la tension Udisp passe de la tension Umax à N1/N2. Umaxi qui est bien légèrement supérieur à kv umax. Par rapport à la précédente, cette deuxième solution présente l'avantage de conserver une tension Udisp dans la plage de fonctionnement optimal du convertisseur d'énergie.
Le dispositif reconfigurable de stockage d'énergie selon l'invention est particulièrement adapté à l'alimentation de véhicules électriques de transport en commun, en particulier lorsqu'ils effectuent des trajets comportant des arrêts prédéterminés dans des stations. Tel est notamment le cas des bus et des tramways. Le dispositif reconfigurable de stockage d'énergie du véhicule peut effectivement être rechargé régulièrement lors des arrêts en station, lui permettant d'emmagasiner suffisamment d'énergie pour circuler de manière autonome entre les stations. Les stations sont alors qualifiées de "stations de recharge". La technologie de stockage d'énergie par effet capacitif, couvrant notamment les supercondensateurs, autorise des durées de recharge relativement courtes, compatibles avec la durée d'arrêt du véhicule en station, typiquement de l'ordre d'une dizaine de secondes, voire au maximum d'une trentaine de secondes.
Selon un premier exemple d'utilisation du dispositif reconfigurable de stockage d'énergie selon l'invention, ce dispositif alimente un véhicule comportant une chaîne de traction (variateur + moteur) fonctionnant sur une plage de tension d'entrée comprise entre 300 V et 450 V, avec un optimum de rendement énergétique compris entre 330 V et 430 V. Pour mieux comprendre les avantages de l'utilisation d'un dispositif reconfigurable selon l'invention, on considère dans un premier temps, à titre de comparaison, un dispositif de stockage d'énergie par effet capacitif non reconfigurable, c'est-à-dire dont l'association des modules de stockage est figée. Ce dispositif non reconfigurable comporte par exemple quatre branches en parallèle de huit modules de stockage connectés en série, chaque module de stockage présentant une tension maximale entre ses bornes Um0d max de 50 V. Ainsi, la tension maximale aux bornes du dispositif est de 400 V, qui est proche de la borne supérieure de la plage de fonctionnement optimal de la chaîne de traction (430 V). En revanche, une décharge du dispositif non reconfigurable jusqu'à ce que sa tension atteigne la borne inférieure de la plage de fonctionnement optimal (330 V) ne permet d'utiliser qu'une faible part de l'énergie stockée dans le dispositif, soit environ 33%. Cette part peut atteindre environ 50% si l'on autorise une décharge jusqu'à la tension de 300 V, mais reste relativement faible. Pour une autonomie donnée du véhicule électrique, ce taux d'utilisation de l'énergie stockée impose un surdimensionnement du dispositif de stockage non reconfigurable.
Le dispositif reconfigurable de stockage d'énergie selon l'invention permet d'augmenter l'autonomie disponible à partir d'un même nombre de modules de stockage, d'optimiser le nombre de branches en parallèle ou de réaliser un compromis entre ces deux options. Dans le cas d'une augmentation de l'autonomie, on peut observer que, conformément au tableau présenté ci-dessus avec une association initiale de quatre branches en parallèle de huit modules de stockage chacune, jusqu'à 86% de l'énergie stockée est utilisable. Dans le cas où une optimisation du nombre de branches est recherchée, on constate que le dispositif reconfigurable peut ne comporter que deux branches en parallèle de huit modules de stockage chacune (Μ x N = 2 x 8). Les associations suivantes peuvent être utilisées.
Les figures 7A-7E représentent schématiquement les différentes associations correspondantes. Sur la figure 7A, illustrant la première association, le dispositif 700 comprend deux branches en parallèle de huit modules de stockage en série chacune. La première branche 710 comprend des modules de stockage numérotés consécutivement de 1 à 8 et la deuxième branche 720 comprend des modules de stockage numérotés consécutivement de 9 à 16. Sur la figure 7B, illustrant la deuxième association, le dispositif 700 comprend une unique branche formée des modules de stockage 1 à 10, les modules de stockage 11 à 16 étant isolés. Sur la figure 7C, illustrant la troisième association, le dispositif 700 comprend toujours une unique branche, mais formée cette fois-ci des modules de stockage 1 à 3 et 9 à 16, les modules de stockage 4 à 8 étant isolés. Sur la figure 7D, illustrant la quatrième association, le dispositif 700 comprend une unique branche formée des modules de stockage 4 à 16, les modules de stockage 1 à 3 étant isolés. Dans la dernière association, illustrée par la figure 7E, le dispositif comprend une seule branche formée de l'ensemble des seize modules de stockage connectés en série. Afin de permettre ces différentes associations, le dispositif 700 comprend un contacteur commandé entre les modules de stockage 3 et 4, entre les modules de stockage 10 et 11, entre le module de stockage 8 et la borne de connexion négative du dispositif 700 et entre le module de stockage 9 et la borne de connexion positive du dispositif 700.
Selon un deuxième exemple d’utilisation du dispositif reconfigurable selon l’invention, ce dispositif alimente un véhicule électrique dont la chaîne de traction fonctionne sur une plage de tension d’entrée comprise entre 300 V et 750 V, avec un optimum de rendement énergétique compris entre 350 V et 730 V. La plage de tension de fonctionnement étant relativement large (avec Umax > 2 Umin), il serait envisageable d’utiliser un dispositif de stockage d’énergie par effet capacitif non reconfigurable. Cependant, le dispositif reconfigurable selon l’invention présente un intérêt particulier pour les recharges du véhicule électrique en station. En effet, arrivé en station, le dispositif reconfigurable peut présenter une tension à ses bornes de 350 V et nécessiter une recharge via un convertisseur d’énergie amenant une tension à ses bornes de 700 V. Les convertisseurs d’énergie sont majoritairement de deux types, à savoir les élévateurs et les abaisseurs. Avec un élévateur, la plage de tension d'entrée est inférieure à la plage de tension en sortie. Or, la durée de recharge devant être courte, de forts courants doivent transiter entre la station et le véhicule électrique, ce qui nécessite des connecteurs spécifiques et engendre des coûts de conception et d'entretien importants. En outre, les pertes par effet Joule sont importantes. Avec un abaisseur, la plage de tension d'entrée est supérieure à la plage de tension en sortie. Un inconvénient de ce convertisseur d'énergie est le risque en matière de sécurité. La station de recharge se situe typiquement dans un environnement urbain, avec un risque de contact électrique avec des passagers ou des passants. La présence de cette haute tension et de la puissance importante transférée, impose ainsi des règles de sécurité très contraignantes en termes d'intégration mécanique, de matériaux et donc de coûts.
Le dispositif reconfigurable de stockage d'énergie selon l'invention limite ces inconvénients en permettant un rechargement en deux étapes. Le dispositif reconfigurable comporte par exemple deux branches (ou un multiple de deux branches) de quatorze modules en série, chaque module de stockage présentant une tension maximale à ses bornes de 50 V. Dans le cas d'un dispositif de conversion d'énergie élévateur, fonctionnant par exemple sur une plage de tension d'entrée comprise entre 225 V et 450 V et une plage de tension de sortie comprise entre 500 V et 1000 V, dans une première étape, les deux branches sont mises en série (ou les branches sont mises en série deux par deux) pour former une branche de 28 modules. La tension aux bornes de cette branche va passer de 700 V à 1000 V. Dans une deuxième étape, le dispositif reconfigurable reprend sa configuration initiale (Μ x N = 2k x 14) pour compléter la recharge des modules de stockage, la tension à leur borne passant de 500 V à 700 V. Dans le cas d'un dispositif de conversion d'énergie abaisseur, fonctionnant sur une plage de tension d'entrée comprise entre 500 V et 1000 V et une plage de tension de sortie comprise entre 225 V et 450 V, dans une première étape, le dispositif reconfigurable est laissé dans sa configuration initiale (Μ x N = 2k x 14), la tension aux bornes de chaque branche passant de 350 V à 450 V. Dans une deuxième étape, chaque branche de quatorze modules de stockage est divisée en deux branches parallèles de sept modules de stockage chacune. Lors de la recharge, la tension aux bornes des branches passe de 225 V à 350 V. Le dispositif est ensuite reconfiguré dans sa configuration initiale, chaque branche présentant bien une tension à ses bornes de 700 V. En termes de sécurité des personnes, l'utilisation d'un convertisseur d'énergie abaisseur est préférable à l'utilisation d'un convertisseur élévateur, dans la mesure où les plus hautes tensions sont localisées en amont du convertisseur d'énergie, implanté a priori au sein de la station de recharge et donc moins accessible aux personnes. L'utilisation d'un élévateur, au contraire, place les plus hautes tensions en aval du convertisseur d'énergie, et notamment sur le dispositif de connexion de puissance entre la station de recharge et le véhicule, généralement plus accessible aux personnes.
Le dispositif reconfigurable selon l'invention présente des avantages comme source d'alimentation d'un véhicule électrique. Il peut en outre être utile dans une station de recharge, afin de faciliter le transfert d'énergie lors de la recharge en station du dispositif reconfigurable embarqué dans le véhicule. Le dispositif reconfigurable disposé dans la station de recharge, appelé "dispositif reconfigurable au sol", dispose d'une durée relativement longue pour se charger, de l'ordre de plusieurs minutes, correspondant à l'intervalle de temps entre deux arrêts de véhicules dans la station de recharge. Les puissances de transfert sont donc nettement plus faibles, ce qui permet une recharge directement depuis le réseau d'alimentation électrique. Un système d'alimentation d'un véhicule électrique ou hybride peut ainsi comporter un premier dispositif reconfigurable de stockage d'énergie selon l'invention, embarqué sur le véhicule, afin de l'alimenter de manière autonome entre deux stations, un deuxième dispositif reconfigurable selon l'invention, disposé dans chaque station de recharge, et un convertisseur d'énergie agencé pour relier les deux dispositifs reconfigurables. Les propriétés électriques de la chaîne de traction du véhicule imposent la plage de tension du dispositif reconfigurable embarqué et, en conséquence, le nombre de modules de stockage en série dans chaque branche. L'autonomie requise entre deux stations de recharges fixe quant à elle le nombre de branches en parallèle dans le dispositif reconfigurable embarqué.
On considère à titre d'exemple un dispositif reconfigurable embarqué comportant, dans une association initiale, quatre branches en parallèle de huit modules de stockage en série chacune, soit un total de trente-deux modules de stockage. L'énergie à transférer depuis le dispositif reconfigurable au sol vers le dispositif reconfigurable embarqué correspond à l'énergie utile au véhicule pour se déplacer entre deux stations de recharge, en faisant abstraction des pertes dues au transfert d'énergie, notamment dans le convertisseur d'énergie. Le dispositif reconfigurable au sol comprend ainsi un même nombre de modules de stockage. La plage de tension dans laquelle doit fonctionner le dispositif reconfigurable au sol est imposée par le ratio de conversion du convertisseur d'énergie. Dans le cas d'un abaisseur de ratio Vi, le dispositif reconfigurable au sol travaille à une tension double de celle du dispositif reconfigurable embarqué. Ses trente-deux modules de stockage sont donc connectés selon une association de deux branches en parallèle de seize modules de stockage (Μ x N = 2 x 16). Le dispositif reconfigurable embarqué et le dispositif reconfigurable au sol peuvent être fabriqués à partir d'un même dispositif reconfigurable de base, comprenant quatre branches de huit modules de stockage en série, et un système de connexion permettant de choisir soit une association parallèle des quatre branches, soit une association de deux branches en parallèle de seize modules de stockage. Dans le cas d'un convertisseur d'énergie élévateur de ratio 2, le dispositif reconfigurable au sol travaille à une tension moitié de celle du dispositif reconfigurable embarqué. Les trente-deux modules de stockage de ce dispositif reconfigurable sont donc connectés selon une association de huit branches en parallèles de quatre modules de stockage en série. Le dispositif reconfigurable embarqué et le dispositif reconfigurable au sol peuvent également être fabriqués à partir d'un même dispositif reconfigurable de base, comprenant huit branches de quatre modules de stockage en série, et un système de connexion permettant de choisir soit une association parallèle des huit branches, soit une association de quatre branches en parallèle de huit modules de stockage. Le système de connexion peut comporter des barres omnibus, ou "busbars" en anglais, boulonnés en fin de fabrication sur la position requise selon la destination du dispositif reconfigurable, à savoir le véhicule ou la station de recharge. Le système de connexion peut aussi comporter des interrupteurs commandés manuellement, tels que des sectionneurs de puissance manuels, dont la position est déterminée en fonction de la destination du dispositif reconfigurable. Il est à noter que la destination du dispositif reconfigurable est a priori définitive. Il n'est donc pas nécessaire que le système de connexion utilisé puisse être commandé. Cependant, des contacteurs commandés tels que ceux utilisés en cours de charge ou de décharge des dispositifs reconfigurables peuvent être utilisés.
Le dispositif reconfigurable de stockage d'énergie selon l'invention peut être associé à d'autres sources d'alimentation électrique, notamment à un dispositif de stockage d'énergie électrochimique par transfert de charge (pile électrique ou pile à combustible), ou à un groupe électrogène. Ces sources d'alimentation supplémentaires peuvent prendre le relais du dispositif reconfigurable lors de microcoupures, par exemple lors des changements d'association, de même que lors d'une demande de puissance ponctuelle, ou lorsque le dispositif reconfigurable est déchargé.
La figure 8 représente un exemple de système d'alimentation comprenant une source d'alimentation électrique en plus du dispositif reconfigurable selon l'invention. Le système d'alimentation 800 comprend un dispositif reconfigurable 810, un convertisseur d'énergie 820, une pile électrique 830 et un commutateur commandé 840. Le dispositif reconfigurable 810 comprend une borne de connexion négative 811, une borne de connexion positive 812, un ensemble de modules de stockage 813 et un ensemble de contacteurs commandés 814. La pile électrique 830 comprend une borne de connexion négative 831 et une borne de connexion positive 832. Le convertisseur d'énergie 820 comporte deux bornes d'entrée 821, 822 et deux bornes de sortie 823, 824. Bien entendu, le convertisseur d'énergie 820 peut fonctionner dans les deux sens, si bien que ses bornes de connexion sont qualifiées "d'entrée" ou "de sortie" dans un but descriptif uniquement. Le commutateur commandé 840 est par exemple piloté par l'unité de commande du dispositif reconfigurable 810, ou par tout moyen de commande du système d'alimentation. Il permet de connecter les bornes d'entrée 821, 822 du convertisseur d'énergie soit aux bornes de connexion 811, 812 du dispositif reconfigurable 810, soit aux bornes de connexion 831, 832 de la pile électrique.
Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. De plus, les différentes caractéristiques, formes, variantes et modes de réalisation de l'invention peuvent être associés les uns avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où ils ne sont pas incompatibles ou exclusifs les uns des autres.

Claims (19)

  1. REVENDICATIONS
    1. Dispositif reconfigurable de stockage d'énergie électrique comprenant : M x N modules de stockage (111-122), où M et N sont deux entiers naturels strictement positifs, chaque module de stockage étant apte à stocker une énergie électrique par effet capacitif entre une borne négative et une borne positive, des contacteurs (131-140) agencés pour permettre de connecter par leurs bornes M, x N, modules de stockage, selon différentes associations, chaque association désignée par un indice i comprenant Mj branches connectées en parallèle, chaque branche comprenant Nj modules de stockage connectés en série, où M, x N, < M x N, et des bornes de connexion électrique positive (102) et négative (101) auxquelles sont aptes à se connecter, dans chaque association, les extrémités des branches connectées en parallèle.
  2. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les contacteurs (131-140) sont des contacteurs commandés.
  3. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2 comprenant, en outre, un contacteur de mise en sécurité (1001) agencé pour pouvoir prendre une position d'isolation, dans laquelle, pour au moins une association des modules de stockage (111-122), chaque branche (151-153) se trouve isolée de la borne de connexion électrique positive (102) et/ou de la borne de connexion électrique négative (101).
  4. 4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel le contacteur de mise en sécurité (1001) est un contacteur commandé.
  5. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les M x N modules de stockage (111-122) présentent une même tension maximale Um0d-max à leurs bornes et une même capacité électrique.
  6. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les contacteurs (131-140) sont agencés de sorte que, pour chaque association, le produit Μ, x N, du nombre de branches par le nombre de modules de stockage dans chaque branche soit égal au nombre M x N de modules de stockage dans le dispositif reconfigurable de stockage d'énergie électrique (100, 200, 810).
  7. 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les contacteurs (131-140) sont agencés de sorte que, parmi les différentes associations, le nombre maximal Nmax de modules de stockage dans chaque branche soit inférieur ou égal à trois fois le nombre minimal Nmin de modules de stockage dans chaque branche.
  8. 8. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, prise avec la revendication 2, comprenant, en outre : une unité de mesure (201), agencée pour mesurer une tension de contrôle entre la borne négative d’un premier module de stockage parmi les M x N modules de stockage, et la borne positive d’un deuxième module de stockage parmi les M x N modules de stockage, identique ou différent du premier module de stockage, et une unité de commande (202), agencée pour piloter les contacteurs commandés en fonction de la tension de contrôle.
  9. 9. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel l'unité de commande (202) est agencée de sorte que, lorsque la tension de contrôle devient inférieure à une tension minimale Umin, ou supérieure à une tension maximale Umax, les contacteurs commandés (131-140) sont pilotés pour connecter les modules de stockage (111-122) dans une nouvelle association, dans laquelle la tension de contrôle est comprise entre la tension minimale Umin et la tension maximale Umax.
  10. 10. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel l'unité de commande (202) est agencée de sorte que : lorsque la tension de contrôle devient inférieure à une tension minimale de décharge Udéch, les contacteurs commandés (131-140) sont pilotés pour connecter les modules de stockage (111-122) dans une nouvelle association, dans laquelle la tension de contrôle est comprise entre une tension minimale de fonctionnement Umin et une tension maximale de fonctionnement UmaXi où Udéch < Umin < Umax, et/ou lorsque la tension de contrôle devient supérieure à une tension maximale de charge UCh, les contacteurs commandés (131-140) sont pilotés pour connecter les modules de stockage (111-122) dans une nouvelle association, dans laquelle la tension de contrôle est comprise entre une tension minimale de fonctionnement Umin et une tension maximale de fonctionnement Umax, où Umin < Umax < Uch.
  11. 11. Dispositif selon l'une des revendications 8 à 10, dans lequel l'unité de mesure (201) est agencée pour mesurer la tension de contrôle entre les bornes de connexion électrique positive (102) et négative (101) du dispositif reconfigurable (100, 200, 801).
  12. 12. Dispositif selon les revendications 5 et 11, dans lequel l'unité de commande (202) et les modules de stockage (111-122) sont agencés de sorte que la différence de tension AUmax entre la tension maximale de fonctionnement Umax et la tension minimale de fonctionnement Umin soit supérieure ou égale à la tension maximale Umod-max aux bornes d'un module de stockage.
  13. 13. Dispositif selon la revendication 5 et l'une des revendications 11 et 12, dans lequel l'unité de commande (202) et les modules de stockage (111-122) sont agencés de sorte que le nombre de modules de stockage pouvant être ajoutés ou retirés dans chaque branche au passage d'une association à une association suivante soit inférieur ou égal à un nombre maximal nmax, déterminé afin de satisfaire la relation : nmax Umod-max < AU max — (rirnax + 1) u mod-max où AUmax est la différence de tension entre la tension maximale de fonctionnement Umax et la tension minimale de fonctionnement Umin entre les bornes de connexion électrique positive (102) et négative (101) du dispositif reconfigurable.
  14. 14. Système d'alimentation apte à alimenter une charge et à être rechargé par une station de recharge, le système (800) comprenant : un dispositif reconfigurable de stockage d'énergie électrique (100, 200, 810) selon l'une des revendications précédentes, une troisième borne de connexion électrique (411, 823) et une quatrième borne de connexion électrique (412, 824), aptes à être connectées à la charge ou à la station de recharge, et un convertisseur d'énergie (410, 820) apte à relier la première et la deuxième bornes de connexion électrique à la troisième et à la quatrième bornes de connexion électrique et agencé pour adapter la forme de la tension entre la première et la deuxième bornes de connexion électrique à la forme de la tension entre la troisième et la quatrième bornes de connexion électrique.
  15. 15. Système d'alimentation selon la revendication 14, comprenant un dispositif (200, 810) selon l'une des revendications 9 à 13, dans lequel l'unité de commande (202) est agencée de sorte que, dans la plage de tension comprise entre la tension minimale de fonctionnement Umin et la tension maximale de fonctionnement Umax, le convertisseur d'énergie (410, 820) présente un rendement supérieur ou égal à 95%.
  16. 16. Système d'alimentation selon l'une des revendications 14 et 15 comprenant, en outre : un dispositif électrochimique de stockage d'énergie par transfert de charge (830), apte à stocker une énergie électrique entre une cinquième borne de connexion électrique (831) et une sixième borne de connexion électrique (832), et un commutateur commandé (840) agencé pour connecter les troisième et quatrième bornes de connexion électrique aux première et deuxième bornes de connexion électrique du dispositif reconfigurable de stockage d'énergie électrique ou aux cinquième et sixième bornes de connexion électrique du dispositif électrochimique de stockage d'énergie par transfert de charge.
  17. 17. Système d'alimentation selon l'une des revendications 14 à 16 comprenant, en outre : un groupe électrogène, apte à délivrer une énergie électrique entre une septième borne de connexion électrique et une huitième borne de connexion électrique, et un commutateur commandé agencé pour connecter les troisième et quatrième bornes de connexion électrique aux première et deuxième bornes de connexion électrique du dispositif reconfigurable de stockage d'énergie électrique ou aux septième et huitième bornes de connexion électrique du groupe électrogène.
  18. 18. Système d'alimentation selon les revendications 16 et 17, dans lequel le commutateur commandé (840) est agencé pour connecter les troisième et quatrième bornes de connexion électrique aux première et deuxième bornes de connexion électrique du dispositif reconfigurable de stockage d'énergie électrique (100, 200, 810), aux cinquième et sixième bornes de connexion électrique du dispositif électrochimique de stockage d'énergie par transfert de charge (830) ou aux septième et huitième bornes de connexion électrique du groupe électrogène.
  19. 19. Véhicule comprenant une chaîne de traction électrique et, soit un dispositif selon l'une des revendications 1 à 13, soit un système d'alimentation selon l'une des revendications 14 à 18, le dispositif ou le système d'alimentation étant agencé pour alimenter la chaîne de traction en énergie électrique.
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