FR3093247A1

FR3093247A1 - Système d’équilibrage, en tension basse, pour un ensemble de dispositifs de stockage d’énergie par effet capacitif (DESEEC).

Info

Publication number: FR3093247A1
Application number: FR1901719A
Authority: FR
Inventors: Jean-Michel Depond
Original assignee: Blue Solutions SA
Current assignee: Blue Solutions SA
Priority date: 2019-02-21
Filing date: 2019-02-21
Publication date: 2020-08-28

Abstract

L’invention concerne un système (200) d’équilibrage d’un ensemble (100) de dispositifs électrochimiques de stockage d’énergie par effet capacitif (1021-102N), reliés entre eux en série, ledit système (200) comprenant pour chaque dispositif de stockage (102i), au moins un dispositif de dérivation (102i ) comprenant : une branche de dérivation, et un circuit de commande individuel (206i), pour commander l’état de ladite branche de dérivation ; caractérisé en ce que ledit système (200) comprend en outre un circuit de commande global (210), commun à l’ensemble desdits dispositifs de stockage (1021-102N) pour autoriser commande desdites branches dérivation (204i) uniquement lorsque la tension (Ui) aux bornes d’un desdits dispositifs de stockage (1021-102N) devient inférieure à une tension de déclenchement (Udec). Figure pour l’Abrégé : Fig. 2 a

Description

Système d’équilibrage, en tension basse, pour un ensemble de dispositifs de stockage d’énergie par effet capacitif (DESEEC).

La présente invention concerne un système d’équilibrage, en tension basse, pour un ensemble de dispositifs électrochimiques de stockage d’énergie par effet capacitif (DESEEC). Elle concerne également un module de stockage, en particulier rechargeable, comprenant un tel système, et une installation comprenant au moins un tel module.

Le domaine de l’invention est le domaine de l’équilibrage d’un ensemble de stockage d’énergie électrique, en particulier rechargeable, comprenant plusieurs DESEEC, en particulier rechargeables, reliés en série.

Etat de la technique

Un DESEEC comprend au moins un élément électrochimique de stockage d’énergie par effet capacitif, par exemple un condensateur ou une électrode de stockage électrochimique par accumulation de charges. Le DESEEC peut comprendre, en outre, au moins un autre élément de stockage d’énergie, par un effet autre que l’effet capacitif, par exemple par transfert de charges, en série avec l’élément de stockage par effet capacitif. Dans ce cas, le DESEEC est un DESEEC hybride.

Un DESEEC travaille généralement dans une plage de tension dont la limite supérieure U_maxest donnée par une tension nominale, notée U_n, et la limite inférieure, notée U_min, est U_n/2 ou U_n/3. De plus, un DESEEC présente un potentiel d’équilibre thermodynamique, notée E₀, et qui correspond à une charge nulle dudit DESEEC. Autrement dit, mettre un DESEEC à une tension inférieure à E₀revient à le polariser en inverse, ce qui est préjudiciable pour la durée de vie dudit DESEEC et pour sa sécurité de fonctionnement. Dans le cas des DESEEC hybrides, E₀peut se retrouver entre U_minet U_max.

Les systèmes d’équilibrage d’un ensemble de DESEEC comprennent une branche de dérivation commandée, en parallèle avec chaque DESEEC. La branche de dérivation d’un DESEEC est fermée de sorte qu’elle est parcourue par un courant, lorsque la tension aux bornes de ce DESEEC est supérieure à une tension prédéterminée, notée U_e _q, ce qui rapproche la tension de ce DESEEC de celles des autres DESEECs. La tension U_e _qest choisie proche de U_m _a _xpour éviter la dispersion des tensions au sein de l’ensemble de DESEEC, aux tensions hautes.

Cela a pour conséquence que, aux tensions basses, la dispersion des tensions est maximale au sein de l’ensemble de DESEECs, ce qui peut présenter un risque important de dégradation de la durée de vie et de la sécurité de fonctionnement d’un ou plusieurs DESEEC(s) au sein dudit ensemble, en particulier dans le cas des DESEEC hybrides.

Un but de la présente invention est de remédier à ces inconvénients.

Un autre but de l’invention est de proposer un système d’équilibrage d’un ensemble de DESEECs permettant, aux tensions basses, de diminuer la dispersion des tensions au sein dudit ensemble de DESEECs.

Il est aussi un but de l’invention de proposer un système d’équilibrage d’un ensemble de DESEECs permettant de mieux préserver la durée de vie et la sécurité de fonctionnement des DESEECs, aux tensions basses.

L’invention permet d’atteindre au moins l’un de ces buts par un système d’équilibrage d’un ensemble de dispositifs électrochimiques de stockage d’énergie par effet capacitif (DESEECs), reliés entre eux en série, ledit système comprenant pour chaque dispositif de stockage, au moins un dispositif de dérivation comprenant :

une branche de dérivation dudit dispositif de stockage, commandable entre un état fermé et un état ouvert, et

un circuit de commande individuel, pour commander l’état de ladite branche de dérivation en fonction de la tension aux bornes dudit dispositif de stockage ;

caractérisé en ce que ledit système comprend en outre un circuit de commande global, commun à l’ensemble desdits dispositifs de stockage :

comprenant un premier étage de détection agencé pour détecter si la tension (U_i) aux bornes d’un des dispositifs de stockage est inférieure à une tension prédéterminée, dite tension de déclenchement (U_dec) ; et
configuré pour autoriser la commande de chaque branche de dérivation par son circuit de commande individuel, uniquement lorsque la tension (U_i) aux bornes d’un desdits dispositifs de stockage devient inférieure à ladite tension de déclenchement (U_dec).

Le système selon l’invention propose d’utiliser un circuit de commande global pour activer l’équilibrage des DESEECs, de manière centralisée, lorsqu’un des DESEEC présente une tension U_ià ses bornes inférieure à une tension de déclenchement U_dec. Tant qu’un des DESEEC ne présente pas une tension U_ien dessous de la tension de déclenchement prédéterminée U_dec, aucun équilibrage n’est autorisé. Ainsi, le système selon l’invention permet de réaliser un équilibrage des DESEEC en tension basse.

Par conséquent, le système selon l’invention permet de diminuer, voire de minimiser, la dispersion des tensions au sein de l’ensemble de DESEECs, aux tensions basses. Le système selon l’invention permet donc de diminuer, voire minimiser, le risque de dégradation de la durée de vie et de la sécurité de fonctionnement des DESEECs, aux tensions basses.

Dans la présente demande, on entend par « dispositif électrochimique de stockage d’énergie par effet capacitif », également appelé « dispositif de stockage » ou encore DESEEC dans la suite de la demande, un dispositif comprenant au moins un élément électrochimique de stockage d’énergie par effet capacitif, par exemple un condensateur ou une électrode de stockage électrochimique par accumulation de charges. Le DESEEC peut comprendre, en outre, au moins un autre élément de stockage d’énergie, par un effet autre que l’effet capacitif, par exemple par transfert de charges, en série avec l’élément de stockage par effet capacitif. Dans ce cas, le DESEEC est un DESEEC hybride.

Dans la suite, on considère que l’ensemble de DESEEC(s) comprend au total « N » DESEEC(s) en série avec « N » un entier positif supérieur ou égal à 1, et dans lequel :

V_N ⁺désigne le plus grand potentiel électrique aux bornes de l’ensemble de DESEEC ;
V₁ ^-désigne le plus petit potentiel aux bornes de l’ensemble de DESEEC ;
V_i ⁺désigne le potentiel du DESEEC « i » du côté de V_N ⁺ ;
V_i ^-désigne le potentiel du DESEEC « i » du côté de V₁ ^- ; et
U_idésigne la tension aux bornes du DESEEC « i » de sorte que U_i= (V_i ⁺-V_i ^-).

Le circuit de commande global peut être réalisé sous forme analogique, ou sous forme numérique, ou encore par combinaison de composants numériques et de composants analogiques.

Chaque circuit de commande individuel peut être réalisé sous forme analogique, ou sous forme numérique ou encore par combinaison de composants numériques et de composants analogiques.

Avantageusement, chaque branche de dérivation peut comprendre un premier commutateur commandable, autorisant ou non le passage d’un courant par ladite branche de dérivation, ledit premier commutateur étant commandé par une tension de commande individuelle, notée U_i ^cmddans la suite de la demande, fournie par le circuit de commande individuel de ladite branche de dérivation.

Suivant un exemple de réalisation particulier, le premier commutateur peut être un transistor MOSFET, à canal P ou N, dont l’état est commandé par la tension de commande individuelle U_i ^cmdappliquée à la grille dudit transistor.

En particulier, la tension U_i ^cmdfournie par le circuit de commande individuel d’un DESEEC « i » peut prendre deux niveaux de tension différents, tels que par exemple V_i ⁺et V_i ^-, de sorte que :

l’un des niveaux de tension, par exemple V_i ⁺, rend le premier commutateur fermé, ou passant ; et
l’autre des niveaux de tension, par exemple V_i ^-, rend le premier commutateur ouvert, ou bloqué.

Au moins un, en particulier chaque, premier commutateur peut être réalisé sous forme analogique.

Alternativement, au moins un, en particulier chaque, premier commutateur peut être réalisé sous forme numérique et être intégré dans un composant numérique réalisant d’autres fonctions, telle que par exemple le circuit de commande individuel et/ou le circuit de commande global et/ou l’une quelconque des fonctions décrites plus bas.

Le système selon l’invention peut en outre comprendre, pour chaque branche de dérivation, un deuxième commutateur commandable, autorisant ou non le passage d’une tension de commande individuelle fournie par le circuit de commande individuel de ladite branche de dérivation, l’état dudit deuxième commutateur étant contrôlé par une tension de commande globale, notée V_cmddans la suite, fournie par le circuit de commande global, à l’ensemble desdits deuxièmes commutateurs.

Suivant un exemple de réalisation particulier, chaque deuxième commutateur peut être un transistor bipolaire, NPN ou PNP, dont l’état est commandé par la tension de commande globale V_cmd. Dans ce cas, le transistor bipolaire peut être monté de sorte que :

la base dudit transistor bipolaire reçoit la tension de commande globale V_cmd;
le collecteur dudit transistor bipolaire reçoit la tension de commande individuelle U_i ^cmd; et
l’émetteur dudit transistor bipolaire est relié à, et commande l’état du, premier commutateur commandable.

En particulier, la tension de commande globale V_cmd, fournie par le circuit de commande global, peut prendre deux niveaux de tension différents, tels que par exemple V_N ⁺et V₁ ^-, de sorte que :

l’un des niveaux de tension, par exemple V_N ⁺, rend le deuxième commutateur fermé/passant, de sorte que la tension de commande individuelle U_i ^cmdest transmise au premier commutateur commandable ; et
l’autre des niveaux de tension, par exemple V₁ ^-, rend le deuxième commutateur ouvert/bloqué, de sorte que la tension de commande individuelle U_i ^cmdn’est pas transmise au premier commutateur commandable.

Au moins un, en particulier chaque, deuxième commutateur peut être réalisé sous forme analogique.

Alternativement, au moins un, en particulier chaque, deuxième commutateur peut être réalisé sous forme numérique et être intégré dans un composant numérique réalisant d’autres fonctions, telle que par exemple le circuit de commande individuel et/ou le circuit de commande global et/ou l’une quelconque des fonctions décrites plus bas.

Suivant un mode de réalisation, le circuit de commande global peut comprendre uniquement le premier étage de détection.

Ce premier étage de détection peut en particulier fournir une première tension de détection, représentative de ladite détection, pouvant prendre deux niveaux de tension différents.

La tension de commande globale V_cmdpeut être la première tension de détection fournie par le premier étage de détection.

Alternativement, le circuit de commande global peut comprendre au moins un deuxième étage de détection, comme décrit plus loin. Dans ce cas, la tension de commande globale est déduite à partir de la première tension de commande et d’une ou plusieurs tensions fournies par le deuxième étage de détection.

Le premier étage de détection peut être réalisé, en partie ou en totalité, sous forme numérique, par exemple par une puce électronique, un microcontrôleur, etc. programmé à cet effet.

Alternativement, le premier étage de détection peut être réalisé, en partie ou en totalité, sous forme analogique.

Suivant encore une autre alternative, le premier étage de détection peut être réalisé par une combinaison de composants numériques et de composants analogiques.

Avantageusement, le premier étage de détection peut comprendre :

pour chaque dispositif de stockage, un premier comparateur pour comparer la tension, U_i, aux bornes dudit dispositif de stockage à ladite tension de déclenchement, U_dec, et fournir une première tension de sortie représentative de ladite comparaison ; et
une première porte logique, recevant en entrée toutes les premières tensions de manière parallèle.

Au moins un premier comparateur peut être réalisé sous forme numérique. Plusieurs, en particulier tous les, premiers comparateurs peuvent être intégré(s) dans un même composant numérique. Alternativement, au moins un, en particulier chaque, premier comparateur peut être réalisé par un composant numérique individuel.

Alternativement, au moins un, en particulier chaque, premier comparateur peut être réalisé sous forme analogique.

Suivant un exemple de réalisation, au moins un, en particulier chaque premier comparateur peut être un comparateur, à hystérésis ou non, basé sur l’utilisation d’un amplificateur opérationnel (AO), alimentée par deux tensions V_sat ⁺et V_sat ^-, et recevant chaque tension à comparer : à savoir d’une part la tension U_iet d’autre la tension U_dec.

Chaque premier comparateur peut éventuellement comprendre un diviseur de tension pour l’une, ou chacune, des tensions à comparer, disposé en amont de l’AO.

Avantageusement, l’AO de chaque premier comparateur peut être alimenté de sorte que V_sat ⁺=V_N ⁺et V_sat ^-=V₁ ^-. Dans ce cas, chaque premier comparateur délivre une première tension de sortie qui peut prendre deux niveaux de tension différents, à savoir V_N ⁺et V₁ ^-. Ainsi, il n’est pas nécessaire de prévoir une source indépendante pour alimenter chaque premier comparateur, ce dernier étant alimenté par l’ensemble de DESEEC.

Suivant un exemple de réalisation, chaque premier comparateur peut être agencé pour délivrer une première tension de sortie qui est égale à :

V_N ⁺lorsque U_i≤U_dec; et
V₁ ^-lorsque U_i>U_dec.

La première porte logique peut être réalisée sous forme numérique.

Alternativement, la première porte logique peut être réalisée sous forme analogique.

La première porte logique peut avantageusement être un « OU » logique.

En particulier, la première porte logique peut être un « OU » analogique comprenant, pour chaque premier comparateur, une branche parallèle comportant une diode de tension seuil comprise entre les deux niveaux de tension que peut prendre la première tension de sortie fournie par ledit premier comparateur.

Ainsi, chaque branche de la porte logique « OU » ne laissera passer un courant que si la première tension de sortie présente le niveau le plus élevé.

Dans ce cas, chaque premier comparateur peut être configuré pour fournir une première tension de sortie prenant le niveau le plus élevé lorsque U_i≤U_decet le niveau le plus bas lorsque U_i>U_dec.

Suivant un mode de réalisation particulièrement avantageux, le circuit de commande global peut :

comprendre un deuxième étage de détection agencé pour détecter si la tension aux bornes d’un des dispositifs de stockage est inférieure à une tension seuil critique prédéterminée (U_cr), inférieure à la tension de déclenchement (U_dec) ;
en outre être agencé pour interdire la commande de chaque branche de dérivation par son circuit de commande individuel, lorsque la tension (U_i) aux bornes d’au moins un dispositif de stockage devient inférieure à ladite tension seuil critique (U_cr).

Ainsi, le système selon l’invention permet d’arrêter, de manière globale et commune, l’équilibrage de tous les DESEEC lorsque l’un quelconque des DESEEC présente à ses bornes une tension U_itrop basse pouvant abimer ledit DESEEC.

Dans ce cas, l’équilibrage au sein de l’ensemble de DESEEC est autorisé, par le circuit de commande global, à deux conditions, à savoir :

il existe au moins un DESEEC « i » de tension U_i≤U_dec; et
pour tout DESEEC « i », U_i>U_cr.

Le deuxième étage de détection peut être réalisé, en partie ou en totalité, sous forme numérique, par exemple par une puce électronique, un microcontrôleur, etc.

Alternativement, le deuxième étage de détection peut être réalisé, en partie ou en totalité, sous forme analogique.

Suivant encore une autre alternative, le deuxième étage de détection peut être réalisé par une combinaison de composants numériques et de composants analogiques.

Avantageusement, le deuxième étage de détection peut comprendre :

pour chaque dispositif de stockage, un deuxième comparateur pour comparer la tension (U_i) aux bornes dudit dispositif de stockage à ladite tension seuil critique (U_cr) et fournir une deuxième tension de sortie représentative de ladite comparaison ; et

une deuxième porte logique recevant en entrée toutes les deuxièmes tensions, de manière parallèle.

Au moins un deuxième comparateur peut être réalisé sous forme numérique. Plusieurs, en particulier tous les, deuxièmes comparateurs peuvent être intégré(s) dans un même composant numérique. Alternativement, au moins un, en particulier chaque, deuxième comparateur peut être réalisé par un composant numérique individuel.

Alternativement, au moins un, en particulier chaque, deuxième comparateur peut être réalisé sous forme analogique.

Suivant un exemple de réalisation, au moins un, en particulier chaque, deuxième comparateur peut être un comparateur, à hystérésis ou non, basé sur l’utilisation d’un amplificateur opérationnel (AO), alimentée par deux tensions V_sat ⁺et V_sat ^-, et recevant chaque tension à comparer : à savoir d’une part la tension U_iet d’autre part la tension U_cr.

Chaque deuxième comparateur peut éventuellement comprendre un diviseur de tension pour l’une, ou chacune, des tensions à comparer, disposé en amont de l’AO.

Avantageusement, l’AO de chaque deuxième comparateur peut être alimenté de sorte que V_sat ⁺=V_N ⁺et V_sat ^-=V₁ ^-. Dans ce cas, chaque deuxième comparateur délivre une deuxième tension de sortie représentative de ladite comparaison, et qui peut prendre deux niveaux de tension différents, à savoir V_N ⁺et V₁ ^-. Ainsi, il n’est pas nécessaire de prévoir une source indépendante pour alimenter chaque deuxième comparateur, ce dernier étant alimenté par l’ensemble de DESEEC.

Suivant un exemple de réalisation, chaque deuxième comparateur peut être agencé pour délivrer une deuxième tension de sortie qui est égale à :

V_N ⁺lorsque U_i>U_cr; et
V₁ ^-lorsque U_i≤U_cr.

La deuxième porte logique peut être réalisée sous forme numérique.

Alternativement, la deuxième porte logique peut être réalisée sous forme analogique.

La deuxième porte logique peut avantageusement être un « ET ».

Suivant un exemple de réalisation nullement limitatif, la deuxième porte logique peut être un « ET » analogique recevant en parallèle :

la tension de sortie fournie par chaque deuxième comparateur ; et
une tension de détection fournie par le premier étage de détection ;

de sorte que la tension fournie par la deuxième porte analogique est représentative, à la fois, de la détection réalisée par le premier étage de détection et de la détection réalisée par le deuxième étage de détection.

Autrement dit, la tension de sortie fournie par la deuxième porte logique peut être utilisée comme tension de commande globale V_cmdpour commander le deuxième commutateur commandable associé à chaque branche de dérivation.

En particulier, dans le cas où :

chaque deuxième tension de sortie est égale à V_N ⁺lorsque U_i>U_cret V₁ ^-lorsque U_i≤U_cr; et

la première tension de détection fournie par le premier étage de détection est égale V_N ⁺lorsque U_i≤U_dec, et V₁ ^-lorsque U_i>U_dec ;

alors, la porte analogique « ET » peut être réalisée en utilisant, autant de transistors bipolaires que de tensions reçues en entrée de ladite porte, c’est-à-dire N+1 transistors bipolaires. Les transistors bipolaires peuvent être montés en série entre eux et avec une résistance, notée R_ET, entre deux potentiels, en particulier les potentiels V_N ⁺et V₁ ^-. Chaque transistor peut recevoir à sa base une tension d’entrée. La valeur de la résistance R_ETpeut être choisie grande, par exemple supérieure ou égale à 1 kΩ pour limiter le courant consommé par ladite résistance. Dans ce cas, la tension aux bornes de la résistance R_ETsera représentative de la relation « ET » entre toutes les tensions d’entrées reçues par la porte logique « ET », et peut être utilisée comme tension de commande globale.

Avantageusement, au moins un circuit de commande individuel peut comprendre un troisième comparateur pour comparer la tension (U_i) aux bornes dudit dispositif de stockage à une tension de référence (U_Lim) préalablement déterminée, supérieure à la tension de déclenchement (U_dec).

Le troisième comparateur peut fournir une troisième tension de sortie présentant au moins deux niveaux de tension différents en fonction du résultat de ladite comparaison.

Avantageusement, la troisième tension de sortie fournie par chaque troisième comparateur peut être utilisée comme tension de commande individuelle U_i ^cmd.

Au moins un troisième comparateur peut être réalisé sous forme numérique. Plusieurs, en particulier tous les, troisièmes comparateurs peuvent être intégrés dans un même composant numérique. Alternativement, au moins un, en particulier chaque, troisième comparateur peut être réalisé par un composant numérique individuel.

Alternativement, au moins un, en particulier chaque, troisième comparateur peut être réalisé sous forme analogique.

Suivant un exemple de réalisation, chaque troisième comparateur peut être un comparateur, à hystérésis ou non, basé sur l’utilisation d’un amplificateur opérationnel (AO), alimentée par deux tensions V_sat ⁺et V_sat ^-, et recevant chaque tension à comparer : à savoir d’une part la tension U_iet d’autre la tension U_Lim.

Chaque troisième comparateur peut éventuellement comprendre un diviseur de tension pour l’une, ou chacune, des tensions à comparer, disposé en amont de l’AO.

Avantageusement, l’AO de chaque troisième comparateur peut être alimenté de sorte que V_sat ⁺=V_i ⁺et V_sat ^-=V_i ^-. Dans ce cas, chaque troisième comparateur délivre une troisième tension de sortie, représentative de la comparaison, et qui peut prendre deux niveaux de tension différents, à savoir V_i ⁺et V_i ^-. Ainsi, il n’est pas nécessaire de prévoir une source indépendante pour alimenter chaque troisième comparateur, ce dernier étant alimenté par le DESEEC « i » auquel il est associé.

Suivant un exemple de réalisation préféré, chaque troisième comparateur peut être agencé pour délivrer une troisième tension de sortie qui est égale à :

V_i ⁺lorsque U_i≥U_Lim; et
V_i ^-lorsque U_i<U_Lim.

Pour au moins un circuit de commande individuel, la tension de référence (U_Lim) peut être fixe et prédéterminée.

Alternativement, ou en plus, pour au moins un circuit de commande individuel, la tension de référence peut correspondre à la tension maximale, notée U_i ^maxdans la suite, présente aux bornes d’un dispositif de stockage parmi tous les dispositifs de stockage.

Dans ce cas, le système selon l’invention peut comprendre un troisième étage de détection de ladite tension maximale U_i ^max.

Le troisième étage de détection peut être réalisé, en partie ou en totalité, sous forme numérique, par exemple par une puce électronique, un microcontrôleur, etc. programmé à cet effet.

Alternativement, le troisième étage de détection peut être réalisé, en partie ou en totalité, sous forme analogique.

Alternativement, le troisième étage de détection peut être réalisé par une combinaison de composants numériques et de composants analogiques.

Suivant un exemple de réalisation, le troisième étage de détection peut comprendre :

pour chaque DESEEC, un premier bloc rapportant la tension U_iaux bornes de ce DESEEC à une même masse, par exemple V₁ ^-;
un deuxième bloc recevant toutes les tensions U_ifournies par tous les premiers blocs, et fournissant en sortie la tension maximale U_i ^max, parmi toutes les tensions U_ireçues.

Dans ce cas, chaque troisième comparateur compare la tension U_i, référencée audit potentiel de masse, à la tension de référence U_Lim=U_i ^max.

L’AO de chaque troisième comparateur peut être alimenté de sorte que V_sat ⁺=V_N ⁺et V_sat ^-=V₁ ^-de sorte à délivrer une troisième tension de sortie, représentative de la comparaison, qui peut prendre deux niveaux de tension différent, à savoir V_N ⁺et V₁ ^-. Suivant un exemple de réalisation, chaque troisième comparateur peut être agencé pour délivrer une troisième tension de sortie qui est égale à :

V_N ⁺lorsque U_i≥U_i ^max; et
V₁ ^-lorsque U_i<U_i ^max.

Le troisième étage de détection peut être réalisé sous forme analogique ou numérique, ou par une combinaison de composants numériques et de composants analogiques.

En particulier, le premier bloc peut être réalisé de manière analogique ou numérique.

Alternativement ou en plus, le deuxième bloc peut être réalisé de manière analogique ou numérique. Lorsque le deuxième bloc est réalisé sous forme numérique, il peut être réalisé par un composant numérique programmé pour réaliser une fonction « MAXIMUM ». Lorsque le deuxième bloc est réalisé sous forme analogique, il peut être réalisé par une porte logique, en particulier une porte logique « OU », recevant toutes les tensions U_ifournies par tous les premiers blocs, et fournissant en sortie la tension maximale U_i ^max, parmi toutes les tensions U_ireçues.

Suivant une caractéristique avantageuse, le système selon l’invention peut comprendre, pour au moins un dispositif de stockage, plusieurs dispositifs de dérivation comprenant, chacun, une branche de dérivation et un circuit de commande individuel pour ladite branche de dérivation.

De plus, suivant une caractéristique avantageuse, pour au moins un dispositif de stockage, au moins deux dispositifs de dérivation peuvent être commandés en fonction de deux tensions de référence différentes, notées U_Lim1et U_Lim2, de sorte que lesdits dispositifs de dérivation peuvent être activés, respectivement désactivés, l’un après l’autre.

Ainsi, l’équilibrage d’un dispositif de stockage peut être réalisé plus ou moins rapidement en fonction de sa tension. Plus particulièrement, les dispositifs de stockage dont les tensions sont les plus éloignées des tensions de référence peuvent alors être équilibrés plus rapidement.

Alternativement, ou en plus, pour au moins un dispositif de stockage, au moins deux dispositifs de dérivation peuvent être commandés en fonction de deux tensions de référence identiques.

Ainsi, l’équilibrage d’un dispositif de stockage peut être réalisé avec une meilleure dissipation thermique.

Comme expliqué plus haut, chaque comparateur de tension peut comprendre un AO pour comparer une tension mesurée à une tension prédéterminée.

Or, les sources de tensions disponibles sur le marché ne correspondent pas forcément aux tensions prédéterminées. Ainsi, le ou chaque comparateur peut comprendre, en entrée de l’AO :

un diviseur de tension pour adapter la tension mesurée, en particulier à une source de tension existante sur le marché ; et/ou
un diviseur de tension pour adapter la tension délivrée par une source de tension existante sur le marché de sorte à obtenir la tension prédéterminée.

Suivant un autre aspect de la même invention, il est proposé un module de stockage d’énergie rechargeable comprenant :

au moins un ensemble de stockage d’énergie rechargeable, comprenant, chacun, plusieurs DESEECs reliés entre eux en série ; et
pour au moins un, en particulier chaque, ensemble de stockage, un système d’équilibrage selon l’invention.

Le module selon l’invention peut comprendre plusieurs ensembles de stockage.

Au moins deux, en particulier tous les, ensembles peuvent être disposés en série entre eux. Alternativement, ou en plus, au moins deux, en particulier tous les, ensembles peuvent être disposés en parallèle entre eux.

Au moins deux, en particulier tous les, ensembles peuvent comprendre un nombre identique, ou un nombre différent de dispositifs de stockage.

Suivant un autre aspect de la présente invention, il est proposé un véhicule de transport, hybride ou électrique, comprenant au moins un module selon l’invention.

Par « véhicule de transport », on entend tout type de moyen de transport de personnes ou d’objets, tel qu’un bus, une voiture, un tram-bus, un bateau, un camion, un téléphérique, un ascenseur, un monte-charge, une grue, etc.

Suivant encore un autre aspect de la même invention, il est proposé une installation électrique comprenant au moins un module selon l’invention.

Une telle installation électrique peut être une station de charge électrique pour véhicules de transport, électriques ou hybrides, ou une station d’alimentation électrique d’un bâtiment, d’un complexe ou d’un appareil électrique/électronique de communication.

Une telle installation électrique peut être une station de régulation ou de lissage, ou encore de stockage tampon, d’énergie électrique, par exemple fournie par un réseau électrique ou des moyens de production d’électricité. Une telle station de régulation ou de lissage permet de stocker de l’énergie électrique en surplus lors d’une période de faible consommation, respectivement de forte production, et de restituer l’énergie électrique stockée lors d’une période de forte consommation, respectivement faible production.

Avantageusement, l’installation selon l’invention peut comprendre un moyen de production d’énergie électrique à partir d’une source renouvelable, tel qu’au moins un panneau solaire et/ou au moins une éolienne et/ou au moins une hydrolienne.

L’énergie produite par un tel moyen peut être utilisée pour recharger au moins un module.

Alternativement, ou en plus, au moins un module peut être rechargé depuis le secteur.
Description des figures et modes de réalisation

D’autres avantages et caractéristiques apparaîtront à l’examen de la description détaillée de modes de réalisation nullement limitatifs, et des dessins annexés sur lesquels :

la FIGURE 1 est une représentation schématique du principe d’équilibrage par dérive de courant, pouvant être mis en œuvre dans la présente invention ;
les FIGURES 2a-2c sont des représentations schématiques d’exemples de réalisation non limitatifs d’un système selon l’invention ;
la FIGURE 3 est une représentation schématique d’un exemple de réalisation non limitatif d’un circuit de commande global pouvant être mis en œuvre dans un système selon l’invention ;
la FIGURE 4 est une représentation schématique d’un autre exemple de réalisation non limitatif d’un circuit de commande global pouvant être mis en œuvre dans un système selon l’invention ;
la FIGURE 5 est une représentation schématique d’un exemple de réalisation non limitatif d’un circuit de commande individuel pouvant être mis en œuvre dans un système selon l’invention ;
la FIGURE 6 est une représentation schématique d’un exemple de réalisation non limitatif d’un étage de détection d’un tension maximale au sein d’un ensemble de DESEEC pouvant être mis en œuvre dans un système selon l’invention ;
la FIGURE 7 est une représentation schématique d’un autre exemple de réalisation non limitatif d’un système selon l’invention ; et
la FIGURE 8 est une représentation schématique d’un exemple de réalisation non limitatif d’un module selon l’invention.

Il est bien entendu que les modes de réalisation qui seront décrits dans la suite ne sont nullement limitatifs. On pourra notamment imaginer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites par la suite, isolées des autres caractéristiques décrites, 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 détail structurel, ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie est uniquement suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieure.

Sur les figures, les éléments communs à plusieurs figures conservent la même référence.

Dans les exemples suivants, mais de manière nullement limitative pour l’invention, on considère que tous les DESEECs sont identiques. Bien entendu, l’invention n’est pas limitée à ces exemples et il est possible d’utiliser des DESEECs qui sont différents les uns des autres.

La FIGURE 1 est une représentation schématique d’un système d’équilibrage à résistance commandée.

Le système représenté sur la FIGURE 1 est utilisé pour équilibrer un ensemble de stockage 100 comprenant « N » DESEEC en série 102₁à 102_N. Le DESEEC 102₁se trouve du côté du plus petit potentiel électrique, noté V₁ ^-, de l’ensemble de stockage 100 et le DESEEC 102_Nse trouve du côté du plus grand potentiel électrique, noté V_N ⁺, de l’ensemble de stockage 102.

Le système représenté sur la FIGURE 1, comprend pour chaque DESEEC 102_iun dispositif de dérivation à résistance commandée 104_i. Dans la suite, pour ne pas alourdir les schémas, seul le dispositif de dérivation 104_i, associé au DESEEC 102_i, est représenté sur la FIGURE 1. Les dispositifs de dérivation des autres DESEECs sont sur le même principe que le, ou identique au, dispositif de dérivation 104_i. En particulier, dans la mesure où les DESEECs 102_isont identiques, les résistances R_i ^eqseront également identiques de telle sorte que le courant dérivé soit le même pour tous les DESEEC 102_ipour une même tension U_i.

Le dispositif de dérivation 104_icomprend une branche de dérivation 106_i, relié en parallèle aux bornes du DESEEC 102_i, etcomportant un commutateur commandable Q_ien série avec une résistance d’équilibrage R_i ^eq.

Le dispositif de dérivation 104_icomprend en outre un circuit de commande 108_ipour commander l’état du commutateur Q_iavec une tension de commande U_i ^C. Généralement, le circuit de commande 108_icomprend un comparateur de tension à hystérésis pour comparer la tension U_iaux bornes du DESEEC 102_ià une tension seuil de déclenchement de l’équilibrage U_seuil.

Généralement, le comparateur à hystérésis comprend un amplificateur opérationnel (AO), éventuellement associé à un diviseur de tension. L’AO est généralement référencé aux potentiels, notés V_i ⁺et V_i ^-, aux bornes du DESEEC 102_iauquel est associé le dispositif de dérivation 104_i, et fournit une tension de commande U_i ^C qui est égale à :

si U_i<U_seuilalors U_i ^C=-V_sat=V_i ^- ; et
si U_i≥U_seuilalors U_i ^C=+V_sat=V_i ⁺.

La tension U_i ^Cest utilisée pour commander le commutateur Q_idans un état fermé ou dans un état ouvert.

Dans l’exemple représenté sur la FIGURE 1, le commutateur Q_ipeut être un transistor MOSFET à canal N dont la grille reçoit la tension V_i ^c :

lorsque U_i ^Cvaut V_i ^-(c’est-à-dire lorsque la tension U_iaux bornes du DESEEC 102_iest inférieure à la tension seuil U_seuil) alors la tension Grille-Source est nulle et le commutateur Q_iest bloqué/ouvert : la branche de dérivation 106_iest ouvert et ne conduit aucun courant ; et
lorsque U_i ^Cvaut V_i ⁺(c’est-à-dire lorsque la tension U_iaux bornes du DESEEC 102_iest supérieure ou égale à la tension seuil V_seuil) alors la tension Grille-Source est non nulle et le commutateur Q_iest passant/fermé : la branche de dérivation 104_iest fermé et conduit du courant qui passe dans la résistance d’équilibrage R_i ^eq.

La FIGURE 2a est une représentation schématique d’un premier exemple de réalisation non limitatif d’un système d’équilibrage selon l’invention.

Le système d’équilibrage 200, de la FIGURE 2a, est utilisé pour équilibrer l’ensemble 100 comprenant « N » DESEEC en série 102₁à 102_N. Le système d’équilibrage 200 comprend pour chaque DESEEC 102_iun dispositif de dérivation 202_icomprenant :

une branche de dérivation 204_icomportant une résistance d’équilibrage R_i ^eqen série avec un premier commutateur commandable Q_i, qui peut être un transistor MOSFET par exemple, comme décrit plus haut en référence à la FIGURE 1; et
un circuit de commande individuel 206_i, pour commander l’état ouvert ou fermé de la branche de dérivation, en commandant l’état ouvert ou fermé du commutateur commandable Q_i.

Le circuit de commande individuel 206_ifournit une tension de commande notée U_i ^cmdqui est utilisée pour commander l’état du commutateur Q_i. De manière générale, la tension arrivant à la grille du premier commutateur Q_iest notée U_i ^c, comme sur la FIGURE 1. Lorsque la tension U_i ^cmdarrive à la grille du commutateur Q_ialors U_i ^c=U_i ^cmd. Dans le cas contraire U_i ^c=V_i ^-, par l’intermédiaire de la résistance R_i ^J. R_i ^Jest choisie de valeur élevée pour limiter le courant qui le parcourt, typiquement ≥ 1kΩ.

Le système d’équilibrage 200 comprend en outre un circuit de commande global 210, commun à tous les DESEEC 102₁-102_N. Le circuit de commande global 210, délivre une tension de commande globale, notée V_cmdutilisée pour autoriser, ou interdire, le circuit de commande individuelle 206_ide commander le commutateur Q_i. Autrement dit, la tension de commande globale V_cmddélivrée par le circuit de commande global 210 permet d’autoriser ou d’interdire à la tension de commande individuelle U_i ^cmdd’arriver ou non à la grille du premier commutateur Q_i.

Pour ce faire, le système 200 comprend, pour chaque dispositif de dérivation 202_iun deuxième commutateur, notée J_i, disposée entre le circuit de commande individuelle 206_iet le premier commutateur Q_i. Ce deuxième commutateur peut être un transistor bipolaire NPN, dont :

la base reçoit la tension de commande globale V_cmd;
le collecteur reçoit la tension de commande individuelle U_i ^cmd; et
l’émetteur est relié au premier commutateur Q_i, et en particulier à la grille du premier commutateur Q_ilorsque celui-ci est un transistor MOSFET.

Dans ces conditions :

lorsque V_cmd≥U_i ^cmd, alors le transistor bipolaire J_iest fermé/passant, dans ce cas la tension U_i ^cmdpasse de sorte que U_i ^c=U_i ^cmd : en fonction de la valeur de U_i ^cmdle premier commutateur commandable Q_iest alors soit bloquée/ouvert, soit passant/fermé ; et
lorsque V_cmd<U_i ^cmd, alors le transistor bipolaire J_iest ouvert/bloqué, dans ce cas la tension U_i ^cmdne passe pas de sorte que U_i ^c=V_i ^- : le premier commutateur commandable Q_ireçoit la tension V_i ^-et est donc bloqué/ouvert.

Selon l’invention, le circuit de commande global 210 peut être réalisé :

sous une forme numérique, par exemple par une puce électronique, un microprocesseur, ou similaire, programmé à cet effet ; ou
sous une forme analogique ; ou encore
par une combinaison de composants analogiques et de composants numériques.

Selon l’invention, au moins un, en particulier chaque circuit de commande individuel 206_ipeut être réalisé :

Dans le cas d’une réalisation sous une forme numérique, il est possible d’intégrer dans un même composant numérique plusieurs, en particulier tous les circuits de commande individuel 206_i, et/ou au moins un circuit de commande individuel 206_iet le circuit de commande global 210, ou encore le ou les commutateurs J_iet Q_i.

Bien entendu, en version numérique, les circuits analogiques ou les composants analogiques, évoqués sont transformés en leur fonction équivalente.

La FIGURE 2b est une représentation schématique du système 200 de la FIGURE 2a, dans une forme de réalisation numérique nullement limitative.

Dans la forme de réalisation représentée sur la FIGURE 2b, le circuit de commande global 210 et chaque ensemble (commutateur J_i, résistance R_i ^J) sont intégrés dans un composant numérique 212, tel qu’une puce électronique programmée pour réaliser les fonctions qu’ils réalisent. Dans ce cas, chaque ensemble (J_i, R_i ^J) est réalisé par une fonction « ET » ou « SI ALORS », ou toute autre fonction réalisant le traitement numérique souhaité.

La FIGURE 2c est une représentation schématique du système 200 de la FIGURE 2a, dans une autre forme de réalisation numérique nullement limitative.

Dans la forme de réalisation représentée sur la FIGURE 2c, le circuit de commande global 210, chaque circuit de commande individuel 206_i, chaque commutateur Q_i, et chaque ensemble (commutateur J_i, résistance R_i ^J) sont intégrés dans un composant numérique 214, tel qu’une puce électronique programmée pour réaliser les fonctions qu’ils réalisent. Dans ce cas, chaque ensemble (J_i, R_i ^J) est réalisé par une fonction « ET » ou « SI ALORS », ou toute autre fonction réalisant le traitement numérique souhaité.

Le FIGURE 3 est une représentation schématique d’un premier exemple de réalisation d’un circuit de commande global pouvant être mis en œuvre dans la présente invention.

En particulier, le circuit de commande global 300 de la FIGURE 3, peut être le circuit de commande global 210.

Le circuit de commande global 300 comprend, pour chaque DESEEC 102_i, un premier comparateur 302_iqui compare la tension U_iaux bornes dudit DESEEC 202_ià une tension de déclenchement, notée U_dec. Selon un mode de réalisation, simplificateur mais non limitant, U_decest référencée au même potentiel que U_i. Chaque premier comparateur 302_ifournit une première tension de sortie, notée V_i ^s1, représentative de ladite comparaison. Tous les premiers comparateurs 302₁à 302_Nsont identiques. C’est pourquoi, seul le premier comparateur 302_iest détaillé sur la FIGURE 3 et décrit ci-dessous.

Chaque premier comparateur 302_iest un comparateur à hystérésis inverseur formé par un AO et des résistances d’hystérésis (R, R’) définissant la largeur de l’hystérésis. L’AO est alimenté par des potentiels V_sat ⁺=V_N ⁺et V_sat ^-=V₁ ^-. L’entrée non inverseuse (+) de l’AO reçoit la tension U_decet l’entrée inverseuse de l’AO reçoit la tension U_iaux bornes du DESEEC 102_i.

Dans ces conditions, la première tension de sortie V_i ^s1fournie par chaque comparateur 302_iest égale à :

V₁ ^-lorsque U_i>U_dec; et
V_N ⁺lorsque U_i≤U_dec.

La tension U_decest une tension constante fournie, par exemple par une source de tension. Dans une variante de réalisation (non représentée) utilisant une source de tension délivrant une tension U_refà la place de U_dec, il est possible d’utiliser un diviseur de tension pour adapter la tension U_ià la tension U_ref. Dans ce cas, le diviseur de tension permet de diviser la tension U_ipar un rapport k tel que k=(U_ref/U_dec). Il est également possible d’utiliser un diviseur de tension, en sortie de la source délivrant U_ref, pour obtenir U_decà partir de U_ref.

En d’autres termes, chaque premier comparateur 302_iassociée à un DESEEC 102_ifournit donc une première tension de sortie V_i ^s1représentant le résultat de la comparaison entre la tension U_iaux bornes dudit DESEEC et la tension de déclenchement U_dec. De plus, lorsque pour un DESEEC 102_ila tension U_i≤U_decalors V_i ^s1=V_N ⁺. Dans le cas contraire V_i ^s1=V₁ ^-.

Le circuit de commande global 300 comprend en outre une porte logique analogique « OU » 304 recevant toutes les premières tensions V₁ ^s1-V_N ^s1fournies par tous les premiers comparateurs 302₁à 302_N.

Cette porte « OU » 304 comporte N branches parallèles 306₁-306_N. Toutes les branches 306_isont en série avec une résistance, notée R_OU, référencée à V₁ ^-. R_OUest choisie de valeur élevée pour limiter le courant qui le parcourt, typiquement ≥ 1kΩ.

Chaque branche 306_ireçoit la première tension de sortie V_i ^s1fournie par le premier comparateur 302_i. Ainsi :

lorsque chacune des premières tensions V₁ ^s1-V_N ^s1est égale V₁ ^-alors aucune diode D_iest passante et la tension de détection, notée U_det ₁, fournie par la porte logique OU 304, est égale à V₁ ^-;
lorsqu’au moins une branche 306_ireçoit une première tension de sortie V_i ^s1=V_N ⁺alors la diode D_iest passante et la tension V_OUfournie par la porte logique « OU » 304 est égale à V_N ⁺en faisant abstraction de la tension de seuil de la diode D_i.

Dans le système 300, la tension V_OUà la sortie de la porte « OU » 304 est utilisée comme tension de commande globale de sorte que V_cmd=V_OU.

Dans ces conditions, lorsqu’un DESEEC 102_iprésente une tension U_iinférieure ou égale à U_dec, alors V_i ^s1=V_N ⁺, et V_cmd=V_OU=V_N ⁺en faisant abstraction de la tension de seuil de la diode D_i. Dans ce cas, le deuxième commutateur J_ireçoit sur sa base la tension V_N ⁺et devient fermé/passant. Il autorise le passage de la tension de commande individuelle U_i ^cmdvers la grille du premier commutateur Q_i.

Dans le cas contraire, lorsque tous les DESEECs 102₁-102_Nprésentent chacun une tension U_isupérieure U_decalors chaque première tension de sortie V_i ^s1=V₁ ^-, et V_cmd=V_OU=V₁ ^-. Dans ce cas, le deuxième commutateur J_ireçoit sur sa base la tension V₁ ^-et devient ouvert/bloqué. Il n’autorise pas le passage de la tension de commande individuelle U_i ^cmdvers la grille du premier commutateur Q_i, qui reçoit alors la tension V₁ ^-.

Dans l’exemple représenté sur la FIGURE 3, chaque premier comparateur 302_iest analogique. Alternativement, il est possible de réaliser chaque premier comparateur 302_ide manière numérique, par un composant numérique individuel, ou même d’intégrer plusieurs, voire tous les, premiers comparateurs dans un même composant numérique.

Dans l’exemple représenté sur la FIGURE 3, la porte logique « OU » 304 est analogique. Alternativement, il est possible de réaliser la porte logique « OU » 304 de manière numérique, par un composant numérique individuel, ou même d’intégrer dans un composant numérique ladite porte logique 304 et au moins un premier comparateur.

Le FIGURE 4 est une représentation schématique d’un deuxième exemple de réalisation d’un circuit de commande global pouvant être mis en œuvre dans la présente invention.

En particulier, le circuit de commande global 400 de la FIGURE 4 peut être le circuit de commande global 210.

Le circuit de commande global 400 de la FIGURE 4 comprend tous les éléments du circuit de commande global 300 de la FIGURE 3.

En plus des éléments du circuit de commande global 300, le circuit de commande global 400 comprend, pour chaque DESEEC 102_i, un deuxième comparateur 402_iqui compare la tension U_iaux bornes dudit DESEEC 102_ià une tension critique, notée U_cr. La tension U_crest plus petite que la tension U_decet correspond à un seuil de tension critique en dessous de laquelle il ne faut pas forcer la décharge du DESEEC 102_i. Chaque deuxième comparateur 402_ifournit une deuxième tension de sortie V_i ^s2représentative de ladite comparaison.

De manière non limitative, tous les deuxièmes comparateurs 402₁-402_Nsont identiques. C’est pourquoi, seul le deuxième comparateur 402_iest détaillé sur la FIGURE 4 et décrit ci-dessous.

Chaque deuxième comparateur 402_iest un comparateur à hystérésis non-inverseur formé par un AO et des résistances d’hystérésis (R, R’) définissant la largeur de l’hystérésis. L’AO est alimenté par des potentiels V_sat ⁺=V_N ⁺et V_sat ^-=V₁ ^-. L’entrée inverseuse (-) de l’AO reçoit la tension U_cret l’entrée non-inverseuse (+) de l’AO reçoit la tension U_iaux bornes du DESEEC 202_i.

Dans ces conditions, la deuxième tension de sortie V_i ^s2fournie par chaque deuxième comparateur 402_iest égale à :

V_N ⁺lorsque U_i>U_cr; et
V₁ ^-lorsque U_i≤U_cr.

La tension U_crest une tension constante fournie, par exemple par une source de tension. Dans une variante de réalisation (non représentée) et utilisant une source de tension délivrant une tension U_refà la place de U_cr, il est possible d’utiliser un diviseur de tension pour adapter la tension U_ià la tension U_ref. Dans ce cas, le diviseur de tension permet de diviser la tension U_ipar un rapport k tel que k=(U_ref/U_cr). Il est également possible d’utiliser un diviseur de tension, en sortie de la source délivrant U_refpour obtenir U_crà partir de U_ref.

Chaque deuxième comparateur 402_iassocié à un DESEEC 102_ifournit donc une deuxième tension de sortie V_i ^s2représentant le résultat de la comparaison entre la tension U_iaux bornes dudit DESEEC et la tension critique U_cr. De plus, lorsque, pour un DESEEC 102_i, la tension U_i≤U_cralors V_i ^s2=V₁ ^-. Dans le cas contraire V_i ^s2=V_N ⁺.

Le circuit de commande global 400 comprend en outre une porte logique analogique « ET » 404 recevant toutes les deuxièmes tensions V₁ ^s2- V_N ^s2fournies par tous les deuxièmes comparateurs 402₁à 402_N, et la tension de détection V_OUfournie par la porte logique « OU » 304.

Cette porte « ET » 404 comporte donc (N+1) branches parallèles 406₁à 406_N ₊₁. Chacune des branches 406_iest reliée à la base d’un transistor bipolaire, notée K_i, de sorte que la porte logique « ET » 404 comporte (N+1) transistors bipolaires K₁-K_N+1. Les transistors bipolaires K₁-K_N+1sont montés en série entre eux, et avec une résistance notée R_ET, entre le potentiel V_N ⁺et le potentiel V₁ ^-de l’ensemble de DESEEC. R_ETest choisie de valeur élevée pour limiter le courant qui le parcourt, typiquement ≥ 1kΩ.

Dans ces conditions :

lorsque l’une des deuxièmes tensions de sortie V_i ^s2, ou la tension V_OU, est égale V₁ ^-alors le transistor K_i, ou le transistor K_N+1, est bloqué/ouvert, et la tension V_ETfournie par la porte logique « ET » 404 est égale à V₁ ^-;
dans le cas contraire, lorsque chacune des deuxièmes tensions de sortie V_i ^s2et la tension V_OU, est égale V_N ⁺alors tous les transistors bipolaires K₁-K_N+1sont passants/fermés et la tension V_ETfournie par la porte logique ET 404 est égale V_N ⁺;

La tension V_ETà la sortie de la porte « ET » 404 peut être utilisée comme tension de commande globale V_cmd.

En effet, dans le circuit de commande global 400 de la FIGURE 4 :

lorsqu’un DESEEC 102_iprésente une tension U_i≤U_cr, alors V_i ^s2=V₁ ^-, et V_cmd=V_ET=V₁ ^-. Dans ce cas, le deuxième commutateur J_ireçoit sur sa base le potentiel V₁ ^-et devient ouvert/bloqué. Il interdit le passage de la tension de commande individuelle U_i ^cmdvers la grille du premier commutateur Q_i. L’équilibrage n’est pas autorisé ;
lorsque chacun des DESEEC 102₁-102_Nprésente une tension U_i>U_de _c, alors V_i ^s1=V₁ ^-, donc V_OU=V₁ ^-, et donc V_cmd=V_ET=V₁ ^-. Dans ce cas, le deuxième commutateur J_ireçoit sur sa base le potentiel V₁ ^-et devient ouvert/bloqué. Il interdit le passage de la tension de commande individuelle U_i ^cmdvers la grille du premier commutateur Q_i _.L’équilibrage n’est pas autorisé ; et
lorsqu’un DESEEC 202_iprésente une tension U_i≤U_dec, et que tous les DESEECs présentent une tension U_i>U_cralors V_OU ₌V_N ⁺ et toutes les deuxièmes tensions de sortie V_i ^s2=V_N ⁺, et donc V_cmd=V_ET=V_N ⁺. Dans ce cas, le deuxième commutateur J_ireçoit sur sa base le potentiel V_N ⁺et devient fermé/passant. Il autorise le passage de la tension de commande individuelle U_i ^cmdvers la grille du premier commutateur Q_i. L’équilibrage est donc autorisé.

Dans l’exemple représenté sur la FIGURE 4, chaque deuxième comparateur 402_iest analogique. Alternativement, il est possible de réaliser chaque deuxième comparateur 402_ide manière numérique, par un composant numérique individuel, ou même d’intégrer plusieurs, voire tous les, deuxièmes comparateurs dans un même composant numérique.

Dans l’exemple représenté sur la FIGURE 4, la porte logique « ET » 404 est analogique. Alternativement, il est possible de réaliser la porte logique « ET » 404 de manière numérique, par un composant numérique individuel, ou même d’intégrer dans un composant numérique ladite porte logique 404 et au moins un deuxième comparateur.

De manière générale, il est possible d’utiliser un composant numérique intégrant une partie ou la totalité d’une combinaison quelconque des éléments suivants :

les premiers comparateurs,
les deuxièmes comparateurs,
la porte logique « OU », et
la porte logique « ET ».

Le FIGURE 5 est une représentation schématique d’un premier exemple de réalisation d’un circuit de commande individuel pouvant être mis en œuvre dans la présente invention.

En particulier, le circuit de commande individuel 500 de la FIGURE 5, peut être chacun des circuits de commande individuels 202_i.

Le circuit de commande individuel 500 associé à un DESEEC 102_icomprend un troisième comparateur 502_ipour comparer la tension U_iaux bornes dudit DESEEC 202_ià une tension de référence, notée U_Lim, supérieure à U_dec.

Le troisième comparateur 502_iest un comparateur à hystérésis non-inverseur formé par un AO et des résistances d’hystérésis (R, R’) définissant la largeur de l’hystérésis. L’AO est alimenté par des potentiels V_sat ⁺=V_i ⁺et V_sat ^-=V_i ^-, aux bornes dudit DESEEC 102_i. L’entrée inverseuse (-) de l’AO reçoit la tension U_Limet l’entrée non-inverseuse (+) de l’AO reçoit la tension U_iaux bornes du DESEEC 202_i.

Dans ces conditions, le troisième comparateur 502_ifournit une tension de commande individuel U_i ^cmdqui est égale à :

V_i ⁺lorsque U_i≥U_Lim; et
V₁ ^-lorsque U_i<U_Lim.

Dans l’exemple de la réalisation de la FIGURE 5, l’AO du comparateur 502_ireçoit directement la tension U_Lim. Dans une variante de réalisation (non représentée) utilisant une source de tension délivrant une tension U_refau lieu de U_Lim, il est possible d’utiliser un diviseur de tension pour adapter la tension U_ià la tension U_ref. Dans ce cas, le diviseur de tension permet de diviser la tension U_ipar un rapport k tel que k=(U_ref/U_Lim). Il est également possible d’utiliser un diviseur de tension, en sortie de la source délivrant U_ref, pour obtenir U_Limà partir de U_ref.

Dans l’exemple représenté sur la FIGURE 5, le troisième comparateur 502_iest analogique. Alternativement, il est possible de réaliser chaque troisième comparateur 502_ide manière numérique, par un composant numérique individuel, ou même d’intégrer plusieurs, voire tous les, troisièmes comparateurs dans un même composant numérique, dédié ou non.

Suivant un mode de réalisation, U_Limest une tension constante préalablement déterminée.

Suivant un mode de réalisation, U_Limcorrespond à la tension maximale U_i ^max aux bornes d’un des DESEEC 102₁-102_N. Dans ce cas, le système selon l’invention comprend un étage de détection de ladite tension maximale.

La FIGURE 6 est une représentation schématique d’un exemple de réalisation non limitatif d’un tel étage de détection de la tension maximale U_i ^max.

L’étage de détection 600 de la FIGURE 6 comprend, pour chaque DESEEC 102_i, un premier bloc 602_i, se présentant sous la forme d’un montage différentiel suiveur, rapportant la tension U_iaux bornes de ce DESEEC 102_ià un même potentiel de masse, par exemple V₁ ^-. Ce premier bloc 602_ifournit donc une tension V_i ^sréférencée au potentiel V₁ ^-.

L’étage de détection 600 comprend en outre un deuxième bloc 604 dont la fonction est de fournir la tension maximale parmi toutes les tensions V_i ^sfournies par tous les premiers blocs 602_i.

Suivant un exemple de réalisation non limitatif, ce deuxième bloc 604 peut être une porte logique analogique « OU », en particulier identique à la porte analogique « OU » 304 de la FIGURE 3, qui reçoit toutes les tensions V₁ ^s-V_N ^ssur N branches parallèles comportant chacune une diode identique, et dont la tension seuil est négligeable. La porte analogique comporte une résistance, de valeur élevée, par exemple ≥ 1 kΩ, en série avec les N branches parallèles. Dans ces conditions, la tension aux bornes de la résistance correspond à la tension maximale V_i ^maxparmi toutes les tensions V₁ ^s-V_N ^sreçues par la porte analogique « OU » 604. Cette tension maximale V_i ^maxpeut être utilisée comme tension U_Limdans un circuit de commande individuel, une fois reportée à la tension de référence locale V_i ^-via à un montage différentiel suiveur.

Lorsque la tension de seuil, notée U_seuil, de chaque diode utilisée dans la porte logique « OU » 604 n’est pas négligeable, il est possible d’ajouter une diode identique en série avec l’entrée de l’AO du troisième comparateur 502 de la FIGURE 5, qui reçoit la tension U_i, pour prendre en compte cette tension de seuil U_seuildans la tension U_i, lors de la comparaison entre U_iet U_Lim= (U_i ^max-U_seuil).

Dans l’exemple représenté sur la FIGURE 6, chaque premier bloc 602_iest analogique. Alternativement, il est possible de réaliser chaque bloc 602_ide manière numérique, par un composant numérique individuel, ou même d’intégrer plusieurs, voire tous les, blocs 602_idans un même composant numérique.

Dans l’exemple représenté sur la FIGURE 6, le deuxième bloc 604 est réalisé sous forme analogique. Alternativement, il est possible de réaliser le deuxième bloc, sous forme numérique, par exemple par une fonction « MAXIMUM » qui reçoit toutes les tensions V_i ^set renvoie la tension maximale V_i ^maxparmi toutes ces tensions. Dans ce cas, ce deuxième bloc 604 peut être réalisé par un composant numérique individuel, ou peut être intégré dans un composant numériqueréalisant au moins une autre fonction.

La FIGURE 7 est une représentation schématique d’un autre exemple de réalisation non limitatif d’un système d’équilibrage selon l’invention.

Le système d’équilibrage 700, de la FIGURE 7, comprend tous les éléments du système 200.

En plus, le système 700 comprend au moins un, en particulier chaque DESEEC 102_i, un deuxième dispositif de dérivation 702_icomprenant une branche de dérivation 704_iet un circuit de commande individuel 706_i.

La branche de dérivation 706_ipeut être identique, ou différente, de la branche dérivation 206_i.

Le circuit de commande individuel 706_ipeut être identique au circuit de commande individuel 206_i. En particulier, les circuits de commande individuels 206_iet 706_ipeuvent avoir des tensions respectivement U_Lim1et U_Lim2, qui sont identiques ou différentes.

Choisir U_Lim1différent de U_Lim2accélère avantageusement l’équilibrage des DESEECs considérés. Choisir U_Lim1identique à U_Lim2répartit avantageusement les dissipations thermiques.

Plus généralement, le système selon l’invention peut comprendre, pour chaque DESEEC, plusieurs dispositifs de dérivation. Au moins deux dispositifs de dérivation d’un même DESEEC peuvent utiliser des tensions de référence identiques ou différentes.

La FIGURE 8 est une représentation schématique d’un exemple de réalisation non limitatif d’un module selon l’invention.

Le module 800, représenté sur la FIGURE 8, comprend plusieurs ensembles de stockage 100¹-100^Mcomprenant, chacun, plusieurs dispositifs de stockage reliés entre eux en série.

Chaque ensemble 100^jpeut être l’ensemble 100.

Les ensembles de stockage 100¹-100^Mpeuvent être identiques ou différents.

Les ensembles 100¹-100^Mpeuvent être reliés entre eux en série ou en parallèle.

A chaque ensemble 100^jest associé un système d’équilibrage, tel que par exemple le système 200 ou le système d’équilibrage 700.

Le module 800 peut être utilisé dans un véhicule de transport électrique ou hybride, rechargeable qui peut être un bus, une voiture, un tram-bus, un bateau, un camion, un téléphérique, un monte-charge, une grue, etc.

Le module 800 peut aussi être utilisé dans une installation électrique qui peut être :

une station de charge électrique pour véhicules électriques ou hybrides,
une station d’alimentation électrique d’un bâtiment, d’un complexe ou d’un appareil électrique/électronique de communication, ou
une station de régulation, de lissage, ou de stockage tampon d’énergie électrique.

Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux exemples détaillés ci-dessus.

Selon un autre mode de réalisation, non représenté, on pourra utiliser un ou plusieurs composants d’électronique numérique pour réaliser une combinaison quelconque d’au moins une partie des fonctions décrites ci-dessus, dès lors que ces fonctions peuvent être réalisées de manière numérique. Pour ce faire l’homme du métier saura utiliser des convertisseurs analogiques-numériques, et des convertisseurs numériques-analogiques en fonction de la nature des composants électroniques qu’il choisit et de la nature des signaux électriques.

Suivant un exemple de réalisation non limitatif, l’ensemble des fonctions décrites pour obtenir chaque tension de commande individuel U_i ^cmdet la tension de commande global V_cmdpeut être intégré dans un unique composant électronique programmé à cet effet, tel qu’une puce électronique ou un processeur.

Claims

Système (200;700) d’équilibrage d’un ensemble (100) de dispositifs électrochimiques de stockage d’énergie par effet capacitif (102₁-102_N), reliés entre eux en série, ledit système (200;700) comprenant pour chaque dispositif de stockage (102_i), au moins un dispositif de dérivation (102_i;702_i) comprenant :
une branche de dérivation (204_i;704_i) dudit dispositif de stockage (102_i), commandable entre un état fermé et un état ouvert, et

un circuit de commande individuel (206_i;706_i), pour commander l’état de ladite branche de dérivation (204_i;704_i) en fonction de la tension aux bornes dudit dispositif de stockage (102_i) ;
caractérisé en ce que ledit système (200;700) comprend en outre un circuit de commande global (300;400), commun à l’ensemble desdits dispositifs de stockage (102₁-102_N) :
comprenant un premier étage de détection (300) agencé pour détecter si la tension (U_i) aux bornes d’un des dispositifs de stockage (102₁-102_N) est inférieure à une tension prédéterminée (U_dec), dite tension de déclenchement ; et

configuré pour autoriser la commande de chaque branche de dérivation (204_i;704_i) par son circuit de commande individuel (206_i;706_i), uniquement lorsque la tension (U_i) aux bornes d’un desdits dispositifs de stockage (102₁-102_N) devient inférieure à ladite tension de déclenchement (U_dec).
Système (200;700) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chaque branche de dérivation (204_i;704_i) comprend un premier commutateur commandable (Q_i), autorisant ou non le passage d’un courant par ladite branche de dérivation (204_i;704_i), ledit premier commutateur (Q_i) étant commandé par une tension de commande individuelle (U_i ^cmd) fournie par le circuit de commande individuel (206_i;706_i) de ladite branche de dérivation (204_i;704_i).
Système (200;700) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend, pour chaque branche de dérivation (204_i;704_i), un deuxième commutateur commandable (J_i), autorisant ou non le passage d’une tension de commande individuelle (U_i ^cmd) fournie par le circuit de commande individuel (206_i;706_i) de ladite branche de dérivation (204_i;704_i), l’état dudit deuxième commutateur (J_i) étant contrôlé par une tension de commande globale (U_cmd) fournie par le circuit de commande global (300;400), à l’ensemble desdits deuxièmes commutateurs (J_i).
Système (200;700) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier étage de détection (300) comprend :
pour chaque dispositif de stockage (102_i), un premier comparateur (302_i) pour comparer la tension (U_i) aux bornes dudit dispositif de stockage (102_i) à ladite tension de déclenchement (U_dec), et fournir une première tension de sortie (V_i ^s1) représentative de ladite comparaison ; et

une première porte logique (304), recevant en entrée toutes les premières tensions de sortie (V₁ ^s1-V_N ^s1) de manière parallèle.
Système (200;700) selon la revendication 4, caractérisé en ce que la première porte logique (304) est un « OU » analogique comprenant, pour chaque premier comparateur (302_i), une branche parallèle (306_i) comportant une diode (D_i) de tension seuil comprise entre les deux niveaux de tension que peut prendre la première tension de sortie (V_i ^s1) fournie par ledit premier comparateur (302_i).
Système (200;700) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit de commande global (400) :
comprend un deuxième étage de détection agencé pour détecter si la tension aux bornes d’un des dispositifs de stockage (102_i) est inférieure à une tension seuil critique prédéterminée (U_cr), inférieure à la tension de déclenchement (U_dec) ;

est en outre agencé pour interdire la commande de chaque branche de dérivation (204₁-204_N) par son circuit de commande individuel (206₁-206_N), lorsque la tension (U_i) aux bornes d’au moins un dispositif de stockage (102_i) devient inférieure à ladite tension seuil critique (U_cr).
Système (200;700) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le deuxième étage de détection comprend :
pour chaque dispositif de stockage (102_i), un deuxième comparateur (402_i) pour comparer la tension (U_i) aux bornes dudit dispositif de stockage (102_i) à ladite tension seuil critique (U_cr), et fournir une deuxième tension de sortie (V_i ^s2) représentative de ladite comparaison ; et

une deuxième porte logique (404) recevant en entrée toutes les deuxièmes tensions (V₁ ^s2-V_N ^s2), de manière parallèle.
Système (200;700) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la deuxième porte logique (404) est un « ET » analogique recevant en parallèle :
la tension de sortie fournie (V_i ^s2) par chaque deuxième comparateur (402_i), et

une tension (V_OU) fournie par le premier étage de détection (300) ;
de sorte que la tension (V_ET) fournie par la deuxième porte analogique (404) est représentative, à la fois, de la détection réalisée par le premier étage de détection et de la détection réalisée par le deuxième étage de détection.
Système (200;700) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’au moins un circuit de commande individuel (206_i;706_i) comprend un troisième comparateur (502_i) pour comparer la tension (U_i) aux bornes du dispositif de stockage (102_i) à une tension de référence (U_Lim) préalablement déterminée, supérieure à la tension de déclenchement (U_dec).
Système (200;700) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que, pour au moins un circuit de commande individuel (206_i;706_i) la tension de référence (U_Lim) est fixe et prédéterminée.
Système (206_i;706_i) selon l’une quelconque des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que, pour au moins un circuit de commande individuel (206_i;706_i), la tension de référence (U_Lim) correspond à la tension maximale (U_i ^max) présente aux bornes d’un dispositif de stockage (102_i) parmi tous les dispositifs de stockage (102₁-102_N), ledit système (206_i;706_i) comprenant en outre un troisième étage de détection (600) de ladite tension maximale (U_i ^max).
Système (700) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend, pour au moins un dispositif de stockage (102_i), plusieurs dispositifs de dérivation (202_i,702_i) comprenant, chacun, une branche de dérivation (204_i,704_i) et un circuit de commande individuel (206_i,706_i) pour ladite branche de dérivation (204_i,704_i) .
Système (700) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que, pour au moins un dispositif de stockage (102_i), au moins deux dispositifs de dérivation (202_i,702_i) sont commandés en fonction de deux tensions de référence différentes de sorte que lesdits dispositifs de dérivation (202_i,702_i) sont activés, respectivement désactivés, l’un après l’autre.
Module (800) de stockage d’énergie rechargeable comprenant :
au moins un ensemble de stockage d’énergie rechargeable (100¹-100^M) comprenant, chacun, plusieurs dispositifs électrochimiques de stockage d’énergie par effet capacitif reliés entre eux en série ; et

pour au moins un ensemble de stockage (100¹-100^M), un système d’équilibrage (200¹-200^M ;700¹-700^M) selon l’une quelconque des revendications précédentes.
Véhicule de transport, hybride ou électrique, comprenant au moins un module (800) selon la revendication précédente.
Installation électrique, telle qu’une station de charge électrique pour véhicules de transport électriques ou hybrides, ou une station d’alimentation électrique d’un bâtiment, d’un complexe ou d’un appareil électrique/électronique de communication, ou une station de régulation ou de lissage d’énergie électrique, comprenant au moins un module (800) selon la revendication 14.