FR3106447A1 - ELECTRICAL ENERGY STORAGE ELEMENT AND ASSOCIATED SAFEGUARDED POWER SUPPLY - Google Patents
ELECTRICAL ENERGY STORAGE ELEMENT AND ASSOCIATED SAFEGUARDED POWER SUPPLY Download PDFInfo
- Publication number
- FR3106447A1 FR3106447A1 FR2000579A FR2000579A FR3106447A1 FR 3106447 A1 FR3106447 A1 FR 3106447A1 FR 2000579 A FR2000579 A FR 2000579A FR 2000579 A FR2000579 A FR 2000579A FR 3106447 A1 FR3106447 A1 FR 3106447A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- voltage
- resistor
- energy storage
- storage element
- transistor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 title claims abstract description 68
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 7
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 claims description 4
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 claims description 4
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 17
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 4
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 3
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 2
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
- H02J7/345—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering using capacitors as storage or buffering devices
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
- H02J7/00304—Overcurrent protection
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J9/00—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
- H02J9/04—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source
- H02J9/06—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Business, Economics & Management (AREA)
- Emergency Management (AREA)
- Direct Current Feeding And Distribution (AREA)
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
Abstract
L’invention concerne un élément de stockage d’énergie électrique (23) comportant :– une première borne (20) destinée à être connectée à une tension continue (Vbatt) ;– une seconde borne (21) destinée à être connectée à une tension de référence (Vref) ; et– au moins un supercondensateur (24) connecté entre ladite première borne (20) et ladite seconde borne (21) ;ledit au moins un supercondensateur (24) étant connecté en série avec au moins une résistance (25) connectée en parallèle avec des moyens de court-circuit (26) configurés pour court-circuiter ladite au moins une résistance (25) lorsque la tension aux bornes de ladite au moins une résistance (25) est inférieure à une valeur seuil. Figure pour abrégé : Fig 2The invention relates to an electrical energy storage element (23) comprising:– a first terminal (20) intended to be connected to a DC voltage (Vbatt);– a second terminal (21) intended to be connected to a voltage reference (Vref); and– at least one supercapacitor (24) connected between said first terminal (20) and said second terminal (21);said at least one supercapacitor (24) being connected in series with at least one resistor (25) connected in parallel with short-circuit means (26) configured to short-circuit said at least one resistor (25) when the voltage across the terminals of said at least one resistor (25) is lower than a threshold value. Figure for abstract: Fig 2
Description
La présente invention concerne un élément de stockage d’énergie électrique ainsi qu’une alimentation sauvegardée intégrant un tel élément de stockage d’énergie électrique.The present invention relates to an electrical energy storage element as well as a backed-up power supply incorporating such an electrical energy storage element.
L’invention vise plus particulièrement un élément de stockage d'énergie destiné à garantir l'alimentation électrique d'une charge. Ainsi, l'invention peut être appliquée dans de multiples domaines pour lesquels il est recherché de se prémunir des coupures de courant. Par exemple, l’invention peut être mise en œuvre pour alimenter des appareils dans des systèmes industriels. Ce type d’appareil électrique peut être un automate de pilotage d’une chaîne de montage, un routeur…The invention relates more particularly to an energy storage element intended to guarantee the power supply of a load. Thus, the invention can be applied in multiple fields for which it is desired to guard against power outages. For example, the invention can be implemented to power devices in industrial systems. This type of electrical device can be an assembly line control automaton, a router, etc.
L'invention trouve une application particulièrement avantageuse pour se prémunir des courtes coupures de courant, c'est-à-dire des coupures de quelques millisecondes à quelques secondes.The invention finds a particularly advantageous application to guard against short power cuts, that is to say cuts of a few milliseconds to a few seconds.
ART ANTERIEURPRIOR ART
Pour protéger une charge d’une coupure de courant, il est connu d'utiliser une alimentation sauvegardée, c'est-à-dire une alimentation intégrant au moins un élément de stockage d'énergie permettant d'alimenter la charge lorsque la tension sur le réseau est insuffisante.To protect a load from a power outage, it is known to use a backed-up power supply, that is to say a power supply incorporating at least one energy storage element making it possible to supply the load when the voltage on the network is insufficient.
De manière classique, tel qu’illustré sur la figure 1 de l’état de la technique, une alimentation sauvegardée100comporte une entrée15de tension alternative, connectée à un réseau électrique d’un bâtiment ou d’une agglomération, et une sortie16de tension continueVsconnectée à un appareil électrique ou charge12à protéger.Conventionally, as illustrated in FIG. 1 of the state of the art, a backed-up power supply 100 comprises an AC voltage input 15 , connected to an electrical network of a building or an agglomeration, and an output 16 of DC voltage Vs connected to an electrical device or load 12 to be protected.
L’entrée15est connectée à un premier convertisseur de tension18configuré pour transformer la tension alternative de l’entrée15en une tension continueVbattdont le niveau de tension est adapté à la tension de charge d’un élément de stockage d'énergie230. La tension continueVbattest injectée en entrée d’un second convertisseur de tension19configuré pour transformer la tension continueVbatten une tension continueVsadaptée aux besoins de la charge12. L’élément de stockage d'énergie230est connecté entre cette tension continueVbattet une tension de référenceVref, par exemple la masse.Input 15 is connected to a first voltage converter 18 configured to transform the AC voltage from input 15 into a DC voltage Vbatt whose voltage level is adapted to the charging voltage of an energy storage element 230 . The DC voltage Vbatt is injected at the input of a second voltage converter 19 configured to transform the DC voltage Vbatt into a DC voltage Vs adapted to the needs of the load 12 . The energy storage element 230 is connected between this DC voltage Vbatt and a reference voltage Vref , for example ground.
Tant que l'alimentation du secteur est supérieure à une valeur seuil, l’élément de stockage d'énergie230n'est pas utilisé pour alimenter la charge12, et l'alimentation de la charge12est fournie par le réseau en passant par les deux convertisseurs18-19. Au cours de cette phase, si le niveau de charge de l'élément de stockage d'énergie230est inférieur à la tension continueVbatt, l'élément de stockage d'énergie230est rechargé.As long as the mains power supply is above a threshold value, the energy storage element 230 is not used to supply the load 12 , and the power supply for the load 12 is supplied by the network via the two converters 18 - 19 . During this phase, if the level of charge of the energy storage element 230 is lower than the DC voltage Vbatt , the energy storage element 230 is recharged.
Lorsqu'une coupure de réseau survient, l'élément de stockage d'énergie230est configuré pour fournir l'énergie nécessaire à la charge12. Ainsi, lors de cette phase, l'élément de stockage d'énergie230se décharge progressivement en fonction de la consommation de la charge12.When a network cut occurs, the energy storage element 230 is configured to supply the energy necessary for the load 12 . Thus, during this phase, the energy storage element 230 gradually discharges according to the consumption of the load 12 .
Il existe plusieurs technologies pour former un élément de stockage d'énergie230. La technologie la plus utilisée met en œuvre une ou plusieurs batteries au lithium-ion240connectées entre deux bornes20-21. Ces batteries au lithium-ion240présentent classiquement un niveau de tension compris entre 13 et 16 V : 13 V correspond à l'état déchargé des batteries, alors que 16 V correspond à l'état complètement chargé des batteries. Ainsi, pour une alimentation sauvegardée100intégrant des batteries au lithium-ion240, telle qu’illustrée sur la figure 1, la tension continueVbattest classiquement de 16 V.There are several technologies for forming an energy storage element 230 . The most used technology implements one or more lithium-ion batteries 240 connected between two terminals 20 - 21 . These lithium-ion batteries 240 conventionally have a voltage level of between 13 and 16 V: 13 V corresponds to the discharged state of the batteries, while 16 V corresponds to the fully charged state of the batteries. Thus, for a saved power supply 100 integrating lithium-ion batteries 240 , as illustrated in FIG. 1, the DC voltage Vbatt is conventionally 16 V.
Pour garantir le fonctionnement de l’élément de stockage d'énergie230, l’alimentation sauvegardée100comporte également un organe de supervision17configuré pour tester régulièrement le niveau de charge de l’élément de stockage d'énergie230.To guarantee the operation of the energy storage element 230 , the backed up power supply 100 also comprises a supervision unit 17 configured to regularly test the level of charge of the energy storage element 230 .
Pour ce faire, l’organe de supervision17commande, par le signalCom, le niveau de tension délivré par le premier convertisseur18de sorte à diminuer la tension délivrée par le premier convertisseur18légèrement en dessous de la tensionVbatt, par exemple à 15,5 V. Avec cette tension de 15,5 V, même si l’élément de stockage d'énergie230est complètement déchargé, le second convertisseur19est capable de fournir le niveau de tensionVsrequis par la charge12. Cette diminution de tension sert à mesurer la tension devant le second convertisseur19, par le signalMes, pour constater si l’élément de stockage d'énergie230est capable de se décharger pour compenser la baisse de tension. L’élément de stockage d'énergie230est considéré comme fonctionnel si, lors d’une diminution de tension à 15,5 V, le signalMesest de 16 V.To do this, the supervision unit 17 controls, by the signal Com , the voltage level delivered by the first converter 18 so as to reduce the voltage delivered by the first converter 18 slightly below the voltage Vbatt , for example to 15.5 V. With this voltage of 15.5 V, even if the energy storage element 230 is completely discharged, the second converter 19 is capable of supplying the voltage level Vs required by the load 12 . This decrease in voltage is used to measure the voltage in front of the second converter 19 , by the signal Mes , to ascertain whether the energy storage element 230 is capable of discharging to compensate for the drop in voltage. The energy storage element 230 is considered functional if, during a voltage decrease to 15.5 V, the signal Mes is 16 V.
Certaines règlementations imposent de réaliser ce test de l’élément de stockage d'énergie230toutes les minutes. Cependant, ce test entraîne un cycle de vieillissement des batteries au lithium-ion240et la répétition de ce test limite la durée de vie des batteries au lithium-ion240, même quand celles-ci ne sont pas effectivement utilisées pour protéger une charge12lors d’une coupure de courant.Certain regulations require this test of the energy storage element 230 to be carried out every minute. However, this test causes a cycle of aging of the lithium-ion batteries 240 and the repetition of this test limits the life of the lithium-ion batteries 240 , even when these are not actually used to protect a load 12 during a power outage.
En outre, les batteries au lithium-ion240imposent des contraintes importantes de transport. Par exemple, il est complexe de transporter des batteries au lithium-ion240dont la capacité est supérieure à 100watt par heure, car il faut suivre une réglementation spécifique. Par exemple, pour certaines législations, si le poids total du lithium est supérieur à 333kg dans un camion, celui-ci doit utiliser des itinéraires routiers spécifiques, notamment hors des tunnels. Le niveau de charge des batteries au lithium-ion 240 doit également être maîtrisé pour le transport, notamment pour le transport aérien où il doit être inférieur à 30%.In addition, lithium-ion batteries 240 impose significant transportation constraints. For example, it is complex to transport 240 lithium-ion batteries with a capacity of more than 100watt per hour, because specific regulations must be followed. For example, for certain legislations, if the total weight of lithium is greater than 333 kg in a truck, it must use specific road routes, in particular outside tunnels. The charge level of 240 lithium-ion batteries must also be controlled for transport, especially for air transport where it must be less than 30%.
En outre, les batteries au lithium-ion240imposent également des contraintes de stockage. Par exemple, un pack de batteries lithium entreposé doit être rechargé tous les 6 mois.In addition, 240 lithium-ion batteries also impose storage constraints. For example, a stored lithium battery pack should be recharged every 6 months.
Pour remédier à ces contraintes, il est possible d’utiliser un élément de stockage d'énergie intégrant un ou plusieurs supercondensateurs.To overcome these constraints, it is possible to use an energy storage element integrating one or more supercapacitors.
En effet, bien que les supercondensateurs présentent des durées de sauvegarde de l’alimentation beaucoup plus faibles que les batteries au lithium-ion, typiquement de l’ordre de 5secondes alors que les batteries au lithium-ion permettent de garantir une alimentation pendant plusieurs dizaines de minutes, ces supercondensateurs peuvent surmonter certaines contraintes des batteries au lithium-ion car ils sont moins sensibles aux cycles de vieillissement et aux problématiques de transport et de stockage. Ces supercondensateurs sont donc utilisés de manière marginale pour certaines alimentations sauvegardées pour lesquelles la durée de sauvegarde n’est pas un critère essentiel.Indeed, although supercapacitors have much lower power supply backup times than lithium-ion batteries, typically of the order of 5 seconds, whereas lithium-ion batteries make it possible to guarantee power supply for several tens minutes, these supercapacitors can overcome some of the constraints of lithium-ion batteries because they are less sensitive to aging cycles and transport and storage issues. These supercapacitors are therefore used marginally for certain backed-up power supplies for which the backup time is not an essential criterion.
Cependant, avec une durée de sauvegarde particulièrement faible, les supercondensateurs peut être plus rapidement complètement déchargés. Dans cet état, une tension nulle est présente entre leurs bornes. Ainsi, pour les alimentations intégrant un ou plusieurs supercondensateurs, ces derniers doivent être chargés en même temps que le démarrage de l'alimentation. Les supercondensateurs présentent un inconvénient majeur car ils ne peuvent pas être branchés sur une alimentation sauvegardée en fonctionnement.However, with a particularly low backup time, supercapacitors can be fully discharged faster. In this state, zero voltage is present between their terminals. Thus, for power supplies incorporating one or more supercapacitors, the latter must be charged at the same time as the start of the power supply. Supercapacitors have a major drawback because they cannot be plugged into a running backed up supply.
Le problème technique que se propose de résoudre l’invention est donc d’obtenir un élément de stockage d'énergie permettant de répondre aux contraintes précédemment exposées.The technical problem that the invention proposes to solve is therefore to obtain an energy storage element making it possible to meet the constraints previously exposed.
Pour répondre à ce problème technique, l’invention propose d'utiliser au moins une résistance en série avec au moins un supercondensateur de telle sorte que ladite résistance limite le courant lorsque l’élément de stockage d'énergie est branché sur une alimentation sauvegardée en fonctionnement. Pour éviter que cette résistance ne dégrade le comportement du supercondensateur une fois qu'il est chargé, l’invention propose également d'utiliser des moyens de court-circuit configurés pour court-circuiter la résistance lorsque la tension aux bornes de cette résistance est inférieure à une valeur seuil.To respond to this technical problem, the invention proposes using at least one resistor in series with at least one supercapacitor such that said resistor limits the current when the energy storage element is connected to a power supply saved in functioning. To prevent this resistor from degrading the behavior of the supercapacitor once it is charged, the invention also proposes using short-circuit means configured to short-circuit the resistor when the voltage across the terminals of this resistor is lower at a threshold value.
A cet effet, selon un premier aspect, l’invention concerne un élément de stockage d’énergie électrique comportant:
–une première borne destinée à être connectée à une tension continue;
–une seconde borne destinée à être connectée à une tension de référence; et
–au moins un supercondensateur connecté entre ladite première borne et ladite seconde borne.To this end, according to a first aspect, the invention relates to an electrical energy storage element comprising:
–a first terminal intended to be connected to a DC voltage;
–a second terminal intended to be connected to a reference voltage; And
–at least one supercapacitor connected between said first terminal and said second terminal.
L’invention se caractérise en ce que ledit au moins un supercondensateur est connecté en série avec au moins une résistance entre ladite première borne et ladite seconde borne; ladite au moins une résistance étant connectée en parallèle avec des moyens de court-circuit configurés pour court-circuiter ladite au moins une résistance lorsque la tension aux bornes de ladite au moins une résistance est inférieure à une valeur seuil.The invention is characterized in that said at least one supercapacitor is connected in series with at least one resistor between said first terminal and said second terminal; said at least one resistor being connected in parallel with short-circuit means configured to short-circuit said at least one resistor when the voltage across the terminals of said at least one resistor is lower than a threshold value.
L’invention permet ainsi d’obtenir les avantages des éléments de stockage d’énergie intégrant un ou plusieurs supercondensateurs, c’est-à-dire leurs résistances aux cycles de vieillissement et la simplification du transport et du stockage, tout en permettant à ces éléments de stockage d’énergie d’être branchés sur une alimentation sauvegardée en fonctionnement. Pour ce faire, la phase classique de charge des supercondensateurs lors du démarrage de l’alimentation est remplacée par la connexion d’au moins une résistance en série avec ledit supercondensateur jusqu’à ce que le niveau de charge de ce dernier soit suffisant pour pouvoir déconnecter la résistance.The invention thus makes it possible to obtain the advantages of energy storage elements integrating one or more supercapacitors, that is to say their resistance to aging cycles and the simplification of transport and storage, while allowing these energy storage elements to be connected to a power supply saved in operation. To do this, the conventional supercapacitor charging phase when starting the power supply is replaced by the connection of at least one resistor in series with said supercapacitor until the charge level of the latter is sufficient to be able to disconnect the resistor.
L’invention permet donc de combiner les avantages d’un élément de stockage d’énergie intégrant un ou plusieurs supercondensateurs avec la capacité d’installation d’un élément de stockage d’énergie intégrant une ou plusieurs batteries au lithium ion sur une alimentation sauvegardée en fonctionnement.The invention therefore makes it possible to combine the advantages of an energy storage element integrating one or more supercapacitors with the installation capacity of an energy storage element integrating one or more lithium ion batteries on a backed up power supply. Operating.
Les moyens de court-circuit peuvent être réalisés par tous les moyens connus. Par exemple, un organe de supervision peut être configuré pour commander un interrupteur en fonction d’une mesure de tension aux bornes de ladite résistance.The short-circuit means can be made by any known means. For example, a supervision device can be configured to control a switch according to a voltage measurement at the terminals of said resistor.
Au sens de l’invention, la mesure de la tension aux bornes de la résistance peut être réalisée directement ou en estimant cette tension à partir d’une mesure distante.Within the meaning of the invention, the measurement of the voltage at the terminals of the resistor can be carried out directly or by estimating this voltage from a remote measurement.
Par exemple, il est possible de mesurer la tension aux bornes du supercondensateur pour obtenir une estimation de la tension aux bornes de la résistance sans changer l’invention.For example, it is possible to measure the voltage at the terminals of the supercapacitor to obtain an estimate of the voltage at the terminals of the resistor without changing the invention.
Selon un mode de réalisation, les moyens de court-circuit sont réalisés par un premier transistor, dont la source est connectée à la seconde borne, dont le drain est connecté entre le supercondensateur et la résistance, et dont la grille est commandée en fonction de ladite tension aux bornes de la résistance; la grille dudit premier transistor étant connectée sur une résistance, elle-même connectée entre les deux résistances montées en série entre ledit collecteur et ladite seconde borne; la grille dudit second transistor étant reliée entre le supercondensateur et la résistance par l’intermédiaire d’au moins une diode.According to one embodiment, the short-circuit means are made by a first transistor, the source of which is connected to the second terminal, the drain of which is connected between the supercapacitor and the resistor, and the gate of which is controlled as a function of said voltage across the resistor; the gate of said first transistor being connected to a resistor, itself connected between the two resistors mounted in series between said collector and said second terminal; the gate of said second transistor being connected between the supercapacitor and the resistor via at least one diode.
Ce mode de réalisation permet de connecter ou déconnecter électroniquement la résistance en fonction de la tension à ses bornes.This embodiment makes it possible to electronically connect or disconnect the resistor as a function of the voltage at its terminals.
De préférence, un condensateur est monté entre la grille et la source dudit premier transistor. Ce condensateur permet d’imposer la commutation du premier transistor après la commutation du second transistor afin d’éviter d’éventuelles fluctuations des deux transistors lors des phases de commutation.Preferably, a capacitor is connected between the gate and the source of said first transistor. This capacitor makes it possible to impose the switching of the first transistor after the switching of the second transistor in order to avoid possible fluctuations of the two transistors during the switching phases.
De préférence, une résistance est montée entre ladite au moins une diode et ladite base dudit second transistor. Cette résistance permet de limiter le courant au niveau de la base du second transistor pour que le courant soit majoritairement conduit dans le supercondensateur et dans la résistance lorsque celle-ci est connectée en série avec le supercondensateur.Preferably, a resistor is connected between said at least one diode and said base of said second transistor. This resistor makes it possible to limit the current at the base of the second transistor so that the current is mainly conducted in the supercapacitor and in the resistor when the latter is connected in series with the supercapacitor.
De préférence, la grille dudit second transistor est reliée entre le supercondensateur et la résistance par l’intermédiaire de deux diodes Zener présentant des seuils de commutation distincts.Preferably, the gate of said second transistor is connected between the supercapacitor and the resistor via two Zener diodes having distinct switching thresholds.
Lorsque la première diode Zener devient passante, la seconde diode devient également passante mais cette seconde diode présente un seuil plus faible si bien que le second transistor demeure passant même lorsque la première diode devient bloquée. L’utilisation de diodes Zener permet d’éviter que chaque diode influe l’une sur l’autre pour transmettre un courant indésirable sur le supercondensateur.When the first Zener diode becomes conductive, the second diode also becomes conductive but this second diode has a lower threshold so that the second transistor remains conductive even when the first diode becomes blocked. The use of Zener diodes makes it possible to avoid that each diode influences one on the other to transmit an undesirable current on the supercapacitor.
Pour faire en sorte que la seconde diode Zenner devienne active lorsque la première diode devient passante, un troisième transistor est préférentiellement monté en série avec la diode présentant le seuil de commutation le plus bas, la grille dudit troisième transistor étant connectée par l’intermédiaire d’une résistance entre lesdites résistances montées en série sur ledit collecteur dudit second transistor.To ensure that the second Zenner diode becomes active when the first diode becomes conductive, a third transistor is preferably connected in series with the diode having the lowest switching threshold, the gate of said third transistor being connected via a resistor between said resistors connected in series on said collector of said second transistor.
Selon un mode de réalisation, l’élément de stockage d’énergie électrique comporte plusieurs supercondensateurs montés en série, chaque supercondensateur étant connecté en parallèle avec une résistance. Ce mode de réalisation permet d’équilibrer la variation de tension entre les supercondensateurs due à la variation de capacité qui existe classiquement entre plusieurs supercondensateurs distincts.According to one embodiment, the electrical energy storage element comprises several supercapacitors connected in series, each supercapacitor being connected in parallel with a resistor. This embodiment makes it possible to balance the voltage variation between the supercapacitors due to the capacitance variation which conventionally exists between several distinct supercapacitors.
Selon un mode de réalisation, l’élément de stockage d’énergie électrique comporte sept supercondensateurs connectés en série, chaque supercondensateur présentant une capacité comprise entre 10 et 20 Farad.According to one embodiment, the electrical energy storage element comprises seven supercapacitors connected in series, each supercapacitor having a capacity of between 10 and 20 Farad.
La capacité totale fournie par ces supercondensateurs permet de protéger une charge contre les coupures de quelques secondes ou de quelques dizaines de seconde en fonction de la consommation de la charge.The total capacity provided by these supercapacitors makes it possible to protect a load against cuts of a few seconds or a few tens of seconds depending on the consumption of the load.
Selon un mode de réalisation, ladite au moins une résistance présente une valeur comprise entre 10 et 200 Ω. Si plusieurs résistances sont montées en série, cette valeur comprise entre 10 et 200 Ω correspond à la valeur totale des résistances montées en série.According to one embodiment, said at least one resistor has a value between 10 and 200 Ω. If several resistors are connected in series, this value between 10 and 200 Ω corresponds to the total value of the resistors connected in series.
Cette valeur de la ou des résistances montées en série avec le ou les supercondensateurs permet de consommer une quantité de courant suffisante pour que le premier convertisseur de tension ne détecte pas un court-circuit au niveau de l’élément de stockage d’énergie électrique lorsque l’élément de stockage d’énergie est installé dans une alimentation sauvegardée en fonctionnement.This value of the resistor(s) connected in series with the supercapacitor(s) makes it possible to consume a sufficient quantity of current so that the first voltage converter does not detect a short-circuit at the level of the electrical energy storage element when the energy storage element is installed in an operation-saved power supply.
En outre, cette valeur totale des résistances permet de fournir un courant suffisant pour amorcer la recharge des supercondensateurs.In addition, this total value of the resistors makes it possible to supply sufficient current to initiate the recharging of the supercapacitors.
Selon un second aspect, l’invention concerne une alimentation sauvegardée comportant:
–une entrée destinée à être connectée à un réseau électrique d'un bâtiment ou d'une agglomérationà une tension donnée;
–une sortie destinée à être connectée à une charge pour alimenter et protéger cette charge d'une coupure d'alimentation;
–un premier convertisseur de tension configuré pour transformer ladite tension de l'entrée en une tension continue;
–un second convertisseur de tension configuré pour transformer ladite tension continue et obtenir une tension au niveau de ladite sortie; et
–un élément de stockage d’énergie électrique, selon le premier aspect de l’invention, connecté entre ladite tension continue et une tension de référence.According to a second aspect, the invention relates to a backed up power supply comprising:
–an input intended to be connected to an electrical network of a building or an agglomeration at a given voltage;
–an output intended to be connected to a load to supply and protect this load from a power failure;
–a first voltage converter configured to transform said input voltage into a DC voltage;
–a second voltage converter configured to transform said DC voltage and obtain a voltage at said output; And
–an electrical energy storage element, according to the first aspect of the invention, connected between said DC voltage and a reference voltage.
DESCRIPTION SOMMAIRE DES FIGURESBRIEF DESCRIPTION OF FIGURES
La manière de réaliser l’invention ainsi que les avantages qui en découlent, ressortiront bien du mode de réalisation qui suit, donné à titre indicatif mais non limitatif, à l’appui des figures annexées dans lesquelles les figures 1 à 5 représentent:The manner of carrying out the invention as well as the advantages which result from it, will clearly emerge from the embodiment which follows, given by way of indication but not limitation, in support of the appended figures in which FIGS. 1 to 5 represent:
DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTIONDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
La figure 2 illustre une alimentation sauvegardée10correspondant à l'invention. Cette alimentation sauvegardée10comporte une entrée15de tension alternative et une sortie16de tension continueVs. L'entrée15de tension alternative est destinée à être connectée à un réseau électrique d'un bâtiment ou d'une agglomération. Dans l'alimentation sauvegardée10, l'entrée15est connectée à un premier convertisseur de tension18configuré pour transformer la tension alternative de l'entrée15en une tension continueVbatt, par exemple fixée à 16 V.FIG. 2 illustrates a saved power supply 10 corresponding to the invention. This saved power supply 10 comprises an AC voltage input 15 and a DC voltage Vs output 16 . The AC voltage input 15 is intended to be connected to an electrical network of a building or an agglomeration. In the saved power supply 10 , the input 15 is connected to a first voltage converter 18 configured to transform the alternating voltage of the input 15 into a direct voltage Vbatt , for example fixed at 16 V.
Cette tension continueVbattest également connectée en entrée d'un second convertisseur de tension19configuré pour transformer la tension continueVbattet obtenir la tension continueVsau niveau de la sortie16.This DC voltage Vbatt is also connected to the input of a second voltage converter 19 configured to transform the DC voltage Vbatt and obtain the DC voltage Vs at the output 16 .
La sortie16est destinée à être connectée à une charge12pour alimenter cette charge12et protéger cette charge12d'une coupure d'alimentation. Dans l'exemple de la figure 2, le premier convertisseur18est un convertisseur alternatif/continu alors que le second convertisseur19est un convertisseur continu/continu. En variante, l'entrée15peut être connectée à une tension continue et le premier convertisseur18peut correspondre à un convertisseur continu/continu. De la même manière, la charge12peut être alimentée par la sortie16au moyen d'une tension alternative et le second convertisseur19peut correspondre à un convertisseur continu/alternatif.Output 16 is intended to be connected to a load 12 to supply this load 12 and protect this load 12 from a power failure. In the example of FIG. 2, the first converter 18 is an AC/DC converter while the second converter 19 is a DC/DC converter. As a variant, input 15 can be connected to a DC voltage and first converter 18 can correspond to a DC/DC converter. In the same way, the load 12 can be supplied by the output 16 by means of an AC voltage and the second converter 19 can correspond to a DC/AC converter.
Dans tous les cas, la tensionVbattcorrespond à une tension continue et cette tension continueVbattest également connectée à un élément de stockage d'énergie23. Plus précisément, cet élément de stockage d'énergie23comporte une première borne20connectée à la tension continueVbatt, et une seconde borne21connectée à une tension de référenceVref, par exemple la masse.In all cases, voltage Vbatt corresponds to a DC voltage and this DC voltage Vbatt is also connected to an energy storage element 23 . More specifically, this energy storage element 23 comprises a first terminal 20 connected to the DC voltage Vbatt , and a second terminal 21 connected to a reference voltage Vref , for example ground.
Entre ces bornes20et21, l'élément de stockage d'énergie23comporte un ou plusieurs supercondensateurs24.Between these terminals 20 and 21 , the energy storage element 23 includes one or more supercapacitors 24 .
Conformément à l'invention, le supercondensateur24est connecté en série avec au moins une résistance25, elle-même montée en parallèle avec des moyens de court-circuit26de la résistance25.In accordance with the invention, supercapacitor 24 is connected in series with at least one resistor 25 , itself connected in parallel with short-circuit means 26 of resistor 25 .
Ainsi, lorsque l'élément de stockage d'énergie23est branché sur la tensionVbattalors que le premier convertisseur18est en fonctionnement, les moyens de court-circuit26sont configurés pour être ouverts lors d'une première phaseP1de charge du supercondensateur24, de sorte à éviter de mettre en court-circuit le premier convertisseur18car le supercondensateur24est complétement déchargé au démarrage. Lorsque la tension aux bornes de la résistance25est inférieure à une valeur seuil, les moyens de court-circuit26sont fermés de sorte à court-circuiter la résistance25.Thus, when the energy storage element 23 is connected to the voltage Vbatt while the first converter 18 is in operation, the short-circuit means 26 are configured to be open during a first phase P1 of charging the supercapacitor 24 , so as to avoid short-circuiting the first converter 18 because the supercapacitor 24 is completely discharged on start-up. When the voltage across resistor 25 is lower than a threshold value, short-circuit means 26 are closed so as to short-circuit resistor 25 .
Ainsi, l'élément de stockage d'énergie23peut être utilisé pour remplacer un élément de stockage d'énergie intégrant une batterie au lithium ion, et cet élément de stockage d'énergie23ne modifie pas le comportement du premier convertisseur18par rapport à l’élément de stockage d’énergie23.Thus, the energy storage element 23 can be used to replace an energy storage element integrating a lithium ion battery, and this energy storage element 23 does not modify the behavior of the first converter 18 with respect to to the energy storage element 23 .
L'alimentation sauvegardée10comporte également un organe de supervision17configuré pour tester régulièrement le niveau de charge de l'élément de stockage d'énergie23. Pour ce faire, l’organe de supervision17commande, par le signalCom, le niveau de tension délivré par le premier convertisseur18de sorte à diminuer la tension délivrée par ledit premier convertisseur18légèrement en dessous de la tensionVbatt, par exemple à 15,5 V. Avec cette tension de 15,5 V, même si l’élément de stockage d'énergie23est complètement déchargé, le second convertisseur19est capable de fournir le niveau de tensionVsrequis par la charge12. Cette diminution de tension sert à mesurer la tension en entrée du second convertisseur19, par le signalMes(tension), pour constater si l’élément de stockage d'énergie23est capable de se décharger pour compenser la baisse de tension entre la tension nominale de 16 V et la tension de consigne de 15,5 V.The backed up power supply 10 also comprises a supervision unit 17 configured to regularly test the charge level of the energy storage element 23 . To do this, the supervisory unit 17 controls, by the signal Com , the voltage level delivered by the first converter 18 so as to reduce the voltage delivered by the said first converter 18 slightly below the voltage Vbatt , for example to 15.5 V. With this voltage of 15.5 V, even if the energy storage element 23 is completely discharged, the second converter 19 is capable of supplying the voltage level Vs required by the load 12 . This decrease in voltage is used to measure the voltage at the input of the second converter 19 , by the signal Mes (voltage), to ascertain whether the energy storage element 23 is capable of discharging to compensate for the drop in voltage between the voltage nominal of 16 V and the set voltage of 15.5 V.
L’élément de stockage d'énergie23est considéré comme fonctionnel si, lors d’une diminution de tension à 15,5 V, le signalMesest de 16 V. Ainsi, l'élément de stockage d'énergie23de l'invention se comporte comme un élément de stockage d'énergie230intégrant une batterie au lithium ion240de l'état de la technique, à ceci près que les cycles répétés de tests, tels qu’imposés par la règlementation, dégradent moins la durée de vie de l'élément de stockage d'énergie23car celui-ci intègre un ou plusieurs supercondensateurs24.The energy storage element 23 is considered functional if, during a voltage decrease to 15.5 V, the signal Mes is 16 V. Thus, the energy storage element 23 of the invention behaves like an energy storage element 230 integrating a lithium ion battery 240 of the state of the art, except that the repeated cycles of tests, as imposed by the regulations, degrade less the duration of life of the energy storage element 23 because the latter incorporates one or more supercapacitors 24 .
La figure 3 illustre un exemple de réalisation d'un élément de stockage d'énergie23comportant sept supercondensateursC1àC7connectés en série pour augmenter la capacité totale de charge et de décharge. Par exemple, chaque supercondensateurC1àC7peut présenter une capacité comprise entre 10 et 20 F, typiquement 15 F. Ces supercondensateursC1àC7sont connectés en série sur la première borne20de l'élément de stockage d'énergie23. Ces supercondensateursC1àC7sont également connectés en série avec trois résistancesR8àR10jusqu'à la seconde borne21.FIG. 3 illustrates an embodiment of an energy storage element 23 comprising seven supercapacitors C1 to C7 connected in series to increase the total charge and discharge capacity. For example, each supercapacitor C1 to C7 can have a capacitance of between 10 and 20 F, typically 15 F. These supercapacitors C1 to C7 are connected in series on the first terminal 20 of the energy storage element 23 . These supercapacitors C1 to C7 are also connected in series with three resistors R8 to R10 up to the second terminal 21 .
La tension aux bornes de l'ensemble des supercondensateursC1àC7est notéeVc ,alors que le courant traversant ces supercondensateursC1àC7est notéIc. De même, la tension aux bornes des trois résistancesR8àR10est notéeVralors que le courant traversant ces trois résistancesR8àR10est notéIr. De préférence, ces résistancesR8àR10présentent une valeur totale comprise entre 10 et 200 Ω, par exemple 66 Ω au moyens de trois résistancesR8àR10de 22 Ω chacune connectées en série.The voltage across the terminals of all the supercapacitors C1 to C7 is denoted Vc , while the current flowing through these supercapacitors C1 to C7 is denoted Ic . Similarly, the voltage across the terminals of the three resistors R8 to R10 is denoted Vr while the current crossing these three resistors R8 to R10 is denoted Ir . Preferably, these resistors R8 to R10 have a total value of between 10 and 200 Ω, for example 66 Ω by means of three resistors R8 to R10 of 22 Ω each connected in series.
Les moyens de court-circuit26sont connectés en parallèle des résistancesR8àR10. Ces moyens de court-circuit26peuvent être réalisés par un interrupteur commandé, tel qu'illustré sur la figure 2. De préférence, les moyens de court-circuit sont réalisés par un premier transistorQ1, par exemple un transistor MOSFET de canal N, dont la source est connectée à la seconde borne21, dont le drain est connecté sur un nœudNoreliant les supercondensateursC1àC7et les résistancesR8àR10, et dont la grille est commandée en fonction de la tensionVraux bornes des résistancesR8àR10.Short-circuit means 26 are connected in parallel with resistors R8 to R10 . These short-circuit means 26 can be produced by a controlled switch, as illustrated in FIG. 2. Preferably, the short-circuit means are produced by a first transistor Q1 , for example an N-channel MOSFET transistor, whose source is connected to the second terminal 21 , whose drain is connected to a node No connecting the supercapacitors C1 to C7 and the resistors R8 to R10 , and whose gate is controlled according to the voltage Vr at the terminals of the resistors R8 to R10 .
La tension de la grille de ce premier transistorQ1est commandée par un second transistorQ2, par exemple bipolaire de type NPN, dont l'émetteur est relié à la première borne20et le collecteur est relié à la seconde borne21par deux résistancesR14etR15montées en série. Les deux résistancesR14etR15présentent préférentiellement une valeur identique comprise entre 1 et 5 kΩ, par exemple une valeur de 2,2 kΩ. Plus précisément, la tension de grille du transistorQ1est appliquée à travers une résistanceR12connectée entre la grille du transistorQ1et entre les deux résistancesR14etR15. Cette résistanceR12peut présenter une valeur comprise entre 50 et 500 kΩ, par exemple une valeur de 100 kΩ.The voltage of the gate of this first transistor Q1 is controlled by a second transistor Q2 , for example bipolar of the NPN type, whose emitter is connected to the first terminal 20 and the collector is connected to the second terminal 21 by two resistors R14 and R15 mounted in series. The two resistors R14 and R15 preferably have an identical value between 1 and 5 kΩ, for example a value of 2.2 kΩ. More precisely, the gate voltage of transistor Q1 is applied through a resistor R12 connected between the gate of transistor Q1 and between the two resistors R14 and R15 . This resistor R12 can have a value between 50 and 500 kΩ, for example a value of 100 kΩ.
La tension de la grille du transistorQ2est commandée par au moins une diodeD1connectée en série avec une résistanceR11sur le nœudNo. La résistanceR11permet de limiter le courant au niveau de la base du second transistorQ2. De préférence, cette résistanceR11présente une valeur comprise entre 50 et 200 kΩ, par exemple 100 kΩ.The gate voltage of transistor Q2 is controlled by at least one diode D1 connected in series with a resistor R11 on node No. Resistor R11 makes it possible to limit the current at the level of the base of the second transistor Q2 . Preferably, this resistor R11 has a value between 50 and 200 kΩ, for example 100 kΩ.
Pour faire en sorte que le premier transistorQ1commute après le second transistorQ2, un condensateurC8est monté entre la grille et la source du premier transistorQ1. De préférence, ce condensateurC8présente une capacité comprise entre 0.5 et 2 mF, par exemple 1 mF. Pour éviter que les transitions des transistorsQ1etQ2soient uniquement commandées par l'état passant ou bloqué de la diodeD1, il est préférable d'utiliser un montage intégrant au moins deux diodesD1etD2de sorte à présenter deux seuils de commutation distincts.To ensure that the first transistor Q1 switches after the second transistor Q2 , a capacitor C8 is connected between the gate and the source of the first transistor Q1 . Preferably, this capacitor C8 has a capacitance of between 0.5 and 2 mF, for example 1 mF. To prevent the transitions of transistors Q1 and Q2 from being controlled solely by the on or off state of diode D1 , it is preferable to use an assembly integrating at least two diodes D1 and D2 so as to present two distinct switching thresholds .
Un premier seuil de commutation est commandé par la diodeD1, par exemple au niveau de 13 V. Un second seuil de commutation est obtenu par une diodeD2connectée, d’une part, entre la résistanceR11et la diodeD1et, d’autre part, sur le drain d’un troisième transistorQ3, par exemple un transistor MOSFET de canal N. Le niveau de commutation de ce second seuil est par exemple de 11 V. La source de ce troisième transistorQ3est sur nœudNo. Ce troisième transistorQ3est commandé en fonction d’une tension de grille par l’intermédiaire d’une résistanceR16connectée entre les résistancesR15etR14. De préférence, cette résistanceR16présente une valeur égale aux résistancesR15etR14, par exemple une valeur comprise entre 1 et 5 kΩ.A first switching threshold is controlled by diode D1 , for example at the level of 13 V. A second switching threshold is obtained by a diode D2 connected, on the one hand, between resistor R11 and diode D1 and, on the other hand, on the other hand, on the drain of a third transistor Q3 , for example an N-channel MOSFET transistor. The switching level of this second threshold is for example 11 V. The source of this third transistor Q3 is on node No. This third transistor Q3 is controlled according to a gate voltage via a resistor R16 connected between resistors R15 and R14 . Preferably, this resistor R16 has a value equal to resistors R15 and R14 , for example a value between 1 and 5 kΩ.
Lorsque la diodeD1devient passante, c’est-à-dire lorsque la tensionVraux bornes des résistancesR8-R10est inférieure à 13.7 V (13 V + 0.7 V) et que la tension entre la grille et l’émetteur du second transistorQ2est de 0.7 V, le second transistorQ2devient également passant.When diode D1 becomes conductive, i.e. when voltage Vr across resistors R8 - R10 is less than 13.7 V (13 V + 0.7 V) and the voltage between the gate and the emitter of the second transistor Q2 is 0.7 V, the second transistor Q2 also turns on.
Lorsque le second transistorQ2devient passant, le pont diviseur de tension formé par les résistancesR14-R16entraine également le troisième transistorQ3dans l’état passant, si bien que la diodeD2devient passante.When the second transistor Q2 turns on, the voltage divider bridge formed by the resistors R14 - R16 also drives the third transistor Q3 into the on state, so that the diode D2 turns on.
Ce montage permet de former une hystérésis entre les seuils de commutation des diodesD1etD2. De préférence, les deux diodesD1etD2sont constituées de diodes Zenner.This assembly makes it possible to form a hysteresis between the switching thresholds of the diodes D1 and D2 . Preferably, the two diodes D1 and D2 consist of Zenner diodes.
Un condensateurC9est monté entre la grille et la source du troisième transistorQ3pour filtrer les perturbations pouvant intervenir dans les transitions du troisième transistorQ3. De préférence, ce condensateurC9présente une capacité comprise entre 50 et 500 nF, par exemple 100 nF.A capacitor C9 is mounted between the gate and the source of the third transistor Q3 to filter the disturbances which may occur in the transitions of the third transistor Q3 . Preferably, this capacitor C9 has a capacitance of between 50 and 500 nF, for example 100 nF.
En outre, pour équilibrer la tension entre les supercondensateursC1-C7, chaque supercondensateurC1-C7est connecté en parallèle avec une résistanceR1-R7. Pour ce faire, ces résistancesR1àR7présentent des valeurs identiques, de préférence comprises entre 1 et 10 kΩ, par exemple 4,7 kΩ.Also, to balance the voltage between the supercapacitors C1 - C7 , each supercapacitor C1 - C7 is connected in parallel with a resistor R1 - R7 . To do this, these resistors R1 to R7 have identical values, preferably between 1 and 10 kΩ, for example 4.7 kΩ.
Tel qu'illustré sur les figures 4 et 5, lorsque les supercondensateursC1àC7sont complètement déchargés et que l'élément de stockage d'énergie23est connecté entre une tension continueVbattde 16 V et une tension de référenceVrefde 0 V, la tensionVraux bornes des résistancesR8àR10est tout d'abord égale à la tensionVbattalors que la tensionVcaux bornes des supercondensateursC1àC7est nulle. Les courantsIcetIrtraversant respectivement les supercondensateursC1àC7et les résistancesR8àR10dépendent de la valeur totale des résistancesR8àR10. Avec trois résistancesR8àR10de 22 Ω, la résistance totale est égale à 66 Ω et les courantsIcetIrsont environ de 240 mA.As shown in Figures 4 and 5, when the supercapacitors C1 to C7 are fully discharged and the energy storage element 23 is connected between a DC voltage Vbatt of 16 V and a reference voltage Vref of 0 V , voltage Vr across resistors R8 to R10 is first of all equal to voltage Vbatt while voltage Vc across supercapacitors C1 to C7 is zero. Currents Ic and Ir flowing through supercapacitors C1 to C7 and resistors R8 to R10 respectively depend on the total value of resistors R8 to R10 . With three resistors R8 to R10 of 22 Ω, the total resistance is equal to 66 Ω and the currents Ic and Ir are approximately 240 mA.
Dans la première phaseP1, tous les transistorsQ1-Q3et les diodesD1-D2sont bloqués, les supercondensateursC1àC7se chargent progressivement, entrainant une augmentation de la tensionVcaux bornes des supercondensateursC1àC7en même temps qu’une diminution de la tensionVraux bornes des résistancesR8àR10.In the first phase P1 , all the transistors Q1 - Q3 and the diodes D1 - D2 are blocked, the supercapacitors C1 to C7 gradually charge, causing an increase in the voltage Vc across the terminals of the supercapacitors C1 to C7 at the same time as a decrease in voltage Vr across resistors R8 to R10 .
Cette première phaseP1prend fin lorsque la tension aux bornes des résistancesR8àR10est inférieure à 2.3 V (16 V – 13,7 V) alors que la tension aux bornes des supercondensateursC1àC7est de 13,7 V. Les courantsIcetIrsont toujours identiques dans cette première phaseP1et ils dépendent de la tension aux bornes des résistancesR8àR10. Ainsi, les courantsIcetIrdécroissent de manière logarithmique de 240 mA à 34 mA.This first phase P1 ends when the voltage across the terminals of resistors R8 to R10 is less than 2.3 V (16 V – 13.7 V) while the voltage across the terminals of supercapacitors C1 to C7 is 13.7 V. The currents Ic and Ir are always identical in this first phase P1 and they depend on the voltage across resistors R8 to R10 . Thus, currents Ic and Ir decrease logarithmically from 240 mA to 34 mA.
Lorsque la tension aux bornes des résistancesR8àR10est de 2.3 V, la tension aux bornes de la diodeD1est de 13V en considérant une tension de 0.7 V entre la base et l’émetteur du second transistorQ2. La diodeD1est donc passante, imposant une tension suffisante sur la base du second transistorQ2pour qu’il commute dans l’état passant. La tensionVbattest alors connectée à la base des transistorQ1etQ3par l’intermédiaire respectivement des deux ponts diviseurs de tension formés par les résistancesR12,R14-R16.When the voltage at the terminals of resistors R8 to R10 is 2.3 V, the voltage at the terminals of diode D1 is 13V considering a voltage of 0.7 V between the base and the emitter of the second transistor Q2 . Diode D1 is therefore on, imposing a sufficient voltage on the base of second transistor Q2 for it to switch to the on state. Voltage Vbatt is then connected to the base of transistors Q1 and Q3 respectively via the two voltage divider bridges formed by resistors R12 , R14 - R16 .
Le premier transistorQ1commute donc également dans l’état passant, ce qui a pour effet de court-circuiter les résistancesR8àR10. La tension aux bornes des résistancesR8àR10est donc égale à la tensionVdsentre la source et le drain du premier transistorQ1après la commutation du premier transistorQ1de l’état bloqué à l’état passant.The first transistor Q1 therefore also switches to the on state, which has the effect of short-circuiting the resistors R8 to R10 . The voltage across the resistors R8 to R10 is therefore equal to the voltage Vds between the source and the drain of the first transistor Q1 after the switching of the first transistor Q1 from the off state to the on state.
En outre, la commutation du troisième transistorQ3a pour effet d’autoriser le fonctionnement de la diodeD2, qui a un seuil de transition de 11 V au lieu du seuil de 13 V de la diodeD1.In addition, the switching of the third transistor Q3 has the effect of authorizing the operation of the diode D2 , which has a transition threshold of 11 V instead of the 13 V threshold of the diode D1 .
Il s’ensuit que la diodeD2ne devient bloquée que si la tension à ses bornes est inférieure à 11V, ce qui correspond à une tension de 4.3 V (16 V – 0,7 V – 11 V) aux bornes des résistancesR8àR10.It follows that diode D2 becomes blocked only if the voltage across its terminals is less than 11V, which corresponds to a voltage of 4.3 V (16 V – 0.7 V – 11 V) across resistors R8 at R10 .
Ainsi, même si la tension aux bornes des résistancesR8àR10fluctue lors des transitions des transistorsQ1àQ3, la tension aux bornes des résistancesR8àR10demeure inférieure à 4.3V et les transistorsQ1àQ3demeurent passants même si la diodeD1devient bloquée lorsque la tension aux bornes des résistancesR8àR10est comprise entre 2.3 V et 4.3 V.Thus, even if the voltage across resistors R8 to R10 fluctuates during the transitions of transistors Q1 to Q3 , the voltage across resistors R8 to R10 remains below 4.3V and transistors Q1 to Q3 remain on even if diode D1 becomes blocked when the voltage across resistors R8 to R10 is between 2.3 V and 4.3 V.
Lors de la seconde phaseP2, le courant dans les supercondensateursC1àC7devient équivalent au courant maximum fourni au niveau de la première borne20, par exemple 1 A. Au cours de cette seconde phaseP2, les supercondensateursC1àC7se chargent de manière linéaire jusqu'à atteindre la tension de chargeVbatt–Vds.During the second phase P2 , the current in the supercapacitors C1 to C7 becomes equivalent to the maximum current supplied at the level of the first terminal 20 , for example 1 A. During this second phase P2 , the supercapacitors C1 to C7 are responsible for linearly until the charging voltage Vbatt – Vds is reached.
La seconde phaseP2se termine lorsque la tension aux bornes des supercondensateursC1àC7est égale à la tension de chargeVbatt–Vds.The second phase P2 ends when the voltage across the terminals of the supercapacitors C1 to C7 is equal to the charging voltage Vbatt – Vds .
Dans la troisième phaseP3, la tension aux bornes des supercondensateursC1àC7est constante et égale àVbatt–Vds.In the third phase P3 , the voltage across the terminals of supercapacitors C1 to C7 is constant and equal to Vbatt – Vds .
Dans l’alimentation sauvegardée10de la figure 2, cet élément de stockage d'énergie23peut donc se décharger lorsque le premier convertisseur18fait défaut, c'est-à-dire lorsque la tension fournit par le secteur au niveau de l'entrée15n'est pas suffisante ou que l'organe de supervision17commande une diminution de la tension en sortie du premier convertisseur18pour tester l’élément de stockage d'énergie23. Au cours de ces phases, l'ensemble de supercondensateursC1àC7se décharge de manière classique en répondant aux besoins de la charge12pour fournir une tensionVbattconstante, quelles que soient les fluctuations de la tensionVbatten sortie du premier convertisseur18.In the saved power supply 10 of FIG. 2, this energy storage element 23 can therefore be discharged when the first converter 18 fails, that is to say when the voltage supplied by the mains at the level of the input 15 is not sufficient or that the supervision unit 17 commands a decrease in the voltage at the output of the first converter 18 to test the energy storage element 23 . During these phases, the set of supercapacitors C1 to C7 discharges in a conventional manner by meeting the needs of the load 12 to supply a constant voltage Vbatt , whatever the fluctuations of the voltage Vbatt at the output of the first converter 18 .
L'invention permet ainsi d'obtenir un élément de stockage d'énergie23qui peut remplacer un élément de stockage d'énergie de l'état de la technique intégrant une batterie au lithium ion sans qu'il soit nécessaire de redémarrer l’alimentation sauvegardée10lors de l’installation de l’élément de stockage d'énergie23, et sans qu'il soit nécessaire de modifier la structure de l'alimentation sauvegardée.The invention thus makes it possible to obtain an energy storage element 23 which can replace an energy storage element of the state of the art integrating a lithium ion battery without it being necessary to restart the power supply. saved 10 during the installation of the energy storage element 23 , and without it being necessary to modify the structure of the saved power supply.
Ainsi, l’invention peut être utilisée pour remplacer un élément de stockage d'énergie23intégrant une batterie au lithium ion d’une alimentation sauvegardée existante par un élément de stockage d'énergie23conforme à l’invention.Thus, the invention can be used to replace an energy storage element 23 integrating a lithium ion battery of an existing backed-up power supply with an energy storage element 23 in accordance with the invention.
Claims (10)
–une première borne (20) destinée à être connectée à une tension continue (Vbatt);
–une seconde borne (21) destinée à être connectée à une tension de référence (Vref) ; et
–au moins un supercondensateur (24, C1-C7) connecté entre ladite première borne (20) et ladite seconde borne (21);
caractérisé en ce que ledit au moins un supercondensateur (24, C1-C7) est connecté en série avec au moins une résistance (25, R8-R10) entre la première borne (20) et la seconde borne(21), ladite au moins une résistance (25, R8-R10) étant connectée en parallèle avec des moyens de court-circuit (26, Q1) configurés pour court-circuiter ladite au moins une résistance (25, R8-R10) lorsque la tension (Vr) aux bornes de ladite au moins une résistance (25, R8-R10) est inférieure à une valeur seuil. Element ofstorageof electrical energy (23) comprising:
–a first terminal (20) intended to be connected to a DC voltage (Vbatt);
–a second terminal (21) intended to be connected to a reference voltage (Vref); And
-at least one supercapacitor (24, C1-C7) connected between said first terminal (20) and said second terminal (21);
characterized in that said at least one supercapacitor (24, C1-C7) is connected in series with at least one resistor (25, R8-R10) between the first terminal (20) and the second terminal (21), said at least one resistor (25 , R8-R10) being connected in parallel with short-circuit means (26, Q1) configured to short-circuit said at least one resistor (25, R8-R10) when the voltage (Vr) across said at least a resistor (25, R8-R10) is below a threshold value.
la grille dudit premier transistor (Q1) étant commandée par un second transistor (Q2) dont l’émetteur est relié à la première borne (20) et le collecteur est relié à la seconde borne (21) par deux résistances (R14-R15) montées en série, la grille dudit premier transistor (Q1) étant connectée sur une résistance (R12), elle-même connectée entre les deux résistances (R14-R15) montées en série entre ledit collecteur et ladite seconde borne (21);
la base dudit second transistor (Q2) étant reliée entre ledit au moins un supercondensateur (24, C1-C7) et ladite au moins une résistance (25, R8-R10) par l’intermédiaire d’au moins une diode (D1). Electrical energy storage element according to claim 1, in which the short-circuit means consist of a first transistor (Q1) whose source is connected to the second terminal (21), whose drain is connected between the at least one supercapacitor (24, C1-C7) and the at least one at least one resistor (25, R8-R10), and the gate of which is controlled as a function of said voltage (Vr) across the terminals of said at least one resistor (25, R8-R10);
the gate of said first transistor (Q1) being controlled by a second transistor (Q2) whose emitter is connected to the first terminal (20) and the collector is connected to the second terminal (21) by two resistors (R14-R15) connected in series, the gate of said first transistor (Q1) being connected to a resistor (R12), itself connected between the two resistors (R14-R15) connected in series between said collector and said second terminal (21);
the base of said second transistor (Q2) being connected between said at least one supercapacitor (24, C1-C7) and said at least one resistor (25, R8-R10) via at least one diode (D1).
–une entrée (15) destinée à être connectée à un réseau électrique d'un bâtiment ou d'une agglomération à une tension donnée;
–une sortie (16) destinée à être connectée à une charge (12) pour alimenter et protéger cette charge (12) d'une coupure d'alimentation;
–un premier convertisseur de tension (18) configuré pour transformer ladite tension de l'entrée (15) en une tension continue (Vbatt);
–un second convertisseur de tension (19) configuré pour transformer ladite tension continue(Vbatt) et obtenir une tension (Vs) au niveau de ladite sortie (16); et
–un élément de stockage d’énergie électrique (23) selon l’une des revendications 1 à 9 connecté entre ladite tension continue (Vbatt) et une tension de référence. Saved power supply (10) comprising:
–an input (15) intended to be connected to an electrical network of a building or an agglomeration at a given voltage;
–an exit (16) intended to be connected to a load (12) to supply and protect this load (12) from a power cut;
–a first voltage converter (18) configured to transform said input voltage (15) into a DC voltage (Vbatt);
–a second voltage converter (19) configured to transform said DC voltage (Vbatt) and obtain a voltage (Vs) at said output (16); And
-an electrical energy storage element (23) according to one of claims 1 to 9 connected between said DC voltage (Vbatt) and a reference voltage.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR2000579A FR3106447B1 (en) | 2020-01-21 | 2020-01-21 | ELECTRICAL ENERGY STORAGE ELEMENT AND ASSOCIATED SAFEGUARDED POWER SUPPLY |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR2000579A FR3106447B1 (en) | 2020-01-21 | 2020-01-21 | ELECTRICAL ENERGY STORAGE ELEMENT AND ASSOCIATED SAFEGUARDED POWER SUPPLY |
FR2000579 | 2020-01-21 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FR3106447A1 true FR3106447A1 (en) | 2021-07-23 |
FR3106447B1 FR3106447B1 (en) | 2022-01-14 |
Family
ID=70154672
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FR2000579A Active FR3106447B1 (en) | 2020-01-21 | 2020-01-21 | ELECTRICAL ENERGY STORAGE ELEMENT AND ASSOCIATED SAFEGUARDED POWER SUPPLY |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
FR (1) | FR3106447B1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5726849A (en) * | 1993-04-19 | 1998-03-10 | Fujitsu Limited | Input overcurrent suppression circuit |
US5973419A (en) * | 1997-09-23 | 1999-10-26 | International Business Machines Corporation | Circuit and method of operation to control in-rush current and maintain power supply voltage to peripheral devices in an information system |
DE102011055664A1 (en) * | 2011-11-24 | 2013-05-29 | Vossloh-Schwabe Deutschland Gmbh | Direct current voltage supply device for supplying direct current to e.g. incandescent lamp, has starting current limiter circuit connected in series with capacitor and series circuit and parallel to load and direct current voltage source |
CN206099508U (en) * | 2016-08-26 | 2017-04-12 | 江苏大运信息科技股份有限公司 | DC voltage stabilizing circuit of DC step -down type UPS power |
-
2020
- 2020-01-21 FR FR2000579A patent/FR3106447B1/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5726849A (en) * | 1993-04-19 | 1998-03-10 | Fujitsu Limited | Input overcurrent suppression circuit |
US5973419A (en) * | 1997-09-23 | 1999-10-26 | International Business Machines Corporation | Circuit and method of operation to control in-rush current and maintain power supply voltage to peripheral devices in an information system |
DE102011055664A1 (en) * | 2011-11-24 | 2013-05-29 | Vossloh-Schwabe Deutschland Gmbh | Direct current voltage supply device for supplying direct current to e.g. incandescent lamp, has starting current limiter circuit connected in series with capacitor and series circuit and parallel to load and direct current voltage source |
CN206099508U (en) * | 2016-08-26 | 2017-04-12 | 江苏大运信息科技股份有限公司 | DC voltage stabilizing circuit of DC step -down type UPS power |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR3106447B1 (en) | 2022-01-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1854165B1 (en) | Method for the balanced charging of a lithium-ion or lithium-polymer battery | |
EP1685622B3 (en) | Equilibrated charging method for a lithium-ion or lithium-polymer battery | |
WO2015121564A1 (en) | Dc voltage supply system configured to precharge a smoothing capacitor before supplying a load | |
FR2722031A1 (en) | REGULATOR DEVICE FOR ELECTRICAL BATTERY | |
EP2567443A2 (en) | Balancing system for power battery and corresponding load balancing method | |
EP0847124B1 (en) | Emergency power system for providing temporary power in case of failure of a principal power source | |
EP2416468A2 (en) | Method for balancing a battery and battery management system implementing such a method | |
FR2908939A1 (en) | Main power bus voltage regulation assuring device for satellite, has control signal generating unit for generating control signal determining closing and opening of switch in specific cases | |
EP1825557B1 (en) | Method for controlling a rechargeable battery and rechargeable battery for carrying out said method | |
EP2363939B1 (en) | AC uninterruptible power supply for an installation and method therefor | |
FR2970123A1 (en) | CIRCUIT FOR PROTECTING A THIN FILM BATTERY | |
WO2022023203A9 (en) | Semi-modular accumulator battery management system | |
FR3106447A1 (en) | ELECTRICAL ENERGY STORAGE ELEMENT AND ASSOCIATED SAFEGUARDED POWER SUPPLY | |
FR3036862A1 (en) | SAFETY DEVICE AND METHOD FOR STARTER DEVICES ("BOOSTERS") OF MOTOR VEHICLES REQUIRING AN ELECTRIC STARTING OR STARTING POWER SOURCE | |
WO2022023204A1 (en) | Battery management system | |
FR3066269A1 (en) | SYSTEM FOR MEASURING THE POWER LEVEL OF AN AMBIAN ENERGY SOURCE | |
FR2957469A1 (en) | LED light emitter's failure status storage system for headlight of vehicle, has switching units authorizing and prohibiting power supply of power circuit and control units in closed and open states, respectively | |
FR2849298A1 (en) | DEVICE FOR MONITORING THE CHARGE STATE, AT CONSTANT VOLTAGE, OF A BATTERY ASSEMBLY WITH SECONDARY ELECTROCHEMICAL GENERATORS | |
WO2023280727A1 (en) | Module for detecting a voltage interruption of a motor vehicle battery | |
EP4167425A1 (en) | Power supply device and method for managing such a device | |
EP3979282A1 (en) | Communication device for electrical switching device | |
FR3112868A1 (en) | ASSEMBLY COMPRISING A PLC, AN EXTERNAL POWER SUPPLY AND A MAIN POWER SOURCE | |
FR2978625A1 (en) | METHOD AND DEVICE FOR BALANCING BATTERIES OF ELECTRIC STORAGE BATTERIES | |
FR2875963A1 (en) | Electric energy storage unit e.g. battery, operation control system for hybrid motorization unit, has limiting units to limit charging power of storage units, when storage units` charging state is greater than maximum nominal charging state | |
FR2907981A1 (en) | Electrical energy storing device for air data computer of aircraft, has charging device, and controller controlling opening of control switch for causing discharging of energy towards energy reserves via diode by secondary winding |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 2 |
|
PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20210723 |
|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 3 |
|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 4 |
|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 5 |