WO2011121569A2 - Système de gestion d'une association série d'éléments de génération ou de stockage d'énergie électrique base sur une pluralité de bras d'onduleur de courant. - Google Patents

Système de gestion d'une association série d'éléments de génération ou de stockage d'énergie électrique base sur une pluralité de bras d'onduleur de courant. Download PDF

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power
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Jean-Christophe Crebier
Alexandre Chureau
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Institut Polytechnique De Grenoble
Centre National De La Recherche Scientifique
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the invention relates to a management system for a series of generation and / or storage of electrical energy elements, such as accumulators, or electrochemical accumulator cells, or supercapacitors, or photovoltaic cells. .
  • the invention also relates to a series association of generation and / or electrical energy storage elements provided with such a management system. It also relates to the use of such a system for balancing in voltage and / or charge level a series combination of electrochemical storage elements of electrical energy, to balance and sustain current, or to short-circuit totally or partially a solar panel. All these operations - load balancing and / or voltage balancing and / or current support, shorting - are collectively referred to as the general term "management".
  • electrochemical batteries generally have a modular structure.
  • the basic element consists of an individual accumulator A, comprising a single electrochemical cell.
  • Several accumulators connected in parallel form a "storage cell” CA; such a cell provides a voltage equal to that of an individual accumulator, but a larger current.
  • CA storage cell
  • modules To raise the voltage level supplied by the battery, several accumulator cells are connected in series, forming a so-called “module” M.
  • modules can in turn be connected in series to form what is called a "stack" S.
  • a complete battery BATT is formed by a plurality of stacks connected in parallel.
  • the system of the invention aims in particular to allow the balancing voltage and / or load of different elements (cells, modules) of a battery which are connected in series with each other.
  • FIG. 2A shows a battery formed by a series of four cells, CA1, CA2, CA3 and CA4, which is connected to a current generator to be charged.
  • the four cells should be charged at the same voltage equal to 4V for an overall voltage of 16V across the battery.
  • the elements CA1 and CA4 are charged at a voltage lower than the nominal value of 4V, while the element CA2 is charged to a substantially higher value (4.3V), capable of 'to damage.
  • the CA4 element is only charged at a voltage of 3.8 V; this element is therefore likely to be brought, after prolonged use, into a state of deep discharge - equally prejudicial - which could not be detected by the measurement of the single voltage across the series association.
  • FIG. 2B shows such a series association of PV photovoltaic cells PV N , represented by inverted polarization diodes.
  • a maximum power-point tracker (MPPT) module connected in series to the cells, determines the intensity of the current flowing in the series association so as to maximize the power generated. by photovoltaic effect.
  • MPPT maximum power-point tracker
  • the curve CIV1 shows the characteristic voltage (V) - current (I) of the photovoltaic cells exposed to the same luminous flux
  • the curve CIV2 shows the characteristic of a cell which, from a moment T, is exposed to a lower luminous flux, for example because of a soiling.
  • the MPPT module imposes a current IOP TI through the series association, and a potential difference V 0 P T I at the terminals of each cell, such as
  • the state of the art comprises several management systems, and in particular voltage balancing, for electrochemical storage elements of electrical energy.
  • the most common balancing systems are passive or dissipative. In the charging phase, these systems measure constantly or periodically the potential difference across each of the elements connected in series and drift towards a dissipation resistor the current that can no longer be absorbed by the elements of lesser capacity. It is understood that these systems lead to energy losses that are difficult to accept; in the event of significant dispersion of the characteristics of the different electrochemical elements, the size of the heat sinks can become prohibitive. The discharge of the battery must be stopped when the elements of smaller capacity have reached their lower limit of voltage; this means that the storage capacity of the battery is limited by that of its worst elements.
  • Balancing systems known from the prior art comprise several reactive elements, in particular inductors and / or magnetic couplers.
  • their active components are difficult to integrate, particularly in high power applications, where vertical structure devices must be used. Therefore these systems are complex and cumbersome.
  • the invention aims to remedy - in whole or in part - the aforementioned drawbacks of the prior art.
  • An object of the invention is a management system of a series association of elements for generating or storing electrical energy according to claim 1, characterized in that it comprises:
  • a first and a second power bar connected to each other via a series inductor
  • each of said arms being constituted by two bidirectional voltage switches connected in series with each other by a point said midpoint of the arm;
  • An electrochemical battery comprising a series combination of electrochemical energy storage elements, connected to a management system as described above.
  • a photovoltaic panel comprising a series association of photovoltaic cells, connected to a management system as described above.
  • Figure 1 shows the modular structure of an electrochemical battery
  • Figure 2A illustrates the problem of voltage balancing in a series combination of electrochemical energy storage elements
  • Figures 2B and 2C illustrate the need for balancing in a series association of photovoltaic cells
  • FIG. 3 shows a general diagram of a management system according to one embodiment of the invention
  • FIGS. 4A, 4B and 4C illustrate the use of the management system of FIG. 3 to achieve a voltage balance of the elements of an electrochemical battery
  • FIGS. 5A and 5B illustrate the use of the management system of FIG. 3 for measuring the potential difference across the terminals.
  • FIGS. 6A, 6B, 17 and 18 illustrate the use of a management system according to FIG. 3, 13, 14A or 15A to achieve current balancing of photovoltaic cells of a solar panel;
  • FIG. 7 illustrates the use of the management system of FIG. 3 for blocking or bypassing a faulty photovoltaic cell in a solar panel
  • Fig. 8 shows a diagram of a current inverter arm of an embodiment of the management system of the invention
  • Figures 9 and 10 illustrate a partially integrated embodiment of said embodiment of Figure 8.
  • Fig. 11 shows a diagram of a current inverter arm of another embodiment of the management system of the invention.
  • Fig. 12 illustrates a partially integrated embodiment of said embodiment of Fig. 11;
  • FIG. 13 illustrates a variant of the management system of Figure 3
  • Figs. 14A-14C illustrate the structure and operation of a management system according to another embodiment of the invention
  • FIGS. 15A to 15C illustrate the structure and operation of a management system according to yet another embodiment of the invention.
  • FIGS. 16A to 16F illustrate the structure and operation of a management system according to yet another embodiment of the invention.
  • FIG. 3 shows a system according to one embodiment of the invention, applied to load balancing of a series association of N electrochemical storage elements of electrical energy (storage cells) CAi - CA N. Each element is connected in parallel with a respective capacitor Ci - CN having a low pass filtering function.
  • the elements CA-i-CA N are traversed by a charge current I C h or discharge Idch-
  • the actual management system consists of N + 1 current inverter arms connected between two power bars and B 2 , connected to each other via an inductor L.
  • Each current inverter arm consists of two bidirectional voltage switches connected in series, interconnected by a point called "midpoint" of the arm.
  • Bidirectional voltage switches are generally - but not necessarily - unidirectional current. In particular, they can allow an electric current to flow from the first power bar Bi (left in the figure) to the second power bar B 2 , but not in the opposite direction.
  • each bidirectional voltage and unidirectional current switch is represented by a controlled switch and a diode. It is indicated by TQ Î G and D i respectively the controlled switch and the diode series connection located on the left side (i.e. between the bar Bi and the point PM medium) of the i-th inverter arm , and by T D i and DD Î respectively the controlled switch and the diode located on the right side (ie between the midpoint PMi and the bar B 2 ) of the same arm.
  • the midpoint PMi of the first current inverter arm is connected - through not shown connectors - to the positive terminal of the first accumulator cell CA-i.
  • the midpoint PMN + I of the (N + 1) -th current inverter arm is connected to the negative terminal of the last (N-th) CA N cell.
  • the mid-point of the i-th current inverter arm ⁇ is connected between the negative terminal of the (i-1) -th battery cell CAM and the positive terminal of the (i ) -th CA cell ,.
  • the switches are controlled by a control module, analog or, preferably, digital, which is not shown in the figure.
  • FIGS. 4A, 4B, 4C illustrate the operation of the system of FIG. 3 in its application to the load balancing of the electrochemical battery formed by elements CAi-CA N.
  • the first balancing phase ends when the current li_ (t) reaches a higher threshold (which is illustrated in FIG. 4C by the switching of the signal SS 2 ).
  • a second balancing phase (FIG. 4B) only the switches Dc / Tc ] and D Dj + i Dj + i are closed.
  • the energy stored in the inductor L during the first phase can be discharged into the cell CAj.
  • the current IL (Î) decreases linearly.
  • the second balancing phase is triggered when the current li_ (t) reaches a lower threshold (which is illustrated in FIG. 4C by the switching of the signal SSi). The process can therefore start again cyclically.
  • any number of cells contiguous with each other can partially discharge through the inductor L.
  • the stored energy in said inductor may be injected into a plurality of contiguous cells.
  • the two balancing phases may have a fixed duration, determined in advance, instead of being triggered and stopped by detections of current thresholds. However, in this case it will be necessary to dimension the inductor L so as to ensure that it can not under any circumstances become saturated.
  • the "opening" of the switches does not always require the sending of a command to the controlled switches T G , T D : in certain operating configurations, the reverse bias of the diodes DQ, D D of certain current inverter arms may suffice.
  • the reverse bias of the diodes DQ, D D of certain current inverter arms may suffice.
  • the capacitors Ci - CN (which are not illustrated in FIGS. 4A - 4B so as not to weigh them down) serve essentially to filter the variations of current inside the CA - i - CA N cells. They also serve to limit the parasitic impedance of the switching meshes when the connections between said cells and the current inverter arms have a length exceeding a few millimeters.
  • the voltage equalization thus achieved is of the "forced" type: it requires that the under or overcharged accumulator cells are detected, and that the switches of the current inverter arms are controlled accordingly. It follows that efficient balancing requires frequent measurements of potential differences across said cells.
  • One of the advantages of the management system of the invention is to allow these measurements to be made without the need for dedicated components.
  • V Determining V, by measuring the time At, necessary for l (t) to change from a lower threshold value Is b to an upper threshold value Is h -
  • the elements need not necessarily all have the same level of nominal voltage. Thus, it is possible to perform balancing at variable nominal voltages taking into account the temperatures of different elements, or even manage an association of elements made in different technologies. In this case we will speak of "load level balancing" rather than voltage balancing.
  • Fig. 14A illustrates a management system according to another embodiment of the invention. This system differs from that of FIG. 3 in that the controlled switches T D and T G are bidirectional in voltage and current (no diodes in series) and in that a capacitor C is connected in series to the inductor L so as to form a resonant circuit.
  • FIG. 14A illustrates a management system according to another embodiment of the invention. This system differs from that of FIG. 3 in that the controlled switches T D and T G are bidirectional in voltage and current (no diodes in series) and in that a capacitor C is connected in series to the inductor L so as to form a resonant circuit.
  • FIG. 14A illustrates a management system according to another embodiment of the invention. This system differs from that of FIG. 3 in that the controlled switches T D and T G are bidirectional in voltage and current (no diodes in series) and in that a capacitor C is connected in series to the inductor L so as to form a resonant circuit.
  • a switch T D i ⁇ and a switch TGI, with k> l, are closed so as to allow the current II to flow in counter-clockwise (negative sign) to reload cells between CA k and CA
  • the controlled switches can advantageously be triacs, or antiparallel thyristor pairs (i.e. connected in parallel with a back-to-back orientation); thus, the opening of the switches is done automatically (without opening control) during the zero crossing of the current l L.
  • the embodiment of Figure 14A has a number of advantages over that of Figure 1. Firstly, the commutations are at zero current, which reduces the losses; this reduction in losses improves energy efficiency and increases the operating frequency, which in turn allows a reduction in the size of passive components. Secondly, the use of self-maintained and naturally-open controlled switches (triacs, thyristors) simplifies control, which can be pulse-driven; indeed, a triac becomes conductive by simple application of a voltage pulse on its trigger, unlike the case of a MOSFET in which the gate voltage must be maintained continuously. An optical control, via optocouplers also becomes possible.
  • FIG. 15A illustrates the embodiment variant illustrated in FIG. 15A, in which the capacitor C is connected to the inductor L via four unidirectional current-controlled switches. thyristors THi - TH 4 bridged. These four switches allow the flow of current through the capacitor in both directions, without, however, reversing the current in the inductor.
  • FIG. 15B illustrates the charging phase, with the switches THi and TH 3 closed and the switches TH 2 and TH 4 open
  • FIG. 15C the discharge phase, with the switches TH 1 and TH 3 open and the switches TH 2 and TH closed. Outside the bridge connection, the current always flows from the second to the first power bar; thus, the switches forming the inverter arms can be "two quadrants", for example thyristors.
  • FIG. 16A illustrates a complex management system consisting of four elementary management systems S1 - S4 of the type of Figure 3 (or 13) identical to each other and interleaved, whose midpoints of the corresponding inverter arms are connected together.
  • the control signals of the corresponding switches (for example: T G I 1 -TGI 4 ) are offset by a quarter cycle, as illustrated in FIG.
  • FIG. 16A is particularly advantageous if the inductors L 1 -L 4 of the different elementary systems are made on the same single ferromagnetic (FIG. 16C), ring (FIG. 16D) or multi-leg (FIG. winding direction of said inductors being opposed in pairs.
  • the windings are coupled in series.
  • each winding is associated with one leg and all the legs are in parallel, closed by common yokes, performing a coupling in parallel.
  • Cyclic cascade coupling illustrated in FIG.
  • Embodiments of Figures 16C-16E assume an even number of windings. Therefore, if the number N of cells or modules to be balanced is odd, it is necessary to use 2N elementary systems.
  • the cyclic cascade coupling (FIG. 16F) does not impose this constraint.
  • the system of the invention is also adapted to the balancing (or compensation) current of a series association of generation elements of electrical energy, in particular solar panels consisting of one (or more) series of photovoltaic cells PVi ... PV N.
  • the need for such balancing or compensation has been explained above with reference to Figures 2B and 2C.
  • FIGS. 6A and 6B illustrate the current balancing of a solar panel of which a cell (or group of contiguous cells) PVj is shaded or partially faulty.
  • An MPPT module sets an optimal I OPTI value of the current flowing through the different cells in series; as explained above, under these conditions, the shaded cell PVj consumes energy, instead of generating it.
  • switches DG / T G i and D DI + I Gi + 1 are closed.
  • the inductor L then behaves like a current generator connected in parallel with the shaded or faulty photovoltaic cell PV,; the latter must therefore provide only one current I OPT H L , which allows it to behave as a power generator.
  • the cycle must start again before the current l L has come down to a value too low.
  • the system of the invention also makes it possible to detect defective or shaded cells (or groups of cells). To test the operating state of the PV cell, it suffices to close the switches T G i and T D + 1 ) , which leads to the same configuration as that illustrated in FIG. 6B. If the cell functions as a generator, the diodes D G i and D D (i + i> are polarized inversely and no current flows in inductance L, on the other hand, if the cell is faulty or shaded and behaves like a consumer of electrical power, the diodes D G1 and D D (i + i) are directly polarized and a current I L flows in the inductance L.
  • This current I L increases in time until it stabilizes at a value such as that the voltage drop across the PV cell is equal to that at the terminals of the two diodes DG I and D D (i + i). assuming known the current-voltage characteristic of the cell, measuring the steady state value l L determines its shading level.
  • the operation can be repeated for all cells (or groups of cells) of the panel.
  • the system according to the invention can be used to detect a cell that would be "underused", that is to say that can generate a current - and therefore a power - greater than that imposed by the MPPT module.
  • a cell that would be "underused” that is to say that can generate a current - and therefore a power - greater than that imposed by the MPPT module.
  • Such a situation may occur, for example, if some of the cells of a solar panel are dirty or partially shaded; under these conditions, the current IOPTI maximizing the power generated by the panel will be less than the current which would be optimal for clean cells and / or well lit.
  • condition VPV Î, IL> 0 corresponds to a shaded or faulty cell and the condition V PV i, ⁇ i ⁇ 0 would correspond to an underutilized cell.
  • the switches of the current inverter arms are generally made by means of transistors, of MOSFET or IGBT type, connected in series to a diode, which may be of Schottky type (except in the embodiments which require four-way switches). quadrants); as explained above, the use of thyristors or triacs may be preferred in some embodiments. If the power and voltage levels involved are high, vertically structured components may be used. In this regard, it is interesting to note that the use of the system of the invention is particularly advantageous when the potential difference across each CA element is sufficiently high, ie greater than a few volts. In the opposite case, the voltage drops caused by the diodes DQ / D d impose a penalty that can be significant, in particular if the current flowing through these diodes is not negligible compared to the nominal current.
  • FIG. 8 shows the diagram of a current inverter arm of a management system according to one embodiment of the invention.
  • This inverter arm has, from left to right: a power MOSFET of type P, TG, whose source S is connected to the first power bar Bi;
  • a first diode DQ preferably Schottky type to minimize the voltage drop, whose anode is connected to the drain of the MOSFET TG and the cathode at the midpoint of the current inverter arm;
  • a second diode D D also preferably Schottky type, whose anode is connected to the midpoint PM;
  • T D an N-type power MOSFET, T D , whose drain D is connected to the cathode of the second diode D D and the source S to the second power bar B 2 .
  • An advantage of this embodiment is that the control signals applied to the gates G of all the transistors of the same type (N or P) are referenced to the same voltage (that of the common sources, that is to say that of the first or the second power bar, respectively).
  • the close control circuits, which convert the commands from the control module into voltage signals capable of causing fast and reliable switching of the transistors, can therefore be shared.
  • All (or part of) transistors of the same type - as well as the associated Schottky diodes - can be made on the same chip; in this way the system, or at least its active power part, can take the form of a two-chip module.
  • the embodiment of a set of current inverter arms in the form of a two-chip module is described in detail in the document WO 201 1004081; it will be described more synthetically below with the aid of FIG. 9.
  • FIG. 9 shows a sectional view of a microelectronic chip in which vertically structured MOSFETs are integrated in a homogeneous substrate S ', having a thickness of the order of 50-500 ⁇ m, and preferably of the order of 50 - 300 ⁇ m, obtained by thinning of a thicker substrate, which will be assumed to be of the P type.
  • each transistor may comprise several elementary cells, but only one has been represented for the sake of simplification of the figure.
  • N-doped RC "body” regions and P + doped CO contact regions are made on the surface of the thinned substrate S '.
  • the body and contact regions delimit the CH channel regions, above which polysilicon gate electrodes CG are formed insulated by insulating oxide layers. Below the channel regions extend the diffusion zones ZD, which ensure the voltage withstand of the devices.
  • a thick metallization layer M ' is deposited on the rear face or on the front face of the substrate.
  • This metallization layer has a dual function, electrical (connect the devices of the same chip) and mechanical (ensure the holding of the chip, despite the thinning of the semiconductor substrate). If the metallization layer M 'is deposited front-case shown in the figure - we obtain a structure with common sources and drains "free”: precisely what is needed to achieve power inverter arms of the type of the In this case, it is necessary to provide clearances of the metallization layer M 'to allow independent access to the gate electrodes CG.
  • the MD metallizations ensure the electrical contact of the drains.
  • the junctions between these metallizations and the semiconductor substrate may be Schottky type, which allows the diodes of the current inverter arms to be realized.
  • the different MOSFETs are islanded thanks to grooves in "V” (SI reference), made by wet etching and whose walls are covered with a passivation dielectric DP such as SIPOS (semi-insulating polycrystalline silicon).
  • a passivation dielectric DP such as SIPOS (semi-insulating polycrystalline silicon).
  • the trenches or islanding grooves may advantageously be made after the diffusion and metallization operations necessary for the manufacture of the devices themselves.
  • a chip of the type shown in FIG. 9 comprising a thinned substrate S 'of type P makes it possible to produce all the "left" switches TQ of the current inverter arms of a management system of the invention.
  • a chip having the same structure can be made from a substrate N. By connecting these two chips by their thick metallization M 'we obtain a two-chip module integrating in an extremely compact way the entire active part of such a system.
  • FIG. 10 Such a dual-chip structure is illustrated in FIG. 10, where the PG chip integrates all the "left" switches and the "right” switches PD chip.
  • the close control of the switches is ensured by the control circuits PC1, PC2 which can be realized in the form of independent chips, or be co-integrated into the power chips PG, PD.
  • the control signals of the left switches have the same reference voltage (the voltage of the common sources), and the same for those of the right switches. This is essential to allow the realization of a single control circuit for each power chip.
  • control signals are routed to the gates of the transistors by lines LC1, LC2.
  • the reference CC indicates a current sensor which makes it possible to measure the current which flows through the inductor L. This makes it possible, in particular, to determine the switching times of the transistors (see FIG. 5B, described above).
  • the capacitors Ci, C 2 and the switches SWi, SW 2 make it possible to supply the control circuits PCi, PC 2 in a particularly simple manner.
  • the dual-chip structure of FIG. 10 can be adapted to the topology of FIG. 13 simply by eliminating a controlled switch on each chip.
  • the system of FIG. 16A can be realized by means of a plurality of dual-chip structures of the type of FIG. 10, or else with a single structure and with a suitable interconnection scheme.
  • the resonant systems of FIGS. 14A and 15A can also be implemented in two-chip technology.
  • FIG. 11 shows the diagram of a current inverter arm of a management system according to another embodiment of the invention.
  • This inverter arm comprises, from left to right:
  • a DG diode preferably Schottky type, whose anode is connected to the first power bar B 1 ;
  • the drain D is connected to the cathode of the DG diode and the source S at the midpoint PM;
  • a diode D D also preferably Schottky type, whose anode is connected to the drain D of the transistor T D and the cathode to the second power bar B 2 .
  • a management system based on current inverter arms of the type illustrated in FIG. 11 may also be implemented in the form of a two-chip module.
  • Figure 12 shows a partial sectional view of a chip incorporating all the "left" switches of such a system.
  • This chip comprises a first substrate Si made of degenerate semiconductor material (typically silicon), that is to say having a high concentration of dopants - in this case, electron donors - which give it a quasi-metallic conductivity.
  • the thickness of the first Si substrate is typically of the order of 500 ⁇ m, so as to give it sufficient mechanical strength during manufacture.
  • a metallization layer MD is formed on a face, called “back face" of this substrate.
  • this layer On the "front face” of the Si substrate, opposite said rear face, is deposited an epitaxial layer S 2 of semiconductor material, inside which the electronic power devices will be made.
  • This layer has a doping of the same type as that of the first substrate, but of lower concentration (n-).
  • the thickness of this layer S 2 is typically about 50 ⁇ m or less.
  • N-channel MOSFETs symbol on the right of the figure
  • electronic devices such as N-channel MOSFETs (symbol on the right of the figure) are made inside the epitaxial layer S 2 .
  • p-doped RC "body” regions and n + doped CO contact regions are made on the surface of said layer.
  • the body and contact regions delimit the CH channel regions, above which polysilicon gate electrodes CG are formed insulated by insulating oxide layers.
  • MS metallizations are deposited above the CO contact regions.
  • the metallizations MS make source contacts of the different MOSFET cells, while the backside metallization layer MD carries out a common drain contact. Unlike thinned substrate solutions, the diodes must be made separately.
  • each transistor may be formed of several "elementary cells", each of which has a p-doped RC "body” region and one or two n + doped CO contact regions.
  • trenches TP made by deep etching by means of reactive ion beams, filled with dielectric (generally, but not necessarily, Si0 2 ) .
  • dielectric generally, but not necessarily, Si0 2
  • TP trenches have a dual function. On the one hand, as discussed above, they allow the islanding of different devices that must be able to switch independently of each other; on the other hand, they ensure the termination of the equipotentials at the edges of the voltage withstand region. This second function is important and deserves attention.
  • the voltage withstand zone ZD is the part of the device in which most of the voltage resistance between the drain and the source (in the case of a field effect transistor) occurs. In this region, the equipotential surfaces are approximately flat. The device is dimensioned so as to prevent breakdowns occurring within the voltage withstand area; however, breakdowns may occur on the lateral edges of the device, at the level of surface defects. For this reason it is necessary to delimit the voltage withstand region by trenches having smooth side surfaces, filled with a sufficiently rigid dielectric (including SiO 2 by chemical vapor deposition). See the aforementioned article by Philippe Leturcq.
  • a complementary type chip having the same structure, integrates the "right" switches of the balancing system.
  • each switch must be provided with a close close control, which can be powered by a storage element or electrical energy generation connected to the midpoint of the arm d corresponding inverter.
  • inverter arms can also be made using devices of the same type (generally N), for example IGBTs.

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Abstract

Système de gestion d'une association série d'éléments de génération ou de stockage d'énergie électrique (CA1 - CAN ), caractérisé en ce qu'il comporte : une première (B1) et une deuxième (B2) barre de puissance, connectées entre elles par l'intermédiaire d'un inducteur (L) en série; une pluralité de bras d'onduleur de courant connectés entre lesdites première et deuxième barres de puissance, chacun desdits bras étant constitué par deux interrupteurs bidirectionnels en tension (TG/DG; TD/DD) reliés en série entre eux par un point dit point milieu (PM) du bras; et une pluralité de connecteurs pour connecter chaque élément de ladite association série entre les points milieux de deux desdits bras.

Description

SYSTÈME DE GESTION D'UNE ASSOCIATION SÉRIE D'ÉLÉMENTS DE GÉNÉRATION OU DE STOCKAGE D'ÉNERGIE ÉLECTRIQUE BASÉ SUR
UNE PLURALITÉ DE BRAS D'ONDULEUR DE COURANT
L'invention porte sur un système de gestion d'une association série d'éléments de génération et/ou de stockage d'énergie électrique, tels que des accumulateurs, ou cellules d'accumulateurs électrochimiques, ou des supers condensateurs, ou des cellules photovoltaïques. L'invention porte également sur une association série d'éléments de génération et/ou de stockage d'énergie électrique pourvue d'un tel système de gestion. Elle porte également sur l'utilisation d'un tel système pour équilibrer en tension et/ou en niveau de charge une association série d'éléments de stockage électrochimique d'énergie électrique, pour équilibrer et soutenir en courant, ou bien pour court-circuiter totalement ou partiellement un panneau solaire. Toutes ces opérations - équilibrage de charge et/ou de tension, équilibrage et/ou soutien en courant, court-circuitage - sont désignés collectivement par le terme général de « gestion ».
Comme le montre la figure 1 , les batteries électrochimiques présentent généralement une structure modulaire. L'élément de base est constitué par un accumulateur individuel A, comprenant une cellule électrochimique unique. Plusieurs accumulateurs connectés en parallèle forment une « cellule d'accumulateurs » CA ; une telle cellule fournit une tension égale à celle d'un accumulateur individuel, mais un courant plus important. Pour élever le niveau de tension fourni par la batterie, on connecte en série plusieurs cellules d'accumulateurs, formant ce qu'on appelle un « module » M. Plusieurs modules peuvent à leur tour être connectés en série pour former ce qu'on appelle un « stack » S. Une batterie complète BATT est formée par une pluralité de stacks connectés en parallèle.
Le système de l'invention vise notamment à permettre l'équilibrage en tension et/ou en charge des différents éléments (cellules, modules) d'une batterie qui sont connectés en série entre eux.
Le problème de l'équilibrage en tension est illustré par la figure 2A qui montre une batterie formée par une association série de quatre cellules, CA1 , CA2, CA3 et CA4, qui est connectée à un générateur de courant pour être chargée. Idéalement, les quatre cellules devraient être chargées à une même tension égale à 4V pour une tension globale de 16V aux bornes de la batterie. En réalité il existe des phénomènes de dispersion, liés aux conditions de fabrication, d'utilisation et de vieillissement des éléments, qui font que certains d'entre eux se chargent ou déchargent plus rapidement que d'autres. Ainsi, dans le cas de la figure 2A, les éléments CA1 et CA4 sont chargés à une tension inférieure à la valeur nominale de 4V, tandis que l'élément CA2 est chargé à une valeur sensiblement supérieure (4,3V), susceptible de l'endommager. Inversement, l'élément CA4 n'est chargé qu'à une tension de 3,8 V ; cet élément est donc susceptible d'être amené, après une utilisation prolongée, dans un état de décharge profonde - tout aussi préjudiciable - qui ne pourrait pas être détecté par la mesure de la seule tension aux bornes de l'association série. Ces problèmes sont particulièrement aigus dans le cas des batteries au lithium, qui sont très sensibles aux sous-charges et aux surcharges.
Un problème similaire se présente lors de l'association en série de cellules photovoltaïques, nécessaire pour élever le niveau de tension fourni par une cellule individuelle. Si l'une des cellules de l'association présente un défaut, ou simplement se trouve exposée à un flux lumineux moins intense que les autres (car sa surface est sale, ou elle se trouve ombragée), une différence de potentiel négative apparaît à ses bornes, ce qui limite fortement le niveau de puissance généré par l'ensemble.
La figure 2B montre une telle association série de cellules photovoltaïques PV|...PVN, représentées par des diodes en polarisation inversée. Un module de poursuite du point de puissance maximale (MPPT, de l'anglais « maximum power-point tracker »), connecté en série aux cellules, détermine l'intensité du courant circulant dans l'association série de manière à maximiser la puissance générée par effet photovoltaïque. Sur la figure 2C, la courbe CIV1 montre la caractéristique tension (V) - courant (I) des cellules photovoltaïques exposées à un même flux lumineux ; la courbe CIV2 montre la caractéristique d'une cellule qui, à compter d'un instant T, se trouve exposée à un flux lumineux moindre, par exemple à cause d'une salissure.
Pour t<T, lorsque toutes les cellules sont éclairées de la même façon et suivent donc une même caractéristique CIV1 , le module MPPT impose un courant IOPTI à travers l'association série, et une différence de potentiel V0PTI aux bornes de chaque cellule, tels que
Figure imgf000005_0001
A partir de l'instant t=T, l'une des cellules, PVj, reçoit un flux lumineux moindre, et sa caractéristique devient celle de la courbe CIV2.
Si le courant à travers l'association série reste égal à IOPTI, la différence de potentiel aux bornes de la cellule PVj, ombragée ou sale, devient négative et égale à -VB (tension de rupture par avalanche). La perte de puissance est donc égale à
Figure imgf000005_0002
Le module MPTT peut réagir à cette situation en diminuant le courant au niveau
Figure imgf000005_0003
de sorte que la cellule PVj redevienne productrice d'énergie. Toutefois, la puissance totale est réduite au niveau Γ- [(n-1) · V2+ V], avec une perte de puissance ΔΡ2= P'-POPTI, V2 étant la tension aux bornes des cellules PVj (j≠i) pour l=l\
En tout cas, il est important de noter qu'une simple diminution d'éclairage d'une seule cellule photovoltaïque détermine une réduction sensible de la puissance générée par l'association série.
Pour pallier ces inconvénients des associations série d'éléments de génération et/ou d'accumulation d'énergie électrique - dont les accumulateurs électrochimiques et les cellules photovoltaïques ne sont que des exemples non limitatifs - il est nécessaire de prévoir des systèmes de gestion.
L'état de la technique comprend plusieurs systèmes de gestion, et en particulier d'équilibrage en tension, pour des éléments de stockage électrochimique d'énergie électrique.
Les systèmes d'équilibrage les plus communs sont de type passif, ou dissipatif. En phase de charge, ces systèmes mesurent constamment ou périodiquement la différence de potentiel aux bornes de chacun des éléments connectés en série et dérivent vers une résistance de dissipation le courant qui ne peut plus être absorbé par les éléments de moindre capacité. On comprend que ces systèmes conduisent à des pertes d'énergie difficilement acceptables ; en cas de dispersion importante des caractéristiques des différents éléments électrochimiques, la taille des dissipateurs thermiques peut devenir prohibitive. La décharge de la batterie doit être arrêtée lorsque les éléments de plus faible capacité ont atteint leur limite inférieure admissible de tension ; cela signifie que la capacité de stockage de la batterie est limitée par celle de ses plus mauvais éléments.
Il existe également des systèmes d'équilibrage actifs, qui redistribuent les courants à l'intérieur de la batterie au lieu de les dissiper. Ainsi, en phase de charge, ces systèmes dévient le courant qui ne peut plus être absorbé par les éléments « faibles » vers les éléments « forts », dont la capacité de stockage n'est pas épuisée. En phase de décharge, ils prélèvent un courant supplémentaire des éléments « forts » pour compenser le manque de courant provenant des éléments « faibles ». Les principaux inconvénients de ces systèmes sont leur complexité et leur coût élevé.
L'article de N. Kutkut et D. Divan « Dynamic equalization techniques for séries battery stacks », 18th International Télécommunication Energy Conférence, 1996 (INTELEC '96), pages 514 - 521 , décrit plusieurs systèmes d'équilibrage actif.
Les systèmes d'équilibrage connus de l'art antérieur comprennent plusieurs éléments réactifs, en particulier des inducteurs et/ou des coupleurs magnétiques. En outre, leurs composants actifs sont difficilement intégrables, particulièrement dans les applications de haute puissance, où des dispositifs à structure verticale doivent être utilisés. Par conséquent ces systèmes sont complexes et encombrants.
Le problème de l'équilibrage ou compensation dans les associations séries de cellules photovoltaïques est connu en particulier de l'article de T. Shimizu et al. « Génération Control Circuit for Photovoltaic Modules », IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 16, No. 3, mai 2001. Cet article propose un premier circuit, basé sur l'utilisation d'un coupleur magnétique et réalisant un équilibrage de type centralisé. Ce circuit présente un encombrement relativement important. L'article divulgue également un deuxième circuit d'équilibrage, basé sur un hacheur multi-étages, dont la commande est relativement complexe.
L'article de T. Mishima et T. Ohnishi « Power Compensation System for Partially Shaded PV Array using Electric Double Layer Capacitors » 28th Annual Conférence of the IEEE Industrial Electronics Society (IECON 02), 5-8 Nov. 2002, Vol. 4, pages 3262- 3267, divulgue un circuit d'équilibrage alternatif pour associations séries de cellules photovoltaïques, exploitant un stockage capacitif de l'énergie électrique. Ce circuit est à la fois encombrant, car il repose sur l'utilisation de plusieurs bancs de condensateurs de capacité relativement importante, et complexe à commander.
L'invention vise à remédier - en totalité ou en partie - aux inconvénients précités de l'art antérieur.
Un objet de l'invention, permettant d'atteindre ce but, est un système de gestion d'une association série d'éléments de génération ou de stockage d'énergie électrique selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comporte :
une première et une deuxième barre de puissance, connectées entre elles par l'intermédiaire d'un inducteur en série ;
une pluralité de bras d'onduleur de courant connectés entre lesdites première et deuxième barres de puissance, chacun desdits bras étant constitué par deux interrupteurs bidirectionnels en tension reliés en série entre eux par un point dit point milieu du bras ; et
une pluralité de connecteurs pour connecter chaque élément de ladite association série entre les points milieux de deux desdits bras.
On remarquera qu'un tel système ne comporte qu'un seul inducteur ; il en résulte une architecture simple et une structure compacte et légère. Différents modes de réalisation du système de gestion selon l'invention font l'objet des revendications dépendantes.
D'autres objets de l'invention sont :
Une batterie électrochimique comportant une association série d'éléments de stockage électrochimique d'énergie électrique, connectée à un système de gestion tel que décrit ci-dessus.
L'utilisation d'un système tel que décrit ci-dessus pour équilibrer en tension et/ou en niveau de charge une association série d'éléments de stockage d'énergie électrique en extrayant de l'énergie électrique d'une première série contigiie desdits éléments ; en stockant ladite énergie dans ledit inducteur ; puis en l'injectant dans une deuxième série contigue desdits éléments.
Un panneau photovoltaïque comportant une association série de cellules photovoltaïques, connectée à un système de gestion tel que décrit ci-dessus.
L'utilisation d'un système tel que décrit ci-dessus pour équilibrer en courant une association série de cellules photovoltaïques dont au moins une est défaillante ou ombragée ou est utilisée en-dessous de son niveau maximal de puissance.
- L'utilisation d'un système tel que décrit ci-dessus pour court-circuiter au moins une cellule photovoltaïque défaillante dans une association série de telles cellules.
L'utilisation d'un système tel que décrit ci-dessus pour court-circuiter une association série de cellules photovoltaïques.
- L'utilisation d'un système tel que décrit ci-dessus pour détecter une cellule photovoltaïque, ou un ensemble de cellules photovoltaïques, défaillantes ou ombragées ou bien utilisées en-dessous de son niveau maximal de puissance dans une association série de telles cellules.
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite en référence aux dessins annexés donnés à titre d'exemple, dans lesquels : la figure 1 montre la structure modulaire d'une batterie électrochimique ;
la figure 2A illustre le problème de l'équilibrage de tension dans une association série d'éléments de stockage électrochimique d'énergie ;
les figures 2B et 2C illustrent la nécessité d'un équilibrage dans une association série de cellules photovoltaïques ;
La figure 3 montre un schéma général d'un système de gestion selon un mode de réalisation de l'invention ;
- Les figures 4A, 4B et 4C illustrent l'utilisation du système de gestion de la figure 3 pour réaliser un équilibrage en tension des éléments d'une batterie électrochimique ;
Les figures 5A et 5B illustrent utilisation du système de gestion de la figure 3 pour mesurer la différence de potentiel aux bornes
- Les figures 6A, 6B, 17 et 18 illustrent l'utilisation d'un système de gestion selon la figure 3, 13, 14A ou 15A pour réaliser un équilibrage en courant des cellules photovoltaïques d'un panneau solaire ;
La figure 7 illustre l'utilisation du système de gestion de la figure 3 pour îloter ou court-circuiter une cellule photovoltaïque défaillante dans un panneau solaire ;
La figure 8 montre un schéma d'un bras d'onduleur de courant d'un mode de réalisation du système de gestion de l'invention ;
Les figures 9 et 10 illustrent une réalisation partiellement intégrée dudit mode de réalisation de la figure 8 ;
La figure 11 montre un schéma d'un bras d'onduleur de courant d'un autre mode de réalisation du système de gestion de l'invention ;
La figure 12 illustre une réalisation partiellement intégrée dudit mode de réalisation de la figure 11 ;
La figure 13 illustre une variante du système de gestion de la figure 3 ; Les figures 14A à 14C illustrent la structure et le fonctionnement d'un système de gestion selon un autre mode de réalisation de l'invention ;
Les figures 15A à 15C illustrent la structure et le fonctionnement d'un système de gestion selon encore un autre mode de réalisation de l'invention ; et
Les figures 16A à 16F illustrent la structure et le fonctionnement d'un système de gestion selon encore un autre mode de réalisation de l'invention.
La figure 3 montre un système selon un mode de réalisation de l'invention, appliqué à l'équilibrage de charge d'une association série de N éléments de stockage électrochimique d'énergie électrique (cellules d'accumulateurs) CAi - CAN. Chaque élément est connecté en parallèle à un condensateur respectif C-i - CN ayant une fonction de filtrage passe-bas.
Les éléments CA-i - CAN sont traversés par un courant de charge lCh ou de décharge Idch-
Le système de gestion proprement dit est constitué par N+1 bras d'onduleurs de courant connectés entre deux barres de puissance et B2, reliées entre elles par l'intermédiaire d'une inducteur L.
Chaque bras d'onduleur de courant est constitué de deux interrupteurs bidirectionnels en tension connectés en série, reliés entre eux par un point dit « point milieu » du bras. Les interrupteurs bidirectionnels en tension sont généralement - mais pas nécessairement - unidirectionnels en courant. En particulier, ils peuvent permettre à un courant électrique de circuler de la première barre de puissance Bi (à gauche sur la figure) vers la deuxième barre de puissance B2, mais pas dans le sens opposé.
Sur la figure, chaque interrupteur bidirectionnel en tension et unidirectionnel en courant est représenté par un interrupteur commandé et une diode. On indique par TQÎ et DGi respectivement l'interrupteur commandé et la diode mise en série situés sur le côté gauche (c'est à dire entre la barre Bi et le point milieu PM,) du i-ème bras d'onduleur, et par TDi et DDÎ respectivement l'interrupteur commandé et la diode situés sur le côté droit (c'est à dire entre le point milieu PMi et la barre B2) de ce même bras.
Le point milieu PMi du premier bras d'onduleur de courant est connecté - par l'intermédiaire de connecteurs non représentés - à la borne positive de la première cellule d'accumulateur CA-i . Le point milieu PMN+I du (N+1)-ème bras d'onduleur de courant est connecté à la borne négative de la dernière (N-ème) cellule CAN. Le point milieu du i-ème bras d'onduleur de courant ΡΜ,, avec 2<i≤N est connecté entre la borne négative de la (i-1)-ème cellule d'accumulateur CAM et la borne positive de la (i)-ème cellule CA,.
Les interrupteurs sont pilotés par un module de commande, analogique ou, de préférence, numérique, qui n'est pas représenté sur la figure.
Les figures 4A, 4B, 4C illustrent le fonctionnement du système de la figure 3 dans son application à l'équilibrage de charge de la batterie électrochimique formée par les éléments CAi - CAN.
On suppose que les éléments CA, et CAj+i sont chargés à une valeur de tension supérieure au niveau nominal, tandis que l'élément CAj (j≠i, i+1 ) est chargé à une valeur de tension inférieure audit niveau nominal.
Lors d'une première phase d'équilibrage (figure 4A), les interrupteurs
Figure imgf000011_0001
et DGi+2/TGi+2 sont fermés, tandis que tous les autres interrupteurs sont ouverts (dans un souci de clarté, seuls les interrupteurs fermés sont représentés sur la figure). Cela permet aux cellules surchargées ÇA, et CAi+i de se décharger partiellement à travers l'inducteur L, qui est parcouru par un courant lL(t) qui augmente linéairement dans le temps (voir la figure 4C, où l'allure de lL(t) n'est pas parfaitement linéaire à cause des inductances parasites en série avec l'inductance). Ainsi, de l'énergie extraite des cellules CA, et CAi+i est stockée sous forme magnétique dans l'inducteur L.
La première phase d'équilibrage se termine lorsque le courant li_(t) atteint un seuil supérieur (ce qui est illustré sur la figure 4C par la commutation du signal SS2). Dans une deuxième phase d'équilibrage (figure 4B), seuls les interrupteurs Dc/Tc] et DDj+i Dj+i sont fermés. Ainsi, l'énergie stockée dans l'inducteur L lors de la première phase peut se décharger dans la cellule CAj. Comme le montre la figure 4C, au cours de cette phase le courant IL(Î) diminue linéairement. La deuxième phase d'équilibrage est déclenchée lorsque le courant li_(t) atteint un seuil inférieur (ce qui est illustré sur la figure 4C par la commutation du signal SSi). Le processus peut donc recommencer de manière cyclique.
L'exemple de fonctionnement décrit ci-dessus n'est pas limitatif.
Ainsi, lors de la première phase d'équilibrage, un nombre quelconque de cellules contigues entre elles (à la limite, l'entière association de N cellules) peut se décharger partiellement à travers l'inducteur L. De même, l'énergie stockée dans ledit inducteur peut être injectée dans plusieurs cellules contigues.
Les deux phases d'équilibrage peuvent présenter une durée fixe, déterminée à l'avance, au lieu d'être déclenchées et arrêtées par des détections de seuils de courant. Cependant, dans ce cas il faudra dimensionner l'inducteur L de manière à assurer qu'il ne puisse en aucun cas entrer en saturation.
L' « ouverture » des interrupteurs ne nécessite pas toujours l'envoi d'une commande aux interrupteurs commandés TG, TD : dans certaines configurations de fonctionnement, la polarisation inverse des diodes DQ, DD de certains bras d'onduleur de courant peut suffire. Ainsi, dans la configuration de la figure 4A toutes les diodes « de droite » Dok avec k>i sont polarisées inversement, et découplent les points milieux correspondants PMk de la barre de puissance B2 quel que soit l'état des interrupteurs commandés TDk- H s'ensuit que l'interrupteur commandé de gauche du premier bras, TGI peut être remplacé par un simple circuit fermé, tout comme l'interrupteur commandé de droite du dernier bras, TDN+I, comme représenté sur la figure 13. Ce mode de réalisation est même particulièrement avantageux, non tant parce qu'il permet de faire l'économie de deux interrupteurs, mais parce que les diodes DGI et DDN+I assurent la fonction de « roue libre » de l'inducteur L même en cas de dysfonctionnement du système de pilotage des interrupteurs commandés. Dans le cas de la figure 3, au contraire, la non-fermeture d'un interrupteur commandé peut entraîner l'apparition d'une surtension aux bornes de l'inducteur, conduisant éventuellement à la destruction du système de gestion.
Dans l'exemple considéré, de l'énergie a été extraite des cellules CA, et CAi+i pour être injectée dans une cellule CAj située à un potentiel inférieur (c'est à dire occupant une position « plus basse » dans l'association série) ; en d'autres termes, il a été réalisé un « transfert descendant ». Cela n'est nullement essentiel, et le système de l'invention permet également un « transfert ascendant ».
Les condensateurs Ci - CN (qui ne sont pas illustrés sur les figures 4A - 4B pour ne pas les alourdir) servent essentiellement à filtrer les variations de courant à l'intérieur des cellules CA-i - CAN. Ils servent aussi à limiter l'impédance parasite des mailles de commutation lorsque les connexions entre lesdites cellules et les bras d'onduleur de courant présentent une longueur excédant quelques millimètres.
L'équilibrage de tension ainsi réalisé est de type « forcé » : il nécessite que les cellules d'accumulateurs sous- ou surchargées soient détectées, et que les interrupteurs des bras d'onduleur de courant soient pilotés en conséquence. Il s'ensuit qu'un équilibrage efficace nécessite des mesures fréquentes des différences de potentiel aux bornes desdites cellules. L'un des avantages du système de gestion de l'invention est de permettre d'effectuer ces mesures sans besoin de composants dédiés.
Comme le montrent les figures 5A et 5B, pour mesurer la différence de potentiel V, aux bornes de l'élément CA,, il suffit de fermer l'interrupteur « de droite » connecté à sa borne positive (DDi, TDi) et l'interrupteur « de gauche » connecté à sa borne négative (DGÎ+I , TG+U). Le courant lL qui parcourt l'inducteur L augmente linéairement dans le temps, avec un taux de croissance constant, proportionnel à V,. Il est donc possible T IB2011/051390
12 de déterminer V, en mesurant le temps At, nécessaire pour que l(t) passe d'une valeur de seuil inférieure Isb à une valeur de seuil supérieure Ish-
On remarquera que les éléments ne doivent pas nécessairement présenter tous un même niveau de tension nominale. Ainsi, il est possible de réaliser un équilibrage à tensions nominales variables prenant en compte les températures de différents éléments, voire de gérer une association d'éléments réalisés en technologies différentes. Dans ce cas on parlera d' « équilibrage en niveau de charge » plutôt que d'équilibrage en tension.
La figure 14A illustre un système de gestion selon un autre mode de réalisation de l'invention. Ce système se différencie de celui de la figure 3 en ce que les interrupteurs commandés TD et TG sont bidirectionnels en tension et en courant (pas de diodes en série) et en ce qu'un condensateur C est connecté en série à l'inducteur L de manière à former un circuit résonant. La figure 14B montre l'évolution du courant lL dans l'inducteur L et de la tension Vc aux bornes de la capacité C après qu'un interrupteur TDi et un interrupteur Toj avec j>i aient été fermés ; comme dans le cas de la figure 4C, le courant lL commence à croître, d'abord linéairement puis de plus en plus lentement au fur et à mesure que Vc, qui s'y oppose, augmente à son tour ; au temps ί=τ/4, lL atteint un maximum à partir duquel il décroît pour s'annuler pour t=x/2. A ce point, toute l'énergie est stockée dans le condensateur C et la phase de décharge peut commencer : un interrupteur TDi< et un interrupteur TGI, avec k>l, sont fermés de manière à permettre au courant II de circuler dans le sens contraire des aiguilles d'une montre (signe négatif) pour recharger les cellules comprises entre CAk et CA|+1 ; ce demi-cycle de décharge est illustré sur la figure 14C. On comprend que si le demi-cycle de décharge suit immédiatement le demi-cycle de charge, lL et Vc présentent une allure sinusoïdale. Il ne faut surtout pas que la phase de décharge commence avant la fin de la phase de charge, sous peine de court-circuiter des cellules à travers les interrupteurs à quatre quadrants ; en revanche, il peut y avoir un intervalle (de préférence court) entre la fin de la charge et le début de la décharge. Les interrupteurs commandés peuvent avantageusement être des triacs, ou des paires de thyristors antiparallèles (c'est-à-dire connectés en parallèle avec une orientation tête-bêche) ; ainsi, l'ouverture des interrupteurs se fait de manière automatique (sans commande d'ouverture) lors du passage par zéro du courant lL.
Dans le mode de réalisation de la figure 14A il est possible de remplacer les interrupteurs TGi et TDN+I par des diodes, comme dans le cas de la figure 13. Mais cela est moins intéressant car le fonctionnement « en roue libre » n'est alors assuré que pour un sens de circulation du courant, et car en tout cas lL=0 au moment de la commutation.
Le mode de réalisation de la figure 14A présente un certain nombre d'avantages par rapport à celui de la figure 1 . Premièrement, les commutations se font à courant nul, ce qui réduit les pertes ; cette réduction des pertes améliore l'efficacité énergétique et permet d'augmenter la fréquence de fonctionnement, ce qui à son tour autorise une réduction de la taille des composants passifs. Deuxièmement, l'utilisation d'interrupteurs commandés auto-entretenus et à ouverture naturelle (triacs, thyristors) simplifie la commande, qui peut être impulsionnelle ; en effet, un triac devient conducteur par simple application d'une impulsion de tension sur sa gâchette, contrairement au cas d'un MOSFET dans lequel la tension de grille doit être maintenue continuellement. Une commande optique, par l'intermédiaire d'optocoupleurs devient aussi envisageable.
Il y a aussi quelques inconvénients. Premièrement, le fonctionnement résonant induit des valeurs maximales plus élevées des tensions et des courants, dont il faut tenir compte pour le dimensionnement des interrupteurs. Deuxièmement, il est nécessaire d'utiliser des composants bidirectionnels en tension et en courant (« à quatre quadrants »), plus complexes que les composants bidirectionnels en tension et unidirectionnels en courant (« à deux quadrants ») du mode de réalisation des figures 3 et 13.
Ce deuxième inconvénient du système de gestion résonant peut être évité grâce à la variante de réalisation illustrée sur la figure 15A, dans laquelle le condensateur C est connecté à l'inductance L par l'intermédiaire de quatre interrupteurs commandés unidirectionnels en courant (thyristors) THi - TH4 montés en pont. Ces quatre interrupteurs permettent le passage du courant à travers le condensateur dans les deux sens, sans cependant inverser le courant dans l'inducteur. La figure 15B illustre la phase de charge, avec les interrupteurs THi et TH3 fermés et les interrupteurs TH2 et TH4 ouverts ; la figure 15C, la phase de décharge, avec les interrupteurs TH1 et TH3 ouverts et les interrupteurs TH2 et TH fermés. A l'extérieur du montage en pont, le courant circule toujours de la deuxième vers la première barre de puissance ; ainsi, les interrupteurs formant les bras d'onduleur peuvent être « à deux quadrants », par exemple des thyristors.
Dans le mode de réalisation de la figure 3 (ou 13), le courant qui traverse les cellules CA-i-CAN est fortement découpé, ce qui rend opportune l'utilisation de condensateurs de filtrage Ci - CN connectés en parallèle auxdites cellules. Un tel filtrage est encore plus important dans le cas des applications photovoltaïques qui seront décrites plus loin. Le mode de réalisation de la figure 16A permet de réduire ou même de supprimer ces nécessités de filtrage. Cette figure illustre un système de gestion complexe constitué par quatre systèmes de gestion élémentaires S1 - S4 du type de la figure 3 (ou 13) identiques entre eux et entrelacés, dont les points milieux des bras d'onduleur correspondants sont reliés ensemble. Les signaux de commande des interrupteurs correspondants (par exemple : TGI 1-TGI4) sont décalés d'un quart de cycle, comme illustré sur la figure 16B, de manière à moyenner dans le temps les appels en courant au niveau des cellules. Cet effet de moyenne est parfait dans le cas idéal à condition que le rapport cyclique des signaux de commande des interrupteurs soit de 1/4, 1/2 (cas illustré sur la figure) ou de 3/4. Ces trois valeurs du rapport cyclique sont suffisantes pour assurer la gestion de quatre cellules (ou groupes de cellules traitées comme une seule entité, par exemple des modules). Si les rapports cycliques sont légèrement différents, ce qui est le plus souvent le cas en pratique, les besoins de filtrage sont tout de même fortement réduits. Plus généralement, pour assurer une gestion efficace dans toutes les circonstances, N cellules ou modules nécessiteront idéalement de N systèmes élémentaires avec des signaux de commande décalés de 1/N cycle ; le nombre de systèmes élémentaires peut aussi être un sous-multiple de N, mais dans ce cas la réduction des nécessités de filtrage sera moins prononcée. Le mode de réalisation de la figure 16A convient donc particulièrement à la gestion des modules d'une batterie, qui sont en nombre relativement restreint, la gestion des cellules à l'intérieur du module étant assurée, par exemple, par un système du type de la figure 3.
Le mode de réalisation de la figure 16A est particulièrement avantageux si les inducteurs L1-L4 des différents systèmes élémentaires sont réalisées sur un même noyau ferromagnétique simple (figure 16C), torique (figure 16D) ou multi jambes (figure 16E), les sens d'enroulement desdits inducteurs étant opposés deux à deux. Dans le cas d'un enroulement torique, les enroulements sont couplés en série. Dans le cas d'un noyau multi jambes, chaque enroulement est associé à une jambe et toutes les jambes sont en parallèles, fermées par des culasses communes, réalisant un couplage en parallèle. Un couplage en cascade cyclique, illustré sur la figure 16F, est également possible, bien que légèrement plus complexe ; dans ce cas l'inducteur de chaque système est couplé de proches en proches avec les inducteurs voisins via des noyaux magnétiques simples à deux enroulements. Dans les modes de réalisations des figures 16C - 16F les flux magnétiques induits par les différents inducteurs se compensent, et la section du noyau peut être fortement réduite sans risque de saturation. Ces modes de réalisation minimisent ainsi la taille des éléments réactifs du circuit, au prix d'une complexification des éléments actifs à semi-conducteur - complexification qui est peu pénalisante, car lesdits éléments actifs sont intégrables, comme cela sera expliqué plus loin.
Les modes de réalisation des figures 16C - 16E présupposent un nombre pair d'enroulements. Par conséquent, si le nombre N de cellules ou modules à équilibrer est impair, il est nécessaire d'utiliser 2N systèmes élémentaires. Le couplage en cascade cyclique (figure 16F) n'impose pas cette contrainte.
Le système de l'invention est aussi adapté à l'équilibrage (ou compensation) en courant d'une association série d'éléments de génération d'énergie électrique, en particulier de panneaux solaires constitués d'une (ou plusieurs) séries de cellules photovoltaïques PVi ...PVN. La nécessité d'un tel équilibrage ou compensation a été expliquée plus haut, en référence aux figures 2B et 2C.
Les figures 6A et 6B illustrent l'équilibrage en courant d'un panneau solaire dont une cellule (ou un groupe de cellules contiguës) PVj est ombragée ou partiellement défaillante. Un module MPPT fixe une valeur optimale IOPTI du courant traversant les différentes cellules en série ; comme expliquée plus haut, dans ces conditions, la cellule ombragée PVj consomme de l'énergie, au lieu d'en générer.
Dans une première phase d'équilibrage (figure 6A), de l'énergie magnétique est extraite de l'ensemble du panneau et stockée dans l'inducteur L, qui est ainsi parcouru par un courant II croissant linéairement dans le temps. Cela est réalisé en fermant les interrupteurs DDi TDi et DGN+I GN+I - En variante, il aurait été possible d'extraire l'énergie seulement d'un sous-ensemble des cellules du panneau solaire.
Dans une deuxième phase d'équilibrage, les interrupteurs DG/ TGi et DDÎ+I GÎ+1 sont fermés. L'inducteur L se comporte alors comme un générateur de courant connecté en parallèle à la cellule photovoltaïque ombragée ou défaillante PV, ; cette dernière ne doit donc fournir qu'un courant IOPTHL, qui lui permet de se comporter en générateur de puissance.
Le cycle doit recommencer avant que le courant lL ne soit redescendu à une valeur trop faible.
On comprendra que pour un fonctionnement correct du système de gestion il est nécessaire de prévoir un condensateur Cj (non représenté) connecté en parallèle à PVj, afin d'éviter toute variation brusque de la tension aux bornes de cette cellule photovoltaïque.
Si la cellule PV, est ombragée ou défaillante au point qu'il n'est pas possible d'en extraire de l'énergie électrique, il suffit de la court- circuiter en laissant en position fermée les interrupteurs DQJ TQÎ et DDi+i/TGi+i , comme illustré sur la figure 7. De la même manière, il est possible de court-circuiter plusieurs cellules contiguës ou le panneau entier en fermant - et en maintenant en position fermée - les interrupteurs DGÎ TQI et DDN+I GN+I- Cela peut être utile dans la situation suivante. On considère un panneau solaire sur le toit d'une maison, qui prend feu. Avant d'arroser d'eau le toit, les pompiers débranchent le circuit électrique de la maison du réseau de distribution, mais le panneau solaire continue à fonctionner engendrant un risque d'électrocution. Le court-circuitage du panneau grâce au système de l'invention permet d'éviter toute situation dangereuse.
Le système de l'invention permet aussi de détecter des cellules (ou groupes de cellules) défaillantes ou ombragées. Pour tester l'état de fonctionnement de la cellule PV,, il suffit de fermer les interrupteurs TGi et TD +1), ce qui conduit à la même configuration que celle illustrée sur la figure 6B. Si la cellule fonctionne en tant que générateur, les diodes DGi et DD(i+i> sont polarisées inversement et aucun courant ne circule dans l'inductance L ; par contre, si la cellule est défaillante ou ombragée et se comporte comme un consommateur de puissance électrique, les diodes DGÎ et DD(i+i) sont polarisées directement et un courant lL circule dans l'inductance L. Ce courant IL augmente dans le temps jusqu'à se stabiliser à une valeur telle que la chute de tension aux bornes de la cellule PV, soit égale à celle aux bornes des deux diodes DGÎ et DD(i+i). En supposant connue la caractéristique tension-courant de la cellule, la mesure de la valeur stationnaire de lL permet de déterminer son niveau d'ombrage.
L'opération peut être répétée pour toutes les cellules (ou groupes de cellules) du panneau.
Il est intéressant de noter que la détection des cellules ombragées ou défaillantes ne nécessite d'aucun composant supplémentaire. Certes, un capteur du courant L doit être prévu, mais en général un tel capteur est nécessaire en tout cas pour l'asservissement du système de gestion.
En variante ou en complément, au lieu de détecter et « soutenir » une cellule ombragée ou défaillante, le système selon l'invention peut être utilisé pour détecter une cellule qui serait « sous-utilisée », c'est-à- dire pouvant générer un courant - et donc une puissance - plus important que celui imposé par le module MPPT. Une telle situation peut se vérifier, par exemple, si certaines des cellules d'un panneau solaire sont sales ou partiellement ombragées ; dans ces conditions, le courant IOPTI maximisant la puissance générée par le panneau sera inférieur au courant qui serait optimal pour les cellules propres et/ou bien éclairées.
Comme le montre la figure 17, pour tester si la cellule PV, est sous-utilisée, on ferme les interrupteurs TDi et TGÎ+I- Si la cellule était effectivement sous-utilisée, un courant lL commence à circuler dans l'inductance L et croît linéairement jusqu'à ce que
Figure imgf000020_0001
OÙ IMAXÎ est le courant maximal pouvant être généré par la cellule PV, lorsque la tension à ses bornes s'annule, et IMPPT est le courant imposé par le module MPPT qui doit rester inchangé durant la phase de test. Ensuite, le courant stocké dans l'inductance est injecté dans l'ensemble de l'association série en fermant Ti et TDN+I de manière à « soutenir » toutes les cellules autres que PV,. Si la cellule PVi n'était pas sous-utilisée, au contraire, lL reste nul. Il s'agit en quelque sorte de l'approche duale de celle décrite en référence à la figure 6B.
Une fois que une cellule PVj sous-utilisée a été détectée, il est possible de stocker le courant AIL=IMAXÏ-IMPPT dans l'inducteur L et le réinjecter en parallèle à l'ensemble de l'association série de cellules. Le courant réinjecté va charger les condensateurs C, connectés en parallèle aux cellules ; ainsi, la tension aux bornes de ladite association augmente, et le module MPPT réagit en augmentant IMPPT- Les deux approches décrites en référence aux figures 6B et
17 peuvent être utilisées conjointement : d'abord on cherche - et on soutient - d'éventuelles cellules ombragées ou défaillantes, puis d'éventuelles cellules sous-utilisées sont détectées et on modifie le point de fonctionnement de la structure d'équilibrage pour profiter de cela et ainsi de suite. Les deux approches peuvent également être mises en œuvre de manière simultanée avec des interrupteurs à quatre quadrants. Dans la configuration illustrée sur la figure 18 et en supposant des interrupteurs bidirectionnels tant en tension qu'en courant, si la cellule PV, est sous-utilisée, la tension VPVÎ sera positive et le courant lL également ; si la cellule est ombragée ou défaillante, VPVi et lL seront négatifs ; dans les deux cas, la valeur absolue de lL constitue une mesure de la non-optimalité des conditions de fonctionnement de la cellule PVi. Un fonctionnement optimal correspond au cas L proche de zéro (légèrement positif, la valeur exacte dépendant de la caractéristique tension- courant de la cellule).
Si, au lieu de fermer les interrupteurs TDi et TGÎ+I on avait fermé les interrupteurs TDi+i et TGÎ, la condition VPVÎ , IL>0 correspondrait à une cellule ombragée ou défaillante et la condition VPVi , \i<0 correspondrait à une cellule sous-utilisée.
Les applications photovoltaïques ont été illustrées principalement sur la base du système de gestion de la figure 3. Il faut comprendre, cependant, que les systèmes des figures 13, 14A, 15A et 16A sont également adaptés à ces applications.
Les interrupteurs des bras d'onduleur de courant sont généralement réalisés au moyen de transistors, de type MOSFET ou IGBT, connectés en série à une diode, qui peut être de type Schottky (sauf dans les modes de réalisation qui nécessitent d'interrupteurs à quatre quadrants) ; comme expliqué plus haut, l'utilisation de thyristors ou triacs peut être préférée dans certains modes de réalisation. Si les niveaux de puissance et de tension en jeu sont élevés, des composants à structure verticale peuvent être utilisés. A ce propos, il est intéressant de noter que l'utilisation du système de l'invention est particulièrement avantageuse lorsque la différence de potentiel aux bornes de chaque élément CA, est suffisamment élevée, c'est à dire supérieure à quelques volts. Dans le cas contraire, les chutes de tension provoquées par les diodes DQ/Dd imposent une pénalité qui peut être significative, en particulier si le courant qui traverse ces diodes n'est pas négligeable par rapport au courant nominal.
La figure 8 montre le schéma d'un bras d'onduleur de courant d'un système de gestion selon un mode de réalisation de l'invention. Ce bras d'onduleur comporte, de gauche vers la droite : un MOSFET de puissance de type P, TG, dont la source S est connectée à la première barre de puissance Bi ;
une première diode DQ, de préférence de type Schottky pour minimiser la chute de tension, dont l'anode est connectée au drain du MOSFET TG et la cathode au point milieu du bras d'onduleur de courant ;
une deuxième diode DD, elle aussi de préférence de type Schottky, dont l'anode est connectée au point milieu PM ;
un MOSFET de puissance de type N, TD, dont le drain D est connecté à la cathode de la deuxième diode DD et la source S à la deuxième barre de puissance B2.
Un avantage de ce mode de réalisation est que les signaux de commande appliqués aux grilles G de tous les transistors d'un même type (N ou P) sont référencés à une même tension (celle des sources communes, c'est à dire celle de la première ou de la deuxième barre de puissance, respectivement). Les circuits de commande rapprochée, qui convertissent les commandes provenant du module de commande en signaux de tension capable de provoquer une commutation rapide et fiable des transistors, peuvent donc être mutualisés.
Tous (ou une partie de) les transistors d'un même type - ainsi que les diodes Schottky associées - peuvent être réalisés sur une même puce ; de cette manière le système, ou au moins sa partie active de puissance, peut prendre la forme d'un module bi-puces. La réalisation d'un ensemble de bras d'onduleurs de courant sous la forme d'un module bi-puces est décrite en détail dans le document WO 201 1004081 ; elle sera décrite plus synthétiquement ci-après à l'aide de la figure 9.
La figure 9 montre une vue en section d'une puce microélectronique dans laquelle des MOSFETs à structure verticale sont intégrés dans un substrat S' homogène, ayant une épaisseur de l'ordre de 50 - 500 pm, et de préférence de l'ordre de 50 - 300 pm, obtenu par amincissement d'un substrat plus épais, que l'on supposera de type P. D'une manière connue en soi, chaque transistor peut comporter plusieurs cellules élémentaires, mais une seule a été représentée dans un souci de simplification de la figure. Pour réaliser les MOSFETs, des régions « de corps » RC à dopage N et des régions de contact CO à dopage P+ sont réalisées à la surface du substrat aminci S'. Les régions de corps et de contact délimitent les régions de canal CH, au-dessus desquelles sont réalisées des électrodes de grille CG en polysilicium isolées par des couches d'oxyde isolant. Au-dessous des régions de canal s'étendent les zones de diffusion ZD, qui assurent la tenue en tension des dispositifs.
Après la réalisation desdits MOSFETs, une couche de métallisation épaisse M' est déposée sur la face arrière ou sur la face avant du substrat. Cette couche de métallisation a une double fonction, électrique (connecter entre eux les dispositifs d'une même puce) et mécanique (assurer la tenue de la puce, malgré l'amincissement du substrat semi-conducteur). Si la couche de métallisation M' est déposée face avant - cas représenté sur la figure - on obtient une structure à sources communes et drains « libres » : précisément ce qu'il faut pour réaliser des bras d'onduleur de courant du type de la figure 8. Dans ce cas, il est nécessaire de prévoir des dégagements de la couche de métallisation M' pour permettre un accès indépendant aux électrodes de grille CG.
Sur la face arrière de la puce, les métallisations MD assurent le contact électrique des drains. Les jonctions entre ces métallisations et le substrat semi-conducteur peuvent être de type Schottky, ce qui permet de réaliser les diodes des bras d'onduleur de courant.
Ensuite, les différents MOSFETs sont îlotés grâce à des sillons en « V » (référence SI), réalisés par gravure humide et dont les parois sont recouvertes d'un diélectrique de passivation DP tel que du SIPOS (silicium polycristallin semi-isolant). Le résultat est une structure de type « mesa », conventionnelle dans les dispositifs discrets (voir l'article de Ph. Leturcq, « Tenue en tension des semi-conducteurs de puissance », D 3 104- 1 , Techniques de l'ingénieur, traité génie électrique). Une telle structure permet d'obtenir une tenue en tension symétrique, ce qui est essentiel pour l'application considérée ici. Avantageusement, au moment de l'encapsulation, les sillons peuvent être remplis d'un gel diélectrique, par exemple siliconé. En variante, il aurait été possible d'avoir recours à un îlotage par tranchées verticales remplies de diélectrique (voir le cas de la figure 12). En tout cas, les tranchées ou sillons d'îlotage peuvent avantageusement être réalisés après les opérations de diffusion et métallisation nécessaires à la fabrication des dispositifs proprement dits.
Une puce du type représenté sur la figure 9 comportant un substrat aminci S' de type P permet la réalisation de tous les interrupteurs « de gauche » TQ des bras d'onduleur de courant d'un système de gestion de l'invention. Une puce ayant la même structure peut être réalisée à partir d'un substrat N. En reliant ces deux puces par leurs métallisations épaisses M' on obtient un module bi-puces intégrant d'une manière extrêmement compacte toute la partie active d'un tel système.
Une telle structure bi-puces est illustrée sur la figure 10, où la puce PG intègre tous les interrupteurs « de gauche » et la puce PD les interrupteurs « de droite ». La commande rapprochée des interrupteurs est assurée par les circuits de commande PC1 , PC2 qui peuvent être réalisés sous la forme de puces indépendantes, ou être co-intégrés dans les puces de puissance PG, PD. Comme expliqué plus haut, les signaux de pilotage des interrupteurs de gauches présentent une même tension de référence (la tension des sources communes), et il en va de même pour ceux des interrupteurs de droite. Cela est essentiel pour permettre la réalisation d'un circuit de commande unique pour chaque puce de puissance.
Les signaux de commande sont acheminés jusqu'aux grilles des transistors par les lignes LC1 , LC2.
La référence CC indique un capteur de courant qui permet de mesurer le courant Le qui parcourt l'inductance L. Cela permet, notamment, de déterminer les instants de commutation des transistors (voir la figure 5B, décrite plus haut).
Les condensateurs Ci, C2 et les interrupteurs SWi, SW2 (avantageusement intégrés dans les puces PD, PG respectivement) permettent d'alimenter d'une manière particulièrement simple les circuits de commande PCi, PC2. Pour charger les condensateurs C-ι et C2 on commence par extraire de l'énergie de l'ensemble des éléments de stockage ou génération en fermant les transistors TDi et TGN+I , pour la stocker dans l'inducteur. Puis on ouvre tous les interrupteurs, et on ferme SW1 et SW2. L'énergie stockée dans l'inducteur est donc transférée aux condensateurs Ci et C2. On peut vérifier que la différence de potentiel qui se développe aux bornes de ces condensateurs (positive pour C-i , négative pour C2) présente la bonne polarité pour permettre l'alimentation des circuits de commande respectifs.
La structure bi-puces de la figure 10 peut être adaptée à la topologie de la figure 13 simplement en éliminant un interrupteur commandé sur chaque puce. Le système de la figure 16A peut être réalisé grâce à une pluralité de structures bi-puces du type de la figure 10, ou alors avec une structure unique et avec un schéma d'interconnexion approprié. Les systèmes résonants des figures 14A et 15A peuvent, eux aussi, être réalisés en technologie bi-puces.
La figure 11 montre le schéma d'un bras d'onduleur de courant d'un système de gestion selon un autre mode de réalisation de l'invention. Ce bras d'onduleur comporte, de la gauche vers la droite :
une diode DG, de préférence de type Schottky, dont l'anode est connectée à la première barre de puissance B1 ;
un MOSFET de puissance de type N , TG, dont le drain D est connecté à la cathode de la diode DG et la source S au point milieu PM ;
un MOSFET de puissance de type P, TD, dont la source S est connectée au point milieu PM et fait donc face à celle du transistor TG ;
- une diode DD, elle aussi de préférence de type Schottky, dont l'anode est connectée au drain D du transistor TD et la cathode à la deuxième barre de puissance B2.
Un système de gestion basé sur des bras d'onduleur de courant du type illustré sur la figure 1 1 peut, lui aussi, être réalisé sous la forme d'un module bi-puces. La figure 12 montre une vue partielle en section d'une puce intégrant tous les interrupteurs « de gauche » d'un tel système. Cette puce comporte un premier substrat Si réalisé en matériau semiconducteur (typiquement silicium) dégénéré, c'est à dire présentant une concentration élevée de dopants - en l'espèce, donneurs d'électrons - qui lui confèrent une conductivité quasi-métallique. L'épaisseur du premier substrat Si est typiquement de l'ordre de 500 pm, de manière à lui conférer une résistance mécanique suffisante lors de la fabrication. Une couche de métallisation MD est réalisée sur une face, dite « face arrière » de ce substrat.
Sur la « face avant » du substrat Si, opposée à ladite face arrière, est déposée une couche épitaxiale S2 de matériau semiconducteur, à l'intérieur de laquelle seront réalisés les dispositifs électroniques de puissance. Cette couche présente un dopage du même type que celui du premier substrat, mais de concentration moindre (n-). L'épaisseur de cette couche S2 est typiquement d'environ 50 pm ou moins.
Par des procédés de photolithographie tout à fait classiques en « face avant », des dispositifs électroniques tels que des MOSFETs à canal N (symbole sur la droite de la figure) sont réalisés à l'intérieur de la couche épitaxiale S2. Par exemple, dans le cas illustré sur la figure 12, des régions « de corps » RC à dopage p et des régions de contact CO à dopage n+ sont réalisées à la surface de ladite couche. Les régions de corps et de contact délimitent les régions de canal CH, au-dessus desquelles sont réalisées des électrodes de grille CG en polysilicium isolées par des couches d'oxyde isolant. Des métallisations MS sont déposées au-dessus des régions de contact CO. D'une manière connue, les métallisations MS réalisent des prises de contact de source des différentes cellules MOSFET, tandis que la couche de métallisation en face arrière MD réalise un contact de drain commun. Contrairement au cas des solutions à substrat aminci, les diodes doivent être réalisées séparément.
Les régions de canal CH et les régions « de corps » RC forment les zones « actives » des dispositifs. La partie plus profonde de la couche S2, s'étendant jusqu'à l'interface avec le substrat Si, constitue la zone de diffusion ou de tenue en tension ZD. D'une manière conventionnelle en électronique de puissance, chaque transistor peut être formé de plusieurs « cellules élémentaires », dont chacune comporte une région « de corps » RC à dopage p et une ou deux régions de contact CO à dopage n+.
Les régions actives et de tenue en tension des dispositifs ainsi réalisés sont isolées les unes des autres par des tranchées TP, réalisées par gravure profonde au moyen de faisceaux d'ions réactifs, remplies de diélectrique (généralement, mais pas obligatoirement, du Si02). Ces tranchées ne s'étendent pas à l'intérieur du substrat S-i, ou alors seulement pour une fraction de sa profondeur : par conséquent, les drains de tous les transistors de la puce sont reliés électriquement entre eux et maintenus à un même potentiel.
Les tranchées TP ont une double fonction. D'une part, comme cela a été discuté plus haut, elles permettent l'îlotage des différents dispositifs qui doivent pouvoir commuter indépendamment les uns des autres ; d'autre part, elles assurent la terminaison des équipotentielles aux bords de la région de tenue en tension. Cette deuxième fonction est importante, et mérite que l'on s'y attarde. La zone de tenue en tension ZD est la partie du dispositif dans laquelle se produit l'essentiel de la tenue en tension entre le drain et la source (dans le cas d'un transistor à effet de champ). Dans cette région, les surfaces équipotentielles sont approximativement planes. Le dispositif est dimensionné de manière à éviter que des claquages ne se produisent à l'intérieur de la zone de tenue en tension ; cependant, des claquages risquent de se produire sur les bords latéraux du dispositif, au niveau de défauts de surface. Pour cette raison il est nécessaire de délimiter la zone de tenue en tension par des tranchées présentant des surfaces latérales lisses, remplies d'un diélectrique suffisamment rigide (notamment du SiO2 par dépôt chimique en phase vapeur). Voir à ce propos l'article précité de Philippe Leturcq.
Des simulations montrent que la tenue en tension des dispositifs est maximisée lorsque les tranchées sont légèrement évasées, de telle sorte que la surface latérale de la zone ZD forme un angle d'environ 100° avec l'interface Si/S2. Dans ces conditions, les équipotentielles sortant de la zone ZD s'infléchissent vers le bas (vers ladite interface S-|/S2) avant de remonter vers la surface avant de la puce.
Comme dans le cas des figures 8 à 10, une puce de type complémentaire, présentant une même structure, intègre les interrupteurs « de droite » du système d'équilibrage.
Dans ce cas, cependant, les circuits de commande ne peuvent pas être mutualisés : chaque interrupteur doit être pourvu d'une commande rapprochée propre, qui peut être alimentée par un élément de stockage ou génération d'énergie électrique relié au point milieu du bras d'onduleur de courant correspondant.
Seuls des modes de réalisation de l'invention utilisant des MOSFETs complémentaires ont été décrits en détail. Il ne s'agit pas d'une limitation essentielle : en effet, les bras d'onduleurs peuvent aussi être réalisés au moyen de dispositifs d'un même type (généralement N), par exemple des IGBT.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Système de gestion d'une association série d'éléments de génération ou de stockage d'énergie électrique (CAi - CAN ; Ρ\Λι - PVN), caractérisé en ce qu'il comporte :
- une première (Bi) et une deuxième (B2) barres de puissance, connectées entre elles par l'intermédiaire d'un inducteur (L) en série ;
une pluralité de bras d'onduleur de courant connectés entre Iesdites première et deuxième barres de puissance, chacun desdits bras étant constitué par deux interrupteurs bidirectionnels en tension (TG/DG ; TQ/DD) reliés en série entre eux par un point dit point milieu (PM) du bras ; et une pluralité de connecteurs pour connecter chaque élément de ladite association série entre les points milieux de deux desdits bras.
2. Système de gestion selon la revendication 1 dans lequel les interrupteurs des bras d'onduleur de courant sont des interrupteurs bidirectionnels en tension et unidirectionnels en courant, adaptés pour permettre un passage de courant de la première vers la deuxième barre de puissance.
3. Système de gestion selon la revendication 2 dans lequel chacun desdits bras d'onduleur de courant est formé par deux MOSFETs de puissance complémentaires (TG ; Td), connectés auxdites première et deuxième barres de puissance par leurs sources (S), et par deux diodes (DG ; DD) connectées entre le point milieu (PM) du bras et les drains (D) desdits MOSFETs.
4. Système de gestion selon la revendication 3 comportant un premier circuit (PC-i) de commande rapprochée des MOSFETs connectés à la première barre de puissance, et un deuxième circuit (PC2) de commande rapprochée des MOSFETs connectés à la deuxième barre de puissance.
5. Système de gestion selon la revendication 4 comportant également : un premier condensateur (Ci) connecté directement à ladite deuxième barre de puissance (B2) et par l'intermédiaire d'un interrupteur (SW2) à la première barre de puissance (B-i), ledit premier condensateur assurant l'alimentation dudit premier circuit de commande rapprochée (PCi) ; et
un deuxième condensateur (C2) connecté directement à ladite première barre de puissance (Bi) et par l'intermédiaire d'un interrupteur (SW à la deuxième barre de puissance (B2), ledit deuxième condensateur assurant l'alimentation dudit deuxième circuit de commande rapprochée (PC2).
6. Système de gestion selon la revendication 2 dans lequel chacun desdits bras d'onduleur est formé par deux MOSFETs de puissance complémentaires (TG ; TD), reliés entre eux par leurs sources (S), et par deux diodes (DG ; DD) connectées entre le drain (D) de chaque transistor et la barre de puissance correspondante.
7. Système de gestion selon la revendication 6 comportant un circuit de commande rapprochée pour chacun desdits MOSFETs, chacun desdits circuit de commande étant alimenté par l'un des éléments connectés au point milieu du bras d'onduleur de courant correspondant.
8. Système de gestion selon l'une des revendications 1 ou 2 dans lequel chacun desdits bras d'onduleur comprend un premier et un deuxième interrupteurs commandés, connectés respectivement à ladite première et ladite deuxième barre de puissance, une première diode connectée en série entre ladite première barre de puissance et ledit point milieu, et une deuxième diode connectée en série entre ledit point milieu et ladite deuxième barre de puissance, à l'exception :
d'un bras, dit premier, dont le point milieu est destiné à être connecté à l'élément à plus haute tension de ladite association, et dans lequel ledit premier interrupteur commandé est remplacé par un circuit fermé ; et
d'un autre bras, dit dernier, dont le point milieu est destiné à être connecté à l'élément à plus basse tension de ladite association, et dans lequel ledit deuxième interrupteur commandé est remplacé par un circuit fermé.
9. Système de gestion selon la revendication 1 comprenant également un condensateur connecté en série audit inducteur.
10. Système de gestion selon la revendication 9 dans lequel les interrupteurs des bras d'onduleur de courant sont des interrupteurs bidirectionnels en tension et en courant, tels que des triacs ou des paires de thyristors antiparallèles.
11. Système de gestion selon la revendication 9 dans lequel ledit condensateur est connecté entre deux nœuds opposés d'un pont formé par quatre interrupteurs commandés bidirectionnels en tension et unidirectionnels en courant, orientés de manière à permettre un passage du courant bidirectionnel à travers ledit condensateur et un passage du courant unidirectionnel, uniquement dans le sens allant de ladite deuxième barre de puissance vers ladite première barre de puissance, à travers l'inducteur.
12. Système de gestion d'une association série d'éléments de génération ou de stockage d'énergie électrique (CA| - CAN ; PVi - PVN), constitué par un nombre paire de systèmes de gestion individuels selon l'une des revendications 1 à 8, identiques entre eux et dont les points milieux des bras d'onduleur sont reliés ensemble.
13. Système de gestion selon la revendication 12 dans lequel les inducteurs des systèmes de gestion individuels sont couplés magnétiquement entre eux de telle manière que les flux magnétiques dans leurs noyaux ferromagnétiques respectifs, ou dans un noyau magnétique commun, se compensent mutuellement au moins en partie.
14. Système de gestion selon l'une des revendications précédentes dans lequel :
lesdits interrupteurs sont réalisés sous la forme de dispositifs semi-conducteurs à structure verticale ; et
- au moins une pluralité desdits bras d'onduleur de courant sont réalisés sous la forme de modules bi-puces comportant une première puce (PG) intégrant de manière monolithique les interrupteurs connectés entre la première barre de puissance et les points milieux respectifs, et une deuxième puce (PD) intégrant de manière monolithique les interrupteurs connectés entre lesdits points milieux respectifs et la deuxième barre de puissance.
15. Système de gestion selon la revendication 10 dans lequel les puces d'un dit module sont de types complémentaires.
16. Système de gestion selon l'une des revendications précédentes comportant également une pluralité de condensateurs (Ci - CN) connectés entre les points milieux desdits bras d'onduleur de courant.
17. Système de gestion selon l'une des revendications précédentes comportant également un module de commande pour piloter les interrupteurs desdits bras d'onduleur de courant de manière à :
dans une première phase d'équilibrage, extraire de l'énergie électrique d'au moins un élément de ladite association série et la stocker sous forme magnétique dans ledit inducteur ;
dans une deuxième phase d'équilibrage, déstocker ladite énergie magnétique et la réinjecter dans ledit ou au moins un autre élément de l'association série.
18. Système de gestion selon la revendication 17 dans lequel ledit module de commande est adapté pour :
dans ladite première phase d'équilibrage, ordonner la fermeture de l'interrupteur (DGÎ+2 ; TGÎ+2 ) connecté entre ladite première barre de puissance (B-i) et le point milieu (PMi+2) d'un premier bras d'onduleur de courant, et de l'interrupteur (DQÎ ; TGi ) connecté entre le point milieu (PMj) d'un deuxième bras d'onduleur de courant et ladite deuxième barre de puissance (B2), le point milieu dudit deuxième bras d'onduleur étant situé à un niveau de tension supérieur à celui dudit premier bras, de manière à injecter un courant dans ledit inducteur ; et
dans ladite deuxième phase d'équilibrage, ordonner la fermeture de l'interrupteur (Dq ; TGj ) connecté entre ladite première barre de puissance (B-i) et le point milieu (PMj) d'un troisième bras d'onduleur de courant, et de l'interrupteur (DGÎ+I ; TGÎ+I ) connecté entre le point milieu (PMj) d'un quatrième bras d'onduleur de courant et ladite deuxième barre de puissance (B2), le point milieu dudit quatrième bras d'onduleur étant situé à un niveau de tension inférieur à celui dudit troisième bras, de manière à permettre à un courant de décharge dudit inducteur de circuler à travers un sous-ensemble desdits éléments de génération et/ou de stockage d'énergie électrique.
19. Système de gestion selon l'une des revendications 17 ou
18 dans lequel ledit module de commande est aussi adapté pour piloter les interrupteurs desdits bras d'onduleur de courant de manière à court-circuiter un sous-ensemble contigu d'éléments défaillants.
20. Système de gestion selon l'une des revendications 17 à
19 dans lequel ledit module de commande est adapté pour :
piloter les interrupteurs desdits bras d'onduleur de courant de manière à connecter ledit inducteur en série avec l'un desdits éléments de génération et/ou de stockage d'énergie électrique ;
déterminer un niveau de tension aux bornes dudit élément à partir de la mesure d'une variation de courant à travers ledit inducteur ; puis piloter les interrupteurs desdits bras d'onduleur de courant de manière à décharger ledit inducteur.
21. Batterie électrochimique comportant une association série d'éléments de stockage électrochimique d'énergie électrique (CA-ι - CAN), connectée à un système de gestion selon l'une des revendications précédentes.
22. Utilisation d'un système selon l'une des revendications 1 à 20 pour équilibrer en tension et/ou en niveau de charge une association série d'éléments de stockage d'énergie électrique en extrayant de l'énergie électrique d'une première série contigue desdits éléments ; en stockant ladite énergie dans ledit inducteur ; puis en l'injectant dans une deuxième série contigue desdits éléments.
23. Panneau photovoltaïque comportant une association série de cellules photovoltaïques (PVi- PVN), connectée à un système de gestion selon l'une des revendications 1 à 20.
24. Utilisation d'un système selon l'une des revendications 1 à 20, pour équilibrer en courant une association série de cellules photovoltaïques dont au moins une est défaillante ou ombragée, ou est utilisée en-dessous de son niveau maximal de puissance.
25. Utilisation d'un système selon l'une des revendications 1 à 20, pour court-circuiter au moins une cellule photovoltaïque défaillante dans une association série de telles cellules.
26. Utilisation d'un système selon l'une des revendications 1 à 20, pour court-circuiter une association série de cellules photovoltaïques.
27. Utilisation d'un système selon l'une des revendications 1 à 20 pour détecter une cellule photovoltaïque, ou un ensemble de cellules photovoltaïques, défaillantes ou ombragées, ou bien utilisées en-dessous de leur niveau maximal de puissance, dans une association série de telles cellules.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103036257A (zh) * 2011-10-08 2013-04-10 上海锂曜能源科技有限公司 单电感式蓄电池组均衡电路及方法
PT106681A (pt) * 2012-12-04 2014-06-04 Inst Superior Técnico Conversor eletrónico comutado para equilíbrio do estado de carga em células de baterias
WO2017144975A1 (fr) * 2016-02-23 2017-08-31 Revision Military S.A.R.L. Système d'équilibrage de batterie à deux bus
CN111404212A (zh) * 2020-02-12 2020-07-10 钰泰半导体南通有限公司 电池组件及充放电模块

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011004081A1 (fr) 2009-07-08 2011-01-13 Centre National De La Recherche Scientifique Module electronique de puissance

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6157167A (en) * 1998-04-29 2000-12-05 The Johns Hopkins University Topology for individual battery cell charge control in a rechargeable battery cell array
US7378818B2 (en) * 2002-11-25 2008-05-27 Tiax Llc Bidirectional power converter for balancing state of charge among series connected electrical energy storage units
US20050139259A1 (en) * 2003-12-30 2005-06-30 Robert Steigerwald Transformerless power conversion in an inverter for a photovoltaic system
US8692515B2 (en) * 2006-06-22 2014-04-08 Fdk Corporation Series-connected rechargeable cells, series-connected rechargeable cell device, voltage-balance correcting circuit for series-connected cells
KR20090121402A (ko) * 2007-03-20 2009-11-25 에네르델, 인코포레이티드 직렬 연결된 전지의 충전 상태를 밸런싱하기 위한 시스템과 방법
CA2737134C (fr) * 2007-10-15 2017-10-10 Ampt, Llc Systemes pour energie solaire hautement efficace
US20090195079A1 (en) * 2008-01-31 2009-08-06 Jens Barrenscheen Circuit for equalizing charge unbalances in storage cells

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011004081A1 (fr) 2009-07-08 2011-01-13 Centre National De La Recherche Scientifique Module electronique de puissance

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
N. KUTKUT, D. DIVAN: "Dynamic equalization techniques for series battery stacks", INTELEC '96, 1996, pages 514 - 521, XP000699874, DOI: doi:10.1109/INTLEC.1996.573384
PH. LETURCQ: "Tenue en tension des semi-conducteurs de puissance", TECHNIQUES DE L'INGÉNIEUR, TRAITÉ GÉNIE ÉLECTRIQUE, vol. D 3, pages 104 - 1
T. MISHIMA, T. OHNISHI: "Power Compensation System for Partially Shaded PV Array using Electric Double Layer Capacitors", 28TH ANNUAL CONFÉRENCE OF THE IEEE INDUSTRIAL ELECTRONICS SOCIETY (IECON 02), 5-8 NOV. 2002, vol. 4, 5 November 2002 (2002-11-05), pages 3262 - 3267, XP001190643
T. SHIMIZU ET AL.: "Generation Control Circuit for Photovoltaic Modules", IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, vol. 16, no. 3, May 2001 (2001-05-01), XP011043562

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103036257A (zh) * 2011-10-08 2013-04-10 上海锂曜能源科技有限公司 单电感式蓄电池组均衡电路及方法
PT106681A (pt) * 2012-12-04 2014-06-04 Inst Superior Técnico Conversor eletrónico comutado para equilíbrio do estado de carga em células de baterias
PT106681B (pt) * 2012-12-04 2015-01-29 Inst Superior Técnico Processo para equilibrar o estado de carga em células de baterias utilizando um conversor eletrónico comutado
WO2017144975A1 (fr) * 2016-02-23 2017-08-31 Revision Military S.A.R.L. Système d'équilibrage de batterie à deux bus
GB2564043A (en) * 2016-02-23 2019-01-02 Revision Military Sarl Dual bus battery balancing system
US10319981B2 (en) 2016-02-23 2019-06-11 Revision Military S.A.R.L. Dual bus battery balancing system
GB2564043B (en) * 2016-02-23 2022-02-23 Galvion Power Systems Inc Dual bus battery balancing system
CN111404212A (zh) * 2020-02-12 2020-07-10 钰泰半导体南通有限公司 电池组件及充放电模块

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