Brevet FR2907913A1 — publié le 20080502

La présente invention a pour objet un banc d'essai destiné à être connecté à au moins un module de stockage d'énergie électrique pour tester ledit au moins un module de stockage d'énergie électrique en modifiant un paramètre électrique dudit au moins un module de stockage d'énergie électrique selon un cycle d'essai prédéterminé. Des bancs d'essai sont couramment utilisés pour tester, notamment, la durée de vie d'un module de stockage d'énergie électrique d'un véhicule, qui peut être par exemple une voiture, un bus, un tramway, un train, ou autre. Généralement, ces bancs d'essai comportent ou sont connectés à des moyens d'alimentation aptes à fournir l'énergie électrique nécessaire pour charger le module de stockage d'énergie électrique, l'énergie électrique libérée lors de la décharge du moyen de stockage d'énergie électrique étant dissipée. L'opération de test d'un module de stockage d'énergie électrique pouvant durer plusieurs mois, cela présente l'inconvénient d'une consommation importante d'énergie électrique. Cette consommation d'énergie engendre de plus des dépenses qui peuvent représenter plusieurs milliers d'euros par banc d'essai et par an. La présente invention a pour but de proposer un banc d'essai qui évite au moins certains des inconvénients précités et qui soit économique sur les plans financier et énergétique. A cet effet, l'invention a pour objet un banc d'essai destiné à être connecté à au moins un premier module de stockage d'énergie électrique pour tester ledit au moins un premier module de stockage d'énergie électrique en modifiant un paramètre électrique dudit au moins un premier module de stockage d'énergie électrique selon un cycle d'essai prédéterminé, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de pilotage aptes à piloter un transfert d'énergie électrique entre ledit au moins un premier module de stockage d'énergie électrique et au moins un deuxième module de stockage d'énergie électrique connecté audit banc d'essai. Selon un mode de réalisation de l'invention, lesdits moyens de pilotage sont aptes à piloter un transfert d'énergie électrique entre ledit au moins un premier module de stockage d'énergie électrique et ledit au moins un deuxième module de stockage d'énergie électrique pour 2907913 2 modifier, d'une part, ledit paramètre électrique dudit au moins un premier module de stockage d'énergie électrique selon ledit cycle d'essai prédéterminé, et, d'autre part, un paramètre électrique dudit au moins un deuxième module de stockage d'énergie électrique selon un cycle d'essai 5 prédéterminé. Avantageusement, ledit banc d'essai comporte ou est apte à être connecté à des moyens d'alimentation, lesdits moyens de pilotage étant aptes à piloter le transfert d'énergie électrique entre lesdits moyens d'alimentation et au moins l'un desdits premier et deuxième modules de 10 stockage d'énergie électrique pour compenser des pertes énergétiques qui ont lieu lors du transfert d'énergie entre ledit au moins un premier module de stockage d'énergie électrique et ledit au moins un deuxième module de stockage d'énergie électrique. De préférence, lesdits moyens de pilotage sont aptes à piloter le 15 transfert d'énergie électrique entre lesdits moyens d'alimentation et au moins l'un desdits premier et deuxième modules de stockage d'énergie électrique lors de la mise en fonctionnement dudit banc d'essai. Selon un mode de réalisation de l'invention, au moins l'un desdits premier et deuxième modules de stockage d'énergie électrique est un 20 super-condensateur. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, au moins l'un desdits premier et deuxième modules de stockage d'énergie électrique est un volant d'inertie. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, au moins l'un 25 desdits premier et deuxième modules de stockage d'énergie électrique est une batterie. De préférence, ledit banc d'essai est apte à être connecté à un ensemble de premiers modules de stockage d'énergie électrique comportant un nombre i de premiers modules de stockage d'énergie 30 électrique, i étant un entier strictement supérieur à 1, et à un ensemble de deuxièmes modules de stockage d'énergie électrique comportant le même nombre i de deuxièmes modules de stockage d'énergie électrique, lesdits moyens de pilotage étant aptes à piloter un transfert d'énergie électrique entre chacun desdits premiers modules de stockage d'énergie 35 électrique et chacun desdits deuxièmes modules de stockage d'énergie électrique, respectivement, pour modifier selon des cycles d'essai 2907913 3 prédéterminés respectifs, un paramètre électrique de chacun desdits premiers modules de stockage d'énergie électrique et de chacun desdits deuxièmes modules de stockage d'énergie électrique. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, 5 caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative détaillée qui va suivre, d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple purement illustratif et non limitatif, en référence aux dessins schématiques annexés. Sur ces dessins : 10 - la figure 1 est un schéma électrique simplifié d'un banc d'essai selon un mode de réalisation de l'invention, le banc d'essai étant connecté à des modules de stockage d'énergie électrique ; - les figures 2 à 5 sont des graphes montrant des courbes 15 représentant, en fonction du temps, l'intensité traversant des modules de stockage d'énergie électrique. La figure 1 montre un banc d'essai de puissance 1, symbolisé par un rectangle en traits interrompus 2, des modules de stockage d'énergie électrique Al à Ai et des modules de stockages d'énergie électrique B1 à 20 Bi, i étant un entier positif quelconque. Dans l'exemple représenté, le nombre de modules de stockage A connectés au banc d'essai 1 est égal au nombre de modules de stockage B connectés au banc d'essai 1. Cependant, on notera que le nombre de modules de stockage A et le nombre de modules de stockage B ne sont pas limitatifs et peuvent être 25 différents. Dans la suite de la description, l'ensemble constitué par le banc d'essai, les modules de stockage A et les modules de stockage B est appelé ensemble de test 5. Par exemple, les modules de stockage A, B sont des modules de stockage à tester. En variante, les modules A peuvent être des modules 30 de stockage à tester et les modules B peuvent être des modules de stockage utilisés par le banc d'essai 1 pour tester les modules A. Lorsqu'ils sont utilisés dans un véhicule, les modules de stockage A, B sont soumis à des contraintes identifiées, ou cycles traction-freinage, correspondant à des conditions de trafic urbain réelles du 35 véhicule. Le véhicule peut être une voiture, un bus, un tramway, un train, ou autre. 2907913 4 Le banc d'essai 1 a pour fonction de simuler ces contraintes en soumettant chaque module de stockage Al à Ai et B1 à Bi à des cycles d'essai CE,A1 à CE,Ai et CE,B1 à CE,Bi, respectivement, c'est-à-dire en modifiant un paramètre électrique de chaque module Al à Ai et B1 à Bi 5 selon le cycle d'essai correspondant CE,A1 à CE,Ai et CEs1 à CE,Bi, pour permettre la caractérisation du vieillissement des modules de stockage A et B. Le paramètre électrique modifié est par exemple la tension aux bornes de chaque module Al à Ai et B1 à Bi et/ou le courant traversant chaque module Al à Ai et B1 à Bi. 10 On notera que des essais accélérés de durée de vie des modules de stockage A, B sont de préférence réalisés dans des conditions plus contraignantes que celles de l'usage réel. Par exemple, chaque module de stockage Al à Ai et B1 à Bi comporte un ensemble de super condensateurs en série. 15 Le banc d'essai 1 comporte des moyens de pilotage aptes à piloter un transfert d'énergie entre les modules de stockage Al à Ai et B1 à Bi en pilotant le courant aux bornes 6, 7, 8, 9 du banc d'essai 1. Les moyens de pilotage comprennent par exemple deux hacheurs H1 et H2, tels que des hacheurs élévateur-abaisseur réversibles. Le hacheur H1 est connecté aux 20 modules de stockage A via son inductance L1 de contrôle des courants de charge/décharge, c'est-à-dire que les modules A sont connectés en parallèle entre les bornes 6 et 7. Le hacheur H2 est connecté avec les modules de stockage B via son inductance L2 de contrôle des courants de charge/décharge, c'est-à-dire que les modules B sont connectés en 25 parallèle entre les bornes 8 et 9. Des moyens de commande (non représentés) du hacheur H1 (respectivement du hacheur H2) permettent de commander la connexion/déconnexion de chaque module de stockage Al à Ai (respectivement de chaque module de stockage B1 à Bi) selon des temps 30 de charge/décharge que l'on souhaite imposer pour réaliser un cycle d'essai CE représentatif des contraintes d'usage et de vieillissement. Le hacheur H1 (respectivement le hacheur H2) comporte deux interrupteurs de puissance Sil et S12 (respectivement deux interrupteurs de puissance S21 et S22). Pour les basses tensions, les interrupteurs S11, 35 S12, S21 et S22 peuvent par exemple comporter un transistor à effet de champ du type MOSFET et une diode. En variante, pour les hautes 2907913 5 tensions, les interrupteurs peuvent par exemple comporter un transistor bipolaire à grille isolée (IGBT) et une diode. Les interrupteurs S11, S12, S21 et S22, commandés par les moyens de commande, permettent de contrôler l'intensité et le sens du courant, c'est-à-dire le transfert 5 d'énergie, grâce au réglage du rapport cyclique de conduction. Chaque module de stockage A, B constitue une réserve d'énergie tampon apte à être utilisée pour charger un autre module de stockage A, B, tel que cela sera décrit en détails plus loin, ce qui permet de réaliser des cycles d'essai très variés. Les hacheurs H1 et H2 sont en outre 10 connectés à une alimentation électrique 4, apte à délivrer une énergie correspondant aux pertes globales de l'ensemble de test 5, c'est-à-dire à la somme des pertes des modules A, B et des composants de puissance intégrés dans le banc d'essai 1. Un condensateur C1 est disposé entre les hacheurs H1 et H2. Une 15 borne du condensateur C1 est connectée à l'alimentation 4, l'autre borne du condensateur C1 étant connectée à la masse. L'alimentation 4 peut être une alimentation standard, notamment lorsque les modules de stockage A et B sont du type super condensateurs ou volants d'inertie. En variante, l'alimentation 4 peut être une 20 alimentation réversible, notamment lorsque les modules de stockage sont du type batterie. En effet, dans ce cas, l'alimentation électrique doit pouvoir renvoyer de l'énergie sur le réseau électrique. Le banc d'essai 1 comporte des moyens de mesure (non représentés) aptes à mesurer des paramètres tels que la tension, le 25 courant et la température en différents points de l'ensemble de test 5, notamment aux bornes des modules A, B, et à détecter lorsqu'un paramètre dépasse une valeur limite prédéterminée. Par exemple, les moyens de mesure permettent de détecter une surtension aux bornes d'un module de stockage A ou B, une température trop élevée sur une 30 connexion électrique d'un module A, B ou sur le module A, B lui-même et un sur-courant dans un module A, B. Le banc d'essai 1 comporte des moyens de sécurité (non représentés), connectés aux moyens de mesure, aptes à assurer la sécurité des modules de stockage A et B, de l'environnement et de 35 l'expérimentateur, par exemple en commandant la décharge rapide des 2907913 6 modules A, B et l'arrêt du banc d'essai 1 lorsque les moyens de mesure détectent le dépassement d'une valeur limite prédéterminée. Un système de mesure et d'acquisition de données autonome (non représenté) peut être utilisé en supplément des moyens de mesure et de 5 sécurité pour réaliser et mémoriser des mesures de paramètres tels que la tension, le courant et la température. Le système d'acquisition de données comporte ou est connecté à des moyens de stockage permettant de mémoriser les données de mesure. Les moyens d'acquisition de données sont aptes à communiquer avec le banc d'essai 1 pour 10 commander l'arrêt du banc d'essai 1 en cas de dépassement d'une valeur limite prédéterminée. Le système d' acquisition de données constitue ainsi un système de sécurité supplémentaire indépendant des moyens de mesure et de sécurité du banc d'essai 1. Des moyens de régulation de la température ambiante (non 15 représentés), comportant par exemple des cloches ou des caissons thermiques, peuvent être disposés au voisinage des modules de stockage A, B pour réguler la température de l'environnement des modules A, B. En se référant aux figures 2 et 3, on va maintenant décrire un cycle d'essai CE,A1 du module de stockage AI et un cycle d'essai CEsI du 20 module de stockage B1. La courbe 10 représente un exemple de l'intensité I traversant le module de stockage AI en fonction du temps t. La courbe 12 représente un exemple de l'intensité I traversant le module de stockage B I en fonction du temps t. On notera que la forme d'onde de l'intensité I peut 25 être quelconque. Pendant une première phase P1,A1 du cycle d'essai CE,A1, s'étendant entre le temps to,A1 et le temps t1,A1, les moyens de pilotage commandent la décharge du module de stockage AI jusqu'à ce que la tension U à ses bornes atteigne une valeur de décharge UD 30 prédéterminée. En variante, la durée At1,A1=t1,A1-to,A1 peut être prédéterminée. La variation de l'intensité I traversant le module AI pendant la décharge est pilotée par les moyens de pilotage pour simuler une phase d'accélération pour le véhicule. Pendant une deuxième phase P2,A1 du cycle d'essai CE,A1, 35 s'étendant entre le temps t1,A1 et le temps t2,A1, le module de stockage AI est au repos, c'est-à-dire que l'intensité I traversant le module AI est 2907913 7 sensiblement nulle et que la tension U aux bornes du module Al est sensiblement constante. Pendant une troisième phase P3,A1 du cycle d'essai CE,A1, s'étendant entre le temps t2,A1 et le temps t3,Al, les moyens de pilotage 5 commandent la charge du module Al jusqu'à ce que la tension à ses bornes atteigne une valeur de charge Uc prédéterminée, qui est par exemple égale à la valeur de charge au démarrage du cycle CE,A1. La variation de l'intensité I traversant le module Al pendant la charge est pilotée par les moyens de pilotage pour simuler un freinage du véhicule. 10 La durée At3,A1=t3,A1-t2,A1 de la troisième phase P3,A1 n'est pas nécessairement égale à la durée Atl,A1=tl,A1-to,A1 de la première phase P1,A1. Pendant une quatrième phase P4,A1 du cycle d'essai CE,A1, s'étendant entre le temps t3,A1 et le temps t4,A1, le module Al est au repos. 15 La durée At4,A1=t4,A1-t3,A1 de la quatrième phase P4,A1 n'est pas nécessairement égale à la durée At2,A1=t2,A1-tl,A1 de la deuxième phase P2,A1. Le cycle d'essai CE,B1 est effectué en parallèle du cycle d'essai CE,A1 et comporte quatre phases P1s1, P2,B1, P3,B1 et P4,B1 correspondant, 20 respectivement, aux phases P1,A1, P2,A1, P3,A1 et P4,A1. La troisième phase P3 Bi, s'étendant entre le temps to,B1 et le temps t1,B1, est effectuée parallèlement à la première phase P1,A1. De cette manière, l'énergie libérée lors de la décharge du module Al est utilisée pour charger le module B1, la différence d'énergie instantanée étant 25 gérée par l'intermédiaire du condensateur C1. De manière similaire, la première phase P1s1, s'étendant entre le temps t2,B1 et le temps t3,B1, est effectuée parallèlement à la troisième phase P3,A1. De cette manière, l'énergie libérée lors de la décharge du module B1 est utilisée pour charger le module A1, la différence d'énergie 30 instantanée étant gérée par l'intermédiaire du condensateur C1. Sur les figures, la variation de l'intensité I traversant le module Al pendant la première phase P1,A1 est différente de la variation de l'intensité I traversant le module B1 pendant la première phase P1s1, c'est-à-dire que les contraintes simulées auxquelles sont soumises les 35 modules Al et B1 sont différentes. De manière générale, les cycles 2907913 8 d'essais CE,A1 et CE,B1 peuvent être identiques ou différents, en fonction des essais que l'opérateur souhaite effectuer sur les modules Al et B1. La deuxième phase P2,B1, s'étendant entre le temps t3,B1 et le temps t4,B1, est effectuée presque simultanément à la quatrième phase P4,A1, et la 5 quatrième phase P4,B1, s'étendant entre le temps ti,B1 et le temps t2,B1, est effectuée presque simultanément à la deuxième phase P2,A1. Les cycles d'essai CE,A1 et CE, B1 ont la même durée, c'est-à-dire que AtCE,B1ût4.B1û to,Bl AtCE,A1ût4,A1û to,Al. Au temps t4,A1ût4,B1, lorsque l'opération de test des modules de stockage A1, B1 n'est pas terminée, le 10 banc d'essai 1 reproduit les cycles CE,A1 et CE,B1 de manière similaire. Ainsi, les énergies électriques de charge et décharge des modules Al et B1 sont respectivement échangées entre les modules Al et B1, seules les pertes électriques étant fournies par la source d'alimentation 4. La consommation d'énergie électrique est donc réduite aux pertes 15 électriques des modules A1, B1 et aux pertes électriques des composants d'électronique de puissance réalisant le pilotage en courant des cycles de puissance. Dans la suite de la description, on appelle paire de modules de stockage deux modules de stockage dont les cycles d'essai CE sont en 20 opposition de phase, c'est-à-dire positionnés l'un par rapport à l'autre pour permettre la charge d'un des modules à partir de l'énergie provenant de la décharge de l'autre des modules et réciproquement. Les modules Al et B1 constituent une paire de modules de stockage. Lors de la mise en fonctionnement du banc d'essai 1, les modules 25 A et B sont déchargés. Dans ce cas, les moyens d'alimentation 4 permettent de charger un module de la paire de modules, dans l'exemple le module A1, avant la première exécution des cycles CE,A1 et CE,B1. En se référant aux figures 2 à 5, on va maintenant décrire la superposition des cycles CE,A1 et CE,B1, d'un cycle d'essai CE,A2 du 30 module de stockage A2 et d'un cycle d'essai CE,B2 du module de stockage B2. Les modules A2 et B2 constituent une paire de modules de stockage. La courbe 14 représente l'intensité I traversant le module A2 en 35 fonction du temps t. La courbe 16 représente l'intensité I traversant le module B2 en fonction du temps t. 2907913 9 Dans l'exemple, le cycle d'essai CE,A2 comporte quatre phases P1,A2, P2,A2, P3,A2 et P4,A2 similaires, respectivement, aux phases P1 B1, P2,B1, P3,B1 et P4,B1. Le cycle d'essai CE,B2 comporte quatre phases P1 B2, P2,B2, P3,B2 et P4,B2 similaires, respectivement, aux phases P1,A1, P2,Ai, 5 P3,A1 et P4,A1. On notera que, tel que cela a été décrit précédemment, la variation de l'intensité pendant chacun des cycles CE,A1, CE,A2, CE,B1 et CE,B2 est adaptée en fonction des contraintes qui doivent être simulées sur le module correspondant A1, A2, B1 et B2. Les cycles CE,A1, CE,A2, CEs1 et CE,B2 peuvent donc être identiques ou différents les uns des autres, en 10 fonction des besoins. La première phase P1,A2 est réalisée pendant la deuxième phase P2,Ai, entre un temps t1,A2 et un temps t2,A2 tels que tl,A1 Ati,A2• Les durées des phases correspondantes des cycles CE,A1, CE,B1, CE,A2 et CE,B2 étant presque identiques, cela implique que la troisième phase P3,A2 est effectuée pendant la quatrième phase P4,A1, entre un temps t3,A2 et un temps t4, A2 tels que t3,y1 REVENDICATIONS 1. Banc d'essai (1) destiné à être connecté à au moins un premier module de stockage d'énergie électrique (A1) pour tester ledit au moins un premier module de stockage d'énergie électrique (A1) en modifiant un paramètre électrique dudit au moins un premier module de stockage d'énergie électrique (A1) selon un cycle d'essai (CE,AI) prédéterminé, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de pilotage (H1, H2) aptes à piloter un transfert d'énergie électrique entre ledit au moins un premier module de stockage d'énergie électrique (A1) et au moins un deuxième module de stockage d'énergie électrique (B 1) connecté audit banc d'essai (1). 2. Banc d'essai (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de pilotage (H1, H2) sont aptes à piloter un transfert d'énergie électrique entre ledit au moins un premier module de stockage d'énergie électrique (A1) et ledit au moins un deuxième module de stockage d'énergie électrique (B1) pour modifier, d'une part, ledit paramètre électrique dudit au moins un premier module de stockage d'énergie électrique (A1) selon ledit cycle d'essai (CE,AI) prédéterminé, et, d'autre part, un paramètre électrique dudit au moins un deuxième module de stockage d'énergie électrique (B1) selon un cycle d'essai (CEs1) prédéterminé. 3. Banc d'essai selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte ou est apte à être connecté à des moyens d'alimentation (4), lesdits moyens de pilotage (H1, H2) étant aptes à piloter le transfert d'énergie électrique entre lesdits moyens d'alimentation (4) et au moins l'un desdits premier et deuxième modules de stockage d'énergie électrique (A1, B1) pour compenser des pertes énergétiques qui ont lieu lors du transfert d'énergie entre ledit au moins un premier module de stockage d'énergie électrique (A1) et ledit au moins un deuxième module de stockage d'énergie électrique (B1). 4. Banc d'essai selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de pilotage (H1, H2) sont aptes à piloter le transfert d'énergie électrique entre lesdits moyens d'alimentation (4) et au moins l'un desdits premier et deuxième modules de stockage d'énergie 2907913 12 électrique (A1, B1) lors de la mise en fonctionnement dudit banc d'essai (1). 5. Banc d'essai selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que au moins l'un desdits premier et deuxième 5 modules de stockage d'énergie électrique (A1, B1) est un super-condensateur. 6. Banc d'essai selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que au moins l'un desdits premier et deuxième modules de stockage d'énergie électrique (A1, B1) est un volant d'inertie. 10 7. Banc d'essai selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que au moins l'un desdits premier et deuxième modules de stockage d'énergie électrique (A1, B1) est une batterie. 8. Banc d'essai selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est apte à être connecté à un ensemble de premiers modules de stockage 15 d'énergie électrique comportant un nombre i de premiers modules de stockage d'énergie électrique (A1 à Ai), i étant un entier strictement supérieur à 1, et à un ensemble de deuxièmes modules de stockage d'énergie électrique comportant le même nombre i de deuxièmes modules de stockage d'énergie électrique (B1 à Bi), lesdits moyens de 20 pilotage (H1, H2) étant aptes à piloter un transfert d'énergie électrique entre chacun desdits premiers modules de stockage d'énergie électrique (A1 à Ai) et chacun desdits deuxièmes modules de stockage d'énergie électrique (B1 à Bi), respectivement, pour modifier selon des cycles d'essai (CE,A1 à CE, Ai et CEs1 à CE,Bi) prédéterminés respectifs, un 25 paramètre électrique de chacun desdits premiers modules de stockage d'énergie électrique (A1 à Ai) et de chacun desdits deuxièmes modules de stockage d'énergie électrique (B1 à Bi).