Brevet FR2926927A1 — publié le 20090731

" DISPOSITIF DE STOCKAGE D'ENERGIE ELECTRIQUE POUR VEHICULE". L'invention concerne un dispositif de stockage 5 d'énergie électrique pour véhicule, notamment pour véhicule automobile. Dans le document US6541942, Francis décrit un assemblage de capacités qui possède un circuit d'équilibrage de charge et un circuit de refroidissement. 10 Lorsqu'un moyen d'équilibrage rentre en fonction, il dissipe une puissance instantanée P= us x id par effet Joule. Il est nécessaire de dimensionner le circuit d'équilibrage, d'une part pour accepter le courant à dévier, d'autre part pour évacuer la puissance dissipée. 15 Le courant de charge maximal de chaque cellule de condensateur, étant souvent important, il est difficile techniquement et économiquement de dimensionner le circuit d'équilibrage pour accepter et évacuer toute la puissance. Ainsi, les dispositifs d'équilibrage 20 comportent un circuit de limitation du courant dérivé à une valeur id' Un tel circuit permet de garder un dimensionnement raisonnable du circuit d'équilibrage sans risquer sa destruction lorsque le courant de charge est important. 25 Ce mode de fonctionnement présente néanmoins un inconvénient. En effet, si la tension d'une cellule atteint la tension us et si le courant de charge est supérieur à la limite idmax, alors le circuit d'équilibrage ne peut dériver l'intégralité du courant et le surplus de 30 courant continue de charger la cellule. La tension aux bornes de celle-ci continue donc d'augmenter. Pour éviter une destruction immédiate de la cellule, une autre solution consiste à choisir la tension us sensiblement inférieure à la tension maximale que la 35 cellule peut supporter. A titre d'exemple, l'état connu de la technique comprend des dispositifs d'équilibrage dont la tension de déclenchement est de 2.5V et qui sont associés à des cellules de type super condensateurs dont la tension maximale admissible est de 2.7V. Cette marge de sécurite permet à la cellule d'accepter transitoirement les surcharges éventuelles. Toutefois, une telle marge de sécurité correspond à environ 15% de l'énergie totale que peut emmagasiner la cellule. Toute la plage de fonctionnement correspondante ne peut être exploitée en fonctionnement nominal. Il en résulte donc un surdimensionnement de la capacité énergétique du stockeur, ce qui pénalise son encombrement, sa masse, et son coût. Pour remédier aux inconvénients de l'état connu de la technique, un objet de l'invention est un dispositif de stockage d'énergie électrique comprenant au moins une cellule accumulatrice et un moyen d'équilibrage branché en parallèle sur la cellule pour limiter une tension électrique appliquée à la cellule. Le dispositif est remarquable en ce qu'il comprend un circuit de supervision agencé pour émettre un signal lorsque le moyen d'équilibrage limite la tension. Le signal est avantageusement utilisable de façon à réduire une charge générée ou absorbée par un organe extérieur au dispositif de stockage. Selon différentes alternatives de mise en oeuvre préférée, un moyen de surveillance est agencé pour détecter que le moyen d'équilibrage limite la tension et pour avertir le circuit de supervision que le moyen d'équilibrage limite la tension. Lorsque le dispositif comprend au moins deux cellules accumulatrices et un nombre égal de moyens d'équilibrage branchés chacun en parallèle sur une cellule distincte pour limiter la tension électrique appliquée à la cellule, le circuit de supervision est commun à au moins deux cellules. Particulièrement, au moins un moyen d'équilibrage comprend une diode Zener agencée pour écrêter la tension électrique et/ou au moins un moyen de surveillance comprend une diode électroluminescente, le circuit de supervision comprenant alors un capteur de lumière émise par la diode électroluminescente. Plus particulièrement, la diode électroluminescente est connectée en série avec la diode Zener. Avantageusement, au moins une cellule est un super condensateur. Un autre objet de l'invention est un véhicule comprenant au moins un organe générant une fourniture et/ou une consommation d'énergie électrique, un circuit de contrôle/commande de l'organe et un dispositif de stockage d'énergie électrique. Le véhicule est remarquable en ce que le dispositif de stockage d'énergie électrique comprend un circuit de supervision agencé pour émettre un signal lorsqu'une limitation de tension électrique est produite dans le dispositif de stockage et en ce que le circuit de contrôle/commande est agencé pour agir sur la fourniture et/ou la consommation d'énergie électrique, en fonction du signal émis par le circuit de supervision. Un autre objet de l'invention est un procédé de stockage d'énergie électrique en envoyant un courant électrique vers au moins une cellule accumulatrice en respectant une tension électrique appliquée à la cellule qui ne doit pas dépasser une limite donnée. Dans ce procédé, on dévie une partie du courant électrique de façon à limiter la tension électrique appliquée à la cellule et on émet un signal lorsqu'on limite la tension appliquée à la cellule. Selon différentes alternatives, éventuellement combinées entre elles, de mise en oeuvre préférée de l'invention, on détecte le courant dévié pour générer le signal à émettre, au moins deux cellules accumulatrices sont connectées en série avec possibilité de dévier le courant indépendamment pour chacune des cellules et on détecte si un courant est dévié dans au moins une cellule de façon à générer un signal à émettre qui est commun aux dites cellules accumulatrices, on dévie le courant électrique au moyen d'une diode Zener agencée pour écrêter la tension électrique, on fait passer tout ou partie du courant dévié dans une diode électroluminescente de façon à détecter le courant dévié au moyen d'un capteur de lumière émise par ladite diode électroluminescente pour générer le signal à émettre, la diode électroluminescente est connectée en série avec la diode Zener. Avantageusement, le signal émis lorsqu'on limite la tension appliquée à la cellule, est utilisé pour agir sur une fourniture ou sur une consommation d'énergie électrique générée par un organe de véhicule, notamment de véhicule automobile, de façon à réduire une quantité d'énergie électrique à stocker tant que le signal est émis. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est un schéma de réalisation d'un premier mode de mise en oeuvre de l'invention ; - la figure 2 est un schéma de réalisation d'un deuxième mode de mise en oeuvre de l'invention; - la figure 3 est une vue de côté d'une coque de véhicule automobile dans lequel il est prévu de monter un générateur ou consommateur d'énergie électrique ; - les figures 4 à 6 montrent des étapes de procédé conforme à l'invention. En référence à la figure 1, un dispositif de stockage d'énergie électrique comprend une succession de cellules accumulatrices 11, 12, 13, 14, 15 montées en série. Notamment pour la traction et la propulsion automobile, les cellules accumulatrices sont généralement des cellules batterie ou des super condensateurs disposés en série. Du fait de disparités à la fabrication dans les caractéristiques des cellules, les tensions individuelles de celles-ci évoluent différemment au cours des cycles d'utilisation. Diverses technologies de cellules, notamment les super condensateurs, encourent des risques de destruction si la tension qui leur est appliquée, dépasse un certain seuil. Afin de protéger les cellules, on emploie des circuits électroniques d'équilibrage 21, 22, 23, 24, 25 connectés chacun aux bornes d'une cellule. Ces circuits peuvent fonctionner selon le principe qui consiste à dévier un courant id afin d'éviter que la cellule n'accumule une charge additionnelle lorsque la tension de cellule dépasse un seuil us fixé. Ainsi, un tel moyen d'équilibrage branché en parallèle sur la cellule est agencé pour limiter une tension électrique appliquée à la cellule. Un circuit de supervision 30 est agencé pour émettre, lorsque un ou plusieurs des circuits d'équilibrage limitent la tension électrique, un signal à destination d'un circuit 40 de contrôle/commande d'un ou plusieurs organes 50. L'organe 50 génère une fourniture et/ou une consommation d'énergie électrique. La représentation totalement symbolique de l'organe 50 en figure 1, a pour but uniquement de visualiser qu'un signal 41 émis par le circuit 40, provoque une consommation d'énergie à partir du dispositif de stockage alors qu'un signal 42 émis par le circuit 40, provoque une fourniture d'énergie transmise au dispositif de stockage. Les signaux 41 et 42 sont élaborés à partir du signal reçu depuis le circuit de supervision 30 et en fonction des contraintes de fonctionnement pour lequel est prévu l'organe 50. On comprendra que l'organe 50 peut être un fournisseur direct d'énergie électrique comme par exemple une batterie ou un alternateur sur l'excitation duquel il est possible de jouer, dans un véhicule automobile classique ou un consommateur direct d'énergie électrique comme par exemple une batterie encore, un démarreur, des feux d'éclairage, la climatisation ou le chauffage de l'habitacle dans un véhicule automobile classique. L'organe 50 peut être de type mixte comme par exemple un moteur électrique de groupe motopropulseur hybride qui fonctionne en consommateur dans le mode moteur et en fournisseur dans le mode génératrice. L'organe 50 peut aussi être un fournisseur indirect d'énergie électrique comme par exemple un moteur thermique qui entraîne une génératrice électrique dans un véhicule automobile 1 tel que celui représenté en figure 3. A chaque circuit électronique d'équilibrage 21, 22, 23, 24, 25, est attribué respectivement un circuit de surveillance individuel qui constitue un moyen de surveillance 31, 32, 33, 34, 35 agencé pour détecter que le circuit électronique d'équilibrage limite la tension électrique dans la cellule accumulatrice 11, 12, 13, 14, 15, associée et pour avertir le circuit de supervision 30 que le circuit électronique d'équilibrage limite cette tension. Chaque circuit de surveillance individuel est connecté à un bus de contrôle 20 pour avertir le circuit de supervision 30 qui, commun à plusieurs cellules, est lui aussi connecté au bus de contrôle 20, comportant un ou plusieurs conducteurs électriques. Alternativement, le bus de contrôle 20 est un bus optique dans lequel un guide d'onde, tel qu'une fibre optique, remplace le ou les conducteurs électriques. L'ensemble fonctionne de la manière suivante dans un véhicule, notamment un véhicule automobile. Lorsque l'un des circuits de surveillance rentre en mode d'équilibrage, il le signale au circuit de supervision au moyen du bus de contrôle. Le circuit de supervision demande alors au système de traction comprenant le circuit 40 et des organes 50, de limiter le courant de recharge du dispositif de stockage, à une valeur compatible avec le courant de dérivation pour lequel les circuits d'équilibrage sont dimensionnés. Ce principe permet d'utiliser chaque cellule sur toute sa plage de tension, donc de maximiser l'énergie 5 utilisable dans le dispositif de stockage. Le dispositif de surveillance d'équilibrage qui vient d'être expliqué, permet d'une part d'utiliser les cellules sur une plage optimale d'énergie, d'autre part de simplifier notablement les circuits d'équilibrage et 10 d'en réduire le coût. En référence à la figure 2, un intérêt supplémentaire de l'invention est procuré par une possibilité de s'affranchir d'un bus de contrôle constitué de fils électriques. En évitant le câblage 15 d'une quantité significative de modules, on réduit le coût et le poids du dispositif, on en facilite la fabrication, et on augmente la fiabilité de l'ensemble. Pour des raisons de sécurité aux personnes, les cellules 11 à 15 qui font partie du dispositif de 20 stockage d'énergie électrique, sont regroupées au sein d'un conteneur 60 fermé, généralement hermétique à la lumière extérieure. La fonction de surveillance de chaque circuit 31 à 35, est réalisée au moyen d'un actuateur optique, par 25 exemple une diode électroluminescente 91, 92, 93, 94, 95, destiné à émettre un signal optique sur une longueur d'onde visible ou invisible à l'être humain lorsque la cellule correspondante entre en phase d'équilibrage. Un circuit de supervision 90 comporte un photo détecteur 30 accordé sur la gamme de longueurs d'onde émise par l'actuateur optique pour déterminer si une cellule au moins est en phase d'équilibrage. Les photons émis par les circuits de surveillance, plus particulièrement les diode électroluminescente 91, 35 92, 93, 94, 95, peuvent être guidés jusqu'au circuit de supervision 90, par exemple au moyen d'une pièce en plastique cristal, ou par réflexion sur les parois du conteneur 60 et des cellules de stockage 11 à 15. On notera que l'ajout d'un guide en plastique cristal n'est pas nécessaire dans la mesure où une pièce existante, par exemple les supports des cellules de stockage peuvent être réalisés en matière translucide pour remplir cet office. On notera de plus qu'il n'est pas obligatoire de disposer d'un conteneur hermétique à la lumière extérieure pour employer ce procédé. L'utilisation d'une longueur d'onde judicieusement choisie telle que celle procurée par une diode qui émet sur une longueur d'onde en dehors du spectre de la lumière ambiante, est adaptée pour procurer au système une immunité contre la lumière extérieure. Le dispositif de transmission optique qui vient d'être décrit, remplace avantageusement un bus de signaux électriques car la lumière ne nécessite pas d'isolation galvanique. En alimentant électriquement le circuit de supervision 90 aux bornes d'une ou plusieurs cellules 11 à 15, en interne du conteneur 60, on peut faire sortir un signal électrique par une borne 63 à destination du circuit 40. Il est alors préférable de prévoir des moyens de stabilisation de tension. Dans un mode de mise en oeuvre où le circuit de supervision 90 est réalisé au moyen d'un concentrateur optique, le circuit 40 est relié à la borne 63 par une fibre optique. Les connexions électriques du conteneur 60 se réduisent alors aux bornes 61 et 62 reliées aux extrémités des cellules connectées en série. Une réalisation particulière de ce dispositif est la suivante. Une diode Zener 81, 82, 83, 84, 85, est connectée en série avec la diode électroluminescente 91, 92, 93, 94, 95, l'ensemble étant connecté en parallèle aux bornes de la cellule. Cette dernière s'allume lorsque la tension de la cellule 11, 12, 13, 14, 15, dépasse la somme des tensions de Zener de la diode Zener et de la tension de déchet de la diode électroluminescente. Le courant est alors dérivé aux bornes de la cellule par le circuit des diodes. Le circuit de supervision comporte une photodiode lui permettant de détecter la lumière émise par les diodes électroluminescentes. Lorsqu'il détecte l'allumage d'une ou plusieurs diodes, il demande au système de traction de limiter le courant de charge du stockeur à la valeur maximale pour laquelle les deux diodes sont dimensionnées. En référence aux figures 4 à 6, un procédé de stockage d'énergie électrique consiste à envoyer un courant électrique vers une cellule accumulatrice 11 à 15 dont la tension électrique appliquée à ses bornes ne doit pas dépasser une limite donnée. Dans une étape 810, on dévie une partie du courant électrique de façon à limiter la tension électrique appliquée à la cellule 11 lorsqu'un franchissement de limite de tension valide une transition 110. Par exemple, on dévie le courant électrique au moyen d'une diode Zener agencée pour écrêter la tension électrique. Dans une étape 900 activée par une transition 1115, 25 on émet un signal lorsqu'on limite la tension appliquée à la cellule. Plus particulièrement, la transition 1115 est validée lorsque le circuit de supervision 30 est averti que la tension est limitée. 30 Dans une étape 910 activée par exemple au niveau de la cellule 11, par une transition 111, on avertit que la limitation de tension est effective. La transition 111 est validée en détectant le courant dévié. Particulièrement, on détecte le courant dévié en le 35 faisant passer dans une diode électroluminescente connectée en série avec la diode Zener. Pour valider la transition 1115, le circuit de supervision 30 est alors averti que la tension est limitée au moyen d'un capteur de lumière émise par la diode électroluminescente. On procède de même pour chaque cellule 12, 13, 14, 15. Par exemple pour la cellule 15 dans une étape 850, on dévie une partie du courant électrique de façon à limiter la tension électrique appliquée à la cellule 15 lorsqu'un franchissement de limite de tension valide une transition 150. Dans une étape 950 activée par une transition 151, on avertit que la limitation de tension est effective au niveau de la cellule 15. La transition 151 est validée en détectant le courant dévié. Une absence de signal valide une transition 1214 qui fait repasser de l'étape 900 à l'étape initiale. Le signal émis en étape 900, valide une transition 401 qui active une étape 400 dans laquelle le signal est utilisé pour agir sur une fourniture ou sur une consommation d'énergie électrique générée par un organe de véhicule, notamment de véhicule automobile. Une action sur la fourniture ou sur la consommation d'énergie électrique a pour effet de réduire une quantité d'énergie électrique à stocker, et par conséquent le courant transmis, tant que le signal est émis. Une baisse de courant valide chacune des transitions 25 112, 152 pour repasser dans l'état initial au niveau de chaque cellule. Une absence de signal valide une transition 402 qui replace l'organe dans sa position initiale. La solution qui vient d'être exposée, 30 permet d'optimiser l'énergie exploitable dans le dispositif de stockage d'énergie électrique, d'optimiser le dimensionnement des circuits d'équilibrage et de surveillance, de diminuer la complexité, le coût, la masse, et l'encombrement du dispositif de stockage 35 d'énergie électrique et de disposer d'informations de diagnostic sur l'état interne du dispositif de stockage d'énergie électrique tout au long de des phases de fonctionnement. REVENDICATIONS 1. Dispositif de stockage d'énergie électrique comprenant au moins une cellule accumulatrice (11, 12, 13, 14, 15) et un moyen d'équilibrage (21, 22, 23, 24, 25) branché en parallèle sur la cellule pour limiter une tension électrique appliquée à la cellule, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de supervision (30, 90) agencé pour émettre un signal lorsque le moyen d'équilibrage limite ladite tension. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de surveillance (31, 32, 33, 34, 35) agencé pour détecter que le moyen d'équilibrage limite ladite tension et pour avertir le circuit de supervision (30, 90) que le moyen d'équilibrage limite ladite tension. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, comprenant au moins deux cellules accumulatrices (11, 12, 13, 14, 15) et un nombre égal de moyens d'équilibrage (21, 22, 23, 24, 25) branchés chacun en parallèle sur une cellule distincte pour limiter une tension électrique appliquée à la cellule, caractérisé en ce que le circuit de supervision est commun à au moins deux cellules. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins un moyen d'équilibrage comprend une diode Zener (81, 82, 83, 84, 85) agencée pour écrêter ladite tension électrique. 5. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'au moins un moyen de surveillance comprend une diode électroluminescente (91, 92, 93, 94, 95) et en ce que le circuit de supervision (90) comprend un capteur de lumière émise par la diode électroluminescente. 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend une diode électroluminescente (91, 92, 93, 94, 95) connectée en série avec la diode Zener (81, 82, 83, 84, 85). 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'au moins une cellule est un super condensateur. 10 8. Véhicule (1) comprenant au moins un organe générant une fourniture et/ou une consommation d'énergie électrique, un circuit (40) de contrôle/commande du dit organe et un dispositif (60) de stockage d'énergie électrique, caractérisé en ce que : 15 - le dispositif de stockage d'énergie électrique comprend un circuit de supervision (30, 90) agencé pour émettre un signal lorsqu'une limitation de tension électrique est produite dans ledit dispositif de stockage ; - le circuit de contrôle/commande est agencé pour agir 20 sur ladite fourniture et/ou ladite consommation d'énergie électrique, en fonction du signal émis par le circuit de supervision. 9. Procédé de stockage d'énergie électrique 25 envoyant un courant électrique vers au moins une cellule accumulatrice lorsqu'une tension électrique appliquée à la cellule ne doit pas dépasser une limite donnée, dans lequel : - on dévie une partie du courant électrique de façon 30 à limiter la tension électrique appliquée à la cellule; on émet un signal lorsqu'on limite la tension appliquée à la cellule. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en 35 ce qu'on détecte le courant dévié pour générer le signal à émettre.5 11. Procédé selon la revendication 9 ou 10, dans lequel : au moins deux cellules accumulatrices (11, 12, 13, 14, 15) sont connectées en série avec possibilité de dévier le courant indépendamment pour chacune des cellules ; - on détecte si un courant est dévié dans au moins une cellule de façon à générer un signal à émettre qui est commun aux dites cellules accumulatrices. 12. Procédé selon l'une des revendications 9 à 11, dans lequel on dévie ledit courant électrique au moyen d'une diode Zener agencée pour écrêter ladite tension électrique. 13. Procédé selon l'une des revendications 10 à 12, dans lequel on fait passer tout ou partie du courant dévié dans une diode électroluminescente de façon à détecter le courant dévié au moyen d'un capteur de lumière émise par ladite diode électroluminescente pour générer le signal à émettre. 14. Procédé selon la revendication 12 ou 13, dans lequel une diode électroluminescente est connectée en 25 série avec la diode Zener. 15. Procédé selon l'une des revendications 9 à 14, dans lequel le signal émis lorsqu'on limite la tension appliquée à la cellule, est utilisé pour agir sur une 30 fourniture ou sur une consommation d'énergie électrique générée par un organe de véhicule, notamment de véhicule automobile, de façon à réduire une quantité d'énergie électrique à stocker tant que ledit signal est émis.