Brevet FR2933245A1 — publié le 20100101

Dispositif de recharge d'un système de stockage comportant deux éléments de stockage et procédés d'utilisation d'un tel dispositif de recharge associés La présente invention concerne un dispositif de recharge d'un système de stockage comportant un premier élément de stockage tel qu'une batterie d'accumulateurs électrochimiques et un deuxième élément de stockage tel qu'un supercondensateur rechargeables à partir d'une source d'alimentation électrique telle que le réseau électrique domestique EDF ainsi qu'un procédé d'utilisation de ce dispositif. La présente invention a notamment pour but de réduire le coût de fabrication et de simplifier le dispositif de recharge destiné à la recharge des batteries d'un véhicule hybride ou tout électrique. On connaît des véhicules hybrides ou tout électriques comprenant au moins un élément de stockage électrique. De façon générale, cet élément peut être rechargé par l'énergie cinétique du véhicule via la chaîne de traction ou bien par une génératrice entraînée par un moteur thermique, soit par rechargement électrique à partir d'un réseau d'alimentation électrique. Cet élément de stockage est généralement une batterie d'accumulateurs chimiques. Ainsi un certain nombre de véhicules hybrides et électriques sont susceptibles d'être rechargés à partir d'un réseau électrique tel que le réseau EDF qui délivre une tension alternative à 220V. Ce type de chargement nécessite d'avoir recours à un chargeur permettant d'adapter le niveau de tension du secteur EDF à celui requis par la batterie pour la recharge. Or un tel chargeur est un équipement lourd, complexe et onéreux. Par ailleurs, afin d'augmenter la capacité de stockage pour répondre aux besoins croissants des véhicules, on a doté le système d'alimentation électrique d'un deuxième élément de stockage ayant une capacité de stockage différente de celle du premier élément de stockage. Ce second élément de stockage est généralement un supercondensateur. De manière générale, sur un réseau électrique de bord d'un véhicule automobile, la tension continue de service nominale aux bornes du supercondensteur peut varier par exemple de OV à 300V, alors que la tension nominale aux bornes de la batterie est de 100V. On obtient ainsi un réseau global d'alimentation en énergie électrique bitension. Les deux éléments de stockage sont couplés entre eux par l'intermédiaire d'un convertisseur de tension continu-continu (ou convertisseur DC-DC). Ce convertisseur a pour fonction de permettre des transferts d'énergie électrique entre les deux éléments de stockage en fonction des besoins électriques des différents organes et accessoires du véhicule. Or il apparaît un problème de précharge ou problème de charge initiale lorsque la tension des supercondensateurs est inférieure à la tension des batteries. En général il n'est pas possible de charger ce deuxième élément à partir du convertisseur DC-DC lui-même en dehors du domaine de fonctionnement du convertisseur. Toutefois lorsque ce deuxième élément est chargé directement à partir d'une source de tension plus élevée, il est nécessaire de limiter le courant de charge de ce deuxième élément, car un appel de courant initial très important peut se produire. La présente invention vise donc à proposer un dispositif de recharge d'un système de stockage comportant deux éléments de stockage ayant des tensions continues de service nominales différentes à partir d'un réseau d'alimentation électrique, ne nécessitant pas d'adjonction de chargeur spécifique, par conséquent plus simple à mettre en oeuvre et moins onéreux par rapport aux dispositifs connus de recharge. A cet effet, l'invention concerne donc un dispositif de recharge d'un système de stockage de l'énergie électrique à partir d'un réseau d'alimentation électrique, ledit système de stockage étant utilisé comme source d'alimentation pour véhicule automobile électrique ou hybride, ledit système comportant : - un premier élément de stockage de l'énergie électrique, notamment une batterie et un deuxième élément de stockage de l'énergie électrique, 30 notamment un pack de supercondensateurs, - un convertisseur continu-continu électrique étant agencé entre lesdits premier élément et second élément, ledit premier élément présentant une première tension continue de service, et ledit deuxième élément présentant une seconde tension continue de service susceptible de dépasser 35 ladite première tension. Selon l'invention, le dispositif de recharge comporte : - un dispositif de redressement de tension connecté d'une part par une liaison électrique au convertisseur du côté où celui-ci est connecté au deuxième élément, et d'autre part connecté par une liaison électrique amovible au réseau d'alimentation, ledit dispositif étant apte à redresser la tension alternative délivrée par le réseau en une tension continue comprise dans la plage de fonctionnement dudit convertisseur, et en outre - un moyen de contrôle du courant de charge dudit deuxième élément, ledit moyen de contrôle étant agencé entre le convertisseur et le deuxième élément. Selon une réalisation, le moyen de contrôle comporte un dispositif de sectionnement dont l'activation permet d'isoler électriquement ledit deuxième élément du convertisseur durant la charge du premier élément. De préférence, ce dispositif de sectionnement peut être un relais électromécanique ou un système de commutation électronique. Selon une réalisation, ledit moyen de contrôle comporte un dispositif de précharge dont le fonctionnement permet de contrôler la tension appliquée audit deuxième élément de stockage de manière à limiter le courant de charge dudit deuxième élément de stockage. De préférence, ce dispositif de précharge est formé par un dipôle électrique de transconductance variable. De préférence, ce dipôle électrique est constitué d'une résistance et d'un relais ou d'un transistor dont la transconductance est contrôlée au moyen de tensions appropriées sur sa broche de commande. Préférentiellement, le dispositif de redressement est constitué par un pont de diodes monophasé ou triphasé. L'invention concerne en outre un procédé d'utilisation du dispositif de recharge selon l'invention dans lequel on utilise le dispositif de redressement pour transformer la tension alternative délivrée par le réseau en une tension continue et redresser sa valeur de sorte qu'elle est comprise dans la plage de fonctionnement dudit convertisseur et on utilise le convertisseur agencé entre le premier élément de stockage et le moyen de contrôle pour contrôler la charge dudit premier élément. Selon une mise en oeuvre, pour recharger le système de stockage par le réseau d'alimentation utilisé dans le dispositif de recharge selon l'invention pourvu d'un dispositif de sectionnement agencé entre le deuxième élément et le convertisseur, - on applique la tension redressée délivrée par le dispositif de redressement aux bornes d'entrée du convertisseur, ledit convertisseur transférant l'énergie électrique vers le premier élément en adaptant le niveau de tension appliqué pour le rendre compatible avec la plage de valeurs de tension de charge du premier élément, et de façon concomitante, - on active le dispositif de sectionnement agencé entre ledit deuxième élément et le convertisseur de manière à isoler électriquement le deuxième élément durant la recharge du premier élément. Selon une autre mise en oeuvre, pour recharger le système de stockage par le réseau d'alimentation utilisé dans le dispositif de recharge selon l'invention pourvu d'un dispositif de précharge agencé entre le deuxième élément et le convertisseur, - lorsque la tension de charge du deuxième élément est inférieure à la tension redressée délivrée par le dispositif de redressement, on met en service le dispositif de précharge de manière à réaliser une précharge du deuxième élément jusqu'à l'égalisation entre la tension aux bornes du deuxième élément et la tension redressée, et on met hors service le convertisseur continu-continu pendant la précharge du deuxième élément, - lorsque la tension de charge du deuxième élément est supérieure ou égale à la tension redressée délivrée par le dispositif de redressement, on met hors service le dispositif de précharge, et on met en service le convertisseur continu-continu pour charger directement le premier élément. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. Elles montrent : - Figure 1 : une représentation schématique d'un dispositif de recharge selon un premier mode de réalisation de l'invention comprenant un dispositif de sectionnement ; - Figures 2 : une représentation schématique d'un dispositif de recharge selon un deuxième mode de réalisation de l'invention comprenant un dispositif de précharge. La Figure 1 et la Figure 2 montrent schématiquement l'architecture d'un système de stockage de l'énergie électrique comportant un premier élément de stockage de l'énergie électrique constitué par une batterie 1 associée à un deuxième élément de stockage de l'énergie électrique constitué par un pack de supercondensateurs 2. De manière générale, sur un réseau électrique de bord d'un véhicule automobile, la tension continue de service nominale aux bornes du supercondensteur peut varier par exemple de OV à 300V, alors que la tension aux bornes de la batterie est sensiblement de 100V. Un convertisseur DC-DC 3 est agencé entre les deux éléments de stockage 1, 2 pour assurer le transfert d'énergie entre les deux éléments. La Figure 1 montre un dispositif de recharge selon un premier mode de réalisation de l'invention destiné à recharger le système de stockage à partir d'un réseau électrique EDF. Il comporte un dispositif de redressement 5 qui permet de redresser la tension alternative délivrée par le réseau en une tension continue comprise dans le domaine de fonctionnement du convertisseur DC-DC. Ce dispositif est connecté d'une part au réseau alternatif par une liaison électrique amovible 7, d'autre part par une liaison électrique fixe 8 aux bornes du convertisseur électrique 3 du côté où le convertisseur 3 est connecté au deuxième élément 2. Un tel dispositif de recharge permet avantageusement la recharge du premier élément via le branchement sur un réseau électrique domestique tel que le réseau électrique EDF qui délivre une tension alternative de 220V sans nécessiter l'adjonction d'un chargeur. En outre le dispositif de recharge comporte un dispositif de sectionnement 4 ayant pour but de d'isoler électriquement le deuxième élément de stockage du reste du système de stockage pendant la recharge du premier élément de stockage. Ce dispositif de sectionnement est agencé entre le convertisseur DC-DC 3 et le deuxième élément. La présence de ce dispositif de sectionnement a pour but de supprimer le problème de charge initiale du deuxième élément, qui apparaît quand il s'agit de charger cette capacité en dehors du domaine de fonctionnement du convertisseur DC-DC 3. La solution proposée ici consiste à isoler électriquement le deuxième élément pendant la recharge du premier élément, de ce fait lorsque le dispositif de redressement 5 est branché sur le réseau, il n'y a pas de circulation de courant de charge vers le deuxième élément. Le principe de fonctionnement du dispositif de recharge tel que montré sur la Figure 1 est le suivant. Lorsqu'on souhaite recharger le premier élément, on connecte le dispositif de redressement au réseau. La tension redressée délivrée par le dispositif de redressement est appliquée directement au convertisseur 3 qui transfère alors l'énergie électrique vers le premier élément 1. Le niveau de la tension redressée est adapté par le convertisseur de manière à le rendre compatible avec le domaine de valeurs de charge du premier élément. De manière simultanée, on active le dispositif de sectionnement 4 de sorte qu'il soit dans un état ouvert, le deuxième élément 2 est ainsi isolé du convertisseur 3 pendant la recharge du premier élément 1. A l'issue de la recharge, on déconnecte la connexion entre le dispositif de redressement et le réseau, automatiquement le dispositif de sectionnement est désactivé de sorte qu'il se trouve dans l'état fermé, rétablissant la connexion entre le convertisseur 3 et le deuxième élément 2 pour rendre le système de stockage fonctionnel. De préférence, le dispositif de redressement est constitué par un pont de diodes monophasé ou un pont de diodes triphasé dans le cas d'une recharge sur un réseau triphasé. Le dispositif de sectionnement est constitué de préférence par un relais électromécanique ou un système de commutation électronique tel qu'un transistor. L'ouverture et la fermeture alternative de ce dispositif de sectionnement est commandée au moyen de signaux appropriés. Le dispositif de recharge selon le premier mode de réalisation de l'invention ne permet pas de réaliser une précharge du deuxième élément à partir du réseau si nécessaire. La Figure 2 montre un dispositif de recharge selon un deuxième mode de réalisation de l'invention permettant non seulement une recharge du premier élément à partir du réseau d'alimentation mais également une prérecharge tout en assurant un contrôle du courant de charge du deuxième élément 2. Pour cela le dispositif de recharge montré sur la Figure 2 comporte en outre un dispositif de précharge 6 agencé entre le convertisseur 3 et le deuxième élément 2 mis en service pendant la précharge. Au cours de la précharge, le convertisseur 3 n'est pas mis en fonctionnement. Le deuxième élément 2 est alimenté par la tension redressée via le dispositif de précharge 6 dont la tension de sortie est contrôlée de manière à limiter le courant de charge instantané. Quand la tension aux bornes du deuxième élément 2 atteint la valeur de la tension redressée, le dispositif de précharge 6 est placé dans un état où il présente une résistance la plus faible possible dans le circuit de manière à ne plus brider le courant. Le convertisseur DC-DC 3 est alors remis en service pour recharger le premier élément 1. De préférence, ce dispositif de précharge est constitué par un dipôle électrique ayant une transconductance variable. A titre d'exemple, il peut être formé par une résistance et un relais dont le contact est placé en dérivation aux bornes de la résistance ou d'un transistor dont la transconductance est modulée par une commande en tension. Ainsi le principe de fonctionnement de ce deuxième mode de réalisation de l'invention diffère du premier en ce qu'il permet la précharge du deuxième élément lorsque cette dernière présente une tension inférieure à la tension redressée délivrée par le réseau. Ainsi lorsque la tension de charge du deuxième élément 2 est inférieure à la tension redressée délivrée par le dispositif de redressement 5, on met en service le dispositif de précharge 6 de manière à réaliser une précharge du deuxième élément 2 jusqu'à l'égalisation entre la tension aux bornes du deuxième élément 2 et la tension redressée, et on met hors service le convertisseur continu-continu 3 pendant la précharge du deuxième élément 2. Lorsque la tension aux bornes du deuxième élément 2 atteint la tension redressée, on remet en service le convertisseur 3 pour charger le premier élément. Avantageusement, lorsque la tension de charge du deuxième élément 2 est supérieure ou égale à la tension redressée délivrée par le dispositif de redressement 5, on met hors service le dispositif de précharge, et on met en service directement le convertisseur continu-continu 3 pour charger le premier élément 1. REVENDICATIONS1. Dispositif de recharge d'un système de stockage de l'énergie électrique à partir d'un réseau d'alimentation électrique, ledit système de stockage étant utilisé comme source d'alimentation pour véhicule automobile électrique ou hybride, ledit système comportant : - un premier élément (1) de stockage de l'énergie électrique, notamment une batterie et un deuxième élément (2) de stockage de l'énergie 10 électrique, notamment un pack de supercondensateurs, - un convertisseur continu-continu électrique (3) étant agencé entre lesdits premier élément et second élément, ledit premier élément présentant une première tension continue de service, et ledit deuxième élément présentant une seconde tension continue de service susceptible de dépasser 15 ladite première tension, caractérisé en ce que ledit dispositif comporte : - un dispositif de redressement de tension (5) connecté d'une part par une liaison électrique au convertisseur du côté où celui-ci est connecté au deuxième élément (2), et d'autre part connecté par une liaison électrique amovible au réseau d'alimentation, ledit dispositif de redressement (5) étant 20 apte à redresser la tension alternative délivrée par le réseau en une tension continue comprise dans la plage de fonctionnement dudit convertisseur, et en outre - un moyen de contrôle (4, 6) du courant de charge dudit deuxième élément, ledit moyen de contrôle étant agencé entre le convertisseur (3) et le 25 deuxième élément (2). 2. Dispositif de recharge selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen de contrôle comporte un dispositif de sectionnement (4) dont l'activation permet d'isoler électriquement ledit deuxième élément (2) du 30 convertisseur (3) durant la charge du premier élément (1). 3. Dispositif de recharge selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit dispositif de sectionnement (4) est un relais électromécanique ou un système de commutation électronique. 35 4. Dispositif de recharge selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen de contrôle comporte un dispositif de précharge (6) dont le fonctionnement permet de contrôler la tension appliquée audit deuxième élément de stockage (2) de manière à limiter le courant de charge dudit deuxième élément de stockage (2). 5. Dispositif de recharge selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit dispositif de précharge (6) est formé par un dipôle électrique de transconductance variable. 6. Dispositif de recharge selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit dipôle électrique (6) est constitué d'une résistance et d'un relais ou d'un transistor dont la transconductance est contrôlée au moyen de tensions appropriées sur sa broche de commande. 7. Dispositif de recharge selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit dispositif de redressement (5) est constitué par un pont de diodes monophasé ou triphasé. 20 8. Procédé d'utilisation du dispositif de recharge selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que, pour charger le système de stockage à partir d'un réseau d'alimentation électrique, on utilise le dispositif de redressement de tension (5) connecté d'une part par une liaison électrique au convertisseur (3) du côté où celui-ci est connecté au deuxième 25 élément (2), d'autre part connecté par une liaison électrique amovible au réseau d'alimentation pour redresser la tension alternative délivrée par le réseau en une tension continue comprise dans la plage de fonctionnement dudit convertisseur (3), et - on utilise le convertisseur (3) agencé entre le premier élément de 30 stockage (1) et le moyen de contrôle (4, 6) pour contrôler la charge du premier élément de stockage (1). 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que pour recharger le système de stockage dans le cas de la mise en oeuvre du 35 dispositif de recharge défini selon la revendication 2 ou 3, 15- la tension redressée délivrée par le dispositif de redressement (5) est appliquée aux bornes d'entrée du convertisseur (3), ledit convertisseur transférant l'énergie électrique vers le premier élément (1) en adaptant le niveau de tension appliquée pour le rendre compatible avec la plage de valeurs de tension de charge du premier élément (1), et de façon concomitante, - on active le dispositif de sectionnement (4) agencé entre ledit deuxième élément (2) et le convertisseur (3) de manière à isoler électriquement le deuxième élément (2) durant la recharge du premier élément (1). 10. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que pour charger le système de stockage dans le cas de la mise en oeuvre du dispositif de recharge défini selon l'une des revendications 4 à 6, - lorsque la tension de charge du deuxième élément (2) est inférieure à la tension redressée délivrée par le dispositif de redressement (5), on met en service le dispositif de précharge (6) de manière à réaliser une précharge du deuxième élément (2) jusqu'à l'égalisation entre la tension aux bornes du deuxième élément (2) et la tension redressée, et on met hors service le convertisseur continu-continu (3) pendant la précharge du deuxième élément (2), - lorsque la tension de charge du deuxième élément (2) est supérieure ou égale à la tension redressée délivrée par le dispositif de redressement (5), on met hors service le dispositif de précharge, et on met en service le convertisseur continu-continu (3) pour charger directement le premier élément (1).