Brevet FR2956262A1 — publié le 20110812

-1- Système d'équilibrage de charge pour batteries L'invention concerne un système d'équilibrage de charge pour batteries d'accumulateurs électrochimiques, pouvant être utilisées notamment dans le domaine des transports électriques, hybrides et les systèmes embarqués. L'invention concerne en particulier les batteries de type lithium-ion (Li-ion) adaptées pour ce genre d'applications, du fait de leur possibilité de stocker une forte énergie avec une faible masse. L'invention est également applicable aux super-condensateurs. Un accumulateur électrochimique a une tension nominale de l'ordre de quelques volts, et plus précisément 3.3 V pour les batteries Li-ion à base de phosphate de fer et 4.2 V pour une technologie Li-ion à base d'oxyde de cobalt. Si cette tension est trop faible par rapport aux exigences du système à alimenter, plusieurs accumulateurs sont placés en série. Il est également possible de disposer en parallèle de chaque accumulateur associé en série, un ou des accumulateurs en parallèle afin d'augmenter la capacité disponible et de fournir un courant et une puissance supérieurs. Les accumulateurs associés en parallèle forment ainsi un étage. Un étage est constitué au minimum d'un accumulateur. Les étages sont mis en série pour atteindre le niveau de tension désiré. L'association des accumulateurs est appelée une batterie d'accumulateurs. La charge ou décharge d'un accumulateur se traduit respectivement par une croissance ou décroissance de la tension à ses bornes. On considère un accumulateur chargé ou déchargé lorsque celui-ci a atteint un niveau de tension défini par le processus électrochimique. Dans un circuit utilisant plusieurs étages d'accumulateurs, le courant circulant à travers les étages est le même. Le niveau de charge ou de décharge des étages dépend donc des caractéristiques intrinsèques des accumulateurs, à savoir la capacité intrinsèque et les résistances internes parasites séries et parallèles, de l'électrolyte ou de contact entre les électrodes et l'électrolyte. Des différences de tension entre les étages sont dès lors possibles du fait des disparités de fabrication et de vieillissement. Pour un accumulateur de technologie Li-ion, une tension trop élevée ou trop faible, dite tension de seuil, peut endommager ou détruire ce dernier. Pour exemple, la B30036- DD12146VR 2956262 -2- surcharge d'un accumulateur Li-ion à base d'oxyde de cobalt, peut entraîner son emballement thermique et un départ de feu. Pour un accumulateur Li-ion à base de phosphate de fer, une surcharge se traduit par une décomposition de l'électrolyte qui diminue sa durée de vie ou peut détériorer l'accumulateur. Une décharge trop 5 importante qui amène à une tension inférieure à 2 V, par exemple, entraîne principalement une oxydation du collecteur de courant de l'électrode négative lorsque celui-ci est en cuivre et donc une détérioration de l'accumulateur. En conséquence, la surveillance des tensions aux bornes de chaque étage d'accumulateurs est obligatoire lors de la charge et décharge pour une question de sécurité et de fiabilité. Un dispositif 10 dit de surveillance en parallèle de chaque étage permet d'assurer cette fonction. Le dispositif de surveillance a pour fonction de suivre l'état de charge et décharge de chaque étage d'accumulateurs et de transmettre l'information au circuit de contrôle afin d'arrêter la charge ou la décharge de la batterie lorsqu'un étage a atteint sa tension de seuil. Cependant, sur une batterie avec plusieurs étages d'accumulateurs 15 disposés en série, si la charge est arrêtée lorsque l'étage le plus chargé atteint sa tension de seuil, les autres étages peuvent ne pas être totalement chargés. Inversement, si la décharge est arrêtée lorsque l'étage le plus déchargé atteint sa tension de seuil, les autres étages peuvent ne pas être totalement déchargés. La charge de chaque étage d'accumulateurs n'est dès lors pas exploitée de façon optimale, ce qui représente un 20 problème majeur dans des applications de types transports et embarquées ayant de fortes contraintes d'autonomie. Pour pallier ce problème, le dispositif de surveillance est généralement associé à un dispositif d'équilibrage. Le dispositif d'équilibrage a pour fonction d'optimiser la charge de la batterie et donc son autonomie en amenant les étages d'accumulateurs mis en série à un état de 25 charge et/ou décharge identique. Il existe deux catégories de dispositifs d'équilibrage, les dispositifs d'équilibrage dits à dissipation d'énergie, ou dits à transfert d'énergie. Avec les dispositifs d'équilibrage à dissipation d'énergie, la tension aux bornes des étages est uniformisée en détournant le courant de charge d'un ou des étages ayant atteint la tension de seuil et en dissipant l'énergie dans une résistance. En variante, la 30 tension aux bornes des étages est uniformisée en déchargeant un ou des étages ayant B30036- DD12146VR 2956262 -3- atteint la tension de seuil. Cependant, de tels dispositifs d'équilibrage à dissipation d'énergie présentent l'inconvénient majeur de consommer plus d'énergie que nécessaire pour charger la batterie. En effet, ce circuit oblige à décharger plusieurs accumulateurs ou dériver le courant de charge de plusieurs accumulateurs pour que le ou les derniers 5 accumulateurs un peu moins chargés terminent leur charge. L'énergie dissipée peut donc être très supérieure à l'énergie de ou des charges devant être terminées. De plus, ils dissipent l'énergie excédentaire en chaleur, ce qui n'est pas compatible avec les contraintes d'intégration dans les applications de types transport et embarquées, et le fait que la durée de vie des accumulateurs baisse fortement lorsque la température 10 s'élève. Les dispositifs d'équilibrage à transfert d'énergie échangent de l'énergie entre la batterie d'accumulateurs ou un réseau auxiliaire d'énergie et les étages d'accumulateurs. On connaît par exemple du brevet US5659237 un dispositif permettant le transfert d'énergie du réseau auxiliaire à des étages par une structure « flyback » avec 15 plusieurs sorties et utilisant une inductance couplée comme élément de stockage. Ce dernier est un composant spécifique car dédié à cette application. Le coût d'un tel composant est prohibitif par rapport à la fonction à remplir. On connaît par ailleurs du brevet CN1905259 un dispositif permettant le transfert d'énergie des étages à la batterie et qui utilise quant à lui une inductance par 20 accumulateur comme élément de stockage. Cependant, ce dispositif n'opte pas pour un transfert d'énergie optimisé pour l'équilibrage des batteries dans les applications de types transports et embarquées. En effet, la fin de charge d'une batterie est déterminée par le dernier étage qui atteint la tension de seuil. Pour terminer la charge d'une batterie, l'énergie est prélevée sur un ou plusieurs étage(s) et elle est restituée à l'ensemble des 25 étages. Lorsqu'un ou plusieurs étage(s) d'accumulateurs est ou sont un peu moins chargé(s), l'énergie n'est dès lors pas transférée en priorité à ce ou ces derniers qui en a ou ont besoin mais également à ou aux étages auxquels l'énergie est prélevée. L'équilibrage nécessite donc de prélever de l'énergie à l'ensemble des étages en fin de charge afin d'éviter de les charger à une tension trop élevée. L'équilibrage se fait donc à 30 pertes élevées à cause du nombre de convertisseurs importants en fonctionnement. De B30036- DD12146VR 2956262 -4- plus, les accumulateurs déjà en fin de charge sont traversés par des composantes de courant alternatives ou continues non utiles. L'invention a donc pour objectif de proposer un dispositif d'équilibrage amélioré ne présentant pas ces inconvénients de l'état de l'art de la technique. 5 À cet effet, l'invention a pour objet un système d'équilibrage pour batterie comprenant au moins deux étages d'accumulateurs mis en série, chaque étage d'accumulateurs comprenant au moins un accumulateur caractérisé en ce que ledit système comporte : - au moins un générateur de tension comprenant au moins un pôle positif et au moins 10 un pôle négatif, - pour chaque étage d'accumulateurs un dispositif de charge associé alimenté par ledit au moins un générateur de tension et comprenant : au moins une inductance, au moins un premier condensateur dont la première extrémité est connectée audit pôle positif dudit au moins un générateur de tension, au moins un deuxième 15 condensateur dont la première extrémité est connectée audit pôle négatif dudit générateur de tension, au moins une première diode connectée par son anode au pôle négatif dudit étage d'accumulateurs et par sa cathode à la deuxième extrémité dudit au moins un premier condensateur, au moins une deuxième diode connectée par son anode au pôle négatif de l'étage d'accumulateurs associé et par sa cathode à 20 la deuxième extrémité dudit au moins un deuxième condensateur, au moins un interrupteur connecté directement ou indirectement par sa première extrémité à au moins une inductance et par sa deuxième extrémité au pôle positif de l'étage d'accumulateurs associé, et - un dispositif de commande configuré pour contrôler ledit au moins un générateur de 25 tension et pour fermer ledit au moins un interrupteur d'un dispositif de charge associé à un étage d'accumulateurs à charger, pour que ladite au moins une inductance emmagasine de l'énergie et pour transférer cette énergie audit étage d'accumulateurs associé. Ledit système d'équilibrage peut en outre comporter une ou plusieurs 30 caractéristiques suivantes, prises séparément ou en combinaison : B30036- DD12146VR 2956262 -5- ledit système comporte en outre : au moins une troisième diode connectée par sa cathode à la première extrémité de ladite inductance et par son anode à cathode de ladite au moins une première diode, et au moins une quatrième diode connectée par sa cathode à la première extrémité de ladite inductance et par son anode à cathode 5 de ladite au moins une deuxième diode, - ladite au moins une troisième diode est connectée à une première inductance et ladite au moins une quatrième diode est connectée à une deuxième inductance, - ledit dispositif de charge comporte en outre : au moins une cinquième diode connectée par sa cathode à la première extrémité de ladite première inductance et 10 par son anode au pôle négatif de l'étage d'accumulateurs associé, et au moins une sixième diode connectée par sa cathode à la première extrémité de ladite deuxième inductance et par son anode au pôle négatif de l'étage d'accumulateurs associé, ladite au moins une troisième diode et ladite au moins une quatrième diode sont connectés à une même inductance, 15 ledit dispositif de charge comporte en outre au moins une cinquième diode connectée par sa cathode à la première extrémité de ladite inductance et par son anode au pôle négatif de l'étage d'accumulateurs associé, - ledit dispositif de charge est configuré pour fonctionner en conduction discontinue, indépendamment des niveaux de tensions de l'étage d'accumulateurs associé et de la 20 batterie pendant la phase de charge, les accumulateurs sont de type lithium-ion, la batterie comporte des super-condensateurs. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement 25 à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels : la figure 1 représente un schéma synoptique d'une batterie comportant une mise en série d'étages d'accumulateurs et d'un système d'équilibrage de charge de la batterie comportant un dispositif de charge par étage d'accumulateurs et un 30 générateur de tension, B30036- DD12146VR 2956262 -6- la figure 2 représente un schéma synoptique d'une variante du système d'équilibrage de la figure 1 comprenant un générateur de tension pour chaque dispositif de charge, la figure 3 représente un schéma synoptique d'une autre variante du système 5 d'équilibrage de la figure 1 comprenant un générateur de tension par module élémentaire comportant un nombre prédéterminé d'étages d'accumulateurs mis en série, - la figure 4 représente un schéma synoptique d'une autre variante du système d'équilibrage de la figure 3 comprenant un dispositif de charge supplémentaire 10 par module élémentaire, la figure 5a illustre un schéma synoptique d'un premier mode de réalisation d'un dispositif de charge du système d'équilibrage, la figure 5b illustre un schéma synoptique d'une première variante de réalisation du dispositif de charge de la figure 5a, 15 - la figure 5c illustre un schéma synoptique d'une deuxième variante de réalisation du dispositif de charge de la figure 5a, la figure 6 illustre un schéma synoptique d'un exemple de réalisation d'un générateur de tension associé à un dispositif de charge des figures 5a à 5c, 11, 12, 13 20 - la figure 7 illustre un schéma synoptique d'une variante de réalisation du générateur de tension de la figure 6, - la figure 8 est un schéma synoptique d'une deuxième variante de réalisation du générateur de tension de la figure 6, et la figure 9 est un schéma synoptique d'une troisième variante de réalisation du 25 générateur de tension de la figure 6, - la figure 10 est un diagramme représentant de façon schématique l'évolution des différents courants en fonction du temps dans le dispositif de charge des figures 5a, 5b, 5c, la figure 11 illustre un schéma synoptique d'un deuxième mode de réalisation 30 d'un dispositif de charge du système d'équilibrage, B30036- DD12146VR 2956262 -7- la figure 12 illustre un schéma synoptique d'un troisième mode de réalisation d'un dispositif de charge du système d'équilibrage, et - la figure 13 illustre un schéma synoptique d'un quatrième mode de réalisation d'un dispositif de charge du système d'équilibrage. 5 Dans ces figures, les éléments sensiblement identiques portent les mêmes références. La figure 1 représente une batterie 1 d'accumulateurs. Cette batterie 1 est composée de N étages, notés Et, connectés en série. Chaque étage Et; est composé d'un accumulateur ou plusieurs accumulateurs A;; connectés en parallèle. L'indice i 10 représente ici le numéro de l'étage, cet indice i varie dans l'exemple illustré sur la figure 1 de 1 à N, et l'indice j représente le numéro de chaque accumulateur dans un étage donné, cet indice j varie dans l'exemple illustré de 1 à M. Les bornes des accumulateurs d'un même étage Et; sont raccordées ensemble par l'intermédiaire de connexions électriques, tout comme chaque étage Et; est également raccordé aux étages Et; 15 adjacents par l'intermédiaire de connexions électriques. L'invention a pour objet un système d'équilibrage de charge 2 pour une telle batterie 1 d'accumulateurs, comprenant au moins deux étages Et; mis en série. Le système d'équilibrage 2 comporte de plus un dispositif de commande 3, une pluralité de dispositifs de charge 5 identiques respectivement associés à un étage 20 d'accumulateur Et;, et un générateur de tension 7 (figure 1) ou plusieurs générateurs de tension 7 (figures 2, 3 et 4). Les dispositifs de charge 5 et le ou les générateur(s) de tension 7 sont commandés par le dispositif de commande 3. Le système d'équilibrage 2 peut comporter de plus un dispositif de mesure de 25 tension (non représenté) pour mesurer la tension de chaque étage Et, et pour transférer une information de tension au dispositif de commande 3 qui peut à partir de cette information de tension déterminer si un étage d'accumulateur Et, doit être chargé et commander en conséquence le dispositif de charge 5 en parallèle de l'étage d'accumulateurs ainsi que le générateur de tension 7 associé. 30 Les dispositifs de charge 5 sont connectés d'une part au pôle négatif, noté Ni, et B30036- DD12146VR 2956262 -8- au pôle positif, noté de chaque étage d'accumulateurs Et;, et d'autre part au pôle positif, noté v2, et au pôle négatif, noté vl, d'un ou plusieurs générateur(s) de tension 7. Dans le cas d'un générateur de tension 7 unique (figure 1), ce dernier est connecté à l'ensemble des dispositifs de charge 5. 5 Dans le cas de générateurs de tension 7 multiples, chaque générateur de tension 7 est connecté à un dispositif de charge 5 si le nombre de générateurs de tension 7 est égal au nombre d'étages Et;, comme illustré à titre d'exemple sur la figure 2. Selon une autre alternative représentée sur la figure 3, un générateur de tension 7 peut être connecté à plusieurs dispositifs de charge 5 si le nombre de générateurs de 10 tension 7 est inférieur au nombre d'étages Et;. À titre d'exemple, lorsqu'un nombre conséquent d'étages d'accumulateurs Et; en série est utilisé, comme c'est le cas pour les véhicules électriques avec par exemple cent accumulateurs en série, la batterie 1 peut être constituée d'une mise en série de modules élémentaires 9 (figure 3), comprenant par exemple chacun dix à douze étages 15 d'accumulateurs Et; mis en série. Ainsi, la connexion du ou des générateur(s) de tension 7 est faite aux bornes de dix à douze éléments. La tenue en tension des diodes et interrupteurs commandés est limitée, en fonction de la technologie de la batterie Li-ion, à environ 45 V û 60 V, qui est une valeur de tenue en tension standardisée dans le domaine du semi-conducteur. La maintenance d'un nombre conséquent de modules 20 élémentaires 9, comme c'est le cas pour les véhicules électriques, est facilitée. En outre, en plus des dispositifs de charge 5 par étages d'accumulateurs Et;, on peut utiliser des dispositifs de charge 5 identiques par mise en série de N étages, comme l'illustre la figure 4. Cette variante permet de transférer de l'énergie entre les N étages adjacents, et donc entre les modules élémentaires 9 associés en série. Dans ce cas, un ou 25 des générateur(s) de tension 7 supplémentaire(s), est ou sont utilisé(s) pour fournir l'énergie aux dispositifs de charge 5 connectés aux bornes de N étages. Le ou les générateur(s) de tension 7 fournit ou fournissent aux dispositifs de charge 5 des impulsions de tension de polarité(s) positive, négative ou positive et négative et de forme pouvant être variée, par exemple créneau ou sinusoïdale. 30 B30036- DD12146VR 2956262 -9- On décrit maintenant différents modes de réalisation du système d'équilibrage 2. Premier mode de réalisation : 5 Dispositif de charge En se référant à la figure 5a, selon un premier mode de réalisation un dispositif de charge 5 comporte : une première inductance L1;, une deuxième inductance L2, 10 - un premier condensateur C l i dont la première extrémité est connectée au pôle v2 d'un générateur de tension 7 et la deuxième extrémité est connectée à la première extrémité de la première inductance L1;, un deuxième condensateur C2; dont la première extrémité est connectée au pôle vl du générateur de tension 7 et la deuxième extrémité est connectée à la 15 première extrémité de la deuxième inductance L2,, une première diode D1; dont l'anode et la cathode sont respectivement connectées au pôle Ni de l'étage et à la deuxième extrémité du condensateur C1,, une deuxième diode D2; dont l'anode et la cathode sont respectivement connectées au pôle Ni de l'étage et à la première extrémité de la deuxième 20 inductance L2;, un interrupteur SW1;, par exemple un transistor MOSFET, dont la première extrémité est connectée aux deuxièmes extrémités des deux inductances L 1, et L2; et la deuxième extrémité au pôle P; de l'étage d'accumulateur. Ce dispositif de charge 5 est adapté pour être utilisé avec un générateur de 25 tension 7 fournissant un créneau de tensions positive et également négative. Des variantes de position de l'interrupteur SW1; pour ce mode de réalisation du dispositif de charge 5 sont illustrées sur les figures 5b et 5c. Sur la figure 5b, l'interrupteur SW1; est connecté par sa première extrémité au pôle positif v2 du générateur de tension 7 et par sa deuxième extrémité à la première 30 extrémité du premier condensateur Cl;. Les deux inductances L1, et L2; sont alors B30036- DD12146VR 2956262 -10- connectées au pôle P; de l'étage d'accumulateur. Sur la figure 5c, la première extrémité de l'interrupteur SW1; est connectée à la deuxième extrémité du premier condensateur Cl; et sa deuxième extrémité est connectée à la cathode de la première diode D1;. 5 De plus comme on le constate sur ces figures 5b et 5c, un interrupteur supplémentaire SW11; doit être de plus connecté soit à la sortie vl du générateur de tension 7 et à la première extrémité du deuxième condensateur C2; (figure 5b), soit à la deuxième extrémité du deuxième condensateur C2; et à la cathode de la deuxième diode D2; (figure 5c). 10 Ces deux autres positionnements possibles de l'interrupteur SW1; tels que représentés sur les figures 5b et 5c, permettent d'éviter lorsque l'interrupteur SW1; du dispositif de charge 5 est à l'état ouvert et que le générateur de tension 7 est commandé, que de l'énergie soit échangée entre les composants du générateur de tension 7 et du dispositif de charge 5. 15 Le dispositif de commande 3 permet de fermer et d'ouvrir l'interrupteur SW1; et/ou l'interrupteur SW l 1; quand il existe. Un tel dispositif de charge 5 fonctionne aussi bien en régime de conduction continue que discontinue. 20 Le fonctionnement en régime de conduction discontinue est à privilégier car il présente l'avantage d'être plus facile de mise en oeuvre et de se faire à moindre coût. En effet, en mode de conduction discontinue, le courant à travers l'inductance L1; s'annule par définition avant chaque période T de fonctionnement du dispositif de charge 5. La valeur du courant traversant l'inductance L1 lorsque le générateur de 25 tension 7 fournit de l'énergie peut être déduite de la tension appliquée aux bornes de l'inductance L1;, du temps de stockage d'énergie dans l'inductance L1; et de la valeur de cette dernière. Suite à cela, la commande du générateur de tension 7 peut être faite par une commande à temps de conduction fixe. Une autre variante de réalisation consiste à utiliser pour chaque dispositif de 30 charge 5 un interrupteur commandé à la place de chaque diode. Un redressement dit de B30036- DD12146VR 2956262 -11- type synchrone est alors possible. Le rendement du dispositif de charge 5 peut être augmenté grâce à la diminution de la chute de tension à l'état passant du composant. Générateur de tension 5 On a représenté sur les figures 6 à 9 différents modes de réalisation d'un générateur de tension 7 générant en sortie un créneau de tensions positive et négative. Le générateur de tension 7 peut être connecté aux bornes d'un module élémentaire 9 mais également aux bornes de la batterie 1, voire aux bornes d'une source auxiliaire (12 V véhicule par exemple). 10 Un premier exemple de réalisation du générateur de tension consiste à utiliser un pont complet à quatre interrupteurs SW2; à SW5; et un transformateur T1; (figure 6) ou selon une variante du transformateur T1; illustrée par la figure 7. Selon cette variante, le transformateur Tl; est constitué d'un enroulement primaire et de plusieurs enroulements 15 secondaires. L'utilisation de plusieurs enroulements secondaires permet de diminuer la tenue en tension des condensateurs des dispositifs de charge 5. Un deuxième exemple de réalisation du générateur de tension 7 illustré sur la 20 figure 8 consiste à utiliser un demi-pont à deux interrupteurs SW2; et SW3;, et un transformateur T1; dont le primaire est connecté entre les points milieux des deux interrupteurs SW2; et SW3; et de deux condensateurs C4; et C5;. Le deuxième exemple de réalisation présente l'avantage d'avoir un nombre d'interrupteurs réduit par rapport au premier exemple, et également d'éviter tout risque 25 de saturation du transformateur due à un déséquilibre de la séquence de commande des interrupteurs grâce aux condensateurs C4; et C5; en série avec l'enroulement primaire du transformateur T1;. Un troisième exemple de réalisation du générateur de tension consiste à utiliser 30 un transformateur T1; à point milieu au primaire et deux interrupteurs SW2; et SW3; B30036- DD12146VR 2956262 -12- (figure 9). Le troisième exemple de réalisation présente l'avantage d'une référence commune pour la commande des deux interrupteurs SW2, et SW3i. Quel que soit le générateur de tension 7 utilisé, le temps de conduction des 5 interrupteurs SW2, et SW3, est défini pour que chaque dispositif de charge 5 fonctionne en régime de conduction discontinue. Fonctionnement Le fonctionnement du système d'équilibrage 2 comprenant un dispositif de 10 charge 5 selon un premier mode de réalisation tel qu'illustré sur la figure 5a et un générateur de tension 7 selon la figure 8 est décrit ci-après. Les dispositifs de charge 5 permettent de poursuivre la charge de certains étages en charge. Le fonctionnement du montage en régime de conduction discontinue est préféré pour les raisons décrites précédemment. 15 Par exemple, lorsque le dispositif de commande 3 commande le transfert d'énergie à un étage Etä par exemple à l'étage Et, l'interrupteur SW11 du dispositif de charge 5 en parallèle de l'étage Et1 correspondant est fermé par le dispositif de commande 3. Le générateur de tension 7, alimentant le dispositif de charge 5, est également 20 activé par le dispositif de commande 3. Les étages en série avec l'étage Et1 ne sont pas chargés tant que l'interrupteur SWl; des dispositifs de charge 5 en parallèle de chaque étage reste à l'état ouvert. Lorsqu'un dispositif de charge 5 est mis en fonctionnement et que le générateur de tension 7 fonctionnait au préalable, la vitesse de fermeture de l'interrupteur SW1; 25 doit être contrôlée afin d'éviter de fournir un courant trop important à l'étage. Les interrupteurs sont considérés comme parfaits lorsqu'ils sont à l'état bloqué et ne laissent donc passer aucun courant lorsqu'ils sont dans cet état. En référence aux figures 5a, 8 et 10, pendant un temps de conduction tl, une tension positive est appliquée entre les bornes v2 et vl du générateur de tension 7. 30 L'interrupteur SW21 est fermé et l'interrupteur SW31 est ouvert. Le générateur B30036- DD12146VR 2956262 -13- de tension 7 fournit donc un créneau de tension positive tant que l'interrupteur SW21 est fermé et que l'interrupteur SW31 est ouvert. Pendant le temps tl, de l'énergie est emmagasinée dans l'inductance L11. Le courant à travers l'inductance L11 croît proportionnellement à la tension appliquée à ses 5 bornes, égale approximativement à la tension du secondaire du transformateur T11 moins la tension de l'étage Et1 en charge. Le courant traverse uniquement l'étage Et1. Le courant à travers les condensateurs C 11 et C21 du dispositif de charge 5 en fonctionnement est égal au courant à travers l'inductance L11. Les condensateurs C11 et 10 C21 sont de valeur suffisamment importante afin de transmettre le courant nécessaire pour imposer une tension quasi-constante aux bornes des inductances L11 et L21. Pendant ce temps tl, la deuxième diode D21 du dispositif de charge 5 conduit et la première diode D 11 est bloquée. Au bout du temps tl, l'interrupteur SW21 du générateur de tension 7 s'ouvre. 15 Le courant dans l'inductance L11 atteint à cet instant une valeur pic Ipic, égale approximativement à la tension appliquée aux bornes de l'inductance L11 lorsque le générateur de tension fournit de l'énergie, multipliée par tl et divisée par la valeur de l'inductance L11. Cette formule est approximative dans la mesure où elle considère que le courant dans l'inductance est nul avant chaque période de fonctionnement du 20 dispositif de charge 5. Au bout du temps tl et jusqu'à la moitié de la période de fonctionnement T/2, le générateur de tension 7 impose une tension nulle (figures 6 et 9) ou n'impose pas de tension (figure 8) aux bornes v2 et vl du dispositif de charge 5 de l'étage Et1. Les interrupteurs SW31 et SW21 sont ouverts. Le courant à travers l'inductance L11 décroît 25 proportionnellement à la tension appliquée à ses bornes. Pendant cette phase, la deuxième diode D21 est bloquée. La première diode D 11 est passante jusqu'à ce que la somme des courants à travers les inductances L11 et L21 s'annule. La première diode Dl1 conduit donc le courant à travers l'inductance L11 et également le courant à travers l'inductance L21. Le 30 courant à travers l'inductance L21 est considéré constant durant cette phase dans la B30036- DD12146VR 2956262 -14- mesure où l'impédance du secondaire du transformateur est considérée nettement supérieure à l'impédance des inductances L11 et L21. Le courant à travers l'inductance L21 est égal au courant de magnétisation du transformateur. Il est noté Im sur la figure 10. 5 Lorsque la première diode Dll se bloque, le courant à travers l'inductance L21 ne traverse plus l'étage mais est égal à l'opposé du courant à travers l'inductance L11. Au bout de la demi période T/2 et jusqu'à la fin du temps T/2 plus le temps tl, une tension négative est appliquée entre les bornes v2 et v1 du générateur de tension. L'interrupteur SW31 est fermé et l'interrupteur SW21 est ouvert. De l'énergie est 10 emmagasinée dans l'inductance L21. Le courant à travers l'inductance L21 croît proportionnellement à la tension appliquée à ses bornes. Le courant traverse uniquement l'étage Et1 en charge. Le courant à travers les condensateurs C11 et C21 du dispositif de charge en fonctionnement est égal au courant à travers l'inductance L21. Pendant cette phase, la première diode D11 conduit. La deuxième diode D21 est 15 bloquée. Au bout du temps T/2 plus tl, l'interrupteur SW31 s'ouvre. Le courant dans l'inductance L21 atteint à cet instant une valeur pic Ipic, égale approximativement à la tension appliquée aux bornes de l'inductance L21 lorsque le générateur de tension 7 fournit de l'énergie, multipliée par tl et divisée par la valeur de l'inductance. Comme 20 précédemment, cette formule est approximative dans la mesure où elle considère que le courant dans l'inductance est nul avant chaque période de fonctionnement du dispositif de charge 5. Au bout du temps T/2 plus tl jusqu'à la fin de la période T, le générateur de tension 7 n'impose pas de tension aux bornes v2 et vl du dispositif de charge 5 de 25 l'étage Et1. Les interrupteurs SW31 et SW21 sont ouverts. Le courant à travers l'inductance L21 décroît proportionnellement à la tension appliquée à ses bornes. Pendant cette phase, la première diode D 11 est bloquée. La deuxième diode D21 est passante jusqu'à ce que la somme des courants à travers les inductances L11 et L21 en charge s'annule. La deuxième diode D21 conduit le 30 courant à travers l'inductance L21 et également le courant à travers l'inductance L11. Le B30036- DD12146VR 2956262 -15- courant à travers l'inductance L11 est égal au courant de magnétisation (1m) du transformateur. Lorsque la deuxième diode D21 se bloque, le courant à travers l'inductance L11 ne traverse plus l'étage mais est égal à l'opposé du courant à travers l'inductance L21. 5 À la fin de la période T, une nouvelle séquence de fonctionnement commence si l'interrupteur SW11 est toujours à l'état fermé. Le générateur de tension 7 est commandé de manière à ne pas avoir les deux interrupteurs SW21 et SW31 passants en même temps afin d'éviter un court-circuit de la batterie. 10 Deuxième mode de réalisation : Selon un deuxième mode de réalisation illustré sur la figure 11, le dispositif de charge 5 comporte en outre : - une troisième diode D10, montée en série avec la première inductance L1;, 15 connectée par sa cathode à la première extrémité de la première inductance Li et par son anode à la cathode de la première diode D1;, et une quatrième diode D20, montée en série avec la deuxième inductance L2;, connectée par sa cathode à la première extrémité de la deuxième inductance L21 et par son anode à la cathode de la deuxième diode D2;. 20 Le fonctionnement du système d'équilibrage 2 avec un dispositif de charge 5 selon le deuxième mode de réalisation est sensiblement identique au fonctionnement du premier mode de réalisation. Cependant, lorsque la première inductance Li emmagasine de l'énergie pendant la durée tl, la deuxième diode D21 étant passante et la première diode Dl; bloquée, la 25 quatrième diode D20, montée en série avec la deuxième inductance L2; est également bloquée de manière à empêcher que du courant transite dans la deuxième inductance L21. De même, lorsque c'est la deuxième inductance L2; qui emmagasine de l'énergie, la première diode D1; étant passante et la deuxième diode D21 bloquée, la troisième 30 diode Dloi montée en série avec la première inductance L1; est également bloquée de B30036- DD12146VR 2956262 -16- manière à empêcher que du courant transite dans la première inductance L1;. On évite ainsi l'apparition d'une surtension aux bornes de l'inductance Li ou L2; lorsque respectivement l'interrupteur SW31 ou SW21 s'ouvre. 5 Troisième mode de réalisation : Selon un troisième mode de réalisation illustré sur la figure 12, le dispositif de charge 5 comporte en plus par rapport au deuxième mode de réalisation : une cinquième diode D I l i connectée par sa cathode à la première extrémité de la 10 première inductance Li et à la cathode de la troisième diode D10;, et par son anode au pôle négatif Ni de l'étage d'accumulateurs associé, et - une sixième diode D21 i connectée par sa cathode à la première extrémité de la deuxième inductance L2; et à la cathode de la quatrième diode D20i, et par son anode au pôle négatif Ni de l'étage d'accumulateurs associé. 15 Le fonctionnement du système d'équilibrage 2 avec un dispositif de charge 5 selon le troisième mode de réalisation est identique au fonctionnement du deuxième mode de réalisation. Cependant, les cinquième D11; et sixième D21i diodes permettent d'obtenir un rendement du transfert d'énergie augmenté par rapport au deuxième mode de réalisation du fait qu'il ne dépend plus que d'un seul seuil de diode D 11 i ou D21 au 20 lieu de deux seuils de diodes Dl et Dl Oi ou D2; et D20i comme dans le deuxième mode de réalisation lorsque le courant à travers les inductances L1i,L2i décroît. On minimise ainsi les pertes dues aux diodes durant la phase de roue libre de l'instant tl à l'instant ou le courant s'annule à travers l'inductance, donc durant la phase qui dure le plus longtemps. 25 Quatrième mode de réalisation : Enfin, selon un quatrième mode de réalisation illustré sur la figure 13, le dispositif de charge 5 diffère du troisième mode de réalisation, par le fait qu'il n'y a plus 30 qu'une seule inductance L10; et non plus une première Li et une deuxième L2; B30036- DD12146VR 2956262 -17- inductances tel que décrit précédemment. Plus précisément, cette inductance L10; correspond aux deux inductances L1; et L2, des précédents modes de réalisation dont les premières extrémités sont connectées ensemble. Les inductances L1; et L2; dorénavant connectées en parallèle sont 5 remplacées par une inductance unique L10,. Le fonctionnement du système d'équilibrage 2 avec un dispositif de charge 5 selon le quatrième mode de réalisation est identique au fonctionnement selon le troisième mode de réalisation à la différence près que, quelle que soit la polarité de la tension de sortie du générateur de tension 7, une seule inductance L10; emmagasine de 10 l'énergie durant le temps tl, la continuité du courant à travers l'inductance L10; est assurée par une seule diode D100i lorsque le générateur de tension 7 impose une tension nulle ou n'impose pas de tension à l'entrée du transformateur T1;. Cette diode D100i correspond par analogie au troisième mode de réalisation aux cinquième D111 et sixième D211 diodes connectées en parallèle. 15 Ceci permet de réduire le nombre de composants en assurant un rendement de transfert d'énergie similaire au troisième mode de réalisation. B30036- DD12146VR REVENDICATIONS1. Système d'équilibrage pour batterie comprenant au moins deux étages d'accumulateurs (Et;) mis en série, chaque étage d'accumulateurs (Et;) comprenant au moins un accumulateur (A;;) caractérisé en ce que ledit système comporte : au moins un générateur de tension (7) comprenant au moins un pôle positif (v2) et au moins un pôle négatif (vl), pour chaque étage d'accumulateurs (Et;) un dispositif de charge (5) associé alimenté par ledit au moins un générateur de tension (7) et comprenant : • au moins une inductance (Li ,L2;,L10;), • au moins un premier condensateur (C1;) dont la première extrémité est connectée audit pôle positif (v2) dudit au moins un générateur de tension (7), • au moins un deuxième condensateur (C2;) dont la première extrémité est connectée audit pôle négatif (vl) dudit générateur de tension (7), • au moins une première diode (Dl;) connectée par son anode au pôle négatif (Ni) dudit étage d'accumulateurs et par sa cathode à la deuxième extrémité dudit au moins un premier condensateur (Cl,), • au moins une deuxième diode (D2;) connectée par son anode au pôle négatif (Ni) de l'étage d'accumulateurs associé et par sa cathode à la deuxième extrémité dudit au moins un deuxième condensateur (C2;), • au moins un interrupteur (SW1;) connecté directement ou indirectement par sa première extrémité à au moins une inductance (Li ,L2;,L10;) et par sa deuxième extrémité au pôle positif (P;) de l'étage d'accumulateurs associé, et B30036- DD12146VR 2956262 -19- un dispositif de commande (3) configuré pour contrôler ledit au moins un générateur de tension (7) et pour fermer ledit au moins un interrupteur (SW 1;) d'un dispositif de charge (5) associé à un étage d'accumulateurs (Et;) à charger, pour que ladite au moins une inductance (L1 ,L2;,L10i) emmagasine de l'énergie et pour transférer cette énergie audit étage d'accumulateurs (Et;) associé. 2. Système d'équilibrage pour batterie selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit système comporte en outre : au moins une troisième diode (D 10;) connectée par sa cathode à la première extrémité de ladite inductance (L1 ,L1 O) et par son anode à cathode de ladite au moins une première diode (Dl;), et au moins une quatrième diode (D20i) connectée par sa cathode à la première extrémité de ladite inductance (L2;,L10;) et par son anode à cathode de ladite au moins une deuxième diode (D2;). 3. Système d'équilibrage pour batterie selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite au moins une troisième diode (DlOi) est connectée à une première inductance (L1;) et ladite au moins une quatrième diode (D201) est connectée à 20 une deuxième inductance (L2;). 4. Système d'équilibrage pour batterie selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit dispositif de charge (5) comporte en outre : au moins une cinquième diode (D11;) connectée par sa cathode à la 25 première extrémité de ladite première inductance (L1;) et par son anode au pôle négatif (Ni) de l'étage d'accumulateurs associé, et au moins une sixième diode (D21 i) connectée par sa cathode à la première extrémité de ladite deuxième inductance (L2;) et par son anode au pôle négatif (Ni) de l'étage d'accumulateurs associé. 30 B30036- DD12146VR 5 10 15 2956262 -20- 5. Système d'équilibrage pour batterie selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite au moins une troisième diode (D l Oi) et ladite au moins une quatrième diode (D20i) sont connectés à une même inductance (L10;). 5 6. Système d'équilibrage pour batterie selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit dispositif de charge (5) comporte en outre au moins une cinquième diode (D100i) connectée par sa cathode à la première extrémité de ladite inductance (L10;) et par son anode au pôle négatif (Ni) de l'étage d'accumulateurs associé. 10 7. Système d'équilibrage pour batterie selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit dispositif de charge (5) est configuré pour fonctionner en conduction discontinue, indépendamment des niveaux de tensions de l'étage d'accumulateurs associé (Et;) et de la batterie (1) pendant la 15 phase de charge. 8. Système d'équilibrage pour batterie selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les accumulateurs (A;;) sont de type lithium-ion. 9. Système d'équilibrage pour batterie selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la batterie comporte des super-condensateurs. 20 B30036- DD12146VR