Brevet FR3039313A1 — publié le 20170127

DISPOSITIF RECONFIGURABLE DE STOCKAGE D'ÉNERGIE PAR EFFET CAPACITIF, SYSTÈME D'ALIMENTATION ET VÉHICULE ÉLECTRIQUE INTÉGRANT CE DISPOSITIF Domaine technique L'invention se situe dans le domaine du stockage d'énergie électrique, en particulier du stockage d'énergie sous forme capacitive. Elle s'applique notamment à l'alimentation de véhicules électriques autonomes. Plus précisément, l'invention concerne un dispositif de stockage d'énergie par effet capacitif, un système d'alimentation intégrant ce dispositif et un véhicule électrique ou hybride intégrant ce dispositif ou ce système d'alimentation. État de la technique antérieure Une machine ou une installation utilisant une énergie sous forme électrique pour son fonctionnement doit souvent adapter la nature de l'énergie qui lui est apportée. Tel est notamment le cas lorsque l'énergie est apportée sous forme mécanique (par exemple un volant d'inertie), ou sous une forme électrique mais avec des propriétés de tension et de forme de signal (par exemple tension variable ou continue) non appropriées. Dans le domaine de l'alimentation de véhicules électriques autonomes, le stockage d'énergie s'effectue typiquement sous forme de dispositif électrochimique à transfert de charges. Il s'agit essentiellement de piles électriques (ou accumulateurs) et de piles à combustible. Ces dispositifs de stockage d'énergie électrochimique délivrent une tension continue alors que, très souvent, les machines électriques des véhicules nécessitent une tension alternative. Pour cette raison, il est courant d'associer un dispositif de conversion d'énergie à ces dispositifs de stockage d'énergie électrochimique. Le dispositif de conversion d'énergie peut en outre adapter la plage de tension délivrée par le dispositif de stockage d'énergie électrochimique à la tension ou à la plage de tension d'alimentation de la machine électrique considérée. Afin d'optimiser l'utilisation de l'énergie stockée par le dispositif de stockage d'énergie électrochimique, le dispositif de conversion d'énergie est fortement optimisé par rapport à ce dernier. En 3039313 2 particulier, la plage de tension d'entrée du dispositif de conversion d'énergie est adaptée à la plage de tension de sortie du dispositif de stockage, dans le but de minimiser les pertes par effet Joule et d'augmenter l'efficacité énergétique. Cette adaptation entraîne en pratique 5 un appairage du dispositif de conversion d'énergie au dispositif de stockage d'énergie, sans possibilité de remplacer le dispositif de stockage par un autre présentant des caractéristiques distinctes, ou alors au détriment de l'efficacité énergétique. 10 Ces dernières années, les dispositifs de stockage d'énergie sous forme capacitive ont connu un fort développement. En particulier, les supercondensateurs présentent dorénavant un rapport capacité / poids suffisant pour permettre d'envisager leur utilisation comme source d'énergie principale pour la propulsion de véhicules électriques. Cependant, 15 le simple remplacement d'un dispositif de stockage d'énergie électrochimique par un supercondensateur ou une pluralité de supercondensateurs engendrerait des performances fortement dégradées. En effet, un dispositif de stockage d'énergie électrochimique travaille sur une plage de tension relativement étroite, alors qu'un supercondensateur 20 travaille sur une plage de tension relativement large. Un dispositif de stockage d'énergie électrochimique fonctionne typiquement sur une plage de tension U'f ± 15%, où U'f définit la valeur nominale de la tension. Pratiquement 100% de l'énergie utile d'un dispositif de stockage d'énergie électrochimique est disponible sur une plage de tension [2/3 U'f ; Ured . En 25 revanche, sur une plage de tension équivalente, [2/3 Un ; Un], avec Un la valeur nominale de la tension à l'état chargé, un supercondensateur ne donne accès qu'à environ 50% de son énergie utile. Ainsi, sur une même plage de tension et pour une même énergie stockée initialement, un supercondensateur délivre deux fois moins d'énergie qu'une pile électrique 30 ou qu'une pile à combustible. Le couplage d'un supercondensateur avec un dispositif de conversion d'énergie ne permet pas de récupérer efficacement l'énergie stockée pour des valeurs de tension inférieures à 2/3 U. En effet, sur une 3039313 3 plage de tension [2/3 Umax ; Umax], un dispositif de conversion d'énergie présente généralement un rendement de l'ordre de 98%. Mais ce rendement peut chuter significativement sous les 90% pour des tensions inférieures à 2/3 Umax. 5 En outre, les dispositifs de conversion d'énergie fonctionnent généralement à puissance constante. Dans le cas d'un dispositif de stockage d'énergie électrochimique, la tension aux bornes du dispositif varie peu, donc les pertes par effet Joule, liées à puissance requise, restent 10 limitées. Dans le cas d'un supercondensateur, la tension varie fortement en cours de fonctionnement et, lorsque la tension diminue, le courant doit compenser cette diminution, engendrant une augmentation des pertes par effet Joule. 15 Exposé de l'invention Un but de l'invention est notamment de remédier à tout ou partie des inconvénients précités. En particulier, un but de l'invention est de proposer un dispositif de stockage d'énergie électrique par effet capacitif qui permette d'optimiser l'utilisation de l'énergie stockée. 20 Un autre but de l'invention est de proposer un dispositif de stockage d'énergie par effet capacitif qui permette de remplacer efficacement un dispositif de stockage d'énergie électrochimique. 25 Le dispositif de stockage d'énergie par effet capacitif doit notamment permettre, lorsqu'il remplace un dispositif de stockage d'énergie électrochimique couplé à un convertisseur d'énergie, d'utiliser ce convertisseur d'énergie dans une plage de conversion présentant un rendement relativement élevé, typiquement supérieur à 95%. 30 Le dispositif de stockage d'énergie par effet capacitif selon l'invention repose sur une utilisation de plusieurs modules élémentaires de stockage d'énergie, et une reconfiguration de la connexion entre ces modules afin que le dispositif de stockage d'énergie présente à ses bornes, 3039313 4 au cours du temps, une tension comprise dans une plage de tension souhaitée. Plus précisément, l'invention a pour objet un dispositif 5 reconfigurable de stockage d'énergie électrique comprenant : - M x N modules de stockage, où M et N sont deux entiers naturels strictement positifs, chaque module de stockage étant apte à stocker une énergie électrique par effet capacitif entre une borne négative et une borne positive, 10 - des contacteurs agencés pour permettre de connecter par leurs bornes M, x N, modules de stockage, selon différentes associations, chaque association désignée par un indice i comprenant M, branches connectées en parallèle, chaque branche comprenant N, modules de stockage connectés en série, où M, x N, M x N, et 15 - des bornes de connexion électrique positive (102) et négative (101) auxquelles sont aptes à se connecter, dans chaque association, les extrémités des branches connectées en parallèle. Les modules de stockage d'énergie par effet capacitif sont 20 typiquement des supercondensateurs ou des associations de supercondensateurs. Les contacteurs peuvent être de tout type et de toute technologie, dès lors qu'ils sont aptes à établir ou interrompre un contact 25 électrique entre au moins deux points électriques. Il s'agit par exemple d'interrupteurs, en particulier pouvant être commandés, d'inverseurs pouvant être commandés, ou de commutateurs pouvant être commandés. Ces contacteurs peuvent être qualifiés de contacteurs de reconfiguration, dans la mesure où ils permettent de passer d'une association de modules 30 de stockage à une autre association. Malgré la plus grande amplitude de variation de la tension aux bornes d'un module de stockage d'énergie par effet capacitif par rapport à un dispositif électrochimique de stockage d'énergie par transfert de charge, 3039313 5 le dispositif reconfigurable de stockage d'énergie selon l'invention peut remplacer un tel dispositif sans modifier son environnement électrique, et notamment le convertisseur d'énergie. En particulier, le dispositif reconfigurable peut être agencé pour présenter, entre les deux bornes de 5 connexion, une tension apte à varier entre une tension minimale Um,n et une tension maximale Umax. En outre, le dispositif reconfigurable selon l'invention présente l'avantage d'optimiser la conception des connexions internes du dispositif 10 de stockage d'énergie. En effet, les convertisseurs d'énergie travaillent généralement en puissance. Plus le dispositif de stockage d'énergie travaille à une tension basse, plus l'intensité du courant le traversant, et donc traversant le convertisseur d'énergie, est élevée. Lorsque le dispositif de stockage d'énergie par effet capacitif n'est pas reconfigurable, ses 15 connexions internes doivent être dimensionnées pour passer les forts courants circulant à basse tension. Cela suppose d'utiliser de la connectique de relativement forte puissance, avec des sections de passage de courant importantes, ce qui au final engendre des contraintes supplémentaires en termes de masse, de volume et de coût. Dans le cas du dispositif 20 reconfigurable selon l'invention, un courant maximal admissible peut être défini, impliquant des changements de configuration pour éviter une augmentation du courant au-delà de ce seuil. Le convertisseur d'énergie bénéficie également de la limitation du courant, ce qui permet d'utiliser des sections de passage de courant plus faibles. Les convertisseurs d'énergie 25 travaillant à courant plus faible ont de plus en général l'avantage de présenter un meilleur rendement énergétique. Lorsque le dispositif reconfigurable de stockage d'énergie selon l'invention est associé à un convertisseur d'énergie, les pertes par effet 30 Joule peuvent de plus être diminuées. En effet, ces pertes étant fonction du courant global élevé au carré, elles sont limitées en faisant travailler le convertisseur d'énergie dans une plage de tension élevée, et donc dans une plage de courant relativement faible. 3039313 6 Le dispositif reconfigurable de stockage d'énergie selon l'invention peut être agencé de manière à pouvoir se trouver dans une configuration sécuritaire, c'est-à-dire une configuration dans laquelle la borne de connexion électrique positive et la borne de connexion électrique 5 négative ne sont pas reliées l'une à l'autre par un module de stockage. Autrement dit, chaque branche de modules de stockage est isolée d'au moins l'une des bornes de connexion électrique positive et négative. Aucun courant ne peut alors circuler de la borne de connexion électrique négative vers la borne de connexion électrique positive. La configuration sécuritaire 10 peut notamment être utile afin de permettre à un opérateur d'effectuer des interventions de maintenance en limitant le risque de choc électrique. La configuration sécuritaire peut par exemple être obtenue en munissant le dispositif reconfigurable de stockage d'énergie électrique selon 15 l'invention d'un contacteur de mise en sécurité agencé pour pouvoir prendre une position d'isolation, dans laquelle, pour au moins une association des modules de stockage, chaque branche se trouve isolée de la borne de connexion électrique positive et/ou de la borne de connexion électrique négative. Le contacteur de mise en sécurité est par exemple 20 placé entre les extrémités positives des branches connectées en parallèle et la borne de connexion électrique positive ou entre les extrémités négatives des branches connectées en parallèle et la borne de connexion électrique négative. Bien entendu, le dispositif reconfigurable de stockage d'énergie électrique selon l'invention peut comporter plusieurs contacteurs de mise 25 en sécurité, chacun étant apte à relier ou à isoler la borne de connexion électrique positive, ou la borne de connexion électrique négative, de l'extrémité d'une ou plusieurs branches. Le contacteur de mise en sécurité peut être un contacteur 30 manuel ou commandé. Le cas échéant, il peut être commandé par la même unité de commande que celle pilotant les contacteurs agencés pour réaliser les différentes associations de modules de stockage. 3039313 7 La configuration sécuritaire peut aussi être obtenue sans introduire de contacteur de mise en sécurité spécifique. Les contacteurs de reconfiguration, agencés pour permettre de connecter les modules de stockage selon différentes associations, peuvent en effet être pilotés de 5 manière à isoler chaque branche de la borne de connexion électrique positive, et/ou de la borne de connexion électrique négative. Selon une forme particulière de réalisation, les M x N modules de stockage présentent une même tension maximale Umod-max à leurs bornes et 10 une même capacité électrique. La reconfiguration des modules de stockage selon différentes associations est alors facilitée. En particulier, si tous les modules de stockage ont été sollicités de manière identique dans des associations antérieures, alors dans toute nouvelle association où chaque branche comporte un nombre identique de modules de stockage, les 15 branches présentent une même tension à leurs bornes et peuvent donc être connectées en parallèle sans impliquer de transfert d'énergie entre les modules de stockage. Dans le but de solliciter de manière identique les différentes 20 modules de stockage, les contacteurs peuvent être agencés de sorte que, pour chaque association, le produit M, x N, du nombre de branches par le nombre de modules de stockage dans chaque branche soit égal au nombre M x N de modules de stockage dans le dispositif reconfigurable de stockage d'énergie électrique. 25 Dans la mesure où environ 90% de l'énergie d'un module de stockage par effet capacitif peut être restituée sur une plage de tension correspondant aux deux tiers de la tension maximale Umod-max aux bornes de ce module de stockage, les contacteurs peuvent être agencés de sorte 30 que, parmi les différentes associations, le nombre maximal Nmax de modules de stockage dans chaque branche soit inférieur ou égal à trois fois le nombre minimal Nmin de modules de stockage dans chaque branche. 3039313 8 Afin de gérer la reconfiguration d'une association de modules de stockage à une autre association, le dispositif reconfigurable peut comprendre, en outre : - une unité de mesure, agencée pour mesurer une tension de contrôle 5 entre la borne négative d'un premier module de stockage parmi les M x N modules de stockage, et la borne positive d'un deuxième module de stockage parmi les M x N modules de stockage, identique ou différent du premier module de stockage, et - une unité de commande, agencée pour piloter les contacteurs 10 commandés en fonction de la tension de contrôle. Selon une première variante de réalisation, l'unité de commande est agencée de sorte que, lorsque la tension de contrôle devient inférieure à une tension minimale Um,n, ou supérieure à une tension maximale Umax, 15 les contacteurs commandés sont pilotés pour connecter les modules de stockage dans une nouvelle association, dans laquelle la tension de contrôle est comprise entre la tension minimale Um,n et la tension maximale Umax. Selon une deuxième variante de réalisation, l'unité de commande 20 est agencée de sorte que : - lorsque la tension de contrôle devient inférieure à une tension minimale de décharge Udéch, les contacteurs commandés sont pilotés pour connecter les modules de stockage dans une nouvelle association, dans laquelle la tension de contrôle est comprise entre une tension minimale de 25 fonctionnement Umin et une tension maximale de fonctionnement Umax, où Udéch kn 15 où k est défini par : k = UrynaX u min La suite d'associations commençant par 9 x 4k par exemple offre une bonne optimisation dans la mesure où entre chaque association consécutive, le rapport Ni sur Ni+1 est toujours supérieur à deux tiers. 20 Le tableau suivant présente différentes associations possibles permettant d'optimiser le rendement du convertisseur d'énergie dans le cas OÙ k1, = 2/3. Udisp-max et Udisp-min désignent respectivement les tensions maximale et minimale aux bornes du dispositif reconfigurable. 3039313 28 Associations M N Udisp-max Umod-max Udisp-min Umod-min Energie utilisable A 1 4 3k 3k Un Un 2 2 -Un 55% i 3k Un 2 3 4k 8 2 2 1 75% -9 3k Un -3 Un i 3k Un i Un 3 2 6k 3k Un 1 2 1 89% - U i 3k Un i Un 2 n B 1 6 2k 2k Un Un 2 2 55% -3 2k Un -3 Un 2 4 3k 2k Un 2 2 4 80% -3 Un -3 2k Un -9 Un 3 3 4k 8 4 2 1 89% -9 2k Un -9 Un j2k Un i Un C 1 9 4k 4k Un Un 2 2 55% -4k Un i Un 2 6 6k 4k Un 2 2 4 80% -3 Un i 4k Un Un 3 4 9k 4k Un 4 2 8 91% -9 Un -4k Un (J Le tableau suivant présente différentes associations possibles permettant d'optimiser le rendement du convertisseur d'énergie dans le cas où k1, = 3/4. Associations M N Udisp-max Umod-max Udisp-min Umod-min Energie utilisable 1 6 10k 10k Un Un 3 3 44% -4 10k U n - U 4 n 2 5 12k 9 3 3 5 61% 173 10k Un -4 Un -4 10k Un -8 Un 3 4 15k 15 5 3 1 75°/o 1,10k Un -8 Un -4 10k U n - U 2 n 4 3 20k 10k Un 1 3 3 86% -2 Un -4 10k Un -8 Un 5 Il est à noter que cette suite d'associations est la seule à respecter la condition : N, 3 Ni-E1 > Toute autre association initiale oblige à laisser des modules de stockage 10 non utilisés à l'une des associations suivantes, sauf si l'entier k permet de passer par une association intermédiaire respectant la condition ci-dessus. Par exemple, dans le cas d'un dispositif reconfigurable d'association initiale M x N=8x 15, la suite d'associations suivante est possible. 3039313 29 Associations M N Udisp-max Umod-max Udisp-min Umod-min Energie utilisable 1 8 15 15 Un Un 3 3 44% 15 u -4 Un -4n 2 6 20 15 Un 3 3 9 68% -4 Un 7115 Un Un 3 5 24 9 9 3 15 78% -1015 Un - U>, -15 Un - Un 16 - 4 32 - 4 4 30 15 15 3 3 86% -1615 Un - Un 32 -15 Un - U 4 8 n 5 3 40 15 Un 3 3 9 92% -8 Un -15 Un - U 4 - 32 n L'exemple suivant, toujours dans le cas où k =3/4, montre comment il est possible de gérer une suite de reconfigurations en laissant de côté des modules de stockage dans certaines associations, pour les 5 réintégrer dans une association suivante Associations M N Udisp-max Umod-max Udisp-min Umod-min Energie utilisable 1 4 8 8 Un Un 3 3 44% -8 Un - Un 4 4 2 3 10 15 3 3 3 60% -168 Un - Un -8 Un - Un 4 4 5 - 2 Modules isolés. Tension stabilisée à ILJT, 3 2 12 159 3 3 9 64% + 8 U - U -8 U - U 1 5 n 4 n 20 n 3 3 - - U 4 U n 5 n 160 n - 6 Modules isolés. Tension stabilisée à (J' 4 2 12 -8 Un 40 9 3 27 86% + 20 n -8 Un -80 Un 4 3 4 39 - U -80 Un 5 n Dans ce dernier exemple, l'association 2 laisse de côté deux modules de stockage. Ces modules n'étant parcourus par aucun courant, ils restent dans le même état de charge tout le temps de l'association. 10 L'association 3 réintroduit les deux modules isolés à l'association 2, à raison d'un module par branche, et en isole six autres. L'association 4 réintroduit les six modules isolés, à raison de trois modules de stockage par branche. 3039313 30 Optimisation en termes de nombre de reconfigurations La figure 6 illustre une caractéristique d'un module de stockage d'énergie par effet capacitif. Elle représente l'énergie utile accessible au cours d'une décharge du module de stockage en fonction de la tension à 5 ses bornes à la fin de la décharge. L'axe des abscisses correspond à la tension en fin de décharge, en pourcentage par rapport à la tension maximale Umod-maxi et l'axe des ordonnées correspond à l'énergie utile accessible, en pourcentage par rapport à l'énergie totale disponible dans le module de stockage. Cette figure montre que 90% de l'énergie nominale du 10 module de stockage est accessible sur une plage de tension [Umod-max Umod-min], OÙ Umod-min est environ égal au tiers de Umod-max- Ainsi, l'utilisation de 90% de l'énergie du dispositif reconfigurable de stockage d'énergie selon l'invention nécessite un nombre maximal de modules de stockage par branche strictement inférieur à trois fois le nombre minimal de modules de 15 stockage par branche. La relation d'infériorité stricte est due à la variation de tension aux bornes des modules de stockage. Les associations peuvent ainsi être les suivantes : M initial M1 x N1 M2 X N2 M3 X N3 M4 X N4 3 3 x 2k 2 x 3k 4 4 x 3k 3 x 4k 2 x 6k 5 5 x 4k 4 x 5k 2 x 10k 5 5 x 12k 4 x 15k 3 x 20k 2 x 30k 6 6 x 2k 4 x 3k 3 x 4k 6 6 x 10k 5 x 12k 4 x 15k 3 x 20k 7 7 x 6k 6 x 7k 3 x 14k 8 8 x 3k 6 x 4k 4 x 6k 3 x 8k 9 9 x 4k 6 x 6k 4 x 9k Comme indiqué précédemment, l'unité de commande peut piloter 20 les contacteurs commandés de manière à ce que la tension Udjsp aux bornes du dispositif reconfigurable selon l'invention se situe dans la plage de tension [Umax ; Umm], correspondant par exemple à la plage de fonctionnement optimal du convertisseur d'énergie. L'unité de commande 3039313 31 peut ainsi être agencée de sorte que, lorsque la tension Udjsp devient inférieure à la tension Um,n, ou supérieure à la tension Umax, les contacteurs commandés soient pilotés pour connecter les modules de stockage dans une nouvelle association, dans laquelle la tension Udjsp retourne dans la 5 plage de tension [U,' ; Le convertisseur d'énergie pouvant introduire des oscillations de tension, de l'ordre de quelques volts, un phénomène de bagotement entre deux associations peut être observé si le changement d'association est fait 10 à une même tension aussi bien en charge qu'à la décharge du dispositif reconfigurable. Afin d'éviter un tel phénomène, il est possible d'introduire des hystérésis de quelques volts (par exemple 1 à 5 V) autour de chaque tension de changement d'association. À titre d'illustration, on considère une première association de M1 branches en parallèle de N1 modules de 15 stockage chacune, et une deuxième association de M2 branches en parallèle de N2 modules de stockage chacune, avec N2 > N1 et M1 x N1 = M2 X N2. À la décharge, le passage de la première association à la deuxième peut être effectué lorsque la tension Udjsp atteint une tension Udéch inférieure de quelques volts à la tension Umm. En revanche, en charge, le passage de la 20 deuxième association à la première peut être effectué lorsque la tension Udjsp atteint la tension Umin. Une autre solution pour introduire une hystérésis est de travailler avec un ratio N1 /N2 légèrement supérieur au quotient k de la tension 25 minimale Um,n sur la tension maximale Umax, tout en conservant les seuils de reconfiguration aux bornes de la plage de fonctionnement optimal [Umax ; Uni,n]. À la décharge, la tension Udjsp passe de Umin = k1, Umax à NIJN2.Umin, qui est bien légèrement inférieure à Umax. En charge, la tension Udjsp passe de la tension Umax à N1/N2 Umax qui est bien légèrement 30 supérieur à k Umax. Par rapport à la précédente, cette deuxième solution présente l'avantage de conserver une tension Udjsp dans la plage de fonctionnement optimal du convertisseur d'énergie. 3039313 32 Le dispositif reconfigurable de stockage d'énergie selon l'invention est particulièrement adapté à l'alimentation de véhicules électriques de transport en commun, en particulier lorsqu'ils effectuent des trajets comportant des arrêts prédéterminés dans des stations. Tel est 5 notamment le cas des bus et des tramways. Le dispositif reconfigurable de stockage d'énergie du véhicule peut effectivement être rechargé régulièrement lors des arrêts en station, lui permettant d'emmagasiner suffisamment d'énergie pour circuler de manière autonome entre les stations. Les stations sont alors qualifiées de "stations de recharge". La 10 technologie de stockage d'énergie par effet capacitif, couvrant notamment les supercondensateurs, autorise des durées de recharge relativement courtes, compatibles avec la durée d'arrêt du véhicule en station, typiquement de l'ordre d'une dizaine de secondes, voire au maximum d'une trentaine de secondes. 15 Selon un premier exemple d'utilisation du dispositif reconfigurable de stockage d'énergie selon l'invention, ce dispositif alimente un véhicule comportant une chaîne de traction (variateur + moteur) fonctionnant sur une plage de tension d'entrée comprise entre 20 300 V et 450 V, avec un optimum de rendement énergétique compris entre 330 V et 430 V. Pour mieux comprendre les avantages de l'utilisation d'un dispositif reconfigurable selon l'invention, on considère dans un premier temps, à titre de comparaison, un dispositif de stockage d'énergie par effet capacitif non reconfigurable, c'est-à-dire dont l'association des modules de 25 stockage est figée. Ce dispositif non reconfigurable comporte par exemple quatre branches en parallèle de huit modules de stockage connectés en série, chaque module de stockage présentant une tension maximale entre ses bornes Umod-max de 50 V. Ainsi, la tension maximale aux bornes du dispositif est de 400 V, qui est proche de la borne supérieure de la plage de 30 fonctionnement optimal de la chaîne de traction (430 V). En revanche, une décharge du dispositif non reconfigurable jusqu'à ce que sa tension atteigne la borne inférieure de la plage de fonctionnement optimal (330 V) ne permet d'utiliser qu'une faible part de l'énergie stockée dans le dispositif, soit environ 33%. Cette part peut atteindre environ 50% si l'on autorise 3039313 33 une décharge jusqu'à la tension de 300 V, mais reste relativement faible. Pour une autonomie donnée du véhicule électrique, ce taux d'utilisation de l'énergie stockée impose un surdimensionnement du dispositif de stockage non reconfigurable. 5 Le dispositif reconfigurable de stockage d'énergie selon l'invention permet d'augmenter l'autonomie disponible à partir d'un même nombre de modules de stockage, d'optimiser le nombre de branches en parallèle ou de réaliser un compromis entre ces deux options. Dans le cas 10 d'une augmentation de l'autonomie, on peut observer que, conformément au tableau présenté ci-dessus avec une association initiale de quatre branches en parallèle de huit modules de stockage chacune, jusqu'à 86% de l'énergie stockée est utilisable. Dans le cas où une optimisation du nombre de branches est recherchée, on constate que le dispositif 15 reconfigurable peut ne comporter que deux branches en parallèle de huit modules de stockage chacune (M x N = 2 x 8). Les associations suivantes peuvent être utilisées. Associations M N Udisp-max Umod-max Udisp-min Umod-min Energie utilisable 1 2 8 400 50 330 41,25 32% 1 10 412,5 41,25 330 33 35% 2 - 6 Modules isolés. Tension stabilisée à 41,25 V 6 41,25 33,75 1 412,5 330 44% 3 +5 33 25,5 - 5 Modules isolés. Tension stabilisée à 33 V 6 33,75 27 1 +5 418,5 33 330 26,2 60% 4 +2 25,5 18,5 - 3 Modules isolés. Tension stabilisée à 25,5 V 6 27 22,2 +5 26,2 21,4 5 1 406,5 330 83% +2 18,5 13,7 +3 25,5 20,8 Les figures 7A-7E représentent schématiquement les différentes 20 associations correspondantes. Sur la figure 7A, illustrant la première 3039313 34 association, le dispositif 700 comprend deux branches en parallèle de huit modules de stockage en série chacune. La première branche 710 comprend des modules de stockage numérotés consécutivement de 1 à 8 et la deuxième branche 720 comprend des modules de stockage numérotés 5 consécutivement de 9 à 16. Sur la figure 7B, illustrant la deuxième association, le dispositif 700 comprend une unique branche formée des modules de stockage 1 à 10, les modules de stockage 11 à 16 étant isolés. Sur la figure 7C, illustrant la troisième association, le dispositif 700 comprend toujours une unique branche, mais formée cette fois-ci des 10 modules de stockage 1 à 3 et 9 à 16, les modules de stockage 4 à 8 étant isolés. Sur la figure 7D, illustrant la quatrième association, le dispositif 700 comprend une unique branche formée des modules de stockage 4 à 16, les modules de stockage 1 à 3 étant isolés. Dans la dernière association, illustrée par la figure 7E, le dispositif comprend une seule branche formée 15 de l'ensemble des seize modules de stockage connectés en série. Afin de permettre ces différentes associations, le dispositif 700 comprend un contacteur commandé entre les modules de stockage 3 et 4, entre les modules de stockage 10 et 11, entre le module de stockage 8 et la borne de connexion négative du dispositif 700 et entre le module de stockage 9 et 20 la borne de connexion positive du dispositif 700. Selon un deuxième exemple d'utilisation du dispositif reconfigurable selon l'invention, ce dispositif alimente un véhicule électrique dont la chaîne de traction fonctionne sur une plage de tension 25 d'entrée comprise entre 300 V et 750 V, avec un optimum de rendement énergétique compris entre 350 V et 730 V. La plage de tension de fonctionnement étant relativement large (avec Umax > 2 Umn), il serait envisageable d'utiliser un dispositif de stockage d'énergie par effet capacitif non reconfigurable. Cependant, le dispositif reconfigurable selon l'invention 30 présente un intérêt particulier pour les recharges du véhicule électrique en station. En effet, arrivé en station, le dispositif reconfigurable peut présenter une tension à ses bornes de 350 V et nécessiter une recharge via un convertisseur d'énergie amenant une tension à ses bornes de 700 V. Les convertisseurs d'énergie sont majoritairement de deux types, à savoir les 3039313 élévateurs et les abaisseurs. Avec un élévateur, la plage de tension d'entrée est inférieure à la plage de tension en sortie. Or, la durée de recharge devant être courte, de forts courants doivent transiter entre la station et le véhicule électrique, ce qui nécessite des connecteurs 5 spécifiques et engendre des coûts de conception et d'entretien importants. En outre, les pertes par effet Joule sont importantes. Avec un abaisseur, la plage de tension d'entrée est supérieure à la plage de tension en sortie. Un inconvénient de ce convertisseur d'énergie est le risque en matière de sécurité. La station de recharge se situe typiquement dans un 10 environnement urbain, avec un risque de contact électrique avec des passagers ou des passants. La présence de cette haute tension et de la puissance importante transférée, impose ainsi des règles de sécurité très contraignantes en termes d'intégration mécanique, de matériaux et donc de coûts. 15 Le dispositif reconfigurable de stockage d'énergie selon l'invention limite ces inconvénients en permettant un rechargement en deux étapes. Le dispositif reconfigurable comporte par exemple deux branches (ou un multiple de deux branches) de quatorze modules en série, 20 chaque module de stockage présentant une tension maximale à ses bornes de 50 V. Dans le cas d'un dispositif de conversion d'énergie élévateur, fonctionnant par exemple sur une plage de tension d'entrée comprise entre 225 V et 450 V et une plage de tension de sortie comprise entre 500 V et 1000 V, dans une première étape, les deux branches sont mises en série 25 (ou les branches sont mises en série deux par deux) pour former une branche de 28 modules. La tension aux bornes de cette branche va passer de 700 V à 1000 V. Dans une deuxième étape, le dispositif reconfigurable reprend sa configuration initiale (M x N = 2k x 14) pour compléter la recharge des modules de stockage, la tension à leur borne passant de 30 500 V à 700 V. Dans le cas d'un dispositif de conversion d'énergie abaisseur, fonctionnant sur une plage de tension d'entrée comprise entre 500 V et 1000 V et une plage de tension de sortie comprise entre 225 V et 450 V, dans une première étape, le dispositif reconfigurable est laissé dans sa configuration initiale (M x N = 2k x 14), la tension aux bornes de 3039313 36 chaque branche passant de 350 V à 450 V. Dans une deuxième étape, chaque branche de quatorze modules de stockage est divisée en deux branches parallèles de sept modules de stockage chacune. Lors de la recharge, la tension aux bornes des branches passe de 225 V à 350 V. Le 5 dispositif est ensuite reconfiguré dans sa configuration initiale, chaque branche présentant bien une tension à ses bornes de 700 V. En termes de sécurité des personnes, l'utilisation d'un convertisseur d'énergie abaisseur est préférable à l'utilisation d'un convertisseur élévateur, dans la mesure où les plus hautes tensions sont localisées en amont du convertisseur 10 d'énergie, implanté a priori au sein de la station de recharge et donc moins accessible aux personnes. L'utilisation d'un élévateur, au contraire, place les plus hautes tensions en aval du convertisseur d'énergie, et notamment sur le dispositif de connexion de puissance entre la station de recharge et le véhicule, généralement plus accessible aux personnes. 15 Le dispositif reconfigurable selon l'invention présente des avantages comme source d'alimentation d'un véhicule électrique. Il peut en outre être utile dans une station de recharge, afin de faciliter le transfert d'énergie lors de la recharge en station du dispositif reconfigurable 20 embarqué dans le véhicule. Le dispositif reconfigurable disposé dans la station de recharge, appelé "dispositif reconfigurable au sol", dispose d'une durée relativement longue pour se charger, de l'ordre de plusieurs minutes, correspondant à l'intervalle de temps entre deux arrêts de véhicules dans la station de recharge. Les puissances de transfert sont donc nettement plus 25 faibles, ce qui permet une recharge directement depuis le réseau d'alimentation électrique. Un système d'alimentation d'un véhicule électrique ou hybride peut ainsi comporter un premier dispositif reconfigurable de stockage d'énergie selon l'invention, embarqué sur le véhicule, afin de l'alimenter de manière autonome entre deux stations, un 30 deuxième dispositif reconfigurable selon l'invention, disposé dans chaque station de recharge, et un convertisseur d'énergie agencé pour relier les deux dispositifs reconfigurables. Les propriétés électriques de la chaîne de traction du véhicule imposent la plage de tension du dispositif reconfigurable embarqué et, en conséquence, le nombre de modules de 3039313 37 stockage en série dans chaque branche. L'autonomie requise entre deux stations de recharges fixe quant à elle le nombre de branches en parallèle dans le dispositif reconfigurable embarqué. 5 On considère à titre d'exemple un dispositif reconfigurable embarqué comportant, dans une association initiale, quatre branches en parallèle de huit modules de stockage en série chacune, soit un total de trente-deux modules de stockage. L'énergie à transférer depuis le dispositif reconfigurable au sol vers le dispositif reconfigurable embarqué correspond 10 à l'énergie utile au véhicule pour se déplacer entre deux stations de recharge, en faisant abstraction des pertes dues au transfert d'énergie, notamment dans le convertisseur d'énergie. Le dispositif reconfigurable au sol comprend ainsi un même nombre de modules de stockage. La plage de tension dans laquelle doit fonctionner le dispositif reconfigurable au sol est 15 imposée par le ratio de conversion du convertisseur d'énergie. Dans le cas d'un abaisseur de ratio 1/2, le dispositif reconfigurable au sol travaille à une tension double de celle du dispositif reconfigurable embarqué. Ses trente-deux modules de stockage sont donc connectés selon une association de deux branches en parallèle de seize modules de stockage (M x N = 20 2 x 16). Le dispositif reconfigurable embarqué et le dispositif reconfigurable au sol peuvent être fabriqués à partir d'un même dispositif reconfigurable de base, comprenant quatre branches de huit modules de stockage en série, et un système de connexion permettant de choisir soit une association parallèle des quatre branches, soit une association de deux 25 branches en parallèle de seize modules de stockage. Dans le cas d'un convertisseur d'énergie élévateur de ratio 2, le dispositif reconfigurable au sol travaille à une tension moitié de celle du dispositif reconfigurable embarqué. Les trente-deux modules de stockage de ce dispositif reconfigurable sont donc connectés selon une association de huit branches 30 en parallèles de quatre modules de stockage en série. Le dispositif reconfigurable embarqué et le dispositif reconfigurable au sol peuvent également être fabriqués à partir d'un même dispositif reconfigurable de base, comprenant huit branches de quatre modules de stockage en série, et un système de connexion permettant de choisir soit une association 3039313 38 parallèle des huit branches, soit une association de quatre branches en parallèle de huit modules de stockage. Le système de connexion peut comporter des barres omnibus, ou "busbars" en anglais, boulonnés en fin de fabrication sur la position requise selon la destination du dispositif 5 reconfigurable, à savoir le véhicule ou la station de recharge. Le système de connexion peut aussi comporter des interrupteurs commandés manuellement, tels que des sectionneurs de puissance manuels, dont la position est déterminée en fonction de la destination du dispositif reconfigurable. Il est à noter que la destination du dispositif reconfigurable 10 est a priori définitive. Il n'est donc pas nécessaire que le système de connexion utilisé puisse être commandé. Cependant, des contacteurs commandés tels que ceux utilisés en cours de charge ou de décharge des dispositifs reconfigurables peuvent être utilisés. 15 Le dispositif reconfigurable de stockage d'énergie selon l'invention peut être associé à d'autres sources d'alimentation électrique, notamment à un dispositif de stockage d'énergie électrochimique par transfert de charge (pile électrique ou pile à combustible), ou à un groupe électrogène. Ces sources d'alimentation supplémentaires peuvent prendre 20 le relais du dispositif reconfigurable lors de microcoupures, par exemple lors des changements d'association, de même que lors d'une demande de puissance ponctuelle, ou lorsque le dispositif reconfigurable est déchargé. La figure 8 représente un exemple de système d'alimentation 25 comprenant une source d'alimentation électrique en plus du dispositif reconfigurable selon l'invention. Le système d'alimentation 800 comprend un dispositif reconfigurable 810, un convertisseur d'énergie 820, une pile électrique 830 et un commutateur commandé 840. Le dispositif reconfigurable 810 comprend une borne de connexion négative 811, une 30 borne de connexion positive 812, un ensemble de modules de stockage 813 et un ensemble de contacteurs commandés 814. La pile électrique 830 comprend une borne de connexion négative 831 et une borne de connexion positive 832. Le convertisseur d'énergie 820 comporte deux bornes d'entrée 821, 822 et deux bornes de sortie 823, 824. Bien entendu, le 3039313 39 convertisseur d'énergie 820 peut fonctionner dans les deux sens, si bien que ses bornes de connexion sont qualifiées "d'entrée" ou "de sortie" dans un but descriptif uniquement. Le commutateur commandé 840 est par exemple piloté par l'unité de commande du dispositif reconfigurable 810, 5 ou par tout moyen de commande du système d'alimentation. Il permet de connecter les bornes d'entrée 821, 822 du convertisseur d'énergie soit aux bornes de connexion 811, 812 du dispositif reconfigurable 810, soit aux bornes de connexion 831, 832 de la pile électrique. 10 Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. De plus, les différentes caractéristiques, formes, variantes et modes de réalisation de l'invention peuvent être associés les uns avec les autres selon diverses combinaisons 15 dans la mesure où ils ne sont pas incompatibles ou exclusifs les uns des autres. REVENDICATIONS1. Dispositif reconfigurable de stockage d'énergie électrique comprenant : - M x N modules de stockage (111-122), où M et N sont deux entiers naturels strictement positifs, chaque module de stockage étant apte à stocker une énergie électrique par effet capacitif entre une borne négative et une borne positive, - des contacteurs (131-140) agencés pour permettre de connecter par leurs bornes M, x N, modules de stockage, selon différentes associations, chaque association désignée par un indice i comprenant M, branches connectées en parallèle, chaque branche comprenant N, modules de stockage connectés en série, où M, x N, M x N, et - des bornes de connexion électrique positive (102) et négative (101) auxquelles sont aptes à se connecter, dans chaque association, les extrémités des branches connectées en parallèle. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les contacteurs (131- 140) sont des contacteurs commandés. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2 comprenant, en outre, un contacteur de mise en sécurité (1001) agencé pour pouvoir prendre une position d'isolation, dans laquelle, pour au moins une association des modules de stockage (111-122), chaque branche (151-153) se trouve isolée de la borne de connexion électrique positive (102) et/ou de la borne de connexion électrique négative (101). 4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel le contacteur de mise en sécurité (1001) est un contacteur commandé. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les M x N modules de stockage (111-122) présentent une même tension maximale Umod-max à leurs bornes et une même capacité électrique. 3039313 41 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les contacteurs (131-140) sont agencés de sorte que, pour chaque association, le produit M, x N, du nombre de branches par le nombre de modules de stockage dans chaque branche soit égal au nombre M x N de modules de 5 stockage dans le dispositif reconfigurable de stockage d'énergie électrique (100, 200, 810). 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les contacteurs (131-140) sont agencés de sorte que, parmi les différentes 10 associations, le nombre maximal Nmax de modules de stockage dans chaque branche soit inférieur ou égal à trois fois le nombre minimal Nn-'n de modules de stockage dans chaque branche. 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, prise avec la 15 revendication 2, comprenant, en outre : - une unité de mesure (201), agencée pour mesurer une tension de contrôle entre la borne négative d'un premier module de stockage parmi les M x N modules de stockage, et la borne positive d'un deuxième module de stockage parmi les M x N modules de stockage, identique ou différent du 20 premier module de stockage, et - une unité de commande (202), agencée pour piloter les contacteurs commandés en fonction de la tension de contrôle. 9. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel l'unité de commande 25 (202) est agencée de sorte que, lorsque la tension de contrôle devient inférieure à une tension minimale Um,n, ou supérieure à une tension maximale Umax, les contacteurs commandés (131-140) sont pilotés pour connecter les modules de stockage (111-122) dans une nouvelle association, dans laquelle la tension de contrôle est comprise entre la 30 tension minimale Umjn et la tension maximale Umax. 10. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel l'unité de commande (202) est agencée de sorte que : 3039313 42 - lorsque la tension de contrôle devient inférieure à une tension minimale de décharge Udach, les contacteurs commandés (131-140) sont pilotés pour connecter les modules de stockage (111-122) dans une nouvelle association, dans laquelle la tension de contrôle est comprise entre 5 une tension minimale de fonctionnement Um,n et une tension maximale de fonctionnement Umax, OÙ Udéch 11. Dispositif selon l'une des revendications 8 à 10, dans lequel l'unité de 15 mesure (201) est agencée pour mesurer la tension de contrôle entre les bornes de connexion électrique positive (102) et négative (101) du dispositif reconfigurable (100, 200, 801). 12. Dispositif selon les revendications 5 et 11, dans lequel l'unité de 20 commande (202) et les modules de stockage (111-122) sont agencés de sorte que la différence de tension 3,Umax entre la tension maximale de fonctionnement Umax et la tension minimale de fonctionnement Um,n soit supérieure ou égale à la tension maximale Umod-max aux bornes d'un module de stockage. 25 13. Dispositif selon la revendication 5 et l'une des revendications 11 et 12, dans lequel l'unité de commande (202) et les modules de stockage (111122) sont agencés de sorte que le nombre de modules de stockage pouvant être ajoutés ou retirés dans chaque branche au passage d'une association à 30 une association suivante soit inférieur ou égal à un nombre maximal nmax, déterminé afin de satisfaire la relation : Climax Umod-max 3.Umax (Climax ± 1) Umod-max OÙ 3,Umax est la différence de tension entre la tension maximale de fonctionnement Umax et la tension minimale de fonctionnement Um,n entre 3039313 43 les bornes de connexion électrique positive (102) et négative (101) du dispositif reconfigurable. 14. Système d'alimentation apte à alimenter une charge et à être rechargé 5 par une station de recharge, le système (800) comprenant : - un dispositif reconfigurable de stockage d'énergie électrique (100, 200, 810) selon l'une des revendications précédentes, - une troisième borne de connexion électrique (411, 823) et une quatrième borne de connexion électrique (412, 824), aptes à être 10 connectées à la charge ou à la station de recharge, et - un convertisseur d'énergie (410, 820) apte à relier la première et la deuxième bornes de connexion électrique à la troisième et à la quatrième bornes de connexion électrique et agencé pour adapter la forme de la tension entre la première et la deuxième bornes de connexion électrique à 15 la forme de la tension entre la troisième et la quatrième bornes de connexion électrique. 15. Système d'alimentation selon la revendication 14, comprenant un dispositif (200, 810) selon l'une des revendications 9 à 13, dans lequel 20 l'unité de commande (202) est agencée de sorte que, dans la plage de tension comprise entre la tension minimale de fonctionnement Umm et la tension maximale de fonctionnement Umax, le convertisseur d'énergie (410, 820) présente un rendement supérieur ou égal à 95%. 25 16. Système d'alimentation selon l'une des revendications 14 et 15 comprenant, en outre : - un dispositif électrochimique de stockage d'énergie par transfert de charge (830), apte à stocker une énergie électrique entre une cinquième borne de connexion électrique (831) et une sixième borne de connexion 30 électrique (832), et - un commutateur commandé (840) agencé pour connecter les troisième et quatrième bornes de connexion électrique aux première et deuxième bornes de connexion électrique du dispositif reconfigurable de stockage d'énergie électrique ou aux cinquième et sixième bornes de 3039313 44 connexion électrique du dispositif électrochimique de stockage d'énergie par transfert de charge. 17. Système d'alimentation selon l'une des revendications 14 à 16 5 comprenant, en outre : - un groupe électrogène, apte à délivrer une énergie électrique entre une septième borne de connexion électrique et une huitième borne de connexion électrique, et - un commutateur commandé agencé pour connecter les troisième et 10 quatrième bornes de connexion électrique aux première et deuxième bornes de connexion électrique du dispositif reconfigurable de stockage d'énergie électrique ou aux septième et huitième bornes de connexion électrique du groupe électrogène. 15 18. Système d'alimentation selon les revendications 16 et 17, dans lequel le commutateur commandé (840) est agencé pour connecter les troisième et quatrième bornes de connexion électrique aux première et deuxième bornes de connexion électrique du dispositif reconfigurable de stockage d'énergie électrique (100, 200, 810), aux cinquième et sixième bornes de 20 connexion électrique du dispositif électrochimique de stockage d'énergie par transfert de charge (830) ou aux septième et huitième bornes de connexion électrique du groupe électrogène. 19. Véhicule comprenant une chaîne de traction électrique et, soit un 25 dispositif selon l'une des revendications 1 à 13, soit un système d'alimentation selon l'une des revendications 14 à 18, le dispositif ou le système d'alimentation étant agencé pour alimenter la chaîne de traction en énergie électrique.