Brevet FR3132595A1 — publié le 20230811

Equilibrage de charge dans une batterie électrique La présente description concerne un système (400) comprenant une batterie électrique (401) de N cellules élémentaires en série (C1, C2, C3, C4), et Z modules de transfert d'énergie (M1, M2) ayant chacun des premier et deuxième noeuds (A, B) reliés par K+1 cellules correspondantes en série, et un troisième noeud (D) relié au premier noeud (A) par une seule des K+1 cellules. Chaque module (M1, M2) a son troisième noeud (D) non commun avec celui de chaque autre module. K est un entier supérieur ou égal à 2 identique pour tous les modules (M1, M2). Une cellule (C1) est connectée entre les premier (A) et troisième noeuds (D) d'un (M1) des modules, et à une autre cellule (C2) connectée entre les premier (A) et troisième (D) noeuds d'un autre (M2) des modules, le troisième noeud (D) dudit un (M1) des modules étant connecté au premier noeud (A) dudit un autre (M2) des modules. Figure pour l'abrégé : Fig. 4 Equilibrage de charge dans une batterie électrique La présente description concerne de façon générale les circuits électroniques, et, plus particulièrement, un système comprenant une batterie électrique et des modules de transfert d'énergie pour équilibrer des niveaux de charge de cellules élémentaires de la batterie. Une batterie électrique comprend habituellement un groupement de plusieurs cellules élémentaires (accumulateurs, etc.) reliées en série entre deux noeuds ou bornes de fourniture d'une tension continue. Pour maximiser les performances de la batterie et augmenter sa durée de vie, on peut connecter aux noeuds intermédiaires de l'association en série des cellules de la batterie, des modules de transfert d'énergie afin d'équilibrer les niveaux de charge des cellules. Ces modules de transfert d'énergie appartiennent alors à un circuit d'équilibrage de la batterie. Diverses configurations de circuits d'équilibrage d'une batterie et de connexion de ces circuits d'équilibrage aux cellules de la batterie ont été proposées. Ces configurations présentent toutefois leurs inconvénients propres. Il existe un besoin d'un système qui pallie tout ou partie des inconvénients des systèmes connus comprenant une batterie et des modules de transfert d'énergie connectés aux cellules élémentaires de la batterie. Un mode de réalisation pallie tout ou partie des inconvénients des systèmes connus comprenant une batterie et des modules de transfert d'énergie connectés aux cellules élémentaires de la batterie. Un mode de réalisation prévoit un système comprenant : une batterie électrique comportant une association de N cellules élémentaires en série ; et Z premiers modules de transfert d'énergie, chaque premier module ayant un premier noeud et un deuxième noeud reliés par un ensemble correspondant de K+1 cellules élémentaires en série, et un troisième noeud relié au premier noeud par une seule des K+1 cellules élémentaires dudit ensemble correspondant. Chaque premier module a son troisième noeud non commun avec le troisième noeud de chaque autre premier module. K est un entier supérieur ou égal à 2 identique pour tous les premiers modules. Z est un entier supérieur ou égal à 2. N est un entier supérieur ou égal à K+2. Une cellule élémentaire est connectée entre les premier et troisième noeuds d'un des premiers modules, et à une autre cellule élémentaire connectée entre les premier et troisième noeuds d'un autre des premiers modules, le troisième noeud dudit un des premiers modules étant connecté au premier noeud dudit un autre des premiers modules. Selon un mode de réalisation, Z est égal à N-2 et N est pair. En outre, une connexion d'une première moitié des N-2 premiers modules à ((N-2)/2)+K cellules élémentaires en série à partir d'une première extrémité de l'association des N cellules élémentaires en série et une connexion d'une deuxième moitié des N-2 premiers modules à ((N-2)/2)+K cellules élémentaires en série à partir d'une deuxième extrémité de l'association des N cellules élémentaires en série sont symétriques l'une de l'autre par rapport à un point milieu de l'association des N cellules élémentaires en série. Selon un mode de réalisation, le système comprend un deuxième module de transfert d'énergie ayant un premier noeud et un deuxième noeud reliés par un ensemble correspondant de H cellules élémentaires en série, et un troisième noeud relié audit point milieu de l'association des N cellules élémentaires en série, un point milieu dudit ensemble correspondant de H cellules élémentaires étant le point milieu de l'association des N cellules élémentaires en série. Le deuxième module a son troisième noeud non commun avec le troisième noeud de chaque premier module. H est strictement inférieur à N. Selon un mode de réalisation, K est impair et H est égal à K+1. Selon un mode de réalisation, Z est égal à N-1 et N est impair. En outre, une connexion d'une première moitié des N-1 premiers modules à ((N-1)/2)+K cellules élémentaires en série à partir d'une première extrémité de l'association des N cellules élémentaires en série et une connexion d'une deuxième moitié des N-1 premiers modules à ((N-1)/2)+K cellules élémentaires en série à partir d'une deuxième extrémité de l'association des N cellules élémentaires en série sont symétriques l'une de l'autre par rapport à une cellule élémentaire centrale de l'association des N cellules élémentaires en série. Selon un mode de réalisation, Z est inférieur ou égal à N-1. Selon un mode de réalisation, Z est égal à N-1. Selon un mode de réalisation, Z est égal à N-K et le système comprend en outre K-1 deuxièmes modules de transfert d'énergie. Chaque deuxième module a un premier noeud et un deuxième noeud reliés par un ensemble correspondant de P cellules élémentaires en série, et un troisième noeud relié au premier noeud par une seule des P cellules élémentaires dudit ensemble correspondant. P est un entier inférieur ou égal à K, P est supérieur ou égal à 2, et P a une valeur différente pour chacun des deuxièmes modules. Chaque deuxième module a son troisième noeud non commun avec le troisième noeud de chaque premier module et de chaque autre deuxième module. Selon un mode de réalisation, le système comprend exactement N-1 modules de transfert d'énergie en tout. Selon un mode de réalisation, aucun des premiers modules n'a ses premier et deuxième noeuds communs avec les premier et deuxième noeuds respectifs de chacun des autres premiers modules. Selon un mode de réalisation, chaque module de transfert d'énergie est adapté à transférer de l'énergie électrique de la ou les cellules reliant ses premier et troisième noeuds vers la ou les cellules reliant ses troisième et deuxième noeuds, et inversement. Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la illustre un exemple d'un mode de réalisation d'un système comprenant une batterie électrique et un circuit d'équilibrage ; la illustre un exemple d'un autre mode de réalisation d'un système comprenant une batterie électrique et un circuit d'équilibrage ; la illustre un exemple d'encore un autre mode de réalisation d'un système comprenant une batterie électrique et un circuit d'équilibrage ; et la illustre un exemple d'encore un autre mode de réalisation d'un système comprenant une batterie électrique et un circuit d'équilibrage. Système (100 ; 200 ; 300 ; 400) comprenant : une batterie électrique (101 ; 201 ; 301 ; 401) comportant une association de N cellules élémentaires (C1, C2, C3, C4) en série ; et Z premiers modules de transfert d'énergie (M1, M2), chaque premier module ayant un premier noeud (A) et un deuxième noeud (B) reliés par un ensemble correspondant de K+1 cellules élémentaires en série, et un troisième noeud (D) relié au premier noeud (A) par une seule des K+1 cellules élémentaires dudit ensemble correspondant, dans lequel chaque premier module (M1, M2) a son troisième noeud (D) non commun avec le troisième noeud (D) de chaque autre premier module, dans lequel K est un entier supérieur ou égal à 2 identique pour tous les premiers modules (M1, M2), dans lequel Z est un entier supérieur ou égal à 2, dans lequel N est un entier supérieur ou égal à K+2, et dans lequel une cellule élémentaire (C1) est connectée entre les premier (A) et troisième (D) noeuds d'un (M1) des premiers modules (M1, M2), et à une autre cellule élémentaire (C2) connectée entre les premier (A) et troisième (D) noeuds d'un autre (M2) des premiers modules (M1, M2), le troisième noeud (D) dudit un (M1) des premiers modules (M1, M2) étant connecté au premier noeud (A) dudit un autre (M2) des premiers modules (M1, M2). Système (100) selon la revendication 1, dans lequel : Z est égal à N-2 ; N est pair ; et une connexion d'une première moitié (M1, M2, M3) des N-2 premiers modules à ((N-2)/2)+K cellules élémentaires (C1, C2, C3, C4, C5, C6) en série à partir d'une première extrémité (V+) de l'association des N cellules élémentaires en série et une connexion d'une deuxième moitié (M4, M5, M6) des N-2 premiers modules à ((N-2)/2)+K cellules élémentaires (C3, C4, C5, C6, C7) en série à partir d'une deuxième extrémité (V+) de l'association des N cellules élémentaires en série sont symétriques l'une de l'autre par rapport à un point milieu (104) de l'association des N cellules élémentaires en série. Système (100) selon la revendication 2, dans lequel : le système (100) comprend un deuxième module de transfert d'énergie (Mb) ayant un premier noeud (A) et un deuxième noeud (B) reliés par un ensemble correspondant de H cellules élémentaires (C3, C4, C5, C6) en série, et un troisième noeud (D) relié audit point milieu (104) de l'association des N cellules élémentaires en série, un point milieu dudit ensemble correspondant de H cellules élémentaires étant le point milieu (104) de l'association des N cellules élémentaires en série ; le deuxième module (Mb) a son troisième noeud (D) non commun avec le troisième noeud (D) de chaque premier module ; et H est strictement inférieur à N. Système (100) selon la revendication 3, dans lequel : K est impair ; et le nombre H est égal à K+1. Système (200) selon la revendication 1, dans lequel : Z est égal à N-1 ; N est impair ; et une connexion d'une première moitié (M1, M2, M3) des N-1 premiers modules à ((N-1)/2)+K cellules élémentaires (C1, C2, C3, C4, C5, C6) en série à partir d'une première extrémité (V+) de l'association des N cellules élémentaires en série et une connexion d'une deuxième moitié (M4, M5, M6) des N-1 premiers modules à ((N-1)/2)+K cellules élémentaires (C2, C3, C4, C5, C6, C7) en série à partir d'une deuxième extrémité (V-) de l'association des N cellules élémentaires en série sont symétriques l'une de l'autre par rapport à une cellule élémentaire centrale (C4) de l'association des N cellules élémentaires en série. Système (200, 300) selon la revendication 1, dans lequel Z est inférieur ou égal à N-1. Système (400) selon la revendication 1, dans lequel : Z est égal à N-K ; le système comprend en outre K-1 deuxièmes modules (Mb4, Mb5, Mb6, Mb7) de transfert d'énergie, chaque deuxième module ayant un premier noeud (A) et un deuxième noeud (B) reliés par un ensemble correspondant de P cellules élémentaires en série, et un troisième noeud (D) relié au premier noeud (A) par une seule des P cellules élémentaires dudit ensemble correspondant ; P est un entier inférieur ou égal à K ; P est supérieur ou égal à 2 ; P a une valeur différente pour chacun des deuxièmes modules (Mb4, Mb5, Mb6, Mb7) ; et chaque deuxième module (Mb4, Mb5, Mb6, Mb7) a son troisième noeud (D) non commun avec le troisième noeud (D) de chaque premier module et de chaque autre deuxième module. Système (100 ; 200 ; 300 ; 400) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le système (100) comprend exactement N-1 modules de transfert d'énergie en tout. Système (100 ; 200 ; 300 ; 400) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel aucun des premiers modules (M1, M8) n'a ses premier (A) et deuxième (B) noeuds communs avec les premier (A) et deuxième (B) noeuds respectifs de chacun des autres premiers modules (M1, M8). Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel chaque module de transfert d'énergie (M1, M8, Mb, Mb4, Mb7) est adapté à transférer de l'énergie électrique de la ou les cellules reliant ses premier (A) et troisième (D) noeuds vers la ou les cellules reliant ses troisième (D) et deuxième (B) noeuds, et inversement.