INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Habituellement, dans un système de stockage utilisant des cellules Li-ion, on équilibre les cellules entre elles, afin de les garder dans un état de charge le plus uniforme possible, de sorte que toutes les cellules restent disponibles jusqu’à leur décharge complète.
Dans un pack batterie classique, avec des éléments connectés entre eux de manière figée, un tel équilibrage n’est pas possible, à moins de rajouter des convertisseurs qui permettent d’échanger de l’énergie entre les éléments (ce que l’on appelle l’équilibrage actif), ce qui est couteux, encombrant et induit un surpoids significatif (ajout d’inductances). De fait, les packs batterie classiques n’intègrent qu’un équilibrage de fin de charge, qui s’assure que toutes les éléments soient pleinement chargées en fin de charge; mais, durant la décharge, c’est le premier élément déchargé qui stoppe la décharge, même s’il reste de l’énergie dans les autres éléments : la décharge doit s’arrêter quand l’élément le plus déchargé arrive à son seuil de tension bas. De manière symétrique, la charge normale s’arrête dès qu’un élément est pleinement chargé, c’est-à-dire quand il atteint son seuil de tension haut.
Dans un tel système, il y a généralement un mécanisme dit d’« équilibrage de fin de charge » qui permet de finaliser la recharge des éléments non encore pleinement chargés : par exemple, l’élément ou les éléments complètement chargés (qui empêchent de poursuivre la charge) sont partiellement déchargés, ce qui autorise à nouveau le passage d’un courant de recharge jusqu’à ce qu’un ou plusieurs éléments arrivent en fin de charge et ainsi de suite jusqu’à ce que tous les éléments soient pleinement chargés. Normalement, si une certaine quantité de charges a été retirée aux éléments durant la décharge, une même quantité de charge réinjectée dans les éléments devrait permettre de retrouver l’état de charge initial au rendement coulométrique près. En pratique, il peut exister une petite dispersion de rendement coulométrique entre les éléments de sorte que l’état de charge final des éléments n’est pas homogène, d’où l’intérêt de ce type d’équilibrage. Par contre ce type d’équilibrage ne permet pas de gérer des éléments dont les capacités sont différentes : c’est toujours le premier élément déchargé qui stoppe la décharge, même s’il reste de l’énergie dans les autres éléments.
On connaît, par ailleurs, une architecture d'un dispositif à éléments commutées. Une telle architecture est par exemple connue des documents suivants : FR2972308, FR2972305, FR2972307, FR2977986, FR2951320, FR2944161.
Un dispositif (ou « pack ») à éléments commutés permet de faire un équilibrage en dynamique des éléments du pack, en connectant en série seulement les éléments souhaités et en contournant les autres éléments. Il permet, par exemple : - en décharge, d’utiliser en priorité les éléments les plus chargés, afin de les ramener au plus vite vers l’état de charge des éléments les plus déchargés; - en charge, d’utiliser en priorité les éléments les plus déchargés, afin de les ramener au plus vite vers l’état de charge des éléments les plus chargées.
Cela permet de minimiser la différence de charge entre les éléments, tout au long de leur utilisation. En fin de charge, les éléments d’un dispositif à éléments commutées sont mieux équilibrés entre eux et il n’y a pas besoin, ou peu besoin, de décharger les éléments plus chargés pour terminer la charge, contrairement à un pack classique.
Toutefois, quand il n’y a pas d’échange d’énergie avec l’extérieur, aucun courant ne traverse le pack batterie et par conséquent aucun équilibrage n’est possible. De plus, si certains éléments du pack alimentent une partie de l’électronique du système (microcontrôleur, drivers des interrupteurs, …) ou des systèmes auxiliaires (chauffage/éclairage dans une voiture, …), ils continuent à se décharger alors que le reste des éléments ne se déchargent pas ; dans un tel cas, plus le système reste dans une configuration « sortie déconnectée », plus le déséquilibre entre éléments sera important.
Autrement dit, en cas de courant nul en sortie, les documents connus, cité ci-dessus, ne proposent pas de solution d’équilibrage. En effet, en l’absence de courant qui traverse le pack batterie, il n’est pas possible de faire varier l’état de charge des éléments.
Un problème qui se pose est donc de pouvoir effectuer ou poursuivre l’équilibrage des différents éléments d'une architecture d'un « pack » batterie, de type commuté, lorsque celui-ci est déconnecté de la charge ou fournit une tension nulle.
L’objectif de l’invention est de pouvoir effectuer un équilibrage des éléments d’une batterie ou d’un pack batterie quand celle-ci ou celui-ci est déconnecté(e) de la charge ou lui fournit une tension nulle.
L’invention propose un dispositif, ou pack, à batteries commutées, dont on peut équilibrer les éléments même quand le dispositif est déconnecté de la charge ou encore s’il fournit une tension nulle en sortie.
L’invention propose également un procédé permettant à un dispositif, ou pack, à batteries commutées, d’équilibrer les éléments du dispositif même quand celui-ci est déconnecté de la charge ou encore s’il fournit une tension nulle en sortie.
À cette fin, l’invention concerne un dispositif de type batterie ou pack de batterie comportant une première borne, une deuxième borne et une pluralité d’éléments de stockage d'énergie pouvant être mis en série et/ou en parallèle entre ladite première borne et ladite deuxième borne, chaque élément pouvant comporter: a) des moyens de commutation pour le connecter en série et/ou en parallèle avec au moins un autre élément, ou pour le déconnecter d’un ou plusieurs autres éléments, b) des moyens conducteurs pour conduire un courant, dit courant principal, par un circuit ou chemin (comportant au moins un conducteur) parallèle à l’élément, dit circuit ou chemin de « by-pass », lorsque l’élément est déconnecté ou n’est pas connecté en série et/ou en parallèle avec un ou plusieurs autres éléments, et/ou des moyens conducteurs pour placer ledit élément en parallèle d’un autre.
Le dispositif selon l’invention peut comporter: c) des moyens pour établir un court-circuit entre ladite première borne et ladite deuxième borne de la batterie lorsque celle-ci est déconnectée ou fournit une tension nulle ; d) des moyens de contrôle, spécifiquement adaptés pour sélectionner au moins un premier élément de stockage d'énergie dans un premier état et au moins un deuxième élément de stockage d'énergie dans un deuxième état et pour faire circuler un courant au moins du premier élément vers au moins le deuxième élément, ou entre ces 2 éléments au moins, lorsque la première borne et la deuxième borne du dispositif sont court-circuitées.
Dans la présente demande un élément en « by-pass » est un élément déconnecté mais avec des moyens, formant par exemple un circuit (pouvant comporter un ou plusieurs éléments conducteurs, par exemple un transistor) ou chemin parallèle ou alternatif à l’élément déconnecté, permettant la circulation d’un courant, dit courant principal, dans la batterie ; le courant passe alors par ces moyens, par exemple par ce circuit ou chemin parallèle ou alternatif à celui de l’élément, par exemple par un ou plusieurs élément(s) conducteur(s) parallèle(s) qui est/sont resté(s) connecté(s) ou encore par un ou plusieurs élément(s) conducteur(s); ce circuit ou chemin parallèle est parcouru par le courant par exemple via la fermeture d’au moins un moyen formant interrupteur alors qu’un interrupteur série (ou le(s) moyen(s) de commutation pour connecter l’élément en série avec au moins un autre élément) de l’élément est ouvert ; un chemin de « by-pass » d’un élément peut donc être une portion de circuit ou un chemin alternatif à cet élément pour le courant de la batterie ou du pack.
(11) Les polyamines comme le Polyquart ® H vendu par COGNIS, référencé sous le nom de "POLYETHYLENEGLYCOL (15) TALLOW POLYAMINE" dans le dictionnaire CTFA.
De préférence, le ou les polymères cationiques sont choisis parmi les polysaccharides cationiques (la famille (2)) et leurs mélanges, plus préférentiellement parmi les gommes de galactomannanes cationiques, en particulier les gommes de guar cationiques.
De préférence, la composition solide selon l’invention comprend un ou plusieurs polymères cationiques, préférentiellement choisi(s) parmi les polysaccharides cationiques (la famille (2)) et leurs mélanges, plus préférentiellement parmi les gommes de galactomannanes cationiques, en particulier les gommes de guar cationiques.
La teneur totale du ou des polymères cationiques, lorsqu’ils sont présents dans la composition solide contenue dans l’article de conditionnement selon l’invention, est de préférence supérieure ou égale à 0,05% en poids, plus préférentiellement va de 0,05 à 5% en poids, et mieux encore de 0,1 à 2% en poids, voire de 0,2 à 1,5 % en poids, par rapport au poids total de la composition.
Mieux, la teneur totale du ou des polysaccharides cationiques, lorsqu’ils sont présents dans la composition solide selon l’invention, est de préférence supérieure ou égale à 0,05% en poids, plus préférentiellement va de 0,05 à 5% en poids, et mieux encore de 0,1 à 2% en poids, voire de 0,2 à 1,5 % en poids, par rapport au poids total de la composition.
Les silicones La composition solide contenue dans l’article de conditionnement selon la présente invention peut éventuellement comprendre une ou plusieurs silicones.
Les silicones utilisables dans l’invention sont différentes des polymères cationiques définis précédemment.
Les silicones susceptibles d'être utilisées peuvent être solubles ou insolubles dans la composition selon l’invention ; elles peuvent se présenter sous forme d'huile, de cire, de résine ou de gomme ; les huiles et les gommes de silicone sont préférées.
En référence à la , la pile à combustible peut être constituée d’un empilement de cœurs électrochimiques 500, 500’ montés en série ; un tel empilement est couramment appelé « stack ». Entre chaque empilement de cœurs électrochimiques 500, 500’ peut être constituée une plaque bipolaire 100 pour permettre d’alimenter les électrodes 110 en réactifs. La pile à combustible peut donc être constituée d’un empilement de cellules unitaires séparées deux à deux par une plaque bipolaire 100.
Plus particulièrement, une pile à combustible à membrane échangeuse de protons ou PEMFC (de l'acronyme anglo-saxon « Proton Exchange Membrane Fuel Cell ») comprend au moins une cellule unitaire contenant un assemblage membrane-électrodes ou AME (110/600/110), constitué d'une membrane électrolytique 600 permettant le passage sélectif des protons et, de part et d'autre de cette membrane 600, les électrodes 110.
La plaque bipolaire 100 assure plusieurs fonctions, parmi lesquelles notamment : la distribution des réactifs et l'évacuation des sous-produits formés, possiblement via des canaux 2 et/ou orifices ménagés en son sein; le transfert des électrons générés au niveau des anodes des différentes cellules unitaires 500, ce qui implique que la plaque bipolaire 100 soit électriquement conductrice ; le refroidissement des cellules unitaires 500, possiblement via la circulation d'un liquide de refroidissement en son sein ; un support mécanique pour le cœur électrochimique 500.
On peut considérer le cas typique d’une plaque bipolaire 100 telle que schématiquement illustrée sur la comprenant trois circuits fluidiques, dédiés respectivement au guidage des écoulements de fluide anodique, de fluide cathodique et de fluide de refroidissement (au centre de la plaque). Le guidage des écoulements est réalisé via la mise en place d’obstacles, appelées ci-dessous nervures ou dents, comme des parois ou des plots, qui influent sur l’écoulement du fluide. Ces nervures peuvent prendre la forme, par exemple, d’un faisceau de canaux 2 parallèles, que l’on nomme ici « circuit fluidique ». Ces nervures réalisant la connexion électrique et thermique avec le cœur de pile, elles doivent être électriquement conductrices.
D’autres agencements des circuits fluidiques que celui illustré schématiquement sur la sont possibles. Par exemple, une plaque bipolaire 100 peut comprendre seulement deux circuits fluidiques, dédiés respectivement à chacun des deux réactifs. Par ailleurs, une plaque bipolaire 100 comprenant deux ou trois circuits fluidiques peut être constituée de plusieurs sous-ensembles disjoints, comprenant chacun au moins un circuit fluidique. Une plaque bipolaire 100 présentant les fonctions décrites précédemment est alors formée au moment de l’assemblage de la pile, lorsque les cellules sont empilées et qu’un effort de compression leur est appliqué.
Fabrication d’un circuit fluidique par usinage ou formage
Les canaux 2 du circuit fluidique, conçus pour contrôler la perte de charge des écoulements qui y circulent, sont encore à ce jour principalement réalisés par usinage ou formage (par exemple par emboutissage) à partir d’une plaque électriquement conductrice 130. Dans le premier cas, la matière est enlevée et, dans le second cas, les canaux 2 sont créés par déformation de la plaque électriquement conductrice 130.
Plus particulièrement, chaque circuit fluidique utilisé dans la pile à combustible à membrane échangeuse de protons est principalement réalisé à partir de métal embouti. Généralement, l’épaisseur de la plaque électriquement conductrice 130 est comprise entre 0,1 et 0,4 mm et les canaux 2 ont de préférence une largeur comprise entre 0,2 et 2 mm, une profondeur comprise entre 0,2 et 0,5 mm, et un espacement (ou largeur de dent) compris entre 0,2 et 2 mm. La surface de diffusion des fluides est variable en fonction de la dimension de la pile et de la puissance souhaitée. Pour les applications de forte puissance, un circuit de refroidissement des fluides est généralement inséré entre les canaux de diffusion de l’hydrogène à l’anode et les canaux de diffusion de l’oxygène (ou de l’air) à la cathode. L’empilement de circuits fluidiques sur deux niveaux, voire sur trois niveaux (comme représenté sur la ), forme une plaque bipolaire 100.
De préférence, le ou les tensioactifs amphotères ou zwittérioniques sont choisis parmi les alkyl(C 8 -C 20 )bétaïnes, les alkyl(C 8 -C 20 )amidoalkyl(C 3 -C 8 )bétaïnes et leurs mélanges, mieux parmi les alkyl(C 8 -C 20 )amidoalkyl(C 3 -C 8 )bétaïnes et leurs mélanges.
Lorsqu’ils sont présents dans la composition solide contenue dans l’article de conditionnement selon l’invention, la teneur totale du ou des tensioactifs amphotères ou zwittérioniques va de préférence de 1 à 30% en poids, plus préférentiellement de 2 à 25% en poids, mieux de 5 à 20% en poids, et mieux encore de 8 à 15% en poids, par rapport au poids total de la composition.
Dans un mode de réalisation préféré, la teneur totale en tensioactif(s) amphotère(s) ou zwittérionique(s) choisi(s) parmi les alkyl(C 8 -C 20 )bétaïnes, les alkyl(C 8 -C 20 )amidoalkyl(C 3 -C 8 )bétaïnes et leurs mélanges va de 1 à 30% en poids, de préférence de 2 à 25% en poids, plus préférentiellement de 5 à 20% en poids, et mieux de 8 à 15% en poids, par rapport au poids total de la composition.
Les tensioactifs cationiques La composition solide contenue dans l’article de conditionnement selon l’invention peut comprendre un ou plusieurs tensioactifs cationiques.
- ceux répondant à la formule générale (X) suivante : (X) dans laquelle les groupes R 8 à R 11 , qui peuvent être identiques ou différents, représentent un groupe aliphatique, linéaire ou ramifié, comportant de 1 à 30 atomes de carbone, ou un groupe aromatique tel que aryle ou alkylaryle, au moins un des groupes R 8 à R 11 comportant de 8 à 30 atomes de carbone, de préférence de 12 à 24 atomes de carbone. Les groupes aliphatiques peuvent comporter des hétéroatomes tels que notamment l'oxygène, l'azote, le soufre et les halogènes. Les groupes aliphatiques sont par exemple choisis parmi les groupes alkyle en C1-C30, alcoxy en C1-C30, polyoxyalkylène (C2-C6), alkylamide en C1-C30, alkyl(C12-C22)amidoalkyle(C2-C6), alkyl(C12-C22)acétate, et hydroxyalkyle en C1-C30, X - est un anion choisi dans le groupe des halogénures, phosphates, acétates, lactates, alkyl(C1-C4)sulfates, alkyl(C1-C4)- ou alkyl(C1-C4)aryl-sulfonates. Parmi les sels d’ammonium quaternaire de formule (X), on préfère d’une part, les chlorures de tétraalkylammonium comme, par exemple, les chlorures de dialkyldiméthylammonium ou d’alkyltriméthylammonium dans lesquels le groupe alkyle comporte environ de 12 à 22 atomes de carbone, en particulier les chlorures de béhényltriméthylammonium, de distéaryldiméthylammonium, de cétyltriméthylammonium, de benzyldiméthylstéarylammonium ou encore, d’autre part, le méthosulfate de distéaroyléthylhydroxyéthylméthylammonium, le méthosulfate de dipalmitoyléthylhydroxyéthylammonium ou le méthosulfate de distéaroyléthylhydroxyéthylammonium, ou encore, enfin, le chlorure de palmitylamidopropyltriméthylammonium ou le chlorure de stéaramidopropyldiméthyl-(myristylacétate)-ammonium commercialisé sous la dénomination CERAPHYL® 70 par la société VAN DYK.
- les sels d’ammonium quaternaire de l’imidazoline, comme par exemple ceux de formule (XI) suivante : (XI) dans laquelle R 12 représente un groupe alcényle ou alkyle comportant de 8 à 30 atomes de carbone, par exemple dérivés des acides gras du suif, R 13 représente un atome d’hydrogène, un groupe alkyle en C1-C4 ou un groupe alcényle ou alkyle comportant de 8 à 30 atomes de carbone, R 14 représente un groupe alkyle en C1-C4, R 15 représente un atome d’hydrogène, un groupe alkyle en C1-C4, X - est un anion choisi dans le groupe des halogénures, phosphates, acétates, lactates, alkyl(C1-C4)sulfates, alkyl(C1-C4)- ou alkyl(C1-C4)aryl-sulfonates. De préférence, R 12 et R 13 désignent un mélange de groupes alcényle ou alkyle comportant de 12 à 21 atomes de carbone, par exemple dérivés des acides gras du suif, R 14 désigne un groupe méthyle, R 15 désigne un atome d'hydrogène. Un tel produit est par exemple commercialisé sous la dénomination REWOQUAT® W 75 par la société REWO.
- les sels de di- ou de triammonium quaternaire en particulier de formule (XII) suivante : (XII) dans laquelle R 16 désigne un groupe alkyle comportant environ de 16 à 30 atomes de carbone éventuellement hydroxylé et/ou interrompu par un ou plusieurs atomes d’oxygène, R 17 est choisi parmi l’hydrogène ou un groupe alkyle comportant de 1 à 4 atomes de carbone ou un groupe -(CH 2 ) 3 -N+(R 16a )(R 17a )(R 18a ), R 16a , R 17a , R 18a , R 18 , R 19 , R 20 et R 21 , identiques ou différents, sont choisis parmi l’hydrogène ou un groupe alkyle comportant de 1 à 4 atomes de carbone, et X - est un anion choisi dans le groupe des halogénures, acétates, phosphates, nitrates, alkyl(C1-C4)sulfates, alkyl(C1-C4)- ou alkyl(C1-C4)aryl-sulfonates, en particulier méthylsulfate et éthylsulfate. De tels composés sont par exemple le Finquat CT-P proposé par la société FINETEX (Quaternium 89), le Finquat CT proposé par la société FINETEX (Quaternium 75).
Parmi les tensioactifs cationiques, on préfère plus particulièrement choisir les sels de cétyltriméthylammonium, de béhényltriméthylammonium, de dipalmitoyléthylhydroxy éthylméthylammonium, et leurs mélanges, et plus particulièrement le chlorure de béhényltriméthylammonium, le chlorure de cétyltriméthylammonium, le méthosulfate de dipalmitoyléthylhydroxy éthylammonium, et leurs mélanges.
Lorsqu’ils sont présents dans la composition solide contenue dans l’article de conditionnement selon l’invention, la teneur totale du ou des tensioactifs cationiques va de préférence de 1 à 30% en poids, plus préférentiellement de 2 à 25% en poids, et mieux encore de 3 à 20% en poids, par rapport au poids total de la composition.
(étape E2102).
Si l’une de ces conditions est réunie, il déconnecte tous les convertisseurs de son groupe du réseau (étape E2103). Il met alors en œuvre une régulation par statisme (étape E2104).
Le convertisseur calcule :
: étape E2105.
: étape E2106.
: étape E2107.
Si c’est le cas, le convertisseur n passe en mode redresseur pour recharger sa batterie : étape E2108. Si ce n’est pas le cas, le convertisseur n passe en mode onduleur et décharge sa batterie : étape E2109. L’algorithme lance la fonction de protection contre le courant inverse : étape E2110.
A l’étape E2106, si , le convertisseur vérifie si :
: étape E2111.
Si c’est le cas, il déconnecte le convertisseur n des abonnés : étape E2112. Sinon, le convertisseur passe en mode onduleur et décharge sa batterie : étape E2113.
A l’étape 2102, si aucune condition n’est vérifiée, le convertisseur synchronise avec le réseau central tous les convertisseurs de son groupe.
: étape E2114.
Chaque convertisseur esclave produit une puissance de sortie en fonction de la fréquence centrale : étape E2115
Les charges minérales peuvent être choisies parmi les silicates, telles que par exemple le mica ou les argiles, notamment le kaolin.
Les charges organiques non polymériques peuvent être choisies parmi les monosaccharides, comme par exemple le tréhalose, le sorbitol et le mannitol.
Les charges organiques polymériques peuvent être choisies parmi les polysaccharides. On peut en particulier citer les cyclodextrines, les amidons, les alginates, les gellanes, les gomme de guar, les celluloses et les farines de bois. Parmi les charges organiques polymériques, on peut également citer les polyvinyl pyrrolidones réticulées et les polyacrylates (aquakeep par exemple).
Avantageusement, la ou les charges présentes dans la composition solide de l’invention sont choisies parmi les charges organiques polymériques et leurs mélanges, de préférence parmi les cyclodextrines, les amidons, les alginates, les gellanes, les gommes de guar, les celluloses, les farines de bois, les polyvinyl pyrrolidones réticulées, les polyacrylates et leurs mélanges, et plus préférentiellement parmi les amidons, les gommes de guar et leurs mélanges.
La teneur totale de la ou des charges, lorsqu’elles sont présentes dans la composition solide contenue dans l’article de conditionnement de l’invention, est de préférence supérieure ou égale à 20% en poids, plus préférentiellement supérieure ou égale à 30% en poids, et mieux encore supérieure ou égale à 35% en poids, par rapport au poids total de la composition. Avantageusement, la teneur totale de la ou des charges, lorsqu’elles sont présentes dans la composition solide de l’invention, va de 20 à 80% en poids, de préférence de 25 à 70% en poids, et plus préférentiellement de 30 à 60% en poids, mieux 35-50% par rapport au poids total de la composition.
De préférence, la composition solide contenue dans l’article de conditionnement selon l’invention comprend une ou plusieurs charges.
De préférence, la teneur totale de la ou des charges choisies parmi les amidons, présentes dans la composition solide de l’invention, est de préférence supérieure ou égale à 20% en poids, plus préférentiellement supérieure ou égale à 30% en poids, et mieux encore supérieure ou égale à 35% en poids, par rapport au poids total de la composition.
Avantageusement, la teneur totale de la ou des charges choisies parmi les amidons, présentes dans la composition solide de l’invention, va de 20 à 80% en poids, de préférence de 30 à 70% en poids, plus préférentiellement de 35 à 60% en poids, plus préférentiellement encore de 35 à 50% en poids, par rapport au poids total de la composition.
Les polymères cationiques La composition solide contenue dans l’article de conditionnement selon la présente invention peut éventuellement comprendre en outre un ou plusieurs polymères cationiques.
Les polymères cationiques peuvent être associatifs ou non.
De préférence les polymères cationiques selon l’invention ne comprennent pas de groupement anionique ni de groupement ionisable en groupement anioniques.
Si ce n’est pas le cas, le convertisseur vérifie si le sous-mode de fonctionnement est un sous-mode de priorité au solaire avec connexion à un réseau public : étape E906.
Si c’est le cas, un algorithme de contrôle avec priorité au solaire avec connexion à un réseau public est utilisé : étape E907.
Si ce n’est pas le cas, le convertisseur vérifie si le sous-mode de fonctionnement est un sous-mode de connexion avec un groupe électrogène : étape E908.
Si c’est le cas, un algorithme de contrôle avec connexion avec un groupe électrogène est utilisé : étape E909.