FR2947112A1 - Dispositif de recharge d'une batterie d'accumulateurs - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif de recharge (2) d'une batterie d'accumulateurs (3), comprenant : -un module de connexion (4) configuré pour être connecté aux bornes de chacun des accumulateurs de la batterie et configuré pour commuter les connexions des accumulateurs pour les connecter alternativement en parallèle ou en série ; -un module de charge (5) apte à fournir un courant de charge au module de connexion (4) ; -un module de commande (6) commandant les connexions des accumulateurs selon différents modes de fonctionnement, commandant la connexion d'accumulateurs en série et l'application du courant de charge sur des accumulateurs dans un mode de charge, et commandant la connexion des accumulateurs en parallèle dans un mode d'équilibrage de leurs tensions.

Description

DISPOSITIF DE RECHARGE D'UNE BATTERIE D'ACCUMULATEURS

L'invention concerne les batteries d'accumulateurs électrochimiques. Celles-ci peuvent par exemple être utilisées dans le domaine des transports 5 électriques et hybrides ou les systèmes embarqués. Un accumulateur électrochimique a habituellement une tension nominale de l'ordre de grandeur suivant: 1.2 V pour des batteries de type NiMH, 3.3 V pour une technologie Lithium ion phosphate de fer, LiFePO4, 10 4.2 V pour une technologie de type Lithium ion à base d'oxyde de cobalt. Ces tensions nominales sont trop faibles par rapport aux exigences de la plupart des systèmes à alimenter. Pour obtenir le niveau de tension adéquat, on place en série plusieurs accumulateurs. Pour obtenir de fortes puissances et capacités, on place plusieurs groupes d'accumulateurs en série. Le nombre 15 d'étages (nombre de groupes d'accumulateurs) et le nombre d'accumulateurs en parallèle dans chaque étage varient en fonction de la tension, du courant et de la capacité souhaités pour la batterie. L'association de plusieurs accumulateurs est appelée une batterie d'accumulateurs.

20 La charge d'un accumulateur se traduit par une croissance de la tension à ses bornes. Chaque technologie d'accumulateur présente un profil de charge qui lui est propre, par exemple défini par l'évolution de la tension d'un accumulateur dans le temps pour un courant de charge donné. On considère un accumulateur chargé par exemple lorsque celui-ci a 25 atteint un niveau de tension nominal défini par son processus électrochimique. Si la charge est interrompue avant que cette tension ne soit atteinte, l'accumulateur n'est pas complètement chargé. L'accumulateur peut aussi être considéré comme chargé lorsque la charge a duré un temps prédéterminé ou encore lorsque le courant de charge, alors que l'accumulateur est maintenu à 30 tension constante, a atteint une valeur seuil minimale. Du fait de dispersions de fabrication, les accumulateurs présentent en pratique des caractéristiques différentes. Ces différences, relativement faibles lorsque la batterie est neuve, s'accentuent avec l'usure hétérogène des accumulateurs de la batterie. Même en associant des accumulateurs d'un 35 même lot de fabrication dans une batterie, des dispersions subsistent. La charge de la batterie est généralement supervisée par un dispositif de contrôle à partir de mesures de tension sur les différents accumulateurs. La figure 1 illustre la charge de différents accumulateurs d'une batterie à la fin d'un procédé de charge connu. La plage de fonctionnement d'un 40 accumulateur de type Li - ion à base d'oxyde de cobalt est typiquement comprise entre 2,7 V et 4,2 V. Une utilisation hors de cette plage peut induire une détérioration irréversible des accumulateurs de la batterie. Une surcharge peut conduire à une destruction d'un accumulateur, à son usure accélérée (par dégradation de l'électrolyte), ou à une explosion par un phénomène d'emballement thermique. La charge de tous les accumulateurs est donc interrompue lorsque l'accumulateur le plus chargé atteint la limite haute Vmax de la plage de fonctionnement. La tension de l'accumulateur le moins chargé est alors égale à une tension Vinf qui est inférieure à Vmax. Le dispositif de contrôle interrompt également la décharge de la batterie lorsque l'accumulateur le moins chargé atteint la limite basse Vmin de la plage de fonctionnement. La capacité de la batterie est définie par la différence entre Vinf et Vmin. Par conséquent, plus les dispersions entre les accumulateurs sont importantes, plus la capacité de la batterie est en pratique réduite. Avec une plage de fonctionnement réduite, la capacité de la batterie peut s'avérer relativement limitée en présence de fortes dispersions entre les accumulateurs. Cette baisse de capacité multiplie le nombre de cycles de charge/décharge pour restituer une quantité d'énergie donnée et surtout diminue l'autonomie de la batterie. Pour optimiser la capacité effective d'une batterie, les procédés de charge connus comprennent généralement une phase d'équilibrage de la tension des accumulateurs. Ces procédés visent à homogénéiser les tensions des différents accumulateurs en fin de charge. La demande de brevet US20080169789 décrit un procédé de recharge et de décharge d'une batterie. La charge ou la décharge de la batterie comprennent une phase d'équilibrage lorsqu'une différence de force électromotrice entre des accumulateurs est détectée. Chaque accumulateur est associé à une résistance de décharge dédiée. Au début de la phase d'équilibrage, la tension aux bornes de l'ensemble des accumulateurs est mesurée. Les accumulateurs présentant les tensions les plus élevées se déchargent dans leur résistance, jusqu'à ce que leur tension atteigne la tension de l'accumulateur le moins chargé. Un tel procédé induit des pertes d'énergie par dissipation dans les résistances. De plus, le procédé d'équilibrage induit un nivellement par le bas des charges des accumulateurs. Ce nivellement induit un rallongement du temps de charge de la batterie. Les valeurs des résistances de décharge utilisées étant relativement importantes, les courants de décharge lors de l'équilibrage sont relativement réduits. Par conséquent, pour des batteries de capacité élevée (par exemple de plusieurs centaines d'Ah) sous des tensions élevées (par exemple supérieures à 100 V), la phase d'équilibrage peut rallonger de façon excessive le temps total de la charge. La charge peut ainsi atteindre des durées allant de 50 à 500 heures. De telles durées de charge sont complètement incompatibles avec certaines applications. Par exemple, des batteries implantées dans des véhicules automobiles doivent être rechargées dans des délais brefs pour ne pas grever leur utilisation.

Le document GB2293059 décrit un procédé d'équilibrage des charges des différents accumulateurs en série d'une batterie. Un dispositif d'équilibrage est utilisé durant une phase d'équilibrage. Les tensions des différents accumulateurs sont initialement mesurées. L'accumulateur le plus chargé est connecté momentanément à un condensateur. Une fois le condensateur chargé, celui-ci est déchargé dans l'accumulateur le moins chargé. Le processus est répété à une certaine fréquence de sorte que les charges des différents accumulateurs sont équilibrées en continu. L'énergie électrique fournie par un accumulateur présentant une charge supérieure n'est donc en théorie pas dissipée mais récupérée par un accumulateur moins chargé. Un tel procédé présente cependant des inconvénients. En pratique, les commutations du dispositif d'équilibrage et la commande du dispositif d'équilibrage entraînent une consommation électrique non négligeable. De plus, le dispositif d'équilibrage présente une structure relativement complexe. En pratique, les courants d'équilibrage entre le condensateur et les accumulateurs sont relativement réduits. Par conséquent, pour des batteries présentant des capacités élevées, l'équilibrage peut rallonger de façon excessive le temps total de la charge. Le temps de charge peut alors être incompatible avec une utilisation fréquente de la batterie, par exemple dans une application automobile. Par ailleurs, durant toute la durée de vie de la batterie, certains défauts peuvent apparaître sur certains accumulateurs. Un défaut sur un accumulateur se traduit généralement soit par la mise en court-circuit de l'accumulateur, soit par une mise en circuit ouvert, soit par un courant de fuite important dans l'accumulateur. Une mise en circuit ouvert ou en court-circuit peut provoquer une défaillance globale de toute la batterie. Etant donné le nombre croissant d'accumulateurs intégrés dans une batterie, le risque de défaillance est nettement accru. Dans le cas de l'apparition d'un courant de fuite important dans un accumulateur d'un étage, la batterie se comporte comme une résistance qui provoque une décharge des accumulateurs de l'étage considéré jusqu'à zéro. En technologie lithium ion, la décharge d'un accumulateur jusqu'à une tension nulle le détériore, ce qui implique son remplacement. Il existe un besoin pour une solution permettant de poursuivre l'utilisation 35 de la batterie même en présence d'un ou plusieurs accumulateurs défaillants.

L'invention vise à résoudre un ou plusieurs de ces inconvénients. L'invention porte ainsi sur un dispositif de recharge d'une batterie d'accumulateurs, comprenant : 40 -un module de connexion configuré pour être connecté aux bornes de chacun des accumulateurs de la batterie et configuré pour commuter les connexions des accumulateurs pour les connecter alternativement en parallèle ou en série ; -un module de charge apte à fournir un courant de charge au module de connexion ; -un module de commande commandant les connexions des accumulateurs selon différents modes de fonctionnement, commandant la connexion d'accumulateurs en série et l'application du courant de charge sur des accumulateurs dans un mode de charge, et commandant la connexion des accumulateurs en parallèle dans un mode d'équilibrage de leurs tensions.

Selon une variante, le dispositif de recharge comprend un module de mesure de la tension aux bornes des accumulateurs, et le module de commande en mode de charge bascule en mode d'équilibrage lorsque la différence de tension entre deux accumulateurs dépasse un premier seuil. Selon encore une variante, le dispositif de recharge comprend un module de mesure des intensités traversant les accumulateurs, et le module de commande en mode d'équilibrage bascule en mode de charge lorsque les intensités traversant les accumulateurs sont inférieures à un deuxième seuil. Selon une autre variante, le module de commande en mode d'équilibrage bascule en mode de charge après une durée prédéterminée.

Selon encore une autre variante, le module de commande interrompt l'équilibrage lorsque la tension aux bornes d'un accumulateur atteint un troisième seuil. Selon une variante, le module de charge est apte à fonctionner alternativement dans un mode de charge à courant constant ou dans un mode de charge à tension constante, le module de commande en mode de charge place le module de charge en mode de charge à intensité constante, et le module de commande présente un mode de finalisation de charge dans lequel il commande la connexion d'accumulateurs en série et le basculement du module de charge dans son mode de charge à tension constante, le module de commande basculant du mode de charge au mode de finalisation de charge lorsque la tension aux bornes d'un accumulateur atteint le troisième seuil. Selon encore une variante, le module de charge applique un courant de charge sous forme d'impulsions, le module de commande basculant en mode d'équilibrage dans l'intervalle séparant deux impulsions successives.

Selon une autre variante, l'ensemble des accumulateurs sont connectés en série dans le mode de charge et l'ensemble des accumulateurs sont connectés en parallèle dans le mode d'équilibrage. Selon encore une autre variante, le module de commande commande la connexion simultanée d'un groupe d'accumulateurs en série et de l'ensemble des autres accumulateurs en parallèle entre eux, le module de commande commandant l'application d'un courant de charge sur ledit groupe d'accumulateurs durant cette connexion simultanée. Selon une variante, le module de commande est maintenu en mode de charge tant que la tension aux bornes d'un des accumulateurs est inférieure à 5 un quatrième seuil. Selon une autre variante, le quatrième seuil correspond à la valeur inférieure de tension d'un plateau intermédiaire du profil de charge des accumulateurs. L'invention porte également sur un système d'alimentation électrique, 10 comprenant un dispositif de recharge tel que décrit ci-dessus et une batterie comprenant des accumulateurs connectés au module de connexion. Selon une variante, les accumulateurs sont du type LiFePO4. Selon encore une variante, le module de commande comprend un mode d'alimentation d'une charge électrique dans lequel il commande la connexion 15 d'accumulateurs en série et la connexion de la batterie aux bornes de la charge électrique. L'invention porte en outre sur un procédé de recharge d'une batterie d'accumulateurs, comprenant les étapes de : - application d'un courant de charge sur des accumulateurs connectés en 20 série ; -commutation des connexions des accumulateurs pour les connecter en parallèle afin d'équilibrer leurs tensions.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront 25 clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une représentation de la charge de différentes cellules d'une batterie à la fin d'un processus de charge selon l'art antérieur; - la figure 2 est une représentation schématique d'un système 30 d'alimentation électrique incluant une batterie d'accumulateurs ; - la figure 3 est une représentation schématique des connexions électriques entre différents accumulateurs ; -la figure 4 est une représentation schématique des connexions en mode de charge ; 35 -la figure 5 est une représentation schématique des connexions en mode d'équilibrage ; -la figure 6 est un exemple de diagramme illustrant la tension de différents accumulateurs lors d'une charge à courant constant ; - la figure 7 est un logigramme d'un premier exemple de procédé de 40 charge selon l'invention ; -la figure 8 est un logigramme d'un deuxième exemple de procédé de charge selon l'invention ; -la figure 9 représente schématiquement les connexions électriques dans un dispositif de recharge selon une variante.

L'invention propose de réaliser une recharge d'une batterie d'accumulateurs en appliquant un courant de charge sur des accumulateurs connectés en série, puis en commutant des connexions des accumulateurs pour les connecter en parallèle, de sorte que les accumulateurs les plus chargés se 10 déchargent dans les accumulateurs les moins chargés pour réaliser un équilibrage de leurs tensions. La figure 2 est une représentation schématique d'un système d'alimentation électrique 1 incluant une batterie 3 d'accumulateurs Al à An et un dispositif de recharge 2. Le dispositif de recharge 2 comprend un module de 15 connexion 4 configuré pour être connecté aux bornes de chacun des accumulateurs Al à An. Le dispositif de recharge 2 comprend également un module de charge 5 connecté au module de connexion 4 pour lui fournir un courant de charge. Le dispositif de recharge 2 comprend par ailleurs un module de commande 6 connecté d'une part au module de charge 5, au module de 20 connexion 4 et à la batterie 3. Dans d'autres cas, le module 5 n'est pas nécessairement piloté par le module 6 : il peut avoir été pré-programmé en tension et en courant. Le module de commande 6 comprend un circuit de pilotage 61, et un circuit de mesure 62 apte à mesure la tension aux bornes de chaque accumulateur et l'intensité traversant chaque accumulateur. Le module 25 de commande 6 peut par exemple être mis en oeuvre sous forme de microcontrôleur. Une charge électrique 7 destinée à être alimentée par la batterie 3 est connectée au module de connexion 4. Le dispositif de recharge 2 comprend notamment un mode d'alimentation de la charge électrique 7 par la batterie 3, un mode de charge de la batterie 3 30 par le module de charge 5, et un mode d'équilibrage des accumulateurs Al à An de la batterie 3. La figure 3 est une représentation schématique des connexions électriques entre différents accumulateurs. Des interrupteurs Ipl+ à Ipn_I+, Ip1- à Ipn_~_ et lsl à Isä_, permettent de raccorder les différents accumulateurs entre eux 35 pour les connecter sélectivement en série ou en parallèle. Un interrupteur Is permet de connecter sélectivement le module de charge 5 aux accumulateurs. Les interrupteurs peuvent par exemple être mis en oeuvre sous la forme de transistors MOSFET de puissance, dont la commutation est commandée par le module de commande 6 en fonction du mode de fonctionnement. De tels 40 transistors peuvent présenter une résistance de conduction très réduite (de l'ordre de 1 mû) et peuvent nécessiter une énergie de commande très réduite.

La figure 4 représente l'état des connexions des accumulateurs lorsque le dispositif de recharge 2 est en mode de charge. Dans ce mode, les interrupteurs Isl à Ise,_, sont fermés et les interrupteurs Ip1+ à Ipro+ et Ipl- à Ipro_ sont ouverts. Ainsi, l'ensemble des accumulateurs Al à An sont connectés en série.

L'interrupteur Is est fermé. Ainsi, le module de change 5 peut appliquer un courant de charge pour procéder à la charge de l'ensemble des accumulateurs Al à An connectés en série. Pour alimenter la charge 7, les accumulateurs Al à An pourront être connectés en série, la charge 7 étant alors connectée aux bornes de l'empilement formé par ces accumulateurs. L'interrupteur Is est alors ouvert. La figure 5 représente l'état des connexions des accumulateurs lorsque le dispositif de recharge 2 est en mode d'équilibrage. Dans ce mode, les interrupteurs !si à Isn_1 sont ouverts, tandis que le les interrupteurs Ipl+ à lpn_I+ et Ip1- à Ipn_l_ sont fermés. Ainsi, l'ensemble des accumulateurs Al à An sont connectés en parallèle. L'interrupteur Is est ouvert. Ainsi, les tensions des différents accumulateurs s'équilibrent entre elles par l'intermédiaire des connexions en parallèle formant des liaisons équipotentielles. Les accumulateurs les plus chargés transfèrent une partie de leur charge dans les accumulateurs les moins chargés. Ainsi, l'équilibrage induit non seulement une réduction de la tension des accumulateurs les plus chargés mais également une hausse de la tension des accumulateurs les moins chargés. De plus, un tel équilibrage est avantageusement réalisé avec un minimum de pertes par dissipation électrique, la charge des accumulateurs les plus chargés étant récupérée dans les accumulateurs les moins chargés. Un tel équilibrage peut être réalisé avec des courants d'équilibrage relativement importants, ce qui permet de réduire sensiblement la durée d'une phase d'équilibrage des accumulateurs.

La figure 6 est un exemple de diagramme illustrant la tension de différents accumulateurs lors d'une charge à courant constant. Le diagramme illustre le profil de charge de différents accumulateurs de type LiFePO4. Les profils de charges comprennent une première phase P1 durant laquelle la tension des accumulateurs croît rapidement entre approximativement 2,9 V et 3,3 V. Les profils de charge comprennent ensuite une deuxième phase P2, formant un plateau présentant une pente relativement réduite avec ce type d'accumulateurs, durant laquelle la tension des accumulateurs croît entre approximativement 3,3 V et 3,5V. Les profils de charge comprennent ensuite une troisième phase P3 durant laquelle la pente de la tension augmente dans un premier temps, puis diminue dans un second temps pour poursuivre la charge des accumulateurs jusqu'à leur tension maximale. Pour de tels accumulateurs, les différences de tension entre eux apparaissent essentiellement durant la première phase P1 et durant la troisième phase P3, comme illustré sur la figure. Durant la phase P3, les différences de profils de charge entre les accumulateurs sont plus marquées.

La figure 7 est un logigramme d'un premier exemple de procédé de charge selon l'invention. Lors d'une étape 101, la charge de la batterie 3 est initiée et le module de commande 6 est placé en mode de charge. Le mode d'équilibrage est provisoirement verrouillé. Lors d'une étape 102, le module de connexion 4 connecte l'ensemble des accumulateurs en série selon la configuration des interrupteurs illustrée à la figure 4. Lors d'une étape 103, le module de commande 6 place le module de charge 5 en mode de charge à intensité constante. Le module de charge 5 est connecté aux bornes de l'empilement d'accumulateurs par la fermeture de l'interrupteur ls. À l'étape 104, la tension de l'ensemble des accumulateurs Al à An est mesurée. Tant qu'aucun des accumulateurs Al à An ne présente une tension dépassant un seuil Vnom, la charge à intensité constante est poursuivie. Si la tension d'au moins un des accumulateurs Al à An dépasse le seuil Vnom, le mode d'équilibrage du module de commande 6 est déverrouillé. À l'étape 105, on détermine si la tension d'au moins un des accumulateurs Al à An a atteint un seuil de protection Vfloat. Le seuil de protection Vfloat correspond à une valeur de tension que les accumulateurs ne doivent pas dépasser. La tension Vfloat pourra par exemple être fixée à 3,6V pour des accumulateurs de type LiFePO4. Si au moins un des accumulateurs Al à An a atteint le seuil Vfloat, on passe à l'étape 111. Sinon, on passe à l'étape 106. À l'étape 106, la charge des accumulateurs à intensité constante est poursuivie. À l'étape 107, on vérifie si la charge des accumulateurs nécessite un équilibrage. On détermine par exemple l'écart de tension AV entre l'accumulateur le plus chargé et l'accumulateur le moins chargé. Si cet écart est supérieur à un seuil OVMax, on passe à l'étape 108. Si cet écart AV est inférieur au seuil OVMax, on revient à l'étape 105. Cette étape peut également avantageusement être les étapes 105 et 111 détaillées par la suite : si l'écart AV est trop élevé, un nouvel équilibrage par l'étape 108 peut être mis en oeuvre. À l'étape 108, le module de commande 6 passe en mode d'équilibrage.

Le module de connexion 4 connecte l'ensemble des accumulateurs en parallèle selon la configuration des interrupteurs illustrée à la figure 5. Le module de charge 5 est déconnecté des bornes des accumulateurs par l'ouverture de l'interrupteur Is. À l'étape 109, on détermine si le mode d'équilibrage doit être poursuivi.

On peut par exemple mesurer les courants d'équilibrage leq entre les accumulateurs et déterminer lorsque l'ensemble de ces courants sont inférieurs à un seuil leqmin. Lorsqu'au moins un courant d'équilibrage reste supérieur au seuil leqmin, on maintient le mode d'équilibrage. Mais pour éviter d'avoir à mesurer le courant et à le comparer, une durée du mode d'équilibrage peut être prédéterminée. Lorsque l'ensemble des courants d'équilibrage sont inférieurs au seuil leqmin, on passe à l'étape 110. À l'étape 110, on détermine si la tension d'au moins un des accumulateurs a atteint le seuil de protection Vfloat. Si ce n'est pas le cas, on connecte l'ensemble des accumulateurs en série, puis on retourne à l'étape 105. Si au moins un des accumulateurs a atteint le seuil de protection Vfloat, on passe à l'étape 111. À l'étape 111, le module de commande 6 commande au module de charge 5 de passer en mode de charge à tension constante. Ce mode de charge est destiné à terminer la charge des accumulateurs avec un courant relativement réduit. À l'étape 112, les accumulateurs sont connectés en série et la charge à tension constante leur est appliquée pendant une durée prédéterminée ou jusqu'à ce que le courant de charge soit inférieur à un seuil prédéfini. À l'étape 113, la charge de la batterie 3 se termine. Pour mettre en oeuvre ce procédé de charge, le module de charge 5 dispose d'un mode de charge à intensité constante et d'un mode de charge à tension constante.

La figure 8 est un logigramme d'un deuxième exemple de procédé de charge selon l'invention. Lors d'une étape 201, la charge de la batterie 3 est initiée et le module de commande est placé en mode de charge. Le mode d'équilibrage est provisoirement verrouillé. Lors d'une étape 202, le module de connexion 4 connecte l'ensemble des accumulateurs en série selon la configuration des interrupteurs illustrée à la figure 4. Lors d'une étape 203, le module de commande 6 place le module de charge 5 en mode de charge à intensité constante et connecte le module de charge 5 aux accumulateurs en fermant l'interrupteur Is. À l'étape 204, la tension de l'ensemble des accumulateurs Al à An est mesurée. Tant qu'aucun des accumulateurs Al à An ne présente une tension dépassant un seuil Vnom, la charge à intensité constante est poursuivie. Si la tension d'au moins un des accumulateurs Al à An dépasse le seuil Vnom, le mode d'équilibrage du module de commande 6 est déverrouillé. À une étape 205, le module de commande 6 place le module de charge 5 en mode de charge à impulsions de courant et connecte l'ensemble des accumulateurs Al à An en série. L'interrupteur Is est fermé. À l'étape 206, une impulsion de courant est appliquée aux accumulateurs pendant une durée prédéterminée. À l'expiration de cette durée, à l'étape 207, le module de commande 6 bascule en mode d'équilibrage. Le module de connexion 4 connecte l'ensemble des accumulateurs en parallèle. L'interrupteur Is est ouvert. À l'étape 208, l'équilibrage est maintenu pendant une durée prédéterminée. À l'étape 209, la tension de l'ensemble des accumulateurs Al à An est mesurée. Si aucun des accumulateurs Al à An ne présente une tension dépassant le seuil Vfloat, on repasse à l'étape 205. Si au moins une des tensions mesurées est supérieure au seuil Vfloat, on passe à l'étape 210. À l'étape 210, le module de commande 6 commande au module de charge 5 de passer en mode de charge à tension constante. Ce mode de charge est destiné à terminer la charge des accumulateurs avec un courant relativement réduit, afin d'augmenter la durée de vie des accumulateurs. À l'étape 211, les accumulateurs sont connectés en série et la charge à tension constante leur est appliquée pendant une durée prédéterminée ou jusqu'à ce que le courant de charge soit inférieur à un seuil prédéfini. À l'étape 212, la charge de la batterie 3 se termine.

L'amplitude du courant appliqué durant les impulsions pourra être supérieure à l'amplitude du courant appliqué durant la charge à intensité constante. L'amplitude du courant des impulsions pourra par exemple être le double du courant appliqué durant la charge à intensité constante. En utilisant un rapport cyclique approprié entre les phases de charge par impulsions et les phases d'équilibrage, l'amplitude supérieure des impulsions ne risquera pas de détériorer les accumulateurs. En pratique, une phase d'équilibrage est réalisée en temps masqué entre deux impulsions de courant. Par conséquent, un équilibrage peut-être réalisé sans pour autant accroître la durée de charge de la batterie 3.

Pour mettre en oeuvre ce procédé de charge, le module de charge 5 dispose d'un mode de charge à intensité constante, d'un mode de charge à impulsions de courant et d'un mode de charge à tension constante.

Selon ces logigrammes, le mode d'équilibrage est conditionné par le fait qu'au moins un des accumulateurs atteint une tension minimale Vnom. La tension Vnom correspondra avantageusement au début du plateau de la deuxième phase P2 du profil de charge. La tension Vnom pourra ainsi être égale à 3,4V avec le type d'accumulateur correspondant au profil de charge de la figure 6. Un équilibrage peut ainsi être avantageusement réalisé dès la deuxième phase P2, lorsque les écarts de tension entre les accumulateurs sont relativement faibles. On limite ainsi l'amplitude des courants d'équilibrage, ce qui accroît la durée de vie des différents accumulateurs et accroît la sécurité de fonctionnement dans le mode d'équilibrage. Le seuil de différence de tension AVMax à partir duquel le mode d'équilibrage est activé présentera avantageusement une amplitude relativement réduite, par exemple 50mV, afin de procéder à un équilibrage très précoce des charges des accumulateurs. De tels équilibrages précoces permettent notamment de limiter l'intensité d'équilibrage lors de la fin de la charge des accumulateurs.

La figure 9 représente schématiquement les connexions électriques dans un dispositif de recharge 2 selon une variante. Un nombre n d'accumulateurs sont associés (en l'occurrence 2) en m groupes (en l'occurrence 3). Les accumulateurs Al et A2 forment ainsi le groupe G1, les accumulateurs A3 et A4 forment ainsi le groupe G2 et les accumulateurs A5 et A6 forment ainsi le groupe G3. Le module de charge 5 est connecté aux bornes des différents groupes par l'intermédiaire de paires d'interrupteurs 1+, I-, commandés par le module de commande 6. Le module de commande 6 peut connecter en série les accumulateurs d'un groupe et fermer les interrupteurs 1+ et I- associés. Dans le même temps, le module de commande 6 peut connecter les accumulateurs des autres groupes en parallèle et ouvrir les interrupteurs 1+ et I- associés. Le groupe subissant la charge sera modifié à intervalle régulier. Ainsi, la charge d'un groupe peut être réalisée avec un rapport cyclique 1/m, les autres groupes étant équilibrés en temps masqué pendant ce temps.

Par exemple, pour la charge du groupe G1 et l'équilibrage des groupes G2 et G3, les interrupteurs Is1, Ip3+, Ip4+, Ip5+, Ip3-, Ip4- et Ip5- sont fermés et les interrupteurs Ipl+, Ip1-, Ip2+, Ip2- et Is2 à Is5 sont ouverts. Une telle architecture permet également de réaliser la charge d'une batterie 3 haute tension à partir d'un module de charge 5 basse tension, en divisant par un rapport m la tension du module de charge 5 par rapport à la tension aux bornes de la batterie 3 lorsque ses accumulateurs sont connectés en série.

Le module de connexion 4 permet de modifier les connexions des accumulateurs pour l'alimentation de la charge 7. Ainsi, si la tension de la batterie 3 doit être abaissée pour des raisons de sécurités, certains accumulateurs pourront être court-circuités par l'intermédiaire d'interrupteurs Ip1- à Ipn_i_. Le module de connexion 4 permet également de court-circuiter un accumulateur défectueux pour ne pas nuire au fonctionnement de la batterie 3.

Dans les modes de réalisation du dispositif de recharge décrits, le module de connexion connecte l'ensemble des accumulateurs en série lorsque la batterie alimente la charge 7. Cependant, cela s'applique également à une batterie dans laquelle le module de connexion connecte en série plusieurs étages comprenant chacun plusieurs accumulateurs en parallèle durant l'alimentation de la charge.

Un tel système électrique 1 s'avère particulièrement approprié pour un montage dans un dispositif autonome tel qu'un véhicule automobile, du fait de sa capacité de recharge en un temps réduit.

Claims (15)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif de recharge (2) d'une batterie d'accumulateurs (3), caractérisé en ce qu'il comprend : -un module de connexion (4) configuré pour être connecté aux bornes de chacun des accumulateurs de la batterie et configuré pour commuter les connexions des accumulateurs pour les connecter alternativement en parallèle ou en série ; -un module de charge (5) apte à fournir un courant de charge au module de connexion (4) ; -un module de commande (6) commandant les connexions des accumulateurs selon différents modes de fonctionnement, commandant la connexion d'accumulateurs en série et l'application du courant de charge sur des accumulateurs dans un mode de charge, et commandant la connexion des accumulateurs en parallèle dans un mode d'équilibrage de leurs tensions.
2. 2. Dispositif de recharge selon la revendication 1, comprenant un module de mesure (62) de la tension aux bornes des accumulateurs, et dans lequel le module de commande en mode de charge bascule en mode d'équilibrage lorsque la différence de tension entre deux accumulateurs dépasse un premier seuil (OVMax).
3. 3. Dispositif de recharge selon la revendication 2, comprenant un module de mesure (62) des intensités traversant les accumulateurs, et dans lequel le module de commande en mode d'équilibrage bascule en mode de charge lorsque les intensités traversant les accumulateurs sont inférieures à un deuxième seuil (leqmin).
4. 4. Dispositif de recharge selon la revendication 2, dans lequel le module de commande (6) en mode d'équilibrage bascule en mode de charge après une durée prédéterminée.
5. 5. Dispositif de recharge selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel le module de commande interrompt l'équilibrage lorsque la tension aux bornes d'un accumulateur atteint un troisième seuil (Vfloat).
6. 6. Dispositif de recharge selon la revendication 5, dans lequel le module de charge (5) est apte à fonctionner alternativement dans un mode de charge à courant constant ou dans un mode de charge à tension constante, dans lequel le module de commande en mode de charge place le module de charge en mode de charge à intensité constante, et dans lequel le module decommande présente un mode de finalisation de charge dans lequel il commande la connexion d'accumulateurs en série et le basculement du module de charge dans son mode de charge à tension constante, le module de commande basculant du mode de charge au mode de finalisation de charge lorsque la tension aux bornes d'un accumulateur atteint le troisième seuil.
7. 7. Dispositif de recharge selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le module de charge (5) applique un courant de charge sous forme d'impulsions, le module de commande basculant en mode d'équilibrage dans l'intervalle séparant deux impulsions successives.
8. 8. Dispositif de recharge selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'ensemble des accumulateurs sont connectés en série dans le mode de charge et dans lequel l'ensemble des accumulateurs sont connectés en parallèle dans le mode d'équilibrage.
9. 9. Dispositif de recharge selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le module de commande (6) commande la connexion simultanée d'un groupe d'accumulateurs en série et de l'ensemble des autres accumulateurs en parallèle entre eux, le module de commande (6) commandant l'application d'un courant de charge sur ledit groupe d'accumulateurs durant cette connexion simultanée.
10. 10. Dispositif de recharge selon l'une quelconque des revendications 2 à 9, dans lequel le module de commande est maintenu en mode de charge tant que la tension aux bornes d'un des accumulateurs est inférieure à un quatrième seuil (Vnom).
11. 11. Dispositif de recharge selon la revendication 10, dans lequel le quatrième seuil correspond à la valeur inférieure de tension d'un plateau intermédiaire du profil de charge des accumulateurs.
12. 12. Système d'alimentation électrique (1), comprenant un dispositif de recharge (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes et une batterie (3) comprenant des accumulateurs connectés au module de connexion.
13. 13. Système d'alimentation électrique (1) selon la revendication 12, dans lequel les accumulateurs sont du type LiFePO4.
14. 14. Système d'alimentation électrique selon la revendication 12 ou 13, dans lequel le module de commande (6) comprend un mode d'alimentation d'une40charge électrique (7) dans lequel il commande la connexion d'accumulateurs en série et la connexion de la batterie (3) aux bornes de la charge électrique (7).
15. 15. Procédé de recharge d'une batterie d'accumulateurs, comprenant les étapes de -application d'un courant de charge sur des accumulateurs connectés en série , -commutation des connexions des accumulateurs pour les connecter en 10 parallèle afin d'équilibrer leurs tensions.