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CA 02605800 2007-10-25
WO 2006/117488 PCT/FR2006/050354
CIRCUIT D'ALIMENTATION SANS INTERRUPTION
La présente invention concerne un circuit d'alimentation sans
interruption.
L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans
le domaine de l'alimentation d'équipements en courant continu à partir d'une
source de courant alternatif.
Dans de nombreuses installations industrielles, certaines applications,
telles que des baies de télécommunications, sont alimentées par une tension
continue permettant le fonctionnement des équipements électroniques, sous
une tension continue de 48 V dans le cas précité des télécommunications.
Une architecture classique, dont un exemple est donné sur la figure 1,
consiste à utiliser une source 10 de courant alternatif basse tension fournie
par le réseau électrique local, c'est-à-dire en aval d'un transformateur haute
tension/basse tension. Des convertisseurs alternatif/continu (AC/DC) 21, 22
permettent, d'une part, l'alimentation en courant continu des équipements
électroniques 1, 2, et, d'autre part, la charge de batteries 31, 32 connectées
sur le bus d'alimentation. En parallèle, certains équipements utilitaires
annexes 3 restent alimentés en courant alternatif directement sur le réseau
local, alors que d'autres équipements 4 sont alimentés en courant alternatif
par l'intermédiaire de convertisseurs continu/alternatif (DC/AC), tel que le
convertisseur 40 en série avec le convertisseur AC/DC 22.
Lorsque l'alimentation en courant alternatif par le réseau est
interrompue, l'alimentation en courant continu des équipements de la baie de
télécommunications, par exemple, est assurée par les batteries 31, 32. La
continuité d'alimentation en courant continu est ainsi garantie en cas
d'interruption du réseau.
Cependant, cette solution connue présente l'inconvénient d'une
autonomie limitée à celle que permettent les batteries. De plus, les batteries
sont sensibles aux différentes conditions de température et le coût de leur
entretien reste élevé.
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Les documents DE10243213 et US2004/053093 décrivent des circuits
d'alimentation sans interruption à partir d'une source de courant alternatif
utilisant une pile à combustible.
Ces systèmes connus nécessitent cependant l'utilisation d'une ou
plusieurs batteries principales de secours destinées notamment à assurer le
démarrage de la pile à combustible ou pour la maintenir en charge de cette
dernière. Cette solution présente les inconvénients suivants : nécessité de
prévoir une ou des batteries dimensionnées en conséquence.
Aussi, le problème technique à résoudre par l'objet de la présente
invention est de proposer un circuit d'alimentation sans interruption à partir
d'une source de courant alternatif, qui permettrait d'éviter ou, du moins, de
limiter l'utilisation de batteries pour alimenter des équipements électriques
en
cas d'interruption de l'alimentation en courant alternatif, voire même en
régime nominal.
Une solution au problème technique posé consiste, selon la présente
invention, en ce que ledit circuit comporte un système de secours à pile à
combustible caractérisé en ce que le système de secours comprend :
- une pile à combustible,
- une batterie de démarrage de la pile à combustible reliée à ladite
source de courant alternatif sur une borne d'entrée du système de secours,
ladite batterie de démarrage et la pile à combustible étant reliées en
parallèle
à une borne de sortie du système distincte de la borne d'entrée.
Selon une première forme de réalisation de l'invention, un interrupteur
est disposé sur ladite borne de sortie. Comme on le verra en détail plus loin,
cette solution permet d'assurer l'alimentation des équipements électroniques
avec une seule batterie en régime nominal, c'est à dire hors interruption de
l'alimentation en courant alternatif, le circuit d'alimentation conforme à
l'invention n'étant mis en oeuvre que lors d'une telle interruption.
Selon une deuxième forme de réalisation de l'invention, un interrupteur
est disposé entre la pile à combustible et ladite borne de sortie. On verra
également plus loin que cette solution présente l'avantage d'éviter
l'utilisation
de toute batterie pour alimenter les équipements électroniques, l'alimentation
en courant continu étant dans ce cas entièrement fournie par le circuit
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conforme à l'invention que ce soit en régime nominal ou lors d'une
interruption
de l'alimentation en courant alternatif.
Selon d'autres particularités possibles :
- la batterie de démarrage est reliée à la source (10) de courant
alternatif par l'intermédiaire d'un convertisseur alternatif/continu AC / DC,
- la batterie de démarrage et la pile à combustible sont reliées à la
borne de sortie du système de secours de pile à combustible par
l'intermédiaire de convertisseurs continu/continu DC/DC respectif (512, 522),
- une capacité de filtrage est placée au niveau de la sortie de la batterie
de démarrage et de la pile à combustible,
- le circuit comporte une batterie de secours située en aval de la borne
de sortie sur une ligne d'alimentation d'un équipement électronique à partir
de
la source,
- le système de secours à pile à combustible est maintenu sous tension
par la source de courant alternatif,
- la batterie de démarrage est maintenue en charge par la source de
courant alternatif lorsque ladite source fonctionne et par la pile à
combustible
lorsque cette dernière est mise en marche, notamment en cas de défaillance
de la source.
La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à
titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste
l'invention et comment elle peut être réalisée.
La figure 1 est un schéma d'une installation d'alimentation selon l'art
antérieur.
La figure 2 est un schéma montrant une installation comprenant un
circuit d'alimentation sans interruption conforme à un premier mode de
réalisation de l'invention.
La figure 3 est un schéma montrant une installation comprenant un
circuit d'alimentation sans interruption conforme à un deuxième mode de
réalisation de l'invention.
Sur la figure 2 est représentée une installation destinée à alimenter des
équipements électriques, notamment électroniques. Comme sur la figure 1,
certains équipements électroniques 1, 2 doivent être alimentés en courant
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continu, par exemple sous 48 V pour des équipements de
télécommunications. Dans l'exemple de réalisation de la figure 2, ces
équipements électroniques sont alimentés par l'intermédiaire d'un
convertisseur AC/DC 21 dont la borne 211 d'entrée est reliée à la source 10
de courant alternatif et dont la borne 212 de sortie est connectée au bus
d'alimentation de l'installation. D'autres équipements 3, 4 sont alimentés en
courant alternatif respectivement par le réseau électrique local ou via un
convertisseur DC/AC 40 relié à la borne 212 de sortie du convertisseur AC/DC
21.
Selon un premier mode de réalisation de l'invention, l'installation de la
figure 2 comporte en outre un circuit 50 d'alimentation sans interruption qui
comprend, d'une part, une batterie 51 reliée à la source 10 de courant
alternatif sur une borne 501 d'entrée du circuit 50 par l'intermédiaire d'un
convertisseur alternatif/continu AC/DC 511 et, d'autre part, une pile 52 à
combustible. La batterie 51 du système 50 de secours à pile à combustible 52
est prévue notamment pour le démarrage de la pile 52.
La batterie 51 et la pile 52 à combustible sont reliées respectivement à
la borne 502 de sortie du circuit 50 par l'intermédiaire de convertisseurs
continu/continu DC/DC 512 et 522. Une capacité 504 de filtrage à 100 Hz est
placée en sortie de la batterie 51 et de la pile 52 à combustible.
Par ailleurs, on peut voir sur la figure 2 qu'un interrupteur 503 est
disposé sur la borne 502 de sortie du circuit 50 qui fonctionne alors en mode
chargeur .
Il convient de remarquer que la solution proposée à la figure 2 n'utilise
qu'une seule batterie 31 de secours pour alimenter les équipements, ce qui
représente un avantage appréciable par rapport à l'installation de la figure 1
pour laquelle une pluralité de batteries était nécessaire.
En régime nominal, l'interrupteur 503 est ouvert et les divers
équipements sont alimentés depuis la source 10 de courant alternatif.
En cas de coupure de l'alimentation alternative, l'interrupteur 503 est
fermé et l'alimentation en courant continu des équipements électroniques 1, 2
et en courant alternatif des équipements électriques 4 est assurée par le
circuit ou système 50 de secours d'alimentation sans interruption. Les
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batteries 31 et 51 servent de tampon au démarrage du circuit 50 lors du
basculement d'alimentation.
La figure 3 représente un deuxième mode de réalisation dans lequel un
interrupteur 503' est disposé entre la pile 52 à combustible et la borne 502
de
sortie du circuit 50' d'alimentation sans interruption.
Contrairement au mode de réalisation de la figure 2, le circuit 50'
d'alimentation de la figure 3 assure seul l'alimentation des équipements 2, 3,
4 que ce soit en régime nominal ou lors d'une interruption de l'alimentation
en
courant alternatif. On comprend, avec tous les avantages que cela
représente, que, dans ce cas, aucune batterie ne soit nécessaire pour
l'alimentation de secours des équipements 2, 3, 4 puisque ceux-ci sont
alimentés en permanence par le circuit 50' et qu'aucune interruption
d'alimentation ne peut donc se produire lors d'une coupure de l'alimentation
en courant alternatif.
En régime nominal, l'interrupteur 503' est ouvert et le circuit 50'
d'alimentation sans interruption est toujours sous tension, mais sans que la
pile à combustible soit alimentée.
La batterie 51 peut être de faible capacité puisqu'elle ne doit
fonctionner que la durée de quelques secondes du démarrage du circuit 50',
lequel est toujours sous tension et dont les conditions état prêt à
fonctionner sont maintenues en prélevant une partie de la puissance qui
transite dans le circuit 50'.
On peut observer sur la figure 3 la présence d'un convertisseur DC/AC
40 sur la borne 502 de sortie du circuit 50', destiné à alimenter en courant
alternatif les équipements 4.
Afin d'alimenter ces équipements 4 avec un meilleur rendement, il est
possible de placer un court-circuit 505 entre la borne 501 d'entrée du circuit
50' d'alimentation sans interruption et une borne 41 de sortie du
convertisseur
DC/AC 40, l'interrupteur 506 du court-circuit étant fermé en régime nominal et
ouvert lors d'une interruption.
L'invention permet ainsi de sous-dimensionner les batteries de secours
du circuit ainsi que la batterie de démarrage de la pile. L'invention permet
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même éventuellement de s'affranchir des batteries de secours ou de les
remplacer par des capacités.
Dans la variante de la figure 3, les batteries de secours sont
remplacées (uniquement) par la batterie de démarrage de la pile qui reste
faiblement dimensionnée.
Quoique l'invention ait été décrite en relation avec des modes de
réalisation particuliers, elle ne s'en trouve pas limitée mais est susceptible
de
modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme du métier dans le
cadre des revendications ci-après.
La pile à combustible 52 est avantageusement une pile à membrane
échangeuse de protons (PEM) alimentée, d'une part, en air et d'autre part en
hydrogène stocké sous haute pression dans des réservoirs ou bouteilles ou
sous basse pression dans des conteneurs d'hydrures.
