Brevet FR2931801A1 — publié le 20091204

Système et procédé d'alimentation d'une charge électrique d'un aéronef. La présente invention concerne un système et un procédé d'alimentation d'une charge électrique d'un aéronef dans lequel un supercondensateur permet de fournir de l'énergie à ladite charge électrique lors de pics de la puissance absorbée par celle-ci. La plupart des aéronefs, en particulier les avions de transport civil ou militaire, comportent au moins un coeur électrique alimentant diverses charges électriques réparties dans l'aéronef. Ces charges électriques peuvent par exemple correspondre à des actionneurs électriques de gouvernes, des pompes électriques, des moteurs électriques, des calculateurs, de l'éclairage, etc. Dans la suite de la description, le terme � charge électrique � désignera aussi bien une charge électrique élémentaire qu'un ensemble de charges électriques géographiquement proches dans l'aéronef. Comme représenté sur la figure 1, un coeur électrique 10 d'un aéronef est alimenté par au moins un générateur électrique 12, généralement entraîné par un moteur de l'aéronef. Il a pour fonction de gérer la distribution électrique de l'aéronef. Il comporte généralement des moyens de commutation (contacteurs, commutateurs électroniques...), des moyens de protection contre les surintensités (disjoncteurs électromécaniques ou électroniques...), des barres de distribution électrique et des moyens de gestion de la distribution électrique. Les barres de distribution électrique alimentent des charges électriques 18 réparties dans l'aéronef. Les différentes charges sont alimentées au moyen de lignes 20 d'alimentation électrique correspondant à des câbles entre ce coeur électrique 10 et ces différentes charges. Lorsqu'un coeur électrique est alimenté par plusieurs générateurs électriques 12, en cas cle panne d'un desdits générateurs, les moyens de gestion de la distribution électrique peuvent commander les moyens de commutation pour reconfigurer la distribution électrique de façon à assurer l'alimentation des charges électriques essentielles au fonctionnement de l'aéronef à partir du ou des générateurs restant opérationnels. Sur certains avions, un coeur électrique peut être subdivisé en un coeur électrique primaire 14 et plusieurs coeurs électriques secondaires 16. Les différentes lignes 20 d'alimentation électrique représentent une masse importante de câblage étant donné d'une part le nombre élevé de charges électriques dans un aéronef moderne et d'autre part les distances importantes entre le coeur électrique et les différentes charges (fréquemment plusieurs dizaines de mètres). De nombreuses charges électriques, lorsqu'elles sont alimentées, absorbent un courant électrique correspondant sensiblement à une puissance électrique moyenne Pmoy pendant une majeure partie de leur fonctionnement, comme représenté sur la figure 2. La figure 2 représente un exemple de puissance absorbée P par une charge électrique 18 d'un aéronef en fonction du temps t. Toutefois, pendant de brefs instants, ces charges peuvent absorber un courant beaucoup plus élevé correspondant à des pics 22 de puissance consommée. Il en résulte que les lignes d'alimentation électrique, ainsi que les moyens de protection contre les surintensités doivent être dimensionnés en fonction desdits pics de puissance consommée. Il en résulte une masse et un encombrement d'autant plus élevés desdites lignes d'alimentation et desdits éléments de protection, ce qui est pénalisant pour le fonctionnement de l'aéronef. En effet, une masse élevée induit une consommation de carburant supplémentaire ou une diminution de la capacité de transport de l'aéronef. Un encombrement important induit une diminution de la capacité de transport de l'aéronef. La présente invention a pour objet de remédier aux inconvénients précités. Elle concerne un système d'alimentation de charges électriques d'un aéronef, lesdites charges électriques étant alimentées par au moins un coeur électrique de l'aéronef. Ce système d'alimentation est remarquable en ce qu'il comporte : - au moins une première ligne d'alimentation d'au moins une charge électrique, adaptée pour transporter un courant électrique correspondant à la puissance moyenne absorbée par cette au moins une charge électrique ; - un moyen de stockage d'énergie électrique de type supercondensateur, associé à ladite au moins une charge électrique, adapté pour fournir à ladite au moins une charge électrique un complément d'énergie électrique correspondant à la différence entre ladite puissance moyenne et des pics de puissance susceptible d'être absorbée par cette au moins une charge électrique ; et - au moins une deuxième ligne d'alimentation électrique entre ce moyen de stockage d'énergie électrique et cette au moins une charge électrique, adaptée pour transporter des courants électriques correspondant aux dits pics de puissance susceptible d'être absorbée par cette au moins une charge électrique. Un supercondensateur est un condensateur de très grande capacité, parfois aussi appelé supercapacité, capable de fournir une puissance élevée étant donné sa très faible résistance série. II est donc capable de fournir l'énergie nécessaire à ladite au moins une charge électrique lors de pics de puissance. Le système d'alimentation selon l'invention présente l'avantage, en prévoyant la fourniture par un supercondensateur des pics de puissance électrique consommée par ladite au moins une charge, de nécessiter une première ligne d'alimentation dimensionnée seulement pour la puissance moyenne absorbée par ladite au moins une charge électrique. Seule la deuxième ligne électrique, entre le supercondensateur et ladite au moins une charge électrique, doit être dimensionnée en fonction desdits pics de puissance. Par conséquent, il en résulte des gains de masse, d'encombrement et de coût de la première ligne d'alimentation électrique par rapport à une ligne d'alimentation électrique de l'art antérieur. Dans la mesure où le supercondensateur est situé à proximité de ladite au moins une charge électrique, la masse de la deuxième ligne électrique est faible comparée à ce gain de masse et il en résulte un gain de masse de l'aéronef. Outre le gain de masse précité, il résulte du moindre dimensionnement de la première ligne d'alimentation une plus grande facilité d'installation des faisceaux électriques dans l'aéronef, en particulier : - un moindre encombrement, donc une plus grande facilité de trouver un cheminement possible dans la cellule de l'aéronef ; - une réduction des fixations des faisceaux et une diminution des besoins de renforts locaux sur la structure pour reprendre les efforts des fixations ; - une réduction de la rigidité des câblages et par conséquent une diminution de la transmission des vibrations dans l'aéronef par les câblages ; - une diminution des contraintes d'installation : moindre rayon de courbure, etc. 2931801 4G De plus, la limitation du courant dans la première ligne d'alimentation électrique peut permettre des exigences de ségrégation moins élevées entre les différents cheminements électriques. La technologie des supercondensateurs permet un nombre très élevé 5 de charges et de décharges, de l'ordre de plusieurs centaines de milliers de cycles, sans dégradation sensible des performances. Elle permet de plus une large gamme de températures de fonctionnement, de l'ordre de -40°C à +70°C, voire même +85°C. De plus, les supercondensateurs sont généralement peu sensibles aux vibrations. Ils sont donc bien adaptés à une 10 utilisation sur aéronef. De préférence, ledit au moins un coeur électrique de l'aéronef comporte des éléments de protection associés à ladite au moins une charge électrique, dimensionnés pour la puissance moyenne absorbée par ladite au moins une charge électrique. Cela permet encore des gains de masse de 15 l'aéronef, d'encombrement et de coût. Dans une première variante, ladite au moins une première ligne électrique raccorde ledit coeur électrique de l'aéronef à ladite au moins une charge électrique. Dans une deuxième variante, ladite au moins une première ligne 20 électrique raccorde ledit coeur électrique de l'aéronef audit moyen de stockage d'énergie électrique. Dans un mode de réalisation de ladite deuxième variante, un convertisseur continu/continu est monté en série sur ladite au moins une première ligne d'alimentation électrique entre ledit coeur électrique de 25 l'aéronef et le moyen de stockage d'énergie électrique. Dans un mode particulier de réalisation de l'invention, un convertisseur continu/continu est monté en série sur ladite au moins une deuxième ligne d'alimentation électrique entre le moyen de stockage d'énergie électrique et ladite au moins une charge électrique. Ce 30 convertisseur permet de maintenir la tension aux bornes de ladite au moins une charge électrique sensiblement constante lorsque la tension aux bornes du moyen de stockage d'énergie électrique décroît du fait de la décharge du supercondensateur lors desdits pics de puissance. L'invention est également relative à un aéronef comportant un 35 système d'alimentation tel que précité. L'invention concerne aussi un procédé d'alimentation d'au moins une charge électrique d'un aéronef par au 'moins un coeur électrique de l'aéronef. Ce procédé est remarquable en ce que : - on fournit à ladite au moins une charge électrique un premier courant électrique issu dudit au moins un coeur électrique et d'intensité au plus égale à une valeur d'intensité correspondant à la puissance moyenne absorbée par cette au moins une charge électrique, ce premier courant circulant sur une première ligne d'alimentation, adaptée pour transporter un courant électrique correspondant à la puissance moyenne absorbée par cette au moins une charge électrique ; - lors de pics de la puissance absorbée par ladite au moins une charge électrique, correspondant à une puissance absorbée supérieure à ladite puissance moyenne, on fournit en outre à ladite au moins une charge électrique un deuxième courant électrique issu d'un moyen de stockage d'énergie électrique de type supercondensateur, ce deuxième courant circulant sur une deuxième ligne d'alimentation électrique entre le moyen de stockage d'énergie électrique et cette au moins une charge électrique, ladite deuxième ligne d'alimentation électrique étant adaptée pour transporter des courants électriques correspondant aux dits pics de puissance susceptible d'être absorbée par cette au moins une charge électrique. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures annexées. La figure 1, déjà décrite, est un schéma fonctionnel d'un coeur électrique d'un aéronef. La figure 2, déjà décrite, représente une courbe illustrant un exemple d'évolution temporelle de la puissance électrique absorbée par une charge électrique d'un aéronef en fonction du temps. Les figures 3 à 6 sont des schémas fonctionnels de différentes variantes de systèmes d'alimentation selon l'invention. Une première variante d'un système d'alimentation d'une charge électrique 18 d'un aéronef, conforme à l'invention, est représentée sur la figure 3. La charge électrique 18 est alimentée par un coeur électrique 10 de l'aéronef à travers une première ligne d'alimentation électrique 26. Le coeur électrique 10 est prévu pour délivrer au maximum, sur cette première ligne 26, un courant correspondant sensiblement à la puissance moyenne théorique Pmoy absorbée par la charge électrique 18. La première ligne d'alimentation 26 est dimensionnée pour transporter ledit courant. La charge électrique 18 est aussi raccordée à un supercondensateur 24, à travers une deuxième ligne d'alimentation électrique 28. Lors d'un pic de la puissance absorbée par la charge électrique 18, ce supercondensateur fournit à la charge 18 un courant complémentaire correspondant à la différence entre d'une part le courant circulant dans ladite charge 18 et correspondant à ce pic de puissance absorbée, et d'autre part ledit courant correspondant à ladite puissance moyenne théorique. La deuxième ligne d'alimentation électrique 28 est dimensionnée pour transporter ledit courant complémentaire correspondant aux pics de puissance les plus importants. Comme indiqué précédemment, les différentes charges électriques de l'aéronef sont généralement situées à des distances importantes, de l'ordre de plusieurs dizaines de mètres, du coeur électrique de l'aéronef. De préférence, le supercondensateur 24 est situé à proximité de la charge électrique 18, en particulier à une distance comprise entre quelques dizaines de centimètres et 5 mètres. Par conséquent, le gain de masse résultant du moindre dimensionnement de ladite première ligne d'alimentation 26 par rapport aux solutions de l'art antérieur est largement prépondérant par rapport au surcroît de masse correspondant à la deuxième ligne d'alimentation 28. Il en résulte donc un gain de masse de l'aéronef. De plus, le coeur électrique est lui aussi dimensionné pour ledit courant correspondant à la puissance moyenne théorique absorbée par la charge électrique 18. En particulier, les éléments de protection correspondant à cette charge sont dimensionnés en fonction dudit courant. Il en résulte donc encore un gain de masse et un gain d'encombrement par rapport aux solutions de l'art antérieur. Une deuxième variante d'un système d'alimentation d'une charge électrique 18 d'un aéronef, conforme à l'invention, est représentée sur la figure 4. La charge électrique 18 est alimentée par un coeur électrique 10 de l'aéronef à travers une première ligne d'alimentation électrique 26 et une deuxième ligne d'alimentation électrique 28 disposées en série et raccordées ensemble à un supercondensateur 24. Le coeur électrique 10 est prévu pour délivrer au maximum, sur cette première ligne 26, un courant correspondant sensiblement à la puissance moyenne théorique Pmoy absorbée par la charge électrique 18. La première ligne d'alimentation 26 est dimensionnée pour transporter ledit courant. Lors d'un pic de la puissance absorbée par la charge électrique 18, le supercondensateur fournit à la charge 18 un courant complémentaire correspondant à la différence entre d'une part le courant circulant dans ladite charge 18 et correspondant à ce pic de puissance absorbée, et d'autre part ledit courant correspondant à la puissance moyenne théorique. Le courant circulant dans la deuxième ligne 28 d'alimentation électrique est donc égal à ce courant correspondant au pic de puissance absorbée par la charge 18. La deuxième ligne 28 d'alimentation électrique est donc dimensionnée de la même façon que les lignes d'alimentation de l'art antérieur. Comme indiqué précédemment, les différentes charges électriques de l'aéronef sont généralement situées à des distances importantes, de l'ordre de plusieurs dizaines de mètres, du coeur électrique de l'aéronef. De préférence, le supercondensateur 24 est situé à proximité de la charge électrique 18, en particulier à une distance comprise entre quelques dizaines de centimètres et 5 mètres. Par conséquent, le moindre dimensionnement de ladite première ligne d'alimentation 26 par rapport aux solutions de l'art antérieur permet un gain de masse de l'aéronef. De plus, le coeur électrique est lui aussi dimensionné pour ledit courant correspondant à la puissance moyenne théorique absorbée par la charge électrique 18. En particulier, les éléments de protection correspondant à cette charge sont dimensionnés en fonction dudit courant. II en résulte donc encore un gain de masse et un gain d'encombrement par rapport aux solutions de l'art antérieur. Dans un premier mode particulier de réalisation de cette deuxième variante représenté sur la figure 5, le système d'alimentation comporte en outre un convertisseur de tension 30 de type continu/continu, disposé en série sur la deuxième ligne 28 d'alimentation électrique. Ce convertisseur de tension permet de maintenir la tension aux bornes de la charge 18 sensiblement constante même lorsque la tension aux bornes du supercondensateur 24 diminue du fait de la fourniture dudit courant complémentaire par ce supercondensateur 24 lors de pics de la puissance absorbée par la charge 18. Bien que non représenté sur les dessins, ce premier mode particulier de réalisation peut aussi être transposé à la première variante du système d'alimentation représentée sur la figure 3, en disposant un convertisseur de tension continu/continu bidirectionnel en série sur la deuxième ligne 28 d'alimentation électrique. Dans un deuxième mode particulier de réalisation de ladite deuxième variante représenté sur la figure 6, le système d'alimentation comporte en outre un convertisseur de tension 32 de type continu/continu, disposé en série sur la première ligne 26 d'alimentation électrique. Ce convertisseur de tension 32 est disposé de préférence à proximité du supercondensateur 24 de façon à maintenir constante la tension aux bornes dudit superecondensateur 24, indépendamment des pertes de charge dans la première ligne d'alimentation 26, en particulier lors des phases de charge dudit supercondensateur. L'invention a été décrite dans le cas d'un moyen de stockage d'énergie correspondant à un supercondensateur. Bien entendu, en fonction de la tension de service nécessaire aux bornes de la charge, de la capacité de stockage d'énergie nécessaire et des caractéristiques des supercondensateurs disponibles, l'homme du métier saura adapter un ensemble de supercondensateurs montés en série et/ou en parallèle. REVENDICATIONS1- Système d'alimentation de charges électriques d'un aéronef, 5 lesdites charges électriques étant alimentées par au moins un coeur électrique de l'aéronef, caractérisé en ce qu'il comporte : - au moins une première ligne d'alimentation d'au moins une charge électrique, adaptée pour transporter un courant électrique correspondant à la puissance moyenne absorbée par cette au moins une charge électrique ; 10 - un moyen de stockage d'énergie électrique de type supercondensateur, adapté pour fournir à ladite au moins une charge électrique un complément d'énergie électrique correspondant à la différence entre ladite puissance moyenne et des pics de puissance susceptible d'être absorbée par cette au moins une charge électrique ; et 15 - au moins une deuxième ligne d'alimentation électrique entre ce moyen de stockage d'énergie électrique et cette au moins une charge électrique, adaptée pour transporter des courants électriques correspondant aux dits pics de puissance susceptible d'être absorbée par cette au moins une charge électrique. 20 2- Système d'alimentation selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit au moins un coeur électrique de l'aéronef comporte des éléments de protection associés à ladite au moins une charge électrique, dimensionnés pour la puissance moyenne absorbée par ladite au moins une 25 charge électrique. 3- Système d'alimentation selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite au moins une première ligne électrique raccorde ledit coeur électrique de l'aéronef à laclite au moins une charge électrique. 4- Système d'alimentation selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite au moins une première ligne électrique raccorde ledit coeur électrique de l'aéronef audit moyen de stockage d'énergie électrique. 30 35 5- Système d'alimentation selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'un convertisseur continu/continu est monté en série sur ladite au moins une première ligne d'alimentation électrique entre ledit coeur électrique de l'aéronef et le moyen de stockage d'énergie électrique. 6- Système d'alimentation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un convertisseur continu/continu est monté en série sur ladite au moins une deuxième ligne d'alimentation électrique entre le moyen de stockage d'énergie électrique et ladite au moins une charge électrique. 7- Aéronef comportant un système d'alimentation selon l'une quelconque des revendications précédentes. 8- Procédé d'alimentation d'au moins une charge électrique d'un aéronef par au moins un coeur électrique de l'aéronef, caractérisé en ce que : - on fournit à ladite au moins une charge électrique un premier courant électrique issu dudit au moins un coeur électrique et d'intensité au plus égale à une valeur d'intensité correspondant: à la puissance moyenne absorbée par cette au moins une charge électrique, ce premier courant circulant sur une première ligne d'alimentation, adaptée pour transporter un courant électrique correspondant à la puissance moyenne absorbée par cette au moins une charge électrique ; - lors de pics de la puissance absorbée par ladite au moins une charge électrique, correspondant à une puissance absorbée supérieure à ladite puissance moyenne, on fournit en outre à ladite au moins une charge électrique un deuxième courant électrique issu d'un moyen de stockage d'énergie électrique de type supercondensateur, ce deuxième courant circulant sur une deuxième ligne d'alimentation électrique entre le moyen de stockage d'énergie électrique et cette au moins une charge électrique, ladite deuxième ligne d'alimentation électrique étant adaptée pour transporter des courants électriques correspondant aux dits pics de puissance susceptible d'être absorbée par cette au moins une charge électrique.