Brevet FR3026382A1 — publié le 20160401

Engin sous-marin comportant des moyens de gestion de l'état de charge de batteries La présente invention concerne un engin sous-marin muni d'un réseau d'alimentation en énergie électrique découpé en bords. Plus particulièrement l'invention peut se rapporter à un engin tel qu'un sous-marin proprement dit. Dans ces engins sous-marins qu'ils soient classiques c'est-à-dire conventionnels ou nucléaires, des batteries de stockage d'énergie électrique sont indispensables en tant que source d'énergie principale en plongée ou en tant que source d'énergie de secours pour assurer par exemple la sûreté nucléaire. Pour des raisons de disponibilité, il y a toujours au moins deux batteries dans un sous-marin. De la même manière qu'il y a plusieurs batteries, le réseau électrique d'un sous-marin est généralement divisé en plusieurs bords. Des sous-marins comportant deux bords électriques avant et arrière sont déjà connus. D'autres sous-marins comportent quatre bords tels que par exemple avant bâbord, avant tribord, arrière bâbord et arrière tribord. Pour des raisons opérationnelles, il est intéressant que les batteries aient des taux de charge à peu près identiques en permanence. En effet, étant donné le rôle crucial que joue une batterie dans le fonctionnement d'un sous-marin, il ne serait pas viable pour l'équipage de fonctionner sur une batterie puis sur une autre. La technique actuelle pour assurer l'équilibrage du taux de charge des batteries consiste à mettre les batteries en parallèle. En effet, la tension d'une batterie est à peu près à l'image de son taux de charge. Ainsi, la batterie la plus chargée est celle qui a la tension la plus élevée. Lorsque deux batteries sont mises en parallèle, la batterie la plus chargée vient se décharger dans la batterie la moins chargée et les deux batteries ont ainsi des taux de charge identiques. Toutefois, de telles structures ne sont pas envisageables si l'on souhaite utiliser des batteries particulières telles que par exemple des batteries Lithium-ion. Le but de l'invention est donc de résoudre ces problèmes. A cet effet l'invention a pour objet un engin sous-marin muni d'un réseau électrique d'alimentation en énergie électrique découpé en bords, et comprenant : - une pluralité d'ensembles de stockage d'énergie électrique à base de batteries Lithium-ion, chaque ensemble de batteries étant raccordé à l'un des bords et étant apte à délivrer une puissance électrique sur le réseau électrique, - des capteurs de mesure d'au moins un paramètre représentatif de l'état des ensembles de batteries, - des moyens de gestion du fonctionnement de chaque ensemble de batteries pour contrôler la puissance électrique délivrée par chaque ensemble de batteries sur le réseau électrique, en fonction des paramètres représentatifs des états des ensembles de batteries. L'engin sous-marin selon l'invention peut comporter la caractéristique suivante : - les paramètres représentatifs de l'état des ensembles de batteries sont choisis dans un groupe comprenant la tension, le courant, la température, l'état de santé SOH ou l'état de charge SOC de chacun de ces ensembles de batteries. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant au dessin annexé qui représente un schéma synoptique illustrant la structure et le fonctionnement d'un réseau électrique entrant dans la constitution d'un engin sous-marin selon l'invention. On a en effet illustré sur cette figure, un réseau électrique 1 destiné à entrer dans la constitution d'un engin sous-marin selon l'invention. Ce réseau électrique est découpé en bords tels que par exemple en deux bords 2 et 3. Bien entendu un nombre différent de bords peut être envisagé. Cet engin comporte également une pluralité d'ensembles 4, 5 de stockage d'énergie électrique à base de batteries Lithium-ion, chaque ensemble 4, 5 de batteries étant raccordé à l'un des bords 2, 3 et étant apte à délivrer une puissance électrique sur le réseau électrique 1. En fait et selon l'invention, il est prévu des capteurs 6, 7 de mesure d'au moins un paramètre représentatif de l'état des ensembles 4, 5 de batteries et des moyens 8 de gestion du fonctionnement de chaque ensemble 4, 5 de batteries, propres à contrôler la puissance électrique délivrée par chaque ensemble 4, 5 de batteries sur le réseau électrique 1 en fonction des paramètres représentatifs de l'état des ensembles 4, 5. Ces moyens 8 de gestion du fonctionnement des ensembles 4, 5 de batteries reçoivent donc des informations des capteurs 6 et 7 et des informations de pilotage en provenance des autres organes 9 du bord. Ces moyens 8 permettent alors de piloter et de gérer la charge et la décharge de ces ensembles 4, 5 de batteries en évitant les différents problèmes. En effet, si l'on utilise une technique d'équilibrage classique telle que décrite précédemment à propos de l'état de la technique, dans le cas de batteries Lithium-ion, on peut facilement supposer que les courants de transfert entre les batteries 4, 5 seront largement supérieurs aux courants admissibles dans le réseau électrique 1. De plus, les pouvoirs de coupure des disjoncteurs associés au réseau électrique 1 sont limités et ces disjoncteurs seront par conséquent insuffisants pour assurer une coupure d'électricité. Par ailleurs, dans le cas des batteries Lithium-ion, les pertes thermiques sont directement liées au courant de court-circuit de la batterie. Il y a donc un grand intérêt à limiter le nombre d'ensembles 4, 5 mis en parallèle afin d'augmenter les courants de chaque batterie et donc de minimiser les pertes par effet Joule. Ainsi, selon l'invention, l'équilibrage du taux de charge des batteries dans le réseau électrique 1 repose sur la gestion de l'énergie par les moyens 8 de gestion du fonctionnement de chaque ensemble 4, 5 de batteries. Cette solution permet d'assurer un taux de charge des batteries équilibré sans jamais mettre en parallèle les batteries. Les courants de court-circuit sont donc limités et il est possible d'utiliser des générateurs électriques du commerce. Les pertes par effet joule sont également limitées. Il va de soi bien entendu que les ensembles de stockage d'énergie électrique désignés par les références 4, 5 sur la figure intègrent non seulement les batteries en elles-mêmes, mais également les moyens de conversion qui leur sont associées de façon classique, tels que des onduleurs par exemple. Comme cela a été indiqué précédemment, la gestion du fonctionnement de chaque ensemble 4, 5 de batteries est fonction de paramètres représentatifs de l'état de ces ensembles 4, 5. Ces paramètres peuvent être choisis dans un groupe comprenant par exemple la tension, le courant, la température, l'état de santé SOH (acronyme de l'anglais « State Of Health ») ou encore l'état de charge SOC (acronyme de l'anglais « State Of Charge ») de chacun de ces ensembles 4, 5. Bien entendu d'autres modes de réalisation peuvent encore être envisagés.30 REVENDICATIONS1.- Engin sous-marin muni d'un réseau électrique (1) d'alimentation en énergie électrique découpé en bords (2, 3), et comprenant : - une pluralité d'ensembles (4, 5) de stockage d'énergie électrique à base de batteries Lithium-ion, chaque ensemble (4, 5) de batteries étant raccordé à l'un des bords (2, 3) et étant apte à délivrer une puissance électrique sur le réseau électrique (1), - des capteurs (6, 7) de mesure d'au moins un paramètre représentatif de l'état des ensembles (4, 5) de batteries, - des moyens (8) de gestion du fonctionnement de chaque ensemble (4, 5) de batteries pour contrôler la puissance électrique délivrée par chaque ensemble (4, 5) de batteries sur le réseau électrique (1), en fonction des paramètres représentatifs des états des ensembles (4, 5) de batteries. 2.- Engin sous-marin selon la revendication 1, caractérisé en ce que les paramètres représentatifs de l'état des ensembles (4, 5) de batteries sont choisis dans un groupe comprenant la tension, le courant, la température, l'état de santé SOH ou l'état de charge SOC de chacun de ces ensembles (4, 5) de batteries.