Brevet FR3026384A1 — publié le 20160401

Engin sous-marin muni d'un réseau d'alimentation multiniveaux La présente invention concerne un engin sous-marin tel qu'un sous-marin proprement dit. Ce type d'engins sous-marin est muni de moyens électriques de propulsion, tels qu'un moteur de propulsion, alimentés à partir d'un réseau de distribution électrique découpé en bords. Un tel engin sous-marin embarque également une grande quantité de sources de stockage d'énergie électrique à tension continue, par exemple à base de batteries Lithium-ion. Les moyens électriques de propulsion, notamment le moteur de propulsion de l'engin sous-marin, sont alimentés par des convertisseurs dont le but est de transformer le courant continu issu des sources de stockage en courant alternatif dont la fréquence et l'amplitude sont variables en fonction de la vitesse de rotation requise pour ces moyens de propulsion. Par ailleurs, la force électromotrice étant proportionnelle à la vitesse de rotation des moyens de propulsion, pour une vitesse de rotation des moyens de propulsion faible, la tension d'alimentation des convertisseurs doit être assez basse pour minimiser les commutations des composants électroniques pilotés par les convertisseurs, et donc les pertes dans les convertisseurs. Pour cela, on connaît de l'état de la technique deux modes de couplage des batteries des sources de stockage en fonction des vitesses de rotation requises des moyens électriques de propulsion. Ainsi, lorsque les vitesses de rotation requises sont inférieures ou égales à une valeur seuil, un premier mode de couplage consistant à mettre les batteries en parallèle est mis en oeuvre de sorte que les convertisseurs soient alimentés par la tension du réseau. Par contre, lorsque les vitesses de rotation requises sont supérieures à la valeur seuil, un deuxième mode de couplage consistant à mettre les batteries en série est mis en oeuvre de sorte que les convertisseurs soient alimentés par la somme des tensions de chacune des batteries. Cette fonction de mise en série des batteries est réalisée par un combinateur situé dans une armoire de propulsion alimentant les convertisseurs d'alimentation des moyens de propulsion. Cependant, la limite de cette solution se situe au niveau de la commutation entre les deux modes de couplage. En effet, le passage d'une configuration à une autre nécessite d'appliquer un séquentiel complexe et de longue durée. Dans certaines situations où ce séquentiel est jugé très risqué, l'équipage choisit alors de rester dans le mode de couplage courant. Ainsi, dans ces situations, si le mode de couplage courant est le premier mode de couplage, la vitesse de rotation atteinte par les moyens de propulsion est alors limitée à la valeur seuil, ce qui limite fortement les capacités opérationnelles du sous-marin notamment en terme de vitesse. 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 d'alimentation en énergie électrique comprenant : au moins deux sources de tension à courant continu à base de batteries Lithium-ion, une première source étant apte à délivrer une première tension, et une deuxième source étant apte à délivrer une deuxième tension, des moyens de commutation connectés en entrée à chaque source de tension continue, les moyens de commutation étant aptes à délivrer au choix l'une de trois tensions continues de sortie parmi : o la première tension, o la deuxième tension, et o une troisième tension égale à la somme de la première tension et de la deuxième tension, au moins un onduleur continu/alternatif DC/AC, dans lequel sont intégrés les moyens de commutation, pour fournir une tension alternative de sortie au choix parmi des tensions obtenues à partir des trois tensions continues en sortie des moyens de commutation et d'une tension nulle. L'engin sous-marin selon l'invention peut comporter la caractéristique suivante : les moyens de commutation et l'onduleur mettent en oeuvre des organes de commutation à semi-conducteur pilotés. 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 d'alimentation en énergie électrique d'un engin sous-marin selon l'invention. Un tel engin sous-marin comporte au moins deux sources 1, 2 de tension en courant continu comprenant des moyens de stockage d'énergie électrique à base de batteries Lithium-ion. La première source 1 est apte à délivrer une première tension U1 et la deuxième source 2 est apte à délivrer une deuxième tension U2. Ces sources 1, 2 de tension sont raccordées en entrée de moyens de commutation 3, ces moyens de commutation 3 étant aptes à délivrer au choix l'une de trois tensions continues de sortie parmi la première tension U1, la deuxième tension U2 et une troisième tension, cette troisième tension étant égale à la somme de la première tension U1 et de la deuxième tension U2. Ces moyens de commutation 3 sont par exemple des moyens de commutation multiniveaux à semi-conducteur de type classique. Ces moyens de commutation 3 sont de façon générale intégrés dans un onduleur DC/AC 4, DC/AC étant l'acronyme de « continu/alternatif » en entrée de celui-ci. Cet onduleur DC/AC 4 est propre à fournir une tension alternative de sortie UN, au choix parmi des tensions obtenues à partir des trois tensions continues en sortie des moyens de commutation 3 telles que décrites précédemment et d'une tension nulle. Les moyens de commutation 3 et l'onduleur DC/AC 4 mettent en oeuvre des organes de commutation pilotés tels que des IGBT, IGBT étant l'acronyme anglais de «Insulated Gate Bipolar Transistor ». Les moyens de commutation 3 et l'onduleur DC/AC 4 forment par exemple des convertisseurs multiniveaux à structure NPC, NPC étant l'acronyme de « Neutral Point 20 Clam ped ». En effet, de tels convertisseurs offrent l'avantage de réduire le contenu harmonique des courants alternatifs en sortie des onduleurs. Ainsi, une telle disposition des moyens de commutation 3 et de l'onduleur 4 permet d'alimenter les moyens de propulsion électrique de l'engin sous-marin avec une 25 tension égale à celle de l'une des batteries ou avec une tension résultant de la somme des tensions de plusieurs batteries en série en fonction de la vitesse de rotation requise pour les moyens de propulsion. Ceci permet par exemple de tenir compte de la vitesse souhaitée de déplacement de l'engin, en toute sécurité et avec une réaction immédiate. 30 Bien entendu d'autres modes de réalisation peuvent encore être envisagés. REVENDICATIONS1.- Engin sous-marin muni d'un réseau d'alimentation en énergie électrique comprenant : au moins deux sources (1, 2) de tension à courant continu à base de batteries Lithium-ion, une première source (1) étant apte à délivrer une première tension (U1), et une deuxième source (2) étant apte à délivrer une deuxième tension (U2), des moyens de commutation (3) connectés en entrée à chaque source de tension continue (1, 2), les moyens de commutation (3) étant aptes à délivrer au choix l'une de trois tensions continues de sortie parmi : o la première tension (U1), o la deuxième tension (U2), et o une troisième tension égale à la somme de la première tension (U1) et de la deuxième tension (U2), au moins un onduleur continu/alternatif DC/AC (4), dans lequel sont intégrés les moyens de commutation (3), pour fournir une tension alternative de sortie (UN) au choix parmi des tensions obtenues à partir des trois tensions continues en sortie des moyens de commutation (3) et d'une tension nulle. 2.- Engin sous-marin selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de commutation (3) et l'onduleur (4) mettent en oeuvre des organes de commutation à semi-conducteur pilotés.