Brevet FR3069658A1 — publié le 20190201

Système d'alimentation électrique d'un véhicule. La présente invention concerne le domaine de l'alimentation électrique d'équipements d'un véhicule. Les véhicules modernes, tels que les aéronefs, les trains, les automobiles, les bateaux, etc. comportent des équipements qui doivent être alimentés électriquement. Pour cela, ces véhicules comportent une ou plusieurs alimentations électriques, ainsi que des harnais de câbles d'alimentation électrique cheminant à l'intérieur des véhicules, entre la ou les alimentations électriques et les différents équipements qui doivent être alimentés électriquement. Un harnais électrique est constitué d'une pluralité de câbles électriques cheminant entre au moins deux points de connexion. Les différents câbles cheminant côte à côte dans un harnais électrique sont généralement attachés ensemble, par exemple au moyen de colliers de serrage, afin de garantir la cohésion du harnais. Les câbles d'alimentation électriques peuvent parfois être à l'origine de phénomènes d'arcs électriques. Deux types d'arcs électriques peuvent se produire. Un premier type, appelé arc électrique parallèle, correspond à un arc électrique se produisant entre deux câbles voisins du fait d'un défaut d'isolement électrique des câbles. Un tel type d'arc électrique est généralement facilement détecté par une protection (par exemple à un disjoncteur) disposée en série entre un câble et l'alimentation électrique à laquelle il est relié. Le déclenchement de la protection permet d'arrêter l'arc électrique de façon suffisamment rapide pour qu'il ne provoque pas d'endommagement du véhicule. Un deuxième type, appelé arc électrique série, correspond à un arc électrique se produisant lorsqu'un câble présente une discontinuité, par exemple du fait d'un effort de traction mécanique trop important ou encore du fait d'un pincement du câble électrique. L'arc se produit alors entre une première partie du câble reliée à l'alimentation électrique et une deuxième partie du câble reliée à l'équipement à alimenter. Le courant électrique circulant dans le câble n'est généralement pas plus élevé qu'un courant circulant normalement dans le câble pour alimenter ledit équipement. Il en résulte que ce courant n'entraîne généralement pas le déclenchement d'une protection électrique (disjoncteur...) disposée en série entre ce câble et l'alimentation électrique à laquelle il est relié. 2 Généralement, l'arc électrique s'entretient pendant plusieurs secondes et il endommage l'élément conducteur du câble, ce qui accroît la discontinuité du câble. L'arc électrique s'éteint lorsque la discontinuité électrique devient suffisamment importante. Les niveaux de tension électrique utilisés jusqu'à 5 présent dans les véhicules sont tels qu'un arc électrique série n'entraîne généralement pas de dommages au véhicule. Toutefois, il est envisagé d'utiliser des niveaux de tensions d'alimentation beaucoup plus élevés dans les véhicules. En particulier, il est envisagé d'utiliser des alimentations de tension continue de l'ordre de 500 Volts à 4000 Volts dans des aéronefs. A 10 de tels niveaux de tension continue, un arc électrique série sur un câble d'alimentation électrique pourrait s'étendre sur plusieurs centimètres autour dudit câble, pendant plusieurs secondes. Cela risquerait alors d'endommager le véhicule. Il existe donc un besoin pour empêcher qu'un tel arc électrique puisse se développer. 15 EXPOSE DE L'INVENTION: La présente invention a notamment pour but d'apporter une solution à ce besoin. Elle concerne un système d'alimentation électrique d'un véhicule, 20 ledit système comportant une alimentation électrique, ainsi qu'un harnais électrique comprenant au moins un câble d'alimentation électrique d'au moins un équipement du véhicule, ledit au moins un câble s'étendant entre une première extrémité et une deuxième extrémité du harnais. Le système est remarquable en ce qu'il comporte en outre : 25 - un récepteur optique ; - une fibre optique dépourvue de gaine opaque, s'étendant le long dudit au moins un câble sur au moins une partie de la longueur dudit câble ; et - un commutateur électrique commandable, disposé électriquement en série entre l'alimentation électrique et une première extrémité dudit câble 30 d'alimentation électrique, en ce que la fibre optique est reliée au récepteur optique, et en ce que le récepteur optique est configuré pour commander une ouverture du commutateur électrique lorsqu'il reçoit de la fibre optique un signal lumineux correspondant à un arc électrique. 35 3 Le système d'alimentation électrique permet ainsi de détecter la présence d'un arc électrique, au moyen de la fibre optique et du récepteur optique, et d'interrompre l'alimentation électrique du câble d'alimentation électrique en ouvrant le commutateur électrique lorsqu'un arc électrique est 5 détecté. Ainsi, l'arc électrique est détecté dès qu'il se produit, avant même qu'il ait le temps de se développer autour du câble d'alimentation électrique. L'interruption de l'alimentation électrique permet alors d'arrêter l'arc électrique avant qu'il se développe autour du câble d'alimentation électrique. Cela permet d'éviter d'endommager le véhicule. 10 De façon avantageuse, le harnais électrique comprend plusieurs câbles d'alimentation électrique disposés autour de la fibre optique. Selon une première variante, la fibre optique est reliée au récepteur optique par une extrémité de la fibre optique sortant du harnais électrique. 15 Selon une deuxième variante, le harnais comporte un connecteur au moins à l'une de sa première ou de sa deuxième extrémité, une extrémité de la fibre optique est raccordée à ce connecteur et la fibre optique est reliée au récepteur optique via ce connecteur. De façon particulière, le système comporte un deuxième harnais comportant une fibre optique, le harnais est 20 relié en série avec le deuxième harnais au moyen dudit connecteur et la fibre optique est reliée au récepteur optique via le connecteur et la fibre optique du deuxième harnais. Dans un mode particulier de réalisation, une extrémité de la fibre optique non reliée au récepteur optique est reliée à un réflecteur. De façon 25 avantageuse, le récepteur optique est configuré pour émettre un signal lumineux sur la fibre optique, pour recevoir de la fibre optique un signal lumineux réfléchi et pour déterminer en conséquence un état d'intégrité de la fibre optique. De façon avantageuse encore, le récepteur optique est configuré pour déterminer une localisation d'un arc électrique sur la fibre 30 optique. Dans un mode de réalisation, la fibre optique est disposée autour dudit au moins un câble électrique. L'invention est également relative à un véhicule, en particulier un 35 aéronef, comprenant un système d'alimentation électrique tel que précité. DESCRIPTION DETAILLEE : L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit 5 et à l'examen des figures annexées. La figure 1 représente un aéronef comportant un système d'alimentation électrique conforme à un mode de réalisation de l'invention ; La figure 2 représente un câble électrique et une fibre optique d'un système d'alimentation électrique conforme à un mode de réalisation de 10 l'invention ; La figure 3, similaire à la figure 2, illustre un arc électrique sur le câble électrique ; La figure 4 représente un ensemble de câbles électriques et une fibre optique d'un système d'alimentation électrique conforme à un mode de 15 réalisation de l'invention ; Les figures 5 et 6 représentent, de façon schématique, deux exemples de systèmes d'alimentation électrique d'un véhicule, conformes à des modes de réalisation de l'invention ; La figure 7 illustre une fibre optique entourant un conducteur 20 électrique. Le système d'alimentation électrique 8 représenté sur la figure 5 comporte une alimentation électrique 18, un commutateur électrique commandable 22, un harnais électrique 20 et un récepteur optique 24. Le 25 harnais électrique 20 comprend au moins un câble électrique 10, ainsi qu'une fibre optique 12 dépourvue de gaine opaque. Cette fibre optique s'étend le long dudit au moins un câble dans le harnais électrique 20, sur au moins une partie de la longueur dudit câble. Le harnais 20 comprend au moins deux extrémités, auxquelles une première et une deuxième extrémités 30 du câble électrique 10 sont raccordées respectivement à deux connecteurs Cf et Cl. Le commutateur commandable 22 est disposé électriquement en série entre l'alimentation électrique 18 et la première extrémité du câble d'alimentation électrique 10 raccordée au connecteur Cf. Selon un premier exemple, le commutateur commandable 22 correspond à un contacteur 35 électrique. Selon un deuxième exemple, le commutateur commandable 22 4 5 correspond à un disjoncteur commandable, permettant de protéger le câble électrique contre des surintensités. Une extrémité de la fibre optique 12 est reliée au récepteur optique 24. Une sortie du récepteur optique 24 est reliée à une entrée du commutateur commandable 22. Le câble électrique 10 est 5 prévu pour alimenter électriquement un équipement du véhicule, via le connecteur Cl. Dans l'exemple représenté sur la figure, le harnais comporte plusieurs câbles électriques dont les deuxièmes extrémités sont raccordées au connecteur Cl. Ces câbles électriques permettent chacun d'alimenter l'un des équipements 30a ... 30k reliés électriquement au connecteur Cl. 10 En fonctionnement, le commutateur commandable 22 est normalement fermé, de telle façon qu'un courant électrique peut circuler, de l'alimentation électrique 18 vers l'équipement à alimenter, à travers le câble électrique 10. Le câble électrique 10 et la fibre optique 12 s'étendant le long du câble électrique 10 dans le harnais électrique 20 sont représentés plus en 15 détail sur la figure 2. Une situation dans laquelle un arc électrique se produit dans le harnais électrique 20, en particulier sur le câble électrique 10, est illustrée sur la figure 3. Le câble électrique 10 comporte une discontinuité électrique 16 au niveau de laquelle se produit un arc électrique A lorsque le câble électrique 10 est alimenté par l'alimentation électrique 18. Des rayons 20 lumineux sont émis par l'arc électrique. Comme représenté sur la figure, une partie des rayons lumineux pénètre dans la fibre optique 12. Ces rayons lumineux se propagent à l'intérieur de la fibre optique, comme par exemple les rayons lumineux 14a et 14b illustrés sur la figure. Les rayons lumineux qui se propagent en direction de l'extrémité de la fibre optique reliée au 25 récepteur optique 24 sont reçus par celui-ci. Le récepteur optique reçoit ainsi un signal lumineux correspondant à la présence de l'arc électrique sur le câble électrique 10. Le récepteur optique, qui détecte ce signal lumineux, commande en conséquence une ouverture du commutateur électrique 22. Cela a pour effet d'arrêter le courant électrique qui circulait dans le câble 30 électrique 10. Il en résulte une extinction quasi immédiate de l'arc électrique, évitant ainsi un endommagement du véhicule. Le récepteur optique 24 comporte un capteur d'ondes lumineuses, tel par exemple qu'une photodiode ou un phototransistor. Ce capteur lumineux est choisi de façon à réagir aux longueurs d'ondes des rayons lumineux issus d'un arc électrique. Dans un 35 exemple de réalisation, le récepteur optique 24 comporte un circuit 6 électronique configuré pour commander une commutation d'un relais lorsqu'un arc électrique est détecté par le capteur. Ce relais est relié au commutateur électrique commandable 22 de façon à commander l'ouverture du commutateur lors de ladite commutation. 5 Dans un mode de réalisation avantageux, une extrémité de la fibre optique non reliée au récepteur optique 24 est reliée à un réflecteur M. Ce réflecteur correspond par exemple à un miroir. Ce réflecteur M permet la mise en oeuvre de plusieurs applications particulières, pouvant être combinées. Dans une première application, le récepteur optique 24 est 10 configuré pour émettre des signaux lumineux spécifiques sur la fibre optique 12 en direction du réflecteur M. Lorsqu'ils arrivent au réflecteur, ces signaux lumineux sont réfléchis par le réflecteur. Les signaux lumineux réfléchis sont transmis par la fibre optique 12 en direction du récepteur optique 24 qui les reçoit et les détecte. Cela permet au récepteur optique 24 de vérifier 15 l'intégrité de la fibre optique. Dans une deuxième application, le réflecteur M est utilisé pour détecter la position d'un arc électrique dans le harnais. Lorsqu'un arc électrique se produit, des rayons lumineux issus de l'arc électrique sont émis dans de nombreuses directions. Comme indiqué précédemment en référence à la figure 3, une partie des rayons lumineux 20 pénètre dans la fibre optique 12, par exemple les rayons 14a et 14b. Ces rayons lumineux se propagent dans la fibre optique selon deux directions opposées : certains rayons partent de l'arc électrique en direction du récepteur optique 24. D'autres rayons partent de l'arc électrique en direction opposée au récepteur optique, par conséquent en direction du réflecteur M. 25 Lorsqu'ils arrivent au réflecteur, ces rayons sont réfléchis par le réflecteur. Les rayons réfléchis sont transmis par la fibre optique jusqu'au récepteur optique 24. Le récepteur optique 24 reçoit ainsi à la fois les rayons provenant directement de l'arc électrique et les rayons réfléchis par le réflecteur M. Le récepteur optique détermine le déphasage entre ces rayons, ce qui lui 30 permet de calculer la position de l'arc électrique dans la fibre optique et par conséquent dans le harnais, connaissant la vitesse de propagation de la lumière dans la fibre optique. Dans un premier mode particulier de réalisation, la fibre optique est reliée au récepteur optique par une extrémité de la fibre optique sortant du 35 harnais électrique, comme dans l'exemple représenté sur la figure 5. 7 Dans un deuxième mode particulier de réalisation illustré par exemple sur la figure 6, une extrémité de la fibre optique 12 est raccordée au connecteur Cf et la fibre optique est reliée au récepteur optique 24 via ce connecteur. Pour cela, cette extrémité de la fibre optique 12 est raccordée à 5 une première partie (par exemple mâle) du connecteur Cf et une extrémité d'un morceau de fibre optique 12a est raccordée à une deuxième partie (par exemple femelle) du connecteur Cf, complémentaire de la première partie. Une autre extrémité du morceau de fibre optique 12a est reliée au récepteur optique 24. 10 Dans un troisième mode particulier de réalisation, la fibre optique est reliée au réflecteur M par une extrémité de la fibre optique sortant du harnais électrique, comme dans l'exemple représenté sur la figure 5. Dans un quatrième mode particulier de réalisation illustré par exemple sur la figure 6, une extrémité de la fibre optique 12 est raccordée au 15 connecteur Cl et la fibre optique est reliée au réflecteur M via ce connecteur. Pour cela, cette extrémité de la fibre optique 12 est raccordée à une première partie (par exemple femelle) du connecteur Cl et une extrémité d'un morceau de fibre optique 12b est raccordée à une deuxième partie (par exemple mâle) du connecteur Cl, complémentaire de la première partie. Une 20 autre extrémité du morceau de fibre optique 12b est reliée au réflecteur M. L'homme du métier saura combiner le premier ou le deuxième mode particulier de réalisation avec le troisième ou le quatrième mode particulier de réalisation, sans sortir du cadre de l'invention. Selon encore un mode avantageux de réalisation, le système 25 d'alimentation électrique comporte plusieurs harnais 20a ... 20n reliés en série comme représenté par exemple sur la figure 6. Les différents harnais sont reliés entre eux par un ensemble de connecteurs C2 Cn. Chaque harnais comporte au moins un câble électrique 10 et au moins une fibre optique 12 qui s'étend le long dudit au moins un câble électrique 10 dans le 30 harnais. Une première extrémité du câble électrique 10 et une première extrémité de la fibre optique 12 sont raccordées à un premier connecteur du harnais. Une deuxième extrémité du câble électrique 10 et une deuxième extrémité de la fibre optique 12 sont raccordées à un deuxième connecteur du harnais. Par exemple, dans un premier harnais 20a représenté sur la 35 figure 6, une première extrémité du câble électrique 10 et une première 8 extrémité de la fibre optique 12 sont raccordées à une partie du connecteur Cl. Une deuxième extrémité du câble électrique 10 et une deuxième extrémité de la fibre optique 12 sont raccordées à une première partie du connecteur C2. Dans un deuxième harnais 20b, une première extrémité du 5 câble électrique 10 et une première extrémité de la fibre optique 12 sont raccordées à une deuxième partie du connecteur C2, complémentaire de la première partie précitée. Ainsi, la fibre optique du premier harnais 20a est reliée au récepteur optique 24 via au moins le connecteur C2 et la fibre optique du deuxième harnais 20b. Pour cela, les connecteurs Cl, C2 Cn 10 sont des connecteurs mixtes électriques-optiques permettant de relier des câbles électriques et des fibres optiques. La description des différents exemples et modes de réalisation précités fait référence à une fibre optique s'étendant le long d'un câble électrique 10. L'invention n'est toutefois pas limitée au cas particulier dans 15 lequel la fibre optique s'étend le long d'un seul câble électrique. Elle est également relative à une fibre optique 12 s'étendant le long de plusieurs câbles électriques, par exemple six câbles électriques 10 comme représenté sur la figure 4. Ce nombre de câbles ne doit toutefois pas être interprété de façon limitative et d'autres nombres de câbles sont envisageables sans sortir 20 du cadre de l'invention. Dans un mode particulier de réalisation, la fibre optique 12 est disposée autour dudit au moins un câble électrique 10, comme représenté sur la figure 7. Selon une première alternative, la fibre optique 12 est disposée directement autour d'un conducteur électrique unique du câble 25 électrique 10. La fibre optique remplit alors la fonction de gaine isolante électrique du câble. Selon une deuxième alternative, la fibre optique 12 est disposée autour d'une gaine isolante du câble électrique 10. Dans ces deux premières alternatives, la fibre optique 12 peut être utilisée pour détecter des arcs électriques à la fois sur le câble électrique 10 qu'elle entoure et sur des 30 câbles électriques voisins. Dans une troisième alternative, la fibre optique 12 entourant le câble électrique 10 est disposée entre au moins un conducteur électrique et une gaine extérieure du câble électrique 10. La fibre optique 12 peut alors être utilisée pour détecter des arcs électriques uniquement sur le câble électrique 10 qu'elle entoure. 9 Selon différentes variantes de réalisation, l'alimentation électrique 18 est une alimentation électrique à courant continu ou une alimentation électrique à courant alternatif. Selon une alternative, le ou les harnais électrique(s) entre l'alimentation électrique 18 et les équipements à alimenter 5 30a ... 30k transportent seulement une partie des pôles de l'alimentation (par exemple la ou les phases en courant alternatif, une ou plusieurs tensions positives ou négatives en courant continu), une autre liaison électrique étant assurée par la structure ou le châssis du véhicule (par exemple le neutre en courant alternatif ou le 0 volts en courant continu). Selon une autre 10 alternative, le ou les harnais électrique(s) entre l'alimentation électrique 18 et les équipements à alimenter 30a ... 30k transportent l'ensemble des pôles de l'alimentation. Dans un exemple particulier de réalisation, le système d'alimentation électrique d'un véhicule est un système d'alimentation électrique d'un 15 aéronef tel que l'aéronef 1 représenté sur la figure 1. De façon particulière, l'alimentation électrique 18 et le récepteur optique 24 sont localisés dans une baie avionique 2 située à proximité d'un cockpit 3 de l'aéronef. Les équipements 30a ... 30k à alimenter sont localisés dans le fuselage et les différents harnais 20a ... 20n cheminent dans le fuselage, REVENDICATIONS1- Système (8) d'alimentation électrique d'un véhicule (1), ledit système comportant une alimentation électrique (18), ainsi qu'un harnais électrique (20) comprenant au moins un câble d'alimentation électrique (10) d'au moins un équipement (30a ... 30k) du véhicule, ledit au moins un câble s'étendant entre une première extrémité et une deuxième extrémité du harnais, caractérisé en ce qu'il comporte en outre : - un récepteur optique (24) ; - une fibre optique (12) dépourvue de gaine opaque, s'étendant le long dudit au moins un câble (10) sur au moins une partie de la longueur dudit câble ; et - un commutateur électrique commandable (22), disposé électriquement en série entre l'alimentation électrique (18) et une première extrémité dudit câble d'alimentation électrique, en ce que la fibre optique (12) est reliée au récepteur optique (24), et en ce que le récepteur optique est configuré pour commander une ouverture du commutateur électrique (22) lorsqu'il reçoit de la fibre optique un signal lumineux correspondant à un arc électrique. 2- Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le harnais électrique (20) comprend plusieurs câbles d'alimentation électrique (10) disposés autour de la fibre optique (12). 3- Système selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la fibre optique (12) est reliée au récepteur optique (24) par une extrémité de la fibre optique sortant du harnais électrique (20). 4- Système selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le harnais comporte un connecteur (Cl Cn, Cf) au moins à l'une de sa première ou de sa deuxième extrémité, une extrémité de la fibre optique (12) est raccordée à ce connecteur et, la fibre optique est reliée au récepteur optique (24) via ce connecteur. 11 5- Système selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte un deuxième harnais (20b) comportant une fibre optique, le harnais (20a) est relié en série avec le deuxième harnais au moyen dudit connecteur (C2) et la 5 fibre optique (12) est reliée au récepteur optique (24) via le connecteur et la fibre optique du deuxième harnais. 6- Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une extrémité de la fibre optique non reliée au récepteur 10 optique (24) est reliée à un réflecteur (M). 7- Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que le récepteur optique (24) est configuré pour émettre un signal lumineux sur la fibre optique, pour recevoir de la fibre optique un signal lumineux réfléchi et 15 pour déterminer en conséquence un état d'intégrité de la fibre optique. 8- Système selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que le récepteur optique (24) est configuré pour déterminer une localisation d'un arc électrique sur la fibre optique. 20 9- Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fibre optique (12) est disposée autour dudit au moins un câble électrique (10). 25 10- Véhicule, en particulier un aéronef (1), comprenant un système d'alimentation électrique (8) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.