Brevet FR3131280A1 — publié le 20230630

La présente invention concerne un système (20) de propulsion électrique pour véhicule aérien, comportant une pluralité de moteurs électriques (21), une pluralité de batteries d’alimentation (22) pour alimenter lesdits moteurs électriques en énergie électrique, et un réseau de distribution électrique reliant lesdites batteries d’alimentation aux moteurs électriques, ledit système (20) de propulsion électrique comportant en outre une batterie de secours (25), adaptée à être connectée aux moteurs électriques par le réseau de distribution électrique, et ledit système de propulsion électrique est configuré pour alimenter les moteurs électriques selon au moins deux modes d’alimentation différents : un mode d’alimentation normal, dans lequel la batterie de secours (25) n’alimente aucun des moteurs électriques (21), lesdits moteurs électriques étant alimentés par les batteries d’alimentation (22), un mode d’alimentation de secours, dans lequel la batterie de secours (25) alimente au moins un moteur électrique (21). Figure 2. Système de propulsion électrique pour véhicule aérien, véhicule aérien comportant un tel système de propulsion électrique La présente invention appartient au domaine des véhicules aériens à propulsion électrique ou hybride, et concerne plus particulièrement un système de propulsion électrique pour de tels véhicules aériens. Etat de la technique De nos jours, il existe de plus en plus de véhicules aériens équipés de systèmes de propulsion électriques. C’est le cas notamment pour des véhicules aériens sans passagers (« unmanned aerial vehicle » ou UAV dans la littérature anglosaxonne) tels que des drones, ou encore pour des véhicules aériens avec passagers, par exemple pour la mobilité urbaine (taxis volants, etc.). Un système de propulsion électrique pour véhicule aérien utilise plusieurs moteurs électriques pour assurer le décollage, le vol et l’atterrissage du véhicule aérien. Les moteurs électriques sont alimentés par des batteries d’alimentation qui permettent d’assurer la réserve d’énergie électrique nécessaire pour la durée de la mission du véhicule aérien. La représente schématiquement un exemple de système 10 de propulsion électrique selon l’art antérieur. Tel qu’illustré par la , le système 10 de propulsion électrique comporte plusieurs moteurs électriques 11 alimentés par plusieurs batteries d’alimentation 12. Les moteurs électriques 11 sont reliés aux batteries d’alimentation par un réseau de distribution électrique. Dans l’exemple illustré par la , chaque batterie d’alimentation 12 alimente en principe deux moteurs électriques, et le réseau de distribution électrique intègre des mécanismes de reconfiguration permettant, en cas de défaillance d’une batterie d’alimentation (par exemple en cas de charge insuffisante de celle-ci), de connecter les moteurs électriques qui étaient alimentés par la batterie d’alimentation défaillante à d’autres batteries d’alimentation non défaillantes. De tels mécanismes de reconfiguration permettent donc de garder un contrôle du véhicule aérien en cas de défaillance d’une batterie d’alimentation, pour notamment permettre de réaliser un atterrissage d’urgence en toute sécurité. Toutefois, les architectures connues de systèmes de propulsion électrique pour véhicules aériens, telle que l’architecture illustrée par la , nécessitent une parfaite connaissance de l’énergie électrique disponible dans chaque batterie d’alimentation pour garantir une mission en toute sécurité. En effet, l’énergie électrique disponible dans chaque batterie d’alimentation doit pouvoir être estimée avec suffisamment de précision pour pouvoir indiquer avec une bonne fiabilité à un utilisateur du véhicule aérien l’autonomie dudit véhicule aérien, pour que l’utilisateur puisse planifier la mission du véhicule aérien et savoir quand il va devoir réaliser un atterrissage. En pratique, il est difficile d’avoir une bonne connaissance de l’énergie électrique disponible dans une batterie d’alimentation car celle-ci dépend de nombreux paramètres dont notamment l’environnement (température, humidité, etc.) et de l’historique d’utilisation de chaque batterie d’alimentation. En outre, la précision de l’estimation de l’énergie électrique disponible dans une batterie d’alimentation tend à diminuer avec le niveau de charge de cette batterie d’alimentation. En d’autres termes, moins il y a d’énergie électrique disponible dans une batterie d’alimentation et plus il est difficile d’avoir une estimation précise de cette énergie électrique disponible. En pratique, du fait de cette incertitude sur l’estimation de l’énergie électrique disponible dans chaque batterie d’alimentation, il est nécessaire de définir et de conserver une marge d’énergie électrique importante pour essayer d’avoir, malgré l’incertitude sur l’estimation de celle-ci, une énergie électrique disponible suffisante pour réaliser une procédure d’atterrissage d’urgence. La marge est d’autant plus importante qu’en cas de défaillance d’une batterie d’alimentation, un nombre réduit de batteries d’alimentation doit alimenter tous les moteurs électriques. La nécessité de prévoir une marge importante implique également d’augmenter la masse embarquée dans le véhicule aérien. La présente divulgation a pour objectif de remédier à tout ou partie des limitations des solutions de l'art antérieur, notamment celles exposées ci-avant, en proposant une solution permettant notamment de réduire la marge en énergie électrique nécessaire et d’assurer qu’en cas de défaillance d’une batterie d’alimentation, l’énergie électrique restante soit suffisante pour réaliser les manœuvres d’urgence et notamment un atterrissage d’urgence. A cet effet, et selon un premier aspect, il est proposé un système de propulsion électrique pour véhicule aérien, comportant une pluralité de moteurs électriques, une pluralité de batteries d’alimentation pour alimenter lesdits moteurs électriques en énergie électrique, et un réseau de distribution électrique reliant lesdites batteries d’alimentation aux moteurs électriques. Ledit système de propulsion électrique comporte en outre une batterie d’alimentation additionnelle, dite batterie de secours, adaptée à être connectée aux moteurs électriques par le réseau de distribution électrique, et ledit système de propulsion électrique est configuré pour alimenter les moteurs électriques selon au moins deux modes d’alimentation différents : un mode d’alimentation dit normal, dans lequel la batterie de secours n’alimente aucun des moteurs électriques, lesdits moteurs électriques étant alimentés par les batteries d’alimentation, un mode d’alimentation dit de secours, dans lequel la batterie de secours alimente au moins un moteur électrique. Ainsi, le système de propulsion électrique est configuré pour alimenter les moteurs électriques selon au moins deux modes d’alimentation différents, à savoir un mode de propulsion normal utilisé par défaut lors des phases de décollage, de vol et d’atterrissage, et un mode d’alimentation de secours utilisé lorsqu’au moins une batterie d’alimentation est défaillante (dysfonctionnement de la batterie d’alimentation ou niveau de charge faible). En outre, le système de propulsion électrique selon la présente divulgation embarque une batterie d’alimentation additionnelle, dite batterie de secours, qui n’est pas utilisée dans le mode d’alimentation normal, et qui est utilisée uniquement dans le mode d’alimentation de secours, pour prendre le relais d’une batterie d’alimentation défaillante. Ainsi, en cas de défaillance d’une batterie d’alimentation, celle-ci peut être remplacée par la batterie de secours. Etant donné que la batterie de secours n’est pas utilisée dans le mode d’alimentation normal, son niveau de charge est en principe maximal lorsque le système de propulsion électrique passe en mode d’alimentation de secours, de sorte que l’énergie électrique qu’elle contient est connue avec une bonne précision. En dimensionnant la batterie de secours pour permettre d’alimenter les moteurs électriques pendant une durée prédéterminée permettant d’effectuer au moins un atterrissage d’urgence, alors la marge d’énergie électrique embarquée dans le véhicule aérien peut être significativement réduite par rapport aux solutions de l’art antérieur. En effet, dans les solutions de l’art antérieur, il est nécessaire de prévoir une marge pour chaque batterie d’alimentation, du fait que chaque batterie d’alimentation peut être utilisée pour palier à une défaillance d’une autre batterie d’alimentation et à un moment où le niveau de charge, potentiellement faible, ne permet pas d’estimer précisément l’énergie électrique disponible dans chaque batterie d’alimentation. Selon la présente divulgation, la batterie de secours peut alimenter tous les moteurs électriques et, quand elle commence à être utilisée (c’est-à-dire au début de la situation d’urgence créée par la défaillance d’une batterie d’alimentation), la batterie de secours a toujours un niveau de charge maximal permettant de connaître avec précision l’énergie électrique disponible. Dans des modes particuliers de réalisation, le système de propulsion électrique peut comporter en outre l'une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles. Dans des modes particuliers de réalisation, le système de propulsion électrique comporte un module de détection de défaillance des batteries d’alimentation et un module de commande configuré pour mettre en œuvre le mode d’alimentation normal lorsqu’aucune défaillance de batterie d’alimentation n’est détectée et pour mettre en œuvre le mode d’alimentation de secours lorsqu’une défaillance d’au moins une batterie d’alimentation est détectée. Dans des modes particuliers de réalisation, le réseau de distribution électrique comporte des premiers moyens de commutation adaptés à connecter/déconnecter la batterie de secours des moteurs électriques, et le module de commande est configuré pour commander les premiers moyens de commutation pour : dans le mode d’alimentation normal : déconnecter la batterie de secours des moteurs électriques, dans le mode d’alimentation de secours : connecter la batterie de secours à au moins un moteur électrique. Dans des modes particuliers de réalisation, le réseau de distribution électrique comporte en outre des seconds moyens de commutation adaptés à connecter/déconnecter les batteries d’alimentation aux moteurs électriques, et le module de commande est configuré pour commander les seconds moyens de commutation pour : dans le mode d’alimentation normal : connecter les batteries d’alimentation aux moteurs électriques, dans le mode d’alimentation de secours : déconnecter chaque batterie d’alimentation détectée comme défaillante par le module de détection de défaillance. Dans des modes particuliers de réalisation, la batterie de secours est de tension nominale inférieure aux tensions nominales respectives des batteries d’alimentation. Dans des modes particuliers de réalisation, la batterie de secours est de tension nominale inférieure aux tensions nominales respectives des batteries d’alimentation, et le réseau de distribution électrique est configuré de sorte que la batterie de secours est connectée aux moteurs électriques dans le mode d’alimentation normal et dans le mode d’alimentation de secours, et de sorte que la batterie de secours commence à alimenter un moteur électrique lorsque la tension aux bornes de la batterie d’alimentation qui alimente ledit moteur électrique devient inférieure à la tension aux bornes de la batterie de secours. Dans des modes particuliers de réalisation, la batterie de secours est connectée à chaque moteur électrique en parallèle d’au moins une batterie d’alimentation. Dans des modes particuliers de réalisation, le système de propulsion électrique comporte un module de détection de défaillance configuré pour détecter le passage du mode d’alimentation normal vers le mode d’alimentation de secours. Dans des modes particuliers de réalisation, le réseau de distribution électrique comporte des moyens de commutation adaptés à connecter/déconnecter les batteries d’alimentation aux moteurs électriques, et ledit système de propulsion électrique comporte un module de commande configuré pour commander les moyens de commutation pour : dans le mode d’alimentation normal : connecter les batteries d’alimentation aux moteurs électriques, dans le mode d’alimentation de secours : déconnecter chaque batterie d’alimentation détectée comme défaillante par le module de détection de défaillance. Dans des modes particuliers de réalisation, le module de détection de défaillance est configuré pour émettre une notification à destination d’un utilisateur du véhicule aérien lorsque les moteurs électriques sont alimentés selon le mode d’alimentation de secours. L’utilisateur peut être un passager du véhicule aérien ou bien au sol, par exemple dans le cas d’un véhicule aérien n’accueillant pas de passagers (UAV) et/ou piloté à distance. Selon un second aspect, la présente divulgation concerne un véhicule aérien comportant un système de propulsion électrique selon l’un quelconque des modes de réalisation de la présente divulgation. Le véhicule aérien peut être à propulsion exclusivement électrique ou bien à propulsion hybride. Présentation des figures L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante, donnée à titre d’exemple nullement limitatif, et faite en se référant aux figures qui représentent : : déjà décrite, une représentation schématique d’un système de propulsion électrique selon l’art antérieur, : une représentation schématique d’un premier exemple de réalisation d’un système de propulsion électrique, : une représentation schématique d’un second exemple de réalisation d’un système de propulsion électrique, : une représentation schématique d’un troisième exemple de réalisation d’un système de propulsion électrique. Dans ces figures, des références identiques d’une figure à une autre désignent des éléments identiques ou analogues. Pour des raisons de clarté, les éléments représentés ne sont pas à l’échelle, sauf mention contraire. Système (20) de propulsion électrique pour véhicule aérien, comportant une pluralité de moteurs électriques (21), une pluralité de batteries d’alimentation (22) pour alimenter lesdits moteurs électriques en énergie électrique, et un réseau de distribution électrique reliant lesdites batteries d’alimentation aux moteurs électriques, caractérisé en ce que ledit système (20) de propulsion électrique comporte une batterie d’alimentation additionnelle, dite batterie de secours (25), adaptée à être connectée aux moteurs électriques par le réseau de distribution électrique, et en ce que ledit système de propulsion électrique est configuré pour alimenter les moteurs électriques selon au moins deux modes d’alimentation différents : un mode d’alimentation dit normal, dans lequel la batterie de secours (25) n’alimente aucun des moteurs électriques (21), lesdits moteurs électriques étant alimentés par les batteries d’alimentation (22), un mode d’alimentation dit de secours, dans lequel la batterie de secours (25) alimente au moins un moteur électrique (21). Système (20) de propulsion électrique selon la revendication 1, comportant un module de détection de défaillance des batteries d’alimentation et un module de commande configuré pour mettre en œuvre le mode d’alimentation normal lorsqu’aucune défaillance de batterie d’alimentation n’est détectée et pour mettre en œuvre le mode d’alimentation de secours lorsqu’une défaillance d’au moins une batterie d’alimentation est détectée. Système (20) de propulsion électrique selon la revendication 2, dans lequel le réseau de distribution électrique comporte des premiers moyens de commutation adaptés à connecter/déconnecter la batterie de secours des moteurs électriques, et dans lequel le module de commande est configuré pour commander les premiers moyens de commutation pour : dans le mode d’alimentation normal : déconnecter la batterie de secours des moteurs électriques, dans le mode d’alimentation de secours : connecter la batterie de secours à au moins un moteur électrique. Système (20) de propulsion électrique selon la revendication 3, dans lequel le réseau de distribution électrique comporte des seconds moyens de commutation adaptés à connecter/déconnecter les batteries d’alimentation aux moteurs électriques, et dans lequel le module de commande est configuré pour commander les seconds moyens de commutation pour : dans le mode d’alimentation normal : connecter les batteries d’alimentation aux moteurs électriques, dans le mode d’alimentation de secours : déconnecter des moteurs électriques chaque batterie d’alimentation détectée comme défaillante par le module de détection de défaillance. Système (20) de propulsion électrique selon la revendication 1, dans lequel la batterie de secours est de tension nominale inférieure aux tensions nominales respectives des batteries d’alimentation, et dans lequel le réseau de distribution électrique est configuré de sorte que la batterie de secours est connectée aux moteurs électriques dans le mode d’alimentation normal et dans le mode d’alimentation de secours, et de sorte que la batterie de secours commence à alimenter un moteur électrique lorsque la tension aux bornes de la batterie d’alimentation qui alimente ledit moteur électrique devient inférieure à la tension aux bornes de la batterie de secours. Système (20) de propulsion électrique selon la revendication 5, dans lequel la batterie de secours est connectée à chaque moteur électrique en parallèle d’au moins une batterie d’alimentation. Système (20) de propulsion électrique selon l’une quelconque des revendications 5 à 6, comportant un module de détection de défaillance configuré pour détecter le passage du mode d’alimentation normal vers le mode d’alimentation de secours. Système (20) de propulsion électrique selon la revendication 7, dans lequel le réseau de distribution électrique comporte des moyens de commutation adaptés à connecter/déconnecter les batteries d’alimentation aux moteurs électriques, ledit système de propulsion électrique comportant un module de commande configuré pour commander les moyens de commutation pour : dans le mode d’alimentation normal : connecter les batteries d’alimentation aux moteurs électriques, dans le mode d’alimentation de secours : déconnecter des moteurs électriques chaque batterie d’alimentation détectée comme défaillante par le module de détection de défaillance. Système (20) de propulsion électrique selon l’une quelconque des revendications 2 à 4, 7 et 8, dans lequel le module de détection de défaillance est configuré pour émettre une notification à destination d’un utilisateur du véhicule aérien lorsque les moteurs électriques sont alimentés selon le mode d’alimentation de secours. Véhicule aérien comportant un système (20) de propulsion électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 9.