Brevet FR3132802A1 — publié le 20230818

Dispositif d’alimentation par batterie d’un système de fourniture d’énergie électrique pour aéronefs comportant au moins deux modules de batteries (21, 22) reliés à un réseau électrique continu au travers d’une ligne positive (P), d’une ligne négative (N) et d’organes de commutation de puissance (3, 4), pour lequel chaque module comporte au moins un dispositif interrupteur (10a, 10b) adapté à isoler ledit module dudit réseau ou connecter ledit module au réseau. Figure 2 ARCHITECTURE D’ALIMENTATION ELECTRIQUE A BATTERIES La présente divulgation concerne le domaine de la génération électrique et des circuits de distribution d’énergie électrique pour aéronefs. Ces circuits de distribution permettent de distribuer la puissance électrique provenant de sources internes, par exemple des générateurs ou des batteries, ou de sources externes, telles que des unités de puissance ou un groupe de parc, vers des charges utiles ou vers d’autres boîtiers de distribution de l’aéronef et de protéger lesdites sources contre des courts-circuits notamment. Avec l’évolution des technologies de chimie de stockage d’énergie et l’usage plus important de l’énergie électrique à bord des aéronefs, les batteries prennent une place de plus en plus importante dans les systèmes électriques embarqués. Il est connu d’utiliser pour la génération d’électricité dans les aéronefs des modules de batteries lithium-ion (Li-Ion) comportant une pluralité de cellules Li-ion et regroupés dans des packs de batteries associés à un dispositif de gestion et de protection comprenant des cartes électroniques, des organes de commutation et des fusibles. Au niveau de l’architecture d’un module de batterie Li-ion, des organes de commutation de puissance permettent de protéger le module et de l’isoler. En général, l’architecture des systèmes batteries Li-Ion est telle que décrite en . Le module de batterie 2 comporte des cellules 1. Le choix d’arrangement des cellules 1 pour construire ce module de batterie 2 est donné par le besoin de niveau de tension (nombre de cellules en série sachant que pour une chimie donnée la tension cellule est définie et connue), de puissance et d’énergie (nombre de cellules en parallèle). Pour réaliser ces arrangements ce sont des chaines de cellules en série S qui sont mises en parallèle en quantité P ou inversement pour obtenir la tension et la capacité en Ampère-heure attendue. Des organes de commutation de puissance commandables 3, 4 comme des disjoncteurs réarmables, notamment de type SSPC, commutateurs ou contacteurs permettent de raccorder le module de batterie 2 au réseau continu avion au travers d’un connecteur 7 tandis que des connexions permanentes vers un dispositif de charge 5 et un bus permanent (hot bus en anglais) avec un ou plusieurs équipements 6 à alimenter en veille au travers d’un limiteur de courant sont présents en amont des organes de commutation de puissance. Un fusible 8 protège la ligne raccordant un pôle du module de batterie au réseau continu aéronef. Problème technique Dans certains cas, ces arrangements peuvent être ajustés soit de façon statique auquel cas la configuration est figée, soit de façon matricielle ce qui introduit toutefois une complexité et un nombre de nœud de commutation important qui est surdimensionné pour le besoin réel qui ne requière pas l’ensemble des combinaisons possibles. Au vu de l’art antérieur la présente demande propose une architecture ou le pack batterie est décomposé en plusieurs modules batterie connectables en série ou en parallèle ou encore de manière adaptable en série ou en parallèle selon les besoins. Pour ce faire, la présente divulgation propose un dispositif d’alimentation électrique par batterie d’un système de fourniture d’énergie électrique pour aéronefs comportant un pack batterie pourvu d’au moins deux modules de batteries reliés à un réseau électrique continu au travers d’une ligne positive, d’une ligne négative et d’organes de commutation de puissance, pour lequel chaque module comporte au moins un dispositif interrupteur adapté à isoler ledit module dudit réseau ou connecter ledit module au réseau en amont desdits commutateurs de puissance. Ceci permet d’avoir un dispositif d’alimentation modulaire. De plus les dispositifs interrupteurs n’étant pas destinés à commuter de la puissance peuvent être dimensionnés uniquement en fonction du courant qui les traverse et non de la nécessité de pouvoir couper ledit courant ou couper un courant tel qu’un courant de court-circuit. Les caractéristiques exposées dans les paragraphes suivants correspondent à des modes de réalisation pouvant être mis en œuvre indépendamment les uns des autres ou en combinaison les uns avec les autres: Le dispositif d’alimentation électrique peut comporter pour chaque module une pluralité de dispositifs interrupteurs configurés pour réaliser : - une configuration série pour laquelle au moins deux modules sont raccordés en série auxdites ligne positive et ligne négative, - une configuration parallèle pour laquelle lesdits modules sont reliés en parallèle auxdites ligne positive et ligne négative, - une configuration pour laquelle un seul parmi lesdits modules est raccordé auxdites ligne positive et ligne négative. Ceci permet d’adapter la configuration à la demande en tension ou en capacité de fourniture de courant. Le dispositif d’alimentation par batterie comporte préférablement un dispositif de pilotage desdits dispositifs interrupteurs configuré pour piloter les commutations desdits dispositifs interrupteurs afin de sélectionner le ou les modules à connecter au réseau ou une desdites configurations de raccordement desdits modules au réseau. La sélection peut ainsi être modifiée au long du vol de l’aéronef. Le dispositif de pilotage est avantageusement adapté à piloter la commutation des dispositifs interrupteurs pour permettre au moins une sélection d’une tension réseau maximale en phase de décollage de l’aéronef, d’une tension réseau intermédiaire en phase de montée de l’aéronef et d’une tension réseau réduite en phase de vol de croisière de l’aéronef. Le dispositif de pilotage est avantageusement configuré pour piloter la commutation des organes de commutation de puissance en sorte de couper la puissance avant une commutation desdits dispositifs interrupteurs pour changer de configuration, commuter lesdits dispositifs interrupteurs à puissance réduite ou nulle et rétablir la puissance une fois les dispositifs interrupteurs commutés dans une nouvelle configuration. Ceci permet de conserver des dispositifs interrupteurs de petite dimension, le courant qu’ils doivent couper étant nul ou très réduit. Le dispositif de pilotage peut être configuré pour piloter la commutation des dispositifs interrupteurs en sorte équilibrer le courant fourni par le pack batterie entre les différentes configurations en fonction des puissances demandées selon les différentes phases de vol de l’aéronef. Ceci permet d’optimiser le dimensionnement des câbles de puissance du réseau électrique de l’aéronef. Le ou les dispositifs interrupteurs sont préférablement des relais semi-conducteurs ou non. D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après d’exemples de réalisation non limitatifs, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels : montre une architecture batterie traditionnelle; montre un premier mode de réalisation d’une architecture batterie selon la présente divulgation; montre un deuxième mode de réalisation d’une architecture batterie selon la présente divulgation selon une configuration parallèle; montre le deuxième mode de réalisation d’une architecture batterie selon la présente divulgation en configuration série ; montre un troisième mode de réalisation d’une architecture batterie selon la présente divulgation comportant trois modules de batterie ; montre un tableau correspondant aux tensions/puissance d’une architecture selon la demande avec trois ou quatre modules. L’invention peut trouver à s’appliquer notamment aux systèmes d’alimentation électrique de systèmes avioniques ou de systèmes moteurs avions. L’invention ne se limite pas aux exemples décrits ci-avant, seulement à titre d’exemple, mais elle englobe toutes les variantes que pourra envisager l’homme de l’art dans le cadre de la protection recherchée. Dispositif d’alimentation par batterie d’un système de fourniture d’énergie électrique pour aéronefs caractérisé en ce qu’il comporte un pack batterie comportant au moins deux modules de batteries (21, 22, 23) reliés à un réseau électrique continu au travers d’une ligne positive (P), d’une ligne négative (N) et d’organes de commutation de puissance (3, 4), et pour lequel chaque module comporte au moins un dispositif interrupteur (10a, 10b, 11, 12a, 12b, 13a, 13b, 14, 15), adapté à isoler ledit module dudit réseau ou connecter ledit module au réseau, en amont desdits commutateurs de puissance. Dispositif d’alimentation par batterie selon la revendication 1 comportant pour chaque module une pluralité de dispositifs interrupteurs (11, 12a, 12b, 13a, 13b, 14) configurés pour réaliser : - une configuration série pour laquelle au moins deux modules (21, 22, 23) sont raccordés en série auxdites ligne positive et ligne négative, - une configuration parallèle pour laquelle lesdits modules (21, 22) sont reliés en parallèle auxdites ligne positive et ligne négative, - une configuration pour laquelle un seul parmi lesdits modules (21, 22) est raccordé auxdites ligne positive et ligne négative. Dispositif d’alimentation par batterie selon la revendication 1 ou 2 comportant un dispositif de pilotage (9) desdits dispositifs interrupteurs, configuré pour piloter les commutations desdits dispositifs interrupteurs afin de sélectionner le ou les modules à connecter au réseau ou une desdites configurations de raccordement desdits modules au réseau. Dispositif d’alimentation par batterie selon la revendication 3 comportant au moins trois modules et pour lequel le dispositif de pilotage est adapté à piloter la commutation des dispositifs interrupteurs pour permettre au moins une sélection d’une tension réseau maximale en phase de décollage de l’aéronef, d’une tension réseau intermédiaire en phase de montée de l’aéronef et d’une tension réseau réduite en phase de vol de croisière de l’aéronef. Dispositif d’alimentation par batterie selon les revendications 3 et 4 pour lequel ledit dispositif de pilotage (9) est configuré pour piloter la commutation des organes de commutation de puissance (3, 4) en sorte de couper la puissance avant une commutation desdits dispositifs interrupteurs pour changer de configuration, commuter lesdits dispositifs interrupteurs à puissance réduite ou nulle et rétablir la puissance une fois les dispositifs interrupteurs commutés dans une nouvelle configuration. Dispositif d’alimentation par batterie selon les revendications 3, 4 ou 5 pour lequel ledit dispositif de pilotage (9) est configuré pour piloter la commutation des dispositifs interrupteurs (10a, 10b, 11, 12a, 12b, 13a, 13b, 14, 15) en sorte équilibrer le courant fourni par le pack batterie entre les différentes configurations en fonction des puissances demandées selon les différentes phases de vol de l’aéronef. Dispositif d’alimentation par batterie selon l’une quelconque des revendications précédentes pour lequel le ou les dispositifs interrupteurs (10a, 10b, 11, 12a, 12b, 13a, 13b, 14, 15) sont des relais semi-conducteurs ou non.