Brevet FR3128071A1 — publié le 20230414

Ensemble de puissance (10) électrique comprenant : - une pluralité d’éléments de batterie (12), chaque élément de batterie comprenant au moins une cellule de stockage (14) d’énergie électrique, - un multiplexeur (13) comprenant une entrée (15) et, pour chaque élément de batterie (12), une sortie (16) connectée à l’élément de batterie (12) et un relais (17) de commutation connectant l’entrée (15) et cette sortie (17), - un unique organe de coupure (18) de puissance connecté à l’entrée (15) du multiplexeur (13) et adapté pour être connecté à une charge (11) électrique, et - au moins un module de commande (19) configuré pour piloter l’organe de coupure (18) et chaque relais (17). L’organe de coupure (18) est configuré pour commuter d’un état passant vers un état bloquant en charge, tandis que les relais (17) sont configurés pour commuter d’un état passant vers un état bloquant hors charge. Figure à publier avec l’abrégé : 1 Ensemble de puissance électrique et procédé de commutation associé Domaine technique de l’invention L’invention concerne le domaine de l’alimentation électrique des aéronefs, notamment pour la propulsion. Plus particulièrement, l’invention concerne un ensemble de puissance électrique comprenant des éléments de batterie et un multiplexeur. L’invention concerne également un procédé de commutation électrique mettant en œuvre un tel ensemble de puissance. Etat de la technique antérieur L’alimentation en énergie des aéronefs à propulsion électrique nécessite une amélioration des systèmes de commutations de puissance, tels que les multiplexeurs répartissant la charge sur plusieurs éléments d’une batterie. En effet, la propulsion d’un aéronef à l’énergie électrique nécessite des puissances importantes et une alimentation sans interruptions, ce qui n’est pas forcément compatible avec les systèmes de commutation embarqués classiques, destinés à une alimentation des circuits secondaires. Dans le cadre de la montée en puissance et énergie de l’aéronef et de la batterie (architectures tout électrique ou hybrides), l’augmentation du nombre de cellules à l’intérieur d’une batterie implique d’avoir une batterie toujours fonctionnelle ou partiellement fonctionnelle, même en cas de défaillance d’une cellule. Une cellule défaillante ou le module (un groupe de plusieurs cellules) dont elle fait partie doivent donc pouvoir être isolés du réseau électrique, tout en conservant la possibilité de fournir de l’énergie à partir des modules toujours opérationnels. Réaliser une reconfiguration de la batterie en fonction des besoins et de l’état de charge ou de fonctionnement des modules est aussi une possibilité. De plus, la montée en puissance et en tension des architectures électriques en aéronautique doit se faire en respectant des contraintes de poids et de volume. Les circuits à haute puissance nécessitent des organes de commutation spécifiques, capables de couper la circulation de courant électrique sans risquer la formation d’un arc électrique ou de blocage de la commutation du au courant, ou « collage ». Plusieurs types de tels commutateurs de puissance sont connus, notamment les commutateurs à transistor à effet de champ à grillée isolée (ou MOSFET) et les contacteurs électromécaniques. La commutation de circuits de puissance par des ensembles de transistors se traduit par une consommation électrique et un échauffement non nul à l’état passant, du fait de la résistance intrinsèque des transistor MOS, qui augmente avec l’élévation de la tension et du courant. Dans le cas d’une puissance importante destinée à la propulsion, cet échauffement nécessite une gestion thermique additionnelle avec un poids et un volume conséquent associés. De plus, la puissance dissipée thermiquement est perdue, dans un contexte où la capacité de stockage d’énergie est un facteur limitant. D’autres solutions de commutation mettant en œuvre des interrupteurs électromécaniques multiples, ou contacteurs, sont envisageables pour mettre en œuvre une commutation sécurisée et stable, sans générer de chaleur excessive à l’état passant. Cependant, un tel système nécessite un nombre important de contacteurs, pour contrôler chacun des éléments de batterie indépendamment. Les contacteurs étant des éléments lourds et volumineux, pour prévenir la formation d’arcs électriques à la commutation, ces solutions se traduisent par un prix, un volume et un poids conséquent, peu compatibles avec une application aéronautique. Présentation de l’invention L’invention vise à remédier à ces inconvénients. A cet effet, l’invention a pour objet un ensemble de puissance électrique comprenant : - une pluralité d’éléments de batterie, chaque élément de batterie comprenant au moins une cellule de stockage d’énergie électrique, - un multiplexeur comprenant une entrée et, pour chaque élément de batterie, une sortie connectée à l’élément de batterie et un relais de commutation connectant l’entrée et cette sortie, - un unique organe de coupure de puissance connecté à l’entrée du multiplexeur et adapté pour être connecté à une charge électrique, et - au moins un module de commande configuré pour piloter l’organe de coupure et chaque relais, l’organe de coupure étant configuré pour commuter d’un état passant vers un état bloquant en charge, tandis que les relais sont configurés pour commuter d’un état passant vers un état bloquant hors charge. Un tel ensemble de puissance permet la commutation et le remplacement de plusieurs éléments de batterie de puissance tout en maintenant un encombrement et une masse réduits par rapport à un système classique à plusieurs contacteurs, et sans présenter l’échauffement et la perte de puissance des systèmes à transistors. Le module de commande peut être unique et piloter à la fois l’organe de coupure de puissance et chaque relais de commutation. Une telle caractéristique permet une meilleure synchronisation de la mise hors charge du multiplexeur, de la commutation des relais et de la remise en charge. Au moins un des relais de commutation peut être du type relais statique ou relais électromécanique à faible puissance. De tels relais permettent d’avoir un multiplexeur à l’encombrement et à la masse réduits. On rappelle qu’un relais électromécanique comprend une partie fixe et une partie mobile entre au moins deux positions, par exemple sous l’effet d’un électro-aimant, le relais étant passant pour le courant électrique dans l’une des postions et bloquant dans l’autre position. Un relais statique ne comprend pas de pièce mobile. L’organe de coupure de puissance peut être un contacteur électromécanique à forte puissance. Un tel contacteur permet de réaliser une commutation sécurisée lorsque l’ensemble de puissance est en charge, sans risquer de blocage ou de formation d’arc électrique. Alternativement, l’organe de coupure de puissance peut être un commutateur à transistor à effet de champs à grille isolée. Au moins un des relais de commutation peut être un élément de commutation à usage unique. Un tel élément permet de commuter de manière irréversible un élément de batterie défectueux pour prévenir des endommagements, ou alternativement de connecter au réseau un élément de batterie de secours en cas de défaillance d’un autre élément. L’invention concerne également un procédé de commutation d’un ensemble de puissance comme plus haut, le procédé comprenant les étapes suivantes : - commutation en charge de l’organe de coupure d’un état passant vers un état bloquant, - commutation hors charge d’au moins un des relais de commutation d’un état passant vers un état bloquant, et - remise en charge de l’ensemble de puissance par commutation de l’organe de coupure de l’état bloquant vers l’état passant. Un tel procédé permet, par son fonctionnement séquentiel, de redistribuer la charge sur plusieurs éléments de batterie sans nécessiter un module de commutation encombrant et massif. Le procédé peut comprendre, avant l’étape de remise en charge, une étape de commutation hors charge d’au moins un autre des relais de commutation d’un état bloquant vers un état passant. Brève description des figures la est une vue schématique d’un ensemble de puissance selon l’invention, les figures 2 à 4 sont des vues schématiques d’étapes d’un procédé de commutation du l’ensemble de puissance de la . Ensemble de puissance (10) électrique comprenant : - une pluralité d’éléments de batterie (12), chaque élément de batterie comprenant au moins une cellule de stockage (14) d’énergie électrique, - un multiplexeur (13) comprenant une entrée (15) et, pour chaque élément de batterie (12), une sortie (16) connectée à l’élément de batterie (12) et un relais (17) de commutation connectant l’entrée (15) et cette sortie (17), - un unique organe de coupure (18) de puissance connecté à l’entrée (15) du multiplexeur (13) et adapté pour être connecté à une charge (11) électrique, et - au moins un module de commande (19) configuré pour piloter l’organe de coupure (18) et chaque relais (17), l’organe de coupure (18) étant configuré pour commuter d’un état passant vers un état bloquant en charge, tandis que les relais (17) sont configurés pour commuter d’un état passant vers un état bloquant hors charge. Ensemble de puissance (10) selon la revendication 1, dans lequel le module de commande (19) est unique et pilote à la fois l’organe de coupure (18) de puissance et chaque relais (17) de commutation. Ensemble de puissance (10) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel au moins un des relais (17) de commutation est du type relais statique ou relais électromécanique à faible puissance. Ensemble de puissance (10) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’organe de coupure (18) de puissance est un contacteur électromécanique à forte puissance. Ensemble de puissance (10) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel au moins un des relais (17) de commutation est un élément de commutation à usage unique. Procédé de commutation d’un ensemble de puissance (10) selon l’une des revendications précédentes, comprenant les étapes suivantes : - commutation en charge de l’organe de coupure (18) d’un état passant vers un état bloquant, - commutation hors charge d’au moins un des relais (17) de commutation d’un état passant vers un état bloquant, et - remise en charge de l’ensemble de puissance (10) par commutation de l’organe de coupure (18) de l’état bloquant vers l’état passant. Procédé selon la revendication précédente, comprenant, avant l’étape de remise en charge, une étape de commutation hors charge d’au moins un autre des relais (17) de commutation d’un état bloquant vers un état passant.