Brevet FR3159714A1 — publié le 20250829

Un système (SYST) décentralisé de contrôle d’un réseau électrique d’un aéronef, le système (SYST) comprenant une pluralité de cellules (CELL) distinctes, chaque cellule (CELL) comprenant une pluralité de contacteurs (CMD) électriques et chaque cellule (CELL) étant connectée à une alimentation électrique (PWR). Chaque cellule (CELL) comprend au moins un microcontrôleur (µ) permettant de contrôler au moins un contacteur (CMD). Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 1 SYSTEME DECENTRALISE DE CONTROLE D’UN RESEAU ELECTRIQUE L’invention concerne le domaine du contrôle d’un réseau électrique d’un aéronef. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE D’une manière connue, un aéronef comprend un réseau électrique primaire et un réseau électrique secondaire. Ces réseaux sont distincts et ont chacun leurs propres fonctions. Le réseau électrique primaire fournit l'alimentation électrique principale à l'aéronef. Il est généralement alimenté par des générateurs électriques, qui sont entraînés par les moteurs de l'aéronef ou par des sources externes, telles que des générateurs de secours ou des batteries. La tension du réseau électrique primaire est généralement de 28, 115 ou 230 volts en courant alternatif (AC). Le réseau électrique primaire alimente les équipements essentiels à la sécurité de l’aéronef, tels que les systèmes de navigation, les systèmes de communication et les systèmes de contrôle de vol. Il alimente également certains équipements non essentiels, tels que les systèmes de divertissement et les systèmes de confort. Le réseau électrique secondaire fournit l'alimentation électrique à la plupart des équipements non essentiels de l'avion. Il est généralement alimenté par le réseau électrique primaire, mais il peut également être alimenté par des sources externes, telles que les batteries. La tension du réseau électrique secondaire est généralement de 28VDC ou 115Vac. Généralement, le réseau électrique secondaire alimente les équipements suivants : les systèmes de cabine, tels que les systèmes d'éclairage, les systèmes de climatisation et les systèmes de divertissement ; les équipements de service, tels que les systèmes de pressurisation et les systèmes de conditionnement d'air ; les équipements de secours, tels que les systèmes d'oxygène et les systèmes de survie. Le plus souvent, les deux réseaux électriques sont interconnectés par des contacteurs et des disjoncteurs. Les disjoncteurs permettent de protéger les réseaux électriques contre les surcharges et les courts-circuits. En cas de panne du réseau électrique primaire, le réseau électrique de secours peut prendre le relais et alimenter les équipements essentiels à la sécurité de l'avion. D’une manière connue, un réseau électrique primaire, (aussi appelé système primaire de distribution électrique) d’un aéronef, comprend une unité de contrôle du réseau électrique (couramment abrégée E.N.M.U. pour « Electrical Network Management Unit » en anglais) est aussi une unité de contrôle de la puissance du bus (couramment abrégée B.P.C.U. pour « Bus Power Control Unit » en anglais). Le plus souvent, E.N.M.U. et B.P.C.U sont regroupées dans un même organe intelligent qui est en charge de la gestion, de la distribution, des protections et de la logique du réseau électrique primaire. L’unité de contrôle du réseau surveille les paramètres du réseau afin d’isoler la partie du réseau électrique en cas de défaut. L’unité de contrôle du réseau communique avec les autres calculateurs à travers un bus de communication numérique. L’unité de contrôle du réseau électrique peut être embarquée à l’intérieur d’un cœur électrique sous forme d’une carte électronique avec des entrées / sorties. Le cœur électrique étant un boitier intelligent qui représente l’ensemble ou un sous ensemble du système de distribution électrique et qui regroupe les éléments de commande, protection, monitoring et distribution de la puissance pour les différentes charges de l’aéronef. Les entrées / sorties peuvent être des signaux discrets ou des mesures analogiques des tensions et des courants utilisés par le système de distribution ou d’autres calculateurs de différents types utilisés dans un aéronef. A travers ses entrées, l’unité de contrôle du réseau commande les différents organes de commutation des cœurs électriques comme les contacteurs. D’une manière connue, toutes les informations concernant la reconfiguration et/ou la protection réseau sont centralisées sur une ou plusieurs cartes pour apporter des solutions de redondance ou pour répondre à des problématiques de dissimilarité. Ainsi le contrôle du réseau est assuré par un ou plusieurs calculateurs d’une même carte qui reçoivent toutes les informations, configurent, surveillent, commandent et protègent le réseau. Cette architecture impose d’avoir tous les organes de commande et de contrôle à proximité de la carte de contrôle du réseau. Ce qui impose une organisation spécifique des différents organes de commande et de contrôle et ne permet pas de modifier aisément l’architecture pour la faire évoluer. En outre, cette architecture n’est pas résiliente en cas de panne de la carte de contrôle du réseau et ne permet pas de gérer un important flux de données. En effet, le flux de données est limité par la capacité du microcontrôleur qui centralise toutes les informations. Ainsi, dans ce contexte, il est nécessaire de fournir un système de contrôle d’un réseau électrique qui soit résilient en cas de panne et qui s’affranchisse des contraintes de l’art antérieur. A cet effet, selon un premier aspect, il est proposé un système décentralisé de contrôle d’un réseau électrique d’un aéronef, le système comprenant une pluralité de cellules distinctes, chaque cellule comprenant une pluralité de contacteurs électriques et chaque cellule étant connectée à une alimentation électrique. Chaque cellule comprend au moins un microcontrôleur permettant de contrôler au moins un contacteur. La décentralisation du système permet notamment une meilleure résilience du système. En effet, le découpage du système en plusieurs cellules indépendantes permet de garantir le fonctionnement du système en cas de panne de l’une des cellules (ainsi le système est résilient en cas de panne). En outre la décentralisation en plusieurs cellules indépendantes permet de répartir les différentes cellules en s’affranchissant des contraintes de proximité des architectures centralisées de l’art antérieur. Selon une disposition particulière, chaque cellule comprend un microcontrôleur contrôlant plusieurs contacteurs de la cellule. Selon une disposition particulière, chaque cellule comprend autant de microcontrôleurs que de contacteurs, chaque microcontrôleur permettant de contrôler indépendamment un contacteur correspondant de la cellule. Selon une disposition particulière, au sein d’une même cellule, les contacteurs sont interfacés entre eux par un réseau de communication numérique et/ou un réseau d’échange d’informations physiques. Selon une disposition particulière, les cellules sont interfacées entres elles par un réseau de communication numérique et/ou un réseau d’échange d’informations physiques. Selon une disposition particulière, les contacteurs et/ou les cellules échangent des puissances électriques au travers du réseau d’échange d’informations physiques. Selon un autre aspect, il est proposé un aéronef comprenant un système décentralisé de contrôle d’un réseau électrique de l’aéronef, le système comprenant une pluralité de cellules distinctes, chaque cellule comprenant une pluralité de contacteurs électriques, chaque cellule étant reliée à une alimentation électrique et chaque cellule comprenant au moins un microcontrôleur permettant de contrôler au moins un contacteur de la cellule. Selon une disposition particulière, au moins une cellule est reliée à une alimentation électrique d’un réseau électrique primaire de l’aéronef et au moins une autre cellule est reliée à une alimentation électrique d’un réseau électrique de secours de l’aéronef. Les caractéristiques de l’invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d’au moins un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels : FIG. 1 illustre schématiquement un premier mode de réalisation d’un système décentralisé de contrôle d’un réseau électrique d’un aéronef ; FIG. 2 illustre schématiquement un premier mode de réalisation d’un système décentralisé de contrôle d’un réseau électrique d’un aéronef ; FIG. 3 illustre schématiquement un deuxième mode de réalisation d’un système décentralisé de contrôle d’un réseau électrique d’un aéronef ; FIG. 4 illustre schématiquement un deuxième mode de réalisation d’un système décentralisé de contrôle d’un réseau électrique d’un aéronef ; FIG. 5 illustre un exemple d’échange d’informations entre deux cellules interfacées. EXPOSE DETAILLE DE MODES DE REALISATION Système décentralisé de contrôle d’un réseau électrique d’un aéronef Selon un premier aspect, en référence aux Figs. 1 à 4, il est proposé un système SYST décentralisé de contrôle d’un réseau électrique d’un aéronef. Le système SYST comprend une pluralité de cellules CELL distinctes. Chaque cellule CELL comprend une pluralité de contacteurs CMD électriques et chaque cellule CELL est connectée à une alimentation électrique PWR. Chaque cellule CELL comprend au moins un microcontrôleur µ permettant de contrôler au moins un contacteur CMD. La décentralisation du système SYST permet notamment une meilleure résilience du système SYST. En effet, le découpage du système SYST en plusieurs cellules CELL indépendantes permet de garantir le fonctionnement du système SYST en cas de panne de l’une des cellules CELL. En outre la décentralisation en plusieurs cellules CELL indépendantes permet de répartir les différentes cellules CELL en s’affranchissant des contraintes de proximité des architectures centralisées de l’art antérieur. En outre, cette solution permet de réduire l’encombrement des installations et le câblage. En outre, cette solution permet aussi d’embarquer les protections (i.e. les cellules CELL) au plus proche des alimentations électriques PWR et ainsi réduire les temps de latence. En outre, la décentralisation rend le système SYST plus facilement implémentable, modifiable et réutilisable, que les systèmes de l’art antérieur. Premier mode de réalisation Selon un premier mode de réalisation, schématisé sur les Figs. 1 et 2, chaque cellule CELL comprend un microcontrôleur µ contrôlant plusieurs contacteurs CMD de la cellule CELL. Cette disposition permet à chaque cellule CELL d’être indépendante et de pouvoir fonctionner en cas de panne d’une autre cellule CELL. De plus, tel que cela sera développé ci-après, cette architecture permet de reconfigurer aisément le système SYST pour assurer son fonctionnement en cas de panne d’une cellule CELL. En d’autres termes, la fragmentation du système SYST en plusieurs cellules CELL indépendantes, dotées chacune d’un microcontrôleur µ, permet au système SYST d’être résilient en cas de panne d’une cellule CELL (les autres cellules CELL peuvent remplacer la cellule CELL défectueuse), d’être plus rapide (il y a plusieurs cellules CELL distinctes pour traiter les informations), et de présenter une architecture plus adaptable autorisant des modifications (il suffit de déplacer des cellules CELL contrairement à l’art antérieur qui impose une centralisation autour d’un seul système de contrôle). Deuxième mode de réalisation Selon un deuxième mode de réalisation, schématisé sur les Figs. 3 et 4, chaque cellule CELL comprend un microcontrôleur µ pour chaque contacteur CMD, chaque microcontrôleur µ permettant de contrôler indépendamment chaque contacteur CMD de la cellule CELL. Cette disposition permet à chaque cellule CELL d’être indépendante et de pouvoir fonctionner en cas de panne d’une autre cellule CELL. De plus, cette disposition permet à chaque contacteur CMD au sein de chaque cellule CELL d’être indépendant, ce qui augmente encore la rapidité et la résilience du système SYST. De plus, tel que cela sera développé ci-après, cette architecture permet de reconfigurer le système SYST pour assurer son fonctionnement en cas de panne d’une cellule CELL ou d’une panne d’un contacteur CMD dans une cellule CELL. En d’autres termes, la fragmentation du système SYST en plusieurs cellules CELL indépendantes, dotées chacune de plusieurs microcontrôleurs indépendants, permet au système SYST d’être résilient en cas de panne d’une cellule CELL (les autres cellules CELL peuvent remplacer la cellule CELL défectueuse), d’être plus rapide (il y a plusieurs cellules CELL distincts pour traiter les informations), et de présenter une architecture plus adaptable autorisant des modifications (il suffit de déplacer des cellules CELL contrairement à l’art antérieur qui impose une centralisation autour d’un seul système de contrôle). Interfaçage Tel que schématisé sur les Figs. 2 et 4, quel que soit le mode de réalisation, au sein d’une même cellule, les contacteurs CMD sont interfacés entre eux par un réseau de communication numérique et/ou un réseau d’échange d’informations physiques. De plus, selon une disposition particulièrement avantageuse, tel que schématisé sur les Figs. 2, 4 et 5 quel que soit le mode de réalisation, les cellules CELL du système SYST sont interfacées entres elles par le réseau de communication numérique et/ou le réseau d’échange d’informations physiques. En outre, selon une disposition particulièrement avantageuse, les contacteurs et/ou les cellules échangent des informations électriques au travers du réseau d’échange d’informations physiques PHY. En d’autres termes, les cellules CELL et les contacteurs CMD sont interfacés, ce qui permet de maximiser les échanges d’informations en permettant une vitesse d’échange rapide. De plus, l’interfaçage des contacteurs CMD et des cellules CELL contribue à la résilience du système SYTS en permettant à chaque contacteur et chaque cellule d’émettre et recevoir des informations. L’interconnexion des cellules CELL et des contacteurs CMD permet de construire une architecture d’un réseau électrique multi-source complètement autonome. En effet, l’interconnexion des cellules CELL et des contacteurs CMD permet un échange décentralisé d’informations. En d’autres termes, contrairement aux dispositifs centralisés de l’art antérieur, le système SYST présente une architecture décentralisée dans laquelle l’interconnexion des cellules CELL et des contacteurs CMD permet un échange rapide d’informations entre toutes les cellules CELL. Ainsi, en cas de panne d’une cellule CELL, l’interconnexion permet une adaptation rapide du système SYST. D’une manière particulièrement avantageuse, tel que schématisé sur les Figs 2 et 4, plusieurs cellules CELL peuvent être interfacées entre elles sur différents types de tensions : courant alternatif (abrégé A.C.), très haute tension continue (abrégé K.H.V.D.C.), haute tension continue (abrégée H.V.D.C.) et basse tension continue (abrégée L.V.D.C.). La FIG. 5 illustre un exemple d’échange d’informations entre deux cellules CELL interfacées. Les échanges d’informations permettent par exemple qu’en cas d’une perte d’une source d’alimentation sur un bord droit du système de distribution électrique, les cellules CELL s’échangent les informations nécessaires entres elles afin de procéder à une reconfiguration de la logique réseau pour continuer à alimenter en toute sécurité les organes du bord droit. Il est précisé que cet exemple fonctionne inversement avec le bord gauche de l’aéronef et du système de distribution électrique. Architecture et pilotage Les Figs. 2 et 4 présentent des exemples d’architecture d’un système SYST. Comme indiqué précédemment, les différences entre les architectures des Figs. 2 et 4 résident dans les structures internes des cellules CELL. Pour le reste ces deux architectures sont similaires. Ainsi, sur les Figs 2 et 4, le système SYST est divisé en deux bords RI et LE correspondant aux deux bords de l’aéronef dans lequel le système SYST est intégré. Chaque bord est alimenté par une alimentation électrique PWR distincte. En outre, tel que schématisé, une alimentation électrique de secours EMER-PWR, reliée à un organe de contrôle de secours EMER-BX, est connectée aux deux bords. Chaque bord comprend une pluralité de cellules CELL. Tel quel schématisé, les cellules CELL sont interfacées. En outre, bien que cela ne soit pas représenté, les contacteurs CMD sont eux aussi interfacés au sein d’une même cellule CELL. En outre, d’une manière particulièrement avantageuse, les cellules CELL des deux bords sont interfacées, ce qui permet qu’en cas de panne d’une cellule CELL sur un bord, une autre cellule CELL du même bord ou de l’autre bord remplace la cellule CELL défaillante. Comme cela a été détaillé précédemment, les cellules CELL d’un même bord sont connectées à différents types de tensions (A.C., D.C., H.V.D.C. et K.H.V.D.C.), qui correspondent notamment à des réseaux électriques primaires et secondaires de l’aéronef. Selon une disposition particulière, le système SYST est piloté selon une logique de commande et de protection coordonnée entre les cellules selon la localisation d’un défaut. En d’autres termes, d’une manière avantageuse, le système est piloté de telle sorte que la localisation d’un défaut est prise en compte pour déterminer quelle cellule doit pallier ce défaut. Selon une disposition particulière le système peut aussi implémenter une fonction de protection par cellule afin d’appliquer une gestion de priorité spécifique à chaque réseau électrique dans chaque cellule. Selon une disposition particulière, les échanges de données sont réalisés selon un protocole prédéterminé. Cette disposition permet d’optimiser le système SYST en évitant que des cellules CELL réagissent instantanément et provoquent un conflit au niveau du réseau électrique. Aéronef Selon un deuxième aspect, il est proposé un aéronef comprenant le système SYST de contrôle du réseau électrique. Selon une disposition particulière, au moins une cellule est reliée à une alimentation électrique d’un réseau électrique primaire de l’aéronef et au moins une autre cellule dissimilaire est reliée à une alimentation électrique d’un réseau électrique de secours de l’aéronef. Système (SYST) décentralisé de contrôle d’un réseau électrique d’un aéronef, le système (SYST) comprenant une pluralité de cellules (CELL) distinctes, chaque cellule (CELL) comprenant une pluralité de contacteurs (CMD) électriques et chaque cellule (CELL) étant connectée à une alimentation électrique (PWR), le système (SYST) étant caractérisé en ce que chaque cellule (CELL) comprend au moins un microcontrôleur (µ) permettant de contrôler au moins un contacteur (CMD). Système (SYST) selon la revendication 1, dans lequel chaque cellule (CELL) comprend un microcontrôleur (µ) contrôlant plusieurs contacteurs (CMD) de la cellule (CELL). Système (SYST) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque cellule (CELL) comprend autant de microcontrôleurs (µ) que de contacteurs (CMD), chaque microcontrôleur (µ) permettant de contrôler indépendamment un contacteur (CMD) correspondant de la cellule (µ). Système (SYST) selon l’une des revendications précédentes dans lequel au sein d’une même cellule (CELL), les contacteurs (CMD) sont interfacés entre eux par un réseau de communication numérique et/ou un réseau d’échange d’informations physiques. Système (SYST) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel les cellules (CELL) sont interfacées entres elles par un réseau de communication numérique et/ou un réseau d’échange d’informations physiques. Système (SYST) selon l’une quelconque des revendications 6 ou 7, dans lequel les contacteurs (CMD) et/ou les cellules (CELL) échangent des puissances électriques au travers du réseau d’échange d’informations physiques. Aéronef comprenant un système (SYST) décentralisé de contrôle d’un réseau électrique de l’aéronef, le système (SYST) comprenant une pluralité de cellules (CELL) distinctes, chaque cellule (CELL) comprenant une pluralité de contacteurs (CMD) électriques, chaque cellule (CELL) étant reliée à une alimentation électrique (PWR) et chaque cellule (CELL) comprenant au moins un microcontrôleur (µ) permettant de contrôler au moins un contacteur (CMD) de la cellule (CELL). Aéronef selon la revendication 7 dans lequel au moins une cellule (CELL) est reliée à une alimentation électrique (PWR) d’un réseau électrique primaire de l’aéronef et au moins une autre cellule (CELL) est reliée à une alimentation électrique (PWR) d’un réseau électrique de secours de l’aéronef.