FR3064603A1 - Procede d’interdiction de la propulsion d’un avion electrique connecte a une station sol - Google Patents

Procede d’interdiction de la propulsion d’un avion electrique connecte a une station sol Download PDF

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Abstract

La présente invention se rapporte à un procédé d'interdiction de la propulsion d'un avion électrique lorsque ce dernier est galvaniquement connecté à une station sol, l'avion électrique comportant un ensemble batterie (ESD), un réseau électrique basse tension (LVN) muni de contacteurs de puissance, au moins un système de propulsion électrique intégré (eIPS) et un processeur (SEPU), ledit procédé comprenant principalement des étapes de détection d'une connexion à la station sol par l'ensemble batterie (ESD), de non alimentation des systèmes de propulsion électrique intégrés (eIPS) et de leur mise en mode protection, et d'arrêt desdits systèmes de propulsion quelles que soient leur alimentation en énergie électrique et la consigne utilisateur.

Description

© N° de publication : 3 064 603 (à n’utiliser que pour les commandes de reproduction) © N° d’enregistrement national : 17 52847 ® RÉPUBLIQUE FRANÇAISE
INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE
COURBEVOIE © Int Cl8 : B 64 D 31/02 (2017.01), B 64 D 27/24, H 02 P 1/00
DEMANDE DE BREVET D'INVENTION A1
©) Date de dépôt : 03.04.17. (© Demandeur(s) : AIRBUS GROUP SAS Société par
(© Priorité : actions simplifiée — FR.
@ Inventeur(s) : COULIBALY AMIDOU, JOUBERT
EMMANUEL, JUVE LAURENT et NGUYEN PHI HUNG.
(43) Date de mise à la disposition du public de la
demande : 05.10.18 Bulletin 18/40.
©) Liste des documents cités dans le rapport de
recherche préliminaire : Se reporter à la fin du
présent fascicule
(© Références à d’autres documents nationaux ® Titulaire(s) : AIRBUS GROUP SAS Société par
apparentés : actions simplifiée.
©) Demande(s) d’extension : (© Mandataire(s) : IPSIDE.
PROCEDE D'INTERDICTION DE LA PROPULSION D'UN AVION ELECTRIQUE CONNECTE A UNE STATION SOL.
FR 3 064 603 - A1
La présente invention se rapporte à un procédé d'interdiction de la propulsion d'un avion électrique lorsque ce dernier est galvaniquement connecté à une station sol, l'avion électrique comportant un ensemble batterie (ESD), un réseau électrique basse tension (LVN) muni de contacteurs de puissance, au moins un système de propulsion électrique intégré (eIPS) et un processeur (SEPU), ledit procédé comprenant principalement des étapes de détection d'une connexion à la station sol par l'ensemble batterie (ESD), de non alimentation des systèmes de propulsion électrique intégrés (elPS) et de leur mise en mode protection, et d'arrêt desdits systèmes de propulsion quelles que soient leur alimentation en énergie électrique et la consigne utilisateur.
Figure FR3064603A1_D0001
Figure FR3064603A1_D0002
Procédé d’interdiction de la propulsion d’un avion électrique connecté à une station sol
DOMAINE DE L’INVENTION
La présente invention appartient au domaine de la surveillance et du contrôle de la commande propulsive d’un aéronef, elle concerne plus particulièrement un procédé d’interdiction de la propulsion d’un avion électrique lorsqu’il est connecté à une station sol pour le rechargement de ses batteries.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE
L’avènement de la propulsion électrique dans certains secteurs du transport civil, notamment l’automobile et l’aéronautique, s’accompagne d’une évolution des normes et réglementations sécuritaires.
Pour les véhicules électriques terrestres à batterie par exemple, le règlement n° 100 de la Commission Économique pour lEurope des Nations Unies (CEE-ONU) comporte des prescriptions particulières applicables à la sécurité fonctionnelle. Un volet de ce règlement stipule que le véhicule ne doit en aucun cas pouvoir se déplacer de lui-même lorsqu’il est galvaniquement connecté à un réseau de distribution ou à un chargeur extérieur.
Les avions électriques ou hybrides encore à l’état de prototypes ne sont pas soumis à ce règlement mais il convient en prévision des développements de la propulsion électrique des avions d’anticiper l’application de telles normes dans le domaine aéronautique.
PRÉSENTATION DE L’INVENTION
La présente invention répond à ce besoin sécuritaire et concerne un procédé d’interdiction de la propulsion d’un avion électrique lorsqu’il est galvaniquement connecté à une station sol. L’avion électrique comporte un ensemble batterie, un réseau électrique muni de contacteurs de puissance, au moins un système de propulsion électrique intégré et un processeur, le procédé comprenant dans l’ordre les étapes suivantes :
- Détection d’une connexion électrique à la station sol par l’ensemble batterie ;
- Désactivation du réseau électrique de l’avion par l’ensemble batterie ;
- Information par le réseau électrique de l’ensemble batterie de la désactivation des contacteurs de puissance ;
- Information par l’ensemble batterie du processeur de la non distribution d’énergie électrique à l’au moins un système de propulsion électrique intégré ;
- Demande du processeur à l’au moins un système de propulsion électrique intégré de se mettre en mode protection ;
- Information par l’au moins un système de propulsion électrique intégré du processeur de l’activation du mode protection ;
- Arrêt de l’au moins un système de propulsion intégré, quelle que soit son alimentation en énergie électrique et quelle que soit la consigne manette d’un utilisateur dudit avion, tant que l’avion est connecté à la station sol.
Avantageusement, l’ensemble batterie comporte des accumulateurs et leur système de contrôle et de gestion, ledit système de contrôle et de gestion interdisant l’activation de la pré-charge et la distribution d’énergie électrique à l’au moins un système de propulsion électrique intégré lors de l’étape de désactivation du réseau électrique par l’ensemble batterie.
Dans un mode de réalisation, la désactivation du réseau électrique par l’ensemble batterie est automatisée et survient après la détection d’une connexion de l’avion à une station sol par ledit ensemble batterie.
Dans un mode de réalisation alternatif, la désactivation du réseau électrique par l’ensemble batterie est commandée par un utilisateur de l’avion.
Dans un mode de réalisation avantageux de l’invention, l’avion électrique comporte deux systèmes de propulsion électrique intégrés.
Dans un mode de réalisation, le réseau électrique est un réseau électrique basse tension fonctionnant à des tensions inférieures à 1500 Volts.
Les concepts fondamentaux de l’invention venant d’être exposés ci-dessus dans leur forme la plus élémentaire, d’autres détails et caractéristiques ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui suit et en regard des dessins annexés, donnant à titre d’exemple non limitatif un mode de réalisation d’un procédé conforme aux principes de l’invention.
BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES
La figure 1 représente un schéma fonctionnel des éléments d’un avion mettant en œuvre le procédé selon l’invention.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE MODES DE RÉALISATION
Les sigles qui seront utilisés dans la suite de la description sont listés avec leurs désignations ci-après :
- ESD (Electronic Storage Device) : ensemble batterie ;
- elPS (electrical Integrated Propulsion System) : système de propulsion électrique intégré ;
- SEPU (Supervisor of Electrical Propulsion Unit) : processeur ;
- BMS (Battery Management System) : système de contrôle et de gestion de la batterie ;
- LVN (Low Voltage Network) : réseau électrique basse tension.
La figure 1 représente, selon un mode de réalisation préféré de l’invention, un schéma fonctionnel de l’interaction entre les différents éléments intervenant dans la mise en œuvre du procédé d’interdiction de la propulsion dans un avion électrique lorsqu’il est connecté à une station sol en vu du rechargement de ses batteries.
Typiquement, le procédé tel que décrit est destiné à être implémenté dans un avion électrique comportant un ESD, un réseau électrique muni de contacteurs de puissance, des elPS, un SEPU, qui gère l’interaction entre ces différents éléments.
L’ESD comprend des accumulateurs électrochimiques ainsi qu’un BMS permettant la surveillance de l’état des éléments de la batterie, le calcul de différentes grandeurs énergétiques et ergonomiques, la protection de la batterie et l’optimisation de ses capacités.
Dans un mode de réalisation préféré, le réseau électrique est un LVN fonctionnant à des tensions inférieures à 1500 Volts par exemple, cette valeur représentant un seuil communément utilisé dans l’industrie électrotechnique. Le LVN comprend en outre des contacteurs de puissance permettant d’établir ou d’interrompre le passage du courant électrique, à partir d’une commande.
Chaque elPS comporte un moteur électrique couplé à des hélices, ou à tout autre mécanisme propulsif assurant la poussée nécessaire à l’avion électrique.
Dans le mode de réalisation illustré, le procédé est mis en œuvre dans un avion électrique comportant deux elPS comme indiqué sur la figure 1. L’avion reste néanmoins contrôlable avec un seul elPS, et la mise en œuvre du procédé ne s’en trouve pas affectée.
Le SEPU assure une liaison entre les elPS et l’ESD.
Le procédé, objet de la présente invention, permet d’empêcher toute possibilité de génération d’une poussée lorsque l’avion électrique est électriquement connecté à une station sol, quelle que soit la consigne de la manette des gaz et quel que soit le statut de l’unité de propulsion, formée par l’ESD, le réseau électrique et les elPS, qui commande la pré-charge des batteries et la distribution d’énergie aux elPS, la pré-charge consistant en un chargement des condensateurs des batteries qui ont un rôle tampon pour limiter tout courant électrique élevé pouvant endommager les elPS.
Le procédé se base sur une stratégie de contrôle-commande permettant d’inhiber la propulsion de l’avion électrique durant une connexion de l’avion à une station sol selon les trois barrières de protection suivantes :
- Interdiction de la pré-charge des elPS ;
- Interdiction de l’alimentation des elPS en énergie électrique ;
- Mise en protection forcée des elPS.
Ainsi, lorsque l’avion électrique est connecté à une station sol, il possède une protection robuste aussi bien contre une fourniture intempestive de poussée, que contre une fourniture volontaire de poussée par sollicitation de la manette des gaz et du mode RUN.
Dans un mode de réalisation préféré, le contrôle-commande dans le BMS et dans les elPS est assuré par le biais de signaux discrets et de signaux de puissance 28 V DC.
Les signaux 28 V DC sont fournis par la station sol et le réseau électrique, et permettent d’actionner les contacteurs de puissance dudit réseau électrique.
Les signaux discrets servent quant à eux à détecter la connexion de l’avion à une station sol, à informer de la désactivation du réseau électrique et à la mise en protection des elPS.
Le procédé tel que décrit s’appuie sur un modèle séquentiel défini par un algorithme de contrôle et des variables binaires, ou non binaires, décrivant les états des différents éléments mis en jeu dans l’avion électrique.
Les différentes variables et/ou consignes intervenant directement dans l’exécution du procédé sont décrites ci-après, leurs repères dans la figure 1 sont rappelés entre parenthèses :
- STATION_SOL_ETAT (10) : renseigne quant à la présence ou non d’une connexion électrique entre l’avion et une station sol ;
- REQUETE_UTILISATEUR_RUN (13) : état de la consigne utilisateur pour le mode RUN ;
- PRE_CHARGE_COMMANDE_ACTIVATION (14): état de la commande de pré-charge des batteries dans l’ESD ;
- LVN_COMMANDE_ACTIVATION (15): état de la commande de distribution d’énergie basse tension par l’ESD ;
- LVN_ETAT (17) : état des contacteurs de puissance dans le réseau basse tension ;
- LVN_DISPONIBILITE (16): état de la disponibilité de l’ESD pour distribuer l’énergie basse tension ;
- REQUETE_elPS_MODE_PROTECTION (18): état de la consigne de mise en protection des elPS ;
- elPS_MODE_PROTECTION_ETAT (19): état du mode protection des elPS ;
- elPS_VITESSE (21) : régime des elPS en vitesse de rotation des moteurs par exemple ;
- ALIM_BT_MIN (11): minimum d’alimentation en énergie basse tension des elPS ;
- ALIM_BT_MAX (12): maximum d’alimentation en énergie basse tension des elPS ;
- REQUETE_UTILISATEUR_VITESSE (20) : consigne de la manette des gaz en puissance moteur par exemple.
Dans un mode de réalisation préféré, le procédé d’interdiction de la propulsion d’un avion électrique lorsqu’il est galvaniquement connecté à une station sol comprend dans l’ordre les étapes suivantes numérotées de 1 à 7 :
1. l’ESD détecte la connexion électrique à la station sol (STATION_SOL_ETAT = PRESENCE) ;
• On branche la batterie à la borne de charge par connexion des deux prises, mâle et femelle, cela permet de détecter que ladite batterie est connectée à ladite borne de charge.
2. Sur une commande utilisateur du mode RUN (REQUETE_UTILISATEUR_RUN = ACTIVE), l’ESD interdit l’activation de la pré-charge des batteries et la distribution d’énergie basse tension aux elPS (PRE_CHARGE_COMMANDE_ACTIVATION
LVN_COMMANDE_ACTIVATION = DESACTIVE) ;
• L’ESD interdit l’alimentation en basse tension des moteurs.
3. Le LVN informe l’ESD du statut des contacteurs de puissance (LVN_ETAT = DESACTIVE) ;
• L’ESD reçoit les informations sur l’état des contacteurs (ouverts ou fermés).
4. L’ESD informe le SEPU de la non distribution d’énergie basse tension aux elPS (LVN_DISPONIBILITE = DESACTIVE) ;
• L’ESD renvoie cette information au SEPU.
5. Le SEPU demande aux elPS de se mettre en mode protection (REQUETE_elPS_MODE_PROTECTION = ACTIVE) ;
• Le SEPU renvoie l’information protection activée aux elPS.
6. Les elPS informent le SEPU de l’activation de leur protection (elPS_MODE_PROTECTION_ETAT = ACTIVE) ;
• Les elPS renvoient les informations au SEPU.
7. Les elPS ne réalisent pas de régime (elPS_VITESSE = 0), quelle que soit leur alimentation en énergie basse tension (ALIM_BT_MIN = ALIM_BT_MAX != 0) et quelle que soit la consigne de la manette des gaz (REQUETE_UTILISATEUR_VITESSE != 0).
• Les elPS ne peuvent pas se mettre en route pendant la phase de charge de la batterie.

Claims (6)

  1. REVENDICATIONS
    1. Procédé d’interdiction de la propulsion d’un avion électrique lorsqu’il est galvaniquement connecté à une station sol, ledit avion électrique comportant un ensemble batterie (ESD), un réseau électrique muni de contacteurs de puissance, au moins un système de propulsion électrique intégré (elPS) et un processeur (SEPU), ledit procédé comprenant dans l’ordre les étapes suivantes :
    - Détection d’une connexion électrique à la station sol par l’ensemble batterie (ESD) ;
    - Désactivation du réseau électrique de l’avion par l’ensemble batterie (ESD) ;
    - Information par le réseau électrique de l’ensemble batterie (ESD) de la désactivation des contacteurs de puissance ;
    - Information par l’ensemble batterie (ESD) du processeur (SEPU) de la non distribution d’énergie électrique à l’au moins un système de propulsion électrique intégré (elPS) ;
    - Demande du processeur (SEPU) à l’au moins un système de propulsion électrique intégré (elPS) de se mettre en mode protection ;
    - Information par l’au moins un système de propulsion électrique intégré (elPS) du processeur (SEPU) de l’activation du mode protection ;
    - Arrêt de l’au moins un système de propulsion intégré (elPS), quelle que soit son alimentation en énergie électrique et quelle que soit la consigne manette d’un utilisateur dudit avion, tant que l’avion est connecté à la station sol.
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’ensemble batterie (ESD) comporte des accumulateurs et leur système de contrôle et de gestion (BMS), ledit système de contrôle et de gestion interdisant l’activation de la pré-charge et la distribution d’énergie électrique à l’au moins un système de propulsion électrique intégré (elPS) lors de l’étape de désactivation du réseau électrique par l’ensemble batterie.
  3. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la désactivation du
    5 réseau électrique par l’ensemble batterie (ESD) est automatisée et survient après la détection d’une connexion de l’avion à une station sol par ledit ensemble batterie.
  4. 4. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la désactivation du
    10 réseau électrique par l’ensemble batterie (ESD) est commandée par un utilisateur de l’avion.
  5. 5. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’avion électrique comporte deux systèmes de propulsion électrique
    15 intégrés (elPS).
  6. 6. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le réseau électrique est un réseau électrique basse tension (LVN) fonctionnant à des tensions inférieures à 1500 Volts.
    1 /1
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