EP3596791A1 - Systeme d'alimentation en energie electrique d'un reseau de bord d'un sous-marin - Google Patents

Systeme d'alimentation en energie electrique d'un reseau de bord d'un sous-marin

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Publication number
EP3596791A1
EP3596791A1 EP18710079.7A EP18710079A EP3596791A1 EP 3596791 A1 EP3596791 A1 EP 3596791A1 EP 18710079 A EP18710079 A EP 18710079A EP 3596791 A1 EP3596791 A1 EP 3596791A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
network
electrical energy
short
circuit
energy storage
Prior art date
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Pending
Application number
EP18710079.7A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Nicolas Pierre
Cyrille GARANS
Dominique Bruneau
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Naval Group SA
Original Assignee
Naval Group SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Naval Group SA filed Critical Naval Group SA
Publication of EP3596791A1 publication Critical patent/EP3596791A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/18—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for batteries; for accumulators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
    • B63G8/00—Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00—Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/0031—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits using battery or load disconnect circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2310/00—The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load
    • H02J2310/40—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle
    • H02J2310/42—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle for ships or vessels

Definitions

  • the present invention relates to a system for supplying electrical energy, in particular an onboard network of a submarine.
  • the invention relates to such an electrical power supply system which comprises means for storing electrical energy based on lithium batteries.
  • These electric power supply systems also comprise means for distributing this electrical energy to user loads, these energy distribution means comprising means for breaking and isolating the connection branches of the charging charges. network user, especially in the event of a short circuit thereof.
  • the protective devices of the network were then sized to be able to cut short circuit currents for example of this type of battery, these currents can for example be up to 50 kA.
  • the Applicant has already proposed reducing the short-circuit current in the event of an internal or external fault by inserting into the power line of each branch in parallel constituting the electrical energy storage system, for example a current chopper.
  • This chopper then makes it possible to limit the output current of each branch to a value parameterized in advance.
  • the short-circuit current is limited to a value compatible with the characteristics of the protective devices of the network to which the battery is connected.
  • the basic concept of this structure is to limit the short-circuit current by connecting only a limited number of branches.
  • This document proposes a system for managing branch connections and disconnections and battery charging.
  • This system requires a discharge circuit and a load circuit decoupled for example by diodes.
  • This system proposes to insert, in the event of a fault on the network, a resistance in the power line of the branches of the battery to attenuate the value of the current by dissipating a high heat energy.
  • a system of static switches for example semiconductor deflects the current in this resistance in case of overcurrent detected at the output of the branches of the battery.
  • This system requires a water cooling device and requires a complete study of the protection and selectivity plan of the electrical network of each type of submarine where it is installed, in order to define the value of the resistance that will allow limit the short-circuit current to a value allowing the operation of the electrical protection systems of the network.
  • the object of the invention is therefore to solve these problems.
  • the subject of the invention is a system for supplying electrical energy, in particular an onboard network of a submarine, of the type comprising means for storing electrical energy based on lithium batteries and means for distributing this electrical energy to user loads, these distribution means including means for breaking and isolating connecting branches of the user loads, particularly in the event of a short-circuit thereof, characterized in that it comprises:
  • network connection means means for generating a controlled short-circuit current, for triggering the operation of the cutoff and isolation means associated with the short-circuited branch, in order to isolate it from the rest of the network,
  • the means for monitoring the evolution of the current delivered by the electrical energy storage means comprise means for analyzing the variation of this current over time in order to detect the appearance of a short circuit as soon as this variation exceeds a predetermined threshold;
  • the electrical energy storage means comprise a plurality of branches in parallel, each of which comprises disconnection means;
  • the battery disconnecting means comprise controlled semiconductor switching devices
  • the controlled semiconductor switching devices comprise MOSFET transistors
  • the means for breaking and isolating the connecting branches of the user loads comprise circuit breakers
  • the distribution means comprise at least one battery panel, at least one main panel and at least one secondary electrical energy distribution panel, connected between the energy storage means and the user loads;
  • it furthermore comprises means for measuring the isolation of the remainder of the network after disconnection of the energy storage means, to avoid reconnecting these storage means to the network, in the event of detection of an insulation fault of the network .
  • FIG. 1 represents the general structure of part of a system for supplying electrical energy, in particular an onboard network of a submarine;
  • FIGS. 2 to 7 illustrate the operation of such a system; according to a first embodiment, and
  • This comprises means for storing electrical energy based on lithium batteries, designated by the general reference 1.
  • these energy storage means comprise several battery branches in parallel, designated by the general references 2, 3 and 4, for example in this FIG.
  • Each of these branches is connected to a battery panel designated by the general reference 5, through connection / disconnection means, respectively 6, 7 and 8.
  • connection / disconnection means comprise, for example, semiconductor switching devices.
  • controlled conductors such as for example MOSFET transistors, inserted in the branches.
  • the battery table 5 also comprises a circuit breaker designated by the general reference 9.
  • This battery board 5 is connected to at least one main electric power distribution board, one of which is designated for example by the general reference 10 in this FIG.
  • This main electrical power distribution panel 10 also comprises for example several power supply branches, each of which also comprises a circuit breaker.
  • This power supply branch makes it possible to connect this main electrical energy distribution board 10 to at least one secondary electric power distribution board, one of which is designated for example by the general reference 12 in this figure.
  • This secondary electric power distribution board 12 supplies user load connection branches, for example the branch designated by the general reference 13 in this figure, through branch breaking and isolation means, comprising: also for example a circuit breaker, designated by the general reference 14.
  • a short-circuit generator designated by the general reference 15, is connected to the battery board 5, through switch-shaped connection means, designated by the general reference 16 in this figure, controllable on closing and on opening to connect or disconnect this generator 15 from the battery board 5.
  • Such a power supply structure is then relatively conventional insofar as the electrical energy storage means comprise lithium battery branches, connected to a battery panel, itself connected through a main and secondary table cascade. distribution, to user load connection branches.
  • Each of these tables comprises means of cut-off and isolation for example based circuit breakers, which are then calibrated according to their location in the power supply, to cut the corresponding branch and isolate it from the rest of the network.
  • Cutting means comprising semiconductor devices are used for this purpose.
  • the short circuit current of the system can reach extremely important values.
  • a DC fuse according to current technologies has a breaking capacity of only 100 kA maximum and must be changed after melting, which, in the applications mentioned, is not conceivable or at least not is not acceptable, for reasons of accessibility and rapid availability of energy after a fault.
  • a DC circuit breaker which can be reset, also has a breaking capacity of the order of 100 kA maximum according to current technologies.
  • Another aspect to take into account when dimensioning the protection of such a circuit, and in particular the calibration of the circuit breakers, is the selectivity of the different elements of the whole chain or the cascade of circuit breakers or fuses of the electrical distribution of the system.
  • the power supply system uses means for monitoring the evolution of the output current of the electrical energy storage means in order to detect the occurrence of a short circuit in the network.
  • these monitoring means analyze the variation of this current in time to detect a crossing of a trigger limit threshold characteristic of a short-circuit fault, for example.
  • FIGS. 2 to 7 show a first embodiment of such a system.
  • the means 17 for monitoring the evolution of the output current of the means electrical energy storage detect the appearance of this fault and in particular a short circuit in the network.
  • This monitoring is a fact for example an analysis of the variation of the current in time conventionally.
  • the system triggers the disconnection of the electrical energy storage means from the rest of the network, by opening the semiconductor switching devices 6, 7 and 8, as illustrated in FIG. figure 3.
  • the system connects to the network and more particularly to Table 5, the short-circuit generation means 15, as shown in FIG. 4, by closing the connection means 16.
  • these generation means are adapted to cause a controlled short-circuit current, to trigger the operation of the cut-off and isolation means associated with the branch in short-circuit fault, in order to isolate it from the rest of the network, as shown in Figure 5.
  • chain or cascade network protection circuit breakers located at different levels thereof, is designed and calibrated to obtain the selectivity mentioned above, opening branches in default as the branch 13.
  • the system opens the means 16 for connecting the short-circuit generator to disconnect it from the network.
  • the system causes the disconnection of the battery at first. Then the short circuit generation means are connected to the network to cause the tripping of the protection circuit breaker of the faulty user load branch.
  • the short-circuit generator is then disconnected from the network and it is possible to reconnect the battery to this network to make electrical energy available.
  • FIGS. 8 to 16 illustrate an alternative embodiment of this system, which furthermore incorporates means 20 for measuring the insulation of the remainder of the network after disconnection of the electrical energy storage means, in order to avoid dimensioning the means 16 so that they can withstand the short-circuit current of the generation means 15, on closing.
  • FIG. 8 when the appearance of a fault is detected, FIG. 8, the system disconnects the battery from the network, FIG. 9.
  • the system opens the circuit breaker 9 of the battery panel 5, to enable, FIG. 11, the means 20 to measure the isolation of the rest of the network and to determine whether it is possible or not. continue the process of isolating the defect as described.
  • semiconductor means based on MOSFET transistors for example, at the output of each branch of the battery, the function of which is to open rapidly for example in a less than 100 microseconds, in case of detection of too much current rise.
  • a short-circuit current generator is then connected to the network.
  • connection means of the short-circuit current generator may also be based on controlled semiconductor switch technology.

Abstract

Ce système, comportant des moyens (1) de stockage d'énergie à base de batteries au lithium et des moyens (5, 10, 12) de distribution de cette énergie à destination de charges d'utilisateur, comprenant des moyens (9, 11, 14) de coupure et d'isolement de branches (13) de raccordement des charges d'utilisateur notamment en cas de court-circuit, est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (17) de surveillance de l'évolution du courant de sortie des moyens de stockage d'énergie pour détecter l'apparition d'un court-circuit dans le réseau, des moyens (6, 7, 8) de déconnexion des moyens de stockage d'énergie du reste du réseau en cas d'une telle détection, des moyens (16) de raccordement au réseau, de moyens (15) de génération d'un courant de court-circuit maîtrisé, pour déclencher le fonctionnement des moyens (14) de coupure et d'isolement associés à la branche en court-circuit (13), afin d'isoler celle-ci du reste du réseau, des moyens (16) de déconnexion du générateur de courant de court-circuit (15) du réseau, et des moyens (6, 7, 8) de reconnexion des moyens de stockage d'énergie électrique au reste du réseau.

Description

SYSTEME D'ALIMENTATION EN ENERGIE ELECTRIQUE D'UN RESEAU DE
BORD D'UN SOUS-MARIN
La présente invention concerne un système d'alimentation en énergie électrique notamment d'un réseau de bord d'un sous-marin.
Plus particulièrement, l'invention se rapporte à un tel système d'alimentation en énergie électrique qui comporte des moyens de stockage d'énergie électrique à base de batteries au lithium.
Ces systèmes d'alimentation en énergie électrique comportent également des moyens de distribution de cette énergie électrique à destination de charges d'utilisateur, ces moyens de distribution d'énergie comportant des moyens de coupure et d'isolement de branches de raccordement des charges d'utilisateur au réseau, notamment en cas de court-circuit de celles-ci.
De façon traditionnelle, les moyens de stockage d'énergie électrique pour ce type d'applications par exemple à des sous-marins, ont été basés sur l'utilisation de batteries au plomb.
Les appareillages de protection du réseau ont alors été dimensionnés pour pouvoir couper des courants de court-circuit par exemple de ce type de batteries, ces courants pouvant par exemple s'élever jusqu'à 50 kA.
Or la tendance actuelle est d'utiliser des batteries au lithium et en particulier des batteries lithium/ion, en tant que moyens de stockage d'énergie électrique pour le type d'applications envisagées.
Or, les courants de court-circuit de telles batteries au lithium/ion sont beaucoup plus élevés que les courants de court-circuit des batteries au plomb.
On cite par exemple des valeurs de 300 kA, c'est-à-dire des valeurs six fois plus élevées que les courants de court-circuit des batteries au plomb.
Il se pose alors la question de savoir comment couper ou interrompre de tels courants de court-circuit avec des appareillages de protection de réseau de conception antérieure.
La demanderesse a déjà proposé de réduire le courant de court-circuit en cas de défaut interne ou externe, en insérant dans la ligne de puissance de chaque branche en parallèle constituant le système de stockage d'énergie électrique, par exemple un hacheur de courant.
Ce hacheur permet alors de limiter le courant de sortie de chaque branche à une valeur paramétrée à l'avance. Ainsi le courant de court-circuit est limité à une valeur compatible avec les caractéristiques des appareillages de protection du réseau auquel est connectée la batterie.
Cependant le développement de ce type de système à hacheurs est rendu compliqué par la nécessité d'une coordination entre les différents hacheurs des différentes branches et une connaissance de l'impédance en aval du hacheur pour un bon fonctionnement de la solution.
D'autres solutions ont été proposées comme par exemple dans le document EP 1 641 066.
Dans ce document on propose de réaliser la batterie par branche afin de limiter le courant de court-circuit.
Le concept de base de cette structure est alors de limiter le courant de court-circuit en ne connectant qu'un nombre limité de branches.
Ce document propose alors un système de gestion des connexions et des déconnexions des branches et de charge des batteries.
Ce système nécessite un circuit de décharge et un circuit de charge découplés par exemple par des diodes.
De plus il impose une gestion complexe des capacités des différentes branches de la batterie lors de la charge et de la décharge.
Cette gestion nécessite de connaître très précisément les états de charge des branches pour éviter des courants d'échange trop importants entre branches lors de la connexion et de la déconnexion de celles-ci.
Or la connaissance précise de l'état de charge d'une batterie au lithium n'est pas simple.
Une autre solution de limitation et de coupure des courants de court-circuit pour des batteries au lithium de forte capacité, notamment pour des applications aux sous- marins, a également été présentée en 2013.
Ce système propose d'insérer, en cas de défaut sur le réseau, une résistance dans la ligne de puissance des branches de la batterie pour atténuer la valeur du courant en dissipant une forte énergie calorifique.
Un système d'interrupteurs statiques par exemple à semi-conducteur, permet de dévier le courant dans cette résistance en cas de surintensité détectée en sortie des branches de la batterie.
Ce système nécessite un dispositif de réfrigération à eau et demande une étude complète du plan de protection et de sélectivité du réseau électrique de chaque type de sous-marins où il est implanté, afin de définir la valeur de la résistance qui permettra de limiter le courant de court-circuit à une valeur permettant le fonctionnement des systèmes de protection électrique du réseau.
Une telle solution est décrite par exemple dans le document WO 2010/089338.
Ainsi ces différentes solutions sont fondées sur une limitation du courant en sortie des branches de la batterie en vue d'assurer la protection du réseau et la sélectivité du réseau en cas de défaut, cette limitation permettant d'assurer une valeur de courant fournie par la batterie compatible avec les caractéristiques des appareillages de protection du réseau.
Mais on a vu que de tels systèmes sont complexes et compliqués à mettre ou point et en œuvre.
Le but de l'invention est donc de résoudre ces problèmes.
A cet effet l'invention a pour objet un système d'alimentation en énergie électrique notamment d'un réseau de bord d'un sous-marin, du type comportant des moyens de stockage d'énergie électrique à base de batteries au lithium et des moyens de distribution de cette énergie électrique à destination de charges d'utilisateur, ces moyens de distribution comportant des moyens de coupure et d'isolement de branches de raccordement des charges d'utilisateur notamment en cas de court-circuit de celles-ci, caractérisé en ce qu'il comporte :
- des moyens de surveillance de l'évolution du courant de sortie des moyens de stockage d'énergie électrique pour détecter l'apparition d'un court-circuit dans le réseau,
- des moyens de déconnexion des moyens de stockage d'énergie électrique du reste du réseau en cas d'une telle détection,
- des moyens de raccordement au réseau, de moyens de génération d'un courant de court-circuit maîtrisé, pour déclencher le fonctionnement des moyens de coupure et d'isolement associés à la branche en court-circuit, afin d'isoler celle-ci du reste du réseau,
- des moyens de déconnexion du générateur de courant de court-circuit du réseau, et
- des moyens de reconnexion des moyens de stockage d'énergie électrique au reste du réseau.
Suivant d'autres caractéristiques du système selon l'invention, prises seules ou en combinaison :
- les moyens de surveillance de l'évolution du courant délivré par les moyens de stockage d'énergie électrique comportent des moyens d'analyse de la variation de ce courant dans le temps pour détecter l'apparition d'un court-circuit dès que cette variation dépasse un seuil prédéterminé ; - les moyens de stockage d'énergie électrique comportent plusieurs branches en parallèle dont chacune comportent des moyens de déconnexion ;
- les moyens de déconnexion de la batterie comportent des organes commutateurs à semi-conducteur pilotés ;
- les organes commutateurs à semi-conducteur pilotés comprennent des transistors MOSFET ;
- les moyens de coupure et d'isolement des branches de raccordement des charges d'utilisateur comprennent des disjoncteurs ;
- les moyens de distribution comprennent au moins un tableau de batterie, au moins un tableau principal et au moins un tableau secondaire de distribution d'énergie électrique, raccordés entre les moyens de stockage d'énergie et les charges d'utilisateur ;
- il comporte en outre des moyens de mesure d'isolement du reste du réseau après déconnexion des moyens de stockage d'énergie, pour éviter de reconnecter ces moyens de stockage au réseau, en cas de détection d'un défaut d'isolement du réseau.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 représente la structure générale d'une partie d'un système d'alimentation en énergie électrique notamment d'un réseau de bord d'un sous-marin, - les figures 2 à 7 illustrent le fonctionnement d'un tel système selon un premier mode de réalisation, et
- les figures 8 à 16 illustrent le fonctionnement d'un tel système selon un second mode de réalisation.
On a en effet illustré sur la figure 1 , un système d'alimentation en énergie électrique notamment d'un réseau de bord d'un sous-marin.
Celui-ci comporte des moyens de stockage d'énergie électrique à base de batteries au lithium, désignés par la référence générale 1 .
En fait ces moyens de stockage d'énergie comportent plusieurs branches de batteries en parallèle, désignées par les références générales 2, 3 et 4 par exemple sur cette figure 1 .
Chacune de ces branches est raccordée à un tableau de batterie désigné par la référence générale 5, à travers des moyens de connexion/déconnexion, respectivement 6, 7 et 8.
Comme cela sera décrit plus en détail par la suite, ces moyens de connexion/déconnexion comportent par exemple des organes commutateurs à semi- conducteur pilotés, tels que par exemple des transistors MOSFET, insérés dans les branches.
Bien entendu, d'autres organes commutateurs à semi-conducteur peuvent être envisagés.
Le tableau de batterie 5 comporte également un disjoncteur désigné par la référence générale 9.
Ce tableau de batterie 5 est relié à au moins un tableau principal de distribution d'énergie électrique, dont l'un est désigné par exemple par la référence générale 10 sur cette figure 1 .
Ce tableau principal de distribution d'énergie électrique 10 comporte également par exemple plusieurs branches d'alimentation, dont chacune comporte également un disjoncteur.
Ainsi une branche est illustrée sur cette figure et elle comporte un disjoncteur désigné par la référence générale 1 1 sur cette figure.
Cette branche d'alimentation permet de raccorder ce tableau principal 10 de distribution d'énergie électrique, à au moins un tableau secondaire de distribution d'énergie électrique, dont l'un est désigné par exemple par la référence générale 12 sur cette figure.
Ce tableau secondaire de distribution d'énergie électrique 12 alimente des branches de raccordement de charges d'utilisateur, comme par exemple la branche désignée par la référence générale 13 sur cette figure, à travers des moyens de coupure et d'isolement de branche, comprenant également par exemple un disjoncteur, désigné par la référence générale 14.
Un générateur de court-circuit, désigné par la référence générale 15, est raccordé au tableau de batterie 5, à travers des moyens de raccordement en forme de commutateur, désignés par la référence générale 16 sur cette figure, pilotables à la fermeture et à l'ouverture pour connecter ou déconnecter ce générateur 15 du tableau de batterie 5.
Une telle structure d'alimentation est alors relativement classique dans la mesure où les moyens de stockage d'énergie électrique comprennent des branches de batteries au lithium, raccordées à un tableau de batterie, lui-même raccordé à travers une cascade de tableaux principal et secondaire de distribution, à des branches de raccordement de charges d'utilisateur.
Chacun de ces tableaux comporte des moyens de coupure et d'isolement par exemple à base de disjoncteurs, qui sont alors calibrés selon leur emplacement dans la cascade d'alimentation, pour couper la branche correspondante et l'isoler du reste du réseau.
Contrairement aux systèmes de l'état de la technique, qui proposaient de limiter la valeur du courant de court-circuit en sortie du système de batteries, dans le système selon l'invention, on propose de déconnecter la batterie avant qu'elle n'ait atteint sa valeur maximale de courant de court-circuit.
On utilise alors à cet effet des moyens de coupure comprenant des organes à semi-conducteur.
Pour illustrer le problème évoqué précédemment concernant la valeur du courant de court-circuit des batteries au lithium, on peut prendre comme exemple le cas d'une mise en parallèle de plusieurs packs de batteries pour des applications de plusieurs centaines de kilowatts/heure.
Le courant de court-circuit du système peut atteindre des valeurs extrêmement importantes.
Par exemple si on considère cinquante packs de batteries en parallèle dont chacun peut fournir 4 kA, ceci se traduit par un courant de court-circuit du système de l'ordre de 20 kA.
De façon classique, un fusible en courant continu selon les technologies actuelles n'a un pouvoir de coupure que de 100 kA maximum et doit être changé après fusion, ce qui, dans les applications mentionnées, n'est pas envisageable ou du moins n'est pas acceptable, pour des raisons d'accessibilité et de disponibilité rapide de l'énergie après un défaut.
De même, un disjoncteur à courant continu, qui lui peut être réarmé, n'a également un pouvoir de coupure que de l'ordre de 100 kA maximum selon les technologies actuelles.
Ainsi ces systèmes ne sont pas conçus pour pouvoir couper des valeurs de court- circuit au-delà de cette valeur.
C'est la raison pour laquelle l'invention propose d'agir avant que le courant de court-circuit n'ait atteint sa valeur maximale.
Ceci permet de limiter le courant de court-circuit en deçà des valeurs acceptables par le ou les disjoncteurs ou le ou les fusibles tels que décrits, pour garantir l'ouverture du circuit tout en restant dans la zone dans laquelle l'appareillage de protection est apte à interrompre de courant.
Un autre aspect à prendre en compte lors du dimensionnement de la protection d'un tel circuit, et en particulier du calibrage des disjoncteurs, est la sélectivité des différents éléments de l'ensemble de la chaîne ou de la cascade de disjoncteurs ou de fusibles de la distribution électrique du système.
Pour cela, le courant de court-circuit doit être maîtrisé.
En particulier, il ne doit pas être limité trop bas sous peine de voir certains disjoncteurs ouvrir trop lentement, voire même de ne pas ouvrir du tout, ce qui serait dangereux pour la protection du réseau de façon générale et des différents composants de celui-ci en particulier.
Il ne faut pas non plus que le pack de batteries limite le courant de court-circuit à un niveau tel qu'il ne fasse pas disjoncter les protections aval de la distribution électrique dans le réseau, sinon l'ensemble de l'installation sera totalement en défaut pour le moindre défaut local.
A cet effet, dans le système d'alimentation selon l'invention, on utilise des moyens de surveillance de l'évolution du courant de sortie des moyens de stockage d'énergie électrique pour détecter l'apparition d'un court-circuit dans le réseau.
En particulier, ces moyens de surveillance analysent la variation de ce courant dans le temps pour détecter un franchissement d'un seuil limite de déclenchement caractéristique d'un défaut de court-circuit par exemple.
Ces moyens de surveillance sont désignés par la référence générale 17 sur la figure 1 .
Ces moyens de surveillance du courant sont alors utilisés pour déclencher le fonctionnement des différents moyens et organes de protection du système et du réseau, afin d'assurer la protection globale du réseau, la sélectivité du déclenchement et la remise à disposition d'énergie électrique de façon optimale ce qui est important pour ce type d'applications.
On a illustré sur les figures 2 à 7, un premier exemple de réalisation d'un tel système.
On reconnaît sur ces figures 2 à 7, les différents éléments qui ont déjà été décrits en regard de la figure 1 .
Lors de l'apparition d'un défaut sur l'une des branches de charge d'utilisateur telle que par exemple la branche 13, comme illustré sur la figure 2, les moyens 17 de surveillance de l'évolution du courant de sortie des moyens de stockage d'énergie électrique, détectent l'apparition de ce défaut et en particulier d'un court-circuit dans le réseau.
Cette surveillance est une fait par exemple une analyse de la variation du courant dans le temps de façon classique. En réponse à cette détection de ce court-circuit, le système déclenche la déconnexion des moyens de stockage d'énergie électrique du reste du réseau, en ouvrant les organes commutateurs à semi-conducteur 6, 7 et 8, comme cela est illustré sur la figure 3.
Une fois ces organes commutateurs à semi-conducteur ouverts, le système raccorde au réseau et plus particulièrement au tableau 5, les moyens de génération de court-circuit 15, comme cela est illustré sur la figure 4, en fermant les moyens de raccordement 16.
Comme cela a été indiqué précédemment, ces moyens de génération sont adaptés pour provoquer un courant de court-circuit maîtrisé, permettant de déclencher le fonctionnement des moyens de coupure et d'isolement associés à la branche en défaut de court-circuit, afin d'isoler celle-ci du reste du réseau, comme cela est illustré sur la figure 5.
En effet, la chaîne ou la cascade de disjoncteurs de protection du réseau, implantés aux différents niveaux de celui-ci, est conçue et calibrée pour permettre d'obtenir la sélectivité évoquée précédemment, d'ouverture des branches en défaut comme la branche 13.
Ceci permet alors d'isoler la branche et le défaut par rapport au reste du circuit d'alimentation.
Une fois ce défaut isolé, le système ouvre les moyens 16 de raccordement du générateur de court-circuit pour le déconnecter du réseau.
Le disjoncteur 14 de la branche de charge d'utilisateur en défaut par exemple 13 étant ouvert, il est alors possible de reconnecter la batterie au réseau pour rendre à nouveau disponible l'énergie électrique, en refermant les organes commutateurs à semi- conducteur 6, 7 et 8, comme illustré sur la figure 7.
Ceci permet de rétablir l'alimentation du réseau à l'exception de la branche 13 en défaut.
On conçoit qu'une telle structure présente un certain nombre d'avantages.
En effet, en surveillant l'évolution du courant de sortie des moyens de stockage d'énergie électrique, et en particulier, en analysant la variation de ce courant dans le temps pour détecter l'apparition d'un court-circuit, dès que cette variation dépasse un seuil prédéterminé, il est possible d'anticiper le fonctionnement des moyens de sécurité et de protection du réseau.
En réponse le système provoque dans un premier temps la déconnexion de la batterie. Puis les moyens de génération de court-circuit sont raccordés au réseau pour provoquer le déclenchement du disjoncteur de protection de la branche de charge d'utilisateur en défaut.
Ceci permet d'isoler ce défaut du reste du réseau.
Le générateur de court-circuit est ensuite déconnecté du réseau et il est possible de reconnecter la batterie à ce réseau pour rendre l'énergie électrique disponible.
Sur les figures 8 à 16, on a illustré une variante de réalisation de ce système, qui incorpore en outre des moyens 20 de mesure d'isolement du reste du réseau après déconnexion des moyens de stockage d'énergie électrique, pour éviter de dimensionner les moyens 16 afin qu'ils puissent supporter le courant de court-circuit des moyens de génération 15, à la fermeture.
Le fonctionnement général de ce mode de réalisation du système selon l'invention est très proche de celui qui a été décrit précédemment.
En effet lors de la détection de l'apparition d'un défaut, figure 8, le système déconnecte la batterie du réseau, figure 9.
Puis, comme cela est illustré sur la figure 10, le système ouvre le disjoncteur 9 du tableau de batterie 5, pour permettre, figure 1 1 , aux moyens 20 de mesurer l'isolement du reste du réseau et déterminer si il est possible ou non de poursuivre le déroulement du processus d'isolement du défaut tel que décrit.
Si c'est le cas, sur la figure 12, le générateur de court-circuit 15 est raccordé au réseau par les moyens 16 et le disjoncteur 9 du tableau de batterie 5 est refermé, figure 13.
Ceci permet alors de provoquer l'ouverture du disjoncteur associé à la branche en défaut comme cela est illustré sur la figure 14, pour isoler celui-ci du reste du réseau.
La déconnexion du générateur de courant de court-circuit est illustrée sur la figure
15 et la reconnexion de la batterie sur la figure 16.
On conçoit donc que dans le système selon l'invention, on utilise des moyens à semi-conducteur à base de transistors MOSFET par exemple, en sortie de chaque branche de la batterie, dont la fonctionnalité est de s'ouvrir rapidement par exemple dans un temps inférieur à 100 microsecondes, en cas de détection d'une montée trop importante du courant.
Ceci permet alors de déconnecter la batterie avant que cette dernière n'ait établi sa valeur nominale de courant de court-circuit.
Un générateur de courant de court-circuit est alors connecté au réseau.
Sa fonction est de fournir le courant de court-circuit suffisant pour éliminer le court- circuit par ouverture de l'appareillage de protection de la branche en défaut. Une fois le défaut éliminé, le générateur de courant de court-circuit est isolé de ce réseau et la batterie est reconnectée au réseau.
Différentes technologies de générateurs de courant de court-circuit peuvent être envisagées comme par exemple une technologie électromécanique.
Les moyens de raccordement du générateur de courant de court-circuit peuvent également être à base de technologie de commutateurs à semi-conducteur pilotés.
Bien entendu d'autres modes de réalisation encore peuvent être envisagés.

Claims

REVENDICATIONS
1 . - Système d'alimentation en énergie électrique notamment d'un réseau de bord d'un sous-marin, du type comportant des moyens (1 ) de stockage d'énergie électrique à base de batteries au lithium et des moyens (5, 10, 12) de distribution de cette énergie électrique à destination de charges d'utilisateur, ces moyens de distribution comportant des moyens (9, 1 1 , 14) de coupure et d'isolement de branches (13) de raccordement des charges d'utilisateur notamment en cas de court-circuit de celles-ci, caractérisé en ce qu'il comporte :
- des moyens (17) de surveillance de l'évolution du courant de sortie des moyens de stockage d'énergie électrique pour détecter l'apparition d'un court-circuit dans le réseau,
- des moyens (6, 7, 8) de déconnexion des moyens de stockage d'énergie électrique du reste du réseau en cas d'une telle détection,
- des moyens (16) de raccordement au réseau, de moyens (15) de génération d'un courant de court-circuit maîtrisé, pour déclencher le fonctionnement des moyens (14) de coupure et d'isolement associés à la branche en court-circuit (13), afin d'isoler celle-ci du reste du réseau,
- des moyens (16) de déconnexion du générateur de courant de court-circuit (15) du réseau, et
- des moyens (6, 7, 8) de reconnexion des moyens de stockage d'énergie électrique au reste du réseau.
2. - Système d'alimentation selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les moyens (17) de surveillance de l'évolution du courant délivré par les moyens de stockage d'énergie électrique comportent des moyens d'analyse de la variation de ce courant dans le temps pour détecter l'apparition d'un court-circuit dès que cette variation dépasse un seuil prédéterminé. 3.- Système d'alimentation selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens (1 ) de stockage d'énergie électrique comportent plusieurs branches en parallèle (2,
3, 4) dont chacune comportent des moyens de déconnexion (6, 7, 8).
4.- Système d'alimentation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de déconnexion (6, 7, 8) de la batterie comportent des organes commutateurs à semi-conducteur pilotés.
5.- Système d'alimentation selon la revendication 4, caractérisé en ce que les organes commutateurs à semi-conducteur pilotés comprennent des transistors MOSFET.
6.- Système d'alimentation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de coupure et d'isolement des branches de raccordement des charges d'utilisateur comprennent des disjoncteurs (14).
7.- Système d'alimentation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de distribution comprennent au moins un tableau de batterie (5) , au moins un tableau principal (10) et au moins un tableau secondaire (12) de distribution d'énergie électrique, raccordés entre les moyens de stockage d'énergie et les charges d'utilisateur.
8.- Système d'alimentation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens (20) de mesure d'isolement du reste du réseau après déconnexion des moyens de stockage d'énergie, pour éviter de reconnecter ces moyens de stockage au réseau, en cas de détection d'un défaut d'isolement du réseau.
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