EP4544883A1 - Platine generique de distribution de puissance electrique haute tension en continu - Google Patents

Platine generique de distribution de puissance electrique haute tension en continu

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Publication number
EP4544883A1
EP4544883A1 EP23736427.8A EP23736427A EP4544883A1 EP 4544883 A1 EP4544883 A1 EP 4544883A1 EP 23736427 A EP23736427 A EP 23736427A EP 4544883 A1 EP4544883 A1 EP 4544883A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
contactors
plate
high voltage
electrical distribution
contact
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23736427.8A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Ludovic GUYOT
Jérôme Valire
Arnaud BADAULT
Olivier Deshayes
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.)
Safran Electrical and Power SAS
Original Assignee
Safran Electrical and Power SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Safran Electrical and Power SAS filed Critical Safran Electrical and Power SAS
Publication of EP4544883A1 publication Critical patent/EP4544883A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/14—Mounting supporting structure in casing or on frame or rack
    • H05K7/1422—Printed circuit boards receptacles, e.g. stacked structures, electronic circuit modules or box like frames
    • H05K7/1427—Housings
    • H05K7/1432—Housings specially adapted for power drive units or power converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2105/00—Networks for supplying or distributing electric power characterised by their spatial reach or by the load
    • H02J2105/30—Networks for supplying or distributing electric power characterised by their spatial reach or by the load the load networks being external to vehicles, i.e. exchanging power with vehicles
    • H02J2105/32—Networks for supplying or distributing electric power characterised by their spatial reach or by the load the load networks being external to vehicles, i.e. exchanging power with vehicles for aircrafts

Definitions

  • the present invention relates to the field of electrical power distribution, particularly in an aircraft, and more particularly to a generic high voltage direct current electrical power distribution board.
  • electrical distribution units are generally used equipped with electromechanical power contactors, Kn and Kp, intended to switch the HV+ and HV power lines between a source and a load.
  • the power contactors, Kn and Kp are used to switch the power on the one hand and to isolate the line on the other hand.
  • Kn and Kp contactors are associated with other components such as a precharging circuit.
  • the precharge circuit is included on the HV+ power line with a contactor K1 and a power resistor R1.
  • a current sensor also makes it possible to measure the current in the HV+ and HV- lines in order to control contactors Kp, Kn and K1 and to ensure current protection of the distribution line.
  • Electronic control activates the motors used to control the contactors.
  • the assembly constitutes a BPMU (acronym for the English expression “Bus Power Management Unit”) which can for example be used between a high voltage battery and an electric motor in the case of all-electric propulsion of a small aircraft.
  • This BPMU is an example of a precharge resistor high voltage interrupting device.
  • Figure 1 represents the general block diagram of an example 10 of such a BPMU.
  • the BPMU 10 intended to be contained in the power distribution unit comprises a parallel branch (precharge branch 12) to the main switching element 14 Kp / Kn arranged between the source of electrical power and the high and low voltage lines HV+ and HV- powering the load.
  • This Kp couple! Kn of electromechanical contactors ensure galvanic isolation in the open state and a very low impedance (around a hundred mV under nominal current) in the closed state.
  • These electromechanical contactors are conventionally controlled from a control module 16 according to voltage and/or current information recorded upstream and downstream of these contactors.
  • the physical realization of the electrical power distribution units is based on a box and/or a plate.
  • the specific arrangement of the different components of the BPMU depends on the application and therefore, the power distribution unit must be made “tailor-made” each time, depending on the application. Only the basic components (switches, motors, resistors, and others) are generic products and constitute the bricks reused for the applications. To summarize, distribution units are designed to adapt as needed from discrete mechanically integrated elements.
  • FIG. 2 A top view of an example 40 of the generic power distribution board from patent application FR 22 01421 is shown in Figure 2 and a bottom view is shown in Figure 3.
  • the contactors for example the Kp, Kn contactors
  • the plate 40 which serves as mechanical support for the assembly to make the solution compact and reduce the electrical and mechanical interfaces as much as possible.
  • Motors, auxiliary contacts and beam of the mobile part are on one side of the plate, while the contact chambers (fixed and mobile) are on the other side of the plate.
  • Insulating screw protection caps 32a, 32b, 35a, 35b are provided to avoid the risk of short circuit between the two polarities by external object.
  • the other components include: a current probe 52, two resistors 54, 55, and a precharge contactor 56. Still other components (for example a fuse) may be present but not are not represented.
  • the complementary sets of contactors, 48a, 48b include the motors, auxiliary contacts and beam of the moving part of the Kp and Kn contactors.
  • the motors are marked 51a and 51b on the drawings.
  • Engine 51 has active Kp.
  • This generic board 40 can be used to implement the circuit shown in Figure 1, as well as other circuits.
  • the generic plate allows, in particular, the arrangement of complementary assemblies of contactors in two orthogonal orientations allowing the motors to activate contact terminals of different sub-assemblies of the contact chambers and thus to produce parallel or series configurations of the contactors. contactors. Fixing points 60, and screws 61 make it possible to fix the complementary assemblies of contactors, 48a, 48b according to the desired configuration (in series or in parallel).
  • the components arranged on the second major surface 42 of the plate 40 are arranged so as to leave a free space constituting a fixing zone for the complementary assemblies of the two contactors, the fixing zone being dimensioned to allow the arrangement of the complementary assemblies of the contactors according to the two orthogonal orientations, a first orientation according to which each of the motors of the complementary contactor assemblies activates the terminals of a first respective sub-assembly of the contact terminal chambers, and a second orientation according to which each of the motors of the complementary contactor assemblies activates the terminals of a second respective sub-assembly of the contact terminal chambers, the contact chambers of the first and second sub-assemblies being aligned in respective orthogonal directions.
  • the center distances of the contactor chambers and the center distances of the complementary assemblies of the contactors are dimensioned to align the contacts of the two contactors with the corresponding motors of the complementary assemblies of the contactors according to the first and the second orientation of the complementary assemblies of the contactors.
  • the generic modular board having contactors integrated on a power board and allowing two layout configurations facilitates adaptation to the need for distribution and precharging use in a high voltage DC network.
  • the high level of integration of the components on the power board makes it possible to optimize the mass and volume of the function.
  • the modularity of the solution also makes it possible to meet different needs thanks to the configurations offered which make it generic.
  • the generic board 40 also allows the creation of circuits which only require two contactors, that is to say circuits which omit either Kp or Kn, in which case we can eliminate, for each omitted contactor, two contact chambers in the locations provided on surface 41 of the plate.
  • Figure 4 shows zone 47a of the generic plate where the fixed contacts 37 1 are then found; 37 2 when a contact chamber is not mounted in one of the locations provided on the surface 41 of the plate: in the example shown in Figure 4, the contact chamber 45a has been omitted from the device.
  • the power bar shown in Figure 5 includes mechanical assemblies to make electrical connections in the case where a two-contactor configuration is used. These connections cannot be completely insulated and therefore have bare and exposed live metal parts. This can be dangerous for maintenance operators or be the source of an electrical fault in the presence of a metallic foreign body in this area.
  • the present invention aims to overcome the drawbacks mentioned above.
  • the main objective of the present invention is therefore to propose a generic, modular electrical power distribution board, with contactors integrated on the power board, configured to allow adaptation to the need for use of distribution and precharging in a high-voltage network.
  • direct voltage including to allow an adaptation which implies the absence of a movable contact at one of the mounting locations provided on the plate.
  • a continuous high voltage electrical distribution board characterized in that: on a first of the major surfaces of the board are provided locations for mounting fixed contact terminal chambers and mobile of two electromechanical contactors, a pair of fixed contacts being provided at each contact chamber mounting location, while on the second major surface of the plate are arranged locations for mounting complementary assemblies of the two contactors, these assemblies each comprising a respective motor intended to activate the contact terminals of one of the respective contactors, a protection component is mounted at at least one of the contact chamber mounting locations, in place of the movable contact, said protection component comprising : an insulating cover defining with the surface of the plate a closed space comprising an electrical connection shunt arranged to connect the pair of fixed contacts together.
  • the plate according to the configuration described above allows for the best possible integration, and allows the fixed contacts to be connected in a reduced space requirement.
  • the protection component of the aforementioned high voltage electrical distribution board comprises a pressurized spring arranged to press the connection shunt against the fixed contacts. In this way, the continuity of the current path is ensured with increased reliability.
  • the aforementioned high voltage electrical distribution board includes a precharging function. This configuration makes it possible to obtain a significant reduction in terms of mass and volume compared to previously proposed devices which include a precharging function.
  • the invention also relates to a continuous high-voltage electrical distribution unit equipped with the aforementioned high-voltage distribution board.
  • the aforementioned high voltage electrical distribution unit is mounted between a storage unit and a high voltage direct current (HVDC) bus of an aircraft.
  • the storage unit can be a battery or a supercapacitor.
  • the invention also relates to an electrical power distribution network of an aircraft comprising an electrical power distribution unit as mentioned above.
  • Figure 1 shows the general synoptic of an example of an electrical distribution unit equipped with electromechanical power contactors according to the prior art
  • Figure 2 shows a top view of a generic high voltage continuous distribution board, with complementary sets of power contactors arranged in a first orientation
  • Figure 3 shows a bottom view of the high voltage distribution board of Figure 2
  • Figure 4 shows a fixed contactor zone, exposed, of the lower surface of the continuous high voltage distribution board of Figure 2,
  • Figure 5 shows a power bar used in the prior art to protect the fixed contactor area
  • Figure 6 is a diagram representing a plate provided, on one side, with a power bar according to Figure 5 and, on the other side, with a protection component according to one embodiment of the invention, and
  • Figure 7 is a sectional view of an example of the protection component shown in Figure 6.
  • the invention is based on the configuration of a high voltage electrical distribution board so as to integrate a large number of components, while allowing adaptation to the need for use, distribution and precharging. in a high voltage direct current network, including an adaptation involving the absence of a contact terminal chamber in one of the locations provided on the plate.
  • the plate can be used, in particular, to create a light BPMU whose general synoptic corresponds to that shown in Figure 1.
  • a light BPMU can, for example, be used between a high-voltage storage means (for example, a battery, a supercapacitor) and an electric motor in the case of all-electric propulsion of a small aircraft.
  • the plate is designed so that the contactors Kp and Kn can be mounted in two orientations on the same plate thanks to judiciously chosen geometry and center distances.
  • locations are provided for mounting four contact chambers housing the fixed and mobile contact terminals of the Kp and Kn contactors.
  • a new component is provided to protect the fixed contacts and ensure the power connection.
  • This is a component which corresponds to a sub-assembly which protects the fixed contacts, and which integrates an electrical shunt (a conductive connection, for example example a metallic connection) in place of the mobile contact positioned to sit on the fixed contacts.
  • Figure 6 represents a plate 100 which integrates a protection component 200 according to one embodiment of the invention, as well as a power bar 30 according to the approach illustrated in Figure 5.
  • a rectangle R in Figure 6 indicates the region corresponding to the configuration according to the embodiment of the invention.
  • the protection component 200 is an element which comprises a conductive connection (for example a narrow metal plate 212 according to the example of Figure 7) arranged to serve as a power connection shunt, that is to say to ensure the power connection by connecting the fixed contacts which are found at the contact chamber mounting location where this protection component 200 is mounted.
  • the protection component 200 also includes an insulating cover 201.
  • Figure 6 shows the difference in integration and volume between the current solution and the embodiment of the invention in the rectangle R.
  • the assembly of the elements on the left corresponds to the previous state with a power bar which lies bare and exposed.
  • the assembly presented on the right shows the proposed embodiment to optimize the size and eliminate the live bar.
  • the proposed embodiment makes it possible to eliminate the power stud 139 and the power bar 130 not covered with insulation, as well as the insulating cover 150.
  • the plate 100 includes a plate 110 which serves as a mechanical “structure” to support the assembly.
  • the plate 110 is made of epoxy, for example of the FR4 or FR5 type.
  • the 100 plate accommodates the following components:
  • the protection component 200 which corresponds to a sub-assembly with an integrated shunt.
  • the use of the protection component 200 makes it possible to reduce the number of parts and to have better integration, which provides mass savings and makes modularity as simple as possible. Standardization adapted to the different configurations of the generic high voltage direct current (HVDC) electrical power distribution board of the 200 power contact shunt subassembly is then possible.
  • HVDC high voltage direct current
  • Figure 7 represents a sectional view of an exemplary embodiment of the protection component 200 of Figure 6.
  • the protection component 200 consists of the following elements:
  • a mobile connection bar 212 power transfer between the two contact pads.
  • a contact pad 214 transfer of power to the HV power bars and the mobile contact, and - an axis 215, it allows bonding by translation and maintaining the contact pressure between the pellets and the power bars in the active state. In the rest state it guarantees contact release.
  • the protection component 200 can be modified compared to the example shown in Figure 7 , for example according to the needs of the application or the wishes of the designer. For example, we can add a spring to ensure affirmation.
  • a plate as described above is incorporated in an electrical power distribution unit, for example an electrical distribution unit mounted between a storage unit and a high voltage DC bus. (HVDC) of an aircraft.
  • HVDC high voltage DC bus.
  • an electrical power distribution network of an aircraft comprises a continuous high voltage electrical distribution unit integrating a plate as described above.
  • the invention finds application in particular in the aeronautical industry and the automobile industry, for example in relation to a generation channel, an HVDC battery, a fuel cell, primary distribution, secondary distribution, electric propulsion, propulsion hybrid, etc.
  • the devices provided by the invention make it possible to reduce the number of parts and to have better integration in order to achieve mass savings and make modularity as simple as possible. Standardization adapted to the different configurations of the generic high voltage direct current (HVDC) electrical power distribution board of the power contact shunt subassembly is then possible.
  • HVDC high voltage direct current

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Patch Boards (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

Platine de distribution électrique haute tension en continu prévu pour permettre le montage de deux contacteurs de puissance électromécaniques selon, soit une orientation séries, soit une orientation parallèle. Des emplacements pour le montage des chambres de bornes de contact fixe et mobile des deux contacteurs sont disposées sur une première des surfaces majeures de la platine, tandis que sur la seconde surface majeure sont prévus des emplacements pour le montage des ensembles complémentaires des deux contacteurs, chaque ensemble complémentaire comportant un moteur destiné à activer les bornes de contact du contacteur concerné. Sur la première des surfaces, il y a un emplacement de montage dépourvu de chambre de borne de contact et des contacts fixes à cet endroit sont protégés par un boîtier de protection intégrant un shunt assurant la continuité de la connexion de puissance. Ce dispositif permet d'améliorer l'isolement des pièces sous tension tout en assurant un encombrement réduit.

Description

Description
Titre de l’invention : Platine générique de distribution de puissance électrique haute tension en continu
Domaine Technique
La présente invention se rapporte au domaine de la distribution électrique de puissance notamment dans un aéronef, et plus particulièrement à une platine générique de distribution de puissance électrique haute tension continue.
Technique antérieure
Pour distribuer la puissance dans un réseau, d’un aéronef, de distribution électrique de puissance, on utilise généralement des unités de distribution électriques dotées de contacteurs électromécaniques de puissance, Kn et Kp, destinés à commuter les lignes de puissances HV+ et HV entre une source et une charge. Les contacteurs de puissance, Kn et Kp, servent pour commuter la puissance d’une part et pour isoler la ligne d’autre part.
En général, dans la distribution de puissance, les contacteurs Kn et Kp sont associés à d’autres composants tels qu’un circuit de précharge. Le circuit de précharge est inclus sur la ligne de puissance HV+ avec un contacteur K1 et une résistance de puissance R1 . Un capteur de courant permet en outre de mesurer le courant dans les lignes HV+ et HV- afin de contrôler des contacteurs Kp, Kn et K1 et d’assurer la protection en courant de la ligne de distribution. Une électronique de commande active des moteurs servant à piloter les contacteurs. L’ensemble constitue un BPMU (acronyme de l’expression anglaise « Bus Power Management Unit ») qui peut par exemple être utilisé entre une batterie haute tension et un moteur électrique dans le cas d’une propulsion tout électrique d’un petit aéronef. Ce BPMU est un exemple d’un dispositif de coupure haute tension à résistance de précharge.
La figure 1 représente la synoptique générale d’un exemple 10 d’un tel BPMU.
Comme on peut le voir sur la figure 1 , le BPMU 10 destiné à être contenu dans l’unité de distribution de puissance comporte une branche parallèle (branche de précharge 12) à l’élément 14 de commutation principal Kp / Kn disposé entre la source de puissance électrique et les lignes haute et basse tensions HV+ et HV- alimentant la charge. Ce couple Kp ! Kn de contacteurs électromécaniques assure une isolation galvanique à l’état ouvert et une impédance très faible (une centaine de mV sous courant nominal) à l’état fermé. Ces contacteurs électromécaniques sont classiquement commandés depuis un module de commande 16 selon des informations de tension et/ou courant relevées en amont et en aval de ces contacteurs.
Les éléments de la branche parallèle 12 de précharge, un contacteur K1 et une résistance de limitation R1 présentent une impédance définie pour avoir un courant I2 déterminé par la tension de source / R1 correspondant au courant de précharge de la charge (typiquement de quelques dizaines d’ampères). Le contacteur K1 est aussi de type électromécanique pour assurer une isolation galvanique à l’état ouvert et commandé également par le module de commande 16.
La réalisation physique des unités de distribution électrique de puissance se base sur un boîtier et/ou une platine. L’agencement spécifique des différents composants du BPMU dépend de l’application et donc, l’unité de distribution de puissance doit être réalisée « sur mesure » à chaque fois, en fonction de l’application. Seuls les composants de base (commutateurs, moteurs, résistances, et autres) sont des produits génériques et constituent les briques réutilisées pour les applications. Pour résumer, des unités de distribution sont conçues pour s’adapter au besoin à partir d’éléments discrets intégrés mécaniquement.
Dans sa demande de brevet FR 22 01421 , le Demandeur a proposé une platine générique de distribution électrique qui intègre un nombre important de composants tout en permettant une adaptation au besoin d’utilisation de distribution et de précharge dans un réseau haute tension continue.
Une vue de dessus d’un exemple 40 de la platine générique de distribution de puissance de la demande de brevet FR 22 01421 est représentée sur la figure 2 et une vue de dessous est représentée sur la figure 3.
Selon cette platine générique de distribution de puissance, les contacteurs (par exemple les contacteurs Kp, Kn) sont intégrés à la platine 40 qui sert de support mécanique à l’ensemble pour rendre compacte la solution et réduire au maximum les interfaces électriques et mécaniques. Les moteurs, contacts auxiliaires et poutre de la partie mobile sont d’un côté de la platine, tandis que les chambres de contacts (fixes et mobiles) sont de l’autre côté de la platine.
Plus particulièrement, la platine 40 a deux surfaces majeures opposées, 41 et 42. Sur la première surface 41 sont montées quatre chambres de contact 45a, 46a, 45b et 46b logeant les bornes de contact fixe et mobile des contacteurs Kp et Kn. Pour prévenir des arcs électriques, ces chambres de contact 45a, 46a, 45b et 46b peuvent être, par exemple, des chambres à vide ou des chambres remplies d’huile.
Sur la première surface 41 de la platine sont montés aussi des borniers de puissance 31 a, 31 b, 34a, 34b pour connecter la platine au circuit de distribution de puissance, à la source d’une part et à la charge ou au réseau d’autre part. Des capuchons de protection de vis isolant 32a, 32b, 35a, 35b sont prévus pour éviter les risques de court-circuit entre les deux polarités par objet externe.
Sur la deuxième surface 42 de la platine sont montés des ensembles complémentaires des contacteurs, 48a, 48b, et d’autres composants. Selon l’exemple représenté sur la figure 2, les autres composants comportent : une sonde de courant 52, deux résistances 54, 55, et un contacteur de précharge 56. D’autres composants encore (par exemple un fusible) peuvent être présents mais ne sont pas représentés.
Les ensembles complémentaires des contacteurs, 48a, 48b, comportent les moteurs, contacts auxiliaires et poutre de la partie mobile des contacteurs Kp et Kn. Les moteurs sont indiqués par 51a et 51 b sur les dessins. Le moteur 51 a active Kp.
Cette platine générique 40 peut servir pour mettre en oeuvre le circuit représenté sur la figure 1 , ainsi que d’autres circuits. La platine générique permet, notamment, l’agencement des ensembles complémentaires des contacteurs selon deux orientations orthogonales permettant aux moteurs d’activer des bornes de contact de différents sous-ensembles des chambres de contact et ainsi de réaliser des configurations en parallèle ou en série des contacteurs. Des points de fixation 60, et des vis 61 permettent de fixer les ensembles complémentaires des contacteurs, 48a, 48b selon la configuration (en série ou en parallèle) voulue.
Les composants disposés sur la seconde surface majeure 42 de la platine 40 sont agencés de manière à laisser un espace libre constituant une zone de fixation des ensembles complémentaires des deux contacteurs, la zone de fixation étant dimensionnée pour permettre l’agencement des ensembles complémentaires des contacteurs selon les deux orientations orthogonales, une première orientation selon laquelle chacun des moteurs des ensembles complémentaire de contacteur active les bornes d’un premier sous-ensemble respectif des chambres de bornes de contact, et une deuxième orientation selon laquelle chacun des moteurs des ensembles complémentaire de contacteur active les bornes d’un deuxième sous- ensemble respectif des chambres de bornes de contact, les chambres de contact des premier et deuxième sous-ensembles étant alignées selon des directions respectives orthogonales.
Les entraxes des chambres des contacteurs et les entraxes des ensembles complémentaires des contacteurs sont dimensionnés pour aligner les contacts des deux contacteurs avec les moteurs correspondants des ensembles complémentaires des contacteurs selon la première et la deuxième orientation des ensembles complémentaires des contacteurs.
Ainsi, la platine générique modulaire ayant des contacteurs intégrés sur une platine de puissance et permettant deux configurations d’agencement facilite une adaptation au besoin d’utilisation de distribution et de précharge dans un réseau haute tension continue. Le fort niveau d’intégration des composants sur la platine de puissance permet d’optimiser la masse et le volume de la fonction. La modularité de la solution permet également de répondre à différents besoins grâce aux configurations proposées qui permettent de la rendre générique.
Or, la platine générique 40 permet aussi la réalisation de circuits qui ne nécessitent que deux contacteurs, c’est-à-dire des circuits qui omettent soit Kp soit Kn, auquel cas on peut supprimer, pour chaque contacteur omis, deux chambres de contact aux emplacements prévus sur la surface 41 de la platine. La figure 4 montre la zone 47a de la platine générique où se retrouvent alors les contacts fixes 371 ; 372 lorsqu’une chambre de contact n’est pas montée à l’un des emplacements prévus sur la surface 41 de la platine : dans l’exemple représenté à la figure 4, la chambre de contact 45a a été omise du dispositif.
Comme on voit sur la figure 4, lorsqu’il n’y a pas de chambre de contact montée à l’un des emplacements prévus sur la surface 41 de la platine, les contacts fixes se retrouvent non isolés et la connexion de puissance est interrompue. Jusqu’ici, pour protéger les contacts fixes dans un tel cas de figure, on a proposé de monter un capot isolant 50 sur la surface 41 de la platine, ce capot isolant 50 recouvrant la zone 35a où se trouvent les contacts fixes. Pour assurer la connexion de puissance, on ajoute à l’ensemble une barre de puissance 30 ainsi que des éléments de fixation associés 39 (goujon de puissance, etc.). Une telle configuration est représentée sur la figure 5 (qui représente le cas où la chambre de contact 45b a été omise du dispositif).
Cette approche antérieure implique donc d’ajouter des pièces de connexion électrique (bornes, barre, quincailleries) et un capot isolant pour recouvrir les contacts fixes, ce qui augmente l’encombrement du dispositif. Un tel agencement est représenté sur la figure 5.
Par ailleurs, la barre de puissance présentée figure 5 comporte des assemblages mécaniques pour réaliser les connexions électriques dans le cas où une configuration à deux contacteurs serait utilisée. Ces connexions ne peuvent pas être complètement isolées et présentent donc des pièces métalliques sous tension à nu et exposées. Cela peut être dangereux pour les opérateurs de maintenance ou être la source de défaut électrique en présence d’un corps étranger métallique dans cette zone.
La présente invention vise à pallier les inconvénients mentionnés ci-dessus.
Exposé de l’invention
La présente invention a donc pour objectif principal de proposer une platine générique de distribution de puissance électrique, modulaire, avec des contacteurs intégrés sur la platine de puissance, configurée pour permettre une adaptation au besoin d’utilisation de distribution et de précharge dans un réseau haute tension continue y compris pour permettre une adaptation qui implique l’absence d’un contact mobile à l’un des emplacements de montage prévus sur la platine.
Ces buts sont atteints par une platine de distribution électrique haute tension en continu, caractérisée en ce que : sur une première des surfaces majeures de la platine sont prévus des emplacements pour montage des chambres de bornes de contact fixe et mobile de deux contacteurs électromécaniques, une paire de contacts fixes étant prévue à chaque emplacement de montage de chambre de contact, tandis que sur la seconde surface majeure de la platine sont disposés des emplacements pour montage des ensembles complémentaires des deux contacteurs, ces ensembles comportant chacun un moteur respectif destiné à activer les bornes de contact de l’un des contacteurs respectifs, un composant de protection est monté à au moins un des emplacements de montage de chambre de contact, en lieu et place du contact mobile, ledit composant de protection comportant : un capot isolant définissant avec la surface de la platine un espace fermé comportant un shunt de connexion électrique agencé pour relier entre eux la paire de contacts fixe.
La platine selon la configuration exposée ci-dessus permet d’avoir la meilleure intégration possible, et permet de relier les contacts fixes dans un encombrement réduit.
Dans un mode de réalisation préférentiel, le composant de protection de la platine de distribution électrique haute tension précitée comporte un ressort sous pression agencé pour appuyer le shunt de connexion contre les contacts fixes. De cette manière, la continuité du chemin de courant est assurée avec une fiabilité accrue.
Dans un mode de réalisation préférentiel, la platine de distribution électrique haute tension précitée inclut une fonction de précharge. Cette configuration permet d’obtenir une forte réduction en termes de masse et de volume par rapport aux dispositifs proposés précédemment qui comportent une fonction de précharge.
L’invention se rapporte aussi à une unité de distribution électrique haute tension en continu dotée de la platine de distribution haute tension précitée. Dans un mode de réalisation préférentiel, l’unité de distribution électrique haute tension précitée est montée entre une unité de stockage et un bus haute tension continue (HVDC) d’un aéronef. Avantageusement, l’unité de stockage peut être une batterie ou une supercapacité. L’invention se rapporte aussi à un réseau de distribution électrique de puissance d’un aéronef comportant une unité de distribution de puissance électrique telle que précitée.
Brève description des figures
D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif et sur les lesquels :
[Fig. 1] la figure 1 montre la synoptique générale d’un exemple d’une unité de distribution électrique dotée de contacteurs électromécaniques de puissance selon l’art antérieur,
[Fig. 2] la figure 2 montre une vue de dessus d’une platine générique de distribution haute tension en continu, avec des ensembles complémentaires de contacteur de puissance agencés selon une première orientation,
[Fig. 3] la figure 3 montre une vue de dessous de la platine de distribution haute tension de la figure 2,
[Fig. 4] la figure 4 montre une zone de contacteur fixe, à découvert, de la surface inférieure de la platine de distribution haute tension en continu de la figure 2,
[Fig. 5] la figure 5 montre une barre de puissance utilisée dans l’art antérieur pour protéger la zone de contacteur fixe,
[Fig. 6] la figure 6 est un schéma représentant une platine dotée, d’un côté, d’une barre de puissance selon la figure 5 et, de l’autre côté, d’un composant de protection selon un mode de réalisation de l’invention, et
[Fig. 7] la figure 7 est une vue en coupe d’un exemple du composant de protection représenté sur la figure 6.
Description des modes de réalisation
L’invention repose sur la configuration d’une platine de distribution électrique haute tension de manière à y intégrer un nombre important de composants, tout en permettant une adaptation au besoin d’utilisation, de distribution et de précharge dans un réseau haute tension continue, y compris une adaptation impliquant l’absence d’une chambre de borne de contacts à l’un des emplacements prévus sur la platine.
La platine peut servir, notamment, à la réalisation d’un BPMU light dont la synoptique générale correspond à celle représentée à la figure 1 . Un tel BPMU light peut, par exemple, être utilisé entre un moyen de stockage haute tension (par exemple, une batterie, une super-capacité) et un moteur électrique dans le cas d’une propulsion tout électrique d’un petit aéronef.
Comme il est décrit dans la demande de brevet FR 22 01421 , la platine est conçue de sorte que les contacteurs Kp et Kn puissent être montés dans deux orientations sur la même platine grâce à une géométrie et des entraxes judicieusement choisis. A cette fin, sur l’une des surfaces majeures de la platine, des emplacements sont prévus pour le montage de quatre chambres de contact logeant les bornes de contact fixe et mobile des contacteurs Kp et Kn. Or, selon l’application, on peut être amené à n’utiliser que l’un des deux contacteurs Kn et Kp.
Selon un exemple, la platine héberge le contacteur K1 haute tension continue pour ligne de précharge sur la ligne de puissance HV+, la résistance de puissance R1 pour limitation de courant dans la ligne de précharge sur la ligne HV+, un capteur de courant sur les lignes HV+ et HV-, un contacteur Kp haute tension continue sur la ligne HV+ ou un contacteur Kn haute tension continue sur la ligne HV-, et une électronique de contrôle pour les contacteurs Kp/Kn et K1 et pour la gestion des mesures de courant.
Selon cet exemple, comme le dispositif n’héberge que l’un des deux contacteurs Kn et Kp, il n’y a pas besoin de monter toutes les quatre chambres des bornes de contact fixe et mobiles. Plus précisément, on peut supprimer un contact mobile. Sur la platine il y a donc un emplacement de montage de chambre de borne de contact qui est dépourvu de chambre de contact. Comme une paire de contacts fixes est disposée à cet emplacement, selon un mode de réalisation de l’invention, on prévoit un composant nouveau pour protéger les contacts fixes et assurer la connexion de puissance. Il s’agit d’un composant qui correspond à un sous-ensemble qui protège les contacts fixes, et qui intègre un shunt électrique (une liaison conductrice, par exemple une liaison métallique) en lieu et place du contact mobile positionné pour être assis sur les contacts fixes.
Cette solution permet d’offrir en même temps une configurabilité de la platine tout en sécurisant les connexions électriques puisque la liaison ainsi réalisée par le shunt est capotée et totalement isolée.
La figure 6 représente une platine 100 qui intègre un composant de protection 200 selon un mode de réalisation de l’invention, ainsi qu’une barre de puissance 30 selon l’approche illustrée par la figure 5. Un rectangle R sur la figure 6 indique la région correspondant à la configuration selon le mode de réalisation de l’invention.
Afin de simplifier la présentation, des éléments pareils à ceux représentés sur les figures 2 à 5 sont désignés sur la figure 6 par des références équivalentes précédées par le chiffre 1 (ainsi, par exemple, la chambre de contact 146a de la figure 6 est équivalente à la chambre de contact 46a de la figure 3). La description des éléments concernés est donc omise ou raccourcie ci-dessous.
Sur la figure 6, les deux configurations sont présentées côte à côte afin de permettre une comparaison visuelle entre ces configurations et, ainsi, une meilleure appréciation des avantages découlant de l’invention, notamment en termes du volume réduit occupé par la solution selon l’invention. Or, l’homme du métier comprendra que, dans la pratique, il est préférable de n’utiliser que la solution prévue par l’invention, c’est-à-dire des composants de protection 200 à tous les emplacements de montage de chambre de borne de contact qui sont dépourvus de chambre de contact/contact mobile.
Le composant de protection 200 est un élément qui comporte une liaison conductrice (par exemple une plaque métallique étroite 212 selon l’exemple de la figure 7) agencée pour servir de shunt de connexion de puissance, c’est-à-dire pour assurer la connexion de puissance en reliant les contacts fixes qui se retrouvent à l’emplacement de montage de chambre de contact où l’on monte ce composant de protection 200. Le composant de protection 200 comporte aussi un capot isolant 201.
La figure 6 montre la différence d’intégration et de volume entre la solution actuelle et le mode de réalisation de l’invention dans le rectangle R. Le montage des éléments sur la gauche correspond à l’état antérieur avec une barre de puissance qui se trouve à nu et exposé. Le montage présenté sur la partie droite montre le mode de réalisation proposé pour optimiser l’encombrement et supprimer la barre sous tension.
Le mode de réalisation proposé permet de supprimer le goujon de puissance 139 et la barre de puissance 130 non recouverte d’isolant, ainsi que le capot isolant 150.
La platine 100 comporte une plaque 110 qui sert de « structure » mécanique pour supporter l’ensemble. Selon un mode de réalisation de l’invention, la plaque 110 est faite en époxy, par exemple de type FR4 ou FR5.
La platine 100 accueille les composants suivants :
- des borniers de puissance 31 a, 31 b, 34a, 134b pour connecter la platine au circuit de distribution de puissance, à la source d’une part, et à la charge ou au réseau d’autre part
- des capuchons de protection de vis isolant 32a, 32b, 35a, 35b pour éviter les risques de court-circuit entre les deux polarités par objet externe
- les chambres de contacteur 46a, 46b, 46A, 46b, et
- le composant 200 de protection qui correspond à un sous-ensemble à shunt intégré.
Comme on peut le voir sur la figure 6, l’utilisation du composant de protection 200 permet de réduire le nombre de pièces et d’avoir une meilleure intégration, ce qui procure des gains en masse et rend la modularité la plus simple possible. Une standardisation adaptée aux différentes configurations de la platine générique de distribution de puissance électrique haute tension continue (HVDC) du sous ensemble 200 shunt de contact de puissance est alors possible.
La figure 7 représente une vue en coupe d’un exemple de réalisation du composant de protection 200 de la figure 6. Selon cet exemple, le composant de protection 200 se compose des éléments suivants :
- une barre mobile de connexion 212 : transfert de puissance entre les deux pastilles de contact.
- un écrou de maintien 213 : fixation entre la barre mobile et l’axe de translation
- une pastille de contact 214 : transfert de la puissance les barres de puissance HV et le contact mobile, et - un axe 215, il permet le collage par translation et maintien de la pression contact entre les pastilles et les barres de puissance à l’etat actif. A l’etat de repos il garantit un décollage des contacts.
Dès lors qu’il comporte le shunt de connexion de puissance agencé pour relier les contacts fixes, et l’isolement fourni par un capot ou autre, le composant de protection 200 peut se voir modifié par rapport à l’exemple représenté sur la figure 7, par exemple selon les besoins de l’application ou les souhaits du concepteur. Par exemple, on peut ajouter un ressort pour assurer l’affirmation.
Selon d’autres modes de réalisation de l’invention, une platine telle que décrite ci- dessus est incorporée dans une unité de distribution électrique de puissance, par exemple une unité de distribution électrique montée entre une unité de stockage et un bus haute tension continue (HVDC) d’un aéronef.
Selon d’autres mode de réalisation de l’invention, un réseau de distribution électrique de puissance d’un aéronef comporte une unité de distribution électrique haute tension en continu intégrant une platine telle que décrite ci-dessus.
L’invention trouve application notamment dans l’industrie aéronautique et l’industrie automobile, par exemple en relation avec un canal de génération, une batterie HVDC, une pile à combustible, la distribution primaire, la distribution secondaire, la propulsion électrique, la propulsion hybride, etc.
Les dispositifs prévus par l’invention permettent de réduire le nombre de pièces et d’avoir une meilleure intégration afin d’avoir des gains en masse et de rendre la modularité la plus simple possible. Une standardisation adaptée aux différentes configurations de la platine générique de distribution de puissance électrique haute tension continue (HVDC) du sous ensemble shunt de contact de puissance est alors possible.

Claims

Revendications
[Revendication 1 ] Platine (100) de distribution électrique haute tension en continu, ayant deux surfaces majeures opposées, caractérisée en ce que : sur une première (41 ) des surfaces majeures de la platine sont prévus des emplacements pour montage des chambres de bornes de contact fixe et mobile de deux contacteurs électromécaniques, une paire de contacts fixes (37I,372) étant prévue à chaque emplacement de montage de chambre de contact, tandis que, sur la seconde (42) surface majeure de la platine, sont disposés des emplacements pour montage des ensembles complémentaires des deux contacteurs ces ensembles comportant chacun un moteur respectif destiné à activer les bornes de contact de l’un des contacteurs respectifs, un composant de protection (200) est monté à au moins un (47a) des emplacements de montage de chambre de contact, en lieu et place du contact mobile, ledit composant de protection (200) comportant : un capot isolant (201 ) définissant avec la surface de la platine un espace fermé comportant un shunt de connexion électrique agencé pour relier entre eux la paire de contacts fixes (37i ,372).
[Revendication 2] Platine de distribution électrique haute tension en continu selon la revendication 1 , caractérisée en ce que le composant de protection (200) comporte un ressort sous pression agencé pour appuyer le shunt de connexion contre les contacts fixes (37i ,372).
[Revendication 3] Platine de distribution électrique haute tension en continu selon la revendication 1 ou 2, incluant une fonction de précharge.
[Revendication 4] Unité de distribution électrique haute tension en continu montée entre une unité de stockage et un bus haute tension continue (HVDC) d’un aéronef, ladite unité de distribution comportant une platine selon l’une quelconque des revendications 1 à 3.
[Revendication 5] Unité de distribution électrique selon la revendication 4, caractérisée en ce que l’unité de stockage est une batterie ou une supercapacité.
[Revendication 6] Réseau de distribution électrique de puissance d’un aéronef comportant une unité de distribution électrique haute tension en continu selon la revendication 4 ou 5.
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