EP4652102A1 - Aéronef à source d'énergie hybride et à jonction à transistor de distribution et de protection - Google Patents

Aéronef à source d'énergie hybride et à jonction à transistor de distribution et de protection

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EP4652102A1
EP4652102A1 EP24702394.8A EP24702394A EP4652102A1 EP 4652102 A1 EP4652102 A1 EP 4652102A1 EP 24702394 A EP24702394 A EP 24702394A EP 4652102 A1 EP4652102 A1 EP 4652102A1
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EP
European Patent Office
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electrical
source
junction
aircraft
electrical energy
Prior art date
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Application number
EP24702394.8A
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German (de)
English (en)
Inventor
Jérôme GREGOIRE
Ludovic Lam Shang Leen
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Ascendance Flight Technologies SAS
Original Assignee
Ascendance Flight Technologies SAS
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • H02J7/14—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle
    • H02J7/1438—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle in combination with power supplies for loads other than batteries

Definitions

  • the field of the invention relates to aircraft, and more particularly to aircraft with electric motors.
  • Aeronautics is currently experiencing numerous developments linked to environmental constraints, and in particular to the requirement for a gradual reduction in greenhouse gas emissions such as carbon dioxide (CO2). As such, the development of electric-powered aircraft appears to be real progress.
  • CO2 carbon dioxide
  • the classic architecture of an electric-powered aircraft integrates at least one electrical generation source arranged to power battery packs - or "battery packs" in English -, which provide power to drive groups according to their needs.
  • battery packs - or "battery packs" in English -, which provide power to drive groups according to their needs.
  • the batteries are combined with vertical drive units and to horizontal drive groups.
  • the multiplication of batteries makes it possible to meet safety standards requiring redundancy of components to guarantee continuity of flight and landing - or “continued safe flight and landing” in English.
  • the electrical generation source comprises a fuel-fired electrical energy generator, for example a turbine engine or a fuel cell.
  • the battery power circuit can be configured so that the batteries are connected to each other in parallel. Such a circuit is then provided with a separation protection system to isolate the batteries from each other in the event of failure, and in particular a short circuit. Activation of a However, such a protection system results in a significant loss of power due to the isolation of one of the batteries.
  • a possible solution to avoid the propagation of a failure to all the batteries while limiting the possible loss of power consists of directly separating the batteries and organizing the power circuit accordingly.
  • a principle of separation is thwarted in the case of an aircraft with a hybrid energy source.
  • an aircraft with a hybrid energy source has the particularity that the batteries are generally more numerous than the electrical generation sources for reasons of redundancy, which involves connecting the batteries together via electrical generation sources. shared. Such an interconnection constitutes a common point of failure between batteries powered by the same electrical generation source.
  • each battery is generally coupled to an electrical converter, for example an inverter or a rectifier.
  • an electrical converter for example an inverter or a rectifier.
  • the present invention improves the situation.
  • the invention relates to an aircraft with a hybrid energy source comprising:
  • At least one source of stored electrical energy arranged to supply electrical energy to one or more of the electric motors
  • At least one source of electrical generation comprising a fuel-fired electrical generator and connected to each source of stored electrical energy
  • a power supply control arranged to issue a power command to the at least one electrical generation source according to the power requirements of the drive groups, the at least one source of stored electrical energy being arranged to provide electrical energy as a function of the difference between the power requirements of the drive groups and the power supplied by the 'at least one source of electrical generation on the basis of the power control, the at least one source of electrical generation being further capable of recharging the at least one source of stored electrical energy so that each source of Stored electrical energy is processed passively.
  • Each electrical generation source comprises at least one electrical converter, which is connected to each source of stored electrical energy via a respective junction including:
  • the power supply control is arranged to control the operation of each junction according to a set of states consisting of: a unidirectional state in which the current flows from the electrical converter to the source of stored electrical energy, a bidirectional state in which the current flows in both directions and a blocking state in which the flow of current is blocked.
  • the first metal-oxide gate field effect transistor and the second metal-oxide gate field effect transistor of at least one junction are made of silicon carbide.
  • At least one junction further includes an electronic component comprising a resistor connected in series with:
  • an electrical circuit comprising an insulated gate bipolar transistor and an inverse diode connected in parallel, the electronic component being arranged to allow precharging of the corresponding stored electrical energy source.
  • At least one source of stored electrical energy is a battery.
  • the drive units include at least one takeoff drive unit and at least one cruise drive unit.
  • At least one takeoff drive unit is a vertical takeoff/landing drive unit and at least one cruise drive unit is a horizontal drive unit.
  • the fuel-fired electrical energy generator of at least one electrical generation source is a turbine engine and each electrical converter of the electrical generation source is an alternating-direct current converter.
  • the turbine engine can be powered by fuel, biofuel or synthetic gasoline.
  • the fuel-fired electrical power generator of at least one electrical generation source is a fuel cell and each electrical converter of the electrical generation source is a DC-DC converter.
  • the aircraft is arranged to operate at least in a turbo mode in which the power requirements of the drive groups require a supply of power from the at least one electrical generation source and of the at least one source of stored electrical energy, and wherein the power control controls each junction according to the unidirectional state.
  • the aircraft is arranged to operate at least in an energy saving mode in which the power control controls each junction according to the blocking state. In one or more embodiments, the aircraft is arranged to operate in at least one charging mode in which the power control issues a power command to the at least one electrical generation source to satisfy the power requirements drive groups while charging the at least one stored electrical energy source.
  • the power supply control sequentially controls each junction in one or more charging phases, the power supply control being arranged to implement each charging phase by associating each electrical converter with a power source. respective stored electrical energy, by controlling each junction between an electrical converter and an associated stored electrical energy source according to the unidirectional state and by controlling any other junction according to the blocking state, until each source of stored electrical energy stored electrical energy is charged.
  • the aircraft comprises a plurality of sources of stored electrical energy and, in the charging mode, the power supply control sequentially controls each junction in one or more charging phases, the power supply control being arranged to implement implements each charging phase by associating each electrical converter with several respective stored electrical energy sources, by controlling each junction between an electrical converter and an associated stored electrical energy source according to the bidirectional state and by controlling any other junction according to the blocking state, until each source of stored electrical energy is charged.
  • the aircraft is arranged to operate at least in a buffer mode in which the power control issues a power command to the at least one electrical generation source to satisfy the power requirements of the drive groups via the at least one source of stored electrical energy, and in which the power supply control sequentially controls each junction in one or more power phases, the power control being arranged to put implements each power phase by associating each electrical converter with a respective stored electrical energy source, controlling each junction between an associated electrical converter and stored electrical energy source according to the unidirectional state and controlling any other junction depending on the blocking state, until the power requirements of the drive groups are satisfied.
  • FIG. 1 represents a schematic view of the electrical architecture of an aircraft according to the invention comprising a single electrical generation source
  • FIG. 2 represents a schematic view of the electrical architecture of an aircraft according to the invention comprising two electrical generation sources
  • FIG. 3 illustrates a battery supply circuit by electrical converters via junctions within the electrical architecture of an aircraft according to the invention
  • FIG. 4 illustrates the possible states of a junction
  • FIG. 5 schematically illustrates the structure of a junction
  • FIG. 6 schematically illustrates an embodiment of the structure of [Fig. 6]
  • FIG. 7 illustrates the power circuit of [Fig. 3] in a so-called “turbo mode” operating mode of the aircraft
  • FIG. 8 illustrates the turbo mode of [Fig. 7] in the event that a failure appears at the level of a battery
  • FIG. 9 illustrates the turbo mode of [Fig. 7] in the event that a failure appears at the level of an electrical converter
  • FIG. 10 illustrates the power circuit of [Fig. 3] in an operating mode called “energy saving mode” of the aircraft
  • FIG. 1 1 illustrates the power supply circuit of [Fig. 3] in an operating mode called “charging mode” or in an operating mode called “buffer mode” of the aircraft
  • FIG. 10 illustrates the power circuit of [Fig. 3] in an operating mode called “energy saving mode” of the aircraft
  • FIG. 1 1 illustrates the power supply circuit of [Fig. 3] in an operating mode called “charging mode” or in an operating mode called “buffer mode” of the aircraft
  • FIG. 12 illustrates the charge mode or buffer mode in [Fig. 1 1 ] in a particular case.
  • FIG. 1 illustrates an aircraft 2 comprising a power supply control 4, a plurality of drive groups 6, 8, 10, 12, 14 and 16, a plurality of sources of stored electrical energy 18, 20, 22 and 24 as well than a source of electrical generation 26.
  • the two drive groups 6 and 8 are cruise drive groups used during the flight phase between takeoff and landing, while the four drive groups 10, 12, 14 and 16 are take-off drive groups used during the take-off phase.
  • the aircraft 2 may be an electric vertical takeoff and landing aircraft - or eVTOL -, in which case the four takeoff drive groups 10, 12, 14 and 16 are vertical drive groups and the two cruise drive groups 6 and 8 are horizontal drive groups.
  • the cruise drive unit 6 comprises a direct-alternating current converter 30, an electric motor 32 and a thruster 34.
  • the cruise drive unit 8 comprises a direct-alternating current converter 38 , an electric motor 40 and a thruster 42.
  • the direct-alternating current converter 30 (respectively 38) can also be called an “inverter” – or “inverter” in English literature – and is arranged to generate an alternating current from a direct current.
  • the propeller 34 (respectively 42), which corresponds for example to a propeller, is arranged to allow the aircraft 2 to move in one direction substantially horizontal. In flight mode, the propeller 34 (respectively 42) consumes a power of around 150 kilowatts (kW).
  • the cruise drive group 6 (respectively 8) is connected at the input to a switch 36 (respectively 44) which makes it possible to connect this input to the output of the takeoff drive group 10 (respectively 14) or to that of the group take-off drive 12 (respectively 16).
  • the take-off drive group 10 (respectively 12, 14 and 16) comprises a propeller 46 (respectively 50, 54 and 58) driven by an electric motor 62 (respectively 66, 70 and 74) and a propeller 48 (respectively 52, 56 and 60) driven by an electric motor 64 (respectively 68, 72 and 76).
  • propellers 46, 48, 50, 52, 54, 56, 58 and 60 are considered as thrusters, in the same way as thrusters 34 and 42.
  • the electric motors 62 and 64 (respectively 66 and 68, 70 and 72, 74 and 76) are respectively powered by direct-alternating current converters 78 and 80 (respectively 82 and 84, 86 and 88, 90 and 92).
  • the direct-alternating current converters 78 and 80 (respectively 82 and 84, 86 and 88, 90 and 92) are connected to an electrical bus of the take-off drive group 10 (respectively 12, 14 and 16).
  • the stored electrical energy source 18 (respectively 20, 22 and 24) is arranged to store electrical energy in order to supply it to the take-off drive group 10 (respectively 12, 14 and 16) as required. in power of it. Furthermore, the stored electrical energy sources 18 and 20 (respectively 22 and 24) are also arranged to supply electrical energy to the cruise drive group 6 (respectively 8) via the switch 36 (respectively 44).
  • the stored electrical energy source 18 (respectively 20, 22 and 24) is connected, by the electrical bus of the take-off drive group 10 (respectively 12, 14 and 16), to the direct current converters- alternative 78 and 80 (respectively 82 and 84, 86 and 88, 90 and 92). Furthermore, the electric bus of each of the takeoff drive groups 10 and 12 (respectively 14 and 16) is connected to a respective output of the latter to which the switch 36 (respectively 44) can be selectively connected.
  • the stored electrical energy source 18 (respectively 20, 22 and 24) is typically a battery pack - or "battery packs" in English -, that is to say electric accumulator batteries each intended for the storage of 'electric energy.
  • the stored electrical energy sources 18, 20, 22 and 24 may be supercapacitors or a combination of batteries and supercapacitors.
  • the stored electrical energy source 18 (respectively 20, 22 and 24) is called battery 18 (respectively 20, 22 and 24).
  • batteries 18, 20, 22 and 24 together deliver a power of around 800 kilowatts (kW) at 100% of their respective capacities.
  • the electrical generation source 26 is arranged to generate electrical energy and power each of the batteries 18, 20, 22 and 24. To do this, the electrical generation source 26 has several electrical distribution buses.
  • the electrical generation source 26 is connected to a first input and a second input of each of the take-off drive groups 10, 12, 14 and 16 respectively via a first electrical distribution bus and a second electrical distribution bus. distribution.
  • the electrical distribution buses make it possible to connect each take-off drive group 10, 12, 14 and 16 to the respectively associated battery 18, 20, 22 and 24.
  • the electrical generation source 26 comprises two electrical converters 94 and 96 as well as a fuel-fired electrical energy generator 98.
  • the electrical converters 94 and 96 are alternating-direct current converters while the fuel-fired electrical energy generator 98 is a turbine engine, for example a turbine generator - or turbogenerator.
  • the alternating-direct current converter 94 is connected to the first respective inputs of the take-off drive groups 10, 12, 14 and 16.
  • the alternating-direct current converter 94 defines the starting point of each first electrical bus of distribution connecting the electrical generation source 26 respectively to the first inputs of the take-off drive groups 10, 12, 14 and 16.
  • the alternating-direct current converter 96 is connected to the second respective inputs of the take-off drive groups takeoff 10, 12, 14 and 16.
  • the alternating-direct current converter 96 defines the starting point of each second electrical distribution bus connecting the electrical generation source 26 respectively to the second inputs of the takeoff drive groups 10 , 12, 14 and 16.
  • the alternating-direct current converter 94 (respectively 96) can also be called a “rectifier” – or “rectifier” in English literature – and is arranged to generate a direct current from an alternating current.
  • the 98 turbine engine can deliver power of around 300 kilowatts (kW) at 100% of its capacity.
  • the electrical generation source 26 can operate with both direct current and alternating current, in which case the converters 94 and 96 are, depending on the case, alternating-direct current converters or direct current converters. -continuous - or “DC-to-DC converter” in English literature.
  • the electrical generation source 26 can thus be based on a turbine engine powered by a tank of conventional fuel, biofuel or synthetic gasoline (also known by the English term “synthetic fuel” or “synfuel”).
  • the electrical converters 94 and 96 are alternating-direct current converters.
  • the electrical generation source 26 may be based on a hydrogen-based energy source, such as a fuel cell.
  • the electrical converters 94 and 96 are direct-direct current converters.
  • such energy sources are considered as fuel-fired electrical energy generators.
  • the power supply control 4 is a low voltage device arranged to control, on the one hand, the electrical generation source 26 and, on the other hand, the switches 36 and 44, as well as various protection elements not shown on the [ Fig. 1 ],
  • the electrical architecture of aircraft 2 allows for a real hybridization of batteries 18, 20, 22 and 24, and not a simple juxtaposition.
  • the batteries 18, 20, 22 and 24 and the electrical generation source 26 can operate in concert.
  • Batteries 18, 20, 22 and 24 are conventional batteries whose operation is governed by a conventional control system (better known by the English acronym BMS for “Battery Management System”). Such a system makes it possible to perform functions such as monitoring parameters - voltage, temperature, state of charge, state of health, etc. -, the prevention of any risk of leaving the intended operating range - overvoltage, overcurrent, overheating, etc. - or even the optimization of battery capacities. In the context of the invention, no other intelligence, in particular software or hardware, is necessary. Consequently, the batteries 18, 20, 22 and 24 are treated passively in the sense that their integration does not require any particular adaptation apart from the manner, detailed below, in which the batteries 18, 20, 22 and 24 are connected to the electrical converters 94 and 96.
  • BMS Battery Management System
  • the batteries 18, 20, 22 and 24 are seen as simple energy buffers - in the sense here of the English term “buffer”. This goes against existing solutions in which: either an element is specifically designed to optimize the operation of the batteries and plays a control role, or an element is provided to compensate for a possible battery failure, but in exclusive alternation, c that is to say without the batteries and this element being able to operate simultaneously.
  • the aircraft 2 comprises a single electrical generation source, namely the generation source electrical 26.
  • the aircraft 2 can include a plurality of electrical generation sources.
  • the fuel-fired electric generator 98 (respectively 100) is a turbine engine and the electric converter 94 (respectively 96) is an alternating-direct current converter.
  • the fuel-fired electric generators 98 and 100 can each deliver power of the order of 150 kilowatts (kW) at 100% of their respective capacities.
  • each of the electrical generation sources 26 and 28 can be based on a turbine engine powered by a tank of conventional fuel, biofuel or synthetic gasoline.
  • an energy source powered by a hydrogen tank, such as a fuel cell, can be used.
  • the aircraft 2 comprises at least one electrical generation source - a single electrical generation source 26 in [Fig. 1 ], two electrical generation sources 26 and 28 in [Fig. 2] - arranged to power one or more sources of stored electrical energy - four batteries 18, 20, 22 and 24 in [Fig. 1 ] and [Fig. 2],
  • the aircraft 2 is an aircraft with a hybrid energy source and as such generally includes more batteries than electrical generation sources. Furthermore, the starting point of each electrical distribution bus of each electrical generation source is defined by an electrical converter - here the alternating-direct current converters 94 and 96 - so that the number of electrical converters is reduced and that the weight of aircraft 2 is lightened. In other words, the electrical converters are at the level of the electrical generation sources and not at the level of the batteries.
  • the electrical architectures respectively represented in [Fig. 1 ] and [Fig. 2] only include two electrical converters 94 and 96 for four batteries 18, 20, 22 and 24.
  • each electrical converter E1,...,EN is connected to each battery B1,...,BM by a respective junction 102. Consequently, the power supply circuit includes as many junctions as there are possible pairs formed by an electrical converter E1,...,EN and a battery B1,...,BM, i.e. NxM junctions 102 .
  • the junction 102 is arranged to operate exclusively in three possible states: a unidirectional state, a bidirectional state and a blocking state. More specifically, the operation of each junction 102 is controlled by the power supply control 4.
  • junction 102 In the unidirectional state, junction 102 allows current to flow from the electrical converter to the battery. Of course, the current cannot then flow in the opposite direction, that is to say from the battery to the electrical converter.
  • junction 102 allows current to flow in both directions, namely from the electrical converter to the battery but also from the battery to the electrical converter.
  • junction 102 blocks the flow of current, in one direction or the other.
  • junction 102 can only operate in these three states.
  • the power control 4 cannot control the junction 102 to operate in a state in which current could only flow from the battery to the electrical converter.
  • junction 102 The structure of junction 102 is discussed below with reference to [Fig. 5] and [Fig. 6].
  • junction 102 is produced using metal-oxide gate field effect transistor technology (better known by the English acronym MOSFET for “Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor”) - or field effect transistor with insulated grid. More particularly, the junction 102 comprises a first MOSFET 104 and a second MOSFET 106 connected in series. Each MOSFET 104, 106 comprises three electrodes - the gate, the drain and the source - which together form a semiconductor 108, 1 12. Furthermore, each MOSFET 104, 106 also includes a parasitic element formed by the pn junction between the drain and the source: a diode 1 10, 114. The diode 110, 1 14 - often called "body diode" in the English literature - is inherent to the MOSFET 104, 106.
  • MOSFET Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor
  • each diode 110, 114 is opposite to that of the corresponding semiconductor 108, 112.
  • the expression “flowing direction” here designates the direction of flow of the current.
  • junction 102 the properties illustrated in [Fig. 4], namely possible operation according to the unidirectional state, the bidirectional state and the blocking state, the first MOSFET 104 and the second MOSFET 106 are connected so that their respective semiconductors 108, 112 are of opposite directions of passers-by. Equivalently, the respective diodes 110, 1 14 of the first MOSFET 104 and the second MOSFET 106 are then also in opposite on-directions. The first MOSFET 104 and the second MOSFET 106 are therefore connected in series and in opposite passing directions.
  • Each MOSFET 104, 106 is for example a silicon carbide MOSFET (better known by the English acronym SiC for “silicon carbide”) - or SiC MOSFET.
  • the junction 102 is in the unidirectional state when the first MOSFET 104 is in the off state and the second MOSFET 106 is in the on state. In other words, the junction 102 is in the unidirectional state when only the MOSFET whose semiconductor has a passing direction from the electrical converter to the battery is in the on state.
  • the junction 102 is in the bidirectional state when the first MOSFET 104 and the second MOSFET 106 are in the on state.
  • the junction 102 is in the off state when the first MOSFET 104 and the second MOSFET 106 are in the off state.
  • the state - blocking or passing - of each MOSFET 104 and 106 is controlled by the power supply control 4. To do this, the power supply control 4 applies to the gate of each MOSFET 104, 106 the voltage necessary to do so go from the blocking state to the passing state.
  • each MOSFET 104, 106 can be replaced by an insulated gate bipolar transistor (better known by the English acronym IGBT for “Insulated Gate Bipolar Transistor”) connected in parallel with an inverse diode, that is to say a diode whose passing direction is opposite to that of the IGBT.
  • IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor
  • each IGBT therefore replaces the semiconductor 108, 1 12 of a MOSFET 104, 106 while each inverse diode replaces the diode 1 10, 1 14.
  • the junction 102 then comprises two electrical circuits connected in series, each electrical circuit comprising an IGBT and an inverse diode connected in parallel. These two electrical circuits are also in opposite passing directions, whether we compare their respective IGBTs or their respective inverse diodes.
  • FIG. 6 represents an embodiment in which, within the junction 102, the first MOSFET 104 and the second MOSFET 106 are associated with an electronic component 116. More precisely, the first MOSFET 104 and the second MOSFET 106 are connected in series on the positive wire - or "positive wire” in English -, while the electronic component 1 16 is placed on the negative wire - or "negative wire” in English.
  • the electronic component 116 comprises a MOSFET 118 and a resistor 120 connected in series.
  • the third MOSFET 118 comprises a semiconductor 122 and a parasitic diode 124.
  • the electronic component 116 is arranged on the negative wire so that the passing direction of the third MOSFET 118 goes from the battery to the electrical converter. Equivalently, the forward direction of diode 124 goes from the electrical converter to the battery. As shown in [Fig. 6], the third MOSFET 1 18 is in fact oriented in the same way as the first MOSFET 104.
  • the third MOSFET 1 18 is for example a SiC MOSFET. Furthermore, here again, the third MOSFET 1 18 can be replaced by an IGBT connected in parallel with an inverse diode.
  • the electronic component 1 16 makes it possible to precharge, via the negative wire, the corresponding battery.
  • junction 102 makes it possible to reduce the mass of junction 102 compared to a solution in which junction 102 would be made with contactors or electromechanical relays.
  • the mass of a SiC MOSFET is of the order of 6 grams (g) compared to approximately 750 grams (g) for an electromechanical relay.
  • electromechanical contactors and relays also have the disadvantage that they include moving parts - the contacts - which increase the risk of failure (friction, sparks) when the current is restored or cut.
  • the proposed power circuit adapts both to the nominal operation of the aircraft 2 and in the event of failure, that is to say when at least one battery is unavailable or when at least one electrical converter is unavailable.
  • FIG. 7 illustrates an operating mode of the aircraft 2 - or turbo mode - in which the power requirements of the drive units, and more precisely of their respective electric motors, are very high to the point that the batteries B1,.. .,BM and the electrical generation source(s), therefore the electrical converters E1,...,EN, are used to the maximum of their capacities.
  • Power control 4 then controls each junction 102 to operate in the unidirectional state.
  • each electrical converter E1,...,EN supplies each battery B1,...,BM.
  • a failure for example a short circuit
  • the power supply control 4 can then isolate the faulty element. To do this, the power supply control 4 controls the junctions 102 connected to the faulty element to make them go from the unidirectional state to the blocking state.
  • the power supply control 4 isolates the battery B1 by passing all the junctions 102 via which the electrical converters E1,..., EN are connected to the battery B1 of the unidirectional state to the blocking state. Furthermore, given that a battery, here the battery B1, is no longer powered, the electrical energy which was originally intended for it can be distributed to the other batteries, here the batteries B2,...,BM.
  • the power circuit is sufficiently flexible to implement a dynamic allocation of power and thus provide electrical energy to a battery whose needs are higher than those of the others.
  • the power supply control 4 isolates the electrical converter E1 by passing all the junctions 102 via which the electrical converter E1 is connected to the batteries B1,...,BM of the unidirectional state to the blocking state.
  • FIG. 10 illustrates an operating mode of the aircraft 2 - or energy saving mode - in which no power is required from the electrical generation source(s), therefore electrical converters E1,..., IN.
  • the power supply control 4 then controls each junction 102 to operate in the blocking state. In the event of a failure, for example a short circuit, at one of the batteries B1,...,BM or one of the converters electrical E1,...,EN, this cannot propagate since the current generated by a short circuit is blocked by each junction 102.
  • each electrical converter E1,...,EN is respectively associated with a battery among the batteries B1,...,BM.
  • the power supply control 4 then controls each junction 102 so that the junction 102 between an electrical converter and the battery associated with it is in the unidirectional state, and that the other junctions 102 - that is to say each junction 102 between an electrical converter and a battery which are not associated - are in the blocking state.
  • the electrical converters E1,...,EN are all assigned a new battery to charge and so on.
  • the batteries B1,...,BM are thus sequentially charged N at a time at most per charging phase - or iteration.
  • an electric converter E1,...,EN may not be associated with a new battery if the number of batteries remaining to be charged is strictly less than the number of electric converters.
  • the number of iterations necessary to charge all the batteries B1,...,BM is M/N.
  • the number of iterations necessary to charge all the batteries B1,...,BM is [M/NJ+1, where [ ⁇ ] is the part function whole. For the last iteration, therefore to charge a number of batteries equal to the remainder of the Euclidean division of M by N, it is possible to use all the electrical converters in order to charge the remaining batteries more quickly.
  • the selection, at each iteration, of the N batteries to charge may depend on the respective charge levels of the batteries for example to give priority to the batteries with the lowest charge level or, conversely, to the batteries with the highest charge level.
  • FIG. 1 1 also illustrates another mode of operation of the aircraft 2 - or buffer mode - in which the power requirements of the drive groups, and more precisely of their respective electric motors, are low, but in which the batteries B1 ,...,BM do not need to be loaded.
  • Batteries B1,...,BM are treated passively, like energy buffers. In other words, the power supplied by the electrical converters E1,...,EN simply passes through the batteries B1,...,BM to power the drive groups.
  • power control 4 implements one or more power phases - or iterations. At each iteration, each electric converter E1,...,EN is respectively associated with a battery among the batteries B1,...,BM. The power supply control 4 then controls each junction 102 so that the junction 102 between an electrical converter and the battery with which it is associated is in the unidirectional state, and that the other junctions 102 - that is to say the respective junctions 102 between an electrical converter and the batteries with which it is not associated - are in the blocking state. Buffer mode ends when the power requirements of the drive units are satisfied.
  • each electrical converter is successively associated with a battery.
  • each of the electric converters E1,...,EN is respectively associated with a number P of batteries, where P is a natural integer greater than or equal to 2.
  • the electric converter E1 is associated with the first P batteries, namely batteries B1,...,BP, while that the electrical converter EN is associated with the last P batteries, namely the batteries BM-P+1,...,BM.
  • the power supply control 4 then controls each junction 102 so that the junction 102 between an electrical converter and a battery associated with it is in the bidirectional state, and that the other junctions 102 - that is to say each junction 102 between an electrical converter and a battery which are not associated - are in a blocking state.
  • the junction 102 between each of the batteries B1,...,BP and the electrical converter E1 is in the bidirectional state.
  • the junction 102 between each of the batteries BM-P+1,...,BM and the electrical converter EN is in the bidirectional state.
  • the junction 102 between each of the batteries B1,...,BP and the electrical converters other than E1 is in the blocking state.
  • the junction 102 between each of the batteries BM-P+1,. ,.,BM and electrical converters other than EN are in the blocking state.
  • the junction 102 between the given battery and the associated electrical converter is in the bidirectional state, while the N-1 other junctions 102 are in the bidirectional state. blocking state.
  • the embodiment of [Fig. 12] has the advantage of reducing charging time.
  • junctions 102 between an electrical converter and the P batteries with which it is associated makes it possible to obtain a cross flow - or "crossflow" in English - between these P batteries so that they are not seen by the associated electrical converter as a single battery.
  • junctions 102 illustrated in [Fig. 12] can also apply to buffer mode, not just charge mode.

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Abstract

L'invention concerne un aéronef comprenant : - des groupes d'entraînement, - au moins une batterie des groupes d'entraînement, - au moins une source de génération électrique reliée à chaque batterie et comprenant au moins un convertisseur électrique, et - une commande d'alimentation pour commander chaque source de génération électrique en fonction des besoins en puissance des groupes d'entraînement et pour traiter chaque batterie de manière passive. Chaque convertisseur électrique est relié à chaque batterie via une jonction (102) respective incluant deux transistors à effet de champ à grille métal-oxyde (104, 106) branchés en série et de sens passants opposés. Chaque jonction (102) peut fonctionner exclusivement selon un état unidirectionnel dans lequel le courant circule du convertisseur électrique vers la batterie, un état bidirectionnel et un état bloquant.

Description

Description
Titre : Aéronef à source d’énergie hybride et à jonction à transistor de distribution et de protection
Le domaine de l’invention se rapporte aux aéronefs, et plus particulièrement aux aéronefs à motorisation électrique.
L’aéronautique connaît actuellement de nombreuses évolutions liées aux contraintes environnementales, et notamment à l’exigence de réduction progressive des émissions de gaz à effets de serre tels que le dioxyde de carbone (CO2). À ce titre, le développement d’aéronefs à motorisation électrique apparaît comme un réel progrès.
L’architecture classique d’un aéronef à motorisation électrique intègre au moins une source de génération électrique agencée pour alimenter des blocs de batteries - ou « battery packs » en anglais -, lesquels fournissent une puissance à des groupes d’entraînement en fonction de leurs besoins. Par exemple, dans le cas d’un avion à décollage et atterrissage verticaux électrique (aussi connu sous l’acronyme anglophone eVTOL pour « electric Vertical Take-Off and Landing >>), les batteries sont combinées à des groupes d’entraînement vertical et à des groupes d’entraînement horizontal. La multiplication des batteries permet notamment de répondre à des normes de sécurité imposant une redondance des composants pour garantir une continuité du vol et de l’atterrissage - ou « continued safe flight and landing » en anglais.
En particulier, dans le cas d’un aéronef à source d’énergie hybride, la source de génération électrique comprend un générateur d’énergie électrique à combustible, par exemple un turbomoteur ou une pile à combustible.
Le circuit d’alimentation des batteries peut être configuré de sorte que les batteries sont branchées les unes aux autres en parallèle. Un tel circuit est alors muni d’un système de protection par séparation pour isoler les batteries les unes des autres en cas de défaillance, et notamment de court-circuit. L’activation d’un tel système de protection entraîne toutefois une perte significative de puissance due à l’isolation d’une des batteries.
Une solution possible pour éviter la propagation d’une défaillance à l’ensemble des batteries tout en limitant l’éventuelle perte de puissance consiste à séparer directement les batteries et à organiser le circuit d’alimentation en conséquence. Cependant, un tel principe de séparation se trouve contrarié dans le cas d’un aéronef à source d’énergie hybride. En effet, un aéronef à source d’énergie hybride a ceci de particulier que les batteries sont en général plus nombreuses que les sources de génération électrique pour des raisons de redondance, ce qui implique de connecter les batteries entre elles via des sources de génération électrique partagées. Une telle interconnexion constitue un point de défaillance commun entre des batteries alimentées par une même source de génération électrique.
Par ailleurs, chaque batterie est généralement couplée à un convertisseur électrique, par exemple un onduleur ou un redresseur. De ce fait, la multiplication des batteries, et donc des convertisseurs électriques, a un impact important sur le poids de l’aéronef et donc sur sa consommation d’énergie électrique lors d’un vol.
La présente invention vient améliorer la situation.
À ce titre, l’invention se rapporte à un aéronef à source d’énergie hybride comprenant :
- au moins deux groupes d’entraînement comprenant chacun un propulseur et un moteur électrique,
- au moins une source d’énergie électrique stockée agencée pour fournir de l’énergie électrique à un ou plusieurs des moteurs électriques,
- au moins une source de génération électrique comprenant un générateur électrique à combustible et reliée à chaque source d’énergie électrique stockée, et
- une commande d’alimentation agencée pour émettre une commande de puissance à l’au moins une source de génération électrique en fonction des besoins en puissance des groupes d’entraînement, l’au moins une source d’énergie électrique stockée étant agencée pour fournir de l’énergie électrique en fonction de la différence entre les besoins en puissance des groupes d’entraînement et la puissance fournie par l’au moins une source de génération électrique sur la base de la commande de puissance, l’au moins une source de génération électrique étant en outre propre à recharger l’au moins une source d’énergie électrique stockée de sorte que chaque source d’énergie électrique stockée est traitée de manière passive.
Chaque source de génération électrique comprend au moins un convertisseur électrique, lequel est relié à chaque source d’énergie électrique stockée via une jonction respective incluant :
• un premier transistor à effet de champ à grille métal-oxyde et un deuxième transistor à effet de champ à grille métal-oxyde branchés en série et de sens passants opposés, ou
• deux circuits électriques comprenant chacun un transistor bipolaire à grille isolée et une diode inverse branchés en parallèle, les deux circuits électriques étant branchés en série et de sens passants opposés.
La commande d’alimentation est agencée pour commander le fonctionnement de chaque jonction selon un ensemble d’états constitué de : un état unidirectionnel dans lequel le courant circule du convertisseur électrique vers la source d’énergie électrique stockée, un état bidirectionnel dans lequel le courant circule dans les deux sens et un état bloquant dans lequel la circulation du courant est bloquée.
Dans un ou plusieurs modes de réalisation, le premier transistor à effet de champ à grille métal-oxyde et le deuxième transistor à effet de champ à grille métal- oxyde d’au moins une jonction sont en carbure de silicium.
Dans un ou plusieurs modes de réalisation, au moins une jonction inclut en outre un composant électronique comprenant une résistance branchée en série avec :
• un transistor à effet de champ à grille métal-oxyde, ou
• un circuit électrique comprenant un transistor bipolaire à grille isolée et une diode inverse branchés en parallèle, le composant électronique étant agencé pour permettre une précharge de la source d’énergie électrique stockée correspondante.
Dans un ou plusieurs modes de réalisation, au moins une source d’énergie électrique stockée est une batterie.
Dans un ou plusieurs modes de réalisation, les groupes d’entraînement comprennent au moins un groupe d’entraînement de décollage et au moins un groupe d’entraînement de croisière.
Par exemple, au moins un groupe d’entraînement de décollage est un groupe d’entraînement de décollage/atterrissage vertical et au moins un groupe d’entraînement de croisière est un groupe d’entraînement horizontal.
Dans un ou plusieurs modes de réalisation, le générateur d’énergie électrique à combustible d’au moins une source de génération électrique est un turbomoteur et chaque convertisseur électrique de la source de génération électrique est un convertisseur de courant alternatif-continu.
Le turbomoteur peut être alimenté par du carburant, du biocarburant ou de l’essence synthétique.
Dans un ou plusieurs modes de réalisation, le générateur d’énergie électrique à combustible d’au moins une source de génération électrique est une pile à combustible et chaque convertisseur électrique de la source de génération électrique est un convertisseur de courant continu-continu.
Dans un ou plusieurs modes de réalisation, l’aéronef est agencé pour fonctionner au moins selon un mode turbo dans lequel les besoins en puissance des groupes d’entraînement nécessitent une fourniture de puissance en provenance de l’au moins une source de génération électrique et de l’au moins une source d’énergie électrique stockée, et dans lequel la commande d’alimentation commande chaque jonction selon l’état unidirectionnel.
Dans un ou plusieurs modes de réalisation, l’aéronef est agencé pour fonctionner au moins selon un mode économie d’énergie dans lequel la commande d’alimentation commande chaque jonction selon l’état bloquant. Dans un ou plusieurs modes de réalisation, l’aéronef est agencé pour fonctionner au moins selon un mode de charge dans lequel la commande d’alimentation émet une commande de puissance à l’au moins une source de génération électrique pour satisfaire aux besoins en puissance des groupes d’entraînement tout en chargeant l’au moins une source d’énergie électrique stockée.
Typiquement, dans le mode de charge, la commande d’alimentation commande séquentiellement chaque jonction en une ou plusieurs phases de charge, la commande d’alimentation étant agencée pour mettre en œuvre chaque phase de charge en associant chaque convertisseur électrique à une source d’énergie électrique stockée respective, en commandant chaque jonction entre un convertisseur électrique et une source d’énergie électrique stockée associés selon l’état unidirectionnel et en commandant toute autre jonction selon l’état bloquant, et ce jusqu’à ce que chaque source d’énergie électrique stockée soit chargée.
Avantageusement, l’aéronef comprend une pluralité de sources d’énergie électrique stockée et, dans le mode de charge, la commande d’alimentation commande séquentiellement chaque jonction en une ou plusieurs phases de charge, la commande d’alimentation étant agencée pour mettre en œuvre chaque phase de charge en associant chaque convertisseur électrique à plusieurs sources d’énergie électrique stockée respectives, en commandant chaque jonction entre un convertisseur électrique et une source d’énergie électrique stockée associés selon l’état bidirectionnel et en commandant toute autre jonction selon l’état bloquant, et ce jusqu’à ce que chaque source d’énergie électrique stockée soit chargée.
Dans un ou plusieurs modes de réalisation, l’aéronef est agencé pour fonctionner au moins selon un mode tampon dans lequel la commande d’alimentation émet une commande de puissance à l’au moins une source de génération électrique pour satisfaire aux besoins en puissance des groupes d’entraînement via l’au moins une source d’énergie électrique stockée, et dans lequel la commande d’alimentation commande séquentiellement chaque jonction en une ou plusieurs phases d’alimentation, la commande d’alimentation étant agencée pour mettre en œuvre chaque phase d’alimentation en associant chaque convertisseur électrique à une source d’énergie électrique stockée respective, en commandant chaque jonction entre un convertisseur électrique et une source d’énergie électrique stockée associés selon l’état unidirectionnel et en commandant toute autre jonction selon l’état bloquant, et ce jusqu’à ce que les besoins en puissance des groupes d’entraînement soient satisfaits.
D’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés sur lesquels :
[Fig. 1] représente une vue schématique de l’architecture électrique d’un aéronef selon l’invention comprenant une unique source de génération électrique,
[Fig. 2] représente une vue schématique de l’architecture électrique d’un aéronef selon l’invention comprenant deux sources de génération électrique,
[Fig. 3] illustre un circuit d’alimentation de batteries par des convertisseurs électriques via des jonctions au sein de l’architecture électrique d’un aéronef selon l’invention,
[Fig. 4] illustre les états possibles d’une jonction,
[Fig. 5] illustre schématiquement la structure d’une jonction,
[Fig. 6] illustre schématiquement un mode de réalisation de la structure de la [Fig.
5]
[Fig. 7] illustre le circuit d’alimentation de la [Fig. 3] dans un mode de fonctionnement dit « mode turbo » de l’aéronef,
[Fig. 8] illustre le mode turbo de la [Fig. 7] dans le cas où une défaillance apparaît au niveau d’une batterie,
[Fig. 9] illustre le mode turbo de la [Fig. 7] dans le cas où une défaillance apparaît au niveau d’un convertisseur électrique,
[Fig. 10] illustre le circuit d’alimentation de la [Fig. 3] dans un mode de fonctionnement dit « mode économie d’énergie » de l’aéronef, [Fig. 1 1 ] illustre le circuit d’alimentation de la [Fig. 3] dans un mode de fonctionnement dit « mode de charge » ou dans un mode de fonctionnement dit « mode tampon » de l’aéronef, et
[Fig. 12] illustre le mode de charge ou le mode tampon de la [Fig. 1 1 ] dans un cas particulier.
La [Fig. 1 ] illustre un aéronef 2 comprenant une commande d’alimentation 4, une pluralité de groupes d’entraînement 6, 8, 10, 12, 14 et 16, une pluralité de sources d’énergie électrique stockée 18, 20, 22 et 24 ainsi qu’une source de génération électrique 26.
Typiquement, les deux groupes d’entraînement 6 et 8 sont des groupes d’entraînement de croisière sollicités lors de la phase du vol située entre le décollage et l’atterrissage, tandis que les quatre groupes d’entraînement 10, 12, 14 et 16 sont des groupes d’entraînement de décollage sollicités lors de la phase de décollage.
À titre d’exemple, l’aéronef 2 peut être un avion à décollage et atterrissage verticaux électrique - ou eVTOL -, auquel cas les quatre groupes d’entraînement de décollage 10, 12, 14 et 16 sont des groupes d’entraînement vertical et les deux groupes d’entraînement de croisière 6 et 8 sont des groupes d’entraînement horizontal.
Dans l’exemple illustré sur la [Fig. 1], le groupe d’entraînement de croisière 6 comprend un convertisseur de courant continu-alternatif 30, un moteur électrique 32 et un propulseur 34. De même, le groupe d’entraînement de croisière 8 comprend un convertisseur de courant continu-alternatif 38, un moteur électrique 40 et un propulseur 42.
Le convertisseur de courant continu-alternatif 30 (respectivement 38) peut aussi être appelé « onduleur » - ou « inverter » dans la littérature anglophone - et est agencé pour générer un courant alternatif à partir d’un courant continu.
Le propulseur 34 (respectivement 42), qui correspond par exemple à une hélice, est agencé pour permettre à l’aéronef 2 de se déplacer dans une direction sensiblement horizontale. En régime de vol, le propulseur 34 (respectivement 42) consomme une puissance de l’ordre de 150 kilowatts (kW).
Le groupe d’entraînement de croisière 6 (respectivement 8) est relié en entrée à un commutateur 36 (respectivement 44) qui permet de relier cette entrée à la sortie du groupe d’entraînement de décollage 10 (respectivement 14) ou à celle du groupe d’entraînement de décollage 12 (respectivement 16).
Le groupe d’entraînement de décollage 10 (respectivement 12, 14 et 16) comprend une hélice 46 (respectivement 50, 54 et 58) entraînée par un moteur électrique 62 (respectivement 66, 70 et 74) et une hélice 48 (respectivement 52, 56 et 60) entraînée par un moteur électrique 64 (respectivement 68, 72 et 76).
Dans le cadre de l’invention, les hélices 46, 48, 50, 52, 54, 56, 58 et 60 sont considérées comme des propulseurs, au même titre que les propulseurs 34 et 42.
Les moteurs électriques 62 et 64 (respectivement 66 et 68, 70 et 72, 74 et 76) sont respectivement alimentés par des convertisseurs de courant continu- alternatif 78 et 80 (respectivement 82 et 84, 86 et 88, 90 et 92). Les convertisseurs de courant continu-alternatif 78 et 80 (respectivement 82 et 84, 86 et 88, 90 et 92) sont reliés à un bus électrique du groupe d’entraînement de décollage 10 (respectivement 12, 14 et 16).
La source d’énergie électrique stockée 18 (respectivement 20, 22 et 24) est agencée pour stocker de l’énergie électrique afin d’en fournir au groupe d’entraînement de décollage 10 (respectivement 12, 14 et 16) en fonction des besoins en puissance de celui-ci. Par ailleurs, les sources d’énergie électrique stockée 18 et 20 (respectivement 22 et 24) sont également agencées pour fournir de l’énergie électrique au groupe d’entraînement de croisière 6 (respectivement 8) via le commutateur 36 (respectivement 44).
Pour ce faire, la source d’énergie électrique stockée 18 (respectivement 20, 22 et 24) est reliée, par le bus électrique du groupe d’entraînement de décollage 10 (respectivement 12, 14 et 16), aux convertisseurs de courant continu-alternatif 78 et 80 (respectivement 82 et 84, 86 et 88, 90 et 92). Par ailleurs, le bus électrique de chacun des groupes d’entraînement de décollage 10 et 12 (respectivement 14 et 16) est relié à une sortie respective de ces derniers à laquelle peut être sélectivement relié le commutateur 36 (respectivement 44).
La source d’énergie électrique stockée 18 (respectivement 20, 22 et 24) est typiquement un bloc de batteries - ou « battery packs » en anglais -, c’est-à-dire de batteries d’accumulateurs électriques destinés chacun au stockage d’énergie électrique. En variante, les sources d’énergie électrique stockée 18, 20, 22 et 24 peuvent être des supercondensateurs ou une combinaison de batteries et de supercondensateurs.
Dans la suite de la description, par souci de concision, la source d’énergie électrique stockée 18 (respectivement 20, 22 et 24) est appelée batterie 18 (respectivement 20, 22 et 24).
Typiquement, les batteries 18, 20, 22 et 24 délivrent ensemble une puissance de l’ordre de 800 kilowatts (kW) à 100% de leurs capacités respectives.
La source de génération électrique 26 est agencée pour générer de l’énergie électrique et alimenter chacune des batteries 18, 20, 22 et 24. Pour ce faire, la source de génération électrique 26 présente plusieurs bus électriques de distribution.
Dans l’exemple de la [Fig. 1], la source de génération électrique 26 est reliée à une première entrée et à une deuxième entrée de chacun des groupes d’entraînement de décollage 10, 12, 14 et 16 respectivement via un premier bus électrique de distribution et un deuxième bus électrique de distribution. Les bus électriques de distribution permettent de relier chaque groupe d’entraînement de décollage 10, 12, 14 et 16 à la batterie respectivement associée 18, 20, 22 et 24.
Dans l’exemple de la [Fig. 1 ], la source de génération électrique 26 comprend deux convertisseurs électriques 94 et 96 ainsi qu’un générateur d’énergie électrique à combustible 98.
Plus particulièrement ici, les convertisseurs électriques 94 et 96 sont des convertisseurs de courant alternatif-continu tandis que le générateur d’énergie électrique à combustible 98 est un turbomoteur, par exemple un générateur à turbine - ou turbogénérateur. Le convertisseur de courant alternatif-continu 94 est relié aux premières entrées respectives des groupes d’entraînement de décollage 10, 12, 14 et 16. Ainsi, le convertisseur de courant alternatif-continu 94 définit le point de départ de chaque premier bus électrique de distribution reliant la source de génération électrique 26 respectivement aux premières entrées des groupes d’entraînement de décollage 10, 12, 14 et 16. De même, le convertisseur de courant alternatif- continu 96 est relié aux deuxièmes entrées respectives des groupes d’entraînement de décollage 10, 12, 14 et 16. Ainsi, le convertisseur de courant alternatif-continu 96 définit le point de départ de chaque deuxième bus électrique de distribution reliant la source de génération électrique 26 respectivement aux deuxièmes entrées des groupes d’entraînement de décollage 10, 12, 14 et 16.
Le convertisseur de courant alternatif-continu 94 (respectivement 96) peut aussi être appelé « redresseur » - ou « rectifier » dans la littérature anglophone - et est agencé pour générer un courant continu à partir d’un courant alternatif.
Typiquement, le turbomoteur 98 peut délivrer une puissance de l’ordre de 300 kilowatts (kW) à 100% de sa capacité.
Il doit être noté que la source de génération électrique 26 peut fonctionner aussi bien à courant continu qu’à courant alternatif, auquel cas les convertisseur 94 et 96 sont, selon le cas, des convertisseurs de courant alternatif-continu ou des convertisseurs de courant continu-continu - ou « DC-to-DC converter » dans la littérature anglophone.
La source de génération électrique 26 peut ainsi être basée sur un turbomoteur alimenté par un réservoir de carburant conventionnel, de biocarburant ou d’essence synthétique (aussi connue sous le terme anglophone « synthetic fuel » ou « synfuel >>). Dans un tel cas, les convertisseurs électriques 94 et 96 sont des convertisseurs de courant alternatif-continu. En variante, la source de génération électrique 26 peut être basée sur une source d’énergie à base d’hydrogène, comme une pile à combustible. Dans un tel cas, les convertisseurs électriques 94 et 96 sont des convertisseurs de courant continu-continu. Dans le cadre de l’invention, de telles sources d’énergie sont considérées comme des générateurs d'énergie électrique à combustible. La commande d’alimentation 4 est un appareil basse tension agencé pour commander, d’une part, la source de génération électrique 26 et, d’autre part, les commutateurs 36 et 44, ainsi que divers éléments de protection non représentés sur la [Fig. 1 ],
L’architecture électrique de l’aéronef 2 permet d’avoir une réelle hybridation des batteries 18, 20, 22 et 24, et non une simple juxtaposition. Ainsi, selon les besoins en puissance, les batteries 18, 20, 22 et 24 et la source de génération électrique 26 peuvent fonctionner de concert.
Les batteries 18, 20, 22 et 24 sont des batteries conventionnelles dont le fonctionnement est régi par un système de contrôle classique (plus connu sous le sigle anglophone BMS pour « Battery Management System >>). Un tel système permet de réaliser des fonctions telles que la surveillance de paramètres - tension, température, état de charge, état de santé, etc. -, la prévention de tout risque de sortie de la plage de fonctionnement prévue - surtension, surintensité, surchauffe, etc. - ou encore l’optimisation des capacités de la batterie. Dans le contexte de l’invention, aucune autre intelligence, notamment logicielle ou matérielle, n’est nécessaire. Par conséquent, les batteries 18, 20, 22 et 24 sont traitées de manière passive dans le sens où leur intégration ne requiert aucune adaptation particulière en dehors de la manière, détaillée ci-après, dont les batteries 18, 20, 22 et 24 sont reliées aux convertisseurs électriques 94 et 96. Du point de vue du reste de l’architecture électrique de l’aéronef 2, les batteries 18, 20, 22 et 24 sont vues comme de simples tampons d’énergie - au sens ici du terme anglophone « buffer ». Cela va à l’encontre des solutions existantes dans lesquelles : soit un élément est spécifiquement prévu pour optimiser le fonctionnement des batteries et joue un rôle de commande, soit un élément est prévu pour compenser une éventuelle défaillance des batteries, mais en alternance exclusive, c’est-à-dire sans que les batteries et cet élément soient susceptibles de fonctionner simultanément.
Dans le mode de réalisation illustré sur la [Fig. 1], l’aéronef 2 comprend une unique source de génération électrique, à savoir la source de génération électrique 26. Toutefois, il doit être compris ici que l’aéronef 2 peut comprendre une pluralité de sources de génération électrique.
À titre d’exemple, la [Fig. 2] représente un mode de réalisation dans lequel l’aéronef 2 comprend deux sources de génération électrique 26 et 28. La source de génération électrique 26 (respectivement 28) comprend un convertisseur électrique 94 (respectivement 96) et un générateur électrique à combustible 98 (respectivement 100).
Dans l’exemple de la [Fig. 2], le générateur électrique à combustible 98 (respectivement 100) est un turbomoteur et le convertisseur électrique 94 (respectivement 96) est un convertisseur de courant alternatif-continu.
Typiquement, les générateurs électriques à combustible 98 et 100 peuvent chacun délivrer une puissance de l’ordre de 150 kilowatts (kW) à 100% de leurs capacités respectives. Là encore, chacune des sources de génération électrique 26 et 28 peut être basée sur un turbomoteur alimenté par un réservoir de carburant conventionnel, de biocarburant ou d’essence synthétique. En variante, une source d’énergie alimentée par un réservoir d’hydrogène, comme une pile à combustible, peut être utilisée.
L’architecture électrique globale de l’aéronef 2 a été décrite en référence à la [Fig. 1 ] et à la [Fig. 2],
Comme détaillé précédemment, l’aéronef 2 comprend au moins une source de génération électrique - une unique source de génération électrique 26 sur la [Fig. 1 ], deux sources de génération électrique 26 et 28 sur la [Fig. 2] - agencée pour alimenter une ou plusieurs sources d’énergie électrique stockée - quatre batteries 18, 20, 22 et 24 sur la [Fig. 1 ] et la [Fig. 2],
L’aéronef 2 est un aéronef à source d’énergie hybride et comprend généralement à ce titre plus de batteries que de sources de génération électrique. Par ailleurs, le point de départ de chaque bus électrique de distribution de chaque source de génération électrique est défini par un convertisseur électrique - ici les convertisseurs de courant alternatif-continu 94 et 96 - de sorte que le nombre de convertisseurs électriques est réduit et que le poids de l’aéronef 2 s’en trouve allégé. En d’autres termes, les convertisseurs électriques sont au niveau des sources de génération électrique et non au niveau des batteries.
À titre d’illustration, les architectures électriques respectivement représentées sur la [Fig. 1 ] et la [Fig. 2] ne comprennent que deux convertisseurs électriques 94 et 96 pour quatre batteries 18, 20, 22 et 24.
Toutefois, cet avantage relatif au poids de l’aéronef 2 a une contrepartie : les batteries 18, 20, 22 et 24 sont connectées entre elles via la ou les sources de génération électrique 26 et 28. Par conséquent, tout court-circuit survenant au niveau d’une source de génération électrique ou d’une batterie est susceptible de se propager.
Pour résoudre ce problème, la Demanderesse propose le circuit d’alimentation représenté sur la [Fig. 3]. Dans la suite de la description, on s’intéresse désormais à la manière dont les convertisseurs électriques sont reliés aux batteries.
La [Fig. 3] illustre un circuit d’alimentation d’une ou plusieurs sources d’énergie électrique stockée B1 ,...,BM par un ou plusieurs convertisseurs électriques E1 ,...,EN. Ici, M est un entier naturel non nul correspondant au nombre de sources d’énergie électrique stockée tandis que N est un entier naturel non nul correspondant au nombre de convertisseurs électriques.
On comprend que le circuit d’alimentation décrit ici est une généralisation de la partie de l’architecture électrique de la [Fig. 1 ] ou de la [Fig. 2] relative aux convertisseurs électriques 94 et 96 et aux batteries 18, 20, 22 et 24. Ainsi, en prenant M = 4 et N = 2, on retrouve la même configuration que celle de la [Fig. 1] ou de la [Fig. 2], les sources d’énergie électrique stockée B1 , B2, B3 et B4 correspondant respectivement aux batteries 18, 20, 22 et 24 ; les convertisseurs électriques E1 et E2 correspondant respectivement aux convertisseurs électriques 94 et 96.
Par souci de concision, les source d’énergie électrique stockée B1 ,...,BM sont respectivement appelées batteries B1 ,...,BM ci-après. Il doit être noté qu’il est possible qu’un seul convertisseur électrique soit présent dans l’architecture électrique de l’aéronef 2, auquel cas N = 1. Sans perte de généralité, on considère dans la suite de la description qu’il y a une pluralité de convertisseurs électriques E1 ,...,EN et une pluralité de batteries B1
Comme illustré sur la [Fig. 3], chaque convertisseur électrique E1 ,...,EN est relié à chaque batterie B1 ,...,BM par une jonction 102 respective. Par conséquent, le circuit d’alimentation comprend autant de jonctions qu’il y a de paires possibles formées d’un convertisseur électrique E1 ,...,EN et d’une batterie B1 ,...,BM, soit NxM jonctions 102.
Comme illustré sur la [Fig. 4], la jonction 102 est agencée pour fonctionner exclusivement selon trois états possibles : un état unidirectionnel, un état bidirectionnel et un état bloquant. Plus spécifiquement, le fonctionnement de chaque jonction 102 est piloté par la commande d’alimentation 4.
Dans l’état unidirectionnel, la jonction 102 permet au courant de circuler du convertisseur électrique vers la batterie. Bien entendu, le courant ne peut alors pas circuler dans le sens opposé, c’est-à-dire de la batterie vers le convertisseur électrique.
Dans l’état bidirectionnel, la jonction 102 permet au courant de circuler dans les deux sens, à savoir du convertisseur électrique vers la batterie mais aussi de la batterie vers le convertisseur électrique.
Enfin, dans l’état bloquant, la jonction 102 bloque la circulation du courant, dans un sens comme dans l’autre.
Il doit être compris ici que la jonction 102 ne peut fonctionner que selon ces trois états. En particulier, la commande d’alimentation 4 ne peut pas commander la jonction 102 pour fonctionner dans un état dans lequel le courant ne pourrait circuler que de la batterie vers le convertisseur électrique.
La structure de la jonction 102 est discutée ci-après en référence à la [Fig. 5] et à la [Fig. 6].
Dans un mode de réalisation illustré sur la [Fig. 5], la jonction 102 est réalisée en utilisant la technologie du transistor à effet de champ à grille métal-oxyde (plus connu sous l’acronyme anglophone MOSFET pour « Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor >>) - ou transistor à effet de champ à grille isolée. Plus particulièrement, la jonction 102 comprend un premier MOSFET 104 et un deuxième MOSFET 106 branchés en série. Chaque MOSFET 104, 106 comprend trois électrodes - la grille, le drain et la source - qui forment ensemble un semi-conducteur 108, 1 12. Par ailleurs, chaque MOSFET 104, 106 comprend également un élément parasite formé par la jonction p-n entre le drain et la source : une diode 1 10, 114. La diode 110, 1 14 - souvent appelée « body diode » dans la littérature anglophone - est inhérente au MOSFET 104, 106.
Le sens passant de chaque diode 1 10, 1 14 est opposé à celui du semi- conducteur 108, 1 12 correspondant. L’expression « sens passant » désigne ici le sens de circulation du courant. Ainsi, pour le semi-conducteur 108, 1 12, le courant circule du drain vers la source pour un canal de type N - comme sur la [Fig. 5] -, et de la source vers le drain pour un canal de type P.
Pour conférer à la jonction 102 les propriétés illustrées sur la [Fig. 4], à savoir un fonctionnement possible selon l’état unidirectionnel, l’état bidirectionnel et l’état bloquant, le premier MOSFET 104 et le deuxième MOSFET 106 sont branchés de manière à ce que leurs semi-conducteurs 108, 112 respectifs soient de sens passants opposés. D’une manière équivalente, les diodes 110, 1 14 respectives du premier MOSFET 104 et du deuxième MOSFET 106 sont alors également de sens passants opposés. Le premier MOSFET 104 et le deuxième MOSFET 106 sont donc branchés en série et de sens passants opposés.
Chaque MOSFET 104, 106 est par exemple un MOSFET en carbure de silicium (plus connu sous l’acronyme anglophone SiC pour « silicon carbide >>) - ou SiC MOSFET.
La jonction 102 est dans l’état unidirectionnel lorsque le premier MOSFET 104 est dans l’état bloquant et que le deuxième MOSFET 106 est dans l’état passant. En d’autres termes, la jonction 102 est dans l’état unidirectionnel lorsque seul le MOSFET dont le semi-conducteur a un sens passant du convertisseur électrique vers la batterie est dans l’état passant. La jonction 102 est dans l’état bidirectionnel lorsque le premier MOSFET 104 et le deuxième MOSFET 106 sont dans l’état passant. La jonction 102 est dans l’état bloquant lorsque le premier MOSFET 104 et le deuxième MOSFET 106 sont dans l’état bloquant. L’état - bloquant ou passant - de chaque MOSFET 104 et 106 est contrôlé par la commande d’alimentation 4. Pour ce faire, la commande d’alimentation 4 applique à la grille de chaque MOSFET 104, 106 la tension nécessaire pour le faire passer de l’état bloquant à l’état passant.
En variante, chaque MOSFET 104, 106 peut être remplacé par un transistor bipolaire à grille isolée (plus connu sous le sigle anglophone IGBT pour « Insulated Gate Bipolar Transistor ») branché en parallèle avec une diode inverse, c’est-à-dire une diode dont le sens passant est opposé à celui de l’ IGBT. Dans un tel mode de réalisation, chaque IGBT remplace donc le semi-conducteur 108, 1 12 d’un MOSFET 104, 106 tandis que chaque diode inverse remplace la diode 1 10, 1 14.
La jonction 102 comprend alors deux circuits électriques branchés en série, chaque circuit électrique comprenant un IGBT et une diode inverse branchés en parallèle. Ces deux circuits électriques sont par ailleurs de sens passants opposés, qu’on compare leurs IGBTs respectifs ou leurs diodes inverses respectives.
La [Fig. 6] représente un mode de réalisation dans lequel, au sein de la jonction 102, le premier MOSFET 104 et le deuxième MOSFET 106 se voient associer un composant électronique 116. Plus exactement, le premier MOSFET 104 et le deuxième MOSFET 106 sont branchés en série sur le fil positif - ou « positive wire » en anglais -, tandis que le composant électronique 1 16 est disposé sur le fil négatif - ou « negative wire » en anglais.
Le composant électronique 116 comprend un MOSFET 118 et une résistance 120 branchés en série. De même que le premier MOSFET 104 et le deuxième MOSFET 106, le troisième MOSFET 118 comprend un semi-conducteur 122 et une diode parasite 124.
Le composant électronique 1 16 est disposé sur le fil négatif de sorte que le sens passant du troisième MOSFET 1 18 va de la batterie vers le convertisseur électrique. D’une manière équivalente, le sens passant de la diode 124 va du convertisseur électrique vers la batterie. Comme illustré sur la [Fig. 6], le troisième MOSFET 1 18 est en fait orienté de la même manière que le premier MOSFET 104.
Le troisième MOSFET 1 18 est par exemple un SiC MOSFET. Par ailleurs, là encore, le troisième MOSFET 1 18 peut être remplacé par un IGBT branché en parallèle avec une diode inverse.
Le composant électronique 1 16 permet de précharger, via le fil négatif, la batterie correspondante.
L’utilisation d’un transistor - que ce soit un MOSFET ou un IGBT - permet de réduire la masse de la jonction 102 par rapport à une solution dans laquelle la jonction 102 serait réalisée avec des contacteurs ou des relais électromécaniques. À titre d’illustration, la masse d’un SiC MOSFET est de l’ordre de 6 grammes (g) contre 750 grammes (g) environ pour un relais électromécanique. En plus d’être plus lourds et plus encombrants, les contacteurs et les relais électromécaniques ont également ceci de désavantageux qu’ils comprennent des pièces mobiles - les contacts - qui augmentent les risques de défaillance (frictions, étincelles) lorsque le courant est rétabli ou coupé.
Comme détaillé ci-après, le circuit d’alimentation proposé, et notamment l’utilisation des jonctions 102, s’adapte aussi bien au fonctionnement nominal de l’aéronef 2 qu’en cas de défaillance, c’est-à-dire lorsqu’une batterie au moins est indisponible ou lorsqu’un convertisseur électrique au moins est indisponible.
La [Fig. 7] illustre un mode de fonctionnement de l’aéronef 2 - ou mode turbo - dans lequel les besoins en puissance des groupes d’entraînement, et plus exactement de leurs moteurs électriques respectifs, sont très élevés au point que les batteries B1 ,...,BM et la ou les sources de génération électrique, donc les convertisseurs électriques E1 ,...,EN, sont sollicitées au maximum de leurs capacités.
La commande d’alimentation 4 commande alors chaque jonction 102 pour fonctionner selon l’état unidirectionnel. Ainsi, chaque convertisseur électrique E1 ,...,EN alimente chaque batterie B1 ,...,BM. En cas de défaillance, par exemple un court-circuit, au niveau d’une des batteries B1 ,...,BM, celle-ci ne peut se propager aux autres batteries B1 ,...,BM puisque le courant généré par un court- circuit est bloqué par chaque jonction 102 à laquelle est reliée la batterie défaillante. Il en est de même dans le cas où la défaillance apparaît au niveau d’un convertisseur électrique : le courant généré par un court-circuit ne peut circuler d’une batterie vers le convertisseur électrique défaillant.
Dans un cas comme dans l’autre, la commande d’alimentation 4 peut ensuite isoler l’élément défaillant. Pour ce faire, la commande d’alimentation 4 commande les jonctions 102 reliées à l’élément défaillant pour les faire passer de l’état unidirectionnel à l’état bloquant.
Dans le cas, illustré sur la [Fig. 8], où une défaillance apparaît au niveau de la batterie B1 , la commande d’alimentation 4 isole la batterie B1 en faisant passer toutes les jonctions 102 via lesquelles les convertisseurs électriques E1 ,...,EN sont reliés à la batterie B1 de l’état unidirectionnel à l’état bloquant. Par ailleurs, étant donné qu’une batterie, ici la batterie B1 , n’est plus alimentée, l’énergie électrique qui lui était originellement destinée peut être distribuée aux autres batteries, ici les batteries B2,...,BM. On comprend que le circuit d’alimentation est suffisamment flexible pour mettre en œuvre une allocation dynamique de la puissance et ainsi fournir de l’énergie électrique à une batterie dont les besoins sont plus élevés que ceux des autres.
Dans le cas, illustré sur la [Fig. 9], où une défaillance apparaît au niveau du convertisseur électrique E1 , la commande d’alimentation 4 isole le convertisseur électrique E1 en faisant passer toutes les jonctions 102 via lesquelles le convertisseur électrique E1 est relié aux batteries B1 ,...,BM de l’état unidirectionnel à l’état bloquant.
La [Fig. 10] illustre un mode de fonctionnement de l’aéronef 2 - ou mode économie d’énergie - dans lequel aucune puissance n’est requise de la part de la ou des sources de génération électrique, donc des convertisseurs électriques E1 ,...,EN.
La commande d’alimentation 4 commande alors chaque jonction 102 pour fonctionner selon l’état bloquant. En cas de défaillance, par exemple un court- circuit, au niveau d’une des batteries B1 ,...,BM ou d’un des convertisseurs électriques E1 ,...,EN, celle-ci ne peut se propager puisque le courant généré par un court-circuit est bloqué par chaque jonction 102.
La [Fig. 1 1 ] illustre un mode de fonctionnement de l’aéronef 2 - ou mode de charge - dans lequel les besoins en puissance des groupes d’entraînement, et plus exactement de leurs moteurs électriques respectifs, sont faibles au point que les convertisseurs électriques E1 ,...,EN alimentent les groupes d’entraînement en énergie électrique via les batteries B1 ,...,BM tout en chargeant ces dernières.
Pour ce faire, chaque convertisseur électrique E1 ,...,EN est respectivement associé à une batterie parmi les batteries B1 ,...,BM.
La commande d’alimentation 4 commande alors chaque jonction 102 de sorte que la jonction 102 entre un convertisseur électrique et la batterie qui lui est associée soit dans l’état unidirectionnel, et que les autres jonctions 102 - c’est- à-dire chaque jonction 102 entre un convertisseur électrique et une batterie qui ne sont pas associés - soient dans l’état bloquant.
Lorsque les N batteries associées chacune à un convertisseur électrique sont chargées, les convertisseurs électriques E1 ,...,EN, se voient tous attribuer une nouvelle batterie à charger et ainsi de suite. Les batteries B1 ,...,BM sont ainsi séquentiellement chargées N à la fois au maximum par phase de charge - ou itération. Bien entendu, un convertisseur électrique E1 ,...,EN peut ne pas être associé à une nouvelle batterie si le nombre de batteries restant à charger est strictement inférieur au nombre de convertisseurs électriques.
La [Fig. 11 ] illustre ainsi une itération dans laquelle le convertisseur électrique E1 est associé à la batterie B1 et dans laquelle le convertisseur électrique EN est associé à la batterie BM.
Si M est divisible par N, alors le nombre d’itérations nécessaires pour charger l’ensemble des batteries B1 ,...,BM est de M/N. En revanche, si M n’est pas divisible par N, le nombre d’itérations nécessaires pour charger l’ensemble des batteries B1 ,...,BM est de [M/NJ+1 , où [■] est la fonction partie entière. Pour la dernière itération, donc pour charger un nombre de batteries égal au reste de la division euclidienne de M par N, il est possible d’utiliser tous les convertisseurs électriques afin de charger les batteries restantes plus rapidement. La sélection, à chaque itération, des N batteries à charger peut dépendre des niveaux de charge respectifs des batteries par exemple pour donner la priorité aux batteries dont le niveau de charge est le plus faible ou, à l’inverse, aux batteries dont le niveau de charge est le plus élevé.
Par ailleurs, la [Fig. 1 1] illustre également un autre mode de fonctionnement de l’aéronef 2 - ou mode tampon - dans lequel les besoins en puissance des groupes d’entraînement, et plus exactement de leurs moteurs électriques respectifs, sont faibles, mais dans lequel les batteries B1 ,...,BM n’ont pas besoin d’être chargées.
Les batteries B1 ,...,BM sont traitées de manière passive, comme des tampons d’énergie. En d’autres termes, la puissance fournie par les convertisseurs électriques E1 ,...,EN transite simplement par les batteries B1 ,...,BM pour alimenter les groupes d’entraînement.
D’une manière similaire au mode de charge, la commande d’alimentation 4 met en œuvre une ou plusieurs phases d’alimentation - ou itérations. À chaque itération, chaque convertisseur électrique E1 ,...,EN est respectivement associé à une batterie parmi les batteries B1 ,...,BM. La commande d’alimentation 4 commande alors chaque jonction 102 de sorte que la jonction 102 entre un convertisseur électrique et la batterie à laquelle il est associé soit dans l’état unidirectionnel, et que les autres jonctions 102 - c’est-à-dire les jonctions 102 respectives entre un convertisseur électrique et les batteries auxquelles il n’est pas associé - soient dans l’état bloquant. Le mode tampon s’achève lorsque les besoins en puissance des groupes d’entraînement sont satisfaits.
Dans l’exemple de la [Fig. 1 1], chaque convertisseur électrique est successivement associé à une batterie. Toutefois, il est possible aussi d’associer, à chaque itération, plusieurs batteries à chaque convertisseur électrique.
Ainsi, dans le cas illustré sur la [Fig. 12], chacun des convertisseurs électriques E1 ,...,EN est respectivement associé à un nombre P de batteries, où P est un entier naturel supérieur ou égal à 2. En l’occurrence, le convertisseur électrique E1 est associé aux P premières batteries, à savoir les batteries B1 ,...,BP, tandis que le convertisseur électrique EN est associé aux P dernières batteries, à savoir les batteries BM-P+1 ,...,BM.
La commande d’alimentation 4 commande alors chaque jonction 102 de sorte que la jonction 102 entre un convertisseur électrique et une batterie qui lui est associée soit dans l’état bidirectionnel, et que les autres jonctions 102 - c’est-à- dire chaque jonction 102 entre un convertisseur électrique et une batterie qui ne sont pas associés - soient dans un état bloquant.
Ainsi, dans l’exemple de la [Fig. 12], la jonction 102 entre chacune des batteries B1 ,...,BP et le convertisseur électrique E1 est dans l’état bidirectionnel. De même, la jonction 102 entre chacune des batteries BM-P+1 ,...,BM et le convertisseur électrique EN est dans l’état bidirectionnel. En revanche, la jonction 102 entre chacune des batteries B1 ,...,BP et les convertisseurs électriques autres que E1 est dans l’état bloquant. De même, la jonction 102 entre chacune des batteries BM-P+1 ,. ,.,BM et les convertisseurs électriques autres que EN est dans l’état bloquant.
En d’autres termes, si on considère une batterie donnée, celle-ci est reliée aux N convertisseurs électriques E1 ,...,EN via N jonctions 102 respectives et, dans le cas de la [Fig. 12], ces N jonctions 102 sont commandées par la commande d’alimentation 4 comme suit : la jonction 102 entre la batterie donnée et le convertisseur électrique associé est dans l’état bidirectionnel, tandis que les N-1 autres jonctions 102 sont dans l’état bloquant.
Dans le mode de charge de l’aéronef 2, le mode de réalisation de la [Fig. 12] présente l’avantage de réduire le temps de charge.
L’état bidirectionnel des jonctions 102 entre un convertisseur électrique et les P batteries auxquelles il est associé permet d’obtenir un flux croisé - ou « crossflow » en anglais - entre ces P batteries de manière à ce qu’elles ne soient vues par le convertisseur électrique associé que comme une seule et unique batterie.
La conséquence de la bidirectionnalité est que toute défaillance, par exemple un court-circuit, qui se produit au niveau d’une batterie se propage aux P-1 autres batteries associées au même convertisseur électrique. Cet effet est toutefois circonscrit aux P batteries et ne se propage pas aux autres batteries du fait de l’état bloquant des jonctions 102 par lesquelles ces autres batteries sont reliées au convertisseur électrique auquel est associée la batterie défaillante.
La configuration des jonctions 102 illustrée sur la [Fig. 12] peut également s’appliquer au mode tampon, et pas seulement au mode de charge.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Aéronef (2) à source d’énergie hybride comprenant :
- au moins deux groupes d’entraînement (6, 8, 10, 12, 14, 16) comprenant chacun un propulseur (34, 42, 46, 48, 50, 52, 54, 56, 58, 60) et un moteur électrique (32, 40, 62, 64, 66, 68, 70, 72, 74, 76),
- au moins une source d’énergie électrique stockée (18, 20, 22, 24) agencée pour fournir de l’énergie électrique à un ou plusieurs des moteurs électriques (32, 40, 62, 64, 66, 68, 70, 72, 74, 76),
- au moins une source de génération électrique (26, 28) comprenant un générateur électrique à combustible (98, 100) et reliée à chaque source d’énergie électrique stockée (18, 20, 22, 24), et
- une commande d’alimentation (4) agencée pour émettre une commande de puissance à l’au moins une source de génération électrique (26, 28) en fonction des besoins en puissance des groupes d’entraînement (6, 8, 10, 12, 14, 16), l’au moins une source d’énergie électrique stockée (18, 20, 22, 24) étant agencée pour fournir de l’énergie électrique en fonction de la différence entre les besoins en puissance des groupes d’entraînement (6, 8, 10, 12, 14, 16) et la puissance fournie par l’au moins une source de génération électrique (26, 28) sur la base de la commande de puissance, l’au moins une source de génération électrique (26, 28) étant en outre propre à recharger l’au moins une source d’énergie électrique stockée (18, 20, 22, 24) de sorte que chaque source d’énergie électrique stockée (18, 20, 22, 24) est traitée de manière passive, ledit aéronef (2) étant caractérisé en ce que chaque source de génération électrique (26, 28) comprend au moins un convertisseur électrique (94, 96), lequel est relié à chaque source d’énergie électrique stockée (18, 20, 22, 24) via une jonction (102) respective incluant :
• un premier transistor à effet de champ à grille métal-oxyde (104) et un deuxième transistor à effet de champ à grille métal-oxyde (106) branchés en série et de sens passants opposés, ou
• deux circuits électriques comprenant chacun un transistor bipolaire à grille isolée et une diode inverse branchés en parallèle, les deux circuits électriques étant branchés en série et de sens passants opposés, et en ce que la commande d’alimentation (4) est agencée pour commander le fonctionnement de chaque jonction (102) selon un ensemble d’états constitué de : un état unidirectionnel dans lequel le courant circule du convertisseur électrique (94, 96) vers la source d’énergie électrique stockée (18, 20, 22, 24), un état bidirectionnel dans lequel le courant circule dans les deux sens et un état bloquant dans lequel la circulation du courant est bloquée.
[Revendication 2] Aéronef (2) selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le premier transistor à effet de champ à grille métal-oxyde (104) et le deuxième transistor à effet de champ à grille métal-oxyde (106) d’au moins une jonction (102) sont en carbure de silicium.
[Revendication 3] Aéronef (2) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu’au moins une jonction (102) inclut en outre un composant électronique (1 16) comprenant une résistance (120) branchée en série avec :
• un transistor à effet de champ à grille métal-oxyde (1 18), ou
• un circuit électrique comprenant un transistor bipolaire à grille isolée et une diode inverse branchés en parallèle, ledit composant électronique (1 16) étant agencé pour permettre une précharge de la source d’énergie électrique stockée (18, 20, 22, 24) correspondante.
[Revendication 4] Aéronef (2) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’au moins une source d’énergie électrique stockée (18, 20, 22, 24) est une batterie.
[Revendication 5] Aéronef (2) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les groupes d’entraînement (6, 8, 10, 12, 14, 16) comprennent au moins un groupe d’entraînement de décollage (10, 12, 14, 16) et au moins un groupe d’entraînement de croisière (6, 8).
[Revendication 6] Aéronef (2) selon la revendication 5, caractérisé en ce qu’au moins un groupe d’entraînement de décollage (10, 12, 14, 16) est un groupe d’entraînement de décollage/atterrissage vertical et au moins un groupe d’entraînement de croisière (6, 8) est un groupe d’entraînement horizontal.
[Revendication 7] Aéronef (2) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le générateur d’énergie électrique à combustible (98, 100) d’au moins une source de génération électrique (26, 28) est un turbomoteur et en ce que chaque convertisseur électrique (94, 96) de ladite source de génération électrique (26, 28) est un convertisseur de courant alternatif-continu.
[Revendication 8] Aéronef (2) selon la revendication 7, caractérisé en ce que le turbomoteur est alimenté par du carburant, du biocarburant ou de l’essence synthétique.
[Revendication 9] Aéronef (2) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le générateur d’énergie électrique à combustible (98, 100) d’au moins une source de génération électrique (26, 28) est une pile à combustible et en ce que chaque convertisseur électrique (94, 96) de ladite source de génération électrique (26, 28) est un convertisseur de courant continu- continu.
[Revendication 10] Aéronef (2) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il est agencé pour fonctionner au moins selon un mode turbo dans lequel les besoins en puissance des groupes d’entraînement (6, 8, 10, 12, 14, 16) nécessitent une fourniture de puissance en provenance de l’au moins une source de génération électrique (26, 28) et de l’au moins une source d’énergie électrique stockée (18, 20, 22, 24), et dans lequel la commande d’alimentation (4) commande chaque jonction (102) selon l’état unidirectionnel.
[Revendication 11] Aéronef (2) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il est agencé pour fonctionner au moins selon un mode économie d’énergie dans lequel la commande d’alimentation (4) commande chaque jonction (102) selon l’état bloquant.
[Revendication 12] Aéronef (2) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il est agencé pour fonctionner au moins selon un mode de charge dans lequel la commande d’alimentation (4) émet une commande de puissance à l’au moins une source de génération électrique (26, 28) pour satisfaire aux besoins en puissance des groupes d’entraînement (6, 8, 10, 12, 14, 16) tout en chargeant l’au moins une source d’énergie électrique stockée (18, 20, 22, 24).
[Revendication 13] Aéronef (2) selon la revendication 12, caractérisé en ce que, dans le mode de charge, la commande d’alimentation (4) commande séquentiellement chaque jonction (102) en une ou plusieurs phases de charge, la commande d’alimentation (4) étant agencée pour mettre en œuvre chaque phase de charge en associant chaque convertisseur électrique (94, 96) à une source d’énergie électrique stockée (18, 20, 22, 24) respective, en commandant chaque jonction (102) entre un convertisseur électrique et une source d’énergie électrique stockée (18, 20, 22, 24) associés selon l’état unidirectionnel et en commandant toute autre jonction (102) selon l’état bloquant, et ce jusqu’à ce que chaque source d’énergie électrique stockée (18, 20, 22, 24) soit chargée.
[Revendication 14] Aéronef (2) selon la revendication 12, caractérisé en ce qu’il comprend une pluralité de sources d’énergie électrique stockée (18, 20, 22, 24) et en ce que, dans le mode de charge, la commande d’alimentation (4) commande séquentiellement chaque jonction (102) en une ou plusieurs phases de charge, la commande d’alimentation (4) étant agencée pour mettre en œuvre chaque phase de charge en associant chaque convertisseur électrique à plusieurs sources d’énergie électrique stockée (18, 20, 22, 24) respectives, en commandant chaque jonction (102) entre un convertisseur électrique et une source d’énergie électrique stockée (18, 20, 22, 24) associés selon l’état bidirectionnel et en commandant toute autre jonction (102) selon l’état bloquant, et ce jusqu’à ce que chaque source d’énergie électrique stockée (18, 20, 22, 24) soit chargée.
[Revendication 15] Aéronef (2) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il est agencé pour fonctionner au moins selon un mode tampon dans lequel la commande d’alimentation (4) émet une commande de puissance à l’au moins une source de génération électrique (26, 28) pour satisfaire aux besoins en puissance des groupes d’entraînement (6, 8, 10, 12, 14, 16) via l’au moins une source d’énergie électrique stockée (18, 20, 22, 24), et dans lequel la commande d’alimentation (4) commande séquentiellement chaque jonction (102) en une ou plusieurs phases d’alimentation, la commande d’alimentation (4) étant agencée pour mettre en œuvre chaque phase d’alimentation en associant chaque convertisseur électrique (94, 96) à une source d’énergie électrique stockée (18, 20, 22, 24) respective, en commandant chaque jonction (102) entre un convertisseur électrique et une source d’énergie électrique stockée (18, 20, 22, 24) associés selon l’état unidirectionnel et en commandant toute autre jonction (102) selon l’état bloquant, et ce jusqu’à ce que les besoins en puissance des groupes d’entraînement (6, 8, 10, 12, 14, 16) soient satisfaits.
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