EP4728577A1 - Système d'alimentation électrique d'un moteur électrique propulsif d'aéronef comprenant une pile à combustible - Google Patents

Système d'alimentation électrique d'un moteur électrique propulsif d'aéronef comprenant une pile à combustible

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EP4728577A1
EP4728577A1 EP24732448.6A EP24732448A EP4728577A1 EP 4728577 A1 EP4728577 A1 EP 4728577A1 EP 24732448 A EP24732448 A EP 24732448A EP 4728577 A1 EP4728577 A1 EP 4728577A1
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EP
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fuel cell
aircraft
air
supply system
power supply
Prior art date
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Pending
Application number
EP24732448.6A
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German (de)
English (en)
Inventor
Jean-Yves Robert BIDAULT
Remy Thomas SALVATGE
Romain Alexandre DAULIAC
Michel Adrien MOLLIER
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Safran Power Units SAS
Original Assignee
Safran Power Units SAS
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Abstract

Un système d'alimentation électrique (1) d'au moins un moteur électrique propulsif (M) d'aéronef, le système d'alimentation électrique (1) comprenant une pile à combustible (2), configurée pour être alimentée par un flux d'air (FA) et par un flux d'hydrogène (FH), configuré pour alimenter électriquement un boitier de distribution électrique (3) configuré pour être relié audit moteur électrique propulsif (M), la pile à combustible (2) comprenant au moins une première ligne électrochimique (LA) et une deuxième ligne électrochimique (LB) montées électriquement en parallèle, chaque ligne électrochimique (LA, LB) comprenant au moins deux empilements indépendants (E1-E8) montés électriquement en série, chaque empilement (E1-E8) comprenant une pluralité de cellules électrochimiques.

Description

    Système d’alimentation électrique d’un moteur électrique propulsif d’aéronef comprenant une pile à combustible
  • Le changement climatique est une préoccupation majeure pour de nombreux organes législatifs et de régulation à travers le monde. En effet, diverses restrictions sur les émissions de carbone ont été, sont ou seront adoptées par divers Etats. En particulier, une norme ambitieuse s’applique à la fois aux nouveaux types d’avions mais aussi ceux en circulation nécessitant de devoir mettre en œuvre des solutions technologiques afin de les rendre conformes aux réglementations en vigueur. L’aviation civile se mobilise depuis maintenant plusieurs années pour apporter une contribution à la lutte contre le changement climatique.
  • Les efforts de recherche technologique ont déjà permis d’améliorer de manière très significative les performances environnementales des avions. La Déposante prend en considération les facteurs impactant dans toutes les phases de conception et de développement pour obtenir des composants et des produits aéronautiques moins énergivores, plus respectueux de l’environnement et dont l’intégration et l’utilisation dans l’aviation civile ont des conséquences environnementales modérées dans un but d’amélioration de l'efficacité énergétique des avions.
  • Par voie de conséquence, la Déposante travaille en permanence à la réduction de son incidence climatique négative par l’emploi de méthodes et l’exploitation de procédés de développement et de fabrication vertueux et minimisant les émissions de gaz à effet de serre au minimum possible pour réduire l'empreinte environnementale de son activité.
  • Ces travaux de recherche et de développement soutenus portent à la fois sur les nouvelles générations de moteurs d’aéronefs, l’allègement des appareils, notamment par les matériaux employés et les équipements embarqués allégés, le développement de l’emploi des technologies électriques pour assurer la propulsion, et, indispensables compléments aux progrès technologiques, les biocarburants aéronautiques.
  • Il a ainsi été proposé d’équiper un aéronef avec une pluralité de moteurs électriques propulsifs afin de permettre la propulsion de l’aéronef. De manière connue, l’aéronef comporte au moins une pile à combustible pour alimenter électriquement une pluralité de moteurs électriques propulsifs. En pratique, en fonction de la phase de vol de l’aéronef (décollage, croisière, taxi, etc.), la puissance requise par les moteurs électriques propulsifs est différente, ce qui se traduit, pour la pile à combustible, comme une charge électrique variable. Pour permettre de fournir une charge électrique variable, il est connu d’utiliser plusieurs piles à combustible associées à un dispositif électronique de régulation de puissance afin de répondre aux besoins de l’aéronef tout en maintenant les piles à combustible dans une plage de fonctionnement de haut rendement. L’intégration d’un dispositif électronique de régulation de puissance augmente de manière importante le volume et la masse, ce qui particulièrement pénalisant dans un contexte aéronautique. En pratique, il est complexe d’obtenir des piles à combustibles qui répondent exactement aux besoins et des piles à combustible surdimensionnées sont généralement utilisées, ce qui pénalise la masse et l’encombrement.
  • L’invention vise ainsi à éliminer au moins certains de ces inconvénients.
    •  PRESENTATION DE L’INVENTION
  • L’invention concerne un système d’alimentation électrique d’au moins un moteur électrique propulsif d’aéronef, le système d’alimentation électrique comprenant une pile à combustible, configurée pour être alimentée par un flux d’air et par un flux d’hydrogène, configurée pour alimenter électriquement un boitier de distribution électrique configuré pour être relié audit moteur électrique propulsif.
  • Le système est remarquable par le fait que la pile à combustible comprend au moins une première ligne électrochimique et une deuxième ligne électrochimique montées électriquement en parallèle, chaque ligne électrochimique comprenant au moins deux empilements indépendants montés électriquement en série, chaque empilement comprenant une pluralité de cellules électrochimiques.
  • Grâce à l’invention, on dispose d’une grande flexibilité dans le choix des empilements et on évite de recourir à une pile à combustible comportant un unique empilement dont la puissance est surdimensionnée, ce qui pénalise la masse et l’encombrement. La conception modulaire de la pile à combustible permet en outre d’assurer un positionnement du centre de gravité précis afin de gagner en stabilité et d’optimiser l’encombrement. L’utilisation de plusieurs empilements indépendants permet de faciliter la maintenance tout en permettant d’atteindre des niveaux de tension élevés.
  • Selon un aspect, le système d’alimentation électrique comprend une unique pile à combustible. L’utilisation d’une unique pile à combustible permet de réduire l’encombrement et d’éviter de recourir à un dispositif électronique de régulation de puissance.
  • De préférence, chaque ligne électrochimique comprend trois ou quatre empilements indépendants montés électriquement en série. Une telle ligne électrochimique assure une flexibilité importante en termes de maintenance et d’encombrement tout en conservant une complexité réduite.
  • De préférence, la pile à combustible comprend uniquement une première ligne électrochimique et une deuxième ligne électrochimique montées électriquement en parallèle. Cela permet d’offrir de la flexibilité ainsi que de la redondance.
  • Selon un aspect, le boitier de distribution électrique est exempt de dispositif de régulation de puissance. Cela permet de simplifier le système de génération électrique tout en diminuant la masse et l’encombrement.
  • Selon un aspect, le système d’alimentation électrique comprend un circuit d’alimentation en air configuré pour alimenter la pile à combustible avec un flux d’air, le circuit d’alimentation en air comprenant une entrée d’air amont. Le flux d’air circule d’amont vers l’aval. Les termes amont et aval sont définis par rapport à la direction de déplacement de l’aéronef qui se déplace vers l’amont.
  • Selon un aspect, le boitier de distribution électrique est positionné en amont de la pile à combustible. Cela permet de l’éloigner des connecteurs de la pile à combustible placés en aval.
  • Selon un aspect, le circuit d’alimentation en air comprend une pompe de circulation d’air positionnée verticalement sous la pile à combustible.
  • Selon un aspect, la pile à combustible comprend une partie supérieure comprenant au moins un connecteur d’hydrogène et une partie inférieure comprenant au moins un connecteur d’air. Cela permet d’optimiser l’encombrement tout en permettant une ségrégation en l’air (en partie inférieure) et l’hydrogène (en partie supérieure) en tirant avantage que l’air est plus lourd que l’hydrogène.
  • Selon un aspect, le système d’alimentation électrique comprend une structure de support ayant une forme de treillis définissant un logement principal dans lequel est montée la pile à combustible. Cela permet de ventiler la pile à combustible tout en la protégeant de manière optimale contre des chocs.
  • Selon un aspect, le système d’alimentation électrique comprend un boitier électrique auxiliaire configuré pour alimenter la pompe de circulation d’air et, de préférence, une pompe de circulation de refroidissement.
  • Selon un aspect, la pile à combustible comprend un collecteur configuré pour être alimenté par le flux d’air et par le flux d’hydrogène, le collecteur étant relié aux deux lignes électrochimiques. Cela permet de simplifier la structure de la pile à combustible.
  • Le collecteur apporte également une plus grande compacité tout en réduisant la masse de l’ensemble des lignes électrochimiques. Le collecteur réduit également le nombre et la taille des chemins de fuite d’hydrogène possibles. Les empilements peuvent être en outre inclinés de manière optimale au cours de leur fonctionnement.
  • Selon un aspect, chaque ligne électrochimique est configurée pour être alimentée de manière indépendante. On peut ainsi réguler de manière indépendante la puissance générée par chaque ligne électrochimique.
  • L’invention concerne également un ensemble formé d’un système d’alimentation, tel que présenté précédemment, et d’au moins un moteur électrique propulsif d’aéronef relié au boitier de distribution électrique. Selon un aspect, le moteur électrique propulsif d’aéronef est relié directement au boitier de distribution électrique. Il n’est ainsi pas nécessaire de recourir à un dispositif électronique de régulation de puissance.
  • L’invention concerne en outre un aéronef comprenant au moins un ensemble, tel que présenté précédemment, pour permettre la propulsion dudit aéronef.
  • L’invention concerne également un procédé d’alimentation électrique d’au moins un moteur électrique propulsif d’aéronef relié à un système d’alimentation électrique, tel que présenté précédemment, le procédé comprenant des étapes consistant à :
    • Alimenter la pile à combustible par un flux d’air et par un flux d’hydrogène pour alimenter électriquement le boitier de distribution électrique relié audit moteur électrique propulsif, et
    • Réguler au moins le flux d’air dans chaque ligne électrochimique de manière à réguler la puissance électrique fournie par la pile à combustible.
  • Il est également présenté un collecteur pour une pile à combustible configurée pour être alimentée par un flux d’air et par un flux d’hydrogène, la pile à combustible comprenant au moins deux empilements, chaque empilement comprenant une pluralité de cellules électrochimiques, le collecteur s’étendant longitudinalement selon un axe de collecteur et verticalement selon un axe vertical, le collecteur définissant un corps comprenant une première face latérale configurée pour s’interfacer avec au moins un empilement et une deuxième face latérale configurée pour s’interfacer avec au moins un empilement, le collecteur comprenant une face de connexion comprenant :
    • un premier connecteur d’hydrogène configuré pour alimenter l’au moins un empilement de la première face latérale,
    • un premier connecteur d’air configuré pour alimenter l’au moins un empilement de la première face latérale.
  • Un tel collecteur permet de répartir spatialement plusieurs empilements afin d’augmenter la compacité et réduire l’encombrement.
  • Selon un aspect, les connecteurs d’hydrogène sont situés verticalement au-dessus des connecteurs d’air. Cela permet d’éviter tout mélange de fluide et de faciliter le traitement d’éventuelles fuites.
  • Selon un aspect, chaque face latérale est reliée à une plaque terminale commune à laquelle sont reliés l’ensemble des empilements interfacés avec ladite face latérale. L’utilisation d’une plaque terminale commune permet réduire les chemins de fuite et d’augmenter la résistance structurale.
  • Selon un aspect, la plaque terminale commune est reliée de manière amovible à ladite face latérale. L’utilisation d’une plaque terminale commune permet de réaliser la maintenance d’une grande quantité d’empilements.
  • Selon un aspect, chaque empilement interfacé avec une face latérale est relié de manière indépendante à la plaque terminale commune associé à ladite face latérale. Ainsi, un unique empilement peut être retiré en cas de maintenance, ce qui apporte une grande flexibilité.
  • Selon un aspect, chaque empilement interfacé avec ladite face latérale comprend une plaque terminale personnelle reliée à la plaque terminale commune par une pluralité d’organes de traction. Un unique empilement peut être retiré par retrait de sa plaque terminale personnelle.
  • Selon un aspect, la première face latérale et la deuxième face latérale sont inclinées l’une par rapport à l’autre d’un angle d’écartement de manière à ce que le corps du collecteur soit évasé en partie inférieure. Cela permet de faciliter la collecte d’eau issue des empilements dans le collecteur tout en réduisant l’encombrement.
  • Il est également présenté une pile à combustible comprenant un collecteur tel que présenté précédemment configuré pour être alimenté par le flux d’air et le flux d’hydrogène et au moins deux empilements reliés au collecteur, chaque empilement comprenant une pluralité de cellules électrochimiques.
  • Selon un aspect, le procédé de maintenance comprend une étape consistant à retirer une plaque terminale commune du corps du collecteur, l’ensemble des empilements alimentés par la face latérale associés à la plaque terminale commune demeurant solidaire de la plaque terminale commune.
  • Selon un aspect, le procédé de maintenance comprend des étapes consistant à :
    • Retirer une plaque terminale personnelle d’un empilement,
    • Retirer l’empilement d’une plaque terminale commune,
    • Mettre en place un nouvel empilement sur la plaque terminale commune,
    • Remettre en place la plaque terminale personnelle sur le nouvel empilement.
     PRESENTATION DES FIGURES
  • L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d’exemple, et se référant aux figures suivantes, données à titre d’exemples non limitatifs, dans lesquelles des références identiques sont données à des objets semblables.
  • La est une représentation schématique d’un aéronef comprenant des moteurs électriques propulsifs alimentés par des systèmes d’alimentation électrique.
  • La est une représentation schématique d’un système d’alimentation électrique selon l’invention.
  • La , la et la sont respectivement des vues en perspective, depuis l’amont et de côté d’un système d’alimentation électrique selon une forme de réalisation de l’invention.
  • La est une représentation schématique de la pile à combustible avec un collecteur et des empilements en position assemblée.
  • La est une représentation schématique de l’architecture de la pile à combustible.
  • La est une représentation schématique de la pile à combustible de la après le retrait d’un unique empilement.
  • La est une représentation schématique de la pile à combustible de la après le retrait d’une plaque terminale commune reliée à plusieurs empilements.
  • Il faut noter que les figures exposent l’invention de manière détaillée pour mettre en œuvre l’invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l’invention le cas échéant.
    •  DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION
  • En référence à la , il est présenté un aéronef A comprenant plusieurs moteurs électriques propulsifs M pour permettre sa propulsion. L’aéronef A comprend en outre deux systèmes d’alimentation électrique 1 selon l’invention pour alimenter chacun plusieurs moteurs électriques propulsifs M.
  • Il va de soi que l’invention s’applique à tout type d’aéronef, avec un monomoteur, avec deux moteurs, avec un grand nombre de moteurs distribués. L’invention concerne aussi bien des avions, que des hélicoptères ou des aéronefs à atterrissage et décollage vertical.
  • Dans cet exemple, les moteurs électriques propulsifs M sont positionnés à proximité immédiate du système d’alimentation électrique 1 auquel ils sont associés afin de limiter les pertes électriques. Il va de soi qu’un système d’alimentation électrique 1 pourrait n’alimenter qu’un seul moteur électrique propulsif M. Dans cet exemple, les systèmes d’alimentation électrique 1 sont positionnés sous des ailes latérales de l’aéronef A mais il va de soi que leur positionnement pourrait être différent.
  • En référence à la , il est représenté un système d’alimentation électrique 1 selon une forme de réalisation de l’invention. Le système d’alimentation électrique 1 est monté dans une enceinte 10, désignée également « nacelle », s’étendant selon un axe longitudinal X orienté d’amont vers l’aval. Sur la , l’enceinte 10 est ouverte à l’amont afin de recevoir un ou plusieurs moteurs électriques propulsifs M (représentés sur la ).
  • Dans cet exemple, en référence aux figures 3 à 5, le système d’alimentation électrique 1 comprend une unique pile à combustible 2 alimentant électriquement un boitier de distribution électrique 3 configuré pour être relié directement aux moteurs électriques propulsifs M. Le système d’alimentation électrique 1 comprend une structure de support 15 ayant une forme de treillis définissant un logement principal 16 dans lequel est montée la pile à combustible 2. La structure en treillis comprend plusieurs tubes qui sont assemblés pour former des mailles, en particulier, de forme rectangulaire. Ainsi, la pile à combustible 2 est protégée de tout choc mécanique, supportée de manière stable et ventilée de manière suffisante.
  • De manière connue, la pile à combustible 2 permet de générer de l’énergie électrique à partir d’une réaction électrochimique. De manière classique, différents fluides circulent à travers la pile à combustible 2 afin de réagir ensemble et ainsi générer de l’énergie électrique. Une telle réaction peut notamment être une réaction d’oxydo-réduction entre du dioxygène et du dihydrogène. La pile à combustible 2 est ainsi alimentée en dioxygène et en dihydrogène. La réaction d’oxydo-réduction génère également de l’eau qui est évacuée de la pile à combustible 2. Dans cet exemple, en référence à la , comme cela sera présenté par la suite, le système d’alimentation électrique 1 comprend un circuit d’alimentation en air 7 pour fournir un flux d’air FA comprenant du dioxygène à la pile à combustible 2 et un circuit d’alimentation en hydrogène 5 pour fournir un flux d’hydrogène FH à la pile à combustible 2.
  • Dans cet exemple, la pile à combustible 2 est une pile à haute température dans laquelle l’eau générée par la réaction est à l’état de vapeur. En effet, de l’eau à l’état de vapeur est aisément évacuée. Il va de soi que l’invention s’applique aussi à un pile à combustible 2 basse température.
  • La pile à combustible 2 est également alimentée en fluide de refroidissement FR afin d’évacuer la chaleur générée par la réaction électrochimique. Un tel fluide de refroidissement FR est un fluide caloporteur, tel que de l’huile ou de l’eau qui peut être mélangé avec des additifs. Dans cet exemple, en référence à la , le système d’alimentation électrique 1 comprend un circuit de refroidissement 6 comme cela sera présenté par la suite.
  • En référence à la , il est représenté de manière schématique le système d’alimentation électrique 1 de la .
  • Selon l’invention, la pile à combustible 2 comprend une première ligne électrochimique LA et une deuxième ligne électrochimique LB montées électriquement en parallèle, chaque ligne électrochimique LA, LB comprenant quatre empilements indépendants E1-E4, E5-E8 montés électriquement en série comme illustré à la .
  • La présence d’au moins deux lignes électrochimiques LA, LB montées électriquement en parallèle permet avantageusement de les alimenter de manière différente afin de réguler de manière native la puissance, c’est-à-dire, sans faire appel à un dispositif électronique de régulation de puissance. La présence d’au moins deux empilements indépendants E1-E4, E5-E8, montés électriquement en série, dans une ligne électrochimique LA, LB permet avantageusement de disposer d’une puissance électrique élevée tout en permettant une maintenance aisée du fait de la modularité.
  • Cela permet avantageusement de dimensionner de manière optimale la pile à combustible 2 afin de posséder une plage de fonctionnement vaste sans nécessiter de dispositif électronique de régulation de puissance qui est lourd et volumineux. La structure modulaire de la pile à combustible 2 permet ainsi de former un système d’alimentation électrique 1 ayant une grande densité massique et volumique de puissance, ce qui est avantageux dans un contexte aéronautique.
  • En référence à la , la pile à combustible 2 comprend un collecteur 9 sur lequel sont reliés les empilements E1-E8. Le collecteur 9 est alimenté par le flux d’air FA et le flux d’hydrogène FH pour alimenter chaque ligne électrochimique LA, LB.
  • En référence à la , le collecteur 9 s’étend longitudinalement selon un axe de collecteur XC et verticalement selon un axe vertical Z. Le collecteur 9 possède un corps 90 comprenant une première face latérale F1 configurée pour s’interfacer avec les empilements E1-E4 de la première ligne électrochimique LA et une deuxième face latérale F2 configurée pour s’interfacer avec les empilements E5-E8 de la deuxième ligne électrochimique LB. Dans cet exemple, en référence à la , la première face latérale F1 et la deuxième face latérale F2 sont inclinées l’une par rapport à l’autre d’un angle d’écartement θ de manière à ce que le collecteur 9 soit évasé en partie inférieure. De manière préférée, la pile à combustible 2 présente une forme en V. De manière préférée, l’angle d’écartement θ est comprise entre 2° et 90°, de préférence, entre 2° et 10°. Cela permet avantageusement de récupérer par gravité dans le collecteur 9 les résidus issus des réactions électrochimiques des empilements E1-E8, par exemple, de l’eau, tout en ayant un encombrement limité. Une telle architecture permet en outre d’améliorer la tenue structurale. L’utilisation d’un collecteur 9 permet d’utiliser plusieurs d’empilements E1-E8 de faible hauteur dans une même ligne électrochimique. La masse déportée, c’est-à-dire la masse des empilements E1-E8 en porte-à-faux, est donc plus faible, ce qui limite les modes propres en vibration à haute fréquence.
  • Le collecteur 9 comprend en outre une face de connexion F3 qui est de préférence située en aval afin de se connecter au circuit d’alimentation en air 7 et au circuit d’alimentation en hydrogène 5. Comme illustré à la , la face de connexion F3 comprend un connecteur d’entrée d’hydrogène 91a configuré pour alimenter tous les empilements E1-E8, un connecteur de sortie d’hydrogène 91b, un connecteur d’entrée d’air 92a configuré pour alimenter les empilements E1-E8 et un connecteur de sortie d’air 92b.
  • De manière alternative, la face de connexion F3 pourrait comprendre :
    • un premier connecteur d’hydrogène configuré pour alimenter les empilements E1-E4 de la première face latérale F1,
    • un deuxième connecteur d’hydrogène configuré pour alimenter les empilements E5-E8 de la deuxième face latérale F2,
    • un premier connecteur d’air configuré pour alimenter les empilements E1-E4 de la première face latérale F1 et
    • un deuxième connecteur d’air configuré pour alimenter les empilements E5-E8 de la deuxième face latérale F2.
  • Selon cet aspect, chaque ligne électrochimique LA, LB est alimentée de manière indépendante en flux d’air FA et en flux d’hydrogène FH. Le collecteur 9 comprend avantageusement des conduites internes indépendantes pour alimenter chaque ligne électrochimique LA, LB.
  • De préférence, le système d’alimentation électrique 1 comprend une vanne de régulation d’air (non représentée), de préférence associée à chaque ligne électrochimique LA, LB, de manière à réguler la puissance dans la pile à combustible 2 sans recourir à un dispositif électronique de régulation de puissance.
  • De préférence encore, le système d’alimentation électrique 1 comprend une vanne de régulation d’hydrogène (non représentée), de préférence associée à chaque ligne électrochimique LA, LB, de manière à réguler la puissance dans la pile à combustible 2 sans recourir à un dispositif électronique de régulation de puissance.
  • De manière préférée, toujours en référence à la , les connecteurs d’hydrogène 91a, 91b sont situés verticalement au-dessus des connecteurs d’air 92a, 92b de manière à ségréguer au maximum le flux d’hydrogène FH en partie supérieure et le flux d’air FA en partie inférieure du système d’alimentation électrique 1. Comme l’hydrogène est plus léger que l’air, l’hydrogène est séparé de l’air en cas de fuite, ce qui permet un traitement adapté.
  • Comme illustré aux figures 6, 8 et 9, la pile à combustible 2 possède une structure modulaire afin de faciliter sa maintenance.
  • Dans cet exemple, la première face latérale F1 est reliée à une première plaque terminale commune 22a à laquelle sont reliés l’ensemble des empilements E1-E4 alimentés par ladite première face latérale F1, c’est-à-dire, les empilements E1-E4 de la première ligne électrochimique LA. De manière analogue, la deuxième face latérale F2 est reliée à une deuxième plaque terminale commune 22b à laquelle sont reliés l’ensemble des empilements E5-E8 alimentés par ladite deuxième face latérale F2, c’est-à-dire, les empilements E5-E8 de la deuxième ligne électrochimique LB.
  • De manière préférée, chaque plaque terminale commune 22a, 22b comporte des ouvertures d’alimentation pour chaque empilement E1-E8. De manière avantageuse, un joint d’étanchéité plan peut être utilisé avec chaque plaque terminale commune 22a, 22b, ce qui améliore l’étanchéité aux fuites par comparaison à un raccord hydraulique/pneumatique. De manière avantageuse, étant donné que chaque plaque terminale commune 22a, 22b est en appui contre le corps 90 du collecteur 9, chaque plaque terminale commune 22a, 22b peut posséder intrinsèquement une masse et un volume plus réduits qu’une plaque terminale traditionnelle étant donné qu’elle peut bénéficier de la rigidité du corps 90 du collecteur 9 à laquelle elle est reliée.
  • Comme illustré à la , chaque plaque terminale commune 22a, 22b est reliée de manière amovible à une face latérale F1, F2 du corps 90 du collecteur 9, en particulier, par des organes de liaison 23 tels que des vis ou analogues. Cela permet de manière avantageuse de retirer tout une ligne électrochimique LA, LB de la pile à combustible 2 par simple démontage d’une plaque terminale commune 22a, 22b comme cela sera présenté par la suite.
  • Chaque empilement E1-E4 alimenté par ladite première face latérale F1 est relié de manière indépendante à la première plaque terminale commune 22a. De même, chaque empilement E5-E8 alimenté par ladite deuxième face latérale F2 est relié de manière indépendante à la deuxième plaque terminale commune 22b. Dans cet exemple, comme illustré à la , chaque empilement E1-E8 est maintenu entre une plaque terminale personnelle 20 et une plaque terminale commune 22a, 22b par une pluralité d’organes de traction 21 appelés « tirants ». Un organe de traction 21 se présente par exemple sous la forme d’une tige taraudée. Dans cet exemple, les organes de traction 21 sont reliés à la plaque terminale personnelle 20 par des organes de fixation 24, par exemple, des écrous.
  • Cela permet de retirer un empilement E1-E8 par retrait de la plaque terminale personnelle 20 dudit empilement E1-E8, la plaque terminal commune 22a, 22b n’étant pas retirée et permet de continuer à assurer la compression étanche des autres empilements. De manière préférée, la pluralité d’organes de traction 21 est solidaire de la plaque terminal commune 22a, 22b. Ainsi, il suffit uniquement à un opérateur d’agir sur les organes de fixation 24 qui sont accessibles pour réaliser un retrait.
  • En référence à la , il va être présenté un exemple de mise en œuvre d’un procédé de démontage d’un unique empilement E4. Le procédé comprend une étape consistant à retirer la plaque terminale personnelle 20 retenant ledit empilement E4 de manière à permettre son retrait. En pratique, il suffit de retirer les organes de fixation 24 associés à la plaque terminale personnelle 20 pour libérer l’empilement E4. L’empilement E4 peut être translaté à distance du collecteur 9 et de sa face latérale F1. Un nouvel empilement peut alors être mis en place de manière pratique et rapide sans affecter l’étanchéité des autres empilements, ce qui est très avantageux. La plaque terminale personnelle 20 est ensuite mise en place et verrouillée en position par les organes de fixation 24 montés sur les organes de traction 21.
  • En référence à la , il va être présenté un exemple de mise en œuvre d’un procédé de démontage de l’ensemble des empilements E1-E4 de la première ligne électrochimique LA. Le procédé de démontage comprend une étape consistant à retirer la première plaque terminale commune 22a par retrait des organes de liaison 23. Comme les empilements E1-E4 sont maintenus entre la première plaque terminale commune 22a et leurs plaques terminales personnelles 20, ceux-ci peuvent être manipulés ensemble.
  • Cela permet de réaliser un retrait rapide afin de remplacer les empilements E1-E4 sans retirer de manière individuelle chaque plaque terminale personnelle 20. Une nouvelle première plaque terminale commune associée à plusieurs nouveaux empilements peut alors être mis en place de manière pratique et rapide.
  • En référence à la , le boitier de distribution électrique 3 est relié électriquement à la pile à combustible 2. Dans cet exemple, le boitier de distribution électrique 3 comporte une pluralité de connecteurs électriques 30 pour connecter directement des moteurs électriques propulsifs M.
  • Selon un aspect préféré de l’invention, le boitier de distribution électrique 3 est exempt de dispositif électronique de régulation de puissance. Ainsi, il est dépourvu d’organes de puissance tels que des convertisseurs, notamment de courant continu (DC/DC), nécessaires à l’adaptation de la puissance fournie aux moteurs électriques propulsifs M comme dans l’art antérieur. De préférence, le boitier de distribution électrique 3 est dépourvu de batteries électriques.
  • En référence à la , comme présenté précédemment, la pile à combustible 2 comprend dans une partie inférieure des connecteur d’air 92a, 92b et dans une partie supérieure des connecteurs d’hydrogène 91a, 91b. Cela permet avantageusement de ségréguer l’air et l’hydrogène dans l’enceinte 10. Comme illustré aux figures 3 à 4, le circuit d’alimentation en air 7 est positionné dans une partie inférieure de l’enceinte 10 tandis que le circuit d’alimentation en hydrogène 5 est positionné dans une partie supérieure de l’enceinte 10 afin d’augmenter la ségrégation. De même, le circuit de refroidissement 6 est positionné dans une partie inférieure de l’enceinte 10.
  • Comme présenté précédemment, les connecteur d’air 92a, 92b et les connecteurs d’hydrogène 91a, 91b sont positionnés à l’extrémité aval de la pile à combustible 2 tandis que le boitier de distribution électrique 3 est monté en amont de la pile à combustible 2, en particulier, en amont du logement principal 16. Cela permet d’écarter l’alimentation en combustible des équipements électriques pour réduire le risque d’accident. Les organes électriques liés au circuit d’alimentation en air 7 et au circuit de refroidissement 6 (pompes notamment) sont également montés en amont de la pile à combustible 2. Ainsi, on réalise une ségrégation dans l’enceinte entre les organes électriques et les combustibles, ce qui améliore la sécurité.
  • Les connecteurs d’hydrogène 91a, 91b sont positionnés en partie supérieure à l’extrémité aval afin que le circuit d’alimentation en hydrogène 5 possède une longueur réduite. Un tel circuit d’alimentation en hydrogène 5 est coûteux étant donné qu’il nécessite un degré de sécurité important.
  • De plus l’utilisation de plaques terminales communes 22a, 22b et d’un collecteur 9 permet de réduire les chemins de fuite d’hydrogène (deux chemins pour les plaques terminales communes 22a, 22b et deux chemins pour les connecteurs d’hydrogène 91a, 91b) pour 8 empilements E1-E8, ce qui est faible par comparaison à l’art antérieur qui imposait deux chemins de fuite par empilement (une plaque terminale et un connecteur d’hydrogène).
  • En référence à la , le circuit de refroidissement 6 est configuré pour faire circuler un fluide de refroidissement FR dans la pile à combustible 2, en particulier, en boucle fermée. Le circuit de refroidissement 6 comprend une pompe de circulation de refroidissement 60 pour entrainer le fluide de refroidissement FR. Dans cet exemple, la pompe de circulation de refroidissement 60 est positionnée verticalement sous la pile à combustible 2 de manière à l’écarter du circuit d’alimentation en hydrogène 5 qui est acheminé depuis une partie supérieure.
  • Dans cet exemple, en référence à la , le circuit de refroidissement 6 comprend un échangeur de chaleur 61 pour évacuer les calories collectées par le fluide de refroidissement FR dans la pile à combustible 2. Comme illustré à la , l’enceinte 10 comporte un orifice d’entrée d’air auxiliaire 13 pour permettre l’admission d’un flux d’air de refroidissement FAR destiné à collecter des calories de l’échangeur de chaleur 61. De manière préférée, l’enceinte 10 comporte deux orifices d’entrée d’air auxiliaire 13 positionnés sur des parois latérales opposées de l’enceinte 10.
  • En référence à la , le circuit d’alimentation en air 7 est configuré pour alimenter la pile à combustible 2 avec un flux d’air FA. Le circuit d’alimentation en air 7 comprend une entrée d’air amont 11 formé dans l’enceinte 10. Le circuit d’alimentation en air 7 comprend une pompe de circulation d’air 70 pour comprimer le flux d’air FA à une pression compatible avec la pile à combustible 2. Dans cet exemple, la pompe de circulation d’air 70 est positionnée verticalement sous la pile à combustible 2 de manière à l’écarter du circuit d’alimentation en hydrogène 5 qui est acheminé depuis une partie supérieure.
  • En référence à la , le système d’alimentation électrique 1 comprend en outre un boitier électrique auxiliaire 8 configuré pour alimenter électriquement la pompe de circulation d’air 70 et la pompe de circulation de refroidissement 60. Le boitier électrique auxiliaire 8 est alimenté électriquement par le boitier de distribution électrique 3 ou par la pile à combustible 2.
  • Un exemple de mise en œuvre d’un procédé d’alimentation de plusieurs moteurs électriques propulsifs M reliés directement au boitier de distribution électrique 3 d’un système d’alimentation électrique 1.
  • Le procédé d’utilisation comprend une étape consistant à alimenter chaque ligne d’amission LA, LB de la pile à combustible 2 par un flux d’air FA et par un flux d’hydrogène FH. Le flux d’air FA est acheminé depuis une partie inférieure de l’enceinte 10 tandis que flux d’hydrogène FH est acheminé par une partie supérieure de l’enceinte 10. Chaque ligne électrochimique LA, LB est alimentée de manière indépendante et régulée en flux d’air FA et en flux d’hydrogène FH pour fournir une puissance adaptée à la phase de vol des moteurs électriques propulsifs M.
  • Le boitier de distribution électrique 3 collecte la puissance sur chaque ligne électrochimique LA, LB pour alimenter directement les moteurs électriques propulsifs M, c’est-à-dire, sans recourir à un dispositif électronique de régulation de puissance. De manière avantageuse, le boitier électrique auxiliaire 8 prélève de la puissance dans le boitier de distribution électrique 3 pour alimenter les pompes 60, 70 du circuit de refroidissement 6 et du circuit d’alimentation en air 7.
    •

Claims (11)

  1. Système d’alimentation électrique (1) d’au moins un moteur électrique propulsif (M) d’aéronef (A), le système d’alimentation électrique (1) s’étendant d’amont vers l’aval selon un axe longitudinal (X), le système d’alimentation électrique (1) comprenant :
    • une pile à combustible (2), configurée pour être alimentée par un flux d’air (FA) et par un flux d’hydrogène (FH), la pile à combustible (2) comprenant au moins une première ligne électrochimique (LA) et une deuxième ligne électrochimique (LB) montées électriquement en parallèle, chaque ligne électrochimique (LA, LB) comprenant au moins deux empilements indépendants (E1-E8) montés électriquement en série, chaque empilement (E1-E8) comprenant une pluralité de cellules électrochimiques, la pile à combustible (2) comprenant un collecteur (9) configuré pour être alimenté par le flux d’air (FA) et par le flux d’hydrogène (FH), le collecteur (9) étant relié aux deux lignes électrochimiques (LA, LB), la pile à combustible (2) comprenant des connecteur d’air (92a, 92b) et des connecteurs d’hydrogène (91a, 91b) positionnés à une extrémité aval de la pile à combustible (2),
    • un circuit d’alimentation en air (7) configuré pour alimenter la pile à combustible (2) avec un flux d’air (FA), le circuit d’alimentation en air (7) comprenant une entrée d’air amont (11),
    • un boitier de distribution électrique (3) configuré pour être relié audit moteur électrique propulsif (M), le boitier de distribution électrique (3) étant alimenté électriquement par la pile à combustible (2) et positionné en amont de ladite pile à combustible (2).
  2. Système d’alimentation électrique (1) selon la revendication 1, dans lequel le boitier de distribution électrique (3) est exempt de dispositif de régulation de puissance.
  3. Système d’alimentation électrique (1) selon l’une des revendications 1 à 2, dans lequel le circuit d’alimentation en air (7) comprend une pompe de circulation d’air (70) positionnée verticalement sous la pile à combustible (2).
  4. Système d’alimentation électrique (1) selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel la pile à combustible (2) comprend une partie supérieure comprenant les connecteurs d’hydrogène (91a, 91b) et une partie inférieure comprenant les connecteurs d’air (92a, 92b).
  5. Système d’alimentation électrique (1) selon l’une des revendications 1 et 4, comprenant une structure de support (15) ayant une forme de treillis définissant un logement principal (16) dans lequel est montée la pile à combustible (2).
  6. Système d’alimentation électrique (1) selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel chaque ligne électrochimique (LA, LB) est configurée pour être alimentée de manière indépendante.
  7. Ensemble formé d’un système d’alimentation selon l’une des revendications 1 à 6 et d’au moins un moteur électrique propulsif d’aéronef (M) relié au boitier de distribution électrique (3).
  8. Ensemble selon la revendication 7, dans lequel le moteur électrique propulsif d’aéronef (M) est relié directement au boitier de distribution électrique (3).
  9. Nacelle d’aéronef comprenant au moins un ensemble selon l’une des revendications 7 et 8 pour permettre la propulsion dudit aéronef (A).
  10. Aéronef (A) comprenant au moins un ensemble selon l’une des revendications 7 et 8 pour permettre la propulsion dudit aéronef (A).
  11. Procédé d’alimentation électrique (1) d’au moins un moteur électrique propulsif (M) d’aéronef (A) relié à un système d’alimentation électrique (1) selon l’une des revendications 1 à 6, le procédé comprenant des étapes consistant à :
    • Alimenter la pile à combustible (2) par un flux d’air (FA) et par un flux d’hydrogène (FH) pour alimenter électriquement le boitier de distribution électrique (3) relié audit moteur électrique propulsif (M), et
    • Réguler au moins le flux d’air (FA) dans chaque ligne électrochimique (LA, LB) de manière à réguler la puissance électrique fournie par la pile à combustible (2).
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