FR3110298A1 - Système de distribution de puissance électrique et procédé d'allocation de distribution de puissance électrique - Google Patents

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Uwe DONNIG
Jens Brey
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Abstract

Un système de distribution de puissance électrique comporte au moins un module convertisseur de courant et un dispositif de gestion de profil de puissance conçu pour négocier, avec des consommateurs électriques des profils de puissance individuels conformément auxquels une puissance électrique allant jusqu'à une valeur maximale de puissance négociée est fournie aux consommateurs par le convertisseur de courant. Le dispositif de gestion de profil de puissance est configuré pour détecter la consommation de puissance réelle instantanée des consommateurs pour calculer, pour chaque profil de puissance négocié individuellement, une valeur de réserve de puissance du convertisseur de courant, et pour négocier, avec un ou plusieurs des consommateurs électriques dont la valeur de réserve de puissance est supérieure à une valeur de seuil de réserve réglable, un nouveau profil de puissance. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 1

Description

SYSTÈME DE DISTRIBUTION DE PUISSANCE ÉLECTRIQUE ET PROCÉDÉ D'ALLOCATION DE DISTRIBUTION DE PUISSANCE ÉLECTRIQUE
L'invention concerne un système de distribution de puissance électrique comprenant des interfaces de raccordement pouvant être commandées dynamiquement pour divers consommateurs électriques, ainsi qu'un procédé d'allocation destiné à distribuer une puissance électrique à des consommateurs électriques conformément à des profils de puissance réglables dynamiquement, en particulier pour une utilisation dans les domaines de l'aéronautique ou de l'astronautique civiles.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
Les dispositifs électroniques personnels ("Personal Electronic Devices", PED) sont aujourd'hui omniprésents. Ces PED sont normalement transportés avec l'utilisateur partout où il voyage, y compris à bord des avions. Pour la commodité des passagers, il est souhaitable de fournir aux passagers à bord d'un avion la possibilité de recharger les accumulateurs d'énergie électrique des PED pendant qu'ils sont à bord de l'avion, ou de maintenir les PED en fonctionnement sur secteur. Les compagnies aériennes offrent généralement des possibilités de recharge pour des appareils électroniques portables tels que des ordinateurs portables, des téléphones mobiles, des smartphones, des tablettes PC et autres, qui permettent d'utiliser des ports USB ou des raccordements au réseau électrique pour chaque passager individuel à son siège d'avion respectif.
Pour l'alimentation locale de consommateurs électriques - qu'il s'agisse de dispositifs installés de façon permanente ou de dispositifs mobiles tels que des PED - à bord d'un aéronef, on utilise des systèmes de distribution de puissance installés localement comprenant des convertisseurs de puissance auxquels peuvent être raccordés une pluralité de consommateurs électriques ayant des besoins en énergie différents.
La capacité de puissance d'un tel système de distribution de puissance est principalement mesurée par la puissance maximale pouvant être rendue disponible simultanément. Plus cette puissance maximale est élevée, plus le poids et les coûts du système de distribution de puissance sont élevés. C'est pourquoi, notamment dans le domaine de l'aviation, il est nécessaire de trouver un équilibre entre la capacité de puissance, d'une part, et le poids et les coûts, d'autre part.
Les systèmes de distribution de puissance destinés à des groupes de sièges, par exemple dans des avions de transport de passagers, doivent être capables d'alimenter en puissance électrique de manière égale les PED de tous les passagers du groupe de sièges, par exemple pour un fonctionnement sur secteur et/ou une recharge des accumulateurs d'énergie des PED. La consommation de puissance maximale dans le cadre des spécifications de charge courantes telles que l'USB-PD ("Universal Serial Bus Power Delivery") atteint par exemple actuellement jusqu'à 100 watts.
Des consommateurs électriques tels que des PED ou des appareils électriques installés en permanence dans la cabine de l'aéronef ont généralement une demande de puissance électrique qui varie dans le temps. Plus le nombre de consommateurs électriques alimentés en énergie électrique simultanément mais indépendamment les uns des autres est grand, plus il sera rare, statistiquement parlant, que tous les consommateurs électriques aient simultanément un besoin de puissance maximal.
Dans le même temps, il convient néanmoins de veiller à ce que chaque passager qui raccorde son PED au système de distribution de puissance d'un groupe de sièges puisse être alimenté avec un minimum de puissance électrique et que des appareils installés de manière permanente sur le groupe de sièges, tels que des afficheurs au dos des sièges, d'autres composants électroniques tels que les actionneurs de sièges, des capteurs, l'éclairage, des sorties de courant alternatif ou d'autres accessoires de divertissement, puissent être alimentés à tout moment avec l'énergie nécessaire à leur fonctionnement.
Les publications US 2013/0297089 A1, EP 2 514 062 B1, US 2004/0057177 A1, DE 10 2006 028 823 A1, DE 196 17 915 A1 et US 9,914,548 B1 divulguent diverses approches pour l'alimentation dynamique de consommateurs électriques qui sont raccordés à un système de distribution de puissance.
L'un des buts de l'invention est de fournir des solutions améliorées pour la mise en œuvre de systèmes de distribution de puissance, notamment à bord d'un avion de transport de passagers, dans lesquels la puissance maximale disponible peut être utilisée plus efficacement.
Ces buts et d'autres encore sont atteints par un système de distribution de puissance et par un procédé d'allocation destiné à distribuer une puissance électrique à des consommateurs électriques.
Selon un premier aspect de l'invention, celle-ci concerne un système de distribution de puissance qui est conçu pour fournir une puissance électrique en courant continu ayant des valeurs maximales de puissance réglables au niveau d'une pluralité d'interfaces de sortie électriques du module convertisseur de courant, jusqu'à une valeur maximale de puissance de module. Le système de distribution de puissance comprend en outre un dispositif de gestion de profil de puissance qui est couplé au convertisseur de courant et qui est conçu pour négocier, avec des consommateurs électriques pouvant être raccordés à des interfaces de sortie respectives de la pluralité d'interfaces de sortie électriques, des profils de puissance individuels conformément auxquels une puissance électrique allant jusqu'à une valeur maximale de puissance négociée est fournie aux consommateurs par le convertisseur de courant par l'intermédiaire de l'interface de sortie électrique et lesquels sont stockés dans une mémoire de profils de puissance du dispositif de gestion de profil de puissance. Le dispositif de gestion de profil de puissance est configuré pour détecter la consommation de puissance réelle instantanée des consommateurs raccordés avec lesquels un profil de puissance négocié individuellement existe déjà, pour calculer, pour chaque profil de puissance négocié individuellement, une valeur de réserve de puissance du convertisseur de courant sous la forme d'une différence entre la valeur maximale de puissance négociée et la consommation de puissance réelle instantanée, et pour négocier, avec un ou plusieurs des consommateurs électriques dont la valeur de réserve de puissance est supérieure à une valeur de seuil de réserve réglable, un nouveau profil de puissance dont la valeur maximale de puissance est plus faible que celle négociée lorsque la somme des valeurs maximales de puissance négociées dépasse la valeur maximale de puissance de module.
Selon un deuxième aspect de l'invention, un procédé d'allocation destiné à distribuer une puissance électrique à des consommateurs électriques, par exemple des PED, qui sont raccordés à un système de distribution de puissance dans un avion de transport de passagers, comprend les étapes de raccordement de consommateurs électriques à des interfaces de sortie respectives d'une pluralité d'interfaces de sortie électriques d'un module convertisseur de courant d'un système de distribution de puissance électrique comportant un convertisseur de courant, et de négociation, entre un dispositif de gestion de profil de puissance et les consommateurs électriques, de profils de puissance individuels conformément auxquels une puissance électrique allant jusqu'à une valeur maximale de puissance négociée est fournie aux consommateurs par le convertisseur de courant par l'intermédiaire de l'interface de sortie électrique. Le procédé comprend en outre les étapes de détection d'une consommation de puissance réelle instantanée des consommateurs raccordés avec lesquels un profil de puissance négocié individuellement existe déjà, de comparaison de la somme des valeurs maximales de puissance négociées à une valeur maximale de puissance de module correspondant à une puissance électrique maximale en courant continu que le convertisseur de courant du module convertisseur de courant peut fournir à la pluralité d'interfaces de sortie électriques, de calcul, pour chaque profil de puissance négocié individuellement, d'une valeur de réserve de puissance du convertisseur de courant sous la forme d'une différence entre la valeur maximale de puissance négociée et la consommation de puissance réelle instantanée, et de renégociation de profils de puissance qui présentent une valeur maximale de puissance plus faible que celle négociée précédemment entre le dispositif de gestion de profil de puissance et les consommateurs électriques dont la valeur de réserve de puissance calculée est supérieure à une valeur de seuil de réserve réglable lorsque la somme des valeurs maximales de puissance négociées dépasse la valeur maximale de puissance de module.
Selon un troisième aspect de l'invention, un aéronef, notamment un avion de transport de passagers, comprend au moins un système de distribution de puissance électrique selon le premier aspect de l'invention. Dans certains modes de réalisation, l'aéronef peut en outre comporter une source de tension électrique, par exemple une source de tension alternative, qui alimente ledit au moins un système de distribution de puissance électrique avec une tension électrique, par exemple avec une tension alternative. Les systèmes de distribution de puissance peuvent être associés à l'un des groupes de sièges respectifs dans un avion de transport de passagers comprenant une pluralité de groupes de sièges.
L'une des idées principales de l'invention réside en ce qu'en principe, chaque consommateur électrique raccordé au système de distribution de puissance peut demander son profil de puissance individuel, c'est-à-dire qu'il n'existe pas de limitations quant aux profils de puissance des consommateurs côté système. En outre, une planification granulaire de la demande de puissance peut être effectuée par le biais de limites de profil de puissance réglables par incréments. Dans le même temps, il est toutefois garanti que des consommateurs électriques nouvellement ajoutés se voient également attribuer un profil de puissance ayant une allocation de puissance minimale garantie en réallouant des profils de puissance individuels déjà attribués selon des règles spécifiées. De cette façon, une réserve de puissance est également créée dans le cas où des profils de puissance nouvellement négociés pour des consommateurs électriques nouvellement raccordés et devant en principe être admis dépassent au total la valeur maximale de la puissance pouvant être mise à disposition par le système de distribution de puissance.
Un avantage particulier de la solution selon l'invention réside dans le fait que les consommateurs électriques dont la demande de puissance actuelle utilise le moins le profil de puissance attribué au départ peuvent être utilisés individuellement pour libérer des réserves de puissance, sans affecter la consommation de puissance des consommateurs électriques qui utilisent effectivement leur profil de puissance demandé.
De plus, la solution selon l'invention tient compte de la demande de puissance instantanée réelle ou de la réserve de puissance instantanée réelle en évaluant non pas des paramètres théoriques négociés et attribués du profil de puissance, mais des valeurs de puissance réelles mesurées pendant l'allocation et la réallocation de consommateurs électriques nouvellement ajoutés.
Selon certains modes de réalisation du système de distribution de puissance, la pluralité d'interfaces de sortie électriques du module convertisseur de courant peut comprendre des interfaces USB. Dans certains modes de réalisation, le dispositif de gestion de profil de puissance peut négocier les profils de puissance conformément à la spécification USB-Power-Delivery (Fourniture de Puissance USB) et/ou USB-Battery-Charging (Charge de Batterie par USB). Le système de bus série USB ("Universal Serial Bus") fournit une interface entre dispositifs électroniques qui est principalement destinée à l'échange rapide et simple de données. Diverses versions USB, comme par exemple USB 1.0, 1.1, 2.0, 3.0, 3.1, 3.2 et 4.0, permettent d'alimenter des appareils raccordés par l'intermédiaire des connexions par câble USB. La spécification USB met également en œuvre un port de charge dédié ("Dedicated Charging Port", DCP) qui permet à des appareils électroniques USB dotés d'un régulateur de charge et d'une batterie de tirer un courant d'une source d'énergie électrique raccordée au port de charge pour charger la batterie. Diverses normes USB, telles que la norme "Battery Charging Specification" (USB-BC) ou la norme "Power Delivery Specification" (USB-PD), réglementent les valeurs admissibles des courants maximaux, des tensions de charge et les possibilités de charge. De manière avantageuse, de nombreux PED respectent la norme USB en ce qui concerne le fonctionnement sur secteur et les options de charge, de sorte qu'un système de distribution de puissance doté de telles interfaces est particulièrement bien adapté à la mise en œuvre de la planification granulaire de la demande de puissance par l'intermédiaire de limites réglables par incréments imposées aux profils de puissance.
Selon certains modes de réalisation du système de distribution de puissance, le dispositif de gestion de profil de puissance peut en outre être conçu pour calculer la consommation de puissance réelle instantanée des consommateurs raccordés en déterminant des moyennes mobiles de la consommation de puissance des consommateurs raccordés. Dans le mode de charge notamment, des consommateurs électriques tels que des PED tirent leur puissance de charge électrique du système de distribution de puissance, qui ne varie généralement pas ou qui varie peu dans le temps, et de plus ne varie pas de manière erratique. Une détermination de moyennes mobiles ("Moving Averages", MA), en particulier à l'aide de moyennes mobiles linéaires pondérées ("Linear Weighted Moving Average", LWMA), peut permettre d'effectuer une prédiction relativement fiable des fractions de réserve de puissance actuelles et prédites. Le système de distribution de puissance peut également être exploité au-dessus de la limite de puissance maximale pendant une courte période, de sorte qu'une prévision fiable de la demande totale de puissance permet avantageusement de mettre à la disposition de tous les consommateurs électriques raccordés une alimentation électrique ininterrompue, tandis qu'en cas de goulots d'étranglement de puissance anticipés ou réels, un fonctionnement en surcharge temporairement possible du système de distribution de puissance peut être utilisé pour éliminer rapidement les goulots d'étranglement de puissance, par une renégociation de profils de puissance admissibles.
Selon certains modes de réalisation du système de distribution de puissance, le dispositif de gestion de profil de puissance peut en outre être conçu pour négocier, avec un ou plusieurs des consommateurs électriques, un nouveau profil de puissance ayant une valeur maximale de puissance plus élevée que celle négociée lorsque la somme des valeurs maximales de puissance négociées est inférieure d'une valeur de seuil de réserve de module à la valeur maximale de puissance de module. Certains consommateurs électriques raccordés n'ont reçu un profil de puissance ayant une valeur maximale de puissance plus faible qu'au moment où ils ont demandé au dispositif de gestion de profil de puissance un profil de puissance ayant une valeur maximale de puissance déterminée, en raison de la situation des réserves de puissance qui prévalait à ce moment-là.
Dans certains modes de réalisation, le dispositif de gestion de profil de puissance peut effectuer la négociation de nouveaux profils de puissance ayant une valeur maximale de puissance plus élevée que celle négociée à chaque fois que l'un des consommateurs électriques raccordés à des interfaces de sortie respectives de la pluralité d'interfaces de sortie électriques est débranché de l'interface de sortie. En particulier, le débranchement des consommateurs électriques libère à nouveau des réserves de puissance qui peuvent contribuer à une amélioration de la situation des réserves de puissance à des instants ultérieurs. Le dispositif de gestion de profil de puissance peut alors attribuer le profil de puissance réellement demandé à des consommateurs électriques qui n'avaient initialement reçu qu'un profil de puissance inférieur à celui effectivement demandé.
Selon certains autres modes de réalisation du système de distribution de puissance, le système de distribution de puissance peut en outre comprendre un dispositif de commande de température qui peut être couplé en amont dudit au moins un module convertisseur de courant et qui est conçu pour ajuster en fonction de la température du système de distribution de puissance la valeur maximale de puissance de module dudit au moins un module convertisseur de courant.
Selon certains modes de réalisation du procédé d'allocation, la pluralité d'interfaces de sortie électriques du module convertisseur de courant peuvent être des interfaces USB. À cet égard, dans certains modes de réalisation du procédé d'allocation, les étapes de négociation des profils de puissance peuvent être conformes à la spécification USB-Power-Delivery et/ou USB-Battery-Charging.
Selon certains autres modes de réalisation du procédé d'allocation, la renégociation de profils de puissance ayant une valeur maximale de puissance plus élevée que celle négociée peut être effectuée chaque fois que l'un des consommateurs électriques raccordés à des interfaces de sortie respectives de la pluralité d'interfaces de sortie électriques est débranché de l'interface de sortie.
Les modes de réalisation et autres perfectionnements décrits ci-dessus peuvent être combinés les uns aux autres de la manière souhaitée, lorsque cela semble judicieux. D'autres modes de réalisation, perfectionnements et mises en œuvre possibles de l'invention comprennent également des combinaisons, non mentionnées explicitement, de caractéristiques de l'invention décrites précédemment ou ci-dessous en référence aux modes de réalisation. En particulier, l'homme du métier pourra également ajouter des aspects individuels en tant qu'améliorations ou ajouts à la forme de base respective de la présente invention.
La présente invention sera expliquée plus en détail ci-après en référence aux modes de réalisation illustrés dans les figures schématiques.
représente un schéma de principe de la structure d'un système de distribution de puissance selon un mode de réalisation de l'invention ;
représente un organigramme d'un procédé d'allocation destiné à distribuer une puissance électrique à des consommateurs électriques, par exemple en utilisant un système de distribution de puissance représenté sur la , selon un autre mode de réalisation de l'invention ; et
représente un aéronef comprenant un système de distribution de puissance selon un autre mode de réalisation de l'invention.
Les figures annexées ont pour but de mieux faire comprendre les modes de réalisation de l'invention. Elles illustrent des modes de réalisation et, en relation avec la description, servent à expliquer les principes et les concepts de l'invention. D'autres modes de réalisation et de nombreux avantages mentionnés apparaîtront en référence aux dessins. Les éléments des dessins ne sont pas nécessairement représentés à l'échelle les uns par rapport aux autres. Des termes directionnels tels que "haut", "bas", "gauche", "droite", "au-dessus", "en dessous", "horizontal", "vertical", "avant", "arrière" et autres sont uniquement utilisés à titre d'explication et ne doivent pas être considérés comme limitant la généralité à des modes de réalisation spécifiques tels qu'illustrés dans les figures.
Dans les figures, les éléments, caractéristiques et composants identiques qui remplissent la même fonction et ont le même effet sont respectivement désignés par les mêmes symboles de référence, sauf indication contraire.
EXPOSE DETAILLE DE MODES DE REALISATION
Les appareils électroniques personnels ("Personal Electronic Devices", PED), au sens de la présente invention, comprennent tous les appareils électroniques pouvant être utilisés à des fins de divertissement, de communication et/ou de bureautique. À titre d'exemple, les PED peuvent comprendre tous types de terminaux, tels que des ordinateurs portables, des téléphones mobiles, des smartphones, des appareils portables, des ordinateurs de poche, des tablettes PC, des appareils GPS, des appareils de navigation, des appareils audio, tels que des lecteurs MP3, des lecteurs DVD ou Blu-ray (marque déposée) portables, ou des appareils photo numériques.
Les sièges de véhicule, au sens de la présente invention, peuvent comprendre toute forme de composant structurel d'un véhicule qui est conçu pour accueillir un passager pendant la durée du voyage dans le véhicule. En particulier, des sièges de véhicules peuvent être utilisés dans des aéronefs de manière personnelle et au moins temporairement de manière exclusive par le passager de l'avion pendant le vol. Les sièges ou les sièges de véhicule, au sens de l'invention, peuvent être des sièges d'avion divisés en groupes de sièges, mais peuvent également être des canapés, des fauteuils, des lits, des suites de première classe ou de classe affaires ou des sièges de ce type à l'intérieur d'un aéronef.
Les convertisseurs de courant, au sens de la présente invention, sont tous les circuits et dispositifs qui peuvent être utilisés pour convertir un type de courant électrique injecté - courant continu ou courant alternatif - en l'autre, ou pour modifier des paramètres caractéristiques tels que la tension et la fréquence d'un type de courant électrique injecté. Les convertisseurs de courant peuvent comprendre des redresseurs destinés à convertir un courant alternatif en courant continu, des onduleurs destinés à convertir un courant continu en courant alternatif, des convertisseurs destinés à convertir un type de courant alternatif en un autre ou des convertisseurs destinés à convertir un type de courant continu en un autre. Les convertisseurs de courant, au sens de la présente invention, peuvent être mis en œuvre à l'aide de composants analogiques tels que des résistances, des inductances et des condensateurs et/ou des composants électroniques à base de semi-conducteurs, comme par exemple des diodes, des transistors ou des thyristors.
La représente une structure schématique d'un système de distribution de puissance 100 qui peut par exemple être associé à un groupe de sièges dans un avion de transport de passagers, tel que l'aéronef A illustré schématiquement sur la . Chacun des différents groupes de sièges d'un avion de transport de passagers peut ainsi par exemple être associé à un système de distribution de puissance 100 séparé et local dans l'aéronef A. Une pluralité de systèmes de distribution de puissance 100 peuvent être alimentés par une ou plusieurs sources de tension 20, comme illustré à titre d'exemple sur la .
Les sources de tension 20 peuvent par exemple comprendre une ou plusieurs sources de tension alternative 20, comme par exemple des générateurs - en particulier des générateurs de moteurs à réaction ou des générateurs de turbines à contre-pression. En variante ou en outre, les sources de tension 20 peuvent par exemple comprendre des sources de tension continue telles que des systèmes photovoltaïques ou des piles à combustible. A cette fin, le système de distribution de puissance 100 peut comprendre un circuit de correction du facteur de puissance d'entrée 5 (dans le cas d'une alimentation en courant alternatif) ou un convertisseur de tension continue 5 côté entrée (dans le cas d'une alimentation en courant continu) couplé en aval à un ou plusieurs modules convertisseurs de courant 6a, 6b, dont deux sont illustrés à titre d'exemple sur la . Il faut comprendre que plus ou moins de deux modules convertisseurs de courant sont également possibles pour un système de distribution de puissance 100.
Les modules convertisseurs de courant 6a, 6b comprennent chacun un convertisseur de courant 3a et 3b, dont chacun convertit une partie de la puissance fournie par la source de tension 20 par l'intermédiaire du circuit de correction du facteur de puissance ou du convertisseur de tension continue 5 en une puissance en courant continu. Les modules convertisseurs de courant 6a, 6b peuvent être réalisés sous la forme de circuits ou de composants séparés ; cependant, il est également possible que les modules convertisseurs de courant 6a, 6b fassent partie d'un système convertisseur de courant de niveau supérieur et soient donc associés au même module. En conséquence, les convertisseurs de courant 3a et 3b peuvent également être des parties de circuit fonctionnelles d'un circuit convertisseur de courant 3 de niveau supérieur.
Le système de distribution de puissance 100 peut comprendre un dispositif de commande de température 4 qui peut limiter la fraction de la puissance totale devant être tirée de la source de tension 20 à une puissance maximale du système, en fonction des conditions aux limites régnant dans le système de distribution de puissance 100, en particulier des températures dominantes. La puissance maximale du système peut être la puissance maximale que les composants du système de distribution de puissance 100 peuvent accepter pour des raisons de conception du système ou de sécurité du système. Le réglage du système de distribution de puissance 100 sur une puissance maximale du système peut ainsi être effectué par le dispositif de commande de température 4 ou par le dispositif de gestion de profil de puissance 7 décrit plus en détail ci-dessous.
Le module convertisseur de courant 6a est illustré sur la sous la forme d'un module convertisseur de courant qui alimente, par l'intermédiaire d'interfaces de sortie 1a à 1m, un certain nombre de consommateurs électriques 11a à 11m dont la consommation de puissance est prédéterminée et dont l'alimentation en puissance est considérée comme essentielle. Il peut par exemple s'agir d'afficheurs d'un système de divertissement embarqué à bord d'un avion de transport de passagers, de lumières de sièges de passagers, de raccordements d'alimentation en courant alternatif, d'actionneurs de sièges ou de consommateurs de ce type. Par conséquent, la fraction de la puissance totale du système que le module convertisseur de courant 6a convertit en puissance en courant continu en tant que valeur de puissance de module et transmet aux consommateurs électriques 11a à 11m est sensiblement constante lorsque tous les consommateurs électriques 11a à 11m sont activés, et peut prendre des niveaux intermédiaires compris entre zéro et la valeur de puissance de module constante lorsque certains ou la totalité des consommateurs électriques 11a à 11m sont désactivés.
Les consommateurs électriques 11a à 11m peuvent présenter un état de fonctionnement soit actif soit inactif, c'est-à-dire qu'ils peuvent ou non tirer leurs besoins en énergie du module convertisseur de courant 6a. Les consommateurs électriques 11a à 11m étant des charges essentielles, l'appel de puissance effectué sur le module convertisseur de courant 6a est prioritaire par rapport à d'autres consommateurs électriques.
Le module convertisseur de courant 6b comprend un convertisseur de courant 3b qui est conçu pour convertir une tension électrique provenant d'une ou de plusieurs sources de tension 20 en une tension électrique continue. Le convertisseur de courant 3b délivre ensuite une puissance en courant continu ayant des valeurs maximales de puissance réglables au niveau d'une pluralité d'interfaces de sortie électriques 2a à 2n du module convertisseur de courant 6b. Comme les valeurs maximales de puissance au niveau de chaque interface de sortie électrique peuvent varier, la fraction de la puissance totale du système que le module convertisseur de courant 6b convertit en puissance en courant continu et fournit à un ou plusieurs consommateurs électriques 10a à 10n peut également varier.
Les interfaces de sortie électriques 2a à 2n peuvent notamment être des interfaces USB fonctionnant selon la spécification USB-Power-Delivery et/ou USB-Battery-Charging. Des consommateurs électriques 10a à 10n qui sont raccordés à ces interfaces USB, par exemple des PED de passagers d'un avion de transport de passagers, peuvent en conséquence négocier des profils de puissance avec le système de distribution de puissance 100. Ces profils de puissance indiquent la valeur maximale de puissance jusqu'à laquelle le système de distribution de puissance 100 fournit de la puissance à l'interface de sortie électrique 2a à 2n respective.
Le module convertisseur de courant 6b et le convertisseur de courant 3b sont conçus pour fournir une puissance électrique allant jusqu'à une valeur maximale de puissance de module variable. Selon le nombre de consommateurs électriques raccordés aux interfaces de sortie électriques 2a à 2n et les profils de puissance négociés ou à négocier, il peut arriver que les valeurs maximales de puissance demandées dépassent au total la valeur maximale de puissance de module.
A cet égard, le système de distribution de puissance 100 comprend un dispositif de gestion de profil de puissance 7, qui est couplé au convertisseur de courant 3b, aux interfaces de sortie électriques 2a à 2n et, le cas échéant, au dispositif de commande de température 4. Le dispositif de gestion de profil de puissance 7 a pour fonction de garder une vue d'ensemble de la valeur totale de puissance du système, éventuellement variable, de la valeur maximale de puissance de module du module convertisseur de courant 3b, qui varie également en raison de la variabilité de la valeur totale de puissance du système, et des profils de puissance demandés des consommateurs électriques au niveau des interfaces de sortie électriques 2a à 2n.
À titre d'exemple, le dispositif de gestion de profil de puissance 7 reçoit des signaux de commande correspondants du dispositif de commande de température 4, lesquels limitent la valeur totale de puissance du système à une valeur limite supérieure du système en fonction des conditions de fonctionnement détectées par le dispositif de commande de température 4. Par ailleurs, le dispositif de gestion de profil de puissance 7 détecte la consommation de puissance réelle instantanée de consommateurs électriques 11a à 11m raccordés aux interfaces de sortie 1a à 1m du module convertisseur de courant 6a, en fonction de leur état d'activation. La valeur totale de la puissance requise par les consommateurs électriques 11a à 11m constitue la valeur de puissance de module du module convertisseur de courant 6a, laquelle est soustraite à la valeur totale de puissance du système afin de déterminer la valeur maximale de puissance de module disponible du module convertisseur de courant 6b.
La valeur maximale de puissance de module du module convertisseur de courant 6b peut donc varier dynamiquement avec la puissance totale disponible dans le système de distribution de puissance 100, d'une part, et avec la puissance instantanée requise pour les charges essentielles raccordées au module convertisseur de courant 6a et activées, d'autre part.
Le dispositif de gestion de profil de puissance 7 comporte un processeur 8 pourvu d'un logiciel qui permet de négocier, avec des consommateurs électriques 10a à 10n pouvant être raccordés à des interfaces de sortie respectives de la pluralité d'interfaces de sortie électriques 2a à 2n, par exemple des PED de passagers d'un avion de transport de passagers, des profils de puissance individuels conformément auxquels une puissance électrique allant jusqu'à une valeur maximale de puissance négociée est fournie aux consommateurs 10a à 10n par le convertisseur de courant 3b par l'intermédiaire de l'interface de sortie électrique 2a à 2n associée de manière correspondante. Le processeur 8 peut stocker les profils de puissance négociés dans une mémoire de profils de puissance 9 du dispositif de gestion de profil de puissance 7 couplé au processeur 8.
Le dispositif de gestion de profil de puissance 7 est conçu pour détecter la consommation de puissance réelle instantanée des consommateurs 10a à 10n raccordés au niveau des interfaces de sortie électriques 2a à 2n. Cette consommation de puissance réelle détectée peut ensuite être égalisée avec les profils de puissance correspondants négociés individuellement. L'égalisation effectuée par le processeur 8 du dispositif de gestion de profil de puissance 7 établit respectivement, pour chaque profil de puissance négocié individuellement, la différence entre la valeur maximale de puissance négociée et la consommation de puissance réelle instantanée mesurée ou détectée. Il en résulte des valeurs de réserve de puissance du convertisseur de courant 3b, qui fournissent une indication des consommateurs électriques 10a à 10n raccordés qui nécessitent en réalité moins de puissance que celle qui leur est théoriquement allouée par le biais de la valeur maximale de puissance négociée.
Lorsque des consommateurs électriques supplémentaires sont raccordés aux interfaces de sortie électriques 2a à 2n, il peut arriver qu'une nouvelle valeur maximale de puissance à négocier porte la somme de toutes les valeurs maximales de puissance négociées à un niveau qui dépasse la valeur maximale de puissance de module. De même, il peut arriver, en raison d'une réduction induite de l'extérieur de la valeur maximale de puissance de module, par exemple en raison de signaux de commande provenant du dispositif de commande de température 4 ou en raison de l'activation de charges essentielles précédemment inactives sur le module convertisseur de courant 6a, que la valeur maximale de puissance de module devienne inférieure à la somme de toutes les valeurs maximales de puissance actuellement négociées. Classiquement, dans de telles circonstances, il serait fait en sorte qu'un consommateur électrique ne demande pas de puissance au convertisseur de courant 6b afin d'éviter de dépasser les réserves.
En déterminant les valeurs de réserves de puissance du convertisseur de courant 3b, le dispositif de gestion de profil de puissance 7 est en mesure d'identifier les consommateurs électriques avec lesquels il est possible de négocier un nouveau profil de puissance qui présente une valeur maximale de puissance plus faible que celle initialement négociée. À cet égard, le dispositif de gestion de profil de puissance 7 peut comparer les valeurs de réserves de puissance à une valeur de seuil de réserve réglable afin d'identifier les consommateurs électriques avec lesquels une nouvelle négociation de profils de puissance est possible sans affecter de manière significative le fonctionnement ou le processus de charge. Il peut ainsi être avantageux que la valeur maximale de puissance renégociée se situe comme précédemment au-dessus de la consommation instantanée réelle. Si le consommateur électrique n'accepte pas un tel profil de puissance, il est toujours possible d'attribuer un profil de puissance dont la valeur maximale de puissance est minimale. À titre d'exemple, de tels profils de puissance doivent obligatoirement être acceptés dans le cas de la spécification USB-PD ou de la spécification USB-BC pour tous les appareils compatibles.
Le dispositif de gestion de profil de puissance 7 peut ainsi exclure de la renégociation les consommateurs 10a à 10n raccordés qui ont en principe des valeurs de réserves de puissance suffisamment élevées mais qui sont raccordés à des interfaces de sortie électriques 2a à 2n qui sont classées à un niveau de priorité d'alimentation plus élevé. À titre d'exemple, il est envisageable d'attribuer à des utilisateurs une interface de sortie ayant un niveau de priorité d'alimentation plus élevé en payant des frais supplémentaires ou en vertu de leur statut de passager de classe affaires ou de grand voyageur. Les PED de ces utilisateurs reçoivent donc toujours un profil de puissance demandé ayant la valeur maximale de puissance souhaitée par l'intermédiaire de l'interface de sortie dont le niveau de priorité d'alimentation est plus élevé, même si la consommation réelle de puissance par le PED connecté peut conduire à l'utilisation d'une réserve de puissance.
Le dispositif de gestion de profil de puissance 7 peut déterminer la consommation de puissance réelle instantanée des consommateurs 10a à 10n raccordés par le biais de méthodes appropriées de mesure ou de détection de moyenne et d'égalisation, par exemple à l'aide d'une détermination de moyennes mobiles dans une fenêtre temporelle de poursuite dynamique dont la longueur antérieure est réglable. À cet effet, une moyenne mobile pondérée linéaire (LMWA) peut par exemple être utilisée afin de pouvoir masquer les pics ou les creux à court terme et transitoires se produisant dans la consommation de puissance des consommateurs 10a à 10n raccordés.
Inversement, il est possible de faire en sorte qu'en réduisant le nombre de consommateurs électriques raccordés, par exemple par débranchement d'un PED par un utilisateur d'une interface de raccordement, des réserves de puissance soient à nouveau libérées. En variante ou en outre, il se peut qu'en raison d'une augmentation induite de l'extérieur de la valeur maximale de puissance de module, par exemple en raison de signaux de commande provenant du dispositif de commande de température 4 ou en raison de la désactivation de charges essentielles précédemment actives sur le module convertisseur de courant 6a, la valeur maximale de puissance de module s'élève à nouveau au-dessus de la somme de toutes les valeurs maximales de puissance actuellement négociées. Les réserves de puissance peuvent alors être redistribuées à d'autres consommateurs électriques restants par le dispositif de gestion de profil de puissance 7. Il peut de préférence s'agir des consommateurs électriques auxquels a été attribuée une valeur maximale de puissance actuellement négociée qui est plus faible que celle initialement demandée ou qui a été renégociée au cours d'une pénurie de puissance. À cet effet, le dispositif de gestion de profil de puissance 7 peut périodiquement ou à chaque fois que l'un des consommateurs électriques 10a à 10n raccordés à des interfaces de sortie respectives de la pluralité d'interfaces de sortie électriques 2a à 2n est débranché de l'interface de sortie respective, comparer la somme des valeurs maximales de puissance négociées des consommateurs électriques actuellement raccordés ou restants à la valeur maximale de puissance de module du module convertisseur de courant 6b. Lorsque la réserve de puissance ainsi déterminée dépasse une valeur de réserve de module réglable, des profils de puissance peuvent être mis en œuvre pour augmenter les valeurs maximales de puissance à l'aide de consommateurs électriques sélectionnés.
La représente un organigramme des étapes d'un procédé d'allocation M destiné à distribuer une puissance électrique à des consommateurs électriques, par exemple des consommateurs électriques 10a à 10n, qui ont été raccordés, lors d'une première étape M1, à des interfaces de sortie respectives d'une pluralité d'interfaces de sortie électriques 2a à 2n - par exemple des interfaces USB fonctionnant selon la spécification USB-PD ou la spécification USB-BC - d'un module convertisseur de courant 6b, doté d'un convertisseur de courant 3b, d'un système de distribution de puissance électrique 100. Le procédé M peut notamment être mis en œuvre dans un système de distribution de puissance électrique 100 comme expliqué en référence à la .
Lors d'une étape M2 suivante, des profils de puissance individuels peuvent être négociés entre un dispositif de gestion de profil de puissance 7 et les consommateurs électriques 10a à 10n, conformément auxquels une puissance électrique allant jusqu'à une valeur maximale de puissance négociée est fournie aux consommateurs 10a à 10n par le convertisseur de courant 3b par l'intermédiaire de l'interface de sortie électrique 2a à 2n. Lors d'une troisième étape M3, une consommation de puissance réelle instantanée des consommateurs 10a à 10n raccordés avec lesquels un profil de puissance négocié individuellement existe déjà est détectée, par exemple en déterminant des moyennes mobiles de la consommation de puissance mesurée au cours du temps. La somme des valeurs maximales de puissance négociées est comparée, lors d'une quatrième étape M4, à une valeur maximale de puissance de module qui correspond à une puissance en courant continu maximale que le convertisseur de courant 3b du module convertisseur de courant 6b peut fournir à la pluralité d'interfaces de sortie électriques 2a à 2n.
Comme valeur de réserve de puissance du convertisseur de courant 3b pour chaque profil de puissance négocié individuellement, une différence entre la valeur maximale de puissance négociée et la consommation de puissance réelle instantanée peut être calculée lors d'une cinquième étape M5, de manière à ce que, lors d'une sixième étape, une renégociation de profils de puissance qui présentent une valeur maximale de puissance inférieure à celle négociée précédemment, puisse avoir lieu entre le dispositif de gestion de profil de puissance 7 et les consommateurs électriques dont la valeur de réserve de puissance calculée est supérieure à une valeur de seuil de réserve réglable, chaque fois que la somme des valeurs maximales de puissance négociées dépasse la valeur maximale de puissance de module. La renégociation effectuée à l'étape M6 des profils de puissance ayant une valeur maximale de puissance plus élevée que celle négociée peut quant à elle être effectuée chaque fois que l'un des consommateurs électriques 10a à 10n raccordés à des interfaces de sortie respectives de la pluralité d'interfaces de sortie électriques 2a à 2n est débranché de l'interface de sortie.
Dans la description détaillée présentée ci-dessus, diverses caractéristiques ont été résumées dans un ou plusieurs exemples pour améliorer la rigueur de la présentation. Il faut toutefois comprendre que la description ci-dessus a été présentée exclusivement à titre non limitatif d'illustration. Elle est destinée à couvrir toutes les variantes, modifications et formes équivalentes des diverses caractéristiques et divers modes de réalisation. De nombreux autres exemples apparaîtront immédiatement et de manière évidente à l'homme du métier, compte tenu de sa connaissance de la technique, à la lumière de la description ci-dessus.
Les modes de réalisation ont été sélectionnés et décrits afin d'illustrer au mieux les principes qui sous-tendent l'invention et ses applications possibles dans la pratique. Cela permettra à l'homme du métier de modifier et d'utiliser de manière optimale l'invention et ses divers modes de réalisation en tenant compte de l'application envisagée. Dans les revendications ainsi que dans la description, les termes "contenant" et "comportant" sont utilisés comme des termes de langage neutres pour le terme correspondant "comprenant". En outre, l'utilisation des termes "un" et "une" n'est pas destinée à exclure en principe une pluralité des caractéristiques et composants ainsi décrits.

Claims (14)

  1. Système de distribution de puissance électrique (100) comprenant :
    - au moins un module convertisseur de courant (6b) comprenant un convertisseur de courant (3b) qui est conçu pour fournir une puissance électrique en courant continu allant jusqu'à une valeur maximale de puissance de module et ayant des valeurs maximales de puissance réglables au niveau d'une pluralité d'interfaces de sortie électriques (2a ; ... ; 2n) du module convertisseur de courant (6b) ; et
    - un dispositif de gestion de profil de puissance (7) qui est couplé au convertisseur de courant (3b) et qui est conçu pour négocier, avec des consommateurs électriques (10a ; ... ; 10n) pouvant être raccordés à des interfaces de sortie respectives de la pluralité d'interfaces de sortie électriques (2a ; ... ; 2n), des profils de puissance individuels conformément auxquels une puissance électrique allant jusqu'à une valeur maximale de puissance négociée est fournie aux consommateurs (10a ; ... ; 10n) par le convertisseur de courant (3b) par l'intermédiaire de l'interface de sortie électrique (2a ; ... ; 2n) et lesquels sont stockés dans une mémoire de profils de puissance (9) du dispositif de gestion de profil de puissance (7),
    caractérisé en ce que le dispositif de gestion de profil de puissance (7) est en outre conçu pour détecter la consommation de puissance réelle instantanée des consommateurs (10a ; ... ; 10n) raccordés avec lesquels un profil de puissance négocié individuellement existe déjà, pour calculer, pour chaque profil de puissance négocié individuellement, une valeur de réserve de puissance du convertisseur de courant (3b) sous la forme d'une différence entre la valeur maximale de puissance négociée et la consommation de puissance réelle instantanée, et pour négocier, avec un ou plusieurs des consommateurs électriques (10a ; ... ; 10n) dont la valeur de réserve de puissance est supérieure à une valeur de seuil de réserve réglable, un nouveau profil de puissance dont la valeur maximale de puissance est plus faible que celle négociée lorsque la somme des valeurs maximales de puissance négociées dépasse la valeur maximale de puissance de module.
  2. Système de distribution de puissance (100) selon la revendication 1, dans lequel la pluralité d'interfaces de sortie électriques (2a ; ... ; 2n) du module convertisseur de courant (6b) sont des interfaces USB.
  3. Système de distribution de puissance (100) selon la revendication 2, dans lequel le dispositif de gestion de profil de puissance (7) est conçu pour négocier les profils de puissance conformément à la spécification USB-Power-Delivery et/ou USB-Battery-Charging.
  4. Système de distribution de puissance (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le dispositif de gestion de profil de puissance (7) est conçu pour calculer la consommation de puissance réelle instantanée des consommateurs (10a ; ... ; 10n) raccordés en déterminant des moyennes mobiles de la consommation de puissance des consommateurs (10a ; ... ; 10n) raccordés.
  5. Système de distribution de puissance (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le dispositif de gestion de profil de puissance (7) est en outre conçu pour négocier, avec un ou plusieurs des consommateurs électriques (10a ; ... ; 10n), un nouveau profil de puissance ayant une valeur maximale de puissance plus élevée que celle négociée lorsque la somme des valeurs maximales de puissance négociées est inférieure d'une valeur de seuil de réserve de module à la valeur maximale de puissance de module.
  6. Système de distribution de puissance (100) selon la revendication 5, dans lequel le dispositif de gestion de profil de puissance (7) est conçu pour effectuer la négociation de nouveaux profils de puissance ayant une valeur maximale de puissance plus élevée que celle négociée à chaque fois que l'un des consommateurs électriques (10a ; ... ; 10n) raccordés à des interfaces de sortie respectives de la pluralité d'interfaces de sortie électriques (2a ; ... ; 2n) est débranché de l'interface de sortie.
  7. Système de distribution de puissance (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant en outre un dispositif de commande de température (4) qui est couplé en amont dudit au moins un module convertisseur de courant (6b) et qui est conçu pour ajuster en fonction de la température du système de distribution de puissance (100) la valeur maximale de puissance de module dudit au moins un module convertisseur de courant (6b).
  8. Procédé d'allocation (M) destiné à distribuer une puissance électrique à des consommateurs électriques (10a ; ... ; 10n), comprenant :
    - un raccordement (M1) de consommateurs électriques (10a ; ... ; 10n) à des interfaces de sortie respectives d'une pluralité d'interfaces de sortie électriques (2a ; ... ; 2n) d'un module convertisseur de courant (6b) d'un système de distribution de puissance électrique (100) comportant un convertisseur de courant (3b) ; et
    - une négociation (M2), entre un dispositif de gestion de profil de puissance (7) et les consommateurs électriques (11a ; ... ; 11n), de profils de puissance individuels conformément auxquels une puissance électrique allant jusqu'à une valeur maximale de puissance négociée est fournie aux consommateurs (10a ; ... ; 10n) par le convertisseur de courant (3b) par l'intermédiaire de l'interface de sortie électrique (2a ; ... ; 2n),
    caractérisé par :
    - une détection (M3) d'une consommation de puissance réelle instantanée des consommateurs (10a ; ... ; 10n) raccordés avec lesquels un profil de puissance négocié individuellement existe déjà ;
    - une comparaison (M4) de la somme des valeurs maximales de puissance négociées à une valeur maximale de puissance de module correspondant à une puissance électrique maximale en courant continu que le convertisseur de courant (3b) du module convertisseur de courant (6b) peut fournir à la pluralité d'interfaces de sortie électriques (2a ; ... ; 2n) ;
    - un calcul (M5), pour chaque profil de puissance négocié individuellement, d'une valeur de réserve de puissance du convertisseur de courant (3b) sous la forme d'une différence entre la valeur maximale de puissance négociée et la consommation de puissance réelle instantanée ; et
    - une renégociation (M6) de profils de puissance qui présentent une valeur maximale de puissance plus faible que celle négociée précédemment entre le dispositif de gestion de profil de puissance (7) et les consommateurs électriques dont la valeur de réserve de puissance calculée est supérieure à une valeur de seuil de réserve réglable lorsque la somme des valeurs maximales de puissance négociées dépasse la valeur maximale de puissance de module.
  9. Procédé d'allocation (M) selon la revendication 8, dans lequel la pluralité d'interfaces de sortie électriques (2a ; ... ; 2n) du module convertisseur de courant (6b) sont des interfaces USB.
  10. Procédé d'allocation (M) selon la revendication 9, dans lequel les étapes de négociation (M2 ; M6) de profils de puissance sont conformes à la spécification USB-Power-Delivery et/ou USB-Battery-Charging.
  11. Procédé d'allocation (M) selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, dans lequel la renégociation (M6) de profils de puissance ayant une valeur maximale de puissance plus élevée que celle négociée est effectuée à chaque fois que l'un des consommateurs électriques (10a ; ... ; 10n) raccordés à des interfaces de sortie respectives de la pluralité d'interfaces de sortie électriques (2a ; ... ; 2n) est débranché de l'interface de sortie.
  12. Aéronef (A) comprenant au moins un système de distribution de puissance électrique (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.
  13. Aéronef (A) selon la revendication 12, comprenant en outre au moins une source de tension électrique qui alimente ledit au moins un système de distribution de puissance électrique (100) avec une tension électrique.
  14. Aéronef (A) selon la revendication 12 ou 13, dans lequel l'aéronef (A) est un avion de transport de passagers comprenant une pluralité de groupes de sièges auxquels est respectivement associé un système de distribution de puissance électrique (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.
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