WO2015188989A1 - Engin sous-marin muni de moyens electriques de propulsion - Google Patents

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    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to an underwater vehicle such as a submarine proper.
  • This type of submarine gear is provided with electric propulsion means powered from an onboard electrical distribution network.
  • the onboard electrical distribution network is cut into edges.
  • This type of underwater vehicle also carries a large amount of sources of electrical energy storage with continuous voltage.
  • the object of the invention is therefore to solve these problems.
  • an underwater vehicle comprising:
  • each of the DC / AC inverters being connected at the input to one of the sources, and at the output to the electric propulsion means, the DC / AC inverters being able to supply these means electric propulsion with variable frequency AC voltage, and
  • AC / AC AC / AC converters each converter being powered by the variable-frequency AC output voltage of one of the DC / AC inverters and capable of delivering a fixed frequency AC voltage to one of the edges of the DC / AC power supply. distribution.
  • the underwater vehicle according to the invention may also have one or more of the following characteristics:
  • each storage source comprises a plurality of lithium-ion batteries connected in parallel and / or in series to the input of a corresponding DC / AC inverter;
  • FIG. 1 represents a block diagram illustrating the general structure of electric power supply means on board an underwater vehicle according to the invention
  • FIG. 2 illustrates means for generating a phase of an electrical energy distribution network
  • FIG. 3 schematically illustrates means for generating a three-phase supply network.
  • a power supply network 1 has been illustrated aboard an underwater vehicle such as a submarine itself.
  • This electrical network 1 comprises in particular electric propulsion means 2.
  • These electric propulsion means 2 comprise for example one or more propulsion electric motors generally forming the main consumer of electrical energy on board such an underwater vehicle.
  • the electrical network 1 of the underwater vehicle is cut into edges 3, 4 in a conventional manner and known per se in the state of the art.
  • Each edge 3, 4 comprises a plurality of sources 5, 6 of DC voltage electrical energy storage based on lithium-ion batteries.
  • Each source of these pluralities of sources 5, 6 for storing electrical energy is connected to one of the inverters of a plurality of DC / AC inverters 7, 8, acronym of DC / AC.
  • Each of the DC / AC inverters 7, 8 is connected at the input to one of the corresponding sources 5, 6 and at the output to the electric propulsion means 2 through three-phase supply means, as illustrated in FIG.
  • the DC / AC inverters 7, 8 are then capable of supplying these electric propulsion means 2 with a three-phase alternating voltage with a variable frequency in a conventional manner for the control and / or control thereof.
  • the electrical network 1 also comprises ac / ac AC / AC converters 9, which are suitable for generating a fixed frequency AC voltage from a variable frequency AC voltage.
  • Each AC / AC converter 9, 10 is in fact powered by the variable-frequency AC voltage of one of the DC / AC inverters 7, 8 corresponding and outputs a fixed-frequency alternating voltage to one of the edges 3, 4 of the electricity network 1.
  • FIGS. 2 and 3 show means for generating a three-phase own power supply network for powering the electric propulsion means 2.
  • This branch comprises a source 1 1 of electrical energy storage based on lithium-ion batteries and a DC / AC 12 inverter adapted to convert the DC voltage from the source 1 January 1 fixed frequency AC voltage as described above.
  • the source 1 1 of energy storage comprises a number of individual lithium-ion batteries 13 arranged in parallel and / or in series at the input of the DC / AC 12 inverter.
  • the DC / AC 12 inverter comprises switching means 14 for example based on controlled semiconductor switches, able to generate from the DC voltage from the source 1 1, a variable frequency AC voltage output of the inverter 12. This voltage is then applied in particular to the electric propulsion means 2.
  • the basic diagram of FIG. 2 can, as illustrated in FIG. 3, be tripled in order to obtain a suitable AC three-phase power supply to power the electric propulsion means 2 such as the submarine electric propulsion motor or motors, for example .
  • three branches 15, 16, 17 similar to the branch illustrated in FIG. 2 generate a three-phase network 18 of variable frequency AC voltage.
  • the DC / AC inverters 7, 8 have the advantage of directly supplying the electric propulsion means 2 with a variable frequency AC voltage, the power supply of the remainder of the electrical network 1 of the underwater vehicle being obtained from AC / AC converters 9, 10 input fed by this alternating voltage variable frequency and outputting a fixed frequency AC voltage for the rest of the machine.

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Abstract

L'invention concerne un engin sous-marin, comprenant des moyens électriques de propulsion (2), un réseau de distribution électrique (1) découpé en bords (3, 4), une pluralité de sources (5, 6) de stockage d'énergie électrique à tension continue à base de batteries Lithium-ion, une pluralité d'onduleurs continu/alternatif DC/AC (7, 8), chacun des onduleurs DC/AC (7, 8) étant raccordé en entrée à l'une des sources (5, 6), et en sortie aux moyens électriques de propulsion (2), les onduleurs DC/AC (7, 8) étant aptes à alimenter ces moyens électriques de propulsion (2) avec une tension alternative à fréquence variable, et des convertisseurs alternatif/alternatif AC/AC (9, 10), chaque convertisseur étant alimenté par la tension alternative à fréquence variable de sortie d'un des onduleurs DC/AC (7, 8) et apte à délivrer une tension alternative à fréquence fixe à l'un des bords (3, 4) du réseau de distribution (1).

Description

Engin sous-marin muni de moyens électriques de propulsion
La présente invention concerne un engin sous-marin tel qu'un sous-marin proprement dit.
Ce type d'engins sous-marin est muni de moyens électriques de propulsion alimentés à partir d'un réseau de distribution électrique embarqué.
En règle générale pour des raisons de sécurité, le réseau de distribution électrique embarqué est découpé en bords.
Ce type d'engins sous-marin embarque également une grande quantité de sources de stockage d'énergie électrique à tension continue.
Dans l'état de la technique, ces sources sont communément formées par des batteries au plomb.
On conçoit cependant que ceci présente un certain nombre d'inconvénients notamment au niveau des difficultés de manipulation de ces batteries, de leur poids, de leur encombrement et de leur maintien en condition opérationnelle.
Le but de l'invention est donc de résoudre ces problèmes.
A cet effet l'invention a pour objet un engin sous-marin comprenant :
- des moyens électriques de propulsion,
- un réseau de distribution électrique découpé en bords,
- une pluralité de sources de stockage d'énergie électrique à tension continue à base de batteries Lithium-ion,
- une pluralité d'onduleurs continu/alternatif DC/AC, chacun des onduleurs DC/AC étant raccordé en entrée à l'une des sources, et en sortie aux moyens électriques de propulsion, les onduleurs DC/AC étant aptes à alimenter ces moyens électriques de propulsion avec une tension alternative à fréquence variable, et
- des convertisseurs alternatif/alternatif AC/AC, chaque convertisseur étant alimenté par la tension alternative à fréquence variable de sortie d'un des onduleurs DC/AC et apte à délivrer une tension alternative à fréquence fixe à l'un des bords du réseau de distribution.
Selon d'autres caractéristiques prises seules ou en combinaison, l'engin sous- marin selon l'invention peut également présenter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- chaque source de stockage comprend une pluralité de batteries Lithium-ion connectées en parallèle et/ou en série à l'entrée d'un onduleur DC/AC correspondant ;
- trois branches comprenant des sources de stockage d'énergie électrique et des onduleurs DC/AC sont utilisées pour délivrer un réseau triphasé d'alimentation alternative à fréquence variable des moyens électriques de propulsion.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 représente un schéma synoptique illustrant la structure générale de moyens d'alimentation en énergie électrique embarqués à bord d'un engin sous-marin selon l'invention,
- la figure 2 illustre des moyens de génération d'une phase d'un réseau de distribution d'énergie électrique, et
- la figure 3 illustre de façon schématique des moyens de génération d'un réseau triphasé d'alimentation.
On a en effet illustré sur ces figures et en particulier sur la figure 1 , un réseau électrique d'alimentation 1 embarqué à bord d'un engin sous-marin tel qu'un sous-marin proprement dit.
Ce réseau électrique 1 comporte notamment des moyens électriques de propulsion 2.
Ces moyens électriques de propulsion 2 comprennent par exemple un ou plusieurs moteurs électriques de propulsion formant généralement le principal consommateur d'énergie électrique à bord d'un tel engin sous-marin.
Comme cela est illustré sur la figure 1 , le réseau électrique 1 de l'engin sous-marin est découpé en bords 3, 4 de façon classique et connue en soi dans l'état de la technique.
Chaque bord 3, 4 comporte une pluralité de sources 5, 6 de stockage d'énergie électrique à tension continue à base de batteries Lithium-ion.
Chaque source de ces pluralités de sources 5, 6 de stockage d'énergie électrique est raccordée à l'un des onduleurs d'une pluralité d'onduleurs DC/AC 7, 8, acronymes de continu/alternatif.
Chacun des onduleurs DC/AC 7, 8 est raccordé en entrée à l'une des sources 5, 6 correspondantes et en sortie aux moyens électriques de propulsion 2 au travers de moyens d'alimentation triphasés, comme cela est illustré sur la figure 1 .
Les onduleurs DC/AC 7, 8 sont alors aptes à alimenter ces moyens électriques de propulsion 2 avec une tension alternative triphasée à fréquence variable de façon classique pour le contrôle et/ou la commande de ceux-ci.
Comme illustré sur la figure 1 , le réseau électrique 1 comprend également des convertisseurs AC/AC 9, 10 acronymes de alternatif/alternatif, propres à générer une tension alternative à fréquence fixe à partir d'une tension alternative à fréquence variable. Chaque convertisseur AC/AC 9, 10 est en effet alimenté par la tension alternative à fréquence variable de l'un des onduleurs DC/AC 7, 8 correspondant et délivre en sortie une tension alternative à fréquence fixe à l'un des bords 3, 4 du réseau électrique 1 .
On a illustré sur les figures 2 et 3, des moyens permettant de générer un réseau triphasé d'alimentation propre à alimenter les moyens électriques de propulsion 2.
Ainsi une branche du réseau triphasé générant une phase est illustrée sur la figure
2.
Cette branche comporte une source 1 1 de stockage d'énergie électrique à base de batteries Lithium-ion et un onduleur DC/AC 12 propre à convertir la tension continue en provenance de la source 1 1 en tension alternative à fréquence fixe comme décrit précédemment.
Comme cela est illustré, la source 1 1 de stockage d'énergie comporte un certain nombre de batteries individuelles Lithium-ion 13 agencées en parallèle et/ou en série en entrée de l'onduleur DC/AC 12.
L'onduleur DC/AC 12 comporte des moyens de commutation 14 par exemple à base de commutateurs à semi-conducteur pilotés, aptes à générer à partir de la tension continue en provenance de la source 1 1 , une tension alternative à fréquence variable en sortie de l'onduleur 12. Cette tension est ensuite appliquée notamment aux moyens électriques de propulsion 2.
Le schéma élémentaire de la figure 2 peut, comme cela est illustré sur la figure 3, être triplé pour obtenir une alimentation triphasée alternative propre à alimenter les moyens électriques de propulsion 2 tels que le ou les moteurs électriques de propulsion du sous-marin par exemple.
Comme illustré sur la figure 3, trois branches 15, 16, 17 analogues à la branche illustrée sur la figure 2 génèrent un réseau triphasé 18 de tension alternative à fréquence variable.
Il va de soi bien entendu que de très nombreux autres modes de réalisation peuvent être envisagés.
On conçoit qu'une telle structure présente un certain nombre d'avantages notamment au niveau de l'encombrement et du poids des moyens de stockage d'énergie électrique utilisés.
Par ailleurs, les onduleurs DC/AC 7, 8 présentent l'avantage d'alimenter directement les moyens électriques de propulsion 2 avec une tension alternative à fréquence variable, l'alimentation du reste du réseau électrique 1 de l'engin sous-marin étant obtenue à partir de convertisseurs AC/AC 9, 10 alimentés en entrée par cette tension alternative à fréquence variable et délivrant en sortie une tension alternative à fréquence fixe pour le reste de l'engin.

Claims

REVENDICATIONS
1 . - Engin sous-marin, comprenant :
- des moyens électriques de propulsion (2),
- un réseau de distribution électrique (1 ) découpé en bords (3, 4),
- une pluralité de sources (5, 6 ; 1 1 ) de stockage d'énergie électrique à tension continue à base de batteries Lithium-ion (13),
- une pluralité d'onduleurs continu/alternatif DC/AC (7, 8), chacun des onduleurs DC/AC (7, 8) étant raccordé en entrée à l'une des sources (5, 6), et en sortie aux moyens électriques de propulsion (2), les onduleurs DC/AC (7, 8) étant aptes à alimenter ces moyens électriques de propulsion (2) avec une tension alternative à fréquence variable, et
- des convertisseurs alternatif/alternatif AC/AC (9, 10), chaque convertisseur étant alimenté par la tension alternative à fréquence variable de sortie d'un des onduleurs DC/AC (7, 8) et apte à délivrer une tension alternative à fréquence fixe à l'un des bords (3, 4) du réseau de distribution (1 ).
2. - Engin sous-marin selon la revendication 1 , caractérisé en ce que chaque source de stockage (5, 6 ; 1 1 ) comprend une pluralité de batteries Lithium-ion (13) connectées en parallèle et/ou en série à l'entrée d'un onduleur DC/AC (7, 8 ; 12) correspondant.
3. - Engin sous-marin selon la revendication 2, caractérisé en ce que trois branches (15, 16, 17) comprenant des sources (5, 6 ; 1 1 ) de stockage d'énergie électrique et des onduleurs DC/AC (7, 8 ; 12) sont utilisées pour délivrer un réseau triphasé (18) d'alimentation alternative à fréquence variable des moyens électriques de propulsion (2).
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