CONVERTISSEUR DC – DC POUR LES AÉRONEFS PLUS ÉLECTRIQUES

Les convertisseurs d’énergie DC-DC sont déjà utilisés à l’échelle sauvage dans l’industrie de l’aérospatiale et de la défense. C’est principalement dû à l’existence du réseau 28VDC que vous trouverez dans tous les aéronefs commerciaux, hélicoptère, jet d’affaires,… Ce réseau est principalement utilisé pour alimenter des systèmes secondaires dans les avions tels que l’avionique.

Dans cet article, nous allons nous concentrer sur les convertisseurs Bidirectionnels dc-dc de haute puissance aérospatiale qui sont un système clé dans le développement de plus d’aéronefs électriques.

L’AÉRONEF PLUS ÉLECTRIQUE:

L’aéronef plus électrique est une tendance de conception qui pousse à l’intégration de plus de systèmes électriques dans une conception traditionnelle d’aéronef. La raison en est d’utiliser le système électrique pour améliorer les performances de l’avion, réduire les coûts de maintenance et réduire le poids. Il y a trois étapes principales de conception d’aéronefs plus électriques :

Une conception d’aéronef plus électrique:

Boeing 787 est le meilleur exemple pour illustrer cette première étape de développement MEA. Avec le programme 787, Boeing a réussi à supprimer le réseau Air Power qui a été historiquement utilisé pour le saignement de l’avion et le dégivrage de l’aile. Boeing réalise cette technologie avec l’intégration de systèmes plus électriques tels que le dégivrage des ailes électriques, le système de pression de la cabine électrique, le démarreur électrique/générateur,…

Boeing 787 Conception de l’aéronef plus électrique

Cette nouvelle conception d’avion plus électrique résulte à une exigence de puissance plus élevée sur la distribution et la conversion. Afin d’optimiser le poids du réseau de distribution d’électricité, Boeing a intégré un nouveau réseau 270VDC sur le 787.

La conception de l’avion hybride électrique:

La deuxième étape vers l’avion plus électrique est la solution de conception hybride-électrique. La solution consiste en l’utilisation d’un moteur à combustible traditionnel en combinaison avec un système de stockage à haute énergie pour alimenter la propulsion électrique de l’avion.

Avion hybride-électrique Zunum

Peu de projets sont actuellement en cours de développement tels que Zunum, Airbus – Rolce-Royce, XTI, Bell Helicopter Air Taxi,… Les avions actuels en développement utilisant cette conception peuvent avoir la taille d’un avion VTOL de 4 places à un avion commercial régional de 100 places. L’avantage de cette solution est d’optimiser la consommation et la portée du carburant.

La conception de l’avion Entier Électrique:

La dernière et ultime solution dans la tendance des avions plus électriques est la conception de des avions entiers électriques. Cela signifie que le système de stockage d’énergie peut fournir pleinement l’énergie pour tous les besoins de vol de l’avion (propulsion, avionique, dégivrage, cabine,…).

L’avenir du transport par Lilium

La grande limitation de cette conception vient actuellement du système de stockage d’énergie qui ne correspond pas encore au rapport puissance/poids requis pour les avions de grande taille avec toutes les exigences de sécurité aérospatiale. D’autre part, cette conception est totalement viable avec la technologie actuelle pour les avions eVTOL (4 personnes). Exemples : Lilium, Joby aero, Vahana (Airbus), Aurora (Boeing), Cora (Kitty Hawk) Google Boeing),…

L’avion plus électrique par le professeur Patt Wheeler de l’Université de Nottingham, Royaume-Uni

FUTURS OPPORTUNITÉS DES AVIONS PLUS ÉLECTRIQUES:

Même s’il nous reste encore quelques années à attendre avant d’assister à un avion commercial de 100 passagers volant tout électrique, nous savons aujourd’hui que les avions futurs seraient plus électriques. Avec cette tendance amorcée il y a quelques années, de nouvelles opportunités de marché se dessinent dans les catégories suivantes :

  • Actionneurs électro mécaniques
  • Système de pression de cabine électrique
  • Dégivrage électrique
  • Propulsion électrique
  • Distribution d’électricité
  • Conversion d’énergie (ACDC, DCDC, DCAC)
  • Stockage d’énergie (technologies de batteries, pile à combustible,..)…

CONVERSION DE PUISSANCE AÉROSPATIALE OPPORTUNITÉS & DÉFIS :

En raison des besoins plus électriques des avions, plus d’énergie électrique est nécessaire sur la conception de l’avion futur de demain. Avec cette augmentation de l’exigence de puissance, nous aidons à une augmentation de la capacité du système de stockage d’énergie qui traduit à un réseau DC de haute puissance dans l’avion. Le réseau électrique 270VDC introduit sur le Boeing 787 est le premier mouvement des constructeurs d’aéronefs sur cette voie. Voici un aperçu des besoins futurs du réseau DC potentiel en fonction de la conception de l’aéronef :

270VDC 1ère étape Avion Plus Électrique (B787)
600 VDC – 1000 VDC 10 sièges Avion H-électrique. 4 sièges eVTOL
2000 VDC – 5000 VDC  10 sièges Avion H-électrique | 4 sièges eVTOL

Avec cette augmentation du réseau électrique de puissance DC, nous sommes actuellement témoins de nouvelles opportunités sur le système de conversion d’énergie (AC-DC, DC-DC, DC-AC).

AC-DC est nécessaire pour la conversion de la génération (moteur) au réseau DC.

DC-AC est nécessaire pour la conversion du réseau DC aux systèmes AC (propulsion électrique, autre système potentiel qui ne peut pas être alimenté par le réseau AC traditionnel,…)

DC-DC est nécessaire pour la conversion du réseau DC vers les systèmes DC (Batterie, systèmes secondaires,…)

Les défis sur l’équipement de conversion de puissance est de correspondre les performances requises par les constructeurs d’aéronefs. Nous voyons actuellement l’équipement en phase R&D avec un ratio de 8 kW/kg et le ciblons à 15kW/kg dans un futur proche. Nous constatons également une augmentation significative des besoins en énergie sur la conception future d’Avions Plus Électriques.

FOURNISSEURS D’ÉQUIPEMENT DE CONVERTISSEUR DC-DC BIDIRECTIONNEL À HAUTE PUISSANCE POUR L’AÉROSPATIALE

Actuellement, les convertisseurs DC-DC ne sont utilisés que sur les problèmes de conversion pour les systèmes secondaires. Ces systèmes secondaires avec diverses entrées DC doivent prendre leur puissance du réseau d’avions 28VDC. La conversion dc-dc de haute puissance apparaît avec la nécessité de nouveaux avions entiers électriques ou hybrides électriques pour convertir le réseau à haute tension dc.

Voici une liste des fournisseurs d’équipement qui sont susceptibles de se déplacer vers le développement de convertisseurs de haute puissance bidirectionnel dc-dc pour l’application Aérospatiale

Les acteurs aérospatiaux traditionnels :

MEGGITT:

Meggitt a la communication la plus avancée en ce qui concerne les avions plus électriques et les nouveaux besoins de puissance personnalisée pour les projets électriques ou hybrides électriques.

Ils ont une page dédiée à diverses solutions pour ces avions, y compris les moteurs, actionneurs, systèmes d’alimentation, batteries,… Ils proposent une approche intéressante d’analyse étape par étape pour fournir une solution complète. Voici plus d’informations.

GENERAL ELECTRIC:

GE est peut-être l’acteur traditionnel le plus avancé sur le développement de la conversion de puissance d’avion, la production, la distribution, y compris les systèmes de conversion DC DC de haute puissance.

Vision GE pour le système DC de MEA 1ère étape

Ils ont ouvert en 2012 un centre de recherche pour tous les avions électriques et hybride de puissance électronique voir article. Leur gamme de produits de conversion de puissance actuelle est intégrée sur divers avions majeurs.

GROUPE SAFRAN:

Avec l’expertise combinée de Safran Électronique et Zodiac Electro power, le groupe Safran est un important fournisseur de solutions de production, de conversion et de distribution d’énergie aéronautique. Ils sont certainement vraiment impliqués dans le développement d’avions plus électriques et voici quelques informations qu’ils ont publiées.

THALES:

Thales est un important fournisseur d’équipements de conversion, de distribution et de production d’énergie. Ils développent leurs capacités sur les systèmes électriques pour les avions plus électriques. Voici ce qu’ils ont communiqué

CRANE AÉRONAUTIQUE ET ÉLECTRONIQUE :

Crane est un fournisseur d’équipement traditionnels et historiques pour Airbus, Boeing,… Leurs capacités DC-DC sont sur les conceptions de convertisseur de petite puissance, le système de gestion de la batterie et la distribution et la gestion du réseau DC qui peuvent être personnalisés et peuvent inclure le module de conversion. Plus d’informations ici.

KGS AEROSPACE:

KGS ont une gamme assez grande de produits de convertisseurs de puissance, y compris les convertisseurs dc-dc. Leurs produits dc-dc se concentrent sur les problèmes de conversion secondaire avec une faible consommation de puissance. Plus d’informations sur leurs capacités.

UTC:

Le plus grand fournisseur d’équipement aérospatial est vraiment impliqué dans la conception d’avions plus électriques. Même s’ils concentrent leurs efforts sur la distribution d’électricité et la production d’électricité, ils sont toujours un acteur intéressant à mentionner sur ce sujet. Voir leurs travaux sur le Boeing 787.

ASTRONICS:

Astronics corporation est également un acteur traditionnel impliqué dans la conversion, distribution, et génération de puissance d’Aéronefs. Astronics est particulièrement impliqué dans les systèmes de conversion de puissance cabine tels que Passenger dans l’alimentation de siège, l’alimentation d’office, … Le portefeuille de produits actuel d’Astronics ne présente pas de système d’alimentation pour des applications de plus de 7 kW. Voici plus d’informations sur leurs capacités

Nouveaux acteurs :

SIEMENS:

La société allemande a été très active au cours des dernières années montrant des partenariats majeurs et des projets de recherche et développement sur le développement de vols électriques. Les principaux projets en développement sont Airbus EfanX, City Airbus, Siemens Magnus eFusion,..

Siemens Magnus efusion

L’entreprise concentre ses efforts de développement sur le système de propulsion électrique, la conversion d’énergie (DC-AC et DC-DC), la distribution d’énergie pour diverses classes de puissance.

Tame-Power:

Tame-Power est un fournisseur de solutions de conversion d’énergie automobile et industrielle doté de capacités de personnalisation Aérospatiale. La gamme de produits existants consiste de convertisseurs DC-DC de puissance allant de 3,5 kW à 80 kW avec refroidissement liquide, par ventilateur et naturel.

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La liste ci-dessus sera mise à jour. Si vous êtes un fournisseur de solutions et vous n’êtes pas mentionnés dans cet article, s’il vous plaît contactez-nous. Utilisez le formulaire de contact suivant, n’oubliez pas de mentionner le titre de l’article et de joindre un lien vers votre page de capacités d’entreprise.

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