Les convertisseurs de puissance DCDC sont déjà largement utilisés dans l'industrie de l'aérospatiale et de la défense. Ceci est principalement dû à l'existence du réseau 28VDC que l'on retrouve dans tous les avions commerciaux, hélicoptères, jets d'affaires,… Ce réseau est principalement utilisé pour alimenter les systèmes secondaires de l'avion comme l'avionique.
Dans cet article, nous allons nous concentrer sur les convertisseurs cc-cc bidirectionnels haute puissance aérospatiaux qui sont un système clé dans le développement d'avions plus électriques.
Table des matières
L'avion le plus électrique :
L'avion plus électrique est une tendance de conception qui pousse à l'intégration de plus de systèmes électriques dans une conception d'avion traditionnelle. La raison derrière cela est d'utiliser un système électrique pour améliorer les performances de l'avion, réduire les coûts de maintenance et réduire le poids. Il existe trois principales étapes de conception d'avions plus électriques :
Une conception d'avion plus électrique :
L'avion Boeing 787 est le meilleur exemple pour illustrer cette première étape de développement du MEA. Avec le programme 787, Boeing a réussi à supprimer le réseau Air Power qui était historiquement utilisé pour la purge des avions et le dégivrage des ailes. Boeing réalise cette technologie grâce à l'intégration de systèmes plus électriques tels que le dégivrage électrique des ailes, le système de pression électrique de la cabine, le démarreur/générateur électrique,…
Ce nouveau résultat de conception d'avion plus électrique à une exigence de puissance plus élevée sur la distribution et la conversion. Afin d'optimiser le poids du réseau de distribution électrique, 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 carburant traditionnel en combinaison avec un système de stockage à haute énergie pour alimenter la propulsion électrique de l'avion.
Peu de projets sont actuellement en développement tels que Zunum, Airbus – Rolce-Royce, XTI, Bell Helicopter Air Taxi,… Les avions actuellement en développement utilisant cette conception peuvent avoir la taille d'un avion VTOL 4 places à un avion commercial régional 100 places. L'avantage de cette solution est d'optimiser la consommation de carburant et l'autonomie.
La conception de l'avion tout électrique :
La dernière et ultime solution dans la tendance des avions plus électriques est la conception d'avions tout 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,…).
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. En revanche, cette conception est tout à fait viable avec la technologie actuelle pour les avions eVTOL (<4 personnes). Exemple : 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
Plus d'opportunités futures pour les avions électriques :
Même s'il nous reste encore quelques années à attendre avant d'assister à un avion commercial de +100 passagers voler tout électrique, nous savons aujourd'hui que les futurs avions seraient plus électriques. Avec cette tendance amorcée il y a quelques années, de nouvelles opportunités de marché émergent sur les catégories suivantes :
- Actionneurs électromécaniques
- Système de pression de cabine électrique
- Dégivrage électrique
- Propulsion électrique
- Distribution d'énergie
- Conversion de puissance (ACDC, DCDC, DCAC)
- Stockage d'énergie (Technologies Batteries, Pile à Combustible,..)
- ...
Opportunités et défis de conversion de puissance aérospatiale :
En raison des besoins d'avions plus électriques, plus d'énergie électrique est nécessaire pour la conception des futurs avions de demain. Avec cette augmentation du besoin en puissance, nous assistons à une augmentation de la capacité du système de stockage d'énergie qui traduit le réseau DC haute puissance dans l'avion. Le réseau électrique 270VDC introduit sur le Boeing 787 est le premier pas des constructeurs aéronautiques sur cette voie. Voici un aperçu des futurs besoins potentiels du réseau DC en fonction de la conception de l'avion :
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270VDC |
1ère étape Plus d'avions électriques (B787) |
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600VDC - 1000VDC |
Avion électrique H- 10 places | 4 places eVTOL |
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2000VDC - 5000VDC |
+100 places H- électrique | -100 places tout électrique |
Avec cette augmentation du réseau électrique DC, nous assistons actuellement à de nouvelles opportunités sur le système de conversion de puissance (AC DC, DC DC, DC AC).
AC DC est nécessaire pour la conversion de la génération (moteur) au réseau à courant continu.
DC-AC est nécessaire pour la conversion du réseau DC vers les 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,…)
L'enjeu sur les équipements de conversion de puissance est d'atteindre les performances requises par les avionneurs. Nous voyons actuellement des équipements en phase de R&D avec un ratio de 8 kW/kg et un objectif dans un futur proche à 15 kW/kg. Nous constatons également une augmentation significative de la demande de puissance sur la future conception d'avions plus électriques.
Fournisseurs d'équipements de conversion cc-cc bidirectionnelle haute puissance pour l'aérospatiale :
Actuellement les convertisseurs DC DC ne sont utilisés que sur des problématiques de conversion pour les systèmes secondaires. Ces systèmes secondaires avec diverses entrées cc doivent être alimentés par le réseau d'avions 28VDC. La conversion dc-dc haute puissance apparaît avec le besoin de nouveaux avions tout électriques ou hybrides électriques pour convertir le réseau haute tension DC.
Voici une liste de fournisseurs d'équipements susceptibles de s'orienter vers le développement d'un convertisseur cc-cc bidirectionnel haute puissance pour les applications aérospatiales.
Les acteurs traditionnels de l'aérospatiale :
Meggitt :
Meggitt dispose de la communication la plus avancée pour discuter des avions plus électriques et des nouveaux besoins d'alimentation personnalisés pour les projets électriques ou hybrides.
Ils ont une page dédiée avec diverses solutions pour ces avions, y compris les moteurs, les actionneurs, les systèmes d'alimentation, les batteries,… Ils proposent une approche d'analyse étape par étape intéressante pour fournir une solution complète. Voici plus d'informations.
General Electric:
GE est peut-être l'acteur traditionnel le plus avancé dans le développement de systèmes de conversion, de génération et de distribution de puissance d'avion, y compris les systèmes de conversion DC DC haute puissance.
Ils ont ouvert en 2012 un centre de recherche pour l'électronique de puissance d'un avion hybride tout électrique voir l'article. Leur courant gamme de produits de conversion de puissance est embarqué sur divers grands avions.
Groupe Safran :
Fort de l'expertise combinée de Safran Electronic & Power et de Zodiac Electronic & Power, le groupe Safran est un acteur majeur de la production, de la conversion et de la distribution d'énergie aéronautique. certaines informations qu'ils ont publiées.
Thalès :
Thales est un important fournisseur d'équipements de conversion, de distribution et de production d'électricité. Ils développent leurs capacités sur les systèmes électriques pour l'avion plus électrique. Voici ce qu'ils ont communiqué
Crane Aerospace & Electronics
Crane est un fournisseur d'équipement traditionnel et historique pour Airbus, Boeing,… Leurs capacités DC DC sont sur de petits convertisseurs de puissance, un système de gestion de batterie et une distribution et gestion de réseau DC qui peuvent être personnalisées et peuvent inclure un module de conversion. Plus d'informations ici.
KGS Aéronautique :
KGS propose une assez large gamme de convertisseurs de puissance, y compris des convertisseurs cc cc. Leur produit DC DC se concentre sur les problèmes de conversion secondaire avec une faible consommation d'énergie. Plus d'informations sur leurs capacités.
UTC:
Le plus grand fournisseur d'équipements aérospatiaux est vraiment impliqué dans la conception d'avions plus électriques. Même s'ils concentrent leurs efforts sur la distribution et la production d'électricité, ils restent un acteur intéressant à mentionner sur ce sujet. Voir leur travail sur le Boeing 787.
Astronomie :
La société Astronics est également un acteur traditionnel impliqué dans la distribution et la production de conversion de puissance d'avion. Astronics est particulièrement impliqué dans les systèmes de conversion d'énergie de cabine tels que l'alimentation électrique des passagers dans le siège, l'alimentation électrique de la cuisine, … Le portefeuille de produits actuel d'Astronics ne présente pas de système d'alimentation pour les applications de plus de 7 kW. Voici plus d'informations sur leurs capacités.
Les nouveaux joueurs:
Siemens:
La société allemande a été très active ces dernières années, montrant des partenariats majeurs et des projets de R&D sur le développement du vol électrique. Les principaux projets en développement sont Airbus EfanX, City Airbus, Siemens Magnus eFusion,…
La société concentre ses efforts de développement sur le système de propulsion électrique, la conversion de puissance (DC-AC et DCDC), la distribution d'énergie pour différentes classes de puissance.
Tame-Power est un fournisseur de solutions de conversion d'énergie pour l'automobile et l'industrie avec des capacités de personnalisation pour l'aérospatiale. La gamme de produits existante de convertisseurs DC DC a une puissance de sortie de 3,5 kW à 80 kW avec un 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 que vous n'êtes pas mentionné dans cet article, veuillez nous contacter. Utilisez le formulaire de contact suivant, n'oubliez pas de mentionner le titre de l'article et de joindre un lien vers la page des capacités de votre entreprise.
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