Gestion de L’Energie Electrique Embarquée (G3E) sur les plateformes militaires terrestres (PMT)

04/10/2018
Publication 3EI 3EI 2018-94
OAI : oai:www.see.asso.fr:1044:2018-94:23543
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Gestion de L’Energie Electrique Embarquée (G3E) sur les plateformes militaires terrestres (PMT)

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G3E sur les plateformes militaires terrestres La Revue 3EI n°94 Octobre 2018 Thème 8 Gestion de L’Energie Electrique Embarquée (G3E) sur les plateformes militaires terrestres (PMT) Solutions actuelles et orientations à moyen terme JOSE DOMINGO SALVANY Responsable R&T - NEXTER Electronics 1. Introduction NEXTER Electronics est une filiale équipementière du groupe NEXTER, implantée à Toulouse ; elle fournit au groupe, des technologies éprouvées par le combat, mais aussi à des sous-systémiers du secteur civil, principalement pour les secteurs ferroviaire et aéronautique. La technologie développé par NEXTER Electronics est valorisé dans le secteur civil via des produits, principalement autour de la gestion et la distribution de l’énergie électrique embarquée et le control commande sécuritaire. 2. La G3E sur les PMT 2.1. Technologies utilisées sur les Packs Energie Le pack d'énergie électrique mis en œuvre dans les véhicules militaires terrestres, est très dépendent du type de véhicule (cavalerie (LECLERC), artillerie (CAESAR), infanterie (VBCI)). Pour chaque véhicule, le pack énergie et le réseau électrique sont optimisés pour prendre en compte les profils de mission : Fonctionnement en veille des batteries, démarrage du moteur, mode de fonctionnement nominal, mode de fonctionnement réduit. L'architecture électrique du char Leclerc, créée en 1990, fut optimisée pour fonctionner en mode puissance. Deux génératrices, délivrent 29 kW en continu sous 28VDC. Un tampon batteries est présent pour le démarrage du moteur. En mode veille sous batteries, la gestion de l’énergie est assurée pour ne pas compromettre le redémarrage du moteur. La gestion de l’énergie est implémentée sur des ordinateurs dédiés reliés par un bus série déterministe et des liaisons filaires. . Figure 1 : Char LECLERC L’énergie de la tourelle principale, est fournie par un convertisseur de puissance DC/DC isolé non réversible d’une puissance de 1,2 kW, générant du 270VDC à partir du réseau 28VDC. Ce convertisseur utilise des transistors bipolaires et a un rendement de 80%. Un autre exemple significatif de l’évolution technologique est le DPE6x6 pour « Démonstrateur à Propulsion Electrique ». Ce démonstrateur, a été développé et testé dans la période 2003-2008, dans le cadre d’un PEA (Projet d’Etude Amont) financé à 50% par la DGA. Le DPE est une plateforme hybride série de 18 tonnes à propulsion électrique, pouvant se déplacer jusqu’à 105 km/h. Le train de propulsion se décompose en : moteur roue intégrant une boîte de réduction, et des freins à disque intégrés dans les roues. Grace à la mobilité électrique on voit apparaître de nouvelles fonctions : fort couple à basse vitesse qui permet l’esquive, mode furtif optimisant la signature acoustique et IR. Le réseau de puissance 750VDC est utilisé pour certaine servitudes (ventilation, pompes de refroidissement) et peut être utilisé pour l’alimentation de fonctions externes. Les convertisseurs de puissance réversibles, des moteurs font 50 kW chacun. Figure 2 : DPE 6x6 G3E sur les plateformes militaires terrestres La Revue 3EI n°94 Octobre 2018 Thème 9 2.2. Verrous levés depuis 10 ans L’utilisation d’un même tampon d'énergie pour les fonctions mobilité et protection, est un des sujets prioritaire afin d’optimiser la performance de la plateforme Le projet SUPERNOMA sponsorisé par DGA, via un RAPID en 2014, a été porté par la société E4V. Un nouveau concept d'hybridation du pack énergie, évolutif et utilisable sur les réseaux d'alimentation unipolaire ou bipolaire a été le cœur de ce projet. Les principales fonctions abordées sont les auxiliaires électriques, l'assistance à la mobilité et la mobilité électrique. Les nouvelles fonctions de protection nécessitent des tensions d’activation de plusieurs kV, pour cela sont utilisés des convertisseurs DC/DC isolés élevant la tension depuis les réseaux de bord HVDC (+/-270VDC) des batteries. Au niveau de la distribution d’énergie embarquée sur les PMT, l'utilisation de switch électroniques intelligents (SSPC : Solid State Power Controller), permet d’améliore la flexibilité de la plate-forme, et facilite la mise en œuvre des fonctions de gestion de l'alimentation. Ils remplacent avantageusement : fusibles, contacteurs et capteurs de courant. La technologie SSPC est implémentée de plus en plus dans les plates-formes militaires nouvelles ou rénovées. Cette technologie a été mise en œuvre depuis 1990 sur le char Leclerc. Les derniers modules SSPC fabriqués par NEXTER Electronics fonctionnent jusqu'à 1 kV et ont les capacités en courant jusqu'à 400A. Cette technologie devient une nécessité pour répondre aux dernières exigences de l’OTAN autour des nouvelles architectures vétronique. 2.3. Les verrous spécifiques défense 2.3.1. L’hybridation des sources A ce jour l'hybridation sur les plates-formes militaires est envisagée sur la mobilité électrique, les armes électriques et les fonctions auxiliaires. La gestion de l'énergie dans les technologies de stockage, principalement en termes d’état fonctionnel, est critique. Des nouvelles technologies de batteries sûres de fonctionnement et à haute densité de puissance / énergie sont attendues, en provenance du secteur civil. Pour améliorer l'efficacité des convertisseurs de puissance, les semi-conducteurs grands gaps sont en cours d’implantation. En revanche, dans le domaine des armes électriques, la gestion des transitoires, répétitifs ou non, est spécifique au domaine militaire et nécessite la mise en œuvre de générateurs de puissance spécifiques et de convertisseurs de puissance fonctionnant à haute tension. Trois grands secteurs sont identifiés: • Hybridation à faible énergie, dont la mise en œuvre s’effectue en utilisant des COTS du domaine civil • L'hybridation moyenne énergie, qui utilise une technologie civile adaptée pour le secteur militaire • L’hybridation haute énergie, qui peut utiliser des technologies adaptées en provenance du secteur ferroviaires. Mais dans la plupart des cas, la technologie mise en œuvre est spécifique au domaine militaire. 2.3.2. Energies impulsionnelles La gestion des énergies impulsionnelles pour les applications militaires doivent commuter des tensions entre 10 kV et 22 kV et doivent être embarquées sur des plates-formes mobiles où la taille et le poids est un verrou. Des densités de courant de plus de 2000 A / cm² sont attendues sur la base d'un dispositif 100 kA Silicium et des températures de travail supérieures à 200 ° C sont prévues. Les composants SiC vont permettre d’optimiser les futurs systèmes pour être plus légers, plus petits et plus rapides. Ces composants sont nécessaires à des fins de défense en termes de suprématie technologique. 3. Synthèse NEXTER Electronics, agit dans le contexte national et européen, pour fournir des technologies aéroterrestres duales compétitives et pérennes. Le plan de route suivi pour le développement de ces technologies est cadré par la gestion de l'énergie électrique embarquée, ce qui nécessite des convertisseurs de puissance de plus en plus performants pour éviter les pertes et ainsi optimiser la densité de puissance. L’intégration des switchs de puissance à grand gap, au niveau des convertisseurs, permet d’aller dans ce sens, car ils supportent des hautes tensions et travaillent à des températures de jonction élevées.