La technologie de batterie haute tension d'Airbus se prépare pour le test en vol EcoPulse et au-delà

Publié par Redbran le 21/03/2022 à 13:00
Source: AIRBUS
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La nouvelle batterie du démonstrateur EcoPulse* est la dernière "brique technologique" d'Airbus pour permettre à nos futurs avions d'accompagner davantage la décarbonation


(c) Airbus

En juin de l'année dernière, Airbus a réalisé avec succès les essais en soufflerie EcoPulse* dans son usine de Filton, au Royaume-Uni. Ces essais ont évalué les caractéristiques de performance de l'hélice et le processus de refroidissement des six unités de propulsion électrique "réparties". En 2022, l'assemblage du démonstrateur - une plate-forme d'avion léger fournie par Daher* - est bien avancé, ouvrant la voie à son premier vol d'essai plus tard cette année.


Nous braquons désormais les projecteurs sur un autre outil clé en cours de finalisation pour le démonstrateur EcoPulse: le système de batterie principale Lithium-Ion haute tension développé par Airbus Defence and Space à Toulouse. Sans occuper le devant de la scène visuellement, cette nouvelle batterie est néanmoins une innovation très significative qui est au cœur de la démonstration d'électrification avec EcoPulse, d'autant qu'elle repousse les limites des batteries haute tension à utiliser dans un avion.

La batterie elle-même mesure environ 2,3 m de long sur 75 cm de large et 20 cm de profondeur. Il est monté sous le fuselage et intégré à un carénage aérodynamique renforcé. La batterie est l'une des deux sources électriques du démonstrateur, l'autre étant un "e-Auxiliary power Unit" (e-APU) fourni par Safran.

Nous avons commencé à travailler sur le Li-ion haute tension il y a quelques années et pour ce prototype nous l'avons entièrement conçu en interne Julien Laurent, chef de projet batterie Airbus

Puissance et densité d'énergie

Léger, compact, avec une puissance de batterie et une densité d'énergie très élevées: la batterie atteint ces objectifs grâce à plusieurs années de recherche et développement dans le cadre des initiatives d'électrification et de durabilité des avions d'Airbus. Des batteries haute tension moins puissantes étaient auparavant installées sur CityAirbus et Airbus Helicopters FlightLab . Le résultat de ces avancées progressives est cette dernière batterie lithium-ion haute tension. L'unité, telle que conçue pour EcoPulse, pèse environ 350 kg, est capable d'atteindre 800 Volts DC et peut fournir jusqu'à 350 kilowatts de puissance.


Non seulement ce niveau de puissance est suffisant pour entraîner les six propulseurs électriques d'EcoPulse, selon les conditions de test, mais il se trouve également qu'il est similaire à ce qui serait nécessaire pour les systèmes secondaires non propulsifs d'un avion de ligne. Airbus explore cette dernière séparément dans le cadre de ses recherches sur la " micro-hybridation ", le concept de batterie haute tension étant une "brique technologique" clé.

Développement de la batterie Lithium-Ion haute tension

Alors, comment cette batterie a-t-elle été développée, et quels ont été les défis et les réalisations dans sa réalisation ?

"Nous avons commencé à travailler sur le Li-ion haute tension il y a quelques années", se souvient Julien Laurent, chef de projet batterie, et pour ce prototype nous l'avons entièrement conçu en interne."

Il explique certaines caractéristiques notables: "Notre conception comportait plusieurs milliers de cellules lithium-ion, incorporant diverses mesures de sécurité pour empêcher l'emballement thermique, comme la connexion de chaque cellule avec une liaison par fil. Une autre partie innovante est le système de refroidissement actif qui assure la température optimale pour un fonctionnement normal. De plus, ce système de batterie comprend également un système de gestion de batterie sur mesure. Cela permet de minimiser la maintenance grâce à ses fonctions de test intégrées et à sa capacité à mettre en évidence l'état de charge ou si les cellules doivent être rééquilibrées.

La capacité haute tension de la batterie lorsqu'elle est appliquée dans ce contexte est unique car elle n'est pas disponible aujourd'hui dans les industries aérospatiale ou automobile. Notamment, les batteries les plus lourdes qui sont utilisées aujourd'hui sur les avions sont généralement à très basse tension - 28Vdc - et leur faible densité d'énergie signifie qu'elles sont principalement utilisées pour démarrer l'APU et pour les urgences. De plus, la majorité d'entre elles sont à base de nickel-cadmium (NiCad) - qui, en vertu du règlement REACH de l'UE, devra bientôt céder la place à des batteries chimiques alternatives respectueuses de l'environnement, telles que le lithium-ion.

Quant à l'industrie automobile, s'il existe effectivement des batteries actuellement utilisées pour alimenter les voitures électriques, celles-ci se sont avérées trop volumineuses et lourdes pour une utilisation aérospatiale. En bref, il n'existe actuellement aucun système de batterie autonome prêt à l'emploi qui puisse répondre à nos besoins en termes de sécurité et de performance.

Objectifs de fabrication et de test

Suite à la sélection des cellules et à l'intégration ultérieure de la conception pour EcoPulse, plusieurs batteries prototypes/échantillons seront très prochainement soumises à des tests à Toulouse selon des normes aéronautiques strictes. Ces tests évalueront les performances, ainsi que les attributs environnementaux et de sécurité, afin que l'équipe puisse être sûre qu'il se comportera correctement et en toute sécurité une fois installé dans le véhicule EcoPulse.

En comprenant le comportement des batteries haute tension grâce à ces tests, Airbus développera une compétence essentielle pour appliquer les architectures de micro-hybridation aux futurs avions, par exemple pour optimiser la gestion puissance/énergie des fonctions non propulsives telles que la climatisation, le vol automatique et le vol contrôles.

En résumé, avec EcoPulse, nous réalisons certaines des briques qui font sens pour la stratégie globale d'Airbus. Ces briques nous permettront de développer un large portefeuille de compétences techniques et industrielles pour préparer nos futures plateformes d'accompagnement de la décarbonation. Il n'y a pas une seule solution prospective pour décarboner le futur avion d'Airbus, mais plutôt plusieurs, dont les ailes, l'hydrogène, la structure, les commandes de vol, etc. L'hybridation, grâce à des batteries comme celle-ci, n'est qu'un des leviers qui nous devrons décarboner.


(c)Airbus

*Notes:
1 - EcoPulse est une marque déposée de Daher - constructeur aéronautique et équipementier industriel et tertiaire.
2 - Ce projet collaboratif est mené avec Airbus, Daher, Safran, et avec le soutien du Conseil français de la recherche aéronautique civile (CORAC) et de la Direction générale de l'aviation civile (DGAC)
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