SPET - Développement d’une propulsion électrique pour la très haute altitude

Dans ce projet, les composants pour l'électrification des systèmes de puissance et de propulsion aéronautiques ont été étudiés, développés et testés dans des conditions contrôlées. L'objectif du projet était d'optimiser la conception des principaux composants électriques pour la gestion autonome de l'énergie (de la production d'énergie au stockage de l'énergie) en termes de poids, de volume et d'efficacité énergétique. Le projet s'est concentré sur le développement et l'intégration d'une production d'énergie photovoltaïque avancée et d'une électronique de puissance polyvalente pour les environnements difficiles, combinés à des systèmes de stockage électrochimique et de gestion de batterie dédiés. Tous les composants développés sont polyvalents et adaptables à d'autres applications de mobilité (voitures, bateaux, etc.) ou à des applications photovoltaïques de niche, y compris dans les bâtiments. Trois partenaires ont travaillé sur le projet. La HEIG-VD, le CSEM, ainsi que Leclanché. SolarStratos a aussi été lié au projet, notamment dans son montage ainsi qu’en apportant des informations à propos des défis à relever.

La HEIG-VD a mis en œuvre des convertisseurs électroniques de puissance légers et à haut rendement capables de fonctionner dans l'environnement difficile rencontré à haute altitude. Un rendement de plus de 98 % a été obtenu à la fois avec les convertisseurs DC/DC MPPT de faible puissance (800 W) ainsi qu’avec un entraînement moteur de 25 kW. En outre, ces convertisseurs ont été testés dans une chambre climatique, démontrant leur capacité à fonctionner à des altitudes allant jusqu'à 25 000 mètres.

Le CSEM a développé et validé des panneaux photovoltaïques légers et flexibles. Pour ce faire, des matériaux et des conceptions de nouvelle génération ont été démontrés, permettant l'installation sur un avion de modules photovoltaïques ultra-légers pesant seulement 700 g/m², tout en ayant un rendement élevé (>21%) et une faible rugosité de surface (<150 µm). Les modules développés et les méthodes de fixation sur les ailes ont été démontrés pour permettre une grande fiabilité lors de tests de vieillissement accéléré prolongés.

De plus, une estimation de l'état de charge des cellules et des batteries a été développé. Il a été démontré que l'estimation peut être considérablement améliorée en utilisant l'approche basée sur le modèle équivalent proposé. L'erreur d'estimation est réduite d'un facteur 2 à 10 par rapport au comptage de Coulomb, en particulier dans les cas où la réinitialisation de la tension en circuit ouvert ne peut pas être effectuée.

Leclanché a étudié en détail les normes de sécurité des batteries, y compris les exigences relatives à la conception des systèmes de propulsion électrique, et a identifié les meilleures pratiques à prendre en compte dans l'architecture du système actuel. Le système de batterie a été spécifié pour répondre à ces considérations de sécurité dans les limites de la présente application.