Dans l’optique de réduire la pollution aéronautique, plusieurs grandes entreprises du domaine
se lancent vers des avions à propulsion hybride-électrique. Cette option peut paraître
comme étant la solution apporte tout de même beaucoup de questionnement quant à sa
faisabilité L’ingénierie prédictive est une façon efficace et nettement moins coûteuse d’évaluer
si cette hybridation est une technologie viable. Ce questionnement provient surtout
de l’utilisation de batteries lithium-ion, qui possèdent une énergie spécifique faible et des
performances limitées. Actuellement, il existe plusieurs techniques de modélisation qui
permettent d’évaluer les comportements d’une batterie lithium-ion, mais aucun de ceux-ci
sont adaptés à un vol d’avion. En effet, l’altitude, les grands changements de température,
la gestion thermique et l’intégration ne sont pas pris en compte dans les modèles existants.
L’objectif principal de ce projet est d’identifier et d’analyser les contraintes opérationnelles
d’une batterie lithium-ion pour vols régionaux d’avion hybride-électrique parallèle
ou à des fins de taxi électrique et plusieurs objectifs spécifiques en découlent. Premièrement,
l’élaboration d’un modèle paramétrique de batterie lithium-ion, incluant les effets
thermiques qui permettra d’en évaluer les performances. Deuxièmement, l’identification
des requis d’opération en terme de recharge et de gestion thermique. Finalement, l’intégration
de ce système dans un environnement de simulation modélisant les demandes en
puissance d’un avion hybride en vol pour ensuite en évaluer les contraintes opérationnelles
quant à la gestion thermique et d’énergie de batterie.
Une modélisation par discrétisation détaillée, une optimisation et des profils de puissance
ont alors été utilisée afin d’établir les différents requis de puissance et de dissipation thermique
qui devront être apportés à la batterie. Ces derniers seront calculés de sorte que
l’utilisation de la batterie respecte ses limites de performance.
Le modèle a permis de conclure que la propulsion hybride électrique nécessite des infrastructures
à hautes puissances au terminal. En effet, une puissance de recharge de 540 kW
est requise pour un temps au sol de 36 minutes, ainsi qu’une dissipation de chaleur de
27 kW. Il n’est pas nécessaire de recharger la batterie ni de la refroidir en vol. Si les requis
sont respectés au sol, la batterie atteint une température maximale de 37°C, ce qui ne
cause aucun problème de vieillissement accéléré ou d’enjeux de sécurité.
En ce qui attrait au taxi électrique, les demandes sont beaucoup moins élevées, mais sont
requises au sol. La batterie doit être rechargée avec une puissance de 34 kW au sol et de
38 kW durant la descente. La dissipation de chaleur doit être de 4 kW au terminal et de
2 kW durant les phases de vol
