Boeing précise les améliorations apportées à la batterie du 787

Boeing détaille les modifications apportées aux batteries lithium-ion des 787. Les travaux sont réalisés avec Thales, qui fournit le système de conversion de puissance électrique, et avec le fabricant des batteries GS Yuasa.

Boeing a annoncé le 14 mars 2013 qu’un ensemble complet d’améliorations comprenant plusieurs niveaux de sécurité supplémentaires sur les batteries lithium-ion des avions commerciaux 787 est actuellement en production et pourraient être incorporées dans les prochaines semaines. De nouvelles enceintes pour les batteries du 787 sont également en cours de fabrication et seront installées à bord des avions dans les semaines à venir.

Ces améliorations, qui font encore l’objet de tests de certification approfondis, permettront aux compagnies de reprendre les vols commerciaux de 787 dès que les tests seront achevés et que la FAA (Federal Aviation Administration) et d’autres organismes de réglementation internationaux auront délivré leur accord final.

Les améliorations portent notamment sur des processus de production et d’exploitation ; les caractéristiques de conception de la batterie et la réalisation d’une nouvelle enceinte pour la batterie.

« Dès que les essais seront terminés et que nous aurons obtenu les accords réglementaires, nous pourrons aider nos clients à procéder à la mise en œuvre de ces modifications et à entamer le processus de remise en service de leurs 787 », a déclaré Ray Conner, président et CEO de Boeing Aviation Commerciale. Les modifications apportées au système de batterie portent sur la batterie proprement-dite, sur son chargeur et sur son installation.

La FAA a approuvé en début de semaine le plan de certification de Boeing. Il définit les essais qui doivent être effectués pour démontrer que les améliorations apportées à la batterie correspondent aux conditions énoncées dans la Directive de Navigabilité qui a conduit à la suspension des activités commerciales du 787.

Les améliorations apportées au système de batterie portent sur les causes identifiées par l’équipe technique de Boeing comme ayant pu provoquer les défaillances de la batterie. Les conclusions de l’équipe technique ont également été vérifiées par un groupe indépendant d’experts en batteries lithium-ion issus de différents secteurs industriels, d’universités et de laboratoires.

« Nos travaux ont abouti à un ensemble complet de solutions avec pour résultat un système de batterie plus sûr », a déclaré Mike Sinnett, Vice-président et ingénieur en chef du programme 787. « Nous avons trouvé différents moyens d’optimiser le système de batterie. Quand nous identifions des améliorations possibles en matière de sécurité, nous les intégrons immédiatement dans nos processus et nos produits.»

Le premier niveau d’amélioration intervient pendant la fabrication des batteries au Japon. Boeing a fait équipe avec Thales, qui fournit le système de conversion de puissance électrique, et avec le fabricant des batteries GS Yuasa pour développer et mettre en place des normes de production et de tests optimisés. L’objectif est de réduire encore davantage tout risque de variation dans la production de chaque cellule et de la batterie dans son ensemble.

« Nous sommes tous parvenus à une meilleure compréhension des sensibilités de cette technologie aux variations pendant le processus de fabrication », a ajouté Mike Sinnett. « Et nous avons tous jugé qu’il était nécessaire de mieux contrôler en permanence ce processus. »

Quatre essais, nouveaux ou modifiés, ont été ajoutés pour passer au crible la production des cellules de batterie, ce qui représente aujourd’hui 10 essais distincts. Chaque cellule fera l’objet d’essais encore plus rigoureux dans le mois qui suit sa fabrication, avec notamment un test de 14 jours au cours duquel le taux de décharge sera relevé toutes les heures. Cette nouvelle procédure a commencé début février et un premier lot de cellules a déjà été soumis à ce processus. Plus d’une douzaine de tests avant production doivent être exécutés pour chaque batterie.

Boeing, Thales et GS Yuasa ont également décidé de limiter le niveau acceptable de charge de la batterie, en réduisant le niveau de charge le plus élevé autorisé et en élevant le niveau de décharge le plus bas autorisé. Deux équipements du système de batterie — l’unité de gestion de la batterie (BMU) et le chargeur — ont été modifiés pour répondre à ces nouvelles exigences. Le chargeur de batterie sera également adapté pour « adoucir » le cycle de charge et ainsi moins solliciter la batterie en cours de charge.

Les changements effectués à l’intérieur de la batterie permettront de réduire les risques de développement d’une panne et contribueront à mieux isoler une éventuelle panne, pour qu’elle n’ait pas d’impact sur d’autres parties de la batterie.

Afin de mieux isoler les cellules de la batterie — entre elles mais aussi du carter de la batterie —, deux types d’isolation seront ajoutés. Un isolant électrique enveloppera chaque cellule de la batterie afin de les isoler électriquement les unes des autres et du carter de la batterie, même en cas de panne. Grâce aux isolations électrique et thermique au-dessus, en dessous et entre les cellules, la chaleur dégagée par chaque cellule n’aura aucun impact sur les cellules voisines.

Les gaines de câble et le câblage situés à l’intérieur de la batterie seront renforcés pour mieux résister à la chaleur et à l’usure, tandis que des nouvelles fixations attacheront les barres métalliques qui relient les huit cellules de la batterie. Ces fixations sont pourvues d’un mécanisme de verrouillage.

Enfin, plusieurs modifications sont apportées au carter des batteries qui contient les cellules et l’unité de gestion de la batterie (BMU). De petits orifices percés dans la partie inférieure permettront d’évacuer l’humidité de la batterie, tandis que des trous latéraux, de plus grande dimension, permettront à une batterie défaillante d’être aérée avec un impact réduit sur les autres parties de la batterie.

Le carter de la batterie sera logé dans une nouvelle enceinte en acier inoxydable. Cette enceinte permettra d’isoler la batterie du reste des éléments situés dans la soute des équipements électriques. Cette modification permettra en outre d’éviter tout incendie à l’intérieur de l’enceinte, et constitue ainsi une couche de protection supplémentaire dans le système de batterie. L’enceinte dispose d’un conduit direct qui évacuera les vapeurs de batterie à l’extérieur de l’avion.

De nouvelles fixations en titane sont en cours d’installation dans la soute des équipements électriques pour assurer que le carter est parfaitement soutenu.

« Le premier niveau d’amélioration, ce sont les tests de fabrication et les améliorations opérationnelles qui réduisent considérablement les risques de défaillance des batteries. Le deuxième niveau d’améliorations, qui correspond aux modifications apportées à la batterie, permet de stopper un événement et, le cas échéant, de minimiser l’effet d’une défaillance à l’intérieur de la batterie. Le troisième niveau d’améliorations enfin, c’est à dire l’ajout de la nouvelle enceinte, isole la batterie de sorte qu’en cas d’aération de toutes les cellules aucun incendie ne se déclarera dans l’enceinte, et aucune répercussion significative ne sera à déplorer au niveau de l’avion », a ajouté Mike Sinnett.

Les essais effectués en vue d’obtenir l’accord de la FAA sur les améliorations apportées à la batterie ont déjà commencé, avec son autorisation.

Au cours des tests d’ingénierie, qui ont lieu avant les tests de certification, l’équipe a démontré que le nouveau carter pouvait, en toute sécurité, confiner une panne de batterie incluant la défaillance des huit cellules situées à l’intérieur de la batterie. La charge « ultime » correspond à 1,5 fois la force maximale pouvant être enregistrée au cours d’une panne de batterie. Le carter a facilement résisté à cette pression et n’a cédé que lorsque la pression a été plus de trois fois supérieure à la charge ultime.

Lors d’un autre test, l’équipe a démontré qu’aucun incendie ne peut se déclarer dans la nouvelle enceinte. Sa conception élimine l’oxygène, ce qui assure l’inertie automatique de l’unité de confinement. L’inertie (inerting) représente un niveau de protection supérieur à la détection et l’extinction d’un incendie, car elle empêche le feu de se déclarer. Par ailleurs, cette conception évacue directement toutes les vapeurs à l’extérieur de l’avion, et non à l’intérieur de la soute des équipements électriques.

« Nous avons soumis cette nouvelle conception à une série de tests rigoureux. Nous avons tenté de déclencher un incendie dans l’enceinte, mais le feu ne s’est pas déclaré. Même lorsque nous avons introduit un gaz inflammable en présence d’une source d’inflammation, l’absence d’oxygène a empêché tout départ de feu.

Pour élaborer notre plan d’essais, nous nous avons adopté la nouvelle norme DO-311 établie par la Radio Technical Commission for Aeronautics (RTCA) », a précisé Mike Sinnett. « Ces normes n’existaient pas lorsque nous avons créé le plan de test initial de la batterie, elles nous ont aidés à rendre la nouvelle conception encore plus robuste et plus sûre. Au cours de la certification, nous avons l’intention de montrer que la batterie du 787 répond à tous les objectifs de la norme DO-311 et qu’elle s’écarte uniquement de ses exigences spécifiques lorsque des éléments propres au 787 ne sont pas couverts. » La RTCA est un organisme sans but lucratif qui intervient en tant que comité consultatif fédéral dans l’établissement d’instructions destinées au secteur de l’aviation.

« Nous respectons tous les protocoles nécessaires pour que la nouvelle conception soit entièrement approuvée et correctement installée, et que nous puissions aider nos clients à reprendre les vols le plus tôt possible. Nous travaillons simultanément à la reprise des livraisons, mais notre première priorité concerne la certification de nos travaux et la remise en service opérationnelle des premiers avions livrés », a précisé Ray Conner.

« Les nouvelles technologies nécessitent une attention particulière et un travail sans relâche, mais leurs avantages sont bien réels. »

Communiqué de presse de Boeing du 14 mars 2013