FR3103887A1 - Dispositif de chauffage électrique d’un liquide caloporteur pour véhicule automobile - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un dispositif de chauffage électrique (1) d’un liquide caloporteur pour véhicule automobile, ledit dispositif de chauffage électrique (1) comportant un boîtier délimitant : au moins une chambre de chauffe (3) à l’intérieur de laquelle est destiné à circuler le liquide caloporteur et dans laquelle s’étend au moins un élément électrique chauffant (31), un logement (5) au sein duquel est disposé un circuit imprimé (51) électronique de gestion, ledit circuit imprimé (51) comportant au moins un transistor (53), le logement (5) comportant un fond (55) au contact de la chambre de chauffe (3), l’au moins un transistor (53) étant au contact dudit fond (55). La présente invention concerne également le procédé de fabrication d’un tel dispositif de chauffage électrique (1).
Description
Le domaine de la présente invention est celui des dispositifs électriques de chauffage et de circulation d’un liquide caloporteur, notamment pour une installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation d’un habitacle d’un véhicule automobile. Plus particulièrement, l’invention porte sur les dispositifs de chauffage électrique utilisés pour de telles installations dans des véhicules automobiles, électriques ou hybrides, équipés d’un réseau d’alimentation électrique à haute tension.
Le chauffage de l’air destiné au traitement thermique de l’habitacle d’un véhicule automobile à moteur thermique est assuré par échange de chaleur entre un flux d’air et un liquide caloporteur, par le biais d’un radiateur. Dans le cas des véhicules hybrides ou électriques, on connaît des dispositifs de chauffage électrique qui forment une source de calories et dans lesquels un courant électrique généralement à haute tension circule pour monter en température un élément électrique chauffant embarqué dans ce dispositif de chauffage. Le liquide caloporteur à chauffer traverse ainsi le dispositif de chauffage électrique et est mis au contact de l’élément électrique chauffant, il s’effectue alors un échange d’énergie calorifique entre l’élément électrique chauffant et le liquide caloporteur. Ce liquide caloporteur passe ensuite dans le radiateur disposé au sein de l’installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation afin de chauffer le flux d’air à destination de l’habitacle.
L'élément électrique chauffant consiste habituellement en des moyens électriques de chauffe, par exemple une ou plusieurs résistances chauffantes. Afin d’alimenter et de contrôler un tel élément électrique chauffant, le dispositif électrique de chauffage comporte généralement un circuit imprimé électronique de contrôle. Ce circuit imprimé électronique comporte généralement au moins un transistor de contrôle pour l’électronique de puissance. Néanmoins, du fait de la compacité du dispositif électrique de chauffage et de la tension appliquée, les transistors ont tendance à chauffer fortement et peuvent passer en mode sécurité si une température maximale est atteinte. En mode sécurité, l’alimentation électrique est coupée afin d’empêcher une détérioration du transistor par la chaleur et également afin de baisser sa température. Le chauffage du liquide caloporteur est également interrompu.
Le but de la présente invention est donc de remédier au moins partiellement aux inconvénients de l’art antérieur et de proposer un dispositif électrique chauffant amélioré et permettant la régulation de la température des transistors en son sein.
La présente invention concerne donc un dispositif de chauffage électrique d’un liquide caloporteur pour véhicule automobile, ledit dispositif de chauffage électrique comportant un boîtier délimitant:
- au moins une chambre de chauffe à l’intérieur de laquelle est destiné à circuler le liquide caloporteur et dans laquelle s’étend au moins un élément électrique chauffant,
- un logement au sein duquel est disposé un circuit imprimé électronique de gestion, ledit circuit imprimé comportant au moins un transistor,
Selon un aspect de l’invention, la chambre de chauffe a un profil cylindrique, le fond du logement s’étendant tangentiellement à ladite chambre de chauffe.
Selon un autre aspect de l’invention, le boîtier comporte, sur une de ses surfaces extérieures, des ailettes au niveau de l’emplacement de l’au moins un transistor, lesdites ailettes reliant la surface extérieure de la chambre de chauffe avec une portion du fond du logement.
Selon un autre aspect de l’invention, le fond du logement comporte une couche conductrice thermiquement sur laquelle repose l’au moins un transistor.
Selon un autre aspect de l’invention, le logement comporte un élément de maintien configuré pour plaquer l’au moins un transistor contre le fond du logement.
Selon un autre aspect de l’invention, l’élément de maintien comporte un élément élastique appuyant contre l’au moins un transistor.
Selon un autre aspect de l’invention, le circuit imprimé s’étend parallèlement au fond du logement, l’au moins un transistor étant disposé entre le circuit imprimé et le fond du logement.
Selon un autre aspect de l’invention, l’au moins un transistor comporte des connecteurs électriques reliant un des flancs du transistor au circuit imprimé, lesdits connecteurs comportant un coude d’inflexion.
La présente invention concerne également un procédé de fabrication d’un dispositif de chauffage électrique d’un liquide caloporteur pour véhicule automobile, ledit dispositif de chauffage électrique comportant un boîtier délimitant:
- au moins une chambre de chauffe à l’intérieur de laquelle est destiné à circuler le liquide caloporteur et dans laquelle est destiné à s’étendre au moins un élément électrique chauffant,
- un logement comportant un fond au contact de la chambre de chauffe,
- positionnement d’au moins un transistor dans le logement de sorte qu’il soit au contact du fond dudit logement,
- positionnement d’un circuit imprimé dans le logement de sorte que l’au moins un transistor soit disposé entre le fond du logement et ledit circuit imprimé,
- connexion électrique au moyen de connecteurs entre le circuit imprimé et l’au moins un transistor.
Selon un autre aspect du procédé selon l’invention, ledit procédé comporte une étape supplémentaire de mise en place d’un élément de maintien configuré pour plaquer l’au moins un transistor contre le fond du logement, ladite étape étant réalisée entre l’étape de positionnement de l’au moins un transistor et l’étape de positionnement du circuit imprimé.
D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, fournie à titre illustratif et non limitatif, et des dessins annexés dans lesquels:
Sur les différentes figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence.
Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées et/ou inter-changées pour fournir d'autres réalisations.
Dans la présente description, on peut indexer certains éléments ou paramètres, comme par exemple premier élément ou deuxième élément ainsi que premier paramètre et second paramètre ou encore premier critère et deuxième critère, etc. Dans ce cas, il s’agit d’un simple indexage pour différencier et dénommer des éléments ou paramètres ou critères proches, mais non identiques. Cette indexation n’implique pas une priorité d’un élément, paramètre ou critère par rapport à un autre et on peut aisément inter-changer de telles dénominations sans sortir du cadre de la présente description. Cette indexation n’implique pas non plus un ordre dans le temps par exemple pour apprécier tel ou tel critère.
Les figures 1a et 1b montrent une représentation schématique en perspective d’un dispositif de chauffage électrique 1 respectivement en vue assemblée et en vue éclatée.
Le dispositif de chauffage électrique 1 comporte un boîtier délimitant au moins une chambre de chauffe 3 à l’intérieur de laquelle est destiné à circuler le liquide caloporteur. Plus précisément, la chambre de chauffe 3 comporte une cavité 32 au sein de laquelle le liquide caloporteur entre et ressort de la chambre de chauffe 3 au niveau d’embouts de connexions 3a débouchants dans ladite cavité 32. Sur les figures 1a et 1b, seul un embout de connexion 3a par exemple de sortie est représenté. La chambre de chauffe 3 comporte également un autre embout de connexion d’entrée (non représenté).
Au sein de cette chambre de chauffe 3, s’étend au moins un élément électrique chauffant 31 destiné à chauffer le liquide caloporteur. Cette élément électrique chauffant 31 peut par exemple comporter une ou plusieurs résistances électriques et ayant un profil hélicoïdal et destinées à venir au contact du liquide caloporteur. L’élément électrique chauffant 31 referme notamment la chambre de chauffe 3 et plus précisément la cavité 32 de sorte que le liquide caloporteur ne puisse circuler que d’un embout de connexion d’entrée à un embout de connexion de sortie 3a.
Le dispositif de chauffage électrique 1 peut également comporter un prolongement 4 de la chambre de chauffe 3, permettant d’accéder aux connectiques électriques de l’élément électrique chauffant 31. Ce prolongement 4 peut être refermé au moyen d’un couvercle 41. Le liquide caloporteur ne circule pas dans ce prolongement 4.
Le dispositif de chauffage électrique 1 comporte également un logement 5 au sein duquel est disposé un circuit imprimé 51 électronique de gestion. Ce logement 5 peut notamment comporter un capot 52 venant le refermer. Le logement 5 comporte également des connectiques électriques 50 permettant l’alimentation électrique du circuit imprimé 51, généralement en courant basse tension (par exemple de 12 à 48 V), et également de l’élément électrique chauffant 31, généralement en courant haute tension (par exemple pouvant aller au-delà de 500 V pour un véhicule électrique).
Comme le montre plus en détail la figure 2, le circuit imprimé 51 comporte au moins un transistor 53, ici quatre. Ces transistors 53 peuvent notamment être des transistors bipolaires à grille isolée (IGBT pour Insulated Gate Bipolar Transistor en anglais).
Comme illustré sur la vue en coupe de la figure 3, le logement 5 comporte un fond 55 au contact de la chambre de chauffe 3. Ce fond 55 est généralement plat. Les transistors 53 du circuit imprimé sont disposés au contact dudit fond 55. Cette disposition des transistors 53 permet que ces derniers soient refroidis au moyen du liquide caloporteur circulant dans la chambre de chauffe 3 par diffusion thermique au travers du fond 55. En effet, la température maximum du liquide caloporteur est généralement de l’ordre de 90°C alors que la température de sécurité à laquelle les transistors 53 se mettent en sécurité est de l’ordre de 120°C. Afin de permettre une bonne conduction thermique, le fond 55 du logement 5 peut notamment avoir une épaisseur de l’ordre de 2,5mm.
Selon l’exemple illustré aux figures 1a à 3, la chambre de chauffe 3 a un profil externe cylindrique. De même, la cavité 32 à l’intérieur de laquelle circule le liquide caloporteur est également cylindrique. Les embouts de connexions 3a sont disposés à une extrémité de la chambre de chauffe 3 et le prolongement 4 par lequel est inséré l’élément chauffant électrique 31 est disposé à l’extrémité opposée. Le fond 55 du logement 5 s’étend quant à lui tangentiellement à la chambre de chauffe 3.
Il est cependant tout à fait possible d’imaginer d’autres formes pour la chambre de chauffe 3, par exemple parallélépipédique, sans sortir du cadre de la présente invention.
Le boîtier du dispositif de chauffage électrique 1 peut également comporter, sur une de ses surfaces extérieures, des ailettes 33 au niveau de l’emplacement des transistors 53. Ces surfaces extérieures peuvent notamment correspondre aux flancs du boîtier du dispositif de chauffage électrique 1. Ces ailettes 33 relient la surface extérieure de la chambre de chauffe 3 avec une portion du fond 55 du logement 3. Dans le cas où la chambre de chauffe 3 a un profil externe cylindrique, les ailettes 33 relient la surface extérieure de la chambre de chauffe 3 avec une portion du fond 55 du logement 3 débordant de la zone de contact entre le fond 55 et la chambre de chauffe 3. Ces ailettes 33 permettent un renforcement structurel du boiter tout en limitant l’augmentation du poids du boîtier. Ces ailettes 33 permettent également un meilleur refroidissement des transistors 53 par conduction thermique.
Toujours selon l’exemple illustré aux figures 1a, à 3, le circuit imprimé 51 s’étend parallèlement au fond 55 du logement 5. Les transistors 53 sont disposés alors entre le circuit imprimé 51 et le fond 55 du logement 5. Cette disposition particulière permet d’avoir un logement 5 et donc un dispositif de chauffage électrique 1 compact.
Les transistors 53 comportent des connecteurs 530 électriques (visibles sur la figure 2) reliant un de leurs flancs au circuit imprimé 51. Ces connecteurs 530 peuvent notamment comporter un coude d’inflexion afin de positionner le transistor 53 parallèlement au fond 55 du logement 5 et de présenter une face du transistor 53 d’une surface suffisante pour un bon échange thermique et pouvant venir au contact du fond 55 du logement 5. Ce coude d’inflexion peut notamment avoir un angle de 90° lorsque le circuit imprimé 51 s’étend parallèlement au fond 55 du logement 5. Afin d’éviter la formation d’arcs électriques, la distance entre le coude d’inflexion et le flanc du transistor 53 est de préférence de l’ordre de 4mm.
Comme illustré sur les figures 3 et 4, le logement 5 peut comporter un ou plusieurs éléments de maintien 59 configurés pour plaquer les transistors 53 contre le fond 55 du logement 5. Ces éléments de maintien 59 permettent un bon contact entre le transistor 53 et le fond 55 du logement 5 afin d’améliorer la conduction thermique entre ces deux éléments et donc permettre un meilleur refroidissement des transistors 53. Pour cela, l’élément de maintien 59 comporte un élément élastique 590 (visible sur la figure 4) appuyant contre le transistor 53. Cet élément élastique 590 comme dans l’exemple illustré à la figure 4 être une lamelle élastique venant de matière avec l’élément de maintien 59. La pression exercée par cet élément élastique 590 sur le transistor 53 peut être de l’ordre de 70 N.
L’élément de maintien 59 est notamment fixé sur le fond 55 du logement 5, par exemple au moyen de vis comme illustré sur la figure 4. Sur cette figure, un seul élément de maintien 59 est représenté. Ce même élément de maintien 59 appui sur deux transistors 53 au moyen de deux lamelles élastiques 590. Un deuxième élément de maintien 59 non représenté pour des soucis de clarté permet un appui sur les deux autres transistors 53.
Comme illustré à la figure 4, le fond 55 du logement 5 comporte une couche conductrice thermiquement 57 sur laquelle repose les transistors 53. Cette couche conductrice thermiquement 57 permet d’absorber les irrégularités du fond 55 et des transistors 53 afin d’avoir une conduction thermique optimale. De plus la couche conductrice thermiquement 57 permet une isolation électrique entre les transistors 53 et le fond 55.
La figure 5 montre un organigramme d’un procédé de fabrication d’un dispositif de chauffage électrique 1 tel que décrit précédemment.
Le procédé comporte les étapes suivantes:
- une première étape 101 de positionnement des transistors 53 dans le logement 5 de sorte qu’ils soient au contact du fond 55 dudit logement 5,
- une deuxième étape 102 de positionnement d’un circuit imprimé 51 dans le logement 5 de sorte que les transistors 53 soient disposés entre le fond 55 du logement 5 et ledit circuit imprimé 51, et
- une troisième étape 103 de connexion électrique au moyen de connecteurs 530 entre le circuit imprimé 51 et les transistors 53.
Le procédé de fabrication peut également comporter une étape supplémentaire 104 de mise en place d’un élément de maintien 59 configuré pour plaquer les transistors 53 contre le fond 55 du logement 5. Cette étape supplémentaire 104 est réalisée entre la première étape 101 de positionnement des transistors 53 et la deuxième étape 102 de positionnement du circuit imprimé 51.
Ainsi, on voit bien que du fait du positionnement des transistors 53 au sein du logement, le dispositif de chauffage électrique 1 permet un bon refroidissement de ces derniers.
Claims (10)
- Dispositif de chauffage électrique (1) d’un liquide caloporteur pour véhicule automobile, ledit dispositif de chauffage électrique (1) comportant un boîtier délimitant:
- au moins une chambre de chauffe (3) à l’intérieur de laquelle est destiné à circuler le liquide caloporteur et dans laquelle s’étend au moins un élément électrique chauffant (31),
- un logement (5) au sein duquel est disposé un circuit imprimé (51) électronique de gestion, ledit circuit imprimé (51) comportant au moins un transistor (53),
- Dispositif de chauffage électrique (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la chambre de chauffe (3) a un profil cylindrique, le fond (55) du logement (5) s’étendant tangentiellement à ladite chambre de chauffe (3).
- Dispositif de chauffage électrique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le boîtier comporte, sur une de ses surfaces extérieures, des ailettes (33) au niveau de l’emplacement de l’au moins un transistor (53), lesdites ailettes (33) reliant la surface extérieure de la chambre de chauffe (3) avec une portion du fond (55) du logement (3).
- Dispositif de chauffage électrique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fond (55) du logement (5) comporte une couche conductrice thermiquement (57) sur laquelle repose l’au moins un transistor (53).
- Dispositif de chauffage électrique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le logement (5) comporte un élément de maintien (59) configuré pour plaquer l’au moins un transistor (53) contre le fond (55) du logement (5).
- Dispositif de chauffage électrique (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’élément de maintien (59) comporte un élément élastique (590) appuyant contre l’au moins un transistor (53).
- Dispositif de chauffage électrique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit imprimé (51) s’étend parallèlement au fond (55) du logement (5), l’au moins un transistor (53) étant disposé entre le circuit imprimé (51) et le fond (55) du logement (5).
- Dispositif de chauffage électrique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’au moins un transistor (53) comporte des connecteurs (530) électriques reliant un des flancs dudit transistor (53) au circuit imprimé (51), lesdits connecteurs (530) comportant un coude d’inflexion.
- Procédé de fabrication d’un dispositif de chauffage électrique (1) d’un liquide caloporteur pour véhicule automobile, ledit dispositif de chauffage électrique (1) comportant un boîtier délimitant:
- au moins une chambre de chauffe (3) à l’intérieur de laquelle est destiné à circuler le liquide caloporteur et dans laquelle est destiné à s’étendre au moins un élément électrique chauffant (31),
- un logement (5) comportant un fond (55) au contact de la chambre de chauffe (3),
- positionnement d’au moins un transistor (53) dans le logement (5) de sorte qu’il soit au contact du fond (55) dudit logement (5),
- positionnement d’un circuit imprimé (51) dans le logement (5) de sorte que l’au moins un transistor (53) soit disposé entre le fond (55) du logement (5) et ledit circuit imprimé (51),
- connexion électrique au moyen de connecteurs (530) entre le circuit imprimé (51) et l’au moins un transistor (53).
- Procédé de fabrication d’un dispositif de chauffage électrique (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il comporte une étape supplémentaire de mise en place d’un élément de maintien (59) configuré pour plaquer l’au moins un transistor (53) contre le fond (55) du logement (5), ladite étape étant réalisée entre l’étape de positionnement de l’au moins un transistor (53) et l’étape de positionnement du circuit imprimé (51).
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