FR3143848A1 - Convertisseur de tension comprenant des moyens de dissipation thermique - Google Patents
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Abstract
La présente invention vise un convertisseur de tension, notamment configuré pour être embarqué dans un véhicule, comportant un module électronique de puissance, un connecteur électrique (2) comportant au moins une portion de contact (3), un module de refroidissement configuré pour dissiper la chaleur générée par ledit module électronique de puissance, et comportant un boitier dans lequel est ménagé un canal configuré pour recevoir un liquide de refroidissement circulant dans le canal, ledit canal étant fermé par un couvercle (4) ; et au moins un coussin thermique (50-55) intercalé au moins partiellement entre et en contact avec ladite portion de contact (3) et ledit couvercle (4), ledit coussin thermique (50-55) étant configuré pour permettre un transfert thermique entre le connecteur électrique (2) et le liquide de refroidissement circulant dans le canal.
Figure de l’abrégé : Figure 2
Description
La présente invention concerne les équipements électriques tels que les convertisseurs de tension et les onduleurs, munis de modules de puissance et associés à une machine électrique, par exemple un moteur de véhicule électrique ou hybride.
Comme cela est connu, un véhicule automobile électrique ou hybride comprend un système de motorisation électrique alimenté par une batterie d’alimentation haute tension via un réseau électrique embarqué haute tension et une pluralité d’équipements électriques auxiliaires alimentés par une batterie d’alimentation basse tension via un réseau électrique embarqué basse tension. La batterie d’alimentation haute tension assure une fonction d’alimentation en énergie du système de motorisation électrique permettant la propulsion du véhicule. Plus précisément, afin de commander la machine électrique entrainant les roues du véhicule, il est connu d’utiliser un convertisseur de tension permettant de convertir la tension continue fournie par la batterie d’alimentation haute tension en une ou plusieurs tensions de commande alternatives, par exemple sinusoïdales.
Il est également connu d’intégrer au sein du convertisseur de tension un dispositif de filtrage capacitif dénommé capacité de liaison ou « DC-link capacitor » pour l’homme du métier, ayant notamment pour fonction la stabilisation de la tension fournie au composant d’électronique de puissance actif du convertisseur de tension, en particulier un module électronique de puissance, des connecteurs électriques, appelées « busbar », et des cartes électroniques.
Le module électronique de puissance est un ensemble comprenant des composants par lesquels passe de l’énergie alimentant la machine électrique, notamment destinés à transformer le courant continu en courants alternatifs, ou inversement. Ces composants peuvent comprendre des interrupteurs électroniques, tels que par exemple des transistors semi-conducteurs, agencés en circuit électrique pour permettre un passage commandé d’énergie électrique entre la batterie d’alimentation et la machine électrique. En particulier, les composants sont des puces semi-conductrices nues pour lesquels on réalise une encapsulation. Autrement dit, le module électronique de puissance est un ensemble comprenant une pluralité de puces semi-conductrices formant un circuit électrique encapsulées dans un même boîtier.
Les conducteurs électriques, dites « Busbars », comportent des connecteurs électriques, appelés « Leadframe ». Il est connu de mettre en œuvre de tels connecteurs électriques pour connecter électriquement des équipements électriques entre eux ou vis-à-vis d’un réseau électrique d’alimentation, notamment dans un environnement haute tension. Par exemple, des connecteurs électriques dits « haute tension » sont utilisés pour connecter des équipements électriques haute tension dans les véhicules électriques ou hybrides.
Les connecteurs électriques sont ainsi prévus sur une paroi ou un couvercle d’un équipement électrique, notamment haute tension, par exemple pour relier ledit équipement électrique à un réseau électrique d’alimentation. Une extension dudit connecteur électrique est nécessaire pour amener l’énergie électrique issue du réseau électrique d’alimentation jusqu’à une carte électronique disposée dans le châssis de l’équipement électrique.
Un tel connecteur électrique intégré à un châssis d’un équipement électrique permet ainsi de relier électriquement cet équipement électrique à un réseau électrique d’alimentation ou à un autre équipement électrique.
De plus, il est nécessaire de prévoir des moyens de refroidissement de certains systèmes électriques, en particulier du convertisseur de tension alimentant le moteur électrique et dudit moteur électrique. A cette fin, selon l’état de l’art, un circuit de refroidissement à fluide, en particulier à eau liquide, est intégré au système de motorisation électrique.
Selon une technologie connue, un circuit de refroidissement à eau comprend des canalisations pour faire circuler de l’eau dans le boîtier enfermant le convertisseur de tension, d’une part, puis un tuyau permet d’acheminer l’eau jusqu’au châssis du moteur. Au moyen des échanges thermiques entre les composants chauds et le fluide, plus froid, l’objectif est de refroidir lesdits composants chauds.
Toutefois, malgré le circuit de refroidissement, la température des connecteurs électriques reste trop importante, ce qui entraine une perte de puissance et une baisse du rendement.
L’invention vise à résoudre les inconvénients de l’état de la technique en proposant un convertisseur de tension dont le module de refroidissement dissipe davantage la chaleur générée par le module électronique de puissance dans les connecteurs électriques.
Plus précisément, l’invention a pour objet un convertisseur de tension, notamment configuré pour être embarqué dans un véhicule. Le convertisseur de tension comporte : au moins un module électronique de puissance comprenant au moins un bras de commutation et étant configuré pour être connecté électriquement à une machine électrique ; au moins un connecteur électrique comportant au moins une portion de contact configuré pour relier ledit module électronique de puissance à ladite machine électrique ; un module de refroidissement configuré pour dissiper la chaleur générée par ledit module électronique de puissance, et comportant un boitier dans lequel est ménagé un canal configuré pour recevoir un liquide de refroidissement circulant dans le canal, ledit canal étant fermé par un couvercle ; et au moins un coussin thermique ; ladite portion de contact s’étendant entre une première portion d’extrémité configurée pour être reliée à la machine électrique et une seconde portion d’extrémité configurée pour être reliée au module électronique de puissance, ledit coussin thermique étant intercalé au moins partiellement entre et en contact avec ladite portion de contact et ledit couvercle, ledit coussin thermique étant configuré pour permettre un transfert thermique entre le connecteur électrique et le liquide de refroidissement circulant dans le canal.
La portion de contact entre en contact avec le couvercle du canal afin d’être refroidi par le liquide de refroidissement y circulant. Afin d’augmenter la surface de contact entre le couvercle et la portion de contact mais aussi afin de favoriser le transfert thermique entre la portion de contact et le liquide de refroidissement circulant dans le canal, un coussin thermique est intercalé et en contact, au moins partiellement, entre la portion de contact et le couvercle. En augmentant la surface de contact et en favorisant le transfert thermique, un meilleur refroidissement de la portion de contact et donc du connecteur électrique est obtenu.
Avantageusement, le connecteur électrique est plié en direction dudit couvercle, sur au moins un tronçon entre sa première portion d’extrémité et sa seconde portion d’extrémité, ledit tronçon formant la portion de contact.
Le pliage en direction du couvercle du connecteur électrique sur au moins un tronçon permet audit tronçon d’être plus proche du couvercle du canal et donc du liquide de refroidissement. En réduisant la distance entre le tronçon et le couvercle, le transfert thermique est encore amélioré.
Avantageusement encore, le connecteur électrique comporte une pluralité de portions de contact, un coussin thermique étant intercalé entre et en contact avec chacune des portions de contact et ledit couvercle.
La pluralité de portion de contact permet un refroidissement du connecteur électrique sur une pluralité de tronçons. Ainsi, le transfert thermique entre le connecteur électrique et le liquide de refroidissement est amélioré sur une pluralité d’endroits du connecteur électrique, en particulier sur l’ensemble du connecteur électrique. Le transfert thermique est donc réparti sur le connecteur électrique plutôt que sur une portion spécifique dudit connecteur.
Avantageusement encore, le coussin thermique comporte une couche de pâte thermique.
Avantageusement encore, la couche de pâte thermique présente une épaisseur comprise entre 50 et 500 micromètres.
Avantageusement encore, le coussin thermique comporte une couche de colle.
La composition du coussin thermique permet un meilleur transfert thermique entre le connecteur électrique et le liquide de refroidissement et donc un meilleur refroidissement de la portion de contact et donc du connecteur électrique.
Préférentiellement, le coussin thermique est intercalé entre et en contact avec une face de la première portion d’extrémité du connecteur électrique et le couvercle du canal.
Préférentiellement encore, le coussin thermique est intercalé entre et en contact avec une face de la seconde portion d’extrémité du connecteur électrique et le couvercle du canal.
La disposition du coussin thermique entre et en contact avec une face de la première portion d’extrémité du connecteur électrique et le couvercle du canal et/ou entre et en contact avec une face de la seconde portion d’extrémité du connecteur électrique et le couvercle du canal permet un transfert thermique entre le connecteur électrique et le liquide de refroidissement en sortie du module de puissance et en amont de la machine électrique. Le refroidissement du connecteur électrique permet alors un meilleur rendement du convertisseur de tension.
L’invention porte également sur un système électrique comprenant un convertisseur de tension tel que décrit précédemment et une machine électrique tournante pilotée par ledit convertisseur de tension.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple, et se référant aux dessins annexés donnés à titre d’exemples non limitatifs, dans lesquels des références identiques sont données à des objets semblables et sur lesquels :
La est une représentation schématique en perspective d’un convertisseur de tension selon l’invention, le convertisseur comportant un châssis et un couvercle ;
La est une représentation schématique du convertisseur de tension de la , sans le châssis et rendant visible une pluralité de connecteurs électrique ayant chacun au moins une portion de contact, une pluralité de coussins thermiques et un couvercle du canal du module de refroidissement, représenté ici par transparence ;
La est une représentation schématique du convertisseur de tension de la , mais sans le couvercle du canal du module de refroidissement ;
La est un agrandissement du convertisseur de tension de la , rendant particulièrement visible un coussin thermique intercalé entre une portion de contact et le couvercle ;
La est une représentation schématique du connecteur électrique du convertisseur de tension de la ; et
La est une vue en coupe du convertisseur de tension de la , rendant particulièrement visible un coussin thermique intercalé entre une portion de contact et le couvercle.
Il faut noter que les figures exposent l’invention de manière détaillée pour permettre de mettre en œuvre l’invention ; bien que non limitatives, lesdites figures servent notamment à mieux définir l’invention le cas échéant.
La illustre un convertisseur de tension 1, par exemple configuré pour être embarqué dans un véhicule. Il s’agit par exemple ici d’un onduleur. Le convertisseur 1 comporte un châssis 100 et un couvercle 200 amovible entre une position retirée dans laquelle un espace intérieur du châssis est accessible et une position fermée qui correspond à une position de fonctionnement du convertisseur de tension 1.
Le convertisseur de tension 1 comporte au moins un module électronique de puissance. Le module électronique de puissance comprend au moins un bras de commutation permettant de recevoir ou de fournir un signal électrique de puissance à des phases électrique d’un bobinage d’une machine électrique. Le module de puissance forme un pont redresseur de tension comportant au moins un interrupteur tel qu’un transistor pour transformer la tension alternative générée par les phases du stator en une tension continue et/ou, à l’inverse, pour transformer une tension continue en une tension alternative pour alimenter les phases du stator.
Les figures 2 à 6 illustrent le convertisseur de tension 1 en position retirée du châssis 100.
En particulier, tel que cela est visible sur la , le convertisseur de tension 1 comporte au moins un connecteur électrique 2. Le connecteur électrique 2 est configuré pour relier le module électronique de puissance à la machine électrique (non représentée).
Le connecteur électrique 2 comporte au moins une portion de contact 3.
En particulier, le connecteur électrique 2 comporte une pluralité de portions de contact 3.
Chaque portion de contact 3 s’étend entre une première portion d’extrémité du connecteur électrique 2, configurée pour être reliée à la machine électrique et une seconde portion d’extrémité du connecteur électrique 2, configurée pour être reliée au module électronique de puissance.
Le convertisseur de tension 1 comporte en outre un module de refroidissement configuré pour dissiper la chaleur générée par le module électronique de puissance. Le module de refroidissement comporte un boitier, notamment formé par le châssis, dans lequel est ménagé un canal configuré pour recevoir un liquide de refroidissement circulant dans le canal. Le canal est fermé par un couvercle 4.
Afin de rendre les figures plus lisibles, il n’a été représenté que le couvercle 4 du module de refroidissement. Le module de refroidissement d’un convertisseur de tension étant par ailleurs bien connu.
Le connecteur électrique 2 est plié en direction du couvercle 4 sur au moins un tronçon 20 entre sa première portion d’extrémité et sa seconde portion d’extrémité. Le tronçon 20 forme la portion de contact 3 du connecteur électrique 2.
Le connecteur électrique 2 peut être plié en direction du couvercle 4 sur une pluralité de tronçons 20 entre sa première extrémité et sa seconde extrémité, chaque tronçon 20 formant une portion de contact 3.
Le convertisseur de tension 1 comporte en outre au moins un coussin thermique 5.
Le coussin thermique 5 est intercalé entre et en contact avec la portion de contact 3 et le couvercle 4 du canal du module de refroidissement.
Le coussin thermique 5 est configuré pour permettre un transfert thermique entre le connecteur électrique 2 et le liquide de refroidissement circulant dans le canal.
En particulier, lorsque le connecteur électrique 2 comporte une pluralité de portions de contact 3, un coussin thermique 5 est intercalé au moins partiellement entre et en contact avec chacune des portions de contact 3 et le couvercle 4.
Ainsi, un coussin thermique 5 est disposé et est en contact d’une part avec chaque tronçon 20 du connecteur électrique 2 et avec une surface extérieure du couvercle 4. Il est entendu par surface extérieure du couvercle 4, la surface du couvercle n’étant pas en contact ou orienté vers le liquide de refroidissement circulant dans le canal.
Le coussin thermique 5 peut être intercalé entre et en contact avec une face de la première portion d’extrémité du connecteur électrique 2 et avec le couvercle 4 du canal, en particulier la surface extérieure du couvercle 4.
Le coussin thermique 5 peut également être intercalé entre et en contact avec une face de la seconde portion d’extrémité du connecteur électrique 2 et avec le couvercle 4 du canal, en particulier la surface extérieure du couvercle 4.
En référence à la , le convertisseur thermique 2 peut comporter un premier coussin thermique 50, un deuxième coussin thermique 51, un troisième coussin thermique 52, un quatrième coussin thermique 53, un cinquième coussin thermique 54 et un sixième coussin thermique 55. Le premier coussin thermique 50, le cinquième coussin thermique 54 et le sixième coussin thermique 55 sont disposés et en contact au moins partiellement d’une part avec une face de la première portion d’extrémité de chaque portion de contact 3 du connecteur électrique 2 et avec la surface extérieure du couvercle 4. Le deuxième coussin thermique 51, le troisième coussin thermique 52 et le quatrième coussin thermique 53 sont disposés et en contact d’une part avec une face de la seconde portion d’extrémité de chaque portion de contact 3 du connecteur électrique 2 et avec la surface extérieure du couvercle 4.
Chacun des coussins thermiques 50, 51, 52, 53, 54, 55 permet un transfert thermique entre le connecteur électrique 2 et le liquide de refroidissement circulant dans le canal fermé par le couvercle, permettant ainsi le refroidissement du connecteur électrique 2. En particulier, les coussins thermiques permettant d’améliorer le refroidissement du connecteur électrique 2 et donc d’améliorer par exemple le rendement du convertisseur de tension 1.
La est une représentation semblable à la du convertisseur de tension 1, mais sans le couvercle 4 du canal. La permet de rendre mieux visible les portions de contact 3 du connecteur électrique 2 ainsi que les coussins thermiques 50 à 55.
La est un agrandissement du convertisseur de tension 1 de la , rendant particulièrement visible le sixième coussin thermique 55 intercalé entre et en contact avec le couvercle 4 du canal et une portion de contact sur sa première portion d’extrémité.
Il est notamment illustré que les coussins thermiques, ici en particulier le coussin thermique 55, peut ne s’étendre que partiellement entre le couvercle 4 et la portion de contact, le coussin thermique pouvant par exemple s’étendre au-delà du couvercle 4.
La est une vue en coupe du convertisseur de tension 1 de la , rendant visible un coussin thermique 5 intercalé entre et en contact avec une portion de contact 3 et le couvercle 4. Le coussin thermique 5 forme ici un joint thermique entre le couvercle 4 du canal et le connecteur électrique 2.
Selon un premier mode de réalisation, le coussin thermique 5 peut comporter une pâte thermique.
En particulier la pâte thermique peut présenter une épaisseur comprise entre 50 et 500 micromètres. En particulier, il peut s’agir d’une pâte thermique isolante électriquement, avec une conductivité par exemple de l’ordre de 3.3 W/mK.
Selon un deuxième mode de réalisation, le coussin thermique 5 peut comporter une couche de colle.
Selon un troisième mode de réalisation, le coussin thermique 5 peut comporter une pâte thermique et une couche de colle.
L’invention porte également sur un système électrique qui comprend un convertisseur de tension 2 et une machine électrique tournante pilotée par le convertisseur de tension 2. Le système électrique est notamment embarqué dans un véhicule tel qu’un véhicule automobile électrique ou hybride, un camion électrique ou hybride ou un drone. Par exemple, la machine électrique tournante transforme de l’énergie électrique en énergie mécanique, en mode moteur, et peut fonctionner en mode générateur pour transformer de l’énergie mécanique en énergie électrique. Cette machine électrique tournante est, par exemple, une machine réversible ou un moteur électrique.
On notera par ailleurs que l’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrit précédemment. Il apparaîtra en effet à l’homme du métier que diverses modifications peuvent être apportées au mode de réalisation décrit ci-dessus, à la lumière de l’enseignement qui vient de lui être divulgué.
Dans la présentation détaillée de l’invention qui est faite précédemment, les termes utilisés ne doivent pas être interprétés comme limitant l’invention au mode de réalisation exposé dans la présente description, mais doivent être interprétés pour y inclure tous les équivalents dont la prévision est à la portée de l'homme de l'art en appliquant ses connaissances générales à la mise en œuvre de l'enseignement qui vient de lui être divulgué.
Claims (9)
- Convertisseur de tension (1), notamment configuré pour être embarqué dans un véhicule, comportant :
- au moins un module électronique de puissance comprenant au moins un bras de commutation et étant configuré pour être connecté électriquement à une machine électrique ;
- au moins un connecteur électrique (2) comportant au moins une portion de contact (3) configuré pour relier ledit module électronique de puissance à ladite machine électrique ;
- un module de refroidissement configuré pour dissiper la chaleur générée par ledit module électronique de puissance, et comportant un boitier dans lequel est ménagé un canal configuré pour recevoir un liquide de refroidissement circulant dans le canal, ledit canal étant fermé par un couvercle (4) ; et
- au moins un coussin thermique (5) ;
ladite portion de contact (3) s’étendant entre une première portion d’extrémité configurée pour être reliée à la machine électrique et une seconde portion d’extrémité configurée pour être reliée au module électronique de puissance, ledit coussin thermique (5) étant intercalé au moins partiellement entre et en contact avec ladite portion de contact (3) et ledit couvercle (4), ledit coussin thermique (5) étant configuré pour permettre un transfert thermique entre le connecteur électrique (2) et le liquide de refroidissement circulant dans le canal. - Convertisseur de tension (1) selon la revendication précédente, dans lequel le connecteur électrique (2) est plié en direction dudit couvercle (4), sur au moins un tronçon (20) entre sa première portion d’extrémité et sa seconde portion d’extrémité, ledit tronçon (20) formant la portion de contact (3).
- Convertisseur de tension (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le connecteur électrique (2) comporte une pluralité de portions de contact (3), un coussin thermique (5) étant intercalé entre et en contact avec chacune des portions de contact (3) et ledit couvercle (4).
- Convertisseur de tension (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le coussin thermique (5) comporte une couche de pâte thermique.
- Convertisseur de tension (1) selon la revendication précédente, dans lequel la couche de pâte thermique présente une épaisseur comprise entre 50 et 500 micromètres.
- Convertisseur de tension (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le coussin thermique (5) comporte une couche de colle.
- Convertisseur de tension (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le coussin thermique (5) est intercalé entre et en contact avec une face de la première portion d’extrémité du connecteur électrique (2) et le couvercle (4) du canal.
- Convertisseur de tension (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le coussin thermique (5) est intercalé entre et en contact avec une face de la seconde portion d’extrémité du connecteur électrique (2) et le couvercle (4) du canal.
- Système électrique caractérisé en ce qu’il comprend un convertisseur de tension selon l’une quelconque des revendications précédentes et une machine électrique tournante pilotée par ledit convertisseur de tension (1).
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|---|---|---|---|
| FR2213675A FR3143848A1 (fr) | 2022-12-16 | 2022-12-16 | Convertisseur de tension comprenant des moyens de dissipation thermique |
Applications Claiming Priority (2)
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| FR2213675A FR3143848A1 (fr) | 2022-12-16 | 2022-12-16 | Convertisseur de tension comprenant des moyens de dissipation thermique |
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| FR3143848A1 true FR3143848A1 (fr) | 2024-06-21 |
Family
ID=85381210
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR2213675A Pending FR3143848A1 (fr) | 2022-12-16 | 2022-12-16 | Convertisseur de tension comprenant des moyens de dissipation thermique |
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| WO2013136877A1 (fr) * | 2012-03-14 | 2013-09-19 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | Dispositif de conversion d'énergie |
| EP3451521A1 (fr) * | 2016-04-28 | 2019-03-06 | Nissan Motor Co., Ltd. | Dispositif de conversion de puissance à bord |
| EP3930168A1 (fr) * | 2019-02-18 | 2021-12-29 | NISSAN MOTOR Co., Ltd. | Dispositif de conversion de puissance électrique |
-
2022
- 2022-12-16 FR FR2213675A patent/FR3143848A1/fr active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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