Brevet FR2946220A1 — publié le 20101203

DISPOSITIF DE TRANSFERT DE PUISSANCE ELECTRIQUE POUR VEHICULE AUTOMOBILE ET VEHICULE ELECTRIQUE OU PARTIELLEMENT ELECTRIQUE EQUIPE D'UN TEL DISPOSITIF [1]. La présente invention concerne un dispositif de transfert de puissance électrique pour véhicule automobile et le véhicule électrique ou partiellement électrique équipé d'un tel dispositif. L'invention a notamment pour but de proposer un dispositif modulaire apte à s'adapter au nombre de circuits de transfert de puissance à installer dans le véhicule. [2]. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, io mais non exclusive, pour les véhicules électriques ou partiellement électriques. Par partiellement électrique, on entend un véhicule hybride combinant l'utilisation d'un moteur thermique et d'une machine électrique. L'invention peut également être mise en oeuvre avec des véhicules hybrides de type � plugin � qu'il est possible de recharger sur un réseau 15 d'alimentation électrique afin d'en diminuer la consommation de carburant. [3]. Tous ces véhicules électriques comportent des dispositifs de transfert de puissance destinés à contrôler les transferts de puissance électrique entre les différents organes électriques installés dans ces véhicules. Parmi ces dispositifs de transfert de puissance, on peut par 20 exemple compter, de façon non limitative : - un ou plusieurs onduleurs de tension triphasés, destinés à contrôler le transfert de puissance électrique entre les dispositifs de stockage électrique (par exemple des batteries) et les moteurs ou générateurs électriques présents dans le véhicule, 25 - un ou plusieurs convertisseurs électriques de type continu-continu, destinés à transférer de l'énergie électrique depuis les batteries vers les consommateurs électriques du réseau de bord, - un ou plusieurs convertisseurs électriques de type continu-continu, utilisés pour transférer de l'énergie électrique entre les différentes batteries ou 30 stockeurs électriques installés à bord du véhicule, ou - un chargeur de batterie utilisé pour recharger les batteries de traction du véhicule à partir d'un réseau d'alimentation extérieur au véhicule. [004]. Suivant la nature du véhicule (hybride, hybride plug-in, ou électrique), certains de ces dispositifs sont ou non installés dans le véhicule de sorte qu'il existe une pluralité de configurations possibles de dispositifs de transfert de puissance. Il est bien connu que cette pluralité de configurations génère une diversité importante au niveau de ces dispositifs de transfert de puissance. [005]. Pour résoudre ce problème de diversité, l'état de l'art connaît l'emploi de dispositifs individuels, installés ou non dans le véhicule selon le système mis en oeuvre. Cette solution est à la fois onéreuse et volumineuse du fait de la multiplicité d'organes à installer. io [006]. L'état de l'art comprend également des dispositifs intégrés, regroupant au sein du même organe plusieurs de ces dispositifs de transfert, de sorte qu'il est nécessaire d'installer un seul organe par véhicule. En revanche, la diversité est reportée sur cet organe, qui comporte de nombreuses variantes et dont les coûts de production sont donc importants. 15 [007]. L'état de l'art comprend aussi des dispositifs de transfert de puissance, constitués d'une semelle de refroidissement sur une face de laquelle sont disposés des composants électriques de puissance. Lorsqu'il est nécessaire de regrouper plusieurs dispositifs de transfert de puissance sur une seule semelle, il est nécessaire de modifier les dimensions de la 20 semelle afin que la surface soit suffisante pour accueillir l'ensemble des composants à refroidir. Ainsi, la production de variantes pour un dispositif intégré de transfert de puissance requiert, pour chaque variante, l'usinage de semelles spécifiques, ce qui occasionne des coûts de production accrus. [8]. La présente invention a notamment pour but de résoudre ces 25 problèmes d'adaptation en proposant un dispositif modulaire de transfert de puissance pour véhicule à traction électrique ou partiellement électrique, offrant un coût et un encombrement réduits. [9]. A cet effet, le dispositif de transfert selon l'invention comporte une semelle de refroidissement apte à recevoir des circuits électriques sur deux 30 de ses faces opposées. Des orifices traversants sont ménagés dans la semelle pour y introduire des ressorts permettant de relier électriquement des zones de contact d'au moins deux circuits électriques positionnés de part et d'autre de la semelle de refroidissement. [010]. L'invention concerne donc un dispositif de transfert de puissance pour véhicule électrique ou partiellement électrique destiné à être installé entre un dispositif de stockage d'énergie électrique du véhicule et un composant électrique consommateur ou fournisseur d'énergie électrique, ou entre deux dispositifs de stockage d'énergie électrique, caractérisé en ce qu'il comporte : - une semelle de refroidissement apte à porter des circuits électriques de puissance sur deux de ses faces opposées l'une par rapport à l'autre, io - des orifices traversants ménagés dans ladite semelle de refroidissement, et - des éléments élastiques conducteurs positionnés à l'intérieur des orifices pour relier électriquement des zones de contact d'au moins deux circuits électriques positionnés de part et d'autre de la semelle de refroidissement. [11]. Selon une réalisation, les éléments élastiques conducteurs sont 15 des ressorts. [12]. Selon une réalisation, il comporte en outre des entretoises en matériau isolant positionnées à l'intérieur des orifices de la semelle autour des éléments élastiques. [13]. Selon une réalisation, la semelle de refroidissement comporte un 20 évidement à l'intérieur duquel circule un liquide de refroidissement, les orifices étant ménagés dans une zone non évidée de la semelle de refroidissement. [14]. Selon une réalisation, les circuits électriques de l'une des deux faces comportent des bornes de connexion destinées à être reliées à des 25 composants électriques extérieurs au dispositif. [15]. Selon une réalisation, il comporte deux couvercles isolants positionnés de part et d'autre de la semelle pour protéger les circuits électriques du dispositif de transfert de puissance. [16]. Selon une réalisation, il comporte des broches situées dans une 30 zone de connexion ménagée dans l'un ou l'autre des couvercles de protection, ces broches étant positionnées en face des bornes afin de rendre les bornes accessibles depuis l'extérieur du dispositif de transfert. [017]. Selon une réalisation, lorsqu'il est destiné à être mis en oeuvre avec un véhicule hybride, les circuits électriques portés par une des faces de la semelle de refroidissement forment - un premier onduleur destiné à alimenter une machine électrique de traction du véhicule, - un deuxième onduleur destiné à alimenter une génératrice associé à un moteur thermique, ainsi que - un convertisseur continu-continu destiné à alimenter le réseau de bord io basse tension du véhicule, - l'autre face de la semelle de refroidissement étant alors dépourvue de circuit électrique, les orifices de la semelle de refroidissement étant alors obturés par des bouchons hermétiques. [018]. Selon une réalisation, lorsqu'il est destiné à être mis en oeuvre 15 avec un véhicule hybride de type plugin, - les circuits électriques portés par une des faces de la semelle de refroidissement forment - un onduleur destiné à alimenter une machine électrique de traction du véhicule, 20 - un onduleur destiné à alimenter la génératrice, ainsi que - un convertisseur continu-continu destiné à alimenter le réseau de bord basse tension du véhicule, - les circuits électriques de l'autre face de la semelle de refroidissement formant un chargeur permettant de recharger le dispositif de stockage depuis 25 la tension du secteur. [019]. Selon une réalisation, lorsqu'il est destiné à être mis en oeuvre avec un véhicule électrique, - les circuits électriques portés par une des faces de la semelle de refroidissement forment 3o - un seul onduleur de puissance destiné à alimenter une machine électrique de traction du véhicule, et - un convertisseur continu-continu destiné à alimenter le réseau de bord basse tension du véhicule, - les circuits électriques de l'autre face de la semelle de refroidissement formant un chargeur permettant de recharger le dispositif de stockage depuis la tension du secteur. [20]. L'invention concerne en outre un véhicule électrique ou partiellement électrique équipé d'un dispositif de transfert de puissance selon l'invention. [21]. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. Elles io montrent : [22]. Figure 1 : une représentation schématique en trois dimensions d'un dispositif de transfert de puissance selon l'invention ; [23]. Figure 2 : une vue de haut de la semelle de refroidissement du dispositif de transfert de puissance selon l'invention ; 15 [024]. Figure 3 : une vue de côté d'un contact traversant réalisé entre deux circuits positionnés sur deux faces opposées de la semelle de refroidissement du dispositif de transfert selon l'invention ; [25]. Figure 4 : une représentation schématique d'un véhicule hybride ou hybride de type plug-in comportant un dispositif de transfert selon 20 l'invention. [26]. Les éléments identiques conservent la même référence d'une figure à l'autre. [27]. Le dispositif 100 de transfert de puissance électrique objet de la présente invention est destiné à être installé à l'intérieur d'un véhicule 25 électrique ou partiellement électrique entre un dispositif de stockage d'énergie et un composant électrique consommateur d'énergie, tel qu'une machine électrique fonctionnant en mode moteur ou un réseau de bord, ou un composant électrique fournisseur d'énergie, tel qu'une machine électrique fonctionnant en mode générateur. Le dispositif 100 peut également être 30 installé entre deux dispositifs de stockage d'énergie électrique. [28]. Ce dispositif 100 comporte une semelle 1 de refroidissement métallique munie de raccords 2 et 3 permettant de faire circuler un fluide de refroidissement à l'intérieur d'un évidement 1.1 ménagé dans la semelle 1 montré sur la Figure 2. La semelle 1 a pour but de dissiper la chaleur produite par les circuits électriques 4, 5 du dispositif 100. En variante, la semelle 1 est dépourvue d'évidement 1.1. [29]. Sur chacune des deux faces 1.2, 1.3 de cette semelle 1 sont disposés les circuits 4 et 5 électriques de puissance. Ces circuits 4, 5 sont situés de préférence directement au contact de la semelle 1. Les cartes de io connexion (non représentées) qu'ils comportent éventuellement ne se situent pas sous la semelle 1 mais du même côté que les circuits que ces cartes connectent entre eux. [30]. Par ailleurs, deux couvercles isolants 6 et 7 sont positionnés de part et d'autre de la semelle 1 pour assurer la protection des circuits 4, 5 vis- 15 à-vis de l'environnement extérieur. Les circuits électriques 4, 5 de l'une des deux faces 1.2, 1.3 comportent des bornes 8 de connexion destinées à être reliées à des composants électriques extérieurs. Ces bornes 8 sont accessibles depuis l'extérieur au moyen de broches 9 disposées dans une zone de connexion 10 évidée ménagée dans l'un ou l'autre des deux 20 couvercles 6 ou 7, ces broches 9 étant positionnées en face des bornes 8 de connexion. En variante, on réalise uniquement des ouvertures en regard des bornes 8 dans la zone 10 de connexion, les broches 9 étant alors associées aux bornes 8 de connexion. [31]. Comme montré sur la Figure 2, cette semelle 1 comporte 25 également une zone non évidée 12 dans laquelle sont pratiqués des orifices 13 traversants. Dans chacun de ces orifices 13 est insérée de préférence une entretoise 16 isolante de même forme que celle des orifices 13, par exemple de forme cylindrique. [32]. Un ressort 17 électriquement conducteur est positionné à l'intérieur 30 de l'entretoise 16, ce ressort 17 assurant un contact électrique entre deux zones 15 de contact de deux circuits électriques 4 et 5 disposés respectivement sur la face supérieure et inférieure de la semelle 1 de refroidissement. Le ressort 17 exerce une force de pression permettant de maintenir le contact électrique de façon constante malgré la dilatation de la semelle 1 due aux variations de température. En variante, le ressort 17 peut bien entendu être remplacé par tout autre élément élastique pouvant assurer une connexion électrique entre les deux zones de contact 15 des circuits 4 et 5 tout en permettant de compenser l'effet de la dilatation de la semelle 1. [33]. Les connexions traversantes réalisées au moyen des ressorts 17 sont utilisées par exemple pour distribuer la tension d'alimentation en provenance des batteries aux circuits 4, 5 situés des deux côtés de la semelle 1. Ces connexions 17 ne sont pas exposées à l'environnement et io peuvent donc sans risque accepter des tensions électriques de valeurs importantes. D'autres orifices 13 de connexion peuvent permettre aux circuits 4, 5 d'échanger des informations de contrôle nécessaires au bon fonctionnement du dispositif de transfert 100. [34]. L'invention permet d'assurer la modularité du dispositif 100 de 15 transfert de puissance, en utilisant une semelle 1 de refroidissement standardisée, des capots 6 et 7 standardisés, ainsi qu'éventuellement des circuits électriques standardisés sur une des faces, en réalisant les orifices 13 traversants et les contacts correspondant au moyens des ressorts 17 entre les composants 4, 5 des deux faces. 20 [035]. L'intérêt de l'invention est ainsi de pouvoir utiliser les deux faces 1.2, 1.3 de la semelle 1 pour que le dispositif de transfert 100 puisse accueillir un nombre élevé de circuits 4, 5 électriques de puissance. En variante, lorsque le dispositif 100 de transfert de puissance accueille un nombre réduit de circuits 4, 5, on utilise une seule des deux faces 1.2 ou 1.3 25 sur laquelle on dispose les circuits 4 ou 5 électriques correspondants. Les orifices 13 sont alors obturés par des bouchons hermétiques. [036]. La Figure 4 montre l'intégration du dispositif 100 de transfert selon l'invention à l'intérieur d'un véhicule 20 hybride. Plus précisément, ce véhicule 20 comporte un moteur 23 thermique assurant la traction du train 30 avant du véhicule. Ce moteur 23 est associé à une génératrice 24. Par ailleurs, le véhicule 20 comporte une machine 27 électrique assurant la traction du train arrière ainsi qu'un réseau 29 de bord basse tension. [37]. Les éléments 24, 27 et 29 sont mis en relation avec une batterie 31 par l'intermédiaire du dispositif 100 de transfert selon l'invention. Pour le véhicule hybride 20, une seule des faces 1.2 de la semelle 1 du dispositif 100 est utilisée pour accueillir un premier onduleur alimentant la machine 27 électrique, un deuxième onduleur alimentant la génératrice 24, ainsi qu'un convertisseur continu-continu alimentant le réseau 29 de bord. [38]. Lorsque l'invention est mise en oeuvre avec un véhicule hybride de type plugin comprenant un connecteur 33 représenté en pointillé sur la Figure 4 susceptible d'être connecté au réseau électrique domestique, on io installe sur l'autre face 1.3 de la semelle 1 un chargeur associé au connecteur 33 permettant de recharger la batterie 31 depuis la tension du secteur, la première face 1.2 de la semelle 1 de refroidissement étant identique au modèle hybride. [39]. Lorsque l'invention est mise en oeuvre avec un véhicule électrique 15 (dans ce cas le véhicule est dépourvu de moteur 23 thermique et de génératrice 24), on remplace les deux onduleurs par un seul onduleur de puissance supérieure afin d'alimenter la machine 27 électrique. Le reste du dispositif 100 est identique à celui du modèle hybride plugin. [40]. On constate donc que la diversité liée aux différents systèmes de 20 transfert de puissance ne génère pas un grand nombre de variantes au niveau des pièces constitutives du dispositif de transfert 100. Autrement dit, on constate que l'invention permet de configurer une multiplicité de variantes de dispositifs de transfert à partir d'un nombre réduit de composants agencés autour de la même semelle 1 de refroidissement. REVENDICATIONS1. Dispositif (100) de transfert de puissance pour véhicule électrique ou partiellement électrique (20) destiné à être installé entre un dispositif (31) de stockage d'énergie électrique du véhicule et un composant électrique (24, 27, 29) consommateur ou fournisseur d'énergie électrique, ou entre deux dispositifs de stockage d'énergie électrique, caractérisé en ce qu'il comporte : - une semelle (1) de refroidissement apte à porter des circuits (4, 5) io électriques de puissance sur deux de ses faces opposées l'une par rapport à l'autre, - des orifices (13) traversants ménagés dans ladite semelle (1) de refroidissement, et - des éléments élastiques (17) conducteurs positionnés à l'intérieur 15 des orifices (13) pour relier électriquement des zones (15) de contact d'au moins deux circuits (4, 5) électriques positionnés de part et d'autre de la semelle (1) de refroidissement. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les 20 éléments élastiques (17) conducteurs sont des ressorts. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des entretoises (16) en matériau isolant positionnées à l'intérieur des orifices (13) de la semelle (1) autour des éléments élastiques 25 (17). 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la semelle (1) de refroidissement comporte un évidement (11) à l'intérieur duquel circule un liquide de refroidissement, les orifices (13) étant 30 ménagés dans une zone non évidée de la semelle (1) de refroidissement. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les circuits électriques (4, 5) de l'une des deux faces (1.2, 1.3) comportent des bornes (8) de connexion destinées à être reliées à des 35 composants électriques extérieurs au dispositif (100). 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'il comporte deux couvercles isolants (6, 7) positionnés de part et d'autre de la semelle (1) pour protéger les circuits électriques (4, 5) du dispositif de transfert de puissance. 7. Dispositif selon les revendications 5 et 6, caractérisé en ce qu'il comporte des broches (9) situées dans une zone de connexion (10) ménagée dans l'un ou l'autre des couvercles (6, 7) de protection, ces io broches (9) étant positionnées en face des bornes (8) afin de rendre les bornes (8) accessibles depuis l'extérieur du dispositif (100) de transfert. 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lorsqu'il est destiné à être mis en oeuvre avec un véhicule (20) hybride, 15 les circuits (4) électriques portés par une des faces (1.2) de la semelle (1) de refroidissement forment - un premier onduleur destiné à alimenter une machine (27) électrique de traction du véhicule, - un deuxième onduleur destiné à alimenter une génératrice (24) 20 associé à un moteur (23) thermique, ainsi que - un convertisseur continu-continu destiné à alimenter le réseau (29) de bord basse tension du véhicule, - l'autre face de la semelle (1) de refroidissement étant alors dépourvue de circuit électrique, les orifices (13) de la semelle (1) de 25 refroidissement étant alors obturés par des bouchons hermétiques. 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lorsqu'il est destiné à être mis en oeuvre avec un véhicule hybride de type plugin, 30 - les circuits (4) électriques portés par une des faces (1.2) de la semelle (1) de refroidissement forment - un onduleur destiné à alimenter une machine (27) électrique de traction du véhicule, - un onduleur destiné à alimenter la génératrice (24), ainsi que 35 - un convertisseur continu-continu destiné à alimenter le réseau (29)de bord basse tension du véhicule, - les circuits (5) électriques de l'autre face (1.3) de la semelle (1) de refroidissement formant un chargeur permettant de recharger le dispositif (31) de stockage depuis la tension du secteur. 10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lorsqu'il est destiné à être mis en oeuvre avec un véhicule électrique, - les circuits (4) électriques portés par une des faces (1.2) de la semelle (1) de refroidissement forment io - un seul onduleur de puissance destiné à alimenter une machine (27) électrique de traction du véhicule, et - un convertisseur continu-continu destiné à alimenter le réseau (29) de bord basse tension du véhicule, - les circuits (5) électriques de l'autre face (1.3) de la semelle (1) de 15 refroidissement formant un chargeur permettant de recharger le dispositif (31) de stockage depuis la tension du secteur. 11. Véhicule électrique ou partiellement électrique (20) équipé d'un dispositif de transfert de puissance selon l'une des revendications 1 à 10.