Brevet FR2946808A1 — publié le 20101217

MODULES ELECTRIQUES COMPRENANT CHACUN AU MOINS UNE FONCTION ELECTRIQUE INTERNE, COMPORTANT DES CONNECTEURS ELECTRIQUES EXTERNES La présente invention concerne des modules électriques comportant des fonctions comme le stockage d'énergie, la conversion d'énergie électrique ou la connexion de circuits, ainsi qu'un assemblage de ces modules électriques formant un circuit électrique de véhicule automobile à traction électrique ou hybride. Les véhicules automobiles à traction électrique, ou hybride associant un moteur thermique à une énergie électrique, comportent des éléments de stockage de l'énergie électrique qui peuvent être disposés en parallèle ou en série pour fournir des caractéristiques de courant particulières. Ces véhicules peuvent aussi comporter notamment des éléments de conversion du courant pour en modifier les caractéristiques, ou des éléments de connexion qui peuvent être couplés entre eux de manière variée. Les études d'un système complet pour réaliser un véhicule, peuvent comprendre de nombreux essais de différents circuits électriques mettant en oeuvre un certain nombre d'éléments électriques, pour essayer des configurations variées et en étudier leur fonctionnement. Or chaque type d'élément électrique peut avoir des caractéristiques dimensionnelles différentes, comprenant notamment des emplacements variés pour les connexions qu'il porte. La mise en place de circuits complexes rassemblant un certain nombre d'éléments pour des essais de différentes configurations, peut devenir longue et onéreuse. Il faut notamment prévoir des liaisons électriques différentes entre les éléments, pour chaque circuit. De plus, l'implantation de ces éléments est difficile à optimiser. Le système complet peut être relativement encombrant, et difficile à loger par exemple dans un véhicule d'essai. Il y a aussi un risque de défaut de fiabilité de ces connections, qui étant faites à la demande, peuvent comporter des liaisons électriques défectueuses. La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure, et d'apporter à la réalisation de circuits électriques complexes pouvant être facilement modifiés, associant une variété d'éléments électriques connectés entre eux, une solution simple, efficace et économique. Elle propose à cet effet des modules électriques comprenant chacun au moins une fonction électrique interne, comme une fonction de stockage d'énergie électrique, d'établissement de contacts ou de conversion d'énergie électrique, chaque module comportant des connecteurs électriques externes lui permettant d'être relié à d'autres modules pour former un circuit électrique, caractérisés en ce que chaque module électrique a une forme géométrique comportant au moins deux faces permettant d'accoler un module avec un autre module en ajustant une face de chaque module l'une sur l'autre, chaque face d'accolement comportant des connecteurs externes suivant une disposition standard, qui se trouvent à proximité de ceux de l'autre face après accolement de deux modules. Un avantage des modules électriques selon l'invention, et que l'on peut simplement et rapidement à partir de ces modules, en les déplaçant et en modifiant les connexions d'un module à l'autre grâce aux connecteurs externes disposés à proximité les uns des autres, les associer de différentes manières pour réaliser une variété de circuits électriques complexes. Les modules électriques selon l'invention peuvent en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. Avantageusement, la forme géométrique globale des modules est un parallélépipède rectangle. Avantageusement, les modules peuvent être accolés à un autre module par plus de deux de leurs faces. Avantageusement, la disposition des connecteurs externes de la face du module, comporte un axe médian de symétrie. La face du module peut comporter des connecteurs externes comprenant au moins trois connexions électriques indépendantes. Selon un mode de réalisation, les connecteurs externes comprennent des barres réalisées dans un métal conducteur, misent en forme par pliage et assemblage. Les barres formant les connecteurs externes, peuvent recevoir des perçages constituant des moyens de connexion. Avantageusement, les modules électriques comportent des dispositifs de sélection interne, qui peuvent être disposés dans des positions variées pour réaliser différents circuits électriques internes. Ces dispositifs de sélection interne peuvent comporter des barrettes de sélection amovibles qui sont reliées aux barres des connecteurs externes. L'invention comprend aussi un circuit électrique constitué d'au moins deux modules électriques comportant l'une quelconque des caractéristiques précédentes, ce circuit formant un circuit électrique de test pour le dimensionnement du système d'alimentation en énergie électrique d'un véhicule automobile électrique ou hybride. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 présente de manière schématique quatre types de fonctions de base contenues dans des modules suivant l'invention, soit successivement un stockage d'énergie électrique, un convertisseur, un contacteur et un onduleur ; - les figures 2a, 2b, 2c présentent en deux dimensions, trois exemples de circuits électriques réalisés avec des modules de stockage associés, en modifiant les dispositifs de sélection internes de ces modules ; - la figure 3 présente de manière schématique en trois dimensions, un assemblage de modules parallélépipédiques dont toutes les faces pouvant être accolées, comprennent chacune des connexions ; - la figure 4 présente en trois dimensions, un exemple de réalisation d'un module parallélépipédique ; et - la figure 5 présente successivement un schéma électrique en deux dimensions, et le même schéma réalisé avec des modules réels. La figure 1 représente des modules dont les faces latérales peuvent être accolées aux faces latérales d'autres modules. Chaque face latérale comporte trois connecteurs externes appelés par la suite connecteur, soit en partant du haut pour le côté droit A, B et C, et pour le côté gauche D, E et F. Par la suite, chaque connecteur externe est repéré de manière générale par sa position définie par une des six lettres A, B, C, D, E ou F, précédée par le numéro du module le comportant. Le premier module de stockage 10, comprend un moyen de stockage 12 dipôle, comme une batterie d'accumulateurs électriques ou un super-condensateur, dont les pôles sont reliés chacun à un dispositif de sélection interne 14, 16, qui peut être disposé suivant trois positions pour réaliser différents circuits internes. Pour ce module de stockage 10, les deux connecteurs supérieurs 10A et 10D, sont reliés ensemble par une liaison interne, les deux connecteurs inférieurs 10C et 10F le sont aussi. Les sélecteurs internes 14, 16 sont prévus de manière à ce que chaque pôle de la fonction de stockage 12 puisse être relié alternativement, soit aux connecteurs supérieurs reliés ensemble 10A, 10D, soit aux connecteurs inférieurs reliés aussi ensemble 10C, 10F, soit au connecteur du milieu droit 10B, ou du milieu gauche 10E. Le deuxième module 20 comporte un convertisseur DC/DC quadripôle 22, dont deux pôles d'entrée sont reliés aux connecteurs gauche supérieur 20D et inférieur 20F, les deux autres pôles étant reliés aux connecteurs droit supérieur 20A et inférieur 20C. Le troisième module 30 comporte un contacteur quadripôle 32 qui permet d'établir des liaisons entre ses deux connecteurs supérieurs 30A, 30D, et entre ses deux connecteurs inférieurs 30C, 30F. Le quatrième module 40 comporte un onduleur à cinq pôles 42, comprenant du côté gauche deux pôles reliés aux connecteurs supérieur 40D et inférieur 40F, et du côté droit trois pôles reliés aux trois connecteurs 40A, 40B et 40C. Les figures 2a, 2b, 2c présentent trois circuits 50, 60 et 70, utilisant chacun quatre modules de stockage 10, et un module contacteur 30. Le premier circuit 50 figure 2a comporte quatre modules de stockage 10 disposés en série, soit les modules 52, 54, 56, 58 accolés entre eux, leurs côtés étant juxtaposés. Les connecteurs du même niveau A, B, C pour le côté droit de l'un, se trouvent à proximité de ceux D, E, F du côté gauche de l'autre, et sont reliés ensemble. La série des connecteurs supérieurs A et D de ces quatre modules 52, 54, 56, 58, forme une ligne supérieure d'alimentation, et la série des connecteurs inférieurs C et F forme une ligne inférieure d'alimentation. Avec les sélecteurs internes 14, 16, pour le premier module 52 on relie la ligne supérieure d'alimentation au pôle positif du moyen de stockage 12, et le pôle négatif au connecteur du milieu droit 52B. Pour le deuxième module de stockage 54, on relie le connecteur du milieu gauche 54E au pôle positif du moyen de stockage 12, et le pôle négatif au connecteur du milieu droit 54B. On fait de même pour le module de stockage suivant 56. Pour le dernier module de stockage 58, on relie le connecteur du milieu gauche 58E au pôle positif du moyen de stockage 12, et le pôle négatif au connecteur inférieur droit 58C. On réalise de cette manière un montage en série des quatre moyens de stockage 12, pour obtenir une addition des tensions individuelles qui est délivrée par les lignes d'alimentation supérieure et inférieure, aux connecteurs 30D, 30F du module contacteur final 30. Le deuxième circuit 60 figure 2b comporte quatre modules 62, 64, 66, 68 du type module de stockage 10, disposés en parallèle, accolés et reliés entre eux comme précédemment. Pour chaque module de stockage 62, 64, 66, 68, on ajuste les sélecteurs internes 14, 16 pour relier le pôle positif du moyen de stockage 12, à la ligne d'alimentation supérieure comprenant les connecteurs A et D, et le pôle négatif à la ligne d'alimentation inférieure comprenant les connecteurs C et F. On réalise de cette manière un montage en parallèle des quatre moyens de stockage 12 pour additionner les intensités individuelles, qui sont délivrées par les lignes d'alimentation supérieure et inférieure, aux connecteurs 30D, 30F du module contacteur final 30. Le troisième circuit 70 figure 2c comporte quatre modules 72, 74, 76, 78 du type module de stockage 10, formant deux sous-ensembles disposés en parallèle, comprenant chacun deux modules de stockage disposés en série. Les modules sont accolés et reliés entre eux comme précédemment. Avec les sélecteurs internes 14, 16, pour le premier module 72 on relie la ligne supérieure d'alimentation comprenant les connecteurs A et D des quatre modules de stockage 10, au pôle positif du moyen de stockage 12, et le pôle négatif au connecteur du milieu droit 72B. Pour le deuxième module de stockage 74, on relie la ligne supérieure d'alimentation au pôle positif du moyen de stockage 12, et le pôle négatif aux deux connecteurs du milieu gauche 74E et du milieu droit 74B. Ces deux premiers modules 72, 74 sont disposés en parallèle. Pour le troisième module de stockage 76, on relie le connecteur du milieu gauche 76E, au pôle positif du moyen de stockage 12 et au connecteur du milieu droit 76B, et le pôle négatif au connecteur inférieur droit 76C relié à la ligne d'alimentation inférieure comprenant les connecteurs C et F de ces quatre modules de stockage 10. Pour le quatrième module de stockage 78, on relie le connecteur du milieu gauche 78E au pôle positif du moyen de stockage 12, et le pôle négatif à la ligne inférieure d'alimentation. Ces deux derniers modules 76, 78 sont disposés en parallèle. Les deux sous-ensembles disposés en série, délivrent un courant dans les lignes d'alimentation supérieure et inférieure, raccordées aux entrées 30D, 30F du module contacteur final 30. On réalise ainsi de manière simple et rapide, en changeant seulement les positions des sélecteurs internes 14, 16, trois circuits différents. On peut facilement et rapidement tester ces différentes solutions de manière économique, avec très peu de modifications de l'installation. La figure 3 présente en vue de dessus, un assemblage de différents modules parallélépipédiques 78, 80, 90, disposés suivant deux niveaux de hauteur. Chaque module comprend sur chacune de ses quatre faces latérales 82, six positions standard de connecteurs extérieurs. Les connecteurs sont disposés avec une symétrie centrale, suivant une rangée horizontale supérieure 84 de trois connecteurs, et une autre rangée horizontale inférieure 86 de trois connecteurs. Une disposition similaire avec une symétrie centrale est prévue sur les deux faces du dessus ou du dessous 88 des modules, mais avec quatre rangées de trois connecteurs disposées chacune au milieu d'un bord. Les faces du dessus ou du dessous 88, ont donc douze positions standard pour ces connecteurs. Pour une même arrête du parallélépipède, les deux rangées de trois connecteurs se trouvant juxtaposées de part et d'autre de cette arrête, se rejoignent pour simplifier les liaisons internes du module. On notera que grâce à la symétrie centrale des positions des connecteurs, ils se retrouvent alignés d'un module à l'autre. En variante on pourrait avoir une symétrie seulement suivant un seul axe médian de la face, ce qui permettrait aussi des assemblages de modules avec des alignements des connecteurs. Le niveau de hauteur supérieur de l'assemblage de modules, comporte un premier module central 78 entouré sur ses quatre faces latérales 82, de quatre autres modules similaires 80. Les positions standard des connecteurs extérieurs étant alignées entre chaque module, il y a six possibilités de connexion entre le module central 78, et chacun des modules 80 du même niveau. Le module central 78 est posé sur un autre module similaire 90, qui se trouve à un niveau de hauteur inférieur. De la même manière, les positions standard des connecteurs des deux faces du dessus ou du dessous des deux modules 78, 90, étant alignées, on a douze possibilités de connexion entre ces modules. Ce procédé d'assemblage de différents modules, peut se compléter dans l'espace de manière non limitée, notamment avec plus de deux niveaux, pour réaliser des circuits variés. La figure 4 présente un exemple de réalisation d'un module 100, comportant des positions standard de connecteurs sur quatre de ses six faces. Un ou plusieurs composants non représentés, placés dans le module et reliés aux barres, assurent les fonctions électriques internes du module. La face avant 102 comporte trois barres de connexion supérieures 104 disposées verticalement, centrées autour d'un axe médian vertical, et comprenant chacune un ou deux perçages disposés suivant deux lignes de hauteur différente, pour former des positions standard des connecteurs extérieurs. Cette face avant 102 comporte aussi trois barres de connexion inférieures 106 comprenant de la même manière cinq perçages, qui présentent une symétrie centrale par rapport aux barres supérieures 104. On notera que grâce à la symétrie des positions sur une face, ses connecteurs se trouvent alignés avec les connecteurs d'une face accolée. Les modules peuvent être retournés, la position des connecteurs reste similaire. Les barres sont réalisées dans un métal conducteur. Elles forment en même temps par perçage, pliage et assemblage d'un profilé rectiligne, les connecteurs extérieurs, et des circuits internes du module 100. Les connecteurs 104, 106 de la face avant 102, sont reliés par des barres à quatre séries 112 de trois connecteurs de la face du dessus 110, et à un réseau identique de connecteurs de la face du dessous 114. Les séries 112 de trois connecteurs sont disposées au milieu de chaque bord des faces du dessus 110, ou du dessous 114. Certains connecteurs de ces faces 102, 110, 114, sont reliés par des barres à quatre connecteurs 122 de la face arrière 120, disposés aussi suivant des positions standard définies sur la face avant 102. On peut comme présenté figure 3, accoler sur les faces du module 100 comportant des connecteurs, d'autres modules similaires, les positions des connecteurs se trouvant alors alignées les unes par rapport aux autres pour permettre facilement des raccordements entre les modules. De plus, l'utilisation de barres pour réaliser à la fois des circuits internes, et les connexions externes avec des perçages recevant des vis, est simple et économique, et comporte une grande souplesse pour créer différents modules. La figure 5 présente un même circuit électrique avec successivement une représentation schématique 130 des modules en deux dimensions, et une réalisation 140 avec des modules réels. Le circuit électrique 130 est similaire au premier circuit 50 présenté figure 2a, avec cinq modules de stockage 10 disposés en série, au lieu de quatre modules, comportant en extrémité un module contacteur 30 noté 138. Sur les modules réels 140, on a représenté seulement le premier module de stockage 132, ensuite un seul module de stockage intermédiaire 134 au lieu des trois présents, puis le module de stockage final 136 et enfin le module contacteur 138. Le module contacteur 138 est relié vers l'extérieur au banc d'essai véhicule, par deux câbles 142 qui viennent sur des connecteurs situés en bas du côté droit du module. Ensuite, deux connecteurs 144 situés en haut du côté gauche du module de contacteur 138, sont reliés aux connecteurs 146 alignés sur la face droite du dernier module de stockage 136. Sur la figure les modules sont espacés alors qu'ils se trouvent en réalité accolés, ce qui fait qu'une simple vis permet d'assurer les liaisons entre les connecteurs 144, 146 des deux modules accolés. Il en est de même pour les quatre modules de stockage suivant 134, 132, où leurs connections 144, 146 sont reliées pour former les deux lignes d'alimentation supérieure et inférieure. Sur les modules de stockage 10, des barrettes de sélection peuvent venir se fixer sur les barres des connecteurs externes, pour relier des barres entre elles et réaliser de manière simple différents circuits internes. On peut en particulier en disposant de manière adaptée ces barrettes de sélection, configurer de manière spécifique le premier module de stockage 132, les modules de stockage intermédiaires 134 et le module de stockage final 136, à partir de mêmes bases comportant des dispositions de barres identiques. REVENDICATIONS1 ù Modules électriques comprenant chacun au moins une fonction électrique interne comme une fonction de stockage de courant (12), d'établissement de contacts (32) ou de conversion de courant (22), chaque module (100) comportant des connecteurs électriques externes (104, 106, 112, 122) lui permettant d'être relié à d'autres modules pour former un circuit électrique, caractérisés en ce que chaque module électrique (100) a une forme géométrique comportant au moins deux faces (102, 110, 114, 120) permettant d'accoler un module avec un autre module en ajustant une face de chaque module l'une sur l'autre, chaque face d'accolement comportant des connecteurs externes (104, 106, 112, 122) suivant une disposition standard, qui se trouvent à proximité de ceux de l'autre face après accolement de deux modules. 2 ù Modules électriques selon la revendication 1, caractérisés en ce que la forme géométrique globale des modules est un parallélépipède rectangle (100) 3 ù Modules électriques selon la revendication 1 ou 2, caractérisés en ce qu'ils peuvent être accolés à un autre module par plus de deux de ses faces (102, 110, 114, 120). 4 ù Modules électriques selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisés en ce que la disposition des connecteurs externes (104, 106, 112, 122) de la face du module, comporte un axe médian de symétrie. 5 ù Modules électriques selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisés en ce que la face du module comporte des connecteurs externes (104, 106, 122) constituant au moins trois connexions électriques indépendantes. 6 ù Modules électriques selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisés en ce que les connecteurs externes (104, 106, 112, 122) comprennent des barres réalisées dans un métal conducteur, misent en forme par pliage et assemblage.7 ù Modules électriques selon la revendication 6, caractérisés en ce que les barres formant les connecteurs externes (104, 106, 112, 122), reçoivent des perçages constituant des moyens de connexion. 8 ù Modules électriques selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisés en ce qu'ils comportent des dispositifs de sélection interne (14, 16), qui peuvent être disposés dans des positions variées pour réaliser différents circuits électriques internes. 9 ù Modules électriques selon les revendications 6 et 8, caractérisés en ce que ces dispositifs de sélection interne (14, 16), comporte des barrettes de sélection amovibles qui sont reliées aux barres des connecteurs externes (104, 106, 112, 122). 10 ù Circuit électrique constitué d'au moins deux modules électriques selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il forme un circuit électrique de test pour le dimensionnement du système d'alimentation en énergie électrique d'un véhicule automobile électrique ou hybride.