Brevet FR2979177A1 — publié le 20130222

Bloc de puissance pour onduleur de véhicule électrique La présente invention se rapporte à un bloc de puissance, notamment pour un onduleur, en particulier monté aux bornes d'une batterie à haute tension d'un véhicule électrique, qui comporte au moins un module électronique de puissance, de préférence une pluralité de modules de puissance, relié(s) à au moins une carte électronique de commande. On connaît déjà dans l'art antérieur des modules de puissance destinés à faire partie d'un tel bloc de puissance, notamment des modules de puissance à Grille de connexion Moulée Isolée ou module IML (pour « Insulated Moulded Leadframe » en anglais) du brevet français N° 0116153 au nom de la demanderesse. La carte électronique de commande est typiquement une carte PCB ou à circuits imprimés. Le module de puissance et la carte électronique de commande sont connectés électriquement afin d'assurer les fonctions du bloc de puissance. Typiquement, le module et la carte sont logés dans un carter du bloc de puissance. Typiquement, les connecteurs électriques entre le module de puissance et la carte électronique de commande sont soudés sur la carte par un procédé de vague à l'étain connu en soi. Cependant, il s'agit d'un procédé difficile à mettre en oeuvre. En effet, l'ensemble, constitué par le module de puissance et la carte électronique de commande, doit être retourné pour être mis en contact avec une source d'étain appelée vague. En outre, une qualité de la soudure est difficile à atteindre du fait de la faible adhérence de l'étain sur une surface. Or, une mauvaise qualité de la soudure diminue la durée de vie de la connexion électrique, ce qui est particulièrement préjudiciable notamment dans le cadre du développement d'un véhicule électrique On connaît d'autres procédés de soudage tels que le brasage par refusion électrique ou le soudage par ultrasons. Dans ces procédés, il est nécessaire d'assurer un maintient de la carte électronique de commande durant le procédé de soudage. A cet effet, le bloc de puissance peut comprendre des plots verticaux issus du fond du carter pour supporter la carte. Cependant, celle-ci manque de rigidité entre les plots, ce qui a pour effet de nuire à la bonne qualité de la soudure des connexions électriques entre la carte et le module électronique de puissance, en particulier pour une soudure par ultrason. Il est donc recherché un bloc de puissance permettant un maintien rigide de la carte électronique de commande. Suivant l'invention, il est proposé un bloc de puissance ayant un carter dans lequel est reçu au moins un module électronique de puissance, de préférence une pluralité de modules de puissance, le ou chaque module électronique de puissance comportant au moins un composant électronique de puissance, et étant connecté à au moins une carte électronique de commande par l'intermédiaire d'au moins un élément de connexion, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un organe supportant la au moins une carte électronique de commande en vis-à-vis du module de puissance sur au moins une étendue de la carte. Par exemple, l'organe de support est une poutre, ou un plan. Jusqu'à maintenant, le bloc de puissance était peu fiable. Les inventeurs se sont rendu compte que cela était dû à la mauvaise connexion électrique entre les modules de puissance et la carte électronique de commande, et notamment à la difficulté de réaliser la soudure des éléments de connexion électrique à la carte. L'organe de support de la carte électronique supporte la carte sur au moins une étendue de la carte. Dans le cadre de la présente demande, une étendue désigne une dimension de la carte, telle que par exemple une largeur, une longueur ou une diagonale de la carte. Ainsi, la carte étant supportée sur au moins une de ses dimensions, un maintien rigide de la carte est assuré par l'organe de support. Une pression peut être réalisée sur la carte pour obtenir une connexion des éléments de connexion sur la carte électronique sans l'occurrence d'une déformation qui diminuerait la qualité de la connexion électrique. Notamment, l'organe de support permet de maintenir la carte, pendant une soudure, ou lors d'une mise en prise en force des éléments de connexion électrique. L'organe de support maintient la carte en regard du module de puissance, en particulier au dessus du module de puissance. Le module de puissance comprend un ou plusieurs composants électroniques de puissance qui reçoivent des signaux électriques de puissance élevée. Dans le cadre de la présente demande, un composant électronique de puissance désigne un composant seul ou un ensemble de sous-composants. Le composant électronique est apte à transmettre un signal électrique ayant une puissance comprise par exemple entre 40 et 100 kW. La carte électronique de commande comprend des composants recevant des signaux de puissance faible. Notamment, la carte électronique de commande contrôle l'électronique du module de puissance. De préférence, l'élément de connexion est soudé à la carte de commande par ultrason, ce qui est très 10 avantageux car ce type de soudure peut être réalisé à grande vitesse. Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, l'élément de connexion entre le au moins un module de puissance et la au moins une carte électronique de 15 commande est constitué d'au moins un fil de liaison électrique (« bonding » en anglais). Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, l'élément de connexion est une broche reliée électriquement au module de puissance et à la carte 20 électronique de commande. Par exemple, la connexion électrique de la carte est réalisée en partie par une mise en force de la broche dans une ouverture de la carte. Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, le 25 module de puissance est positionné sur un plan du carter. L'organe de support s'étend au moins suivant un plan, notamment suivant un plan sensiblement parallèle au plan du carter ci-dessus. En particulier, l'organe de support est une poutre de support sensiblement parallèle audit plan du carter. Notamment, le plan du carter est un fond du carter. Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, l'organe de support est fixé au carter du bloc de 5 puissance. En particulier, l'organe de support est supporté par une ou des parois latérales du carter. Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, la carte électronique de commande est fixée à l'organe de 10 support par au moins un organe de fixation, de préférence une vis de fixation. L'organe de fixation peut être tout élément permettant une solidarisation mécanique entre la carte électronique de commande et l'organe de support. De préférence, le bloc de puissance comprend au moins un 15 organe de fixation en vis-à-vis du module de puissance. En particulier, le bloc de puissance comprend deux organes de fixation en vis-à-vis du module de puissance. Dans un exemple particulier, l'élément de connexion connecte la carte entre lesdits deux organes de fixation. 20 Par exemple, on prévoit deux vis de fixation en vis-à-vis de chaque module et une zone de soudure de fils de liaison électrique d'un module est définie par la région de la carte qui se trouve au-dessus de la poutre entre les deux vis associées au dit module. 25 Le fait de prévoir ainsi au moins un organe de fixation en vis-à-vis de chaque module, et notamment deux organes de fixation en vis-à-vis de chaque module, assure une excellente rigidité de la surface de la carte sur laquelle est effectuée la connexion électrique des éléments de connexion. Notamment, ceci assure la rigidité de la carte électronique de commande lors d'une soudure à ultrason des éléments de connexion électrique sur la carte électronique de commande. Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, l'organe de support comprend une première matière rigide s'étendant dans l'organe de support. La première matière assure un maintien rigide de la carte électronique. Notamment, la première matière rigide est un métal. Dans une variante de ce mode de réalisation, une seconde matière isolante électriquement recouvre au moins une partie de ladite première matière rigide. En particulier, la seconde matière isolante est localisée au moins entre la première matière et la carte électrique de commande. En particulier, la seconde matière isolante enrobe la première matière. La seconde matière améliore l'isolation électrique de la carte électronique de commande avec l'organe de support. Notamment, la seconde matière isolante électriquement est un plastique. En particulier, la seconde matière est surmoulée sur la première matière de l'organe de support. Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, 25 l'organe de fixation pénètre dans un trou formé dans la première matière de l'organe de support, le trou étant rempli de la seconde matière électriquement isolante. Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, la flèche de l'organe de support est inférieure à 0,1 mm lorsque l'organe de support subit une contrainte transverse, voire suivant une direction sensiblement 5 orthogonale, comprise entre 1 et 2 kg, notamment sensiblement égale à 1,5 kg, et est soumis à des ultrasons de fréquence comprise entre 50 et 100 kHz, notamment sensiblement égale à 80 kHz. Ainsi, les éléments de connexion électrique peuvent être connectés 10 sur la carte électronique de commande par une soudure par ultrasons. La présente invention se rapporte également à un onduleur, notamment pour un véhicule électrique, comportant un bloc de puissance suivant l'invention. 15 La présente invention se rapporte également à un véhicule électrique comportant un bloc de puissance suivant l'invention relié à une batterie haute tension du véhicule électrique en vue de recharger la batterie à partir d'une prise d'un secteur électrique. 20 On décrit maintenant à titre d'exemple des modes de réalisation de l'invention en se rapportant aux dessins dans lesquels : la figure 1 est une vue en perspective éclatée de dessus d'un bloc de puissance suivant un mode de 25 réalisation de l'invention, la carte électronique de commande étant représentée à l'état non fixée aux organes de support ; la figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne AA de la figure 1 ; la carte électronique étant fixée aux organes de support et connectée aux modules de puissance ; la figure 3 est une vue en coupe d'un bloc de puissance selon un mode de réalisation de l'invention, dans lequel les modules de puissance ne sont pas représentés ; la figure 4 est une autre vue en coupe d'une partie d'un bloc de puissance selon un mode de réalisation de l'invention ; la figure 5 est un schéma synoptique d'un véhicule électrique comportant un onduleur comprenant un bloc de puissance selon un mode de réalisation de l'invention ; et la figure 6 est une vue en perspective d'un module d'un bloc de puissance selon un mode de réalisation de l'invention. Aux figures 1 à 4, il est représenté des exemples de bloc de puissance suivant l'invention comprenant un carter 1 de forme sensiblement parallélépipédique. Le carter 1 reçoit un ou plusieurs modules de puissance 2. Dans l'exemple illustré en figure 1, le carter 1 reçoit six modules 2 électroniques de puissance qui sont disposés suivant deux rangées de trois modules. Une carte 6 électronique de commande s'étend en vis-à-vis des modules 2. La carte 6 électronique de commande s'étend en vis-à-vis des modules 2 en y étant reliée par des éléments de connexion électrique, tels que des fils 5 de liaison électrique (figure 2). La carte électronique de commande est par exemple une carte PCB ou à circuit imprimé qui est disposée au-dessus des modules de puissance 2. La carte 6 électronique de commande est supportée par deux poutres de support 7, 8 s'étendant de part et d'autre du carter 1. Les poutres 7, 8, ont une section de forme carrée, mais qui pourrait également avoir une autre forme. Les organes de support, ici les poutres de support 7, 8 sont fixés à la fonderie du carter 1 par un organe de fixation tel qu'une vis 9. La poutre de support 7, 8 comprend une première matière 18 rigide qui s'étend dans la poutre de support 7, 8. La première matière rigide est par exemple un métal comme l'acier ou l'aluminium par exemple. Par exemple, la poutre de support 7 est constituée de la première matière 18 comme illustré en figure 2. La poutre de support 8 peut comprendre en outre une seconde matière 19 isolante électriquement. La seconde matière isolante 19 recouvre au moins une partie de la première matière 18 améliorant ainsi l'isolation électrique de la carte électronique de commande 6 avec la poutre de support 8. Par exemple, la seconde matière 19 est un plastique surmoulé sur la première matière 18. La carte 6 électronique de commande peut être fixée à chaque poutre 7, 8 par une série de vis 11 de fixation. De préférence, chaque vis 11 de fixation pénètre dans un trou 13 respectif formé dans la poutre de support 7, 8. Notamment, comme illustré en figure 2, chaque vis 11 peut pénétrer dans un trou 13 formé dans la première matière 18. Le trou 13 peut en outre être rempli de la seconde matière 19 isolante électriquement comme illustré en figure 3. Ainsi, on améliore l'isolation électrique de la carte électronique 6 de commande. De manière préférable, il est prévu deux vis 11 de fixation délimitant entre elles une zone de la poutre de 5 support 7, 8 et une zone correspondante de la carte 6 au-dessus de chacun des modules 2 (comme illustré en figures 2 et 4). Sur la zone de la carte 6 sont connectés des éléments de connexion 5 prévus pour la connexion électrique entre la carte 6 et chaque module 2. Les 10 éléments de connexion sont par exemple des fils 5 de liaison électrique, comme illustrés en figures 2 et 4, soudés à la carte 6 par ultrason par exemple. En particulier, les deux vis 11 respectives au-dessus de chaque module 2 peuvent être à une distance l'une de 15 l'autre qui correspond sensiblement à la dimension de chaque module 2 dans la direction d'extension des poutres 7, 8. Par exemple, les vis 11 de fixation sont espacées de la largeur du module 2. En prévoyant ainsi ces deux vis 11 de fixation disposées sensiblement à une distance 20 l'une de l'autre qui correspond à la dimension en largeur de chaque module 2, on donne à la zone correspondante de la carte 6 une rigidité entre les deux vis 11 qui est particulièrement adaptée pour permettre une soudure à ultrason des fils 5 tout en permettant une pluralité de 25 connexions électriques dans la zone de la carte. Ainsi, plusieurs fils 5 de liaison électrique sont fixés à la carte électronique 6 de commande par soudure par ultrason de manière fiable, en particulier dans la zone délimitée entre les deux vis 11 associées à un module 2 donné. 30 A la figure 6, il est représenté un exemple de module 2. Ce module 2 peut notamment être un module IML comme décrit dans le brevet français N° 0116153 au nom de la demanderesse. Par exemple, le module 2 comprend un boîtier 3 dans lequel sont reçues des lames 12 conductrices, par exemple 5 en cuivre, sur lesquelles sont montés des composants 16 électroniques de puissance (figure 4). Les composants 16 peuvent être montés, notamment brasés ou soudés, sur les lames conductrices 12. Les composants 16 peuvent être par exemple un composant bipolaire tel 10 qu'une diode, un composant tripolaire tel qu'un transistor de type MOS ou IGBT ou un composant plus complexe tel q'un circuit intégré de type ASIC ou analogues. De préférence, le module 2 comprend un connecteur 4 15 permettant de relier électriquement les composants 16 du module 2 à des signaux de commande, notamment à la carte 6 électronique de commande. Par exemple, le connecteur est un plot 4 de connexion issu de la face supérieure du boîtier 3 et qui comporte 20 des points 14 de connexion, par exemple à la carte 6 électronique 6 de commande. De préférence, les lames conductrices 12 font saillie de part et d'autre des modules 2 pour la connexion à un réseau de puissance et/ou aux autres modules. Les lames 25 conductrices 12 sont séparées les unes des autres par une matière diélectrique 15 isolante. Par exemple, l'espace intérieur du boîtier 3 est empli d'un gel, tel que du silicone, pour la protection des composants 16 de puissance. A la place du gel, on peut prévoir d'autres matériaux analogues, par exemple une résine de type époxy. Comme représenté à la figure 5, le bloc électronique 21 de puissance peut faire partie, avec deux blocs 60, 70 de filtrage, d'un onduleur 20 destiné à être disposé entre une batterie 50 à haute tension d'un véhicule électrique et une prise 80 de secteur pour la recharge de la batterie 50. En particulier, le bloc de puissance 21 peut avoir une longueur de 30 cm et une largeur de 25 cm, et chaque module 2 a une longueur et une largeur de 10 cm.15 REVENDICATIONS1 Bloc de puissance ayant un carter (1) dans lequel est reçu au moins un module électronique (2) de puissance, de préférence une pluralité de modules (2) de puissance, le ou chaque module (2) électronique de puissance comportant au moins un composant (16) électronique de puissance, et étant connecté à au moins une carte (6) électronique de commande par l'intermédiaire d'au moins un élément de connexion (5), caractérisé en ce qu'il comprend au moins un organe (7, 8) supportant la au moins une carte électronique de commande en vis-à-vis du module (2) de puissance sur au moins une étendue de la carte (6). 2. Bloc de puissance suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de connexion (5) est soudé à la carte de commande (6) par ultrason. 3. Bloc de puissance suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément de connexion (5) entre le au moins un module (2) de puissance et la au moins une carte électronique (6) de commande est constitué d'au moins un fil de liaison électrique. 4. Bloc de puissance suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce quele module de puissance (2) est positionné sur un plan du carter et l'organe de support (7, 8, 9) est une poutre de support (7, 8) sensiblement parallèle audit plan du carter (1). 5. Bloc de puissance suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'organe de support (7, 8) est fixé au carter (1) du bloc de puissance. 6. Bloc de puissance suivant la revendication 5, caractérisé en ce que l'organe (7, 8) est supporté par une ou des parois latérales du carter (1). 15 7. Bloc de puissance suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la carte électronique (6) de commande est fixée à l'organe de support (7, 8) par au moins un organe de fixation (11), de préférence une vis de fixation. 20 8. Bloc de puissance suivant la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend deux organes de fixation (11) en vis-à-vis du module (2) de puissance. 9. Bloc de puissance suivant la revendication 8, caractérisé en ce que l'élément de connexion (5) connecte la carte (6) entre lesdits deux organes de fixation (11). 10. Bloc de puissance suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'organe (7, 8) de support comprend une première matière rigide (8) s'étendant dans l'organe de support. 25 30 10 11. Bloc de puissance selon la revendication 10, caractérisé en ce que une seconde matière (19) isolante électriquement recouvre au moins une partie de ladite première matière rigide (18). 12. Bloc de puissance selon la revendication 11 caractérisé en ce que la seconde matière (19) est surmoulée sur la première matière (18). 13. Bloc de puissance selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que l'organe de fixation (11) pénètre dans un trou (13) formé dans la première matière (18) de l'organe de support (8), le trou (13) 15 étant rempli de la seconde matière (19) électriquement isolante (10). 14. Bloc de puissance suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la flèche de 20 l'organe de support (7, 8) est inférieure à 0,1 mm lorsque l'organe de support subit une contrainte transverse comprise entre 1 et 2 kg et est soumis à des ultrasons compris entre 50 et 100 KHz. 25 15. Véhicule électrique comportant un bloc de puissance (21) suivant l'une des revendications précédentes relié à une batterie haute tension (50) du véhicule électrique en vue de recharger la batterie à partir d'une prise (80) d'un secteur électrique.