Brevet FR3070574A1 — publié le 20190301

REFROIDISSEMENT A FLUIDE POUR SYSTEME ELECTRIQUE, NOTAMMENT POUR ONDULEUR DOMAINE TECHNIQUE ET OBJET DE L'INVENTION [0001] La présente invention se rapporte au domaine des équipements électriques, en particulier pour véhicules électriques ou hybrides, et concerne plus précisément les circuits de refroidissement à fluide, notamment à eau liquide, mis en oeuvre pour éviter toute surchauffe de systèmes électriques, tels que des onduleurs reliés au moteur dans des systèmes de motorisation électrique. [0002] En particulier, la présente invention vise un dispositif de refroidissement composé d'au moins deux portions de circuit aménagées dans deux parties distinctes et assemblées d'un boîtier de système électrique. ETAT DE LA TECHNIQUE [0003] Comme cela est connu, dans des systèmes de motorisation électriques, il est nécessaire de prévoir des moyens de refroidissement de certains systèmes électriques, en particulier de l'onduleur alimentant le moteur électrique et dudit moteur électrique lui-même. 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. [0004] Comme cela est connu, les solutions de refroidissement, en particulier d'onduleur, notamment dans le domaine automobile, comportent de nombreuses contraintes en termes d'encombrement et d'accessibilité. Par exemple, un boîtier d'onduleur peut être disposé sous un siège du véhicule, dans un châssis en forme de bassine. Ledit châssis est une pièce de fonderie dans lequel sont généralement disposés, de bas en haut, un bloc capacitif et un module électronique de puissance, le tout étant fermé, par le bas, au moyen d'un capot. Dans l'état de l'art, le châssis intègre un réseau de canaux formant un circuit de refroidissement à fluide. Entre le module électronique de puissance et le bloc capacitif, une circulation de fluide de refroidissement issu du circuit de refroidissement intégrée au châssis est prévue pour refroidir des éléments à refroidir du module électronique de puissance. [0005] Le capot est généralement maintenu en position par des moyens de fixation tels que des vis et assure par ailleurs une fonction d'appui sur le bloc capacitif pour que les éléments à refroidir soient le mieux possible en contact avec la zone refroidie par le circuit de refroidissement intégré au châssis. 2 [0006] Le châssis comprend par conséquent des canaux aménagés dans la masse de cette pièce de fonderie pour assurer le refroidissement de module électronique de puissance de l'onduleur, rendant complexe et coûteuse la réalisation d'un tel châssis. [0007] De plus, le bloc capacitif est noyé dans de la résine pour lui permettre de résister à 5 certaines contraintes environnementales (humidité, etc.). [0008] Les inconvénients inhérents à la mise en oeuvre de ces technologies connues comprennent en particulier l'encombrement lié notamment à la nécessité d'un capot assurant la mise en pression des équipements intégrés au châssis de façon à garantir le refroidissement des éléments à refroidir, ainsi que l'accessibilité, en particulier au bloc capacitif lorsque 10 l'onduleur est monté sous un siège de véhicule. En effet, le circuit de refroidissement aménagé dans la pièce de fonderie qu'est le châssis fait obstacle à un accès au bloc capacitif par le côté du module électronique de puissance. Un accès par le côté du bloc capacitif, orienté vers le bas lorsque l'onduleur est monté sous le siège d'un véhicule, fermé par un capot, nécessite la dépose complète dudit onduleur. 15 [0009] De plus, l'intégration d'un circuit de refroidissement dans la pièce de fonderie que constitue le châssis nécessite généralement des circuits complexes qui imposent la mise en oeuvre d'une coûteuse technologie de moulage, tel qu'un procédé de fonderie sous gravité avec utilisation de noyaux. [0010] La présente invention propose un système électrique, tel qu'un onduleur, apte à 20 pallier au moins en partie les inconvénients décrits ci-dessus. [0011] A cette fin, le système électrique selon l'invention comprend un châssis dont est séparée une portion essentielle de circuit de refroidissement. De fait, le système électrique selon l'invention comprend une plaque d'interface sur laquelle est monté un équipement électrique, ladite plaque d'interface assurant la mise en liaison des éléments à refroidir dudit 25 équipement électrique, tel qu'un module électronique de puissance, avec un fluide de refroidissement issu du châssis. PRESENTATION GENERALE DE L'INVENTION [0012] Plus précisément, la présente invention consiste en un système électrique 30 comportant un châssis présentant au moins une entrée de fluide et au moins une sortie de fluide, au moins un équipement électrique étant monté dans ledit châssis, ledit au moins un équipement électrique présentant des éléments à refroidir, ledit système électrique comprenant par ailleurs au moins une plaque d'interface distincte du châssis, comprenant au moins une portion de circuit de refroidissement à fluide mise en liaison fluidique avec l'entrée de fluide du 3 châssis pour former une partie d'un circuit de refroidissement configuré pour assurer l'acheminement d'un fluide de refroidissement, ladite portion de circuit de refroidissement à fluide comprenant au moins une entrée de fluide et au moins une sortie de fluide, ladite plaque d'interface assurant la mise en contact des éléments à refroidir de l'équipement électrique avec 5 le fluide de refroidissement issu du circuit de refroidissement à fluide. [0013] Grâce à l'invention, le châssis d'un tel système électrique, tel qu'un onduleur, en tant que pièce de fonderie, présente une conception simplifiée puisqu'il n'a plus à intégrer l'essentiel du circuit de refroidissement. De ce fait, la pièce de fonderie que constitue le châssis peut être fabriquée selon des techniques de production plus simples, moins coûteuses et 10 davantage compatibles de cadences de production élevées sur le plan industriel. La plaque d'interface, séparée du châssis, peut également être réalisée par l'intermédiaire de techniques de production simples. En pratique, pour le châssis comme pour la plaque d'interface, des techniques de production par injection haute pression, sans utilisation de noyau pendant l'injection, sont notamment prévues. 15 [0014] Le montage est également simplifié ; en effet, la plaque d'interface étant une pièce distincte du châssis, l'ensemble des éléments constitutifs du système électrique peut être engagé dans le châssis par un seul côté. Cela permet en outre de s'affranchir d'un capot de fermeture par le bas. [0015] Avantageusement, ledit au moins un équipement électrique est monté sur la plaque 20 d'interface. [0016] Avantageusement, la plaque d'interface est assemblée dans le châssis. [0017] Selon un mode de réalisation, le système électrique selon l'invention comprend au moins un joint mis en compression entre ladite plaque d'interface et ledit châssis, pour assurer l'étanchéité de la mise en liaison fluidique entre la portion de circuit de refroidissement à fluide 25 de la plaque d'interface et l'entrée de fluide du châssis. [0018] Selon un mode de réalisation, le châssis comporte une portion intermédiaire de circuit de refroidissement, comprenant une première entrée, une première sortie, une deuxième entrée et une deuxième sortie, dans le sens d'écoulement du fluide dans le circuit de refroidissement à fluide, la mise en liaison fluidique de la portion de circuit de refroidissement à 30 fluide de la plaque d'interface avec la portion intermédiaire de circuit de refroidissement à fluide étant réalisée par l'intermédiaire, dans le sens de l'écoulement du fluide, de la première sortie la portion intermédiaire de circuit de refroidissement, de l'entrée de la plaque d'interface, de la sortie de la plaque d'interface et de la deuxième entrée de la portion intermédiaire de circuit de refroidissement. 4 [0019] Selon un mode de réalisation, la portion de circuit de refroidissement de la plaque d'interface comprend des canaux aménagés dans ladite plaque d'interface. [0020] Selon un mode de réalisation, le châssis comporte plusieurs portions intermédiaires de circuit de refroidissement, indépendantes ou mises en liaison fluidique. 5 [0021] Selon un mode de réalisation, la plaque d'interface comporte plusieurs portions de circuit de refroidissement, indépendantes ou mises en liaison fluidique. [0022] Avantageusement, le matériau constitutif de la plaque d'interface est différent du matériau constitutif du châssis. [0023] Dans ce cas, des propriétés physiques différentes, notamment thermiques, pour le 10 châssis et pour la plaque d'interface, peuvent être obtenues. [0024] Selon un mode de réalisation, le système électrique consiste en un onduleur, dans lequel ledit au moins un équipement électrique est un module électronique de puissance dudit onduleur. [0025] Selon un mode de réalisation, ledit onduleur comprend un module de commande 15 connecté audit module électronique de puissance, et lesdits éléments à refroidir consistent en des broches issues dudit module électronique de puissance. [0026] Avantageusement, le système électrique comprenant par ailleurs un bloc capacitif, ladite plaque d'interface est disposée entre ledit bloc capacitif et ledit au moins un équipement électrique. 20 [0027] L'invention vise aussi un ensemble d'un module électronique de puissance et d'une plaque d'interface, ledit module électronique de puissance comprenant des éléments à refroidir, ladite plaque d'interface comprenant une portion de circuit de refroidissement à fluide présentant une entrée de fluide et une sortie de fluide, ladite plaque d'interface étant destinée à être mise en liaison fluidique avec un fluide de refroidissement, ladite plaque d'interface étant 25 configurée pour assurer la mise en contact des éléments à refroidir du module électronique de puissance avec ledit fluide de refroidissement. [0028] La présente invention vise également un véhicule automobile comprenant un système électrique tel que brièvement décrit ci-dessus. PRESENTATION DES FIGURES 30 5 [0029] 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 : 5 - la figure 1 représente une vue en coupe longitudinale d'un exemple de système électrique selon l'invention ; - la figure 2 montre une vue de la plaque d'interface dans un exemple de système électrique selon l'invention ; - la figure 3 montre une vue éclatée partielle d'un onduleur comprenant en particulier un 10 châssis, un bloc capacitif, une plaque d'interface et un module électronique de puissance. [0030] Il faut noter que les figures exposent l'invention de manière détaillée pour mettre en oeuvre l'invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l'invention le cas échéant. 15 DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION [0031] Dans la description qui sera faite ci-après, l'invention sera décrite dans le contexte d'un onduleur, notamment destiné à être embarqué dans un véhicule automobile. Cependant, cela ne constitue pas une limitation à cette application particulière et l'invention peut être mise 20 en oeuvre dans tout système électrique nécessitant le refroidissement de certains de ses équipements électriques. [0032] La figure 1 montre un exemple de réalisation d'un système électrique selon l'invention. Le système électrique représenté à la figure 1 consiste en l'espèce en un onduleur 1, comprenant un châssis 10 dans lequel sont montés, de bas en haut, un bloc 25 capacitif 11 et un module électronique de puissance 12, de préférence connecté à un module de commande. [0033] Selon l'invention, entre le bloc capacitif 11, de préférence noyé dans de la résine, et le module électronique de puissance 12, est prévue une plaque d'interface 20 distincte du châssis 10. En particulier, la plaque d'interface 20 peut être constituée d'un matériau différent 30 de celui constitutif du châssis 10. Selon un mode de réalisation, la plaque d'interface 20 peut être réalisée en un matériau différent de celui utilisé pour réaliser le châssis 10, de façon à permettre un gain, par exemple en termes de coût, ou pour obtenir des propriétés physiques différentes, notamment sur le plan thermique, entre le châssis 10 et la plaque d'interface 20. 6 [0034] Au moins un équipement électrique 12 est monté dans le châssis 10, sur la plaque d'interface 20. Cet équipement électrique 12 comporte des éléments à refroidir. Dans le mode de réalisation de la figure 1, l'équipement électrique est un module électronique de puissance 12 d'onduleur 1. Le module électronique de puissance 12 est connecté à un module de 5 commande de l'onduleur 1. [0035] La plaque d'interface 20 est fixée au châssis 10, par exemple au moyen d'une pluralité de vis. [0036] La plaque d'interface 20 assure le refroidissement des éléments à refroidir du module électronique de puissance 12. A cette fin, la plaque d'interface 20 reçoit du fluide de 10 refroidissement issu d'une entrée de fluide intégrée au châssis 10 et met lesdits éléments à refroidir en contact avec ledit fluide de refroidissement. [0037] De ce fait, le circuit de refroidissement, en particulier la portion essentielle assurant le refroidissement des éléments à refroidir, notamment par mise en contact desdits éléments à refroidir avec le fluide de refroidissement, n'est pas intégrée à la pièce de fonderie qu'est le 15 châssis 10, ce qui en simplifie la conception et la fabrication, réduisant de ce fait les coûts induits. En outre, comme évoqué précédemment, il devient possible de mettre en oeuvre des technologies de production du châssis 10 plus simples et mieux adaptées à la production en grande série. [0038] Plus précisément, selon l'invention, un fluide de refroidissement est acheminé 20 jusqu'à une entrée de fluide de la plaque l'interface 20. [0039] Comme représenté sur les figures 1 à 3, ladite plaque d'interface 20 comprend une portion de circuit de refroidissement permettant de mettre en contact les éléments à refroidir du module électronique de puissance 12 avec le fluide de refroidissement. [0040] La figure 3 montre une vue éclatée du système électrique de la figure 2, comprenant 25 un châssis 10, un bloc capacitif 11, une plaque d'interface 20, un joint 13 et un module électronique de puissance 12. Dans le mode de réalisation de la figure 3, le système électrique comprend par ailleurs une plaque d'isolation électrique 9 permettant d'isoler des connecteurs électriques, typiquement en cuivre, du bloc capacitif 11, ainsi que de favoriser la dissipation thermique entre les parties en cuivre du bloc capacitif 11 et la plaque d'interface 20. 30 [0041] Sur ladite figure 3, comme sur la figure 1, des broches 120, faisant saillie depuis ledit module électronique de puissance 12, constituent les éléments à refroidir. Ainsi, lesdites broches 120 sont immergées dans le fluide de refroidissement circulant dans la portion de circuit de refroidissement intégrée à la plaque d'interface 20. 7 [0042] Dans le cas où le module électronique de puissance 12 ne comprend pas de broches faisant saillie, le refroidissement se produit directement sur une portion plane de la base du module électronique de puissance 12. [0043] Le joint 13 mis en compression entre ladite plaque d'interface 20 et ledit châssis 10, 5 assure l'étanchéité de la mise en liaison fluidique entre la portion de circuit de refroidissement à fluide de la plaque d'interface 20 et l'entrée de fluide du châssis. [0044] De préférence, le châssis 10 ne comprend pas de réseaux de canaux formant une portion de circuit de refroidissement, mais simplement des ouvertures formant au moins une entrée de fluide et au moins une sortie de fluide, par laquelle le fluide de refroidissement est 10 acheminé, respectivement évacué, jusqu'à l'entrée de fluide de la plaque d'interface 20, respectivement depuis la sortie de fluide de la plaque d'interface 20. [0045] Alternativement, le châssis 10 peut comprendre une portion intermédiaire de circuit de refroidissement, simple, de façon à ne pas complexifier sa conception et sa fabrication, pour guider le fluide de refroidissement jusqu'à l'entrée de fluide de la plaque d'interface 20 et/ou 15 pour guider le fluide depuis la sortie de fluide de la plaque d'interface 20 en vue de son évacuation hors du châssis 10. [0046] La plaque d'interface 20 peut comprendre plusieurs portions de circuit de refroidissement à fluide, par exemple pour assurer le refroidissement de différentes zones du module électronique de puissance 12. Selon un mode de réalisation, les différentes portions de 20 circuit de refroidissement permettent le refroidissement de différents équipements montés sur la plaque d'interface 20. [0047] Dans un système électrique, plusieurs plaques d'interfaces peuvent par ailleurs être prévues. [0048] Il est à noter que l'architecture du système électrique selon l'invention, selon 25 laquelle la fonction de refroidissement des éléments à refroidir de l'équipement électrique 12 est assurée par une pièce distincte du châssis 10, en l'espèce la plaque d'interface 20, donne la possibilité de réaliser des tests d'étanchéité de l'ensemble composé de l'équipement électrique 12, en particulier du module électronique de puissance 12, et de ladite plaque d'interface 20, de façon indépendante du bloc capacitif 11. 30 [0049] Sur le plan industriel, dans le contexte de la fabrication d'un onduleur, notamment pour l'automobile, cela permet de mettre en oeuvre des lignes de production parallèles, l'une assurant l'assemblage du bloc capacitif 11, l'autre assurant l'assemblage du module électronique de puissance 12 monté sur la plaque d'interface 20. 8 [0050] Comme indiqué plus haut, l'ensemble composé du module électronique de puissance 12 et de la plaque d'interface 20 peut ainsi être testé, en particulier du point de vue de l'étanchéité, de façon séparée du bloc capacitif 11. Si un problème d'étanchéité était détecté, seul l'ensemble composé du module électronique de puissance 12 et de la plaque 5 d'interface 20 serait mis au rebus. Dans l'état de l'art, la conception même du système électrique telle que décrite en préambule ne permet pas de réaliser un tel test de façon séparée. De ce fait, le système électrique, dans l'état de l'art, est testé, au plan de l'étanchéité, de façon globale et si un problème d'étanchéité est détecté, l'ensemble du système électrique doit être mis eu rebus, bloc capacitif compris. 10 [0051] La présente invention apporte, de ce point de vue notamment, REVENDICATIONS1. Système électrique comportant un châssis (10) présentant au moins une entrée de fluide et au moins une sortie de fluide, au moins un équipement électrique (12) étant monté dans ledit châssis (10), ledit au moins un équipement électrique (12) présentant des éléments à refroidir (120), ledit système électrique comprenant par ailleurs au moins une plaque d'interface (20) distincte du châssis (10), comprenant au moins une portion de circuit de refroidissement à fluide mise en liaison fluidique avec l'entrée de fluide du châssis (10) pour former une partie d'un circuit de refroidissement configuré pour assurer l'acheminement d'un fluide de refroidissement, ladite portion de circuit de refroidissement à fluide comprenant au moins une entrée de fluide et au moins une sortie de fluide, ladite plaque d'interface (20) assurant la mise en contact des éléments à refroidir (120) de l'équipement électrique (12) avec le fluide de refroidissement issu du circuit de refroidissement à fluide. 2. Système électrique selon la revendication 1, dans lequel ledit au moins un équipement électrique (12) est monté sur la plaque d'interface (20). 3. Système électrique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la plaque d'interface (20) est assemblée dans le châssis (10). 4. Système électrique selon l'une des revendications précédentes, comprenant au moins un joint (13) mis en compression entre ladite plaque d'interface (20) et ledit châssis (10), pour assurer l'étanchéité de la mise en liaison fluidique entre la portion de circuit de refroidissement à fluide de la plaque d'interface (20) et l'entrée de fluide du châssis (10). 5. Système électrique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le châssis (10) comporte une portion intermédiaire de circuit de refroidissement, comprenant une première entrée, une première sortie, une deuxième entrée et une deuxième sortie, dans le sens d'écoulement du fluide dans le circuit de refroidissement à fluide, la mise en liaison fluidique de la portion de circuit de refroidissement à fluide de la plaque d'interface (20) avec la portion intermédiaire de circuit de refroidissement à fluide étant réalisée par l'intermédiaire, dans le sens de l'écoulement du fluide, de la première sortie la portion intermédiaire de circuit de refroidissement, de l'entrée de la plaque d'interface, de la sortie de la plaque d'interface et de la deuxième entrée de la portion intermédiaire de circuit de refroidissement. 6. Système électrique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la portion de circuit de refroidissement de la plaque d'interface (20) comprend des canaux aménagés dans ladite plaque d'interface (20). 'o 7. Système électrique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le châssis (10) comporte plusieurs portions intermédiaires de circuit de refroidissement, indépendantes ou mises en liaison fluidique. 5 8. Système électrique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la plaque d'interface (20) comporte plusieurs portions de circuit de refroidissement, indépendantes ou mises en liaison fluidique. 10 9. Système électrique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le matériau constitutif de la plaque d'interface (20) est différent du matériau constitutif du châssis (10). 10. Système électrique selon l'une des revendications précédentes, consistant en un onduleur (1), dans lequel ledit au moins un équipement électrique (12) est un module électronique de 15 puissance (12) dudit onduleur (1). 11. Système électrique selon la revendication précédente, dans lequel ledit onduleur (1) comprend un module de commande connecté audit module électronique de puissance (12), et lesdits éléments à refroidir (120) consistent en des broches issues dudit module 20 électronique de puissance (12). 12. Système électrique selon l'une des revendications précédentes, comprenant par ailleurs un bloc capacitif (11), la plaque d'interface (20) étant disposée entre ledit bloc capacitif (11) et ledit au moins un équipement électrique (12). 25 13. Ensemble d'un module électronique de puissance (12) et d'une plaque d'interface (20), ledit module électronique de puissance (12) comprenant des éléments à refroidir (120), ladite plaque d'interface (20) comprenant une portion de circuit de refroidissement à fluide présentant une entrée de fluide et une sortie de fluide, ladite plaque d'interface (20) étant 30 destinée à être mise en liaison fluidique avec un fluide de refroidissement, ladite plaque d'interface (20) étant configurée pour assurer la mise en contact des éléments à refroidir (120) du module électronique de puissance (12) avec ledit fluide de refroidissement. 14. Véhicule automobile comprenant un système électrique selon l'une des 1 à 12. 35