Brevet FR3099652A1 — publié le 20210205

Description Titre de l'invention : Dispositif de refroidissement passif pour câble électrique Domaine technique [0001] L'invention concerne le domaine de la connectique automobile et plus particu- lièrement le domaine de la connectique de puissance pour véhicule automobile. Etat de la technique [0002] Dans le domaine des véhicules automobiles et notamment des véhicules électriques, hybrides ou hybrides rechargeables, des courants forts peuvent être transmis dans des réseaux de câblage et/ou des circuits électriques de puissance (du véhicule lui-même ou reliés au véhicule) tels que ceux interconnectant entre eux, des éléments tels qu'une borne de recharge, une batterie, un moteur, un convertisseur de tension, etc. [0003] Le passage de courants forts dans des câbles et des contacts de connecteur engendre des échauffements. [0004] Or d'une part, on souhaite que les câbles et les connecteurs supportent des courants de plus en plus forts. Ainsi, par exemple, les courants sont d'autant plus forts que l'on souhaite par exemple obtenir des vitesses de charges rapides des batteries. [0005] Mais d'autre part, de manière générale, il est souhaité par les constructeurs au- tomobiles que les dispositifs de connexion de puissance «embarqués», aient un poids, un encombrement et un coût aussi faibles que possible, et que les structures soient le plus intégrées possible. [0006] Il est proposé ci-dessous une contribution à l'amélioration de la connectique de puissance, cette contribution visant à apporter une solution au moins partielle à au moins certaines des exigences mentionnées ci-dessus. Résumé de l'invention [0007] Il est proposé d'agir au niveau des connexions des conducteurs électriques de puissance, à l'aide d'un dispositif de refroidissement passif (c'est-à-dire un dispositif de dissipation thermique). [0008] Plus particulièrement, il est proposé un dispositif de refroidissement pour connecteur électrique. Ce dispositif de refroidissement comprend un manchon comprenant lui-même au moins deux goulottes pour le passage d'un câble et au moins deux lamelles. Chacune de ces goulottes s'étend le long d'un axe longitudinal. Chacune des deux lamelles s'étend essentiellement radialement à partir des goulottes, vers l'extérieur du manchon. Ces deux lamelles définissent entre elles un espace formant un canal de convexion. Ce canal de convexion est radialement ouvert vers l'extérieur du manchon et s'étend, sur au moins une portion périphérique, autour des deux goulottes et entre les 2 goulottes. [0009] Ainsi, grâce à ce dispositif, lorsqu'il est monté sur un connecteur ou un autre appareil, de la chaleur produite dans des câbles et/ou dans des contacts peut être transmise au niveau des goulottes et des lamelles par conduction dans le matériau constitutif du manchon. En outre, le canal qui permet à de l'air de circuler autour de chaque goulotte et entre les lamelles contribue à évacuer par convexion, dans l'environnement, la chaleur transmise au niveau des goulottes et des lamelles. [0010] Un tel dispositif est plus simple et moins coûteux qu'une solution active de refroi- dissement. Il permet à un connecteur et/ou à un appareil de fonctionner avec des courants plus importants et de prolonger sa durée de vie. Réciproquement, sans augmenter nécessairement l'intensité des courants, il est possible, grâce au dispositif de refroidissement mentionné ci-dessus, de réduire le dimensionnement des câbles et des connecteurs (voire des contacts de ces connecteurs) ou appareils auxquels ces câhles sont reliés. [0011] Dans ce document, et notamment dans les revendications, le terme « câble » est utilisé de manière générique pour désigner de manière simple aussi bien un câble, un fil, un faisceau de câbles ou un faisceau de fils. Donc, les goulottes et les gouttières décrites dans ce document peuvent recevoir chacune un câble, un fil, un faisceau de câhles ou un faisceau de fils. [0012] Cc dispositif comporte également éventuellement l'une et/ou l'autre des caracté- ristiques suivantes considérées chacune indépendamment l'une de l'autre ou en combinaison d'une ou plusieurs autres : [0013] - le manchon est en matière plastique moulée, [0014] - le manchon comporte au moins deux parties séparables l'une de l'autre au niveau d'une surface de séparation passant par un axe central de chacune des goulottes ; par exemple, l'une de ces parties séparables forme un support et l'autre partie forme un capot ; par exemple, ce capot est symétrique par rapport à un plan essentiellement perpendiculaire à l'axe longitudinal de chacune des goulottes, [0015] - le manchon est flexible. [0016] - les lamelles comportent une encoche pour le passage d'un autre câble que ceux passant par les goulottes ; [0017] - au moins une goulotte a une surface interne lisse; alternativement au moins une goulotte a une surface interne cannelée ; [0018] Selon un autre aspect, il est revendiqué un ensemble de connexion comprenant un connecteur et un dispositif de refroidissement tel que mentionné ci-dessus. Le connecteur comprend un boîtier avec une paroi arrière comportant au moins deux passages, chacun respectivement pour la sortie d'un câble. Le dispositif de refroidissement est mécaniquement solidaire du connecteur et en contact et/ou en continuité 3 thermique avec celui-ci. Alors, chacune des goulottes est située dans le prolongement d'un passage. [0019] Cet ensemble de connexion comporte également éventuellement la caractéristique suivante : [0020] - le dispositif de refroidissement comporte une collerette et une casquette au contact chacune respectivement d'une paroi du boîtier. Brève description des dessins [0021] D'autres caractéristiques, buts et avantages du dispositif mentionné ci-dessus appa- raîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : [fig.1] représente schématiquement en élévation latérale un exemple dc mode dc réalisation d'un ensemble de connexion comportant un dispositif dc refroidissement passif ; W8.21 représente schématiquement en perspective un exemple d'un dispositif de refroidissement passif semblable à celui monté sur l'ensemble de connexion de la figure 1 ; [fig.3] représente schématiquement en perspective l'une des parties du dispositif de refroidissement passif de la figure 2 ; [fig.4] représente schématiquement en perspective la partie du dispositif de refroidissement passif représentée sur la figure 3, dans laquelle sont placés des câbles ; cette figure illustre notamment la conduction et la convexion dc flux thermiques ; W8.51 représente schématiquement vu de dessous, un autre exemple d'ensemble de connexion ; [fig.6] représente schématiquement en perspective l'ensemble de connexion dc la figure 5, placé dans un exemple d'environnement ; [fig.7] représente schématiquement vue dc dessus, par sa face interne, l'une des parties d'un autre mode de réalisation du dispositif dc refroidissement passif ; [fig.8] représente schématiquement en perspective la partie du dispositif de refroidissement passif représenté sur la figure 7 ; [fig.9] représente schématiquement vue dc dessus, par sa face interne, l'une des parties d'encore un autre mode de réalisation du dispositif de refroidissement passif ; [fig.10] représente schématiquement en perspective la partie du dispositif de refroidissement passif représenté sur la figure 9 ; [fig.11] représente schématiquement vue de dessous, par sa face externe un autre mode de réalisation du dispositif de refroidissement passif ; [fig.12] représente schématiquement en perspective le dispositif de refroidissement passif représenté sur la figurell. Description détaillée [0022] Un exemple de mode de réalisation d'un ensemble de connexion 1 comportant un dispositif de refroidissement passif 2 est décrit ci-dessous en relation avec la figure 1. Cet ensemble de connexion 1 correspond à une embase montée sur un véhicule électrique ou hybride rechargeable. Une prise de charge reliée à une borne de recharge peut être branchée sur cette embase afin de recharger ses batteries. [0023] Selon cet exemple, l'ensemble de connexion 1 comporte plusieurs connecteurs 3 intégrés dans un même boîtier 4, un dispositif de refroidissement passif 2 et des câbles 5 (seuls sont représentés sur la figure 1 les câbles 5 traversant le dispositif de refroidissement 2). [0024] Les connecteurs 3 logent des contacts (non représentés sur la figure 1). Ces contacts sont par exemple pour certains dédiés à la transmission de signaux, tandis que d'autres sont dédiés au transport d'un courant de puissance. Certains contacts de puissance sont dédiés à des charges relativement lentes et d'autres sont dédiés à des charges rapides avec une intensité de courant qui peut être relativement élevée (par exemple 350 Ampères). Les contacts 6 dédiés aux charges rapides sont reliés à des câbles 5 dont la section est par exemple de l'ordre de 95mm, (Mais, bien entendu le dispositif de refroidissement 2 peut être adapté à toutes les sections de câble utilisées en connectique de puissance et notamment à des sections comprises entre 6 et 120mrn2). Ce sont ces câbles 6 qui sont montrés sur les figures. [0025] Comme représenté sur la figure 2, le dispositif de refroidissement 2 comporte lui- même un manchon 7 constitué de deux parties séparables l'une de l'autre. L'une de ces parties forme un support 8. L'autre de ces parties forme un capot 9. Les câbles 5 traversent chacun le manchon 7 selon sa direction longitudinale L. Le support 8 et le manchon 7 sont constitués de pièces de plastique moulées. [0026] Comme représenté sur la figure 3, le support 8 comporte une collerette 10, une casquette 11, deux gouttières 12 et des lamelles 13 de convexion. La collerette 10 s'applique contre la paroi arrière du boîtier 4. Le support 8 est fixé mécaniquement sur le boîtier 4, par exemple à l'aide de vis traversant des flasques14 s'étendant latéralement à partir de la collerette 10. La casquette 1 1 s'étend, à partir de la collerette 10 vers une extrémité libre, de l'autre côté de la collerette 10 par rapport aux gouttières 12. Lorsque le support 8 est fixé sur le boîtier 4, la casquette 11 vient au contact du boîtier 4 sous l'extrémité des contacts (voir les figures 1, 2 et 4). Ainsi, lorsque le manchon 7 est fixé sur le boîtier 4, la casquette 11 et la collerette 10 sont en continuité thermique avec le boîtier 4 pour assurer un transfert thermique du connecteur 3 vers le support 8. [0027] Les gouttières 12 s'étendent longitudinalement à partir de la collerette 10, le long d'un axe longitudinal A. Elles comportent chacune une surface interne 15 lisse et une surface externe 16 pourvue de lamelles de convexion 13. Les lamelles 13 s'étendent radialement (essentiellement perpendiculairement à l'axe longitudinal A) à partir de la surface externe 16. Les lamelles 13 sont régulièrement espacées le long d'une direction parallèle à l'axe longitudinal A. Deux lamelles 13 voisines définissent entre elles un canal 17 ouvert ou gorge en forme de « U ». Selon l'exemple illustré sur la figure 3, le support 8 comporte onze canaux. Cependant, le nombre de canaux 17, ainsi que la surface des lamelles 13 dépend notamment de l'efficacité de refroidissement souhaité et de l'espace disponible dans l'environnement du dispositif de refroidissement 2. Les canaux 17 entourant chacune des deux gouttières 12 du support 8 sont situés en continuité les uns avec les autres. Autrement dit, chaque lamelle 13 d'une de ces gouttières 12 se trouve dans le même plan qu'une lamelle 13 correspondante de la gouttière 12 voisine. Entre deux gouttières 12 voisines, les canaux 17 se rejoignent donc et s'ouvrent sur des fenêtres 18. [0028] Comme représenté sur la figure 2, le capot 9 comporte également deux gouttières, des lamelles de convexion et des fenêtres dont la structure et les propriétés sont semblables à celles mentionnées ci-dessus en relation avec la description du support 8. Les gouttières 12 du support 8 et du capot 9 forment deux demi-tubes cylindriques qui, lorsque le support 8 et le capot 9 sont refermés l'un sur l'autre forment des goulottes 19 cylindriques. La surface internes de chaque goulotte 19 est symétrique de révolution. Les surfaces internes 15 des gouttières respectives du support 8 et du capot 9 sont symétriques par rapport à un plan passant par l'axe central longitudinal A de chacune des goulottes 19. Autrement dit, le support 8 et le capot 9 forment des parties séparables l'une de l'autre au niveau d'une surface de séparation passant par l'axe central longitudinal A de chacune des goulottes 19. [0029] Ainsi, lorsque le capot 9 est placé sur le support 8, leurs gouttières 12 respectives se trouvent en vis-à-vis, avec leur courbure en opposition, pour définir deux goulottes adaptées chacune respectivement pour le passage d'un câble, la surface interne 15 des gouttières 12 venant à proximité ou au contact (de la gaine isolante) d'un câble 5. [0030] Le capot 9 est monté sur le support 8, par exemple en introduisant une portion de chaque gouttière du capot 9 qui dépasse d'au moins l'une des surfaces externes des lamelles 13 d'extrémité, dans une ouverture 20 ménagée dans la collerette 10 et en ramenant l'extrémité longitudinalement opposée du capot 9 contre le support 8. Le maintien de cette extrémité sur le support 8 peut se faire à l'aide de vis, d'un lien serre-câble, etc. (ces éléments n'étant pas représenté sur les figures). Le montage du capot 9 sur le support 8 est donc simple. Lorsque le capot 9 est placé sur le support 8, les lamelles du capot 9 et du support 8 sont situées dans le prolongement les unes des autres, de manière à ce que leurs 6 fenêtres 18 et leurs canaux 17 respectifs coïncident. Ces canaux 17 s'étendent donc sur toute la circonférence des goulottes 19, tout autour des deux goulottes 19 et entre les goulottes 19. [0031] Sur la figure 2 sont représentés des contacts 6 de puissance de type mâle (mais l'invention est applicable de manière semblable au refroidissement de contacts femelles). Ils comportent chacun une broche 21 prolongée par une portion de connexion 22. La portion de connexion 22 forme une férule dans laquelle est insérée l'extrémité libre d'un câble 5. Chaque câble 5 traverse la collerette 10 au niveau d'une ouverture 20 qui se trouve dans le prolongement d'un passage formé dans la paroi arrière du boîtier 4. Chaque contact 6 est positionné par rapport au support 8 de manière à ce que la férule ou portion de connexion se trouve en avant de la collerette 10, à proximité de celle-ci, et au moins en partie au-dessus de la casquette 11 (c'est-à-dire en chevauchement de celle-ci relativement à la direction longitudinale L). Ainsi, la chaleur produite au niveau des contacts 6 se trouve efficacement transmise aux parois de la cavité dans laquelle est logé le contact 6 considéré, puis aux parois du boîtier 4 dans le voisinage de cette cavité, et enfin au support 8 et au capot 9, par l'intermédiaire de la casquette 11, de la collerette 10 et des câbles 5 traversant le manchon 7. [0032] La conductivité thermique du matériau constitutif du manchon 7, par exemple mesurée selon le standard ASTM E 1461, est avantageusement supérieure à 15 Watts/ (mètre x Kelvin) (cependant un matériau de moindre conductivité thermique, par exemple pouvant être de 0,8 Watts/(mètre x Kelvin), peut éventuellement être utilisé, notamment si les propriétés mécaniques du matériau sont privilégiées). [0033] Ainsi, comme illustré sur la figure 4, la chaleur produite par le passage d'un courant dans un contact 6 et dans un câble 5, est transmise dans le manchon 7 - flèches suivant les câbles 5 - au niveau des gouttières 12 et des lamelles 13. L'air pouvant circuler librement dans chaque canal 17 tout autour de chaque goulotte 19 permet d'évacuer au moins une partie de la chaleur par convexion (l'air plus frais arrive dans chaque canal flèches dirigées de l'extérieur vers l'intérieur du manchon 7 -, est réchauffé au contact des surfaces des lamelles 13 et de la paroi des gouttières 12, au fond des canaux 17, puis est évacué - flèches dirigées de l'intérieur vers l'extérieur du manchon 7). [0034] Des tests et des simulations ont montré que, dans certaines conditions, la température au niveau d'un contact 6 relié à un câble 5 de 95mm2 peut être abaissée de 47,1°C sans dispositif de refroidissement 2, à 35,1°C avec un dispositif de refroidissement 2. Le dispositif de refroidissement 2 permet des gains significatifs en termes de refroidissement (par exemple de l'ordre de 25% sur la température en degrés Celsius). Ceci permet d'augmenter la capacité de charge actuelle sans augmenter davantage les dimensions des câbles, des connecteurs et des contacts. Réciproquement, dans certaines 7 applications, un dispositif de refroidissement passif 2 tel que ceux décrits dans ce document, permet de réduire les sections de câbles et de contacts tout en conservant des échauffements inférieurs ou égaux à ceux obtenus avec la même intensité de courant, mais des sections plus grandes de câbles et de contacts. [0035] Le matériau constitutif du manchon 7 peut avoir, avantageusement, des propriétés mécaniques telles que le manchon 7 puisse être déformé. En effet, la figure 5 illustre un autre exemple de mode de réalisation d'un ensemble de connexion 1 comportant un dispositif de refroidissement passif 2. Ce dispositif de refroidissement passif 2 est similaire à celui décrit en relation avec les figures 1 à 4. Une partie de son environnement est montrée sur la figure 6. Comme on peut le constater, cet environnement peut être relativement encombré. Cependant, il est reste possible d'y loger un dispositif de refroidissement passif 2 tel que ceux décrits dans ce document. Mais, comme illustré par la figure 5, il est avantageux que le manchon 7 puisse être au moins légèrement courbé pour adapter sa forme à son environnement. Le manchon 7 peut également être utilisé pour guider et/ou protéger les câbles 5 qui le traversent. [0036] Le manchon 7 peut prendre d'autres formes pour l'adapter à son environnement notamment. Certains exemples de capot 9 et/ou de manchon 7 sont donnés ci-dessous. [0037] Ainsi, un autre exemple de mode de réalisation d'un capot 9 pour un dispositif de re- froidissement 2 est décrit en relation avec les figures 7 et 8. Cet exemple diffère de celui décrit ci-dessus essentiellement par le fait que, lorsqu'il n'est pas déformé, il est symétrique par rapport à un plan P essentiellement perpendiculaire à l'axe longitudinal A de chacune des goulottes. Ceci en facilite le montage sur un support 8 puisque ses deux extrémités 23 peuvent aussi bien convenir, que ce soit pour être insérées dans une ouverture 20 ménagée dans une collerette 10 ou que ce soit pour recevoir un lien serre-câble pour le maintenir sur un support 8. [0038] Encore un autre exemple de mode de réalisation d'un capot 9 pour un dispositif de refroidissement 2 est décrit en relation avec les figures 9 et 10. Comme le précédent, lorsqu'il n'est pas déformé, il est aussi symétrique par rapport à un plan P essentiellement perpendiculaire à l'axe longitudinal A de chacune des goulottes. Chacune des extrémités longitudinales 23 des goulottes est munie d'une languette 24 élastique permettant de maintenir de manière facilement démontable ces extrémités 23 dans une ouverture 20 ménagée dans la collerette 10. En outre, la surface interne 15 des gouttières est cannelée. Les zones cannelées destinées à venir au contact de la gaine isolante du câble exercent une pression locale qui permet de réduire à cet endroit l'épaisseur de cette gaine et de réduire la résistance thermique de contact. On obtient ainsi une meilleure conduction thermique entre le câble 5 et le manchon 4. Les zones de la surface interne 15 destinées à être au contact d'un câble 5 coïncident le long de l'axe longitudinal A, avec les lamelles 13. Deux orifices 25 sont ménagés entre les 8 deux gouttières, à chacune des extrémités du capot 9, pour une éventuelle fixation par vis par exemple. [0039] Un autre exemple de mode de réalisation d'un manchon 7 pour un dispositif de re- froidissement 1 est décrit en relation avec les figures 11 et 12. Contrairement aux capot 9 des deux précédents exemples, le capot 9, n'est pas symétrique par rapport à un plan essentiellement perpendiculaire à l'axe longitudinal de chacune des goulottes. En effet, d'une part, le manchon 7 comporte une extrémité avant 26 destinée à coopérer avec des ouvertures 20 ménagées dans la collerette 10, différente de son extrémité arrière 27, opposée, destinée à recevoir un serre câble, et d'autre part, certaines lamelles 13 de convexion lamelles comportent une encoche 28 pour le passage d'un autre câble que ceux 5 passant par les goulottes 19. Par exemple comme illustré par la figure 6, un faisceau dc câble 29 peut être amené à passer au-dessus du manchon 7 et les lamelles 13 sont prolongées jusqu'à proximité de cc faisceau dc câble 29, qui s'intègre alors au moins partiellement dans l'encoche 28, de manière à mieux guider la circulation d'air et en améliorant la dissipation thermique du dispositif de refroidissement, tout en s'adaptant à l'espace disponible dans l'environnement du manchon (sur la figure 5, ce n'est pas le dispositif de refroidissement 2 tel qu'il est représenté sur les figures 11 et 12 ; le faisceau 29 sur la figure 5 ne s'intègre donc pas dans des encoches 28). De nombreuses autres variantes peuvent être envisagées. Par exemple, le manchon 7 peut être en plus ou moins dc deux parties 8, 9 ; les goulottes 19 ne sont pas nécessairement complètement circulairement fermées et/ou pas fermées sur toute leur longueur (une variante de ce type pourrait par exemple ressembler à ce qu'illustre la figure 4 sur laquelle le capot n'est pas apparent) ; le manchon 7 est dans une autre matière qu'une matière plastique (un métal ou un alliage métallique par exemple), etc. 9 REVENDICATIONS[Revendication 1] Dispositif de refroidissement pour connecteur électrique, comprenant un manchon (7) comprenant lui-même au moins deux goulottes (19) pour le passage d'un câble (5), et au moins deux lamelles (13), chacune de ces goulottes (19) s'étendant le long d'un axe longitudinal (A), et les lamelles (13) s'étendant essentiellement radialement à partir des goulottes (19), vers l'extérieur du manchon (7), caractérisé par le fait que les deux lamelles (13) définissent entre elles un espace formant un canal (17) de convcxion, radialement ouvert vers l'extérieur du manchon (7) et s'étendant sur au moins une portion périphérique autour des deux goulottes (19) et entre les goulottes (19). [Revendication 2] Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le manchon (7) est en matière plastique moulée. [Revendication 3] Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le manchon (7) comporte au moins deux parties séparables (8, 9) l'une de l'autre au niveau d'une surface de séparation passant par un axe central longitudinal (A) de chacune des goulottes (19). [Revendication 4] Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel l'une des parties séparables forme un support (8) et l'autre partie forme un capot, ce capot (9) étant symétrique par rapport à un plan (P) essentiellement perpendiculaire à l'axe longitudinal (A) de chacune des goulottes (19). [Revendication 5] Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le manchon (7) est flexible. [Revendication 6] Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les lamelles (13) comportent une encoche (28) pour le passage d'un autre câble (29) que ceux (5) passant par les goulottes (19). [Revendication 7] Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel au moins une goulotte (19) a une surface interne (15) lisse. [Revendication 8] Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel au moins une goulotte (19) a une surface interne (15) cannelée. [Revendication 9] Ensemble de connexion comprenant un connecteur (3) et un dispositif de refroidissement (2) selon l'une des revendications précédentes, le connecteur (3) comprenant un boîtier (4) avec une paroi arrière comportant au moins deux passages, chacun respectivement pour la sortie d'un câble (5), et le dispositif de refroidissement (2) étant mécaniquement solidaire du connecteur et en contact thermique avec celui-ci, avec chacune des goulottes (19) située dans le prolongement d'un 10 [Revendication 10] passage. Ensemble de connexion selon la revendication 9, dans lequel le dispositif de refroidissement (2) comporte une collerette (10) et une casquette (11) au contact chacune respectivement d'une paroi du boîtier (4).