Brevet FR3093890A1 — publié le 20200918

Description Titre de l'invention : Dispositif de diode thermique pour une unité électronique Domaine technique [0001] La présente invention concerne un dispositif pour coupler et découpler automa- tiquement une unité électronique vis-à-vis d'un support apte à assurer une fonction de dissipation thermique par conduction, autrement dit une fonction de radiateur. Ledit dispositif est notamment désigné, par la suite, sous l'expression « diode thermique » car il est configuré pour autoriser la transmission de chaleur dans une seule direction, c'est-à-dire de l'unité électronique vers le support de dissipation thermique. [0002] Plus particulièrement, une application de l'invention concerne un module élec- tronique tel qu'une unité de contrôle télématique (également désigné TCU pour « Telematic Control Unit » en anglais), installée à proximité du toit d'un véhicule, ledit toit correspondant audit support apte à assurer une fonction de dissipation thermique pour dissiper de la chaleur émise par l'unité de contrôle télématique. Etat de la technique antérieure [0003] Comme cela est connu, des développements récents dans le domaine automobile concernent les unités de contrôle télématique et leur intégration avec des antennes, dites intelligentes, ou « smart antenna » en anglais. [0004] Ces antennes sont classiquement disposées au niveau du toit des véhicules, afin d'optimiser leur gain en émission et en réception de signaux et ainsi de favoriser la connectivité externe du véhicule. [0005] Dans ce contexte, l'unité de contrôle télématique couplée à au moins une antenne se retrouve généralement également disposée au niveau du toit, afin d'être placée à proximité de l'antenne et ainsi d'éviter notamment les désagréments qui seraient liées au câblage entre une unité de contrôle télématique, par exemple disposée dans la planche de bord, et l'antenne située au niveau du toit. [0006] Les modules d'antenne intelligente sont ainsi généralement situés juste sous le toit du véhicule ou du moins à proximité d'une surface de carrosserie externe du véhicule. [0007] De tels emplacements présentent un intérêt considérable du point de vue de la connectivité, mais ils présentent également deux inconvénients principaux : d'abord, en raison de l'emplacement, généralement dans la garniture du plafond de l'habitacle, l'espace est limité, ce qui impose de fortes contraintes en termes de taille de l'unité de contrôle télématique ; ensuite, en raison de la proximité du toit, l'unité de contrôle télématique peut être exposée à des températures élevées lorsque le véhicule est immobile et exposé au soleil, notamment dans une région du monde à fort 2 rayonnement solaire. [0008] Or, il est nécessaire de dissiper la chaleur émise par l'unité de contrôle télématique. En effet, comme cela est connu, les composants électroniques tels que ceux présents dans une unité de contrôle télématique, présentent des températures maximales de fonctionnement au-delà desquelles ils peuvent se dégrader, engendrant par exemple une diminution de leur durée de vie ou des pertes d'information dans le cas de mémoires non volatiles notamment. [0009] Lorsqu'une unité de contrôle télématique, comme décrit précédemment, est disposée au niveau du toit d'un véhicule, il est difficile de la refroidir au moyen d'un système à convection active, autrement dit un ventilateur, pour des raisons d'encombrement notam ment. [0010] Le toit peut être avantageusement exploité comme un très bon dissipateur thermique lorsque sa température est basse. Mais, dans les circonstances particulières mentionnées ci-dessus, il conviendrait au contraire d'isoler au maximum l'unité de contrôle télématique vis-à-vis du toit et de tenter de dissiper sa chaleur vers l'intérieur de l'habitacle. [0011] Il existe donc un besoin pour un dispositif permettant de coupler et de découpler ther- miquement l'unité de contrôle télématique, ou plus généralement toute unité électronique, vis-à-vis du toit d'un véhicule, ou plus généralement d'un support apte à assurer une fonction de dissipation thermique tout en étant susceptible de chauffer fortement, dans certaines conditions particulières, rendant nécessaire de l'isoler de l'unité électronique à refroidir. [0012] A cette fin, la présente invention concerne un dispositif, désigné « diode thermique », permettant de coupler et de découpler thermiquement une unité électronique vis-à-vis d'un support de dissipation thermique, de façon automatique, en fonction de la température dudit support de dissipation thermique. Exposé de l'invention [0013] Plus précisément, la présente invention vise un dispositif de diode thermique comprenant une unité électronique à refroidir, un support de dissipation thermique, un capteur de température pour mesurer la température du support de dissipation thermique, et un actionneur configuré pour déconnecter thermiquement l'unité électronique vis-à-vis du support de dissipation thermique si la température du support de dissipation thermique est supérieure à une température de référence, de façon à inhiber tout transfert de chaleur par conduction entre le support de dissipation thermique et l'unité électronique, et pour connecter thermiquement par conduction l'unité électronique au support de dissipation thermique si la température du support de dissipation thermique est inférieure à la température de référence, de façon à permettre un 3 transfert de chaleur par conduction entre l'unité électronique et le support de dissipation thermique. [0014] Grâce à l'invention, il est possible de n'autoriser le transfert de chaleur par conduction que dans un sens, de l'unité électronique à refroidir vers le support de dissipation thermique, le transfert de chaleur par conduction dans l'autre sens, lorsque le support de dissipation thermique est plus chaud que l'unité électronique, étant inhibé. [0015] Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend un capteur de température de l'unité électronique, la température de référence étant la température de l'unité électronique. [0016] Avantageusement, la température de référence étant égale à la température de l'unité électronique multipliée par un coefficient de pondération adapté pour tenir compte de la dissipation thermique propre à l'actionneur. [0017] Selon un mode de réalisation, l'unité électronique comprend un coussin thermique (34) assurant une interface thermique entre ladite unité électronique et le support de dissipation thermique lorsque ladite unité électronique et ledit support de dissipation thermique sont en contact physique. [0018] Selon un mode de réalisation, l'actionneur comprend un ressort connecté entre le support de dissipation thermique et le coussin thermique de l'unité électronique pour exercer sur le coussin thermique de l'unité électronique une force de répulsion de ladite unité électronique vis-à-vis du support de dissipation thermique, et un électroaimant fixé au support de dissipation thermique pour exercer, lorsqu'il est alimenté, une force d'attraction sur le coussin thermique de l'unité électronique vers le support de dissipation thermique. [0019] Selon un mode de réalisation, le coussin thermique présente une souplesse mécanique adaptée pour que, sous l'effet de la force de répulsion, en l'absence de force d'attraction exercée par l'électro-aimant, le coussin thermique se plie de sorte à se séparer du support de dissipation thermique et pour que, sous l'effet de la force d'attraction présentant une intensité supérieure à la force de répulsion, le coussin thermique se déplie de sorte à venir en contact avec le support de dissipation thermique [0020] Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend un module de commande configuré pour : activer l'électro-aimant si la température du support de dissipation thermique est inférieure à la température de référence, de sorte que l'électro-aimant exerce sur l'unité électronique la force d'attraction d'intensité supérieure à la force de répulsion exercée par le ressort, de façon à coupler thermiquement, en les mettant en contact physique, l'unité électronique et le support de dissipation thermique, via le coussin thermique, et désactiver l'électro-aimant si la température du support de dissipation thermique est supérieure à la température de référence, de sorte que l'électro-aimant n'exerce pas de force d'attraction sur l'unité électronique, la force de répulsion exercée par le ressort sur le coussin thermique de l'unité électronique permettant de découpler thermiquement l'unité électronique et le support de dissipation thermique, du fait de la présence d'air entre l'unité électronique et le support de dissipation thermique. [0021] Selon un mode de réalisation, le capteur de température du toit est un thermocouple. [0022] Avantageusement, l'unité électronique est une unité de contrôle télématique de véhicule et le support de dissipation thermique est le toit d'un véhicule. [0023] La présente invention vise également un véhicule automobile comprenant un habitacle présentant un toit, une antenne disposée sur le toit et une unité de contrôle télématique couplée à ladite antenne et disposé sous le toit, ledit véhicule comprenant un dispositif de diode thermique tel que brièvement décrit ci-dessus. Description des dessins [0024] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : [fig.1] : la figure 1 représente un exemple de dispositif de diode thermique selon l'invention, dans une position dans laquelle l'unité de contrôle télématique et le toit sont couplés thermiquement par conduction. [fig.2] : la figure 2 représente le même mode de réalisation d'un dispositif de diode thermique selon -l'invention, dans une position dans laquelle l'unité de contrôle télématique et le toit ne sont pas couplés thermiquement par conduction. Description des modes de réalisation 100251 Dans ce qui suit, on fait principalement référence à une mise en oeuvre de l'invention dans le contexte d'un véhicule automobile pour lequel le dispositif selon l'invention permet de coupler et de découpler thermiquement, de façon automatique, une unité de contrôle télématique vis-à-vis du toit. 100261 Cependant, d'autres applications sont visées par la présente invention, dès lors qu'une unité électronique est disposée à proximité d'un support apte à assurer une fonction de dissipateur thermique, sauf dans certaines conditions dans lesquelles ledit support est plus chaud que ladite unité électronique. 100271 En référence à la figure 1, on a représenté une unité de contrôle télématique 1, également désigné TCU, au plus près d'une antenne, en particulier une antenne dite intelligente, également désigné « smart antenna » en anglais. Dans le contexte de l'invention, l'unité de contrôle télématique 1 est une unité électrique émettrice de chaleur, qui doit être refroidie. 100281 L'ensemble se situe au niveau du toit 2 d'un véhicule : l'antenne, depuis ce point haut du véhicule, est dans une position optimale pour émettre et recevoir des signaux. L'unité de contrôle télématique est située à proximité immédiate de ladite antenne. [0029] L'unité de contrôle télématique 1 émet, en fonctionnement, de la chaleur qui doit être dissipée. En effet, selon le premier principe de la thermodynamique, toute l'énergie injectée dans un système fermé est restituée sous forme de travail ou sous forme d'énergie thermique. En l'espèce, l'énergie électrique injectée dans l'unité de contrôle télématique 1 est nécessairement au moins en partie restituée sous forme de chaleur. Cette chaleur doit être dissipée pour ne pas provoquer de surchauffe, et donc de dégradation, des composants électroniques de ladite unité de contrôle télématique 1. [0030] Tl est connu d'utiliser le toit 2 pour dissiper, en particulier par conduction, la chaleur émise par l'unité de contrôle télématique 1 et cela est très efficace tant que ledit toit présente une température inférieure à celle de l'unité de contrôle télématique 1. Le toit 2 agit alors comme un radiateur et dissipe efficacement de la chaleur émise par l'unité de contrôle télématique 1. [0031] Toutefois, comme cela a été évoqué précédemment, dans certaines conditions, en particulier en cas de longue exposition, notamment à l'arrêt, sous le soleil, plus particulièrement dans des régions géographiques à fort rayonnement solaire (dans la péninsule arabique par exemple), la température du toit 2 peut dépasser celle de l'unité de contrôle télématique 1, notamment en fonctionnement. Typiquement, la température du toit 2 peut atteindre et dépasser 80°C. Le toit 2 est alors plus chaud que l'unité de contrôle télématique 1 et il devient souhaitable, voire nécessaire, d'interdire toute conduction thermique entre l'unité de contrôle télématique 1 et le toit 2 afin d'éviter que le toit 2 ne transfère de la chaleur vers l'unité de contrôle télématique 1, ce qui, de toute évidence, irait à l'encontre de la nécessaire dissipation de la chaleur émise par ladite unité de contrôle télématique 1 et qui, d'autre part, pourrait même engendrer, en provoquant une surchauffe de composants électroniques de l'unité de contrôle télématique 1, une dégradation de certains de ses composants électroniques, comme par exemple une perte de données dans une mémoire non volatile, même lorsque le système n'est pas en fonctionnement. [0032] Le dispositif selon l'invention, représenté sur la figure 1, assure une fonction de diode thermique, en ce sens qu'il permet d'assurer un couplage entre le toit 2 et l'unité de contrôle télématique 1 qui soit tel que la chaleur ne peut circuler par conduction que dans un sens, c'est-à-dire dans le sens allant de l'unité de contrôle télématique 1 vers le toit 2. [0033] Autrement dit, grâce au dispositif de diode thermique selon l'invention, le toit 2 est utilisé comme radiateur de dissipation thermique lorsque ce dernier est plus froid que l'unité de contrôle télématique 1, et peut donc dissiper la chaleur émise par ladite unité de contrôle télématique 1. A l'inverse, grâce au dispositif de diode thermique selon l'invention, l'unité de contrôle télématique 1 est découplée thermiquement vis-à-vis du 6 toit 2 lorsque ledit toit 2 est plus chaud que l'unité de contrôle télématique 1, afin d'éviter tout transfert de chaleur par conduction du toit vers ladite unité de contrôle télématique 1. [0034] Le dispositif de diode thermique selon l'invention comprend des moyens de mesure 4 de la température du toit 2 ; ces moyens de mesure 4 sont par exemple un thermocouple relié au toit 2. De préférence, le dispositif de diode thermique présente des moyens pour accéder à la température de l'unité de contrôle télématique 1, soit par des moyens de mesure propres, soit par des moyens de communication recevant une information de température de l'unité de contrôle télématique 1 mesurée par des moyens tiers. [0035] En fonction de la température du toit 2, le dispositif de diode thermique selon l'invention assure le couplage ou le découplage thermique, de façon automatique, de l'unité de contrôle télématique 1 vis-à-vis du toit 2. [0036] Plus précisément, si la température du toit 2 est supérieure à une température de référence, le dispositif de diode thermique selon l'invention est configure pour découpler therrniquemcnt l'unité de contrôle télématique 1 vis-à-vis du toit 2. [0037] Si, au contraire, la température du toit 2 est inférieure à la température de référence, le dispositif de diode thermique selon l'invention est configuré pour coupler ther- miquement par conduction l'unité de contrôle télématique 1 vis-à-vis du toit 2. [0038] Autrement dit, le dispositif de diode thermique selon l'invention impose une faible résistance thermique entre le toit 2 et l'unité de contrôle télématique 1 lorsque la température du toit 2 est inférieure à la température de référence, et impose une résistance thermique élevée entre le toit 2 et l'unité de contrôle télématique 1 lorsque la température du toit 2 est supérieure à la température de référence. [0039] Par défaut, c'est-à-dire notamment si le dispositif de diode thermique selon l'invention est inactif, autrement dit n'est pas en fonctionnement ou n'est pas alimenté en énergie, ou si l'information de température du toit 2 n'est pas disponible, le dispositif de diode thermique selon l'invention peut être configuré pour découpler theriniquement l'unité de contrôle télématique 1 vis-à-vis du toit 2. [0040] Selon un mode de réalisation, la température de référence est la température de l'unité de contrôle télématique 1. De préférence, la température de référence est la température de l'unité de contrôle télématique 1 multipliée par un coefficient de pondération adapté pour tenir compte de la dissipation thermique propre du dispositif de diode thermique lorsque celui-ci est en fonctionnement pour découpler thermiquement l'unité de contrôle télématique 1 vis-à-vis du toit 2. Alternativement, la température de référence peut être une température seuil prédéfinie. [0041] Un exemple de dispositif de diode thermique, ainsi que son fonctionnement, vont maintenant être détaillés, en référence aux figures 1 et 2. 7 [0042] Le dispositif de diode thermique selon l'invention, tel que représenté sur les figures 1 et 2, est un dispositif actif comprenant un coussin thermique 34 (désigné « thermal pad » en anglais), à très faible résistance thermique, intégré à l'unité de contrôle télématique 1. [0043] Un ressort 32 est configuré pour éloigner le coussin thermique 34 en exerçant sur lui une force désignée force de répulsion. Le ressort 32 est par exemple en matériau thermiquement isolant. [0044] Un électro-aimant 31, disposé sur le toit 2, est configuré pour contrebalancer la détente du ressort 32 en exerçant sur le coussin thermique 34 et l'unité de contrôle télématique 1 une force d'attraction. [0045] Comme représenté sur la figure 1, lorsque l'électro-aimant 31 est actif, autrement dit sous tension, le coussin thermique 34 est attiré vers ledit électro-aimant 31, comprimant le ressort 32 jusqu'à établir une connexion physique directe avec le toit 2. Le coussin thermique 34, et donc l'unité de contrôle télématique 1, est alors en contact thermique avec le toit 2 et la résistance thermique globale entre ladite unité de contrôle télématique 1 et le toit 2 est faible car elle correspond à la seule résistance thermique du coussin thermique 34. Un transfert de chaleur efficace est donc possible entre l'unité de contrôle télématique 1 et le toit 2. [0046] Au contraire, comme représenté sur la figure 2, lorsque l'électro-aimant 31 est inactif, autrement dit éteint, ce dernier n'exerce aucune attraction sur le coussin thermique 34 et l'unité de contrôle télématique 1. Le ressort 32 est alors configuré pour éloigner le coussin thermique 34, et donc l'unité de contrôle télématique 1, du toit 2. [0047] Dès lors, la résistance thermique globale entre ladite unité de contrôle télématique 1 et le toit 2 est élevée car elle correspond à la résistance thermique de l'air qui sépare le coussin thermique 34, et donc l'unité de contrôle télématique 1, vis-à-vis du toit 2, puisqu'il n'y a pas de contact physique direct entre ledit coussin thermique 34 et ledit toit 2. [0048] Il n'y a donc pas ou peu de transfert de chaleur par conduction entre le toit 2 et l'unité de contrôle télématique 1. [0049] A cette fin, ledit coussin thermique 34 présente une souplesse mécanique adaptée pour que sous l'effet de la force de répulsion exercée par le ressort 32, et en l'absence de force d'attraction suffisante exercée par l'électro-aimant 31, le coussin thermique 34 se plie de sorte à se séparer du support de dissipation thermique 2 et pour que, à l'inverse, sous l'effet de la force d'attraction exercée par l'électro-aimant 31, qui présente une intensité supérieure à la force de répulsion exercée par le ressort 32, le coussin thermique 34 se déplie de sorte à venir en contact avec le support de dissipation thermique 2. [0050] Selon l'invention, l'activation ou la désactivation de l'électro-aimant 31 est réalisée 8 en fonction de la température du toit 2. Autrement dit, selon un mode de réalisation, le dispositif de diode thermique selon l'invention comprend un module de commande 33 qui reçoit une information de température du toit 2 issue d'un thermocouple 4. [0051] Cette information de température du toit 2 est transmise au module de commande 3 qui active ou désactive l'électro-aimant 31 en fonction de la différence de température entre l'unité de contrôle télématique 1 et le toit 2. [0052] Le module de commande 3 du dispositif de diode thermique selon l'invention est configure de sorte que : si la température du toit 2 est supérieure à une température de référence, l'électro-aimant 31 est inactif et le transfert de chaleur par conduction entre le toit 2 et l'unité de contrôle télématique 1 est minimisé ; si la température du toit 2 est inférieure à la température de référence, l'électro-aimant 31 est actif et il y a transfert de chaleur par conduction entre l'unité de contrôle télématique 1 et le toit 2. [0053] Autrement dit, lorsque la température du toit 2 est supérieure à la température de référence, le dispositif de diode thermique selon l'invention assure un découplage thermique entre l'unité de contrôlé télématique 1 et le toit 2. Lorsque la température du toit 2 est inférieure à la température de référence, le dispositif de diode thermique selon r invention assure un couplage thermique entre l'unité de contrôlé télématique 1 et le toit 2. [0054] Selon un mode de réalisation, lorsque le dispositif de diode thermique est inactif ou n'est pas sous tension, l'électro-aimant 31 est désactivé et le coussin thermique 34, et donc l'unité de contrôle télématique 1, n'est pas connectée thermiquement au toit 2. 9 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5] [Revendication 6]