Brevet FR3102604A1 — publié le 20210430

Câble électrique à dissipation passive thermique améliorée L’invention concerne un câble, pour véhicule, comprenant un conducteur électrique (11) et une couche isolante (12) entourant le conducteur électrique, caractérisé en ce que le conducteur électrique présentant une section creuse comprend un cœur en son centre en contact avec la surface interne de ce conducteur électrique, le câble présentant une section supérieure à celui d’un câble dit de référence ayant un conducteur électrique de référence plein ayant une section pleine dite de référence identique à la section du conducteur électrique de section creuse. Figure pour l’abrégé : Fig. 2a Câble électrique à dissipation passive thermique améliorée DOMAINE TECHNIQUE GENERAL L’invention concerne le domaine des câbles pour véhicule utilisés pour le câblage interne des véhicules par exemple pour la charge des véhicules hybrides ou électriques. Les véhicules utilisent un grand nombre de câbles pour le câblage de plusieurs équipements électriques. Par exemple les câbles pour la charge des véhicules hybrides ou électriques, les câbles pour le confort thermique dans l’habitacle ou encore les câbles pour l’entrainement de moteur électrique. Comme illustré sur la figure 1a ou la figure 1b ou figure 1c , de tels câbles sont habituellement constitués d’un conducteur électrique 1 entouré d’une couche isolante 2. En outre, les câbles présentent des sections qui peuvent présenter plusieurs formes outre circulaire, rectangulaire ou oblongue ou ovoïde comme illustré sur ces figures 1a 1b et 1c. Également, les câbles peuvent être entourés d’une tresse métallique ou hybride et d’une couche isolante. Ces structures de câble sont particulièrement utilisées dans le cas où l’on veut éviter toute perturbation électromagnétique. Lorsque ces câbles supportent un fort courant électrique, on observe un échauffement important du câble. Un tel échauffement est problématique car il peut endommager le câble lui-même (en particulier la couche isolante), les connecteurs ou encore les équipements. Pour limiter l’échauffement du câble on peut mettre en œuvre une solution de dissipation thermique passive qui est une dissipation thermique par convection naturelle et par rayonnement thermique vers le milieu extérieur du câble. L’augmentation de la surface d’échange extérieure du câble induite par l’augmentation de l’épaisseur de la couche isolante permet une amélioration de la dissipation thermique du câble. Or l’augmentation de l’épaisseur de la couche isolante génère une résistance thermique de conduction supplémentaire qui s’oppose au refroidissement du câble. Aussi cela augmente le poids et le coût du câble et rend difficile la manipulation pour le câblage des équipements. Également on peut augmenter la section du conducteur électrique. Or cela n’est pas souhaitable car cela augmente également le coût, le poids et nuit à la manipulation du câble. L’invention propose de pallier au moins un de ces inconvénients. A cet effet, l’invention propose, selon un premier aspect, un câble, pour véhicule, comprenant un conducteur électrique et une couche isolante entourant le conducteur électrique, caractérisé en ce que le conducteur électrique présentant une section creuse comprend un cœur en son centre en contact avec la surface interne de ce conducteur électrique, le câble présentant une section supérieure à celui d’un câble dit de référence ayant un conducteur électrique de référence plein ayant une section pleine dite de référence identique à la section du conducteur électrique de section creuse. L’invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible : - le cœur est adapté pour permettre un contact entre le conducteur électrique et la couche isolante ; - le conducteur électrique présente une section circulaire ou rectangulaire ou oblongue ou ovoïde. - le cœur est constitué d’un matériau de préférence expansé, isolant électriquement ou conducteur électriquement ou de mélange de ces matériaux. - le cœur présente une forme choisie parmi le groupe suivant : en forme de tube, en forme de jonc, en forme de ressort. - le cœur est de l’air et le conducteur électrique est constitué par une conduite ou un tube rigide conductrice électriquement. Selon un deuxième aspect, l’invention propose un dispositif d’alimentation électrique pour véhicule comprenant un câble selon le premier aspect de l’invention et comprenant un connecteur électrique à chacune de ses extrémités. Le dispositif d’alimentation électrique est avantageusement destiné à être connecté à au moins deux équipements électriques. Le dispositif d’alimentation électrique est avantageusement destiné à être connecté aux bornes d’une batterie d’un véhicule hybride ou électrique d’une part et au connecteur d’autre part. Également, et de manière complémentaire, le câble selon l’invention peut être entouré d’une tresse métallique ou hybride et d’une couche isolante. Ces structures de câble sont particulièrement utilisées dans le cas où l’on veut éviter toute perturbation électromagnétique. Ainsi, avec l’invention on obtient un câble dont la dissipation thermique passive est améliorée puisque la surface d’échange externe du câble est augmentée par rapport à un câble de référence. En effet, l’augmentation de la surface d’échange externe du câble est obtenue en augmentant le diamètre de la couche isolante et en ayant un conducteur électrique creux. En effet, la surface utile d’échange thermique par convection naturelle est augmentée sans nécessiter d’augmenter l’épaisseur de la couche isolante et donc de la résistance thermique de conduction. D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels, outre les figures 1a, b et c déjà discutées : Les figures 2 à 8 illustrent un câble selon différents modes de réalisation de l’invention. La figure 9 illustre un dispositif d’alimentation électrique selon l’invention. La figure 10 illustre une utilisation préférée d’un câble selon l’invention. Sur l’ensemble des figures les éléments similaires portent des références identiques. La figure 2a illustre un câble 10a pour véhicule selon un premier mode de réalisation de l’invention qui comprend un conducteur électrique 11 et une couche isolante 12 entourant le conducteur électrique 11. Le conducteur électrique 11 présente une section creuse et présente donc en son centre un cœur 13 en contact avec la surface interne 110 du conducteur électrique 11. Le câble présente avantageusement une section supérieure à celle d’un câble dit de référence ayant un conducteur électrique de référence plein c’est-à-dire ayant une section pleine dite de référence identique à la section du conducteur électrique 11 de section creuse. Le câble de référence est illustré sur la figure 1a. Le câble 10a de la figure 2a présente une section circulaire. Le diamètre du câble 10a selon ce premier mode de réalisation est donc supérieur au diamètre du câble de référence de la figure 1a. Bien entendu, d’autres formes peuvent être envisagées. La figure 2b illustre une variante à ce premier mode de réalisation et illustre un câble 10’a présentant une section rectangulaire à comparer avec le câble de référence à section rectangulaire de la figure 1b. La figure 2c illustre une variante à ce premier mode de réalisation et illustre un câble 10’’a présentant une section oblongue à comparer avec le câble de référence à section oblongue de la figure 1c. Ainsi, on obtient un câble dont la dissipation thermique passive est améliorée puisque la surface d’échange externe du câble est augmentée par rapport à un câble de référence. Comme on l’aura compris, l’augmentation de la surface d’échange externe du câble est obtenue en augmentant le diamètre de la couche isolante et en ayant un conducteur électrique creux. En effet, la surface utile d’échange thermique par convection naturelle est augmentée sans nécessiter d’augmenter l’épaisseur de la couche isolante et donc de la résistance thermique de conduction. Par rapport à un câble de référence, la section est augmentée mais en conservant la même quantité de conducteur électrique. Ceci est avantageux dans la mesure où le cout et le poids relatif au conducteur électrique ne sont pas augmentés. Afin d’assurer la dissipation thermique optimale, le cœur 13 peut être rempli de différentes manières de façon à ce que le conducteur électrique 11 soit maintenu en contact avec la couche isolante 12. On illustre dans ce qui suit des modes de réalisation particuliers dans le cas d’un câble à section circulaire. Bien entendu, chacun de ces modes de réalisation sont évidemment transposables à des câbles de section rectangulaire ou oblongue ou ovoïde. Selon un deuxième mode de réalisation illustré sur la figure 3 , le câble 10b présente un cœur 13b est rempli d’un matériau expansé, isolant électriquement ou conducteur électriquement ou un mélange de ces matériaux. Le fait d’avoir un cœur conducteur électriquement totalement ou partiellement contribue au transport du courant électrique du câble. En outre, dans le cas d’un matériau expansé conducteur électriquement (ex. Polymère chargé en noir de carbone) cela permet de réduire l’effet joule. Dans le cas d’un matériau conducteur (ex. aluminium) cela permet de réduire le poids tout en augmentant le courant. Selon un troisième mode de réalisation illustré sur la figure 4 , le câble 10c présente un cœur 13c est en matériau non expansé de préférence souple. Le matériau non expansé peut être du polymère chargé en noir de carbone. Selon un quatrième mode de réalisation illustré sur la figure 5 , le câble 10d présente un cœur 13d est en forme de jonc de préférence en étoile. Selon un cinquième mode de réalisation illustré sur la figure 6 , le câble 10e présente un cœur 13e sous la forme d’une conduite creuse en matériau souple. Selon un sixième mode de réalisation illustré sur la figure 7 , le câble 10f présente un cœur 13f est en forme de ressort. Le câble selon les premier, deuxième, troisième, quatrième, cinquième et sixième mode de réalisation présente l’avantage d’être souples et flexibles (notamment pour ce qui est du cinquième mode de réalisation). Selon un septième mode de réalisation, illustré sur la figure 8 , le câble 10g présente un cœur 13g constitué d’air et le conducteur électrique 11 d’une conduite rigide. Ce septième mode de réalisation présente l’avantage d’avoir un conducteur électrique autoporteur. En revanche, et comme on l’aura compris, le câble selon ce septième mode de réalisation est utilisé dans des environnements où il est possible de préformer les câbles en vue de leur installation On précise ici que dans les modes de réalisation illustrés sur les figures 1 à 7, les conducteurs électriques sont constitués d’un assemblage de torons de brins de cuivre ce qui procure au câble un caractère souple. A l’inverse, comme illustré en figure 8, un tube ou une conduite de cuivre sont une pièce de cuivre et sont donc rigides. La figure 9 illustre un dispositif comprenant un câble selon l’un des modes de réalisation précédents et comprenant à ses deux extrémités un connecteur électrique 14, 15. Les connecteurs électriques 14, 15 englobent le conducteur électrique 11 ce dernier étant inséré dans les connecteurs. Au niveau des connecteurs électriques, le conducteur électrique est rassemblé de façon à permettre son insertion dans le connecteur. La couche isolante 12 est disposée au-dessus de l’élément conducteur 11 et ne recouvre pas entièrement la longueur de l’élément conducteur 11 afin de garantir le contact électrique entre le conducteur électrique et les connecteurs. Ce dispositif de la figure 9 assure l’alimentation électrique entre deux équipements. Le câble ci-dessus décrit est avantageusement utilisé pour la charge rapide d’un véhicule hybride ou électrique. Il est en particulier utilisé à l’intérieur du véhicule au sein d’un dispositif de charge interne. Comme illustré sur la figure 10 , pour recharger un véhicule électrique V, la batterie 100 électrique du véhicule est raccordée au réseau électrique 20 par un ensemble de charge comprenant deux câbles 31, 32, 31’, 32’ et un connecteur 50. Le connecteur 50 permet de connecter ou déconnecter la recharge électrique du véhicule. La charge du véhicule s’effectue au moyen soit d’un courant alternatif soit d’un courant continu, les véhicules étant équipés pour être chargés selon l’un ou l’autre des types de courant. A l’intérieur du véhicule, deux câbles 31, 32 sont raccordés d’une part aux bornes de la batterie 10 du véhicule (un câble 31 pour la borne positive de la batterie et un câble 32 pour la borne négative de la batterie) et d’autre part au connecteur 50. La partie entre le connecteur 50 et la batterie se trouve donc à l’intérieur du véhicule 1. A l’extérieur du véhicule, deux câbles 31’, 32’ sont raccordés d’une part au connecteur 50 et d’autre part au réseau électrique 20. La partie entre le connecteur 50 et le réseau électrique 20 se trouve donc à l’extérieur du véhicule V. Pour la partie extérieure, les deux câbles 31’, 32’ sont de préférence agencés au sein d’une même enveloppe pour former un câble d’alimentation 40. La partie extérieure et la partie intérieure constituent un ensemble de charge, la partie intérieure constitue un dispositif de charge interne. L’utilisation du câble selon l’invention permet de diminuer le temps de charge du véhicule. En effet, pour diminuer le temps de charge, il est nécessaire d’augmenter le courant ce qui induit un échauffement excessif. Ainsi, en utilisant un câble de référence, comme décrit en introduction, l’échauffement serait trop important. De plus, le câble de l’invention peut se connecter à un connecteur 50 standard. Câble, pour véhicule, comprenant un conducteur électrique (11) et une couche isolante (12) entourant le conducteur électrique, caractérisé en ce que le conducteur électrique présentant une section creuse comprend un cœur en son centre en contact avec la surface interne de ce conducteur électrique, le câble présentant une section supérieure à celui d’un câble dit de référence ayant un conducteur électrique de référence plein ayant une section pleine dite de référence identique à la section du conducteur électrique de section creuse. Câble selon la revendication 1, dans lequel le cœur (13) est adapté pour permettre un contact entre le conducteur électrique (11) et la couche isolante (12). Câble selon l’une des revendications 1 à 2, dans lequel le conducteur électrique présente une section circulaire ou rectangulaire ou oblongue ou ovoïde. Câble selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel le cœur (13b, 13c) est constitué d’un matériau de préférence expansé, isolant électriquement ou conducteur électriquement ou de mélange de ces matériaux. Câble selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le cœur (13d, 13e, 13f) présente une forme choisie parmi le groupe suivant : en forme de tube, en forme de jonc, en forme de ressort. Câble selon la revendication 1, dans lequel le cœur (13g) est de l’air et le conducteur électrique est constitué par une conduite ou un tube rigide conducteur électriquement. Dispositif d’alimentation électrique pour véhicule comprenant un câble selon l’une des revendications précédentes et comprenant un connecteur électrique (14, 15) à chacune de ses extrémités. Dispositif d’alimentation électrique selon la revendication 7, destiné à être connecté à au moins deux équipements électriques. Dispositif d’alimentation électrique selon l’une des revendications 7 et 8, destiné à être connecté aux bornes d’une batterie (100) d’un véhicule (V) hybride ou électrique d’une part et au connecteur (50) d’autre part.