Brevet FR3148348A1 — publié le 20241101

L’invention concerne un ensemble électronique pour véhicule automobile, comprenant un boîtier (B) avec au moins une canalisation (C) de liquide de refroidissement, et un couvercle (F) fermant le boîtier (B), définissant un espace de fuite contrôlée (E) vis-à-vis d’une paroi interne (PI) permettant de faire communiquer deux parties de la canalisation (C) séparées par la paroi interne (PI). L’ensemble permet de mettre en œuvre un refroidissement par contact contre le boîtier (B) à l’extérieur de ladite canalisation (C). L’invention concerne également un véhicule automobile et un procédé sur la base d’un tel ensemble. Figure de l’abrégé : Fig. 2 ENSEMBLE ELECTRONIQUE COMPRENANT UN BOÎTIER ET UN COUVERCLE AVEC UNE PARTIE NON-SOUDEE PERMETTANT DE METTRE EN ŒUVRE UNE FUITE CONTRÔLEE, ET PROCEDE SUR LA BASE D’UN TEL DISPOSITIF L'invention se rapporte au domaine des plaques de refroidissement de composants électroniques de puissance, en particulier pour des véhicules automobiles. Ces plaques de refroidissement comprennent un boîtier équipé d’au moins une canalisation, et un couvercle sensiblement plan recouvrant ladite canalisation, avec les composants électroniques apposés sur l’une ou l’autre face, ou les deux faces, à l’extérieur de la canalisation. Un liquide de refroidissement est introduit dans la canalisation puis en ressort de sorte à refroidir les composants. La plaque de refroidissement conduit la chaleur dissipée par l'électronique de puissance au liquide de refroidissement circulant à l'intérieur de la plaque froide (dans la canalisation). Les parois de la canalisation dans le boîtier entraînent le fluide le long d'un chemin donné déterminé pour desservir tous les emplacements des composants chauffants. Dans l’art antérieur, le boîtier et le couvercle sont soudés tout le long de la canalisation pour assurer l'étanchéité avec l'environnement externe au boîtier, et entre deux portions de la canalisation internes au boîtier. Cela est fait pour des raisons de sécurité, et pour préserver les performances de refroidissement. Les surfaces du boîtier et du couvercle à souder nécessitent un meulage. Par ailleurs, il a été proposé d’augmenter les circonvolutions de la canalisation dans la plaque, et d’ajouter des reliefs dans la canalisation pour améliorer le refroidissement. Malheureusement, cela complexifie la fabrication de la plaque à cause des soudages supplémentaires, et peut se traduire par une augmentation de plus de 50% de la longueur de soudage. Ainsi, un objectif de la présente invention est de remédier aux défauts de l’art antérieur, et notamment de proposer une solution d’amélioration du refroidissement par une plaque de refroidissement sans augmenter significativement les étapes et matériels de soudage requis. Pour atteindre cet objectif, l’invention propose un ensemble électronique pour véhicule automobile, comprenant au moins une plaque équipée de composants électroniques, et un boîtier apposé contre la plaque, le boîtier comprenant au moins une canalisation de liquide de refroidissement, le boîtier définissant un volume interne à l’intérieur du boîtier, séparé d’un volume externe à l’extérieur du boîtier, le boîtier comprenant une paroi externe faisant une séparation entre ladite canalisation et le volume externe, et une paroi interne faisant une séparation entre deux parties de ladite canalisation dans le volume interne, le boîtier comprenant en outre un couvercle recouvrant la paroi externe, la paroi interne et ladite canalisation de sorte à mettre en œuvre un refroidissement par contact contre le boîtier à l’extérieur de ladite canalisation, le couvercle étant soudé à la paroi externe, caractérisé en ce que le couvercle et la paroi interne définissent entre eux un espace de fuite contrôlée permettant de faire communiquer deux parties de la canalisation séparées par la paroi interne. En particulier, les parois internes entre deux portions du canal, ne sont plus soudées comme dans l’art antérieur. De préférence, le boîtier comprend un bâti externe à ladite canalisation, et le couvercle et le bâti permettent de mettre en œuvre le refroidissement par contact avec le couvercle et/ou le bâti. Avantageusement, l’invention permet d’avoir une maîtrise des tolérances de distance entre le boîtier et le couvercle, et de limiter les fuites, et les utiliser de manière contrôlée. De préférence, les parois périphériques sont encore soudées pour assurer la sécurité électrique. Par ailleurs, le meulage dans les zones non soudées devient facultatif. Selon une variante, le couvercle comprend un premier relief de blocage, et la paroi interne comprend un deuxième relief de blocage coopérant avec le premier relief de blocage par coopération de forme, et le premier et le deuxième reliefs de blocage définissent entre eux l’espace de fuite contrôlée. Cela permet de combiner les fuites contrôlées à un blocage du couvercle vis-à-vis du boîtier. Selon une variante, le boîtier comprend en outre un ou plusieurs points de soudage entre le couvercle et la paroi interne. En particulier, il s’agit de soudages ponctuels en nombres restreints. Cela permet de renforcer la cohésion entre le couvercle et la paroi interne tout en prévoyant l’espace de fuite contrôlée. Selon une variante, l’espace de fuite contrôlée mesure entre 0,05 et 0,15 mm, de préférence 0,1 mm ; et/ou entre 0,15 et 0,25 mm, de préférence 0,2 mm. Cela permet d’avoir une configuration pleinement adaptée au refroidissement optimal de composants d’électronique de puissance. Selon une variante, ladite canalisation comprend au moins deux branches dans le boîtier. Cela permet de cibler le parcours du liquide de refroidissement sur les zones à refroidir et augmenter la vitesse débitante, pour améliorer le refroidissement. Selon une variante, ladite canalisation comprend des picots ou des ailettes formant projection à l’intérieur de la canalisation. Cela permet de générer des frictions avec l’écoulement du liquide de refroidissement, pour améliorer le refroidissement. Selon une variante, la section de ladite canalisation est configurée pour mettre en œuvre un effet venturi qui change la pression statique du liquide de refroidissement. En particulier, la section augmente d’un amont de la canalisation vers un aval de la canalisation à cet effet. L’invention porte en outre sur un véhicule automobile comprenant un ensemble électronique selon l’invention. Un autre objet de l’invention concerne un procédé de fabrication d’un ensemble électronique selon l’invention, comprenant les étapes suivantes : - mettre en place le couvercle sur le boîtier de sorte à recouvrir la paroi externe, la paroi interne et ladite canalisation ; - disposer le couvercle relativement à la paroi interne de sorte que le couvercle et la paroi interne définissent entre eux un espace de fuite contrôlée permettant de faire communiquer deux parties de la canalisation séparées par la paroi interne, - souder le couvercle à la paroi externe, - mettre en place la plaque de composants électroniques contre le boîtier de l’ensemble électronique ; - faire circuler un liquide de refroidissement dans ladite canalisation. L’invention concerne également un procédé de refroidissement de composants électroniques au moyen d’un ensemble électronique selon l’invention, le procédé de refroidissement comprenant les étapes suivantes : - mettre en place des composants électroniques contre le boîtier de l’ensemble électronique ; - faire circuler un liquide de refroidissement dans ladite canalisation. L'invention sera davantage détaillée par la description non limitative de variantes, et sur la base des figures annexées, dans lesquelles : - illustre schématiquement une vue de dessus d’un boîtier de l’ensemble selon une variante préférée de l’invention, sans son couvercle ; - illustre schématiquement une vue de côté en élévation d’une partie du boîtier de la , équipé de son couvercle ; - illustre schématiquement une vue similaire à celle de la , pour une variante d’ensemble électronique comportant des reliefs de blocage ; et - illustre schématiquement une vue rapprochée d’un espace de fuite contrôlée avec des détails de différences de pression autour dudit espace. L’invention concerne une plaque de refroidissement en particulier pour un circuit imprimé comportant des composants d’électronique de puissance, pour un véhicule automobile. La plaque de refroidissement comprend un boîtier B et un couvercle F fermant le boîtier B. Le boîtier B est de préférence de forme parallélépipédique ouvert sur une face, et comprend au moins une canalisation C de liquide de refroidissement. Le boîtier B comprend une paroi externe PE vis-à-vis de l’extérieur, et une paroi interne PI entre deux parties de la canalisation C. Le couvercle F est soudé à la paroi externe PE au moyen des cordons de soudage S illustrés en . En référence à la , le couvercle F peut comprendre un premier relief de blocage B1 formant projection vers le boîtier B, et la paroi interne peut comprendre un deuxième relief de blocage B2 formant rainure, coopérant avec le premier relief de blocage B1 par coopération de forme pour bloquer le couvercle F vis-à-vis du boîtier B, en particulier vers la gauche et la droite de la . Lorsque la hauteur du parcours de la fuite en est de l’ordre de sa largeur, cela permet de rallonger la longueur de fuite ce qui diminue son débit. Selon l’invention, le couvercle F et la paroi interne PI définissent entre eux un espace de fuite contrôlée E permettant de faire communiquer deux parties de la canalisation C séparées par la paroi interne PI. L'invention fournit une solution à haut rendement pour le refroidissement de l'électronique de puissance, sans nécessiter des montages complexes pour assurer une bonne efficacité. Si une partie de la fuite est trop élevée, plusieurs options peuvent la réduire : - réduire les tolérances géométriques entre le boîtier B et le couvercle F en meulant les surfaces, par exemple ; - ajouter des points de soudure sur certaines parois internes pour unifier LE couvercle F et le boîtier B ; - utiliser un montage de blocage des parois internes PI (reliefs B1, B2 en ) pour augmenter la longueur du chemin de fuite afin d'augmenter la friction dans la fuite. De préférence, une hauteur de fuite minimale peut être définie pour refroidir les composants placés au-dessus de la fuite. Si c'est le cas, comme les fuites réduisent la chute de pression, la vitesse d'écoulement peut être augmentée (en réduisant la section transversale de la canalisation C) pour préserver les performances de refroidissement. Les parois périphériques sont encore soudées (cordons S) pour assurer la sécurité électrique. La fuite contrôlée permet de refroidir les composants disposés au-dessus de l’espace de fuite contrôlée. Par exemple, l’espace E est de 0,1 mm au-dessus des parois internes PI simples, telles que celle de la (dans ce cas la température est maintenue, et la perte de charge baisse de 7,6%) ; ou de 0,2 mm au-dessus de parois internes PI avec relief de blocage (dans ce cas la température est maintenue, et la perte de charge baisse de 32%). De préférence, les parois internes parallèles au flux de la canalisation C, ne sont pas soudées. Dans une variante préférée illustrée en , la section A1, A2, A3 de la canalisation C est progressivement augmentée entre deux portions de la canalisation C séparées par une paroi interne PI non soudée pour augmenter la pression statique (effet Venturi). L'augmentation de section de la canalisation C est dimensionnée de sorte que tout le long de la paroi interne PI non soudée, les pressions statiques ΔP en amont et en aval du trajet de fuite sont égales. C'est-à-dire que la chute de pression dans la canalisation principale est compensée et la pression statique est constante sur le trajet de la fuite. La conséquence de cet équilibre de pressions est qu'il n'y a pas de réelle fuite : les pressions d'action et de réaction respectivement des première et deuxième portions de la canalisation C sont égales. Selon d’autres aspects de cette variante préférée : - l’augmentation progressive et contrôlée de la section de la canalisation C dépendent des pertes locales de la canalisation principale ; - la différence de pression entre deux portions successives est presque inexistante. Les fuites sont quasiment inexistantes. L'impact des fuites sur les performances de refroidissement est fortement réduit : en particulier, on peut doubler la section de la canalisation C pour réduire la vitesse d'écoulement de 2 m/s à 1 m/s, et cela permet de compenser une chute de pression de 15 mbar. En conséquence, le fluide va en décélérant. Les éléments électroniques à la plus forte densité de puissance dissipée sont alors placés de manière préférentielle en vis-à-vis du fluide le plus rapide, et les éléments électroniques moins contraignants en vis-à-vis du fluide le moins rapide. L’invention concerne en outre un véhicule automobile comprenant une plaque de refroidissement telle que décrite précédemment, et le procédé de fabrication et de refroidissement correspondants. Par ailleurs, l’invention concerne un procédé de fabrication et un procédé de refroidissement correspondants. Ensemble électronique pour véhicule automobile, comprenant au moins une plaque équipée de composants électroniques et un boîtier (B) apposé contre la plaque, le boîtier comprenant au moins une canalisation (C) de liquide de refroidissement, le boîtier (B) définissant un volume interne à l’intérieur du boîtier (B), séparé d’un volume externe à l’extérieur du boîtier (B), le boîtier (B) comprenant une paroi externe (PE) faisant une séparation entre ladite canalisation (C) et le volume externe, et une paroi interne (PI) faisant une séparation entre deux parties de ladite canalisation (C) dans le volume interne, le boîtier (B) comprenant en outre un couvercle (F) recouvrant la paroi externe (PE), la paroi interne (PI) et ladite canalisation (C) de sorte à mettre en œuvre un refroidissement par contact contre le boîtier (B) à l’extérieur de ladite canalisation (C), le couvercle (F) étant soudé à la paroi externe (PE), caractérisé en ce que le couvercle (F) et la paroi interne (PI) définissent entre eux un espace de fuite contrôlée (E) permettant de faire communiquer deux parties de la canalisation (C) séparées par la paroi interne (PI). Ensemble électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le couvercle comprend un premier relief de blocage (B1), et la paroi interne comprend un deuxième relief de blocage (B2) coopérant avec le premier relief de blocage (B1) par coopération de forme, caractérisé en ce que le premier et le deuxième reliefs de blocage (B1, B2) définissent entre eux l’espace de fuite contrôlée (E). Ensemble électronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que le boîtier (B) comprend en outre un ou plusieurs points de soudage entre le couvercle (F) et la paroi interne (PI). Ensemble électronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l’espace de fuite contrôlée (E) mesure entre 0,05 et 0,15 mm, de préférence 0,1 mm ; et/ou entre 0,15 et 0,25 mm, de préférence 0,2 mm. Ensemble électronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite canalisation (C) comprend au moins deux branches dans le boîtier (B). Ensemble électronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite canalisation (C) comprend des picots (P) ou des ailettes formant projection à l’intérieur de la canalisation (C). Ensemble électronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la section de ladite canalisation (C) est configurée pour mettre en œuvre un effet venturi qui change la pression statique du liquide de refroidissement. Véhicule automobile comprenant un ensemble électronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7. Procédé de fabrication d’un ensemble électronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant les étapes suivantes : - mettre en place le couvercle (F) sur le boîtier (B) de sorte à recouvrir la paroi externe (PE), la paroi interne (PI) et ladite canalisation (C) ; - disposer le couvercle (F) relativement à la paroi interne (PI) de sorte que le couvercle (F) et la paroi interne (PI) définissent entre eux un espace de fuite contrôlée (E) permettant de faire communiquer deux parties de la canalisation (C) séparées par la paroi interne (PI), - souder le couvercle (C) à la paroi externe (PE), - mettre en place la plaque de composants électroniques contre le boîter (B) de l’ensemble électronique ; - faire circuler un liquide de refroidissement dans ladite canalisation (C).