Brevet FR3155170A1 — publié le 20250516

Ensemble comprenant : - une unité de stockage d’énergie électrique, - au moins un composant pour système de propulsion de véhicule, étant l’un parmi : un convertisseur de tension, un dispositif de chargeur embarqué, un onduleur/redresseur, une machine électrique tournante comprenant un rotor et un stator, et - une boucle de circulation (10) de liquide diélectrique caloporteur (30), ladite boucle comprenant : - une pompe de circulation (11) de liquide diélectrique caloporteur, - un dispositif d’échangeur de chaleur (18), le liquide diélectrique caloporteur (30) étant en contact avec l’unité de stockage d’énergie électrique et l’au moins un composant de manière à échanger des calories, la boucle de circulation (10) de liquide diélectrique caloporteur (30) comprenant au moins une enceinte étanche (12, 13, 14, 15, 17, 20) au moins partiellement remplie de liquide diélectrique caloporteur (30), cette enceinte comprenant : une entrée de liquide diélectrique (21), et une sortie de liquide diélectrique (22) et recevant au moins ladite unité de stockage d’énergie électrique. Figure d’abrégé : Fig. 1 Refroidissement par immersion pour véhicule à propulsion électrique ou hybride La présente invention se rapporte au domaine des systèmes de régulation thermique, plus particulièrement des systèmes de régulation thermiques de véhicules à propulsion électrique ou hybride. Ces systèmes permettent de réguler thermiquement différents éléments générant de la chaleur dans un véhicule à propulsion électrique ou hybride, comme par exemple une unité de stockage d’énergie électrique, un dispositif de chargeur embarqué, un onduleur/redresseur, une machine électrique tournante comprenant un rotor et un stator, … Des solutions de régulation thermique employant des liquides caloporteurs, tels que l’eau ou le glycol, sont couramment employées dans les véhicules. Pour augmenter la quantité de calories échangées entre le liquide et un composant ou une unité de stockage d’énergie électrique, il est possible d’immerger l’élément à réguler thermiquement dans un liquide diélectrique caloporteur. Cette solution permet de maximiser le coefficient d’échange thermique entre l’élément et le liquide et est communément appelée refroidissement par immersion. La solution de refroidissement par immersion est d’autant plus avantageuse de par le fait qu’elle permet de simplifier la conception des éléments recevant à la fois les éléments à réguler thermiquement et le liquide de refroidissement, en raison de l’absence de contraintes d’éloignement entre l’élément à refroidir et le liquide. Il est connu d’employer le refroidissement par immersion pour réguler thermiquement les unités de stockage d’énergie au sein des véhicules à propulsion électrique ou hybride. Il existe un besoin pour améliorer encore la régulation thermique de composants de véhicules à propulsion électrique ou hybride, en tirant partie des avantages du refroidissement par immersion. L’invention a pour but de répondre à ce besoin à l’aide d’un ensemble comprenant - une unité de stockage d’énergie électrique, - au moins un composant pour système de propulsion de véhicule, étant l’un parmi : un convertisseur de tension, un dispositif de chargeur embarqué, un onduleur/redresseur, une machine électrique tournante comprenant un rotor et un stator, et - une boucle de circulation de liquide diélectrique caloporteur, ladite boucle comprenant : - une pompe de circulation de liquide diélectrique caloporteur, - un dispositif d’échangeur de chaleur, le liquide diélectrique caloporteur étant en contact avec l’unité de stockage d’énergie électrique et l’au moins un composant de manière à échanger des calories, et la boucle de circulation de liquide diélectrique caloporteur comprenant au moins une enceinte étanche au moins partiellement remplie de liquide diélectrique caloporteur, cette enceinte comprenant : une entrée de liquide diélectrique, et une sortie de liquide diélectrique et recevant au moins ladite unité de stockage d’énergie électrique. Ainsi on réalise la régulation thermique d’au moins un composant du véhicule et de l’unité de stockage d’énergie électrique en les immergeant au moins partiellement dans le liquide diélectrique caloporteur. La solution présentée est avantageuse du fait qu’elle est réalisée dans une unique boucle de circulation, employant uniquement la régulation thermique par immersion. Avantageusement, la boucle de régulation thermique est dépourvue de ramification. Plus précisément, il n’existe aucun aiguillage permettant de répartir le liquide diélectrique caloporteur entre deux chemins parallèles dans la boucle. Il en résulte que les éléments de l’ensemble sont disposés en série au sein de la boucle de circulation, ce qui simplifie sont intégration avec un nombre réduit de composants. L’au moins un composant peut-être contenu dans la même enceinte que l’unité de stockage d’énergie électrique. Ce mode de réalisation permet d’affecter une même enceinte à deux éléments impliqués dans la propulsion électrique ou hybride d’un véhicule, ce qui permet de réduire le coût et l’encombrement pour réaliser la régulation thermique. En variante, l’au moins un composant est contenu dans une enceinte différente de celle recevant l’unité de stockage d’énergie électrique Dans tout ce qui précède, l’au moins une enceinte peut posséder dans des plans perpendiculaires à la direction d’écoulement du liquide diélectrique caloporteur une section de passage réduite au droit du composant. Cette section de passage réduite permet d’augmenter la vitesse de circulation du liquide diélectrique caloporteur au droit du composant par effet Venturi, et d’augmenter l’échange de calories entre le composant et le liquide diélectrique caloporteur. L’ensemble peut comprendre quatre composants étant un chargeur embarqué, un convertisseur de tension, un onduleur, et une machine électrique tournante de propulsion, ces quatre composants étant alors disposés en série dans la boucle de circulation. L’ensemble peut comprendre quatre composants étant un chargeur embarqué, un convertisseur de tension, un onduleur/redresseur, et une machine électrique tournante comprenant un rotor et un stator, ces quatre composants et l’unité de stockage d’énergie électrique étant disposés en série dans la boucle. Cela correspond à un mode de réalisation avantageux de l’invention, où ces quatre composants formant le groupe motopropulseur d’une voiture électrique sont entièrement inclus dans la boucle de régulation thermique dans l’ensemble tel que l’invention L’ensemble peut aussi comprendre un dispositif de chauffage du liquide diélectrique caloporteur, ce dispositif étant placé de manière à élever la température du liquide en entrée de l’enceinte comprenant l’unité de stockage électrique. Ce dispositif de chauffage permet de réchauffer le liquide diélectrique caloporteur pénétrant dans l’enceinte comprenant l’unité de stockage électrique, permettant de réduire les pertes de performances de cette dernière lors d’un démarrage à froid du véhicule comprenant l’ensemble selon la présente invention. Avantageusement le dispositif d’échangeur de chaleur est disposé de manière à refroidir le liquide diélectrique caloporteur en sortie de l’enceinte contenant l’unité de stockage d’énergie électrique. Ainsi, le dispositif d’échangeur de chaleur est disposé avantageusement au sein de la boucle de refroidissement dans le cas où le dispositif de chauffage est intégré à l’ensemble, car il peut refroidir le liquide réchauffé précédemment. L’au moins une enceinte peut être au moins partiellement en matière plastique, en céramique, en métal et/ou en plastique chargé par exemple en céramique ou en métal. L’unité de stockage d’énergie électrique peut être en contact direct avec le liquide diélectrique caloporteur. L’au moins un composant contenu dans l’au moins une enceinte peut être en contact direct avec le liquide diélectrique caloporteur. En variante, l’au moins un composant contenu dans l’au moins une enceinte peut ne pas être en contact direct avec le liquide diélectrique caloporteur, un moyen conducteur de chaleur pouvant séparer les deux, par exemple une plaque en métal. L’unité de stockage d’énergie électrique peut être une batterie de type lithium-ion. Cette batterie a par exemple une tension nominale de 12V, 48V, 60V ou plus, par exemple supérieure à 300V, par exemple de 400V, 800V ou 1000V. La machine électrique tournante est par exemple une machine synchrone, par exemple une machine synchrone triphasée ou une machine synchrone dont l’enroulement électrique de stator définit un double système triphasé. L’enroulement électrique de stator est par exemple formé par des fils ou par des barres conductrices reliées les unes les autres. Dans tout ce qui précède, le rotor peut être un rotor à griffes. Ce rotor comprend alors une première et une deuxième roues polaires imbriquées, la première roue polaire définissant une série de griffes de forme globalement trapézoïdale, chaque griffe s'étendant axialement en direction de la deuxième roue polaire, la deuxième roue polaire définissant une série de griffes de forme globalement trapézoïdale, chaque griffe s'étendant axialement en direction de la première roue polaire. Un aimant permanent peut être reçu entre deux griffes consécutives circonférentiellement parlant pour le rotor. En variante, le rotor peut être autre qu’un rotor à griffes, comprenant par exemple un paquet de tôles ou étant un rotor à cage. Dans tout ce qui précède, le rotor peut comprendre un nombre de paires de pôles quelconque, par exemple trois, quatre, six ou huit paires de pôles. La machine électrique tournante peut présenter une puissance électrique nominale de 4 kW, 8 kW, 15 kW, 25 kW ou plus. La machine électrique tournante peut encore comprendre une poulie ou tout autre moyen de liaison vers le reste du groupe motopropulseur du véhicule. La machine électrique est par exemple reliée, notamment via une courroie, au vilebrequin du moteur thermique du véhicule. En variante, la machine électrique est reliée à d’autres emplacement du groupe motopropulseur, par exemple à l’entrée de la boîte de vitesses du point de vue du couple transitant vers les roues du véhicule, en sortie de la boîte de vitesses du point de vue du couple transitant vers les roues du véhicule, au niveau de la boîte de vitesses du point de vue du couple transitant vers les roues du véhicule, ou encore sur l’essieu avant ou l’essieu arrière de ce groupe motopropulseur. La machine électrique tournante n’est pas nécessairement une machine synchrone, pouvant être une machine asynchrone. L’onduleur/redresseur et le convertisseur DC/DC peuvent mettre en œuvre des transistors à effet de champ, par exemple des transistors MOSFET ou des transistors en nitrure de galium (GaN), en carbure de silicium (SiC), ou en silicium. Dans tout ce qui précède, le liquide diélectrique caloporteur circulant de la boucle peut être une huile, possédant par exemple une viscosité cinématique comprise entre 8 et 70 centistokes à 40°C. L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d’exemples non limitatifs de mise en œuvre de celle-ci : - FIG. 1 représente un ensemble selon un exemple de réalisation de l’invention - FIG. 2 représente une vue en coupe d’une enceinte utilisée pour contenir un composant selon un mode de réalisation de l’invention L’ensemble 1 tel que représenté dans la FIG. 1 comprend une boucle de circulation de liquide diélectrique caloporteur 10. Dans l’exemple représenté dans la FIG. 1 , la boucle de circulation 10 de liquide caloporteur comprend : une pompe de circulation 11, une succession d’enceintes 12, 13, 14 ,15, contenant chacune un composant d’un groupe motopropulseur d’un véhicule électrique, un dispositif de chauffage de liquide diélectrique caloporteur 16, une enceinte 17 contenant une unité de stockage d’énergie diélectrique, et un dispositif d’échangeur de chaleur 18. La pompe 11 dans l’exemple représenté dans la FIG. 1 impose au liquide diélectrique caloporteur un sens de circulation de telle sorte à ce qu’il parcourt la boucle de circulation 10 depuis la pompe 11 puis successivement par les enceintes 12, 13, 14, 15, le dispositif de chauffage 16 et l’échangeur de chaleur 17. Dans l’exemple représenté dans la FIG. 1 , le liquide diélectrique caloporteur circulant de la boucle 10 est une huile, possédant comprise entre 8 et 70 centistokes à 40°C. Dans l’exemple représenté dans la FIG. 1 , les enceintes 12 à 15 contiennent chacune un composant pour un véhicule électrique ou hybride rechargeable. L’enceinte 12 contient un dispositif de chargeur embarqué, l’enceinte 13 contient un dispositif de convertisseur de tension DC/DC, l’enceinte 14 contient un dispositif d’onduleur/redresseur, l’enceinte 15 contient un moteur de propulsion électrique comprenant un rotor et un stator. Dans l’exemple représenté dans la FIG. 1 , après avoir traversé l’enceinte 15, le liquide diélectrique caloporteur est transmis à un dispositif de chauffage 16. Ce dispositif de chauffage 16 est disposé juste en amont selon le sens de circulation imposé par la pompe 11 de l’enceinte 17 dans la boucle de circulation 10. Dans cet exemple, un dispositif d’échangeur de chaleur 18 est disposé en aval selon le sens imposé par la pompe 11 de l’enceinte 17 dans la boucle de circulation. Le dispositif de chauffage 16 est configuré pour élever la température du liquide diélectrique caloporteur lors d’un démarrage à froid d’un véhicule à propulsion électrique ou hybride comprenant l’ensemble 1 tel que représenté dans la FIG. 1 . Le liquide réchauffé de cette manière pénètre dans l’enceinte 17 contenant l’unité de stockage d’énergie électrique. Ce liquide diélectrique caloporteur ainsi chauffé lors d’un démarrage à froid du véhicule permet de réduire les pertes de performances de l’unité de stockage d’énergie électrique dans de telles conditions. L’échangeur de chaleur 18 configuré pour refroidir le liquide diélectrique caloporteur circulant dans la boucle 10. L’échangeur de chaleur peut être par exemple un échangeur d’air couplé à un ventilateur, ou encore un échangeur d’air couplé à un condenseur, le condenseur pouvant être commun avec un système de régulation thermique d’habitacle d’un véhicule comprenant un ensemble 1 tel que représenté dans la FIG. 1 . Dans l’exemple représenté dans la FIG. 1 , l’échangeur de chaleur 18 est placé en aval selon le sens de circulation imposé par la pompe 11 de l’enceinte 17 contenant l’unité de stockage d’énergie électrique dans la boucle de circulation 10, de manière à pouvoir abaisser la température du liquide en sortie de l’enceinte 17 contenant l’unité de stockage d’énergie. Plus particulièrement dans cet exemple, ce placement de l’échangeur de chaleur 18 est avantageux lors d’un démarrage à froid, lorsque le dispositif de chauffage augmente la température du liquide diélectrique caloporteur en entrée de l’enceinte 17 contenant l’unité de stockage d’énergie électrique. L’échangeur de chaleur 18 est ainsi placé pour refroidir le liquide diélectrique caloporteur avant qu’il ne traverse d’autres enceintes dans la boucle de circulation 10. La FIG. 2 représente une vue en coupe d’un exemple d’enceinte 20, qui peut correspondre par exemple à une enceinte 12, 13, 14 ou 15 représentée dans la FIG. 1 . Les parois 23a, 23b de l’enceinte 20 représentée dans la FIG. 2 sont telles que l’enceinte 20 est étanche. Le liquide diélectrique caloporteur 30 ne rentre et sort de l’enceinte que par deux ouvertures 21 et 22. Dans l’exemple représenté dans la FIG. 2 , le sens circulation du liquide diélectrique caloporteur 30 fait que l’ouverture 21 correspond à l’entrée du liquide 30 dans l’enceinte 20, et l’ouverture 22 correspond à la sortie. Dans l’exemple représenté, le liquide diélectrique caloporteur 30 remplit l’enceinte autant que possible. Cette enceinte 20 telle que représentée dans la FIG. 2 contient un composant, comprenant une carte de circuit imprimé 24 portant deux éléments générateurs de chaleur 25a 25b. En exemple, le composant peut être un dispositif d’onduleur, et les éléments générateurs de chaleur 25a 25b peuvent être par exemple des modules de puissance, comprenant par exemple des transistors MOSFET, ou par exemple un processeur ou un circuit intégré configuré pour mettre en œuvre les fonctions de contrôle du composant. L’enceinte 20 représentée dans la FIG. 2 comprend des portions 27a 27b qui font saillie depuis la paroi supérieure 23a de l’enceinte 20. Ces portions 27a 27b font saillie radialement vers les éléments générateurs de chaleur 25a 25b respectivement. Dans l’exemple représenté dans la FIG. 2 , la première extrémité de ces portions 27a 27b est solidaire à la paroi supérieure 23a de l’enceinte 20 et la seconde extrémité est libre. Ainsi, il est formé des sections 26a 26b au droit du composant, plus particulièrement au droit des éléments générateurs de chaleur 25a 25b, où l’espace pour le passage du liquide diélectrique caloporteur 30 est réduit. Il en résulte qu’à débit constant, la vitesse de circulation du liquide diélectrique caloporteur 30 est supérieure dans ces sections 26a 26b que dans les sections de l’enceinte entre l’entrée de liquide diélectrique 27 et la section 26a, entre les sections 26a et 26b et entre la section 26b et la sortie de liquide diélectrique 28. Cette augmentation de la vitesse de circulation du liquide diélectrique caloporteur 30 dans l’enceinte 20 par effet Venturi permet d’augmenter l’efficacité de l’échange de calories entre le composant et le liquide diélectrique caloporteur 30. La régulation thermique du composant est ainsi améliorée. Les parois 23a 23b de l’enceinte 20 peuvent être au moins partiellement en matière plastique, en céramique et/ou en plastique chargé, par exemple en céramique ou en métal. L’invention n’est pas limitée aux exemples de mise en œuvre représentées dans les figures. Les éléments générateurs 25a 25b de chaleurs contenus dans les enceintes peuvent ne pas être en contact direct avec le liquide diélectrique caloporteur, un moyen conduisant la chaleur pouvant être disposé entre les deux, par exemple une plaque en métal. Ensemble comprenant : - une unité de stockage d’énergie électrique, - au moins un composant pour système de propulsion de véhicule, étant l’un parmi : un convertisseur de tension, un dispositif de chargeur embarqué, un onduleur/redresseur, une machine électrique tournante comprenant un rotor et un stator, et - une boucle de circulation (10) de liquide diélectrique caloporteur (30), ladite boucle comprenant : - une pompe de circulation (11) de liquide diélectrique caloporteur, - un dispositif d’échangeur de chaleur (18), le liquide diélectrique caloporteur (30) étant en contact avec l’unité de stockage d’énergie électrique et l’au moins un composant de manière à échanger des calories, la boucle de circulation (10) de liquide diélectrique caloporteur (30) comprenant au moins une enceinte étanche (12, 13, 14, 15, 17, 20) au moins partiellement remplie de liquide diélectrique caloporteur (30), cette enceinte comprenant : une entrée de liquide diélectrique (21), et une sortie de liquide diélectrique (22) et recevant au moins ladite unité de stockage d’énergie électrique. Ensemble selon la revendication précédente, le composant étant contenu dans la même enceinte (12, 13, 14, 15, 17, 20) que l’unité de stockage d’énergie électrique Ensemble selon la revendication 1, le composant étant contenu dans une enceinte (12, 13, 14, 15, 17, 20) différente de l’unité de stockage d’énergie électrique Ensemble selon l’une quelconque revendication 2 ou 3 dans lequel l’au moins une enceinte (12, 13, 14, 15, 17, 20) possède dans des plans perpendiculaires à la direction d’écoulement du liquide diélectrique caloporteur (30) une section de passage réduite (26a, 26b) au droit du composant. Ensemble selon l’une quelconque revendication 2 à 4, comprenant quatre composants étant un chargeur embarqué, un convertisseur de tension, un onduleur/redresseur, et une machine électrique tournante comprenant un rotor et un stator, ces quatre composants et l’unité de stockage d’énergie électrique étant disposés en série dans la boucle (10). Ensemble selon l’une quelconque revendication précédente, comprenant un dispositif de chauffage du liquide diélectrique caloporteur (16) disposé de manière à élever la température du liquide (30) en entrée de l’enceinte comprenant l’unité de stockage d’énergie électrique (17). Ensemble selon l’une quelconque revendication précédente, où le dispositif d’échangeur de chaleur (18) est disposé de manière à refroidir le liquide diélectrique caloporteur (30) en sortie de l’enceinte comprenant l’unité de stockage d’énergie électrique (17). Ensemble selon l’une quelconque revendication précédente, l’au moins une enceinte (12, 13, 14, 15, 17, 20) étant au moins partiellement en matière plastique, en céramique, en métal ou en plastique chargé par exemple en céramique ou en métal Ensemble selon l’une quelconque revendication précédente où le liquide diélectrique caloporteur (30) est une huile, possédant par exemple une viscosité cinématique comprise entre 8 et 70 centistokes à 40°C.