INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Par « liquide 12 caloporteur diélectrique », on entend un liquide destiné à rester sous forme liquide dans le boîtier 11 du convertisseur 1 d’énergie électrique afin d’échanger, par contact par immersion, la chaleur d’au moins une partie des composants du module 13 électronique de puissance. Typiquement, le liquide 12 caloporteur diélectrique peut circuler autour de tout ou partie des composants du module 13 électronique de puissance par remplissage au moins partiel du boîtier 11. Comme expliqué ci-dessus, le liquide 12 caloporteur diélectrique est prévu pour rester liquide dans la plage de températures considérée en fonctionnement normal comme, par exemple, entre 10°C et 150°C. Selon l’invention, le liquide 12 caloporteur est diélectrique, c'est-à-dire présente préférentiellement une résistivité électrique ρ au moins égale à 1∙10 9 ohms mètres (1 GΩ∙m) à une température de 300 kelvins (300 K) ou, inversement, une conductivité électrique σ au plus égale à 1∙10 - 9 siemens par mètre (1 nS∙m - 1 ) à une température de 300 kelvins (300 K), afin de ne pas perturber les connexions électriques entre notamment les composants du convertisseur 1 d’énergie électrique. Ce type de liquide 12 caloporteur diélectrique peut être semblable à ceux utilisés pour les transformateurs électriques de distribution d’électricité. Le liquide 12 caloporteur diélectrique ne sera donc pas davantage décrit dans la présente description car connu en soi. À titre d'exemple nullement limitatif, le liquide caloporteur diélectrique peut par exemple être un produit du type Novec® vendu par la société 3M®
Par « convertisseur 1 d’énergie électrique de forte puissance », on entend un convertisseur 1 d’énergie électrique capable de transformer des signaux électriques d’entrée et de sortie au moins égaux à 30 kilowatts.
L'invention s'applique à tout type de convertisseurs 1 d’énergie électrique pour une chaîne de traction au moins partiellement électrique telle que la micro-hybridation, l’hybridation légère, l’hybridation, l’hybridation rechargeable ou à moteur uniquement électrique, notamment ceux destinés à équiper des véhicules 2 de type tourisme, SUV (« Sport Utility Vehicles »), deux roues (notamment motos), avions, véhicules industriels choisis parmi camionnettes, « Poids - lourds » - c'est-à-dire métro, bus, engins de transport routier (camions, tracteurs, remorques), véhicules hors-la-route tels qu'engins agricoles ou de génie civil -, ou autres véhicules de transport ou de manutention.
Dans l’exemple illustré à la , le véhicule automobile 2 comporte un ensemble 3 électrique comprenant principalement au moins un convertisseur 1 d’énergie électrique, au moins un dispositif 5 d’échange thermique avec le convertisseur 1 d’énergie électrique, au moins une source 4 d’alimentation électrique et au moins une machine 6 électrique. La source 4 d’alimentation électrique est préférentiellement conçue pour fournir une tension continue, par exemple comprise entre 12 V et 800 V, tel que 48 V. La source 4 d’alimentation électrique comporte par exemple au moins une batterie rechargeable. La source 4 d’alimentation électrique ne sera pas d’avantage décrite ci-après car elle n’appartient pas au cœur de l’invention.
La machine 6 électrique tournante tel qu’un moteur électrique comporte préférentiellement au moins un élément tournant comportant plusieurs enroulements de phase (non représentés) destinées à présenter des tensions de phase respectives. Un exemple de machine 6 électrique est présenté ci-dessous en relation avec l’explication du deuxième mode de réalisation de l’invention. Dans l’exemple illustré à la , la machine 6 électrique est destinée à entraîner au moins une roue du véhicule automobile 2 pour déplacer ce dernier à la demande de l’utilisateur.
Le convertisseur 1 d’énergie électrique, tel que préférentiellement un onduleur, est connecté entre la source 4 d’alimentation électrique et la machine 6 électrique tournante pour effectuer une conversion entre la tension continue la source 4 d’alimentation électrique vers au moins une tension de phase de la machine 6 électrique tournante. Bien entendu, le convertisseur 1 d’énergie électrique n’est pas limité à un onduleur (convertisseur continu-alternatif) mais pourrait également être un hacheur (convertisseur continu-continu), un gradateur (convertisseur alternatif-alternatif), un redresseur (convertisseur alternatif-continu) sans sortir du cadre de l’invention.
Le convertisseur 1 d’énergie électrique peut comporter un boîtier 11 dans lequel est monté au moins un module 13 électronique de puissance comportant une ou plusieurs lignes électriques de phase destinées être respectivement connectées à une ou plusieurs phases de la machine 6 électrique tournante, pour fournir chaque tension de phase respective. Le convertisseur 1 d’énergie électrique peut également comprendre un bornier 8 destiné à être connecté à la source 4 d’alimentation. Le bornier 8 peut comprendre au moins deux bornes connectées électriquement respectivement aux lignes positive et négative.
Le module 13 électronique de puissance peut ainsi comporter de manière connue au moins un interrupteur commandable par exemple agencé pour former un bras de hachage. Chaque interrupteur commandable peut être un transistor, par exemple des transistors à effet de champ à structure métal-oxyde-semi-conducteur (connu des termes anglais « Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor » ou MOSFET). Le module 13 électronique de puissance peut comporter également au moins une capacité de filtrage de manière connue. La capacité de filtrage peut, par exemple, être formée par au moins un condensateur. Enfin, chaque composant électronique du module 13 électronique de puissance est fixé et connecté par exemple à l’aide d’au moins une plaque formant un circuit imprimé 14.
Avantageusement selon l'invention, le module 13 électronique de puissance est au moins partiellement immergé dans le boîtier 11 dans un liquide 12 caloporteur diélectrique afin d’absorber au moins une partie de la chaleur générée par le module 13 électronique de puissance. De manière préférée, le liquide 12 caloporteur diélectrique remplit entièrement l’intérieur du boîtier 11 du convertisseur 1 d’énergie électrique afin de capter et transférer la chaleur générée dans le convertisseur 1 d’énergie électrique à au moins une paroi dudit boîtier de manière plus efficace que si l’intérieur du boîtier 11 était rempli de gaz comme de l’air. En effet, d’une part, l’immersion est plus efficace pour les échanges thermiques car la surface spécifique d’échange est plus grande et, d’autre part, l’évacuation en dehors de chaque module 13 électronique de puissance est rapide ce qui permet des grandes efficacité et réactivité de régulation propres à garantir le transfert optimal d’énergie du convertisseur 1 d’énergie électrique qu’il soit bidirectionnel (ou non) et/ou de forte puissance électrique (ou non). De manière connexe, l’utilisation de l’immersion est également plus sûre contre la propagation du feu éventuel dans le convertisseur 1 d’énergie électrique.
Selon l'invention, le dispositif 5 d’échange thermique comporte une paroi 7A, 7B qui canalise un flux d’air afin d’améliorer l’évacuation de la chaleur présente dans le boîtier 11 du convertisseur 1 d’énergie électrique. Plus précisément, la paroi 7A, 7B qui canalise un flux d’air permet avantageusement selon l'invention d’extraire efficacement la chaleur captée par le liquide 12 caloporteur diélectrique en dehors du boîtier 11 du convertisseur 1 d’énergie électrique. On comprend immédiatement que la surface d’échange entre le liquide 12 caloporteur diélectrique et la paroi 7A, 7B qui canalise un flux d’air sera donc maximisée. De plus, cela permet au liquide 12 caloporteur diélectrique de pouvoir rester dans le boîtier 11, c'est-à-dire sans avoir à être nécessairement sorti du boîtier 11 du convertisseur 1 d’énergie électrique (ce qui évite de complexifier inutilement le convertisseur 1 d’énergie électrique), tout en autorisant avantageusement selon l'invention la performance souhaitée de refroidissement du convertisseur 1d’énergie électrique.
On comprend donc que l’ensemble convertisseur 1 d’énergie électrique - dispositif 5 d’échange thermique selon l'invention permet de maintenir les composants du convertisseur 1 d’énergie électrique tels que ceux du module 13 électronique de puissance, à leur température optimale afin de garantir un fonctionnement optimisé (maintien au meilleur rendement énergétique) et robuste (variations de température optimales pour une durée de vie plus longue) du convertisseur 1 d’énergie électrique.
Selon un premier mode de réalisation, la paroi 7A qui canalise le flux d’air peut être tout ou partie d’une paroi 11A à l’extérieur du boîtier 11 du convertisseur 1 d’énergie électrique comme illustré dans l’exemple des figures 2 à 4. On comprend donc que le transfert thermique est effectué directement par une paroi 11A du boîtier 11 du convertisseur 1 d’énergie électrique.
Selon une première variante du premier mode de réalisation, le flux d’air peut être obtenu par le déplacement du convertisseur 1 d’énergie électrique dans l’air ambiant, c'est-à-dire que la paroi 7A qui canalise un flux d’air reçoit ledit flux d’air par le déplacement par exemple du véhicule automobile 2 dans lequel est monté le convertisseur 1 d’énergie électrique. On comprend donc que la paroi 7A qui canalise un flux d’air est au moins en partie en communication fluidique avec l’air ambiant autour du convertisseur 1 d’énergie électrique.
Selon une deuxième variante du premier mode de réalisation (combinable ou non avec la première variante), le flux d’air peut être obtenu par un générateur 10 de flux de l’air ambiant tel qu’un ventilateur tangentiel, c'est-à-dire que ledit flux d’air est créé par l’aspiration de l’air ambiant autour du convertisseur 1 d’énergie électrique puis soufflé vers la paroi 7A qui canalise le flux d’air. On comprend donc même si le convertisseur 1 d’énergie électrique est statique (par exemple si le véhicule automobile 2 est immobile) qu’un flux d’air arrivera toujours sur la paroi 7A qui canalise le flux d’air.
Pour cela, un mode de réalisation prévoit un procédé de réalisation d’un dispositif électronique comprenant les étapes successives suivantes : a) former une structure comprenant un empilement de diode disposé sur un premier substrat et une couche sacrificielle en un matériau semiconducteur interposée entre le premier substrat et l’empilement de diode ; b) reporter la structure sur un deuxième substrat ; et c) retirer le premier substrat par électropolissage de la couche sacrificielle en appliquant une tension de polarisation à la couche sacrificielle par l’intermédiaire de l’empilement de diode.
Selon un mode de réalisation, à l’étape b), le report est effectué par collage moléculaire conducteur du côté d’une première face de l’empilement de diode opposée au premier substrat.
Selon un mode de réalisation, à l’étape c), la structure est plongée dans un électrolyte.
Selon un mode de réalisation, à l’étape c), la tension de polarisation est appliquée entre une première électrode connectée à une couche conductrice disposée sur le deuxième substrat et une deuxième électrode plongée dans l’électrolyte.
Selon un mode de réalisation, la couche conductrice revêt le deuxième substrat.
Selon un mode de réalisation, une couche isolante dans laquelle sont formés des éléments de reprise de contact est interposée entre le deuxième substrat et la couche conductrice.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre, postérieurement à l’étape c), une étape de gravure de l’empilement de diode de sorte à former une diode élémentaire à l’aplomb de chaque élément de reprise de contact.
Selon un mode de réalisation, à l’étape a), le premier substrat est une plaquette entière présentant une dimension latérale maximale strictement inférieure à celle du deuxième substrat.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre, entre les étapes b) et c), une étape de formation de vias creux s’étendant depuis une face du premier substrat opposée à l’empilement de diode jusqu’à l’empilement de diode et traversant la couche sacrificielle.
Selon un mode de réalisation, l’empilement de diode comprend : – une première couche dopée d’un premier type de conductivité revêtant la couche sacrificielle ; – une couche active revêtant la première couche ; et – une deuxième couche dopée d’un deuxième type de conductivité, opposé au premier type de conductivité, revêtant la couche active.
Selon un mode de réalisation, la couche sacrificielle est dopée du premier type de conductivité.
Selon un mode de réalisation, la première couche présente un niveau de dopage strictement inférieur, par exemple au moins dix fois inférieur, de préférence au moins mille fois inférieur, à celui de la couche sacrificielle.
Selon un mode de réalisation, la couche sacrificielle est en un matériau semiconducteur III-V.
Selon un mode de réalisation, la couche sacrificielle est en nitrure de gallium.
Selon un mode de réalisation, l’empilement de diode est un empilement de diode électroluminescente inorganique.
La montre des courbes de charge-décharge d'un matériau de cathode à double revêtement fourni par l'exemple 1 de la présente demande.
Il convient de comprendre que les termes « premier(e) », « second(e) » et similaires sont utilisés uniquement à des fins descriptives, et ne doivent pas être interprétés comme une indication ou une implication d'une importance relative ou une spécification implicite du nombre des caractéristiques techniques décrites.
Les solutions techniques de la présente demande sont décrites plus en détail ci-dessous en termes de modes de réalisation spécifiques. Il doit être clair pour l'homme du métier que les exemples sont simplement utilisés pour mieux comprendre la présente demande et ne doivent pas être considérés comme des limitations spécifiques de la présente demande.
Cet exemple fournit un matériau de cathode à double revêtement, et le matériau de cathode à double revêtement comprend un noyau de phosphate de lithium-manganèse-fer, et une couche de revêtement de bore et une couche de revêtement de carbone qui sont appliquées en revêtement séquentiellement sur la surface du noyau.
Pour le matériau de cathode à double revêtement, le noyau de phosphate de lithium-manganèse-fer présente une teneur massique de 96,9 %, la couche de revêtement de bore présente une fraction massique de 1,1 %, la couche de revêtement de carbone présente une fraction massique de 2 %, et la couche de revêtement de bore et la couche de revêtement de carbone présentent un rapport massique de 1,1:2.
Cet exemple fournit également un procédé de préparation du matériau de cathode à double revêtement, et le procédé de préparation comprend les étapes suivantes : (1) du phosphate de fer, du carbonate manganeux, de l'acide phosphorique, du carbonate de lithium, de l'oxyde de bore et un agent réducteur de glucose ont été mélangés selon un rapport molaire de 1,6:0,4:0,4:1:0,05:0,07, soumis à un broyage à billes dans un broyeur à billes à 600 tr/min pendant 2 h, puis mis en place dans un four à atmosphère avec de l'azote introduit dans celui-ci et soumis à une calcination primaire à une température de 600°C pendant 4 h, et refroidis pour obtenir du phosphate de lithium-manganèse-fer avec du bore appliqué en revêtement sur la surface, dans lequel l'oxyde de bore présentait une teneur massique de 1,1 % ; et (2) le phosphate de lithium-manganèse-fer avec du bore appliqué en revêtement sur la surface à l'étape (1) a été transféré dans un broyeur à billes, du glucose y a été rajouté, puis il a été soumis à un broyage billes à 500 tr/min pendant 2 h, puis mis en place dans un four à atmosphère avec de l'azote introduit dans celui-ci et soumis à une calcination secondaire à 800°C pendant 10 h, et refroidi pour obtenir le matériau de cathode à double revêtement, dans lequel le glucose présentait une teneur massique de 5 %.
La montre une image de SEM du matériau de cathode à double revêtement fourni par cet exemple. Comme il est possible de le voir sur l'image, le matériau de cathode de phosphate de lithium-manganèse-fer préparé dans cet exemple présente des particules complètes et une distribution granulométrique uniforme.
La montre des courbes de charge-décharge du matériau de cathode à double revêtement fourni par cet exemple. Comme il est possible de le voir sur la figure, la capacité en grammes du matériau de cathode de phosphate de lithium-manganèse-fer préparé dans cet exemple peut atteindre 156,3 mAh/g.
Pour le matériau de cathode à double revêtement, le noyau de phosphate de lithium-manganèse-fer présente une teneur massique de 98,3 %, la couche de revêtement de bore présente une fraction massique de 1,1 %, la couche de revêtement de carbone présente une fraction massique de 0,6 %, et la couche de revêtement de bore et la couche de revêtement de carbone présentent un rapport massique de 1,1:0,6.
Cet exemple fournit également un procédé de préparation du matériau de cathode à double revêtement, et le procédé de préparation comprend les étapes suivantes : (1) du phosphate de fer, du carbonate manganeux, de l'acide phosphorique, du carbonate de lithium, de l'oxyde de bore et un agent réducteur de glucose ont été mélangés selon un rapport molaire de 1,6:0,4:0,4:1:0,05:0,07, soumis à un broyage à billes dans un broyeur à billes à 600 tr/min pendant 2 h, puis mis en place dans un four à atmosphère avec de l'azote introduit dans celui-ci et soumis à une calcination primaire à une température de 600°C pendant 4 h, et refroidis pour obtenir du phosphate de lithium-manganèse-fer avec du bore appliqué en revêtement sur la surface, dans lequel l'oxyde de bore présentait une teneur massique de 1,1 % ; et (2) le phosphate de lithium-manganèse-fer avec du bore appliqué en revêtement sur la surface à l'étape (1) a été transféré dans un broyeur à billes, du glucose y a été rajouté, puis il a été soumis à un broyage billes à 600 tr/min pendant 2 h, puis placé dans un four à atmosphère avec de l'azote introduit dans celui-ci et soumis à une calcination secondaire à 800°C pendant 10 h, et refroidi pour obtenir le matériau de cathode à double revêtement, dans lequel le glucose présentait une teneur massique de 1,5 %.
Le pliage en direction du couvercle du connecteur électrique sur au moins un tronçon permet audit tronçon d’être plus proche du couvercle du canal et donc du liquide de refroidissement. En réduisant la distance entre le tronçon et le couvercle, le transfert thermique est encore amélioré.
Avantageusement encore, le connecteur électrique comporte une pluralité de portions de contact, un coussin thermique étant intercalé entre et en contact avec chacune des portions de contact et ledit couvercle.
La pluralité de portion de contact permet un refroidissement du connecteur électrique sur une pluralité de tronçons. Ainsi, le transfert thermique entre le connecteur électrique et le liquide de refroidissement est amélioré sur une pluralité d’endroits du connecteur électrique, en particulier sur l’ensemble du connecteur électrique. Le transfert thermique est donc réparti sur le connecteur électrique plutôt que sur une portion spécifique dudit connecteur.
Avantageusement encore, le coussin thermique comporte une couche de pâte thermique.
Avantageusement encore, la couche de pâte thermique présente une épaisseur comprise entre 50 et 500 micromètres.
Avantageusement encore, le coussin thermique comporte une couche de colle.
La composition du coussin thermique permet un meilleur transfert thermique entre le connecteur électrique et le liquide de refroidissement et donc un meilleur refroidissement de la portion de contact et donc du connecteur électrique.
Préférentiellement, le coussin thermique est intercalé entre et en contact avec une face de la première portion d’extrémité du connecteur électrique et le couvercle du canal.
Préférentiellement encore, le coussin thermique est intercalé entre et en contact avec une face de la seconde portion d’extrémité du connecteur électrique et le couvercle du canal.
La disposition du coussin thermique entre et en contact avec une face de la première portion d’extrémité du connecteur électrique et le couvercle du canal et/ou entre et en contact avec une face de la seconde portion d’extrémité du connecteur électrique et le couvercle du canal permet un transfert thermique entre le connecteur électrique et le liquide de refroidissement en sortie du module de puissance et en amont de la machine électrique. Le refroidissement du connecteur électrique permet alors un meilleur rendement du convertisseur de tension.
L’invention porte également sur un système électrique comprenant un convertisseur de tension tel que décrit précédemment et une machine électrique tournante pilotée par ledit convertisseur de tension.
La est une représentation schématique en perspective d’un convertisseur de tension selon l’invention, le convertisseur comportant un châssis et un couvercle ;
La est une représentation schématique du convertisseur de tension de la , sans le châssis et rendant visible une pluralité de connecteurs électrique ayant chacun au moins une portion de contact, une pluralité de coussins thermiques et un couvercle du canal du module de refroidissement, représenté ici par transparence ;
La est une représentation schématique du convertisseur de tension de la , mais sans le couvercle du canal du module de refroidissement ;
La est un agrandissement du convertisseur de tension de la , rendant particulièrement visible un coussin thermique intercalé entre une portion de contact et le couvercle ;
Les demi-cadres et le cadre sont globalement de forme rectangulaire. Au moins deux côtés sécants de cette forme comprennent un dégagement. On favorise ainsi la collecte des calories en autorisant une circulation du flux de fluide de refroidissement sur au moins deux côtés du cadre.
Selon une autre caractéristique de l’invention, au moins un des dégagements est un chanfrein formé à un angle du demi-cadre. Un chanfrein est la zone qui résulte d’un abattement d’une arête vide du demi-cadre.
Selon une autre caractéristique de l’invention, le dégagement est formé le long d’un premier demi-cadre et un autre dégagement est formé le long du deuxième demi-cadre, les deux dégagements délimitant au moins partiellement un canal lorsque les deux demi-cadres sont accolés l’un à l’autre.
Le couplage du premier demi-cadre et du deuxième demi-cadre est ainsi configuré pour former un canal dans lequel le fluide de refroidissement circule pour refroidir les cellules électrochimiques, un tel canal résultant de la combinaison d’au moins deux dégagements. Ces deux dégagements sont donc au moins en partie l’un en face de l’autre.
Le canal est tout évidement, conduit ou espace le long de la paroi qui peut être parcouru par un fluide de refroidissement, le fluide de refroidissement étant avantageusement de l’air.
Par cette configuration, le cadre de maintien formé par l’association de deux demi-cadres comprend un canal disposé sur au moins une branche latérale du cadre et un canal disposé sur une branche longitudinale de ce cadre. De cette façon, l’air peut circuler au plus près de la cellule électrochimique qui est disposée au contact du cadre de maintien et ainsi refroidir la cellule électrochimique, sur au moins deux côtés de celle-ci.
Par ailleurs, cette configuration permet de réduire l’espace à laisser entre la branche longitudinale du cadre de maintien et la paroi d’un boîtier constitutif du pack de batteries. Ce canal formé de ces deux dégagements contigus laisse circuler le fluide refroidissement ce qui permet de rapprocher la paroi du boîtier du cadre de maintien et, in fine , de réduire une dimension du pack de batteries, comparée à l’art antérieur. Un gain de place dans l’intégration du pack de batteries dans le véhicule est ainsi notable.
Selon une autre caractéristique de l’invention, au moins un dégagement comprend des ailettes de refroidissement.