INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
On décrit maintenant la manière dont sont remplacées au moins une batterie d’origine (en l’occurrence plusieurs) par au moins une batterie principale 5 (en l’occurrence plusieurs), dans une armoire 2 existante qui est déjà connectée aux panneaux photovoltaïques 3 et à la tour de télécommunication 4.
Les batteries d’origine ainsi qu’un régulateur de charge 6 sont positionnés dans l’armoire 2.
Les batteries d’origine sont des batteries au plomb.
Les nouvelles batteries (batteries principales 5) sont des batteries au lithium.
On retire tout d’abord de l’armoire 2 les batteries d’origine.
Puis, on remplace les batteries d’origine par les batteries principales 5.
On intègre ensuite dans l’armoire l’équipement comprenant le circuit électrique 40, 70, et donc le circuit électrique 40, 70, en connectant le circuit électrique aux panneaux photovoltaïques 3, aux batteries principales 5 et au régulateur de charge 6.
Le dispositif d’alimentation peut ainsi démarrer normalement et alimenter la tour de télécommunication 4.
On assure ainsi un fonctionnement du dispositif d’alimentation sans rencontrer les problèmes précédemment évoqués.
Dans certains types de chaînes de traction de véhicule automobile assurant la transmission de la puissance mécanique du moteur thermique vers les roues du véhicule, une machine électrique tournante réversible, de forte puissance, peut être accouplée à un élément réducteur. L'élément réducteur peut être formé par une boîte de vitesses du véhicule ou par un réducteur monté sur un train d’engrenage du véhicule et relié mécaniquement à la machine électrique tournante.
La machine électrique tournante est apte à fonctionner dans un mode alternateur pour fournir notamment de l’énergie à une batterie et à un réseau de bord du véhicule, et dans un mode moteur, pour assurer le démarrage d’un moteur thermique, et/ou pour participer à la traction du véhicule, seule ou en combinaison avec le moteur thermique.
De façon connue en soi, la machine électrique tournante est pilotée par des composants électroniques, logés dans un carter fixé au boitier arrière de la machine électrique tournante. Ces composants comprennent des composants électroniques de puissance permettant de définir une valeur d’un courant électrique circulant dans chacun des enroulements de phases du stator, et des composants électroniques de commande permettant de piloter les composants électroniques de puissance en fonction de certains paramètres environnementaux et de données mesurées sur le véhicule automobile.
Ces nombreux composants électroniques conduisent à la production de nombreuses calories, principalement par effet Joule, durant le fonctionnement de la machine. De même, le rotor et le stator de la machine produisent également de nombreuses calories par effet Joule. Afin de garantir un fonctionnement optimal d’une part et d’éviter un dysfonctionnement et/ou des pannes prématurées d’autre part, il est connu d’associer au stator un canal de refroidissement et d’associer au carter contenant des composants électroniques un second canal de refroidissement.
Le document FR3086124 décrit un canal de refroidissement commun au stator et aux composants électroniques. Ce canal de refroidissement comporte une partie s’étendant entre le boitier avant et le boitier arrière de la machine électrique tournante pour refroidir le stator, et une partie s’étendant dans le carter des composants électroniques pour refroidir ces derniers, les deux parties de ce canal communiquant entre elles par un raccordement étanche entre le boitier arrière de la machine et le carter des composants électroniques.
Ce canal de refroidissement commun présente l’avantage de simplifier le refroidissement des éléments en disposant d’une seule entrée et d’une seule sortie du canal.
Cependant, ce canal de refroidissement présente l’inconvénient de multiplier les risques de fuite. Ainsi, il nécessite la présence de multiples joints, en particulier de joints toriques, entre le boitier avant de la machine et le boitier arrière de la machine d’une part, et entre le boitier arrière de la machine et le carter des composants électroniques d’autre part. Ceci complique le montage de l’ensemble, formé de la machine tournante, des composants électroniques et du réducteur, et alourdit cet ensemble.
La présente invention vise à remédier à ces inconvénients en proposant une machine électrique tournante pour véhicule automobile, comportant :
- un stator entourant le rotor et comprenant des enroulements de phases,
- des composants électroniques d’alimentation des enroulements du stator,
- un boitier portant le stator et les composants électroniques,
dans laquelle le boitier délimite un canal de refroidissement commun au stator et aux composants électroniques, apte à recevoir un fluide de refroidissement, notamment comprenant de l’eau, pour refroidir le stator et les composants électroniques.
Ainsi, c’est un élément unique, le boitier de la machine, qui délimite le canal de refroidissement commun au stator et aux composants électroniques. Il n’est donc plus nécessaire de prévoir différents éléments formant le canal, ni des joints entre les différents éléments, de sorte que les risques de fuite sont diminués, le montage simplifié et le poids réduit.
Sont introduites ci-dessous d’autres caractéristiques optionnelles de la machine prises seules ou en combinaison.
Avantageusement, le boitier comprend :
Ce qui suit est un résumé de l’objet décrit en détail dans le présent document. Ce résumé n’est pas destiné à limiter la portée de la protection des revendications.
La présente demande a pour objectif de fournir un matériau de cathode ternaire modifié, son procédé de préparation et son utilisation. D’une part, la présente demande surmonte le problème de sécurité des matériaux ternaires à haute teneur en nickel et, d’autre part, elle évite une réaction entre le phosphate de lithium-manganèse-fer et le matériau ternaire lors de la formation d’une couche d’enrobage de carbone.
Pour atteindre cet objectif, la présente demande adopte les solutions techniques décrites ci-dessous.
Dans un premier aspect, la présente demande fournit un procédé de préparation d’un matériau de cathode ternaire modifié, comprenant les étapes suivantes :
(1) mélange de sulfate de manganèse et d’un premier solvant pour obtenir une solution de sulfate de manganèse, et pulvérisation de la solution de sulfate de manganèse sur une surface d’un matériau de cathode ternaire par un procédé de pulvérisation ;
(2) mélange d’un matériau obtenu à l’étape (1) avec un deuxième solvant pour obtenir une suspension, ajout simultané de la suspension, d’une solution de source de manganèse, d’une solution de source de fer et d’une solution d’agent complexant, goutte à goutte, dans un troisième solvant et réalisation d’une réaction sur celles-ci, et ajustement du pH pendant la réaction pour obtenir un matériau précurseur ; et
(3) mélange du matériau précurseur, d’une source de lithium et d’une source de phosphore, ajout d’une source de carbone, broyage et frittage pour obtenir le matériau de cathode ternaire modifié,
dans lequel, dans une couche d’enrobage du matériau précurseur obtenu à l’étape (2), la teneur en élément manganèse diminue progressivement le long d’un noyau, depuis l’interface jusqu’à l’extérieur, et la teneur en élément fer augmente progressivement à partir de zéro le long du noyau, depuis l’interface jusqu’à l’extérieur.
Dans la présente demande, une couche de sel de manganèse est pulvérisée à l’avance sur la surface du matériau de cathode ternaire afin de servir de point de départ à la croissance in situ du phosphate de lithium-manganèse-fer. En régulant le débit et/ou la concentration de la solution de source de manganèse et de la solution de source de fer, respectivement, la teneur en élément manganèse diminue progressivement le long du noyau, depuis une interface ternaire jusqu’à l’extérieur, et la teneur en élément fer augmente progressivement à partir de zéro le long du noyau, depuis l’interface ternaire jusqu’à l’extérieur. Autrement dit, la teneur en élément fer à l’interface entre le matériau de cathode ternaire et le phosphate de lithium-manganèse-fer est nulle, et plus on s’éloigne de l’interface, plus la teneur en élément fer est élevée. La croissance in situ de matériaux de cathode à base de phosphate de lithium-manganèse-fer avec des changements de gradient dans les teneurs en Mn et Fe à la surface du matériau ternaire améliore la sécurité, la stabilité thermique et la performance cyclique du matériau ternaire à haute teneur en nickel.
Éventuellement, le premier solvant à l’étape (1) inclut de l’eau désionisée.
Éventuellement, la solution de sulfate de manganèse a une concentration molaire de 0,05-0,12 mol/L, par exemple 0,05 mol/L, 0,08 mol/L, 0,1 mol/L, 0,11 mol/L ou 0,12 mol/L, etc.
Éventuellement, la solution de sulfate de manganèse et le matériau de cathode ternaire ont un rapport de masse de 1: (1,5-2,5), par exemple 1: 1,5, 1: 1,8, 1: 2, 1: 2,2 ou 1: 2,5, etc.
Éventuellement, à l’étape (2), en régulant une concentration et/ou une vitesse de chute de la solution de source de manganèse et de la solution de source de fer, la teneur en élément manganèse est régulée pour diminuer progressivement le long du noyau, depuis l’interface jusqu’à l’extérieur, et la teneur en élément fer est régulée pour augmenter progressivement à partir de zéro le long du noyau, depuis l’interface jusqu’à l’extérieur.
Éventuellement, le deuxième solvant inclut de l’éthanol anhydre.
Éventuellement, le manganèse dans la solution de source de manganèse et le fer dans la solution de source de fer ont un rapport molaire de 3: (1,5-2,5), par exemple 3: 1,5, 3: 1,8, 3: 2, 3: 2,2 ou 3: 2,5, etc.
- La première demi-plaque bipolaire est pourvue de découpes alignées avec les deuxièmes orifices et/ou en ce que la deuxième demi-plaque bipolaire est pourvue de découpes alignées avec les premiers orifices, selon la direction perpendiculaire au plan principal de la membrane.
- Une découpe débouche sur au moins un bord longitudinal de la plaque bipolaire dans laquelle elle est ménagée.
- L’un au moins des premiers orifices aménagés à travers le premier demi-cadre est agencé dans une zone externe périphérique du sous-ensemble qui est située vers l’extérieur par rapport à un joint d’étanchéité périphérique du sous ensemble.
- L’assemblage membrane électrode comporte quatre coins, alors que le sous-ensemble comporte au moins quatre premiers orifices aménagés à travers le premier demi-cadre et agencés dans une zone externe périphérique du sous-ensemble qui est située vers l’extérieur par rapport à un joint d’étanchéité périphérique du sous ensemble, chacun dans un coin de l’assemblage membrane électrode.
- L’un au moins des premiers orifices aménagés à travers le premier demi-cadre et la portion pleine en regard appartenant à la première demi-plaque bipolaire sont agencés dans une zone d’encadrement de galerie, agencée autour d’une ouverture de la première demi-plaque bipolaire, et isolée fluidiquement d’au moins un compartiment fluidique anodique ou cathodique délimité dans le sous ensemble, entre l’assemblage membrane électrode et la première demi-plaque bipolaire.
Selon un autre aspect, l’invention concerne une pile à combustible comprenant un empilement de cellules électrochimiques, avec chacune un assemblage membrane-électrode et deux demi-plaques bipolaire, l’une au moins de ces cellules comprenant, ou étant constituée par, un sous-ensemble tel que mentionné ci-dessus.
Cette pile à combustible présente les mêmes avantages que ceux mentionnés ci-dessus.
Selon un troisième aspect, l’invention concerne un procédé de fabrication d’un sous-ensemble, notamment un sous-ensemble tel que mentionné ci-dessus, comprenant un assemblage membrane-électrode incluant une membrane et un cadre bipartite formé par un premier demi-cadre disposé sur un premier côté de la membrane et un deuxième demi-cadre disposé sur un deuxième côté de la membrane. L’assemblage membrane-électrode inclut également au moins une première demi-plaque bipolaire. Ce procédé comprenant au moins une étape préalable d’enduction d’au moins une première surface du deuxième demi-cadre avec une colle et une étape de solidarisation du cadre et de la membrane par application de la première surface du deuxième demi-cadre, enduite de colle, contre la première surface du premier demi-cadre.
Conformément à l’invention ce procédé comprend au moins une étape d’application de la première demi-plaque bipolaire contre une deuxième surface du premier demi-cadre opposée à la première surface de ce premier demi-cadre et une étape de solidarisation de la première demi-plaque bipolaire et du cadre par migration de la colle enduite sur la première surface du deuxième demi-cadre, vers une surface de la première demi-plaque bipolaire, à travers des premiers orifices aménagés dans le premier demi-cadre, entre ses première et deuxième surfaces.
Ce procédé permet de former des cellules électrochimiques ou des parties de cellules électrochimiques qui peuvent être facilement intégrées à un empilement de cellules de pile à combustible, selon une technique qui peut être bien maitrisée, avec des cadences de production élevées.
De façon avantageuse, le sous-ensemble comprend une deuxième demi-plaque bipolaire et le procédé comprend au moins une étape préalable d’enduction d’au moins une première surface du premier demi-cadre avec une colle, une étape d’application de la deuxième demi-plaque bipolaire contre une deuxième surface du deuxième demi-cadre opposée à la première surface de ce deuxième demi-cadre et une étape de solidarisation de la deuxième demi-plaque bipolaire et du cadre par migration de la colle enduite sur la première surface du premier demi-cadre, vers une surface de la deuxième demi-plaque bipolaire, à travers des premiers orifices aménagés dans le deuxième demi-cadre, entre ses première et deuxième surfaces.
On peut en outre prévoir que, au cours de l’étape de solidarisation, la colle enduite sur la première surface du deuxième demi-cadre, et éventuellement sur la première surface du premier demi-cadre, est chauffée au moins au voisinage des premiers orifices, et éventuellement au niveau des deuxièmes orifices.
L’invention sera mieux comprise et d’autres avantages de celle-ci apparaitront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre de quatre modes de réalisation d’un sous-ensemble, d’une pile à combustible et d’un procédé conforme à son principe, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels :
La est une vue en perspective partiellement éclatée d’un sous-ensemble conforme à un premier mode de réalisation de l’invention, ce sous-ensemble constituant une cellule électrochimique appartenant à un empilement d’une pile à combustible ;
Par interrupteur de côté haut ou de côté bas, on entend un interrupteur électronique d’alimentation, par exemple de type transistor IGBT (de l'anglais Insulated Gate Bipolar Transistor) ou encore de type transistor à effet de champ métal-oxyde, connu aussi sous l’acronyme MOSFET de l’anglais (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor).
Grâce à une telle combinaison de caractéristiques, un tel module de commande des interrupteurs en circuit ouvert permet d’interrompre la circulation de courant dans le convertisseur de tension lorsque la tension mesurée est stabilisée, réduisant la durée de sollicitation des interrupteurs du groupe haut et du groupe bas, le court-circuit étant évité. La production de chaleur des interrupteurs par effet Joule est ainsi réduite dans l’ensemble du convertisseur de tension.
La première commande de court-circuit est interrompue au profit de la commande en circuit ouvert dès lors que les critères sur la variation dans le temps de la tension et sur la vitesse de rotation sont vérifiés. Dès lors que l’un des critères n’est plus respecté, la commande en circuit ouvert en interrompue.
Avantageusement, le module de commande génère la commande en circuit ouvert si la tension mesurée est inférieure à une première limite, notamment supérieure à 110% du premier seuil de sécurité.
Avantageusement, le module de comparaison compare la tension mesurée à un deuxième seuil de sécurité supérieur au premier seuil de sécurité et le module de commande génère une deuxième commande de court-circuit lorsque la tension mesurée est supérieure ou égale au deuxième seuil de sécurité. La deuxième commande de court-circuit consistant en une commande de de fermeture du deuxième groupe d’interrupteurs et une commande d’ouverture du premier groupe d’interrupteurs.
Un tel système de commande permet de mettre le convertisseur de tension en sécurité dès lors que l’un des interrupteurs du convertisseur de tension est en court-circuit ou en circuit ouvert.
Avantageusement, le module de commande génère ensuite la commande en circuit ouvert : si la vitesse de rotation mesurée est inférieure à une deuxième vitesse de sécurité, et si la variation dans le temps de la tension mesurée de la source de tension continue est inférieure à une deuxième variation de sécurité.
Avantageusement, le module de commande génère la commande en circuit ouvert si la tension mesurée est inférieure à une deuxième limite, notamment égale au deuxième seuil de sécurité.
La deuxième commande de court-circuit est interrompue au profit de la commande en circuit ouvert dès lors que les critères sur la variation dans le temps de la tension et sur la vitesse de rotation sont vérifiés. Dès lors que l’un des critères n’est plus respecté, la commande en circuit ouvert en interrompue.
La deuxième commande en court-circuit n’est pas interrompue au profit de la première commande en court-circuit lorsque la tension mesurée est inférieure au deuxième seuil de sécurité.
Avantageusement, la commande en circuit ouvert succède à la première commande de court-circuit. Avantageusement, la commande en circuit ouvert succède à la deuxième commande de court-circuit.
Avantageusement; lorsque la tension mesurée est inférieure à une troisième limite, notamment égale au première seuil de sécurité, le module de commande génère des commandes de fonctionnement normal, par exemple dans un mode moteur de la machine électrique tournante, par exemple dans un mode générateur de la machine électrique tournante. Le système de commande est alors réhabilité.
Avantageusement, le premier seuil de sécurité est compris entre 110% et 125% de la tension nominale de la source de tension continue d’alimentation du convertisseur, par exemple 120% de la tension nominale de la source de tension continue. Par exemple, la tension nominale d’alimentation est égale à 48V, et le premier seuil de sécurité est compris entre 53V et 60V.
Avantageusement, le deuxième seuil de sécurité est compris entre 120% et 140% de la tension nominale de la source de tension continue du convertisseur de tension, par exemple 133% de la tension nominale de la source de tension continue. Par exemple. Par exemple, la tension nominale d’alimentation est égale à 48V, et le deuxième seuil de sécurité est compris entre 58V et 67V.
Avantageusement, la première vitesse de sécurité et/ou la deuxième vitesse de sécurité sont la vitesse pour laquelle une force électromotrice de la machine électrique tournante est inférieure à une tension donnée, par exemple 48V. Avantageusement la première vitesse de sécurité est égale à la deuxième vitesse de sécurité. Dans une telle configuration, le module de commande est ainsi assuré de ne commander l’ouverture des groupes hauts et bas que dans le cas où la vitesse de rotation de la machine tournante est faible, par exemple suite à une décision d’un conducteur de véhicule de réduire la vitesse du véhicule, ou par la présence d’un système de déconnexion de la machine électrique du système de commande, amenant la vitesse à baisser.
Avantageusement, la première variation de sécurité est négative, notamment inférieur à -0,2 V/µs. Avantageusement, la deuxième variation de sécurité est négative, notamment inférieur à -0,2 V/µs. Avantageusement, la première variation de sécurité est égale à la deuxième variation de sécurité. Une variation supérieure à cette variation de sécurité traduit l’éventualité selon laquelle une surtension se produit dans le convertisseur de tension, par exemple dû à une chute de charge.
- une partie latérale annulaire, dans laquelle le canal de refroidissement s’étend autour du stator pour favoriser un échange thermique avec le stator, et
- une partie d’extrémité, dans laquelle le canal de refroidissement s’étend pour favoriser un échange thermique avec les composants électroniques.
De préférence, le boitier comprend une paroi interne et une paroi externe, ces parois étant rapportées l’une sur l’autre, par exemple par soudage entre elles par friction malaxage, ces parois délimitant entre elles le canal de refroidissement commun au stator et aux composants électroniques.
Ainsi, ces parois interne et externe forment un boitier d’un seul tenant, ce qui limite le recours à des joints. Ce boitier d’un seul tenant peut être géré pour le stockage et pour le montage comme une seule référence.
De préférence, dans la partie latérale annulaire du boitier, la surface interne de la paroi interne du boitier sert de support au stator, et, dans la partie d’extrémité du boitier, la surface externe de la paroi externe du boitier sert de support pour un circuit imprimé sur lequel sont placés au moins certains des composants électroniques.
Avantageusement, dans la partie d’extrémité du boitier :
- la paroi externe comprend des enfoncements axiaux permettant le logement d’au moins certains des composants électroniques ;
- la paroi interne comprend des enfoncements axiaux complémentaires aux enfoncements axiaux de la paroi externe, de manière à ce que le canal de refroidissement entoure au moins en partie les composants électroniques logés dans les enfoncements axiaux.
De préférence, au moins l’une des parois comporte :
- dans la partie latérale annulaire, au moins une première nervure délimitant le canal de manière à contraindre un sens de circulation du fluide autour du stator ;
- dans la partie latérale annulaire, au moins un dégagement formant une partie du canal permettant la circulation axiale du fluide entre les parties latérale annulaire et d’extrémité ;
- dans la partie d’extrémité, au moins une deuxième nervure délimitant le canal de manière de manière à contraindre le sens de circulation du fluide destiné à favoriser un échange thermique avec des composants électroniques.
Avantageusement, la paroi interne du boitier forme support d’un palier de la machine guidant un arbre du rotor en rotation.
De préférence, les composants électroniques sont choisis parmi :
- des composants électroniques de puissance formant onduleur pour alimenter les enroulements de phases en courant alternatif à partir de courant continu fourni par une source externe à la machine,
- des composants électroniques de puissance formant redresseur pour alimenter la source externe en courant continu à partir de courant alternatif fourni par les enroulements de phases,
La est une vue en perspective éclatée d’un assemblage membrane-électrode appartenant au sous-ensemble représenté à la ;
La est une vue de face du sous-ensemble représenté à la ;
La est une coupe longitudinale du sous-ensemble représenté aux figures 1 et 3, selon la ligne IV-IV à la , lors d’une étape de fabrication d’une pile à combustible incluant ce sous-ensemble ;
La est une est une vue partielle, analogue à la , pour un sous-ensemble conforme à un deuxième mode de réalisation de l’invention.
La est une vue de face simplifiée, analogue à la , pour un sous-ensemble conforme à un troisième mode de réalisation de l’invention ;
La représente, sur deux inserts A) et B) et à plus grande échelle, des coupes partielles au niveau des lignes de coupe A-A et B-B à la dans le cas où le sous-ensemble est intégré à un empilement de cellules électrochimiques ; et
La est une vue de face simplifiée, analogue à la , pour un sous-ensemble conforme à un quatrième mode de réalisation de l’invention.