INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Capteurs La illustre en (A) une vue en coupe d’un capteur piézoélectrique SENS basé sur un élément mince piézoélectrique PIEZO de plan d’extension choisi pour présenter un comportement particulier, unidirectionnel, omnidirectionnel ou bidirectionnel à une déformation unidirectionnelle qui lui est appliquée dans son plan d’extension. Le comportement en sensibilité de l’élément mince piézoélectrique (unidirectionnel, omnidirectionnel ou bidirectionnel) est transféré au capteur intégrant cet élément mince piézoélectrique. De tels capteurs peuvent être particulièrement adaptés à des situations spécifiques comme illustré par les figures 10 à 12 commentées ci-dessous, mais ils peuvent également être utilisé dans le cadre d’applications plus générales, comme il deviendra apparent par la suite.
De plus dans l’étape E2, on vérifie que la batterie 3 est suffisamment chargée pour supporter de ne pas être rechargée par l’alternateur dans l’immédiat.
Ces contrôles permettent de déterminer d’une part qu’une limitation du débit de l’alternateur est possible, et d’autre part qu’il est possible de différer une recharge de la batterie. Avantageusement, la batterie 3 peut contenir une réserve d’énergie électrique qui permettra de lisser les effets de la limitation.
Dans un mode de réalisation, la deuxième étape E2 comprend une vérification de conditions d’application d’une limitation de l’intensité du courant produit par l’alternateur 2 comprenant : - une sous-étape E21 de comparaison d’une vitesse de rotation courante du moteur thermique 1 à un premier seuil S11 de vitesse de rotation du moteur thermique 1, et - une sous-étape E22 de comparaison d’une température du moteur thermique 1 à un premier seuil de température S21 du moteur thermique 1, et - une sous-étape E23 de comparaison d’un niveau de charge courant de la batterie 3 à un premier seuil S31 de charge de la batterie.
Un mode de réalisation de la sous-étape E21 est illustré par le graphe G1 de la . Le graphe G1 détermine une intensité maximale du courant rotor I_rotor_max (exprimée en Ampères sur l’axe y1) en fonction d’une vitesse de rotation courante du moteur thermique 1 (exprimée en tours par minute sur l’axe x1).
Le graphe G1 représente une fonction affine par morceaux comprenant cinq morceaux G11, G12, G13, G14, G15. Les valeurs numériques représentées dans le graphe G1 sont données à titre d’exemple et peuvent varier selon le mode de réalisation de l’invention.
Le premier morceau G11 définit une première plage P11 de valeurs de vitesse de rotation du moteur thermique 1 sur laquelle une intensité maximale I_rotor_max est sensiblement constante et égale à 0,1 Ampère pour des valeurs de vitesse de rotation du moteur thermique 1 comprises entre 0 et 700 tours par minute.
Le deuxième morceau G12 définit une deuxième plage P12 de valeurs de vitesse de rotation du moteur thermique 1 sur laquelle une intensité maximale I_rotor_max augmente très rapidement vers une valeur de 3,4 Ampères pour une vitesse de rotation du moteur comprise entre 700 et 750 tours par minute.
Le troisième morceau G13 représente un plateau sur une troisième plage P13 de valeurs de vitesse de rotation du moteur thermique 1, sur laquelle l’intensité maximale I_rotor_max est constante et égale à 3,4 Ampères lorsque la vitesse de rotation du moteur est comprise entre 750 et 1000 tours par minute.
Le quatrième morceau G14 définit une quatrième plage P14 de valeurs de vitesse de rotation du moteur thermique 1 sur laquelle une intensité maximale I_rotor_max augmentant faiblement jusqu’à 4 Ampères lorsque la vitesse de rotation du moteur évolue entre 1000 tours par minute et 1450 tours par minute.
Le cinquième morceau G15 définit une cinquième plage P15 de valeurs de vitesse de rotation du moteur thermique 1 sur laquelle une intensité maximale I_rotor_max est nulle lorsque la vitesse de rotation du moteur est supérieure à 1455 tours par minute. Autrement dit, la limitation de l’intensité du courant généré par l’alternateur n’est pas applicable lorsque la vitesse de rotation du moteur thermique 1 est supérieure au premier seuil S11, c’est-à-dire à 1455 tours par minute.
Le représente un abaque permettant d’associer une intensité maximale du courant rotor (exprimée en Ampères) à une vitesse de rotation du rotor de l’alternateur (en tours par minute) et à une intensité d’un courant débité par l’alternateur (en Ampères). L’abaque représenté dans l’exemple de la est applicable à un alternateur dit « 120 Ampères » (c’est-à-dire garantissant une fourniture d’une intensité d’au moins 120 Ampères) fonctionnant à 20 degrés.
De plus, la ligne L0 du tableau fournit une correspondance entre la vitesse de rotation du rotor 22 en tours par minute et la vitesse de rotation du moteur thermique 1 en tours par minute. Les plages P11, P13, P14 et P15 de valeurs de vitesse de rotation du rotor définies sur la sont également représentées sur la .
Notamment l’abaque représente - la plage P13 de valeurs de vitesse de rotation du moteur thermique 1, sur laquelle l’intensité maximale I_rotor_max est constante et égale à 3,4 Ampères lorsque la vitesse de rotation du moteur est comprise entre 750 et 1000 tours par minute, et - la plage P14 de valeurs de vitesse de rotation du moteur thermique 1 sur laquelle une intensité maximale I_rotor_max augmente faiblement jusqu’à 4 Ampères lorsque la vitesse de rotation du moteur évolue entre 1000 tours par minute et 1666 tours par minute.
Ainsi le graphe G1 permet de déterminer si le moteur thermique 1 fonctionne à un régime moteur compris dans des plages de valeurs sur lesquelles une limitation du courant rotor peut être nécessaire, c’est-à-dire si le régime moteur se situe dans les plages de valeurs P11 à P14. De plus, l’abaque représenté sur la permet d’associer une intensité maximale du courant rotor à la vitesse de rotation courante du moteur thermique 1.
Avantageusement, dans la sous-étape E21 on détermine une deuxième valeur maximale max_C2 d’un couple moteur nécessaire pour générer une circulation dans le rotor 22 d’un courant d’une intensité égale à la première valeur maximale d’intensité I_rotor_max, et on transmet la deuxième valeur maximale max_C2 au moteur thermique 1.
Un mode de réalisation de la sous-étape E22 est illustré par le graphe G2 représenté sur la . L’axe des abscisse x2 représente la température du liquide de refroidissement en degrés Celsius. L’axe des ordonnées y2 représente le mode de fonctionnement de l’alternateur, qui peut être : - selon le mode M1 dans lequel la fonction de limitation du courant rotor est désactivée, ou - selon le mode M2 dans lequel la fonction de limitation du courant rotor est activée.
- la référence v3 représente la troisième tension créée par les modules cellulaires MC qui sont situés en amont du dispositif de commutation DC et donc de l’élément résistif ER, et
- la référence v4 représente la quatrième tension aux bornes de la batterie cellulaire BC, et qui est égale à v2 + v3 lorsque l’on néglige la première tension v1.
En présence d’un tel schéma électrique équivalent, la première tension v1 est donnée par l’équation v1 = [r1/(r1 + r2)]*v4, et la deuxième tension v2 est donnée par l’équation v2 = [r2/(r1 + r2)]*v4.
Il est important de noter que le pont diviseur ainsi constitué est dimensionné de manière à ce qu’il soit toujours possible de réaliser les diagnostics du dispositif de commutation DC concerné (il doit en effet être possible de déterminer par une comparaison des mesures de tension effectuées en amont et en aval du dispositif de commutation DC si ce dernier (DC) est dans son état ouvert ou son état fermé.
A cet effet, le (chaque) élément résistif ER peut avoir une première résistance r1 qui est fonction de la seconde résistance équivalente r2 de la ligne de communication LC avec les dispositifs d’analyse DA. Dans ce cas, la première résistance r1 peut, par exemple, être comprise entre 90% de la seconde résistance équivalente r2 et 110% de la seconde résistance équivalente r2.
Par exemple, la première résistance r1 peut être comprise entre 600 kΩ et 1 MΩ lorsque la seconde résistance équivalente r2 est aussi comprise entre 600 kΩ et 1 MΩ. A titre d’exemple illustratif, la première résistance r1 peut être égale à 800 kΩ lorsque la seconde résistance équivalente r2 est égale à 800 kΩ. Ces valeurs des première r1 et seconde r2 résistances sont notamment bien adaptées au cas où la quatrième tension v4 aux bornes de la batterie cellulaire BC est d’environ 400 V.
On peut montrer, qu’en présence des valeurs (r1, r2 et v4) mentionnées au paragraphe précédent et de condensateurs d’isolation ayant une capacité de 6,8 nF, la mise en parallèle d’un élément résistif ER et d’un dispositif de commutation DC engendre une réduction de 109 V de la tension vue par les condensateurs d’isolation concernés. Par conséquent, la perte de capacité provoquée par cette réduction n’est que de 10%, ce qui correspond à une capacité réduite égale à 6,12 nF (au lieu de 6,8 nF), soit presque trois fois le minimum requis (2,2 nF) pour que les bits d’information communiqués par la ligne de communication LC soient à un niveau suffisamment élevé pour demeurer interprétables.
Egalement par exemple, le (chaque) élément résistif ER peut comprendre au moins une résistance. Ainsi, il peut comprendre une résistance ou plusieurs résistances (au moins deux) montées en série et/ou en parallèle ou bien il peut s’agir d’un filtre de type « RP » ou d’un dispositif de type « RC », par exemple.
SYSTEME DE GESTION THERMIQUE D’UN VEHICULE ELECTRIQUE A PILE A COMBUSTIBLE La présente invention concerne de manière générale la gestion thermique dans un véhicule électrique à pile à combustible. Plus particulièrement, l’invention se rapporte à un système de gestion thermique d’un véhicule électrique à pile à combustible.
Le véhicule électrique à pile à combustible, dit « FCEV » pour « Fuel Cell Electric Vehicle » en anglais, fait l’objet de nombreuses études de recherche et développement dans l’industrie automobile. Le véhicule « FCEV » est équipé d’une chaîne de transmission électrique comprenant au moins une machine motrice électrique, des convertisseurs électriques de puissance, un stockeur électrochimique de motricité et une pile à combustible assurant la fonction de génération électrique. Dans cette architecture, l’énergie électrique est fournie conjointement par le stockeur électrochimique de motricité et la pile à combustible. La présence du stockeur électrochimique de motricité permet le stockage de l’énergie récupérée au freinage. La production d’énergie électrique par la pile à combustible à partir d’hydrogène stocké ou obtenu par réformage d’un autre carburant procure au véhicule une autonomie de roulage comparable à celle des véhicules thermiques conventionnels.
La pile à combustible de type « PEMFC », de « Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell » en anglais, est vue de nos jours comme une solution de génération électrique prometteuse pour les futures applications de véhicules électriques.
De manière générale, le maintien des performances d’une pile à combustible, en termes de rendement énergétique et de durabilité, requiert un système de gestion thermique performant capable de maintenir sa température de fonctionnement dans une plage de température optimale. Ainsi, par exemple, la pile à combustible « PEMFC » a habituellement une température de fonctionnement comprise entre 60°C et 90°C. Au démarrage de la pile à combustible, le système de gestion thermique doit favoriser la montée en température de celle-ci pour une fourniture rapide de puissance électrique. En fonctionnement, les réactions chimiques exothermiques et les pertes thermodynamiques et électrochimiques intervenant dans la pile à combustible génèrent une quantité substantielle de calories. Ces calories doivent être extraites de la pile à combustible pour maintenir la température de fonctionnement optimale et éviter une dégradation thermique de la pile. Typiquement, des plaques formant échangeurs thermiques et comprenant des mini-canaux de circulation de fluide caloporteur sont intégrées dans la structure de la pile à combustible pour la gestion thermique de celle-ci. Les plaques échangeurs thermiques de la pile à combustible sont raccordées à un circuit de refroidissement du système de gestion thermique. Un radiateur thermique haute température, inclus dans le circuit de refroidissement et traversé par un fluide caloporteur, assure la dissipation dans l’air des calories extraites de la pile à combustible.
Comparativement au liquide de refroidissement conventionnel, à base d’eau glycolée, utilisé par exemple pour le refroidissement des moteurs thermiques, le fluide caloporteur nécessaire pour les piles à combustible est économiquement coûteux, de l’ordre de 5 à 10 fois plus cher. Le fluide caloporteur employé pour les piles à combustible est aussi actuellement à base d’eau glycolée, mais il doit satisfaire à des spécifications particulières en termes de faible conductivité électrique et de propreté, qui imposent l’ajout d’additifs spécifiques et couteux, comme des inhibiteurs de corrosion non ioniques. De plus, dans une pile à combustible, la chaleur produite, qui constitue la quasi-totalité des pertes énergétiques, n’est évacuée pratiquement que via la circulation du fluide caloporteur. La quantité nécessaire de fluide caloporteur est donc relativement importante, par rapport à la quantité du liquide de refroidissement utilisé pour un moteur thermique, sachant que les pertes du moteur thermique, intervenant à une température supérieure, ne sont pas seulement évacuées par le refroidissement à eau, mais aussi par le refroidissement de l’huile moteur et par les gaz d’échappement. L’ensemble du système de gestion thermique de la pile à combustible doit être dimensionné en conséquence et inclut des organes de gamme supérieure, sensiblement plus coûteux, tels qu’un ou plusieurs échangeurs thermiques, un ou plusieurs ventilateurs, des pompes de circulation de fluide caloporteur prodiguant des débits plus élevés, ainsi que des dispositifs d’entrée et de sortie d’air adéquats.
Dans l’état de la technique, il est connu de chauffer l’habitacle du véhicule directement via le circuit de refroidissement de la pile à combustible. Les calories libérées par la pile à combustible sont ainsi employées utilement pour le chauffage de l’habitacle, ce qui contribue à améliorer le bilan énergétique global du véhicule.
Par le document US2021/0399317A1, il est connu un système de pile à combustible pour véhicule automobile, comprenant deux circuits de refroidissement couplés thermiquement et dans lesquels circulent des liquides de refroidissement distincts. La pile à combustible est intégrée dans un premier circuit de refroidissement. Un deuxième circuit de refroidissement est prévu pour des dispositifs électroniques de puissance. Les deux circuits de refroidissement sont couplés thermiquement par un échangeur thermique. Ce système de pile à combustible présente des caractéristiques qui sont de nature à limiter les modes de fonctionnement possibles et les performances, à savoir, notamment :
Dans l’échangeur thermique, les échanges thermiques entre les liquides de refroidissement des premier et deuxième circuits interviennent uniquement avec des écoulements à co-courant.
Le réflecteur présenté ci-avant est généralement réalisé par moulage d’une matière plastique ou synthétique dans un moule dédié. En raison de sa forme en accordéon, le réflecteur fait fréquemment l’objet d’une déformation lors de son démoulage, car son refroidissement à tendance à provoquer son dépliement partiel. On notera que plus une sous-partie du réflecteur est mince, par exemple pour réduire localement l’encombrement d’une partie du bloc optique, plus la déformation peut être grande.
Il serait certes possible d’augmenter l’épaisseur des parois du réflecteur, notamment dans sa sous-partie initiatrice de la déformation, mais cela se ferait au détriment de l’encombrement et du poids (et donc de la consommation d’énergie motrice du véhicule).
Présentation de l’invention Elle propose notamment à cet effet un bloc optique, d’une part, destiné à équiper un véhicule, et, d’autre part, comprenant un réflecteur réalisé par moulage et comportant une première face avant délimitant au moins deux espaces concaves séparés par un espace intermédiaire et logeant chacun un guide de lumière propre à délivrer sur une seconde face avant des photons devant participer à une fonction photométrique.
Ce bloc optique se caractérise par le fait que son réflecteur comprend dans au moins une sous-partie prédéfinie au moins une nervure de rigidification s’étendant au moins sur une face arrière opposée à sa première face avant, au moins entre les espaces concaves, afin de rigidifier cette sous-partie tout en s’opposant à une déformation lors d’une opération de démoulage.
Grâce à l’invention, on dispose désormais d’un réflecteur rigidifié par chaque nervure de rigidification là où cela est nécessaire, et donc qui ne risque pas d’être déformé lors de son démoulage.
- son réflecteur peut comprendre deux nervures de rigidification parallèles entre elles dans la sous-partie prédéfinie ;
- il peut comprendre un boîtier logeant au moins partiellement le réflecteur, et ce dernier peut comprendre, sur un premier bord latéral au niveau d’un prolongement latéral de la sous-partie prédéfinie, une première patte de fixation couplée au boîtier et comprenant une première face orientée vers la face arrière du réflecteur et jusqu’à laquelle s’étend chaque nervure de rigidification ;
- en présence de la dernière option, la première patte de fixation peut comprendre une seconde face opposée à sa première face et sur laquelle s’étend au moins une nervure de rigidification ;
- également en présence de la dernière option, son réflecteur peut comprendre, sur un second bord latéral opposé au premier bord latéral et au niveau d’un autre prolongement latéral de la sous-partie prédéfinie, une seconde patte de fixation couplée au boîtier et comprenant une première face orientée vers la face arrière et jusqu’à laquelle s’étend au moins une nervure de rigidification ;
- en présence de la dernière sous-option, la seconde patte de fixation peut comprendre une seconde face opposée à sa première face et sur laquelle s’étend au moins une nervure de rigidification ;
- en présence de la dernière option et de la dernière sous-option, il peut comprendre une glace installée en regard de la première face avant du réflecteur en étant solidarisée fixement au boîtier, et propre à être traversée par les photons. Dans ce cas, le boîtier peut comprendre deux gorges de couplage, et chacune des première et seconde pattes de fixation peut comprendre une première paroi érigée sur sa première face et logée dans l’une des gorges de couplage, et une seconde paroi érigée sur une seconde face opposée à sa première face et ayant une extrémité libre contre laquelle s’appuie la glace ;
- il peut assurer une fonction photométrique de feu de jour (ou DRL) ;
Principe général de l’invention L’exemple de réalisation décrit concerne un moteur électrique utilisé pour les fonctions de ventilation forcée, et particulièrement celui des moteurs polyphasés à commutation électronique avec commande de pilotage intégrée au boitier du moteur et des bobines exposées au flux d’air pour permettre un refroidissement optimal, tout en protégeant de façon étanche les portions de connectique et le dispositif de pilotage électronique, de façon à éviter les courts circuits lors d’immersion, le cas échéant.
La solution objet de la présente invention est particulièrement intéressante pour la construction de moteur de ventilation de forte puissance (supérieur à 1 KW) utilisé pour le refroidissement des organes de dispositif de recharge rapide de véhicule électrique, mais il est exploitable pour tout type de moteur d’entrainement de ventilation ou de pompe avec électronique intégrée, permettant de bénéficier du flux de fluide pour refroidir les bobines du stator situées dans l’espace exposé au flux aéraulique sans risques de contamination pour les zones étanches en regard de l’environnement extérieur. Il est également possible de créer une zone étanche qui englobe le rotor pour garantir une protection renforcée en profitant du surmoulage du stator, en ajoutant une pièce qui ferme cette cavité et qui peut également servir de guidage du rotor.
L’invention se distingue notamment par le mode de réalisation de la zone de fermeture étanche au niveau des fils de bobinage isolés, de façon à assurer qu’aucune zone dénudée ne puisse être exposée aux projections ou à une intrusion d’eau en phase d’immersion du moteur. Il est alors possible d’avoir des bobinages exposés au flux d’air pour évacuer au mieux la chaleur produite par les pertes fer et pertes cuivre du moteur, sans risquer de court-circuit.
A noter que les deux espaces étanches, celui contenant les portions de connectique et celui contenant le dispositif de pilotage électronique, peuvent avoir des passages de l’un à l’autre au travers de la paroi du boitier car cela ne remet pas en cause la protection de tous les éléments sensibles se trouvant à l’intérieur de l’un ou l’autre de ces espaces.
Description détaillée d’un exemple de réalisation avec un rotor interne
Les figures 1 à 10 illustrent un exemple de réalisation non limitatif décrit de manière détaillée ci-après.
La représente une vue éclatée du moteur, sans son hélice. Il est constitué par : un rotor (200), un stator (100), une pièce transversale (300), par exemple une pièce métallique, notamment en aluminium, une carte électronique imprimé (400), un couvercle de fermeture (500).
Description détaillée du stator (100) Les figures 2 et 5 représente une vue détaillée du stator (100). Il est constitué par un support statorique (150) plus particulièrement représenté par les figures 3 et 4, et une couronne statorique (110) formée par un paquet de tôles présentant chacune une découpe annulaire, la représentant le stator avant assemblage de la couronne statorique (110) sur le support statorique (150).
Le support statorique (150) est constitué par un surmoulage, par injection d’une matière plastique, d’un ensemble de dents (120) radiales également formées par un paquet de tôles. Ce surmoulage permet de constituer des espaces, appelés corps de bobines (140), permettant de réaliser le bobinage générant le champ magnétique interagissant avec le rotor (200). Lesdits corps de bobines (140) s’étendent radialement depuis une enveloppe annulaire (141), dont la surface intérieure est coplanaire au front des dents (120) et qui s’étend axialement de part et d’autre des dents sur la hauteur désirée de bobine de manière à conférer une zone d’appui frontale pour les fils des bobines (130). Dans sa partie interne ladite enveloppe annulaire (141) définir une cavité d’accueil (158) du rotor visible sur la . L’extension radiale des corps de bobines se fait le long des dents (120) avec une épaisseur minimale permettant de maximiser l’espace destiné aux bobines (130) tout en assurant l’isolation électrique entre les bobines (130) et l’empilement de tôle des dents (120). Les corps de bobines (140) sont prolongés à leur extrémité extérieure par un secteur annulaire (142), jouxtant la surface extérieure des dents (120), et de même étendue axiale que l’enveloppe annulaire (141) de manière à conférer un appui distal pour les fils des bobines (130). Les secteurs annulaires (142) périphériques ne sont pas jointifs entre les dents (120), mais laissent un secteur angulaire libre (143) pour faciliter le cheminement de l’aiguille lors de l’opération de bobinage. Dans une configuration avantageuse, visible en , ces corps de bobines (140) sont striés de manière à guider les fils et faciliter le bobinage, ceci est particulièrement intéressant dans le cas du bobinage de fils de grosse section et donc de grande rigidité.