EP2726312A2 - Circuit de refroidissement pour vehicule hybride ou electrique - Google Patents

Circuit de refroidissement pour vehicule hybride ou electrique

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Publication number
EP2726312A2
EP2726312A2 EP12738504.5A EP12738504A EP2726312A2 EP 2726312 A2 EP2726312 A2 EP 2726312A2 EP 12738504 A EP12738504 A EP 12738504A EP 2726312 A2 EP2726312 A2 EP 2726312A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cooling
cooling circuit
cooled
cooling plate
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12738504.5A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Ludovic Lefebvre
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
PSA Automobiles SA
Original Assignee
Peugeot Citroen Automobiles SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Peugeot Citroen Automobiles SA filed Critical Peugeot Citroen Automobiles SA
Publication of EP2726312A2 publication Critical patent/EP2726312A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K11/00—Arrangement in connection with cooling of propulsion units
    • B60K11/02—Arrangement in connection with cooling of propulsion units with liquid cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K1/00—Arrangement or mounting of electrical propulsion units
    • B60K2001/003—Arrangement or mounting of electrical propulsion units with means for cooling the electrical propulsion units
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K1/00—Arrangement or mounting of electrical propulsion units
    • B60K2001/003—Arrangement or mounting of electrical propulsion units with means for cooling the electrical propulsion units
    • B60K2001/006—Arrangement or mounting of electrical propulsion units with means for cooling the electrical propulsion units the electric motors

Definitions

  • the invention relates to a cooling circuit for a hybrid or electric motor vehicle, as well as to a hybrid or electric motor vehicle comprising such a cooling circuit.
  • the invention belongs to the field of motor vehicle cooling circuits.
  • the invention finds a particularly advantageous application in the field of hybrid or electric motor vehicles.
  • Hybrid vehicles generally include two circuits with coolant: one, called high temperature (HT), for the chain of thermal traction (including the combustion engine and the gearbox) and the other one, said low temperature (BT), for components dedicated to the electric power train (including electric motor (s), power electronics, inverters, converters, starter-alternator, battery charger, etc.).
  • HT high temperature
  • BT low temperature
  • components dedicated to the electric power train including electric motor (s), power electronics, inverters, converters, starter-alternator, battery charger, etc.
  • Electric vehicles only include the coolant circuit BT.
  • the HV and LV circuits are independent.
  • the electrical components generally support maximum temperatures of the order of 60 to 90 ⁇ and can not therefore withstand the temperatures generated by the heat engine in its own cooling circuit, which can reach and even temporarily exceed 120 ⁇ in operation, vo fire 140 in "heat stroke", with locally up to 160 to 180 ⁇ , for example in a turbocharger turbine housing.
  • HV and LV circuits have a point of contact to ensure, through a common interface, their filling and degassing. Nevertheless, the passage of the "hot" coolant of the HT circuit in the LV circuit is never allowed in this case outside the cooling circuit filling.
  • the LV circuit conventionally comprises, in addition to the cooling members of the electric traction system:
  • a water pump usually electric, to allow the circulation of coolant
  • rechargeable vehicles are therefore equipped with a power battery charger, generally onboard that is to say integrated into the vehicle, to transfer high voltage electricity from the external electrical sector to the hybrid or electric vehicle rechargeable for all plug-in operations, including pre-thermal conditioning of the vehicle and charging of high and low voltage batteries.
  • a power battery charger generally onboard that is to say integrated into the vehicle, to transfer high voltage electricity from the external electrical sector to the hybrid or electric vehicle rechargeable for all plug-in operations, including pre-thermal conditioning of the vehicle and charging of high and low voltage batteries.
  • This charger has its own cooling needs, since its constituent parts (transformers, converters, transistors, etc.) dissipate heat through losses in the power conversion process.
  • the calories thus produced are generally evacuated by cooling the charger, either by air (by natural or forced convection) or by liquid.
  • FIGS 1 and 2 illustrate two conventional architectures of the cooling circuit of the electric power train, whether the vehicle is hybrid or fully electric.
  • the charger 14 is associated with the cooling circuit BT in series with the other members of the electric traction system to be cooled and is located at the inlet of the cooling circuit BT, because of the cooling constraints. higher than it introduces (the temperature of the water required at the input of the charger is lower than for the other organs).
  • the cooling circuit consists of a heat transfer circuit BT and a heat transfer circuit HT.
  • an electric machine (EDTM) 22 adapted to operate in engine mode, for converting electrical energy into mechanical energy supplied to the rear axle of the vehicle, and in generator mode, for converting mechanical energy into electrical energy into recovering part of the kinetic energy of the vehicle, for example to recharge the high voltage traction battery,
  • EDTM electric machine
  • BASM front electric machine
  • a motor-fan unit (GMV) 32 consisting of a cooling fan arranged on the front face of the vehicle, upstream or downstream of the cooling exchangers,
  • the cooling circuit further comprises a degassing box 48 common to the heat transfer circuits BT and HT.
  • the charger 14 is associated with the cooling circuit BT also at the input of the cooling circuit BT, but is placed not in series, but in parallel with other members of the cooling system. electric traction to cool.
  • the hydraulic load loss of the charger implemented in the cooling circuit BT, has an impact on the dimensioning of the circuit and in particular on the design its electric water pump 28, to ensure the required cooling rate inside the other members of the electric power train to be cooled during the solicitation of the hybrid or electric vehicle while driving.
  • the charger which is not used and therefore dissipates no calorie by Joule effect, is heated by the BT coolant circulating in the LV circuit.
  • the charger therefore experiences a higher average internal temperature than it would be during its only phases of use. This has a significant impact on the reliability and life of the charger.
  • the full power availability of the charger can be reduced for "plug-in" operations such as thermal preconditioning or charging of high and low voltage batteries as soon as the vehicle is connected to the external electrical network immediately following a hybrid or electric ride, the charger having a thermal protection phase that reduces its electrical performance based on its internal temperature and / or the coolant temperature at the input of the charger.
  • US-A-5 531 285 discloses a cooling circuit of a vehicle for exchanging heat between a radiator and organs arranged on separate loops of the cooling circuit. Valves disposed on these cooling loops make it possible to regulate the flow rate of cooling fluid passing through each of these members and the flow rate of cooling fluid in some of these members can be stopped when the temperature of the fluid becomes too great.
  • the invention aims to overcome the aforementioned drawbacks of the prior art.
  • the present invention proposes a liquid cooling circuit of the electric traction chain components of a hybrid or electric motor vehicle, comprising a first branch including at least one first member of the traction chain to be cooled and a first second branch in parallel with the first branch and including a second member of the power train to be cooled, characterized in that it comprises means for closing the cooling circuit situated on the second branch and in that the means for shutter is integrated with the second organ to be cooled.
  • the invention avoids the extra cost and difficulties associated with the implementation of one or more actuator (s) remote (s) on the cooling circuit and on the vehicle. It also eliminates the need for a support or an external electrical harness to control such an actuator. In addition, it does not create additional risks of failure on the LV circuit. In addition, it has a very limited impact, or even zero on the size of the charger.
  • the invention makes it possible to improve the availability of the charger during the "plug-in" operating phases (charging of the high-voltage batteries of traction and low voltage, preconditioning of the vehicle) and thus, the services for the customer.
  • the invention also makes it possible to obtain a gain in development costs, in manufacturing cost and in mass, by avoiding the oversizing of the LV cooling circuit to overcome the hydraulic load loss of the charger when it is not working. in the driving phase, while the other members of the electric power train require maximum cooling during the driving load of the hybrid or electric vehicle.
  • the closure means is adapted to be closed or open depending on the internal temperature of the second member to be cooled.
  • closure means is adapted to be closed or open depending on the temperature at the inlet or outlet of the second member to be cooled.
  • the closure means is made in the form of a thermostat or a bimetallic strip or a heat-contactor or a thermo-expandable wire.
  • the cooling circuit further comprises a sealing means cooperating with the sealing means to guarantee its sealing when the closure means is closed.
  • the second member to be cooled is a power battery charger.
  • the charger comprises a cooling plate.
  • the closure means is adapted to be closed or open depending on the temperature at the inlet or the outlet of the plate cooling.
  • the cooling plate has an inlet orifice and an outlet orifice and the closure means is adapted to close off the inlet orifice or the outlet orifice of the cooling plate.
  • the present invention also provides a hybrid or electric motor vehicle, remarkable in that it comprises a cooling circuit as briefly described above.
  • FIG. 3 is a schematic view of the architecture of a cooling circuit according to the present invention, in a particular embodiment
  • FIG. 4 is a detailed view of a member of the cooled electric traction chain according to the present invention, in a particular embodiment
  • FIGS. 5a and 5b illustrate a device for closing the circulation of the coolant according to the present invention, in a first particular embodiment
  • FIGS. 6a and 6b illustrate a device for closing the circulation of the coolant according to the present invention, in a second particular embodiment
  • FIGS. 7a and 7b illustrate a device for closing the circulation of the coolant according to the present invention, in a third particular embodiment.
  • FIGS. 8a and 8b illustrate a device for closing the circulation of the coolant according to the present invention, in a fourth particular embodiment.
  • a liquid cooling circuit of the components of the electric power train of a hybrid or electric motor vehicle comprises two branches 10 and 12.
  • the first branch 10 includes the same members as a conventional architecture of the type of FIGS. 1 and 2 described above, namely, on a low temperature heat transfer circuit (BT):
  • BT low temperature heat transfer circuit
  • an electric machine (EDTM) 22 adapted to operate in engine mode, for converting electrical energy into mechanical energy supplied to the rear axle of the vehicle, and in generator mode, for converting mechanical energy into electrical energy into recovering part of the kinetic energy of the vehicle, for example to recharge the high voltage traction battery,
  • EDTM electric machine
  • BASM front electric machine
  • the cooling circuit also comprises, as in the architectures illustrated in FIGS. 1 and 2, a high temperature heat transfer circuit (HT) in which:
  • a motor-fan unit (GMV) 32 consisting of a cooling fan arranged on the front face of the vehicle, upstream or downstream of the cooling exchangers,
  • the cooling circuit comprises, as in the architectures illustrated in FIGS. 1 and 2, a degassing box 48 common to HT and LV heat transfer circuits.
  • the cooling circuit of the components of the electric traction chain comprises a second branch 12 in parallel with the first branch 10.
  • the second branch 12 includes another member of the electric traction chain to be cooled, which, by way of non-limiting example, may be a power battery charger 14.
  • the member 14 could just as well be any other member of the electric power train to be cooled, such as a power electronics component.
  • a device 16 adapted to close the cooling circuit is located on the second branch 12 and is integrated in the member 14, here the charger.
  • the shutter device 16 directly controls the cooling of the charger.
  • This command can be active, for example in the form of an electrical control internal to the charger 14 if the shutter device 16 is of the electrically controlled valve type.
  • this control is passive, for example if the closure device 16 is of the thermostat or bimetallic type or thermo-contact or thermally expandable wire, for example.
  • the closure device 16 can be integrated in the cooling plate.
  • closure device 16 is located at the inlet or outlet of the cooling plate, partially or totally in the cooling plate.
  • the shutter device 16 allows stopping or restoring the flow of coolant within the cooling plate.
  • the cooling plate is not a specific characteristic of the charger. In other words, if the member of the power train to be cooled is not a charger but another member, such as power electronics, this member may also include a cooling plate.
  • Closing and opening of the closure device 16 can be regulated mainly in two ways.
  • the closure device 16 is adapted to be closed or open depending on the internal temperature of the charger 14, that is to say for example depending on the temperature in contact with its most thermally sensitive components.
  • the closure device 16 may be adapted to be closed or open depending on the temperature at the inlet or outlet of the charger 14.
  • the closure device 16 can be adapted to be closed or open depending on the temperature at the inlet or outlet of the cooling plate.
  • the cooling plate may have an inlet port and an outlet port, in which case the closure device 16 is adapted to close off said inlet port or outlet port.
  • the shutter device 16 is kept in the closed position as long as the temperature measured according to the various possibilities described above does not reach a minimum predetermined value and / or the shutter device 16 is put into position. opening position as soon as this temperature exceeds a predetermined maximum value.
  • a sealing member such as a seal cooperates with the closure device 16 to ensure its sealing when the closure device 16 is closed.
  • the sealing element is housed in, on or against the closure device 16.
  • the sealing element can make the contact and the interface between the closure device 16 and the cooling plate of the charger 14.
  • FIG. 4 represents a detailed view of a member 14 to be cooled, in a particular embodiment where this member comprises a cooling plate 41. The possible upper protective cover of the member 14 is removed.
  • the electrical and electronic components are assembled on the cooling plate 41:
  • a thermal conductor such as a paste or a thermal glue
  • a thermal conductor can be implemented to improve the thermal contact between each component and the cooling plate 41; in descending order of the cooling requirements required by each electrical and electronic component according to the direction of circulation of the coolant inside the cooling plate 41, so that the components requiring the most cooling are irrigated by the heat transfer liquid at the inlet of the cooling plate 41, and so on until the last components that need to be cooled the least.
  • the circulation of the heat-transfer fluid inside the cooling plate 41 may be in the form of an I, U, Z, trombone or following path. a combination of these forms, and the inlet 43 and outlet 45 tips of the cooling plate 41 may be implanted on the same side or on adjacent or opposite sides.
  • the cooling plate 41 is designed so as to optimize the compromise between the pressure drops on the heat transfer liquid which passes through it, its heat exchange coefficients and the heat transfer medium flow required.
  • the closure device 16 for the circulation of the coolant inside the cooling plate 41 is preferentially integrated with it or with the member 14 to be cooled and is preferably implanted so as to control the inlet of the fluid coolant in the cold plate 41.
  • the closure device 16 can control the outlet of the coolant from the cold plate 41.
  • the closure device 16 for the circulation of the coolant inside the cooling plate 41 is actuated directly by the temperature of the most thermally stressed electrical and electronic components.
  • the core of the closure device 16 consists of a bimetallic strip, a thermo-expandable wire, a thermo-contact or a thermostat, the thermal contact is sought, maximized and optimized between these electrical and electronic components and the heart of the device shutter 16, if necessary through the implementation of a thermal conductor (such as a paste or a thermal glue).
  • a thermal conductor such as a paste or a thermal glue
  • the closure device 16 for the circulation of the heat-transfer fluid inside the cooling plate 41 is indirectly actuated by the temperature of the electrical and electronic components, through the temperature of the wall of the plate. cold 41.
  • a few examples of implementation of the closure device 16 for the circulation of the heat transfer fluid inside the cooling plate 41, which illuminates various possible technologies, are described below, in a non-limiting, non-exclusive and non-exhaustive manner. for the active heart of this device.
  • Figures 5a and 5b show a closure device 16 incorporating a bimetal.
  • the bimetal is assembled (for example by basting, punching, embedding, blocking, etc.) so that the only moving part by the evolution of its temperature is that which obstructs the entry of the coolant into the cooling plate 41.
  • FIG. 5a shows the configuration taken by the closure device 16 at rest: the bimetallic strip is then in the "closed” position and the circulation of the heat transfer fluid within the cooling plate 41 is sealed in a sealed manner, by the setting implementation of a seal between the bimetal in "closed” position and its support on the outlet of the inlet end 43 of the coolant in the cooling plate 41.
  • This configuration of the closure device 16 is also verified in operation as long as the temperature of the member 14 to be cooled, and more precisely the temperature of its constituent components, is insufficiently high. As the member 14 is used, it heats up (thermal losses by switching and conduction via Joule effect in the semiconductors, losses in the power capacities, power supply losses of the control cards, etc.). , initiating the opening of the closure device 16.
  • FIG. 5b illustrates this configuration: the calories dissipated by the electrical and electronic components are mainly communicated by conduction and convection, either indirectly through the wall of the cold plate 41, or directly to the bimetallic strip 16.
  • bimetallic strip 16 that is left mobile thus moves under the effect of the evolution of its temperature, under the constraint of the calories that are transferred to it, according to the arrow indicated in FIG. 5b and thus opens the passage of the heat-transfer fluid within cooling plate 41 which circulates there henceforth, thus ensuring by this means the cooling of the member 14 to cool and its constituent components.
  • bimetallic strip 16 By the use of bimetallic strip 16, the process is reversible: if the temperature of the member 14 to be cooled and that of its constitutive components descends, by the cooling provided by the circulation of the coolant within the cooling plate 41, below the temperature threshold activating the bimetallic strip 16, then the bimetallic strip 16 progressively takes a more and more closed position, until it resumes the closed configuration illustrated in Figure 5a.
  • FIGS 6a and 6b illustrate a variant of the closure device 16, but this time with a closure device core 16 rather thermo-contact type or thermally expandable wire or thermostat.
  • This core has an axis which will translate according to the evolution of the temperature, this axis being integral with a plug obstructing or not the entry of the coolant into the cooling plate 41.
  • FIG. 6a shows the configuration taken by the shutter device 16 at rest: in the "closed” position, the plug completely obstructs the inlet of the coolant in the cooling plate 41, in a sealed manner by the implementation of a seal between the plug in "closed” position and its support on the outlet of the inlet end 43 of the coolant in the cooling plate 41.
  • This configuration of the closure device 16 is also verified in operation as long as the temperature of the member 14 to be cooled, and more precisely the temperature of its constituent components, is insufficiently high. As the member 14 is used, it heats up, initiating the opening of the closure device 16.
  • Figure 6b illustrates this configuration: the electrical and electronic components communicate their calories by conduction and convection (indirectly through the wall of the cold plate 41 or directly), until the thermo-contact 16 (for example). Under the effect of these calories, the inner part of the thermo-contact 16 retracts: the axis then translate according to the arrow indicated in Figure 6b, causing in its movement the plug (which is integral with it), which opens the door. passage of the coolant within the cooling plate 41 which is now circulating, thereby ensuring the cooling of the member 14 to cool and its constituent components.
  • thermo-contact 16 rather thermo-contact type or thermo-expandable wire or thermostat makes the process reversible.
  • the thermo-contact 16 gradually takes a position more and more closed, until the closed configuration shown in Figure 6a.
  • FIGS. 7a and 7b illustrate another variant of the closure device 16, with always a shutter core of the thermo-contact type or thermo-expandable wire or thermostat, having a translating axis according to the evolution of the temperature, but this time without a connection at rest between the part obstructing or not the heat transfer fluid inlet and the outlet of the inlet end 43 of the coolant in the cooling plate 41.
  • This part obstructing or not the heat transfer fluid inlet in the cooling plate 41 is here for example a hatch pressed against the outlet of the inlet end 43 of the coolant in the cooling plate 41 by a return spring.
  • FIG. 7a shows the configuration taken by the shutter device
  • thermo-contact is contracted so that there is no contact between its axis and the hatch. This therefore completely obstructs the entry of the coolant into the cooling plate 41, sealingly by the implementation of a seal between the hatch in "closed” position and its support on the outlet of the inlet end 43 of the coolant in the cooling plate 41.
  • This configuration of the closure device 16 is also verified in operation as long as the temperature of the member 14 to be cooled, and more precisely the temperature of its constituent components, is insufficiently high. As the member 14 is used, it heats up and the electrical and electronic components communicate their calories by conduction and convection (indirectly through the wall of the cold plate 41 or directly), until the thermo-contact 16 (for example).
  • Figure 7b illustrates this configuration: under the effect of these calories, the inner part of the thermo-contact 16 expands and the axis then translate according to the arrow indicated in Figure 7b.
  • the axis On a certain part of its translational movement, the axis may not be in contact with the hatch, which remains closed until the contact between the axle and the hatch has been established and the effort exerted by the axis is insufficient to overcome the effect of the stiffness of the return spring pressing the hatch against the outlet of the inlet end 43 of the coolant in the cooling plate 41.
  • the member 14 to be cooled continues its heating and the calories thus communicated to the thermo-contact 16 continue the translation of the axis according to the arrow shown in Figure 7b, which happens for a certain temperature associated with electrical and electronic components, in contact with the hatch: with the continuation of the translation of the axis linked to heating by its operation of the member 14 to cool, the axis transmits to the hatch its force which overcomes the effort of plating the hatch exerted by the return spring against the outlet of the inlet end 43 of the coolant in the cooling plate 41.
  • this dead stroke of the axis of the thermo-contact 16 does not exist.
  • the opening of the hatch then releases the passage of the coolant within the cooling plate 41 which is now circulating, thereby ensuring the cooling of the member 14 to cool and its constituent components.
  • thermo-contact rather thermo-contact type or thermo-expandable wire or thermostat makes the process reversible.
  • the thermo-contact retracts, the axis translate in the opposite direction of the arrow indicated in Figure 7b and releases its effort on the hatch: after a certain retraction of the axis, the force exerted by the axis decreases in front of the force exerted by the return spring and the trap gradually takes a position more and more closed, until the closed configuration shown in Figure 7a.
  • FIGS. 8a and 8b illustrate yet another variant of the closure device 16 of FIGS. 6a and 6b, in which the axes of the inlet end piece 43 of the heat transfer fluid in the cooling plate 41 and of the closure device 16 are orthogonal instead of parallel.
  • the heart of the closure device 16 is again of thermo-contact type or thermo-expandable wire or thermostat.
  • This core has a translatable axis with temperature evolution, axis integral with a plug obstructing or not the inlet nozzle 43 of the heat transfer fluid.
  • FIG. 8a The description of FIG. 8a is identical to that of FIG. 6a.
  • the inner part of the thermo-contact 16 expands: the axis then translate according to the arrow indicated in Figure 8b and the plug (which is integral with it) releases the passage of the coolant, thus ensuring the cooling of the member 14 to cool and its constituent components.
  • thermo-contact 16 gradually takes a position more and more closed, until 'to resume the closed configuration illustrated in Figure 8a.

Landscapes

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Abstract

Ce circuit de refroidissement par liquide des organes de la chaîne de traction électrique d'un véhicule automobile hybride ou électrique comporte une première branche (10) incluant au moins un premier organe de la chaîne de traction à refroidir; une deuxième branche (12) en parallèle de la première branche (10) et incluant un deuxième organe (14) de la chaîne de traction à refroidir; et un moyen d'obturation (16) du circuit de refroidissement situé sur la deuxième branche (12), le moyen d'obturation (16) étant intégré au deuxième organe (14) à refroidir. Application aux véhicules automobiles hybrides ou électriques.

Description

CIRCUIT DE REFROIDISSEMENT POUR VEHICULE HYBRIDE OU
ELECTRIQUE
L'invention se rapporte à un circuit de refroidissement pour un véhicule automobile hybride ou électrique, ainsi qu'à un véhicule automobile hybride ou électrique comportant un tel circuit de refroidissement.
L'invention appartient au domaine des circuits de refroidissement de véhicules automobiles.
L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine des véhicules automobiles hybrides ou électriques.
En raison de la pression économique due au prix des carburants et de la pression environnementale due à la réglementation des émissions polluantes et des gaz à effet de serre, la tendance actuelle est au développement de véhicules électriques et de véhicules à chaîne de traction hybride, c'est-à-dire mettant en œuvre un moteur thermique et un moteur électrique.
Les véhicules hybrides comprennent généralement deux circuits avec liquide de refroidissement : l'un, dit haute température (HT), pour la chaîne de traction thermique (incluant le moteur à combustion et la boîte de vitesses) et l'autre, dit basse température (BT), pour les organes dédiés à la chaîne de traction électrique (incluant moteur(s) électrique(s), électronique de puissance, onduleurs, convertisseurs, alterno-démarreur, chargeur de batterie, etc.).
Les véhicules électriques ne comprennent que le circuit de liquide de refroidissement BT.
De par les niveaux de température requis, dans un véhicule hybride rechargeable, les circuits HT et BT sont indépendants.
En effet, les organes électriques supportent généralement des températures maximales de l'ordre de 60 à 90Ό et n e peuvent donc pas supporter les températures engendrées par le moteur thermique dans son propre circuit de refroidissement, lesquelles peuvent atteindre et même temporairement dépasser 120Ό en fonctionnement, vo ire 140 en "coup de chaud", avec localement jusqu'à 160 à 180 Ό, corn me par exemple dans un carter de turbine de turbocompresseur.
II se peut que les circuits HT et BT aient un point de contact pour assurer, via une interface commune, leur remplissage et leur dégazage. Néanmoins, le passage du liquide de refroidissement "chaud" du circuit HT dans le circuit BT n'est dans ce cas jamais permis en dehors du remplissage du circuit de refroidissement.
Ainsi, dans le cas d'un véhicule hybride ou électrique rechargeable, le circuit BT comprend de façon classique, en plus des organes à refroidir de la chaîne de traction électrique :
- une pompe à eau, généralement électrique, pour permettre la circulation du liquide de refroidissement ;
- des conduits, pour acheminer le liquide de refroidissement d'un point à un autre de ce circuit BT ;
- un échangeur air extérieur/eau, pou évacuer les calories véhiculées par le liquide de refroidissement ; et
- éventuellement un moto-ventilateur, dédié ou partagé avec le refroidissement du radiateur principal du circuit HT et du condenseur si le véhicule est climatisé.
En outre, certains de ces véhicules développent l'option "plug-in" permettant de recharger la batterie haute tension de traction de façon externe au véhicule, sur une prise de courant publique ou domestique, sans que le moteur thermique ne fonctionne.
Ces véhicules rechargeables sont donc équipés d'un chargeur de batterie de puissance, généralement embarqué c'est-à-dire intégré au véhicule, pour transférer de l'électricité haute tension du secteur électrique extérieur jusqu'au véhicule hybride ou électrique rechargeable pour toutes les opérations "plug-in", dont le pré-conditionnement thermique du véhicule et la recharge des batteries haute et basse tension.
Ce chargeur a ses propres besoins de refroidissement, étant donné que ses éléments constitutifs (transformateurs, convertisseurs, transistors, etc.) dissipent de la chaleur par les pertes dans le processus de conversion de puissance.
Les calories ainsi produites sont généralement évacuées en refroidissant le chargeur, soit par air (par convection naturelle ou forcée), soit par liquide.
Dans le cas d'un refroidissement par liquide, on utilise le plus souvent pour le chargeur le circuit BT déjà existant pour le refroidissement des organes de la chaîne de traction électrique.
Les figures 1 et 2 illustrent deux architectures classiques du circuit de refroidissement de la chaîne de traction électrique, que le véhicule soit hybride ou entièrement électrique. Dans l'architecture de la figure 1 , le chargeur 14 est associé au circuit de refroidissement BT en série avec les autres organes de la chaîne de traction électrique à refroidir et est situé en entrée du circuit de refroidissement BT, du fait des contraintes de refroidissement supérieures qu'il introduit (la température de l'eau requise en entrée du chargeur est plus faible que pour les autres organes).
Par ailleurs, le circuit de refroidissement est constitué d'un circuit caloporteur BT et d'un circuit caloporteur HT.
Sur le circuit caloporteur BT se trouvent :
- le chargeur 14,
- une unité électrique de puissance (PEU) 20,
- une machine électrique (EDTM) 22 apte à fonctionner en mode moteur, pour convertir de l'énergie électrique en énergie mécanique fournie à l'essieu arrière du véhicule, et en mode générateur, pour convertir de l'énergie mécanique en énergie électrique en récupérant en partie l'énergie cinétique du véhicule, par exemple pour recharger la batterie haute tension de traction,
- un alterno-démarreur haute tension ou machine électrique avant (BASM) 24, pour fournir de l'énergie électrique à partir de l'énergie cinétique du véhicule ou de l'énergie mécanique du moteur à combustion interne de façon à alimenter le réseau électrique haute tension et pour fournir de l'énergie mécanique au moteur à combustion interne de façon à le démarrer,
- un radiateur BT 26,
- une pompe à eau électrique BT 28.
Sur le circuit caloporteur HT se trouvent :
- un radiateur HT 30,
- un groupe moto-ventilateur (GMV) 32, consistant en un ventilateur de refroidissement disposé en face avant du véhicule, en amont ou en aval des échangeurs de refroidissement,
- un moteur thermique 34,
- une boîte de vitesses (BV) 36,
- une pompe à eau électrique HT 38,
- une pompe à eau 40 entre le radiateur HT 30 et le moteur thermique 34,
- un aérotherme 42.
Le circuit de refroidissement comporte en outre une boîte de dégazage 48 commune aux circuits caloporteurs BT et HT. Dans l'architecture de la figure 2, le chargeur 14 est associé au circuit de refroidissement BT également en entrée du circuit de refroidissement BT, mais est placé non pas en série, mais en parallèle par rapport à d'autres organes de la chaîne de traction électrique à refroidir.
Les divers éléments se trouvant sur les circuits caloporteurs BT et HT dans l'architecture de la figure 2 sont identiques à ceux de l'architecture de la figure 1 et portent les mêmes chiffres de référence sur le dessin.
Dans ces deux architectures de l'art antérieur, l'intégration du chargeur 14 au circuit de refroidissement peut poser problème.
D'une part, que le chargeur soit associé en série ou en parallèle dans le circuit, la perte de charge hydraulique du chargeur, mise en œuvre dans le circuit de refroidissement BT, a un impact sur le dimensionnement du circuit et notamment sur le dimensionnement de sa pompe à eau électrique 28, afin d'assurer le débit de refroidissement requis à l'intérieur des autres organes de la chaîne de traction électrique à refroidir lors de la sollicitation du véhicule hybride ou électrique en roulage.
Mais surtout, la sollicitation du véhicule hybride ou électrique en roulage, alors que le chargeur n'est pas utilisé et ne dissipe donc aucune calorie, engendre à l'entrée du chargeur une température du liquide de refroidissement BT supérieure à la température interne du chargeur.
Cela entraîne deux inconvénients majeurs.
D'une part, lors de ces roulages hybrides ou électriques, le chargeur, qui n'est pas utilisé et ne dissipe donc aucune calorie par effet Joule, se trouve chauffé par le liquide de refroidissement BT circulant dans le circuit BT. Le chargeur subit donc une température interne moyenne plus élevée que ce qu'elle serait lors de ses seules phases d'utilisation. Cela a un impact non négligeable sur la fiabilité et sur la durée de vie du chargeur.
D'autre part, la disponibilité en pleine puissance du chargeur peut être réduite pour les opérations "plug-in" telles que le préconditionnement thermique ou la recharge des batteries haute et basse tension dès le branchement du véhicule au réseau électrique extérieur immédiatement à la suite d'un roulage hybride ou électrique, le chargeur présentant une phase de protection thermique qui réduit ses performances électriques en fonction de sa température interne et/ou de la température du liquide de refroidissement en entrée du chargeur.
Le document US-A-5 531 285 décrit un circuit de refroidissement d'un véhicule pour échanger de la chaleur entre un radiateur et des organes disposés sur des boucles distinctes du circuit de refroidissement. Des vannes disposées sur ces boucles de refroidissement permettent de réguler le débit de fluide de refroidissement traversant chacun de ces organes et le débit de fluide de refroidissement dans certains de ces organes peut être stoppé lorsque la température du fluide devient trop importante.
Cependant, cette architecture nécessite d'implanter des actionneurs supplémentaires (les vannes susmentionnées) de façon déportée sur le circuit de refroidissement. Au coût intrinsèque de ces actionneurs et à la difficulté d'implantation s'ajoutent les coûts de leur support pour les fixer au véhicule, des faisceaux électriques externes pour les piloter et de leur insertion dans le circuit de refroidissement BT. En outre, cela crée des risques supplémentaires de défaillance, en cas de grippage ou casse des actionneurs ou encore en cas de fuite su le circuit BT.
L'invention a pour but de remédier aux inconvénients précités de l'art antérieur.
Dans ce but, la présente invention propose un circuit de refroidissement par liquide des organes de la chaîne de traction électrique d'un véhicule automobile hybride ou électrique, comportant une première branche incluant au moins un premier organe de la chaîne de traction à refroidir et une deuxième branche en parallèle de la première branche et incluant un deuxième organe de la chaîne de traction à refroidir, remarquable en ce qu'il comporte un moyen d'obturation du circuit de refroidissement situé sur la deuxième branche et en ce que le moyen d'obturation est intégré au deuxième organe à refroidir.
Ainsi, l'invention permet d'éviter le surcoût et les difficultés liés à l'implantation d'un ou plusieurs actionneur(s) déporté(s) sur le circuit de refroidissement et sur le véhicule. Elle permet également de s'affranchir de la nécessité d'un support ou d'un faisceau électrique externe pour piloter un tel actionneur. De plus, elle ne crée pas de risques supplémentaires de défaillance sur le circuit BT. En outre, elle présente un impact très limité, voire nul sur l'encombrement du chargeur.
Cela permet de gagner en qualité et en durabilité du deuxième organe susmentionné. Le client gagne par conséquent en coûts de garantie et en coûts à l'usage, en s'affranchissant d'une circulation interne inutile d'un liquide de refroidissement plus chaud que la température des composants internes du deuxième organe, qui viendrait le réchauffer sans que cela soit nécessaire et qui augmenterait donc sa température moyenne hors fonctionnement, ce qui serait préjudiciable à la durée de vie du deuxième organe.
Par ailleurs, dans un mode particulier de réalisation où le deuxième organe susmentionné est un chargeur de batterie de puissance, l'invention permet d'améliorer la disponibilité du chargeur lors des phases de fonctionnement "plug-in" (recharge des batteries haute tension de traction et basse tension, préconditionnement du véhicule) et donc, les prestations pour le client.
L'invention permet aussi d'obtenir un gain en coûts de développement, en prix de revient de fabrication et en masse, en évitant le surdimensionnement du circuit de refroidissement BT pour vaincre la perte de charge hydraulique du chargeur alors qu'il ne fonctionne pas en phase de roulage, tandis que les autres organes de la chaîne de traction électrique nécessitent un refroidissement maximal lors de la sollicitation en roulage du véhicule hybride ou électrique.
Selon une caractéristique particulière, le moyen d'obturation est adapté à être fermé ou ouvert en fonction de la température interne du deuxième organe à refroidir.
En variante, le moyen d'obturation est adapté à être fermé ou ouvert en fonction de la température en entrée ou en sortie du deuxième organe à refroidir.
Selon une caractéristique particulière, le moyen d'obturation est réalisé sous la forme d'un thermostat ou d'un bilame ou d'un thermo- contacteur ou d'un fil thermo-dilatable.
Selon une caractéristique particulière, le circuit de refroidissement comporte en outre un moyen d'étanchéité coopérant avec le moyen d'obturation pour garantir son étanchéité lorsque le moyen d'obturation est fermé.
Selon une caractéristique particulière, le deuxième organe à refroidir est un chargeur de batterie de puissance.
Selon une caractéristique particulière, le chargeur comporte une plaque de refroidissement.
Selon une caractéristique particulière, lorsque le deuxième organe à refroidir est un chargeur de batterie de puissance et comporte une plaque de refroidissement, le moyen d'obturation est adapté à être fermé ou ouvert en fonction de la température en entrée ou en sortie de la plaque de refroidissement. Selon une caractéristique particulière, la plaque de refroidissement présente un orifice d'entrée et un orifice de sortie et le moyen d'obturation est adapté à obturer l'orifice d'entrée ou l'orifice de sortie de la plaque de refroidissement.
Dans le même but, la présente invention propose également un véhicule automobile hybride ou électrique, remarquable en ce qu'il comporte un circuit de refroidissement tel que succinctement décrit ci-dessus.
D'autres aspects et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs et en référence aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels :
- les figures 1 et 2, déjà décrites, sont des vues schématiques de deux architectures classiques d'un circuit de refroidissement ;
- la figure 3 est une vue schématique de l'architecture d'un circuit de refroidissement conforme à la présente invention, dans un mode particulier de réalisation ;
- la figure 4 est une vue détaillée d'un organe de la chaîne de traction électrique refroidi conformément à la présente invention, dans un mode particulier de réalisation ;
- les figures 5a et 5b illustrent un dispositif d'obturation de la circulation du fluide caloporteur conforme à la présente invention, dans un premier mode particulier de réalisation ;
- les figures 6a et 6b illustrent un dispositif d'obturation de la circulation du fluide caloporteur conforme à la présente invention, dans un deuxième mode particulier de réalisation ;
- les figures 7a et 7b illustrent un dispositif d'obturation de la circulation du fluide caloporteur conforme à la présente invention, dans un troisième mode particulier de réalisation ; et
- les figures 8a et 8b illustrent un dispositif d'obturation de la circulation du fluide caloporteur conforme à la présente invention, dans un quatrième mode particulier de réalisation.
Dans le mode particulier de réalisation illustré sur la figure 3, un circuit de refroidissement par liquide des organes de la chaîne de traction électrique d'un véhicule automobile hybride ou électrique conforme à l'invention comporte deux branches 10 et 12. La première branche 10 inclut les mêmes organes qu'une architecture classique du type des figures 1 et 2 décrites plus haut, à savoir, sur un circuit caloporteur basse température (BT) :
- une unité électrique de puissance (PEU) 20,
- une machine électrique (EDTM) 22 apte à fonctionner en mode moteur, pour convertir de l'énergie électrique en énergie mécanique fournie à l'essieu arrière du véhicule, et en mode générateur, pour convertir de l'énergie mécanique en énergie électrique en récupérant en partie l'énergie cinétique du véhicule, par exemple pour recharger la batterie haute tension de traction,
- un alterno-démarreur haute tension ou machine électrique avant (BASM) 24, pour fournir de l'énergie électrique à partir de l'énergie cinétique du véhicule ou de l'énergie mécanique du moteur à combustion interne de façon à alimenter le réseau électrique haute tension et pour fournir de l'énergie mécanique au moteur à combustion interne de façon à le démarrer,
- un radiateur BT 26,
- une pompe à eau électrique BT 28.
Le circuit de refroidissement comporte en outre, de même que dans les architectures illustrées sur les figures 1 et 2, un circuit caloporteur haute température (HT) où se trouvent :
- un radiateur HT 30,
- un groupe moto-ventilateur (GMV) 32, consistant en un ventilateur de refroidissement disposé en face avant du véhicule, en amont ou en aval des échangeurs de refroidissement,
- un moteur thermique 34,
- une boîte de vitesses (BV) 36,
- une pompe à eau électrique HT 38,
- une pompe à eau 40 entre le radiateur HT 30 et le moteur thermique 34,
- un aérotherme 42.
Le circuit de refroidissement comporte, de même que dans les architectures illustrées sur les figures 1 et 2, une boîte de dégazage 48 commune aux circuits caloporteurs HT et BT.
Conformément à l'invention, le circuit de refroidissement des organes de la chaîne de traction électrique comporte une deuxième branche 12 en parallèle de la première branche 10. La deuxième branche 12 inclut un autre organe de la chaîne de traction électrique à refroidir, qui, à titre d'exemple nullement limitatif, peut être un chargeur de batterie de puissance 14.
En variante, l'organe 14 pourrait tout aussi bien être tout autre organe de la chaîne de traction électrique à refroidir, comme par exemple un composant d'électronique de puissance.
Conformément à l'invention, un dispositif 16 adapté à obturer le circuit de refroidissement est situé sur la deuxième branche 12 et est intégré à l'organe 14, ici le chargeur.
Le dispositif d'obturation 16 commande directement le refroidissement du chargeur.
Cette commande peut être active, par exemple sous forme d'une commande électrique interne au chargeur 14 si le dispositif d'obturation 16 est du type vanne commandée électriquement.
Avantageusement, cette commande est passive, par exemple si le dispositif d'obturation 16 est du type thermostat ou bilame ou thermo-contact ou fil thermo-dilatable, par exemple.
Lorsque le chargeur 14 comporte une plaque de refroidissement où circule le liquide de refroidissement BT, le dispositif d'obturation 16 peut être intégré à la plaque de refroidissement.
Avantageusement, le dispositif d'obturation 16 est situé en entrée ou en sortie de la plaque de refroidissement, partiellement ou totalement dans la plaque de refroidissement.
Le dispositif d'obturation 16 permet l'arrêt ou le rétablissement de la circulation de liquide de refroidissement au sein de la plaque de refroidissement.
Il est à noter que la plaque de refroidissement n'est pas une caractéristique propre au chargeur. Autrement dit, si l'organe de la chaîne de traction à refroidir n'est pas un chargeur mais un autre organe, tel que de l'électronique de puissance, cet organe peut également comporter une plaque de refroidissement.
La fermeture et l'ouverture du dispositif d'obturation 16 peuvent être régulées principalement de deux façons.
Avantageusement, le dispositif d'obturation 16 est adapté à être fermé ou ouvert en fonction de la température interne du chargeur 14, c'est-à-dire par exemple en fonction de la température en contact de ses composants les plus sensibles thermiquement. En variante, le dispositif d'obturation 16 peut être adapté à être fermé ou ouvert en fonction de la température en entrée ou en sortie du chargeur 14. Lorsque le chargeur 14 comporte une plaque de refroidissement, le dispositif d'obturation 16 peut être adapté à être fermé ou ouvert en fonction de la température en entrée ou en sortie de la plaque de refroidissement.
La plaque de refroidissement peut présenter un orifice d'entrée et un orifice de sortie, auquel cas le dispositif d'obturation 16 est adapté à obturer cet orifice d'entrée ou cet orifice de sortie.
Dans tous les cas, le dispositif d'obturation 16 est maintenu en position de fermeture tant que la température mesurée selon les diverses possibilités décrites ci-dessus n'atteint pas une valeur prédéterminée minimale et/ou le dispositif d'obturation 16 est mis en position d'ouverture dès que cette température dépasse une valeur prédéterminée maximale.
De façon optionnelle, un élément d'étanchéité tel qu'un joint coopère avec le dispositif d'obturation 16 pour garantir son étanchéité lorsque le dispositif d'obturation 16 est fermé.
Par exemple, l'élément d'étanchéité est logé dans, sur ou contre le dispositif d'obturation 16.
En variante, l'élément d'étanchéité peut réaliser le contact et l'interface entre le dispositif d'obturation 16 et la plaque de refroidissement du chargeur 14.
La figure 4 représente une vue détaillée d'un organe 14 à refroidir, dans un mode particulier de réalisation où cet organe comporte une plaque de refroidissement 41 . L'éventuel capot de protection supérieur de l'organe 14 est enlevé.
On distingue l'ensemble des composants électriques et électroniques (par exemple transformateurs, transistors, IGBT, résistances, inductances, condensateurs, diodes, thyristors, busbars, etc.) assemblés sur la plaque de refroidissement 41 , elle-même alimentée en liquide de refroidissement par deux embouts : un embout d'entrée 43 et un embout de sortie 45.
Les composants électriques et électroniques sont assemblés sur la plaque de refroidissement 41 :
- de sorte à maximiser le transfert thermique vers le liquide caloporteur : si nécessaire, un conducteur thermique (tel qu'une pâte ou une colle thermique) peut être mis en œuvre afin d'améliorer le contact thermique entre chaque composant et la plaque de refroidissement 41 ; - dans l'ordre décroissant des exigences de refroidissement requis par chaque composant électrique et électronique selon le sens de circulation du fluide caloporteur à l'intérieur de la plaque de refroidissement 41 , de sorte que les composants ayant le besoin du refroidissement le plus important sont irrigués par le liquide caloporteur en entrée de la plaque de refroidissement 41 , et ainsi de suite jusqu'aux derniers composants ayant le moins besoin d'être refroidis.
En variante par rapport à l'exemple illustré sur la figure 4, la circulation du fluide caloporteur à l'intérieur de la plaque de refroidissement 41 peut se faire selon un parcours en forme de I, de U, de Z, en trombone ou suivant une combinaison de ces formes, et les embouts d'entrée 43 et de sortie 45 de la plaque de refroidissement 41 peuvent être implantés sur le même côté ou sur des côtés adjacents ou opposés.
La plaque de refroidissement 41 est conçue de sorte à optimiser le compromis entre les pertes de charge sur le liquide caloporteur qui la traverse, ses coefficients d'échange thermique et le débit de fluide caloporteur nécessaire.
Le dispositif d'obturation 16 de la circulation du fluide caloporteur à l'intérieur de la plaque de refroidissement 41 est préférentiellement intégré à celle-ci ou à l'organe 14 à refroidir et est préférentiellement implanté de sorte à commander l'entrée du fluide caloporteur dans la plaque froide 41 . En variante, le dispositif d'obturation 16 peut commander la sortie du fluide caloporteur de la plaque froide 41 .
Le dispositif d'obturation 16 de la circulation du fluide caloporteur à l'intérieur de la plaque de refroidissement 41 est actionné directement par la température des composants électriques et électroniques les plus sollicités thermiquement.
Ainsi, que le cœur du dispositif d'obturation 16 consiste en un bilame, un fil thermo-dilatable, un thermo-contact ou un thermostat, le contact thermique est recherché, maximisé et optimisé entre ces composants électriques et électroniques et le cœur du dispositif d'obturation 16, le cas échéant grâce à la mise en œuvre d'un conducteur thermique (tel qu'une pâte ou une colle thermique).
En variante, le dispositif d'obturation 16 de la circulation du fluide caloporteur à l'intérieur de la plaque de refroidissement 41 est actionné de façon indirecte par la température des composants électriques et électroniques, au travers de la température de la paroi de la plaque froide 41 . On décrit ci-dessous, à titre non limitatif, non exclusif et non exhaustif, quelques exemples de mise en œuvre du dispositif d'obturation 16 de la circulation du fluide caloporteur à l'intérieur de la plaque de refroidissement 41 , éclairant différentes technologies possibles pour le cœur actif de ce dispositif.
Les figures 5a et 5b présentent un dispositif d'obturation 16 intégrant un bilame.
Le bilame est assemblé (par exemple par bouterollage, poinçonnage, encastrement, blocage, etc.) de sorte à ce que la seule partie mobile par l'évolution de sa température est celle qui obstrue l'entrée du fluide caloporteur dans la plaque de refroidissement 41 .
La figure 5a montre la configuration prise par le dispositif d'obturation 16 au repos : le bilame est alors en position "fermée" et la circulation du fluide caloporteur au sein de la plaque de refroidissement 41 est obstruée de façon étanche, par la mise en œuvre d'un joint d'étanchéité entre le bilame en position "fermée" et son appui sur le débouché de l'embout d'entrée 43 du fluide caloporteur dans la plaque de refroidissement 41 .
Cette configuration du dispositif d'obturation 16 est également vérifiée en fonctionnement tant que la température de l'organe 14 à refroidir, et plus précisément la température de ses composants constitutifs, est insuffisamment élevée. A mesure que l'organe 14 est utilisé, il s'échauffe (pertes thermiques par commutation et par conduction via effet Joule dans les semi-conducteurs, pertes dans les capacités de puissance, pertes d'alimentation des cartes de commande, etc.), amorçant l'ouverture du dispositif d'obturation 16.
La figure 5b illustre cette configuration : les calories dissipées par les composants électriques et électroniques sont principalement communiquées par conduction et convection, soit indirectement au travers de la paroi de la plaque froide 41 , soit directement, jusqu'au bilame 16.
La seule partie du bilame 16 laissée mobile se déplace donc sous l'effet de l'évolution de sa température, sous contrainte des calories qui lui sont transférées, selon la flèche indiquée sur la figure 5b et ouvre donc le passage du fluide caloporteur au sein de la plaque de refroidissement 41 qui y circule désormais, assurant donc par ce biais le refroidissement de l'organe 14 à refroidir et de ses composants constitutifs.
Par l'usage du bilame 16, le processus est réversible : si la température de l'organe 14 à refroidir et celle de ses composants constitutifs redescend, par le refroidissement prodigué par la circulation du fluide caloporteur au sein de la plaque de refroidissement 41 , en dessous du seuil de température activant le bilame 16, alors le bilame 16 prend progressivement une position de plus en plus fermée, jusqu'à reprendre la configuration fermée illustrée par la figure 5a.
Les figures 6a et 6b illustrent une variante du dispositif d'obturation 16, mais cette fois-ci avec un cœur de dispositif d'obturation 16 plutôt de type thermo-contact ou fil thermo-dilatable ou thermostat. Ce cœur présente un axe qui va translater selon l'évolution de la température, cet axe étant solidaire d'un bouchon obstruant ou non l'entrée du fluide caloporteur dans la plaque de refroidissement 41 .
La figure 6a montre la configuration prise par le dispositif d'obturation 16 au repos : en position "fermée", le bouchon obstrue totalement l'entrée du fluide caloporteur dans la plaque de refroidissement 41 , de façon étanche par la mise en œuvre d'un joint d'étanchéité entre le bouchon en position "fermée" et son appui sur le débouché de l'embout d'entrée 43 du fluide caloporteur dans la plaque de refroidissement 41 .
Cette configuration du dispositif d'obturation 16 est également vérifiée en fonctionnement tant que la température de l'organe 14 à refroidir, et plus précisément la température de ses composants constitutifs, est insuffisamment élevée. A mesure que l'organe 14 est utilisé, il s'échauffe, amorçant l'ouverture du dispositif d'obturation 16.
La figure 6b illustre cette configuration : les composants électriques et électroniques communiquent leurs calories par conduction et convection (indirectement au travers de la paroi de la plaque froide 41 ou directement), jusqu'au thermo-contact 16 (par exemple). Sous l'effet de ces calories, la partie interne du thermo-contact 16 se rétracte : l'axe translate alors selon la flèche indiquée sur la figure 6b, entraînant dans son mouvement le bouchon (qui lui est solidaire), qui ouvre donc le passage du fluide caloporteur au sein de la plaque de refroidissement 41 qui y circule désormais, assurant donc par ce biais le refroidissement de l'organe 14 à refroidir et de ses composants constitutifs.
Là encore, l'usage d'un cœur de dispositif d'obturation 16 plutôt de type thermo-contact ou fil thermo-dilatable ou thermostat rend le processus réversible. Ainsi, si la température de l'organe 14 à refroidir et celle de ses composants constitutifs redescend, par le refroidissement prodigué par la circulation du fluide caloporteur au sein de la plaque de refroidissement 41 , en dessous du seuil de température activant le thermo-contact 16, alors le thermo-contact 16 prend progressivement une position de plus en plus fermée, jusqu'à reprendre la configuration fermée illustrée par la figure 6a.
Les figures 7a et 7b illustrent une autre variante du dispositif d'obturation 16, avec toujours un cœur de dispositif d'obturation de type thermo-contact ou fil thermo-dilatable ou thermostat, présentant un axe translatant selon l'évolution de la température, mais cette fois-ci sans liaison solidaire au repos entre la partie obstruant ou non l'entrée du fluide caloporteur et le débouché de l'embout d'entrée 43 du fluide caloporteur dans la plaque de refroidissement 41 . Cette partie obstruant ou non l'entrée du fluide caloporteur dans la plaque de refroidissement 41 est ici par exemple une trappe plaquée contre le débouché de l'embout d'entrée 43 du fluide caloporteur dans la plaque de refroidissement 41 par un ressort de rappel.
La figure 7a montre la configuration prise par le dispositif d'obturation
16 au repos : en position "fermée", le thermo-contact est contracté de sorte qu'il n'y a pas de contact entre son axe et la trappe. Celle-ci obstrue donc totalement l'entrée du fluide caloporteur dans la plaque de refroidissement 41 , de façon étanche par la mise en œuvre d'un joint d'étanchéité entre la trappe en position "fermée" et son appui sur le débouché de l'embout d'entrée 43 du fluide caloporteur dans la plaque de refroidissement 41 .
Cette configuration du dispositif d'obturation 16 est également vérifiée en fonctionnement tant que la température de l'organe 14 à refroidir, et plus précisément la température de ses composants constitutifs, est insuffisamment élevée. A mesure que l'organe 14 est utilisé, il s'échauffe et les composants électriques et électroniques communiquent leurs calories par conduction et convection (indirectement au travers de la paroi de la plaque froide 41 ou directement), jusqu'au thermo-contact 16 (par exemple).
La figure 7b illustre cette configuration : sous l'effet de ces calories, la partie interne du thermo-contact 16 se dilate et l'axe translate alors selon la flèche indiquée sur la figure 7b. Sur une certaine partie de son mouvement de translation, l'axe peut ne pas être en contact avec la trappe, qui reste alors fermée tant que le contact entre l'axe et la trappe n'a pas été établi et que l'effort prodigué par l'axe est insuffisant pour vaincre l'effet de la raideur du ressort de rappel plaquant la trappe contre le débouché de l'embout d'entrée 43 du fluide caloporteur dans la plaque de refroidissement 41 . Par son fonctionnement, l'organe 14 à refroidir poursuit son échauffement et les calories ainsi communiquées au thermo-contact 16 font se poursuivre la translation de l'axe selon la flèche indiquée sur la figure 7b, qui arrive, pour une certaine température associée des composants électriques et électroniques, en contact avec la trappe : avec la poursuite de la translation de l'axe liée à échauffement par son fonctionnement de l'organe 14 à refroidir, l'axe transmet à la trappe son effort qui vainc l'effort de plaquage de la trappe exercé par le ressort de rappel contre le débouché de l'embout d'entrée 43 du fluide caloporteur dans la plaque de refroidissement 41 .
En variante, cette course morte de l'axe du thermo-contact 16 n'existe pas. L'ouverture de la trappe libère alors le passage du fluide caloporteur au sein de la plaque de refroidissement 41 qui y circule désormais, assurant donc par ce biais le refroidissement de l'organe 14 à refroidir et de ses composants constitutifs.
Là encore, l'usage d'un cœur de dispositif d'obturation 16 plutôt de type thermo-contact ou fil thermo-dilatable ou thermostat rend le processus réversible. Ainsi, si la température de l'organe 14 à refroidir et celle de la température de ses composants constitutifs redescend, par le refroidissement prodigué par la circulation du fluide caloporteur au sein de la plaque de refroidissement 41 , en dessous du seuil de température activant le thermo-contact, alors le thermo-contact se rétracte, l'axe translate dans le sens opposé de la flèche indiquée sur la figure 7b et relâche son effort sur la trappe : après une certaine rétractation de l'axe, l'effort exercé par l'axe décroît devant l'effort exercé par le ressort de rappel et la trappe prend progressivement une position de plus en plus fermée, jusqu'à reprendre la configuration fermée illustrée par la figure 7a.
Les figures 8a et 8b illustrent encore une autre variante du dispositif d'obturation 16 des figures 6a et 6b, dans laquelle les axes de l'embout d'entrée 43 du fluide caloporteur dans la plaque de refroidissement 41 et du dispositif d'obturation 16 sont orthogonaux au lieu d'être parallèles. Le cœur du dispositif d'obturation 16 est ici encore de type thermo-contact ou fil thermo-dilatable ou thermostat. Ce cœur présente un axe translatant avec évolution de la température, axe solidaire d'un bouchon obstruant ou non l'embout d'entrée 43 du fluide caloporteur.
La description de la figure 8a est identique à celle de la figure 6a. A la figure 8b, sous l'effet des calories dégagées par les composants électriques et électroniques, la partie interne du thermo-contact 16 se dilate : l'axe translate alors selon la flèche indiquée sur la figure 8b et le bouchon (qui lui est solidaire) libère le passage du fluide caloporteur, assurant ainsi le refroidissement de l'organe 14 à refroidir et de ses composants constitutifs.
Là encore, le processus est réversible et si la température de l'organe
14 à refroidir et celle de ses composants constitutifs redescend, grâce au refroidissement apporté par le fluide caloporteur, en dessous du seuil de température activant le thermo-contact 16, alors le thermo-contact 16 prend progressivement une position de plus en plus fermée, jusqu'à reprendre la configuration fermée illustrée par la figure 8a.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Circuit de refroidissement par liquide des organes de la chaîne de traction électrique d'un véhicule automobile hybride ou électrique, comportant une première branche (10) incluant au moins un premier organe de ladite chaîne de traction à refroidir et une deuxième branche (12) en parallèle de la première branche (10) et incluant un deuxième organe (14) de ladite chaîne de traction à refroidir, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen d'obturation (16) du circuit de refroidissement situé sur ladite deuxième branche (12) et en ce que ledit moyen d'obturation (16) est intégré audit deuxième organe (14) à refroidir.
2. Circuit de refroidissement selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ledit moyen d'obturation (16) est adapté à être fermé ou ouvert en fonction de la température interne dudit deuxième organe (14) à refroidir.
3. Circuit de refroidissement selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ledit moyen d'obturation (16) est adapté à être fermé ou ouvert en fonction de la température en entrée ou en sortie dudit deuxième organe (14) à refroidir.
4. Circuit de refroidissement selon la revendication 1 , 2 ou 3, caractérisé en ce que ledit moyen d'obturation (16) est réalisé sous la forme d'un thermostat ou d'un bilame ou d'un thermo-contacteur ou d'un fil thermodilatable.
5. Circuit de refroidissement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un moyen d'étanchéité coopérant avec ledit moyen d'obturation (16) pour garantir son étanchéité lorsque le moyen d'obturation (16) est fermé.
6. Circuit de refroidissement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit deuxième organe (14) à refroidir est un chargeur de batterie de puissance.
7. Circuit de refroidissement selon la revendication 6, caractérisé en ce que le chargeur comporte une plaque de refroidissement.
8. Circuit de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 1 et 3 à 5, caractérisé en ce que ledit deuxième organe (14) à refroidir est un chargeur de batterie de puissance, en ce que ledit chargeur comporte une plaque de refroidissement et en ce que ledit moyen d'obturation (16) est adapté à être fermé ou ouvert en fonction de la température en entrée ou en sortie de la plaque de refroidissement.
9. Circuit de refroidissement selon la revendication 7, caractérisé en ce que la plaque de refroidissement présente un orifice d'entrée et un orifice de sortie et en ce que le moyen d'obturation (16) est adapté à obturer l'orifice d'entrée ou l'orifice de sortie de la plaque de refroidissement.
10. Véhicule automobile hybride ou électrique, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit de refroidissement selon l'une quelconque des revendications précédentes.
EP12738504.5A 2011-07-01 2012-06-19 Circuit de refroidissement pour vehicule hybride ou electrique Withdrawn EP2726312A2 (fr)

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EP2726312A2 true EP2726312A2 (fr) 2014-05-07

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