EP4631321A1 - Carter d'onduleur comportant des plots de refroidissement et onduleur comportant un tel capteur - Google Patents

Carter d'onduleur comportant des plots de refroidissement et onduleur comportant un tel capteur

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Publication number
EP4631321A1
EP4631321A1 EP23813823.4A EP23813823A EP4631321A1 EP 4631321 A1 EP4631321 A1 EP 4631321A1 EP 23813823 A EP23813823 A EP 23813823A EP 4631321 A1 EP4631321 A1 EP 4631321A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
inverter
pad
power electronics
interface element
electronics component
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.)
Pending
Application number
EP23813823.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Paul Doublet
Gael Blondel
Valery Govindassamy
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.)
Nidec PSA Emotors SAS
Original Assignee
Nidec PSA Emotors SAS
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 Nidec PSA Emotors SAS filed Critical Nidec PSA Emotors SAS
Publication of EP4631321A1 publication Critical patent/EP4631321A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/209—Heat transfer by conduction from internal heat source to heat radiating structure
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/14—Mounting supporting structure in casing or on frame or rack
    • H05K7/1422—Printed circuit boards receptacles, e.g. stacked structures, electronic circuit modules or box like frames
    • H05K7/1427—Housings
    • H05K7/1432—Housings specially adapted for power drive units or power converters
    • H05K7/14329—Housings specially adapted for power drive units or power converters specially adapted for the configuration of power bus bars
    • H—ELECTRICITY
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    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/20927—Liquid coolant without phase change

Definitions

  • Inverter casing comprising cooling pads and inverter comprising such a casing
  • the invention relates to the field of cooling electric inverters. It concerns in particular inverters adapted to control the operation of an electric traction machine of an electric or hybrid vehicle, for example a motor vehicle.
  • An inverter is, in the field of power electronics, a voltage converter used to generate alternating voltages and currents from an electrical energy source of different voltage or frequency.
  • An inverter makes it possible in particular to generate alternating voltages adapted to the operation of an electric motor, synchronous or asynchronous, from a direct voltage source, such as an electric battery.
  • the inverters comprise components, in particular power modules comprising electronic switches, for example IGBTs (IGBT meaning insulated gate bipolar transistor), whose openings and closings are controlled appropriately.
  • IGBTs IGBT meaning insulated gate bipolar transistor
  • Such an inverter thus comprises an assembly of several components which are generally included in a protective box also called a casing. These components typically include one or more terminals allowing their interconnection, or their connection with other components linked to the inverter such as the electric battery or an electrical machine.
  • the components of the inverter generate heat which can impair the proper functioning of these components or damage them.
  • power modules generate heat due to the current passing through them and the numerous switchings of electronic switches.
  • the heat generated by the power modules can be transmitted, via the terminals, to other components of the inverter, such as capacitors which may be sensitive to heat, and/or to components related to the 'inverter. Heat is also generated in the terminals due to the current passing through them.
  • inverter components other than power modules as well as inverter-related components may also generate heat; which heat can be transmitted to the power modules through the terminals and further heat these power modules.
  • document US20200044422 proposes an inverter casing comprising a recess in which a thermally conductive liquid is received.
  • the casing includes a bus bar device comprising conductive bars, one end of which is immersed in the conductive liquid.
  • the present invention aims to thermally protect components of an inverter, by solving all or part of the problems indicated above.
  • the invention aims to limit the heat exchanged between two components and which is transmitted via terminals of these components.
  • an inverter casing intended to receive at least one power electronics component of an inverter is proposed, the casing comprising walls defining a reception volume for the inverter. at least one power electronics component.
  • the inverter casing comprises at least one pad extending projecting from an internal surface of the walls in the receiving volume, the at least one pad being thermally conductive and adapted to drain the heat towards a system of cooling of the inverter, the at least one pad being configured so that, when the at least one component is received in the reception volume, a terminal of this at least one power electronics component or a connected conductor bar electrically at the terminal of the power electronics component is opposite a free end of the pad at a predefined distance so that a thermally conductive interface element can be interposed between the free end of the pad and the terminal of the power electronics component or the conductor bar.
  • power electronics component refers, in the context of an inverter, to any component of this inverter which carries an electric current.
  • a power electronics component can be a power module, a capacitor, an electronic card or even a filter, for example a so-called CEM filter.
  • terminal refers to an organ, generally metallic, which allows current to enter or leave an electronic component.
  • thermal conductive refers to an element having a thermal conductivity greater than or equal to 1 W/mK.
  • the pad is arranged at a location which, when a power electronics component is received in the reception volume, is facing, close to, a terminal of this component.
  • the pad can also be opposite a conductive bar, also called a busbar, which is electrically connected to the terminal of the power electronics component.
  • a conductive bar serves in particular to conduct an electric current and to electrically interconnect several components of the inverter, or a component of the inverter with a component external to the inverter.
  • the pad fills part of the space separating the terminal or the conductive bar from the internal surface at the location of this pad.
  • the remaining part of this space that is to say the distance between the free end of the pad and the terminal or the conductive bar, is intended to be filled by a thermally conductive interface element.
  • the interface element ensures thermal conduction between the terminal or the conductive bar and the pad.
  • the pad makes it possible to bring a thermally conductive surface close to a terminal of a power electronic component or a conductive bar in order to drain the heat generated by this terminal towards the walls of the housing.
  • the pad at least part of the heat from the terminal or the conductive bar is drained towards the cooling system of the casing. This makes it possible to limit the exchange of heat, transmitted via such terminals, between two components connected together by these terminals.
  • the housing is adaptable to different components having, for example, terminals of different shapes. In fact, such a casing makes it possible to avoid any structural modification of the components, and in particular the terminals.
  • the interface element ensures, in addition to thermal conduction, electrical insulation between the pad and the terminal.
  • the invention may optionally comprise one or more of the following characteristics combined with each other or not.
  • the at least one stud may be made of aluminum or an aluminum alloy.
  • Aluminum has many advantages, including high thermal conductivity, of the order of 226 W/mK (watts per meter-kelvin) compared to 0.025 W/mK for air, and a relatively low density. In fact, an aluminum pad allows improved heat transfer while limiting the mass of the inverter casing.
  • the at least one pad may be in one piece with the inverter casing. Since the casings are generally molded, preferably by die casting, only the mold needs to be adapted for the manufacture of such a casing. Such casting allows in particular the manufacture of aluminum or aluminum alloy casings. Such an arrangement also allows improved heat transfer compared to a pad which would be attached to the casing, due to the fact that there is no interface between these two elements.
  • the pad can be made of the same material as the casing, the casing preferably being made of aluminum or aluminum alloy.
  • the at least one pad may have a cross section that is substantially constant and less than 300 mm2, preferably less than 260 mm2.
  • one of the most common causes of porosity is uneven cooling of the part inside the mold. In fact, the material in contact with the walls of the mold cools more quickly than the material furthest from the walls. It was found that by limiting the section of the pads to 300 mm2, the porosity rate was reduced compared to pads with a larger section. The risk of leaks, gas or liquid, is then also reduced.
  • the at least one pad may have a cross section of generally square, rectangular, circular, oblong shape, or in the shape of a T, L or cross, or even a combination of several of these shapes.
  • the at least one pad can be covered at least partially with an electrically insulating external layer, the interface element comprising said electrically insulating external layer.
  • Such a layer can be obtained following a surface treatment, for example anodizing or a coating with an electrically insulating material. It is easier to carry out this treatment on at least one pad, or even on the entire casing, rather than on one terminal of the component, given that the casing generally receives several components each comprising several terminals.
  • Such a layer contributes to the electrical insulation between the pad and the terminal, without considerably increasing the manufacturing and/or preparation time of the inverter casing.
  • the cooling system may include a chamber provided in the inverter casing and adapted to the circulation of a cooling fluid, the chamber being arranged under a reception area of the at least one power electronics component to be cooled. .
  • a cooling system can transfer part of the heat generated by the component out of the inverter.
  • the at least one pad here makes it possible to transfer another part of the heat generated by the component and transmitted through the terminal to this cooling system.
  • the amount of heat transferred to the cooling system is greater and allows for more efficient overall heat dissipation.
  • the inverter housing can comprise two pads arranged on either side of the reception zone so that the free ends of these pads are intended to be facing each other at a predefined distance from the terminals of the electronic component of power, said terminals being located on opposite sides of the power electronics component.
  • the invention also relates, according to a second aspect, to an inverter comprising an inverter casing as described above, at least one power electronics component housed in the receiving volume and a conductive interface element. thermally interposed and maintained in contact between a free end of the at least one pad and a terminal of the at least one power electronics component or a conductive bar electrically connected to the terminal of the power electronics component, interface element ensuring thermal conduction between the terminal of the power electronic component or the conductive bar and the pad.
  • an inverter has advantages similar to those described previously in relation to the inverter casing.
  • the interface element may include a flexible solid body.
  • flexible solid body refers to an element which is relatively firm and which is not liquid, while being relatively flexible, in particular deformable under the weight of a power electronics component.
  • the flexible solid body may be a hardened thermal paste, preferably made from silicone.
  • Thermal paste also referred to by the English term “gap filler”, is generally more flexible than the outer layer. In fact, the thermal paste can deform more under the weight of the component, and have a greater contact surface, which allows satisfactory thermal transfer between the terminal and the interface element. Over time, the thermal layer polymerizes, but remains relatively flexible.
  • the flexible solid body may be a thermal foam.
  • foam has the ability to be deformed and return to its original shape.
  • this foam helps to at least partially dampen vibrations.
  • the flexible solid body may be a silicone-coated plate, also referred to by the English term “gap pad”.
  • the flexible solid body may be an adhesive.
  • the interface element may include both the electrically insulating outer layer and a flexible solid body among the alternatives described above. Such an arrangement is particularly implemented when the pad is electrically conductive and the flexible solid body is not perfectly electrically insulating. This also makes it possible to reduce the height, or thickness, of the flexible solid body.
  • the ratio between a height of the pad relative to a height of the interface element along an axis of extension of the pad may be greater than one, preferably substantially equal to two. In other words, the height of the pad is preferably twice the height of the interface element, along the axis of extension of the pad. It was noted that the rigidity and mechanical strength of the assembly formed by the stud, the element interface and the component, are improved when the height of the pad is greater than the height of the interface element (when the ratio is greater than one). It was also noted that, in addition to improving the rigidity and mechanical strength of this assembly, the assembly of the component and the manufacturing of the inverter are facilitated when the height of the pad is substantially twice the height of the interface element.
  • the height of the interface element along an axis of extension of the pad can be between 0.5 mm and 6 mm, preferably between 3 mm and 5 mm.
  • the component may include at least one input terminal, that is to say through which the current enters the component, at least one distinct pad being associated with each input terminal.
  • the component may include at least one output terminal, that is to say through which the current leaves the component, at least one distinct pad being associated with each output terminal.
  • the inverter may comprise three components each comprising three input terminals and one output terminal.
  • the components are power modules.
  • the inverter housing has at least nine distinct pads associated with the input terminals and at least three distinct pads associated with the output pads.
  • the inverter housing has twelve distinct pads associated with the input terminals and at least three distinct pads associated with the output terminals. As described previously, such an arrangement makes it possible to further limit the porosity rate of the inverter casing.
  • the invention relates, in a third aspect, to a method of manufacturing an inverter.
  • the process includes:
  • the interface element may include a flexible solid body.
  • the deposition step can then include the deposition of at least two superimposed layers of the flexible solid body of the interface element.
  • the flexible body can be deposited in pasty form.
  • the positioning step can be followed by a step of polymerization of the flexible body, in particular when the flexible body is deposited in pasty form.
  • Figure 1 represents, in a very schematic view, an electric or hybrid automobile vehicle comprising an electric machine, a battery and an inverter conforming to one embodiment of the invention.
  • Figure 2 is a sectional view of the inverter of Figure 1, the inverter comprising a casing according to a first embodiment.
  • Figure 3 is a partial top view of a casing according to a second embodiment, showing a reception area of a first power electronics component.
  • Figure 4 is a partial perspective view of the housing of Figure 3, showing a reception area for a second power electronics component.
  • Figure 5 is a diagram illustrating a method of manufacturing an inverter according to the invention.
  • FIG. 1 schematically represents an automobile vehicle 1 which is, for example, hybrid or electric.
  • vehicle 1 comprises an electric machine 2, a battery 3 and an inverter 4 electrically connected to the electric machine 2 and to the battery 3.
  • the electric machine 2 is configured to propel the vehicle 1.
  • the inverter 4 is configured to generate an alternating voltage adapted to the operation of the electric machine 2 from a direct voltage supplied by the battery 3.
  • the inverter 4 conforming to a first embodiment, is better visible in Figure 2.
  • the inverter 4 comprises a casing 41, or housing, configured to house components of the inverter.
  • the casing 41 comprises walls 411 having an internal surface 412 and an external surface 413 opposite the internal surface 412.
  • the walls 411 define, on the side of the internal surface 412, a reception volume V for the components of the inverter 4.
  • the walls 411 also define an opening O allowing access to the reception volume V, for example for the assembly of components.
  • the casing 41 is adapted to be mechanically connected to a casing of the electrical machine 2.
  • the opening O is intended to face the electrical machine 2 when the casing 41 of the inverter 4 is mechanically connected to the casing of the electrical machine 2, so that the inverter components and electric machine components can be interconnected.
  • the opening O is for example bordered by a sealing element (not shown) which is intended to ensure the sealing of the receiving volume V when the casing 41 is mechanically connected to the casing (not shown) of the electrical machine 2.
  • the casing 41 is for example made of aluminum, or of an aluminum alloy.
  • the walls 411 of the casing 2 define, inside the reception volume V, a first reception zone ZM for a component of the inverter 4.
  • the walls 411 of the casing 2 define also, in the vicinity of the first reception zone ZM, a second reception zone Zc for another component of the inverter 4.
  • the inverter 4 includes a cooling system 44.
  • the cooling system 44 is configured to cool a component of the inverter 4 located in the first reception zone ZM.
  • the cooling system 44 is also configured to cool the walls 411 of the casing 41.
  • the cooling system 44 comprises a thermally conductive plate 441, fixed on the internal surface 412 of the walls 411 and defining, with this internal surface, a sealed chamber 442.
  • the casing 41 includes a seal 45 positioned between the plate 441 and the internal surface 412.
  • the sealed chamber 442 is suitable for the circulation of a cooling fluid, for example a cooling liquid such as water.
  • Chamber 442 is for example connected to a cooling circuit (not shown) comprising a heat exchanger, and through which the cooling fluid circulates.
  • the plate 441 is configured to drain heat towards the chamber 442.
  • the plate 441 has a first substantially flat face 443 and a second face 444, opposite the first face, provided, on at least part of this face, of several thermally conductive fins 445.
  • the first face 443 of the plate 441 faces the opening O of the casing 41 and the second face 444 faces the internal surface 412 of the walls 411, so that the fins 445 extend into the sealed chamber 442.
  • These fins 445 are arranged so as to be in contact with the cooling fluid in order to transfer the drained heat to the cooling fluid.
  • the casing 41 comprises studs 47 extending projecting from the internal surface 412 of the casing 41 into the receiving volume.
  • the pads 47 are thermally conductive and adapted to drain heat towards the cooling system 44 of the inverter 4.
  • each pad 47 is configured to drain the heat generated at a terminal of a component of the inverter 4. inverter.
  • the pads 47 are arranged, in Figure 2, on either side of the first reception zone ZM.
  • Figure 2 represents a first pad 47a, located to the left of the first reception zone ZM in Figure 2, and a second pad 47b, located to the right of the reception zone ZM in Figure 2.
  • Each of these studs 47a, 47b has a connection end 471a, 471 b attached to the walls 411 and a free end 472a, 472b which is distal relative to the connection end 471a, 471 b.
  • the free ends 472a, 472b of the studs 47 are relatively flat and here belong to the same plane.
  • Each stud 47 has a height, along an axis of extension of the stud, of between 1 mm and 12 mm. This height corresponds to the distance between the connection end 471 and the free end 472.
  • the axis of extension of the stud is here perpendicular to the internal surface 412.
  • the height of the first stud 47a corresponds to the distance between the internal surface 412 located directly to the right of this first stud 47a in Figure 2 and its free end 472a
  • the height of the second stud 47b corresponds to the distance between the internal surface 412 located on either side of this second stud 47b in Figure 2 and its free end 472b.
  • the studs 47 have a substantially constant cross section over their entire height.
  • This cross section has for example a surface area of between 4 mm2 and 300 mm2, preferably between 10 mm2 and 260 mm2 , and more preferably between 16 mm2 and 256 mm2 .
  • the cross section is for example generally square in shape.
  • the studs 47 are for example made of aluminum, or of an aluminum alloy.
  • the studs 47 are here in one piece with the casing 4.
  • the inverter 4 further comprises a first power electronics component 42, a second power electronics component 43 and an electrical connector 46.
  • the first power electronics component 42 is for example a power module comprising power switches whose openings and closings are appropriately controlled to generate, from a direct voltage, an alternating voltage of predetermined frequency.
  • the first power electronics component 42 is received in the first receiving zone ZM of the casing 41.
  • the first power electronics component 42 comprises an input terminal 421 and an output terminal 422.
  • the input terminal 421 is intended to be electrically connected to a component providing a direct voltage, such as the second power electronics component 43, while the output terminal 422 is intended to be electrically connected to a component receiving an alternating voltage, such as the electric machine 2.
  • the electrical connector 46 is for example a conductive bar intended to electrically connect the first power electronic component 42 to the electrical machine 2.
  • the second power electronics component 42 is for example formed by a set of capacitors configured to smooth the direct voltage supplied by the battery 3.
  • the second power electronics component 43 is received in the second receiving zone Zc of the casing 41.
  • the second power electronics component 43 comprises an input terminal (not shown) and an output terminal 432.
  • the input terminal is intended to be electrically connected to a component providing a direct voltage, such as the battery 3 or a filter of the inverter
  • the output terminal 432 is intended to be electrically connected to a component receiving a direct voltage, such as the first power electronics component 42.
  • the inverter 4 comprises an interface element 48 configured to form a thermally conductive interface and for example electrical insulation between the terminals of the components of the inverter 4, in particular the first power electronics component 42 and the second component d power electronics 43, and the free end 472 of the pads 47.
  • the interface element 48 has a body that is both strong and flexible.
  • This body here is a thermal paste, preferably made from silicone.
  • the thermal paste has for example a thermal conductivity of between 1W/mK and 10W/mK, for example substantially equal to 4W/mK.
  • the thermal paste is likely to polymerize, but remains relatively flexible, particularly under the effect of the weight of the components.
  • the first power electronics component 42 is positioned on the first face 443 of the plate 441 of the cooling system. In this way, part of the heat generated by the first power electronics component 42 is transferred to the cooling system 44.
  • the input terminal 421 of the first power electronics component 42 faces the free end 472a of the first pad 47a.
  • the output terminal 422 of the first power electronics component 42 faces the free end 472b of the second pad 47b.
  • the output terminal 432 of the second power electronics component 43 faces the free end 472a of the first pad 47a.
  • the input terminal 421 of the first power electronics component 42 and the output terminal of the second power electronics component 43 are superimposed and fixed to one another, for example by laser welding, to establish their electrical connection.
  • the electrical connector 46 faces the free end 472b of the second stud 47b.
  • the output terminal 422 of the first power electronics component 42 and the electrical connector 46 are superimposed and in contact with each other to establish their electrical connection.
  • the output terminal 422 and the electrical connector 46 are for example fixed to each other, for example by laser welding.
  • the interface element 48 is arranged, in Figure 2, at the level of the first pad 47a and at the level of the second pad 47b.
  • Figure 2 represents a first interface element 48a, located on the first pad 47a, and a second interface element 48b, located on the second pad 47b.
  • the first interface element 48a is interposed and maintained in contact between the free end 472a of the first pad 47a and one of the output terminal 432 and the input terminal 421, depending on whether the output terminal 432 is located above or below input terminal 421.
  • the second interface element 48b is interposed and maintained in contact between the free end 472b of the second pad 47b and one of the output terminal 422 and the electrical connector 46, depending on whether the output terminal 422 is located at above or below the electrical connector 46.
  • the body of the interface element 48 is for example placed on the free end 472 of each pad 47.
  • the interface element 48 is slightly compressed between the free end 472 of each pad 47 and the associated terminals.
  • Each interface element 48 has a height, once compressed and along an axis of extension of the pad 47 on which this interface element 48 is arranged, of between 0.5 mm and 6 mm.
  • the height of the interface element 48 is between 3 mm and 5 mm.
  • the ratio between the height of each pad 47 and the height of the interface element 48 placed on this pad 47 is greater than one, preferably substantially equal to two.
  • Figure 3 shows an inverter casing according to a second embodiment. In this figure, the cooling system plate and gasket are not shown.
  • the casing 41 according to the second embodiment is for example suitable for a three-phase inverter.
  • the casing 41 according to the second embodiment is intended to receive three first power electronic components 42 each comprising three input terminals 421 and one output terminal 422.
  • the walls 411 of the casing 41 define a first reception zone ZM configured to receive three first power electronic components 42.
  • the first reception zone ZM is generally elongated and extends in an X-X direction, called alignment.
  • the first power electronic components 42 are intended to be aligned in the alignment direction X-X so that the input terminals 421 and the output terminals 422 are aligned with each other.
  • the pads 47 are arranged in a first series Si arranged on one side of the reception zone Z M and a second series S2 arranged on another side of the zone the first reception zone.
  • the first series Si and the second series S2 are parallel to the alignment direction X-X.
  • the pads 47a, 47c of the first series Si are configured so that, when the first power electronic components 42 are received in the first reception zone ZM, each input terminal 421 is opposite at least one pad 47a or 47c of this first Si series.
  • the first series Si comprises pads 47a, 47c of different sections, namely single pads 47a and double pads 47c.
  • Each double stud 47c is formed by two distinct studs each having a cross section, for example of square shape, the surface of which is less than the surface of a cross section of a single stud 47a, which has a section of substantially rectangular shape .
  • the first series Si presents, according to the alignment direction X-X, an alternation of single pads 47a and double pads 47c.
  • the first series Si comprises nine distinct pads 47a, 47c including six single pads 47a and three double pads 47c.
  • the pads 47b of the second series S2 are configured so that, when the first power electronic components 42 are received in the first reception zone ZM, each output terminal 422 is opposite a pad 47b of this second series S2.
  • the second series S2 comprises three distinct pads 47b. These pads 47b have a section of substantially oblong shape whose largest axis is parallel to the alignment direction XX.
  • Figure 4 shows the second zone Zc for receiving the inverter casing according to the second embodiment. Part of the first Si series of pads 47a, 47c is visible on the left of this figure. The first series Si is arranged along a first side of the second reception zone Zc. The inverter casing 41 comprises, on one side of the second reception zone Zc which is opposite the side where the first series Si of pads 47 is located, pads 57.
  • Each pad 57 is for example configured to be facing at a predefined distance from an input terminal (not shown) of the second power electronics component.
  • the pads 57 have a T-shaped cross section.
  • the pads 57 have, like the pads 47, a cross section substantially constant and less than 300 mm2, preferably less than 260 mm2.
  • Figure 5 illustrates a manufacturing process 100 of the inverter 4.
  • the manufacturing process 100 comprises a step 101 of providing a casing according to the first embodiment or according to the second embodiment.
  • the casing is for example made by casting, preferably by die casting, from aluminum or an aluminum alloy.
  • the manufacturing process 100 then includes a step 102 of depositing the interface element on the free end of the pads.
  • the deposition step 102 includes, for example, the deposition of two superimposed layers of the body of the interface element, namely the thermal paste.
  • the manufacturing process 100 finally comprises a step of positioning 103 of the terminals of a first power electronics component and/or the terminals of a second power electronics component on the interface element.
  • the first power electronics component and/or the second power electronics component are only deposited on the interface element, that is to say they press on the interface element. interface only under the effect of their weight.
  • the casing can be made using another manufacturing process.
  • the casing is made by additive manufacturing, more commonly called 3D printing.
  • the structure of the housing may vary.
  • the casing has more or fewer pads.
  • each stud has a cross section of different shape or a different height.
  • the studs are attached to the casing, for example by gluing, welding, screwing, fitting and any other known method of fixing between two elements.
  • the pads can be made from a material different from that of the casing.
  • the pads can be made of a metallic material other than aluminum, such as copper.
  • the structure of the cooling system may vary.
  • the cooling system is external to the crankcase.
  • the cooling system is formed by the external surface of the casing in contact with the ambient air.
  • the interface element may vary.
  • the interface element may include an electrically insulating outer layer.
  • the layer is for example obtained by a surface treatment, such as anodizing.
  • the body of the interface element is an alumina layer.
  • the layer is obtained by spraying or coating with an electrically insulating material.
  • the deposition step includes a surface treatment, spraying or coating sub-step.
  • the interface element comprises two superimposed bodies, namely a first body and a second body.
  • the first body is for example an electrically insulating external layer as described above and the second body is a thermal paste as previously described.
  • the second body is interposed between the first body and the terminals.
  • the deposition step comprises a sub-step of surface treatment, spraying or coating, followed by the deposition of two layers of the second body.
  • the structure of the inverter may vary.
  • the inverter comprises a single power electronics component.
  • the inverter comprises more than two power electronics components.
  • one of the first power electronics component and the second power electronics component is a power module, a capacitor, an electronic card or even a filter, for example a so-called CEM filter.
  • the structure of the components may vary.
  • the power electronics components comprise only one input terminal or an output terminal.
  • the components include more than one input terminal and/or more than one output terminal.
  • the first power electronics component and the second power electronics component are mounted on an electronic card.
  • the invention thus developed makes it possible to drain part of the heat released by the components of an inverter, while facilitating the assembly of these components.
  • the inverter housing according to the invention is simple to manufacture. In fact, its manufacturing requires very few modifications compared to the casings manufactured until then. In addition, the manufacturing of the inverter according to the invention can be automated.

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Abstract

L'invention porte sur un carter d'onduleur destiné à recevoir au moins un composant d'électronique de puissance (42, 43) d'un onduleur (4), le carter (41) comportant des parois (411) définissant un volume (V) de réception pour l'au moins un composant d'électronique de puissance (42, 43). Le carter comporte au moins un plot (47) s'étendant en saillie depuis une surface interne (412) des parois (411) dans le volume (V) de réception, l'au moins un plot (47) étant configuré pour que, lorsque l'au moins un composant est reçu dans le volume (V) de réception, une borne (421, 422, 432) de cet au moins un composant d'électronique de puissance (42, 43) ou une barre conductrice raccordée électriquement à la borne (421, 422, 432) du composant d'électronique de puissance (42) est en regard d'une extrémité libre (472) du plot (47) à une distance prédéfinie de sorte qu'un élément d'interface (48) puisse être interposé entre l'extrémité libre (472) du plot (47) et la borne (421, 422, 432) du composant d'électronique de puissance (42, 43) ou la barre conductrice.

Description

Carter d’onduleur comportant des plots de refroidissement et onduleur comportant un tel carter
La présente invention revendique la priorité de la demande française 2212878 déposée le 7 décembre 2022 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence.
DOMAINE TECHNIQUE
L’invention concerne le domaine du refroidissement des onduleurs électriques. Elle concerne notamment les onduleurs adaptés à piloter le fonctionnement d’une machine électrique de traction d'un véhicule électrique ou hybride, par exemple un véhicule automobile.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Un onduleur est, dans le domaine de l’électronique de puissance, un convertisseur de tension permettant de générer des tensions et des courants alternatifs à partir d'une source d'énergie électrique de tension ou de fréquence différente. Un onduleur permet notamment de générer les tensions alternatives adaptées au fonctionnement d’un moteur électrique, synchrone ou asynchrone, à partir d’une source de tension continue, telle qu’une batterie électrique.
Les onduleurs comportent pour ce faire des composants, notamment des modules de puissances comportant des interrupteurs électroniques, par exemple des IGBT (IGBT signifiant transistor bipolaire à grille isolée, de l’anglais « insulated Gate Bipolar Transistor »), dont les ouvertures et les fermetures sont commandées de manière appropriée.
Un tel onduleur comporte ainsi un assemblage de plusieurs composants qui sont généralement inclus dans un boîtier de protection également appelé carter. Ces composants comportent typiquement une ou plusieurs bornes permettant leur interconnexion, ou leur connexion avec d’autres composants liés à l’onduleur tels que la batterie électrique ou une machine électrique.
En fonctionnement, les composants de l’onduleur génèrent de la chaleur qui peut altérer le bon fonctionnement de ces composants ou bien les endommager. En particulier, les modules de puissance génèrent de la chaleur du fait du courant les traversant et des nombreuses commutations des interrupteurs électroniques. La chaleur générée par les modules de puissance peut être transmise, par l’intermédiaire des bornes, à d’autres composants de l’onduleur, tels que des condensateurs qui peuvent être sensibles à la chaleur, et/ou à des composants liés à l’onduleur. De la chaleur est également générée dans les bornes en raison du courant les traversant.
De plus, les composants de l’onduleur autres que les modules de puissance ainsi que les composants liés à l’onduleur peuvent également générer de la chaleur ; laquelle chaleur peut être transmise aux modules de puissance par l’intermédiaire des bornes et chauffer davantage ces modules de puissance.
Il existe dans l’état de la techniques certaines solutions générales qui ont été développées pour réduire la chaleur au niveau de barres conductrices, aussi connues sous le terme anglophone « bus bar ».
Par exemple, le document US20200044422 propose un carter d’onduleur comportant un évidement dans lequel est reçu un liquide conducteur thermiquement. Le carter comporte un dispositif de barres conductrices (bus bar device) comportant des barres conductrices dont une extrémité est immergée dans le liquide conducteur.
Cette solution est cependant imparfaite en ce qu elle implique un arrangement spécifique du dispositif, dans lequel les barres conductrices sont déportées pour être amenées jusque dans l’évidement. Cette solution impose donc la fabrication de pièces complexes et spécifiques et entraîne des coûts de production élevés. Ces coûts de production sont d’autant plus élevés que les barres conductrices sont généralement réalisées en cuivre.
La présente invention vise à protéger thermiquement des composants d’un onduleur, en résolvant tout ou partie des problématiques indiquées ci-dessus. En particulier, l’invention vise à limiter la chaleur échangée entre deux composants et qui est transmise par l’intermédiaire de bornes de ces composants.
EXPOSE DE L’INVENTION
A cet effet, il est proposé selon un premier aspect de l’invention, un carter d’onduleur destiné à recevoir au moins un composant d’électronique de puissance d’un onduleur, le carter comportant des parois définissant un volume de réception pour l’au moins un composant d'électronique de puissance.
Le carter d’onduleur comporte au moins un plot s’étendant en saillie depuis une surface interne des parois dans le volume de réception, l’au moins un plot étant conducteur thermiquement et adapté à drainer la chaleur vers un système de refroidissement de l’onduleur, l’au moins un plot étant configuré pour que, lorsque l’au moins un composant est reçu dans le volume de réception, une borne de cet au moins un composant d’électronique de puissance ou une barre conductrice raccordée électriquement à la borne du composant d’électronique de puissance est en regard d’une extrémité libre du plot à une distance prédéfinie de sorte qu’un élément d’interface conducteur thermiquement puisse être interposé entre l’extrémité libre du plot et la borne du composant d’électronique de puissance ou la barre conductrice.
Le terme « composant d’électronique de puissance » se rapporte, dans le cadre d’un onduleur, à tout composant de cet onduleur qui est parcouru par un courant électrique. Par exemple, un tel composant d’électronique de puissance peut être un module de puissance, un condensateur, une carte électronique ou encore un filtre, par exemple un filtre dit CEM.
Le terme « borne » se rapporte à un organe, généralement métallique, qui permet au courant de rentrer ou de sortir d’un composant électronique.
Le terme « conducteur thermiquement » se rapporte à un élément ayant une conductivité thermique supérieure ou égale à 1 W/mK.
Dans le carter d’onduleur selon l’invention, le plot est disposé à un emplacement qui, lorsqu’un composant d’électronique de puissance est reçu dans le volume de réception, est en regard, à proximité, d’une borne de ce composant. Le plot peut également être en regard d’une barre conductrice, aussi appelée busbar, qui est raccordée électriquement à la borne du composant d’électronique de puissance. Une telle barre conductrice sert notamment à conduire un courant électrique et à interconnecter électriquement plusieurs composants de l’onduleur, ou un composant de l’onduleur avec un composant externe à l’onduleur.
Lorsque le composant est reçu dans le volume de réception, le plot comble une partie de l’espace séparant la borne ou la barre conductrice de la surface interne au niveau de l’emplacement de ce plot. La partie restante de cet espace, c’est-à-dire la distance entre l’extrémité libre du plot et la borne ou la barre conductrice, est destinée à être comblée par un élément d’interface conducteur thermiquement.
L’élément d’interface assure la conduction thermique entre la borne ou la barre conductrice et le plot. Ainsi, le plot permet d’amener une surface conductrice thermiquement à proximité d'une borne d’un composant d’électronique de puissance ou d’une barre conductrice afin de drainer la chaleur générée par cette borne vers les parois du carter. Ainsi grâce au plot, au moins une partie la chaleur de la borne ou de la barre conductrice est drainée vers le système de refroidissement du carter. Cela permet de limiter l’échange de chaleur, transmise par l’intermédiaire de telles bornes, entre deux composants connectés entre eux par ces bornes. Grâce au plot, le carter est adaptable à différents composants ayant par exemple des bornes de formes différentes. De fait, un tel carter permet de s’affranchir de toute modification structurelle des composants, et notamment des bornes.
Lorsque le plot est conducteur électriquement, ce qui peut être le cas selon le matériau dans lequel il est réalisé, l’élément d’interface assure, en plus de la conduction thermique, l’isolation électrique entre le plot et la borne.
L’invention peut comporter de manière facultative une ou plusieurs des caractéristiques suivantes combinées entre elles ou non.
L’au moins un plot peut être en aluminium ou en alliage d’aluminium. L’aluminium présente de nombreux avantages, notamment une conductivité thermique élevée, de l’ordre de 226 W/mK (watts par mètre-kelvin) contre 0.025 W/mK pour l’air, et une masse volumique relativement faible. De fait, un plot en aluminium permet un transfert de chaleur amélioré tout en limitant la masse du carter d’onduleur.
L’au moins un plot peut être d’un seul tenant avec le carter d’onduleur. Les carters étant généralement moulés, de préférence par moulage sous pression, seul le moule nécessite d’être adapté pour la fabrication d’un tel carter. Un tel moulage permet notamment la fabrication de carters en aluminium ou en alliage d’aluminium. Un tel arrangement permet également un transfert thermique amélioré par rapport à un plot qui serait rapporté sur le carter, du fait qu’il n’existe pas d’interface entre ces deux éléments.
Le plot peut être réalisé dans le même matériau que le carter, le carter étant de préférence réalisé en aluminium ou en alliage d’aluminium.
L’au moins un plot peut présenter une section transversale sensiblement constante et inférieure à 300 mm2, de préférence inférieure à 260 mm2. Dans les pièces obtenues par moulage sous pression, une des causes les plus courantes de porosité est le refroidissement inégal de la pièce à l'intérieur du moule. En effet, la matière au contact des parois du moule refroidit plus rapidement que la matière la plus éloignée des parois. Il a été constaté qu’en limitant la section des plots à 300 mm2, le taux de porosité était réduit par rapport à des plots de section supérieure. Le risque de fuite, de gaz ou de liquide, est alors également réduit.
L’au moins un plot peut présenter une section transversale de forme globalement carrée, rectangulaire, circulaire, oblongue, ou bien en forme de T, de L ou de croix, ou encore une combinaison de plusieurs de ces formes. L’au moins un plot peut être recouvert au moins partiellement d’une couche externe électriquement isolante, l’élément d’interface comportant ladite couche externe électriquement isolante. Une telle couche peut être obtenue à la suite d’un traitement de surface, par exemple une anodisation ou un revêtement d’un matériau isolant électriquement. Il est plus aisé de réaliser ce traitement sur l’au moins un plot, voire sur l’ensemble du carter, plutôt que sur une borne du composant, étant donné que le carter reçoit généralement plusieurs composants comportant chacun plusieurs bornes. Une telle couche participe à l’isolation électrique entre le plot et la borne, sans pour autant augmenter considérablement le temps de fabrication et/ou de préparation du carter d’onduleur.
Le système de refroidissement peut comporter une chambre ménagée dans le carter d’onduleur et adaptée à la circulation d’un fluide de refroidissement, la chambre étant disposée sous une zone de réception de l’au moins un composant d’électronique de puissance à refroidir. Un tel système de refroidissement peut permettre de transférer une partie de la chaleur générée par le composant hors de l’onduleur. L’au moins un plot permet ici de transférer une autre partie de la chaleur générée par le composant et transmise à travers la borne vers ce système de refroidissement. Ainsi, la quantité de chaleur transférée vers le système de refroidissement est plus importante et permet une évacuation globale de la chaleur plus efficace.
Avantageusement, le carter d’onduleur peut comporter deux plots agencés de part et d’autre de la zone de réception de sorte que les extrémités libres de ces plots sont destinées à être en regard à une distance prédéfinie de bornes du composant d’électronique de puissance, lesdites bornes étant situées sur des côtés opposés du composant d’électronique de puissance.
L’invention a également pour objet, selon un deuxième aspect, un onduleur comportant un carter d’onduleur tel que décrit ci-dessus, au moins un composant d’électronique de puissance logé dans le volume de réception et un élément d’interface conducteur thermiquement interposé et maintenu en contact entre une extrémité libre de l’au moins un plot et une borne de l’au moins un composant d’électronique de puissance ou une barre conductrice raccordée électriquement à la borne du composant d’électronique de puissance, l'élément d’interface assurant la conduction thermique entre la borne du composant d’électronique de puissance ou la barre conductrice et le plot. Un tel onduleur présente des avantages analogues à ceux décrits précédemment en relation avec le carter d’onduleur.
L’élément d’interface peut comporter un corps solide flexible. Le terme « corps solide flexible » se rapporte à un élément qui est relativement ferme et qui n’est pas liquide, tout en étant relativement souple, notamment déformable sous le poids d’un composant d’électronique de puissance.
Ce corps permet de compenser les jeux d’assemblage et les irrégularités de surface en se déformant légèrement. De par son aspect déformable, le corps permet aussi de maintenir la borne et le plot en contact malgré les déformations dues à la dilatation thermique des matériaux de la borne et/ou du plot. Autrement dit, le corps permet d’absorber de telles déformations tout en garantissant le maintien en contact entre le pion et la borne. Le corps solide flexible peut être une pâte thermique durcie, de préférence réalisée à partir de silicone. La pâte thermique, aussi désignée par le terme anglophone « gap filler », est généralement plus souple que la couche externe. De fait, la pâte thermique peut se déformer davantage sous le poids du composant, et avoir une surface de contact supérieure, ce qui permet un transfert thermique satisfaisant entre la borne et l’élément d’interface. Avec le temps, la couche thermique polymérise, mais reste relativement souple.
Alternativement, le corps solide flexible peut être une mousse thermique. Une telle mousse a la capacité de pouvoir être déformée et de reprendre sa forme initiale. De plus, cette mousse permet d’amortir au moins en partie les vibrations.
Alternativement, le corps solide flexible peut être une plaque enrobée de silicone, aussi désignée par le terme anglophone « gap pad ».
Alternativement, le corps solide flexible peut être une colle.
L’élément d’interface peut comporter à la fois la couche externe électriquement isolante et un corps solide flexible parmi les alternatives décrites ci- dessus. Un tel arrangement est notamment mis en œuvre lorsque le plot est conducteur électriquement et que le corps solide flexible n’est pas parfaitement isolant électriquement. Cela permet également de réduire la hauteur, ou l’épaisseur, du corps solide flexible.
Le rapport entre une hauteur du plot par rapport à une hauteur de l’élément d’interface selon un axe d’extension du plot peut être supérieur à un, de préférence sensiblement égal à deux. Autrement dit, la hauteur du plot est de préférence deux fois supérieure à la hauteur de l’élément d’interface, selon l’axe d’extension du plot. Il a été constaté que la rigidité et la tenue mécanique de l’ensemble formé par le plot, l’élément d’interface et le composant, sont améliorées lorsque la hauteur du plot est supérieure à la hauteur de l’élément d’interface (lorsque le rapport est supérieur à un). Il a également été constaté que, outre l’amélioration de la rigidité et de la tenue mécanique de cet ensemble, l’assemblage du composant et la fabrication de l'onduleur sont facilités lorsque la hauteur du plot est sensiblement deux fois supérieure à la hauteur de l’élément d’interface.
La hauteur de l’élément d’interface selon un axe d’extension du plot peut être comprise entre 0,5 mm et 6 mm, de préférence entre 3 mm et 5 mm.
Le composant peut comporter au moins une borne d’entrée, c’est-à-dire par laquelle le courant rentre dans le composant, au moins un plot distinct étant associé à chaque borne d’entrée. Le composant peut comporter au moins une borne de sortie, c’est-à-dire par laquelle le courant sort du composant au moins un plot distinct étant associé à chaque borne de sortie. Comme cela a été précédemment décrit, une des causes les plus courantes de porosité est le refroidissement inégal de la pièce à l'intérieur du moule. Cela permet ainsi d’éviter des blocs massifs au niveau du carter, soit lorsqu’un composant comporte plusieurs bornes, soit lorsque le carter comporte plusieurs composants ayant chacun au moins une borne.
De manière préférée, l’onduleur peut comporter trois composants comportant chacun trois bornes d’entrée et une borne de sortie. Un tel arrangement est généralement mis en œuvre pour un onduleur triphasé. Dans ce cas, les composants sont des modules de puissances. En particulier, dans cet arrangement le carter d’onduleur comporte au moins neuf plots distincts associés aux bornes d’entrée et au moins trois plots distincts associés aux plots de sortie.
Deux plots distincts peuvent être associés à une des bornes d’entrée de chacun des composants et un plot distinct peut être associé à chacune des autres bornes d’entrée et de la borne de sortie. Dans cet arrangement, le carter d’onduleur comporte douze plots distincts associés aux bornes d’entrée et au moins trois plots distincts associés aux bornes de sortie. Comme décrit précédemment, un tel arrangement permet de limiter encore le taux de porosité du carter d’onduleur.
L’invention a enfin pour objet, sous un troisième aspect, un procédé de fabrication d’un onduleur. Le procédé comprend :
- une étape de fourniture d’un carter d’onduleur tel que décrit ci- dessus,
-une étape de dépôt de l’élément d’interface sur l’extrémité libre de l’au moins un plot, et -une étape de positionnement d’une borne du composant d’électronique de puissance ou de la barre conductrice sur l’élément d’interface.
Un tel procédé présente des avantages analogues à ceux décrits précédemment en relation avec le carter d’onduleur et l'onduleur.
L’élément d’interface peut comporter un corps solide flexible. L’étape de dépôt peut alors comporter le dépôt d’au moins deux couches superposées du corps solide flexible de l’élément d’interface. Le corps flexible peut être déposé sous forme pâteuse.
Afin d’obtenir une hauteur souhaitée de l’élément d’interface, le fait de déposer deux couches fines ayant chacune une hauteur inférieure à la hauteur souhaitée, plutôt qu'une couche ayant directement la hauteur souhaitée, permet d’éviter un étalement du corps. Cela permet ainsi une meilleure tenue mécanique du corps et donc de l’élément d’interface.
L’étape de positionnement peut être suivie d’une étape de polymérisation du corps flexible, notamment lorsque le corps flexible est déposé sous forme pâteuse.
BREVES DESCRIPTION DES FIGURES
L’invention, selon un exemple de réalisation, sera bien comprise et ses avantages apparaitront mieux à la lecture de la description détaillée qui suit, donnée à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés.
La figure 1 représente, selon une vue très schématique, un véhicule automobile électrique ou hybride comportant une machine électrique, une batterie et un onduleur conforme à un mode de réalisation de l’invention.
La figure 2 est une vue en coupe de l’onduleur de la figure 1 , l’onduleur comportant un carter selon un premier mode de réalisation.
La figure 3 est une vue partielle de dessus d'un carter selon un deuxième mode de réalisation, montrant une zone de réception d’un premier composant d’électronique de puissance.
La figure 4 est une vue partielle en perspective du carter de la figure 3, montrant une zone de réception d’un deuxième composant d’électronique de puissance. La figure 5 est un diagramme illustrant un procédé de fabrication d’un onduleur conforme à l’invention.
DESCRIPTION DETAILLEE La figure 1 représente schématiquement un véhicule 1 automobile qui est, par exemple, hybride ou électrique. Le véhicule 1 comporte une machine électrique 2, une batterie 3 et un onduleur 4 raccordé électriquement à la machine électrique 2 et à la batterie 3.
La machine électrique 2 est configurée pour propulser le véhicule 1 .
L’onduleur 4 est configuré pour générer une tension alternative adaptée au fonctionnement de la machine électrique 2 à partir d’une tension continue fournie par la batterie 3.
L’onduleur 4, conforme à un premier mode de réalisation, est mieux visible sur la figure 2.
L’onduleur 4 comporte un carter 41 , ou boîtier, configuré pour loger des composants de l’onduleur. Le carter 41 comporte des parois 411 ayant une surface interne 412 et une surface externe 413 opposée à la surface interne 412.
Les parois 411 définissent, du côté de la surface interne 412, un volume V de réception pour les composants de l’onduleur 4. Les parois 411 définissent aussi une ouverture O permettant d’accéder au volume V de réception, par exemple pour l’assemblage des composants.
Le carter 41 est adapté à être connecté mécaniquement à un carter de la machine électrique 2. L’ouverture O est destinée à être tournée vers la machine électrique 2 lorsque le carter 41 de l’onduleur 4 est connecté mécaniquement au carter de la machine électrique 2, pour que les composants de l’onduleur et des composants de la machine électrique puissent être interconnectés.
L’ouverture O est par exemple bordée par un élément d’étanchéité (non représenté) qui est destiné à assurer l’étanchéité du volume V de réception lorsque le carter 41 est connecté mécaniquement au carter (non représenté) de la machine électrique 2.
Le carter 41 est par exemple réalisé en aluminium, ou en alliage d’aluminium.
Dans l’exemple illustré à la figure 2, les parois 411 du carter 2 définissent, à l’intérieur du volume V de réception, une première zone ZM de réception pour un composant de l’onduleur 4. Les parois 411 du carter 2 définissent aussi, au voisinage de la première zone ZM de réception, une deuxième zone Zc de réception pour un autre composant de l’onduleur 4.
L’onduleur 4 comporte un système de refroidissement 44. Le système de refroidissement 44 est configuré pour refroidir un composant de l’onduleur 4 situé dans la première zone de réception ZM. Le système de refroidissement 44 est également configuré pour refroidir les parois 411 du carter 41 .
Le système de refroidissement 44 comporte une plaque 441 conductrice thermiquement, fixée sur la surface interne 412 des parois 411 et définissant, avec cette surface interne, une chambre 442 étanche.
A cet effet, le carter 41 comporte un joint d’étanchéité 45 positionné entre la plaque 441 et la surface interne 412.
La chambre 442 étanche est adaptée à la circulation d’un fluide de refroidissement, par exemple un liquide de refroidissement tel que de l’eau. La chambre 442 est par exemple raccordée à un circuit de refroidissement (non représenté) comportant un échangeur de chaleur, et au travers duquel le fluide de refroidissement circule.
La plaque 441 est configurée pour drainer la chaleur vers la chambre 442. En particulier, la plaque 441 a une première face 443 sensiblement plane et une deuxième face 444, opposée à la première face, pourvue, sur au moins une partie de cette face, de plusieurs ailettes 445 conductrices thermiquement. La première face 443 de la plaque 441 est tournée vers l’ouverture O du carter 41 et la deuxième face 444 est tournée vers la surface interne 412 des parois 411 , de sorte que les ailettes 445 s’étendent dans la chambre 442 étanche. Ces ailettes 445 sont agencées de sorte à être au contact du fluide de refroidissement afin de transférer la chaleur drainée au fluide de refroidissement.
Le carter 41 comporte des plots 47 s’étendant en saillie depuis la surface interne 412 du carter 41 dans le volume de réception. Les plots 47 sont conducteurs thermiquement et adaptés à drainer la chaleur vers le système de refroidissement 44 de l’onduleur 4. En particulier, chaque plot 47 est configuré pour drainer la chaleur générée au niveau d’une borne d’un composant de l’onduleur.
Les plots 47 sont disposés, sur la figure 2, de part et d’autre de la première zone ZM de réception. En particulier, la figure 2 représente un premier plot 47a, situé à gauche de la première zone ZM de réception sur la figure 2, et un deuxième plot 47b, situé à droite de la zone ZM de réception sur la figure 2.
Chacun de ces plots 47a, 47b a une extrémité de raccord 471a, 471 b rattachée aux parois 411 et une extrémité libre 472a, 472b qui est distale par rapport à l’extrémité de raccord 471a, 471 b. Les extrémités libres 472a, 472b des plots 47 sont relativement planes et appartiennent ici à un même plan. Chaque plot 47 a une hauteur, selon un axe d’extension du plot, comprise entre 1 mm et 12 mm. Cette hauteur correspond à la distance entre l’extrémité de raccord 471 et l’extrémité libre 472. L’axe d’extension du plot est ici perpendiculaire à la surface interne 412.
En particulier, la hauteur du premier plot 47a correspond à la distance entre la surface interne 412 située directement à droite de ce premier plot 47a sur la figure 2 et son extrémité libre 472a, tandis que la hauteur du deuxième plot 47b correspond à la distance entre la surface interne 412 située de part et d’autre de ce deuxième plot 47b sur la figure 2 et son extrémité libre 472b.
Les plots 47 ont une section transversale sensiblement constante sur toute leur hauteur. Cette section transversale a par exemple une surface comprise entre 4 mm2 et 300 mm2, de préférence entre 10 mm2 et 260 mm2, et de préférence encore entre 16 mm2 et 256 mm2. La section transversale est par exemple de forme globalement carrée.
Les plots 47 sont par exemple réalisés en aluminium, ou en alliage d’aluminium.
Les plots 47 sont ici d’un seul tenant avec le carter 4.
L’onduleur 4 comporte, de plus, un premier composant d’électronique de puissance 42, un deuxième composant d’électronique de puissance 43 et un connecteur électrique 46.
Le premier composant d’électronique de puissance 42 est par exemple un module de puissance comportant des interrupteurs de puissance dont les ouvertures et les fermetures sont commandées de manière appropriée pour générer, à partir d’une tension continue, une tension alternative de fréquence prédéterminée.
Le premier composant d’électronique de puissance 42 est reçu dans la première zone ZM de réception du carter 41 .
Le premier composant d’électronique de puissance 42 comporte une borne d’entrée 421 et une borne de sortie 422. Par exemple, la borne d’entrée 421 est destinée à être raccordée électriquement à un composant fournissant une tension continue, tel que le deuxième composant d’électronique de puissance 43, tandis que la borne de sortie 422 est destinée à être raccordée électriquement à un composant recevant une tension alternative, tel que la machine électrique 2.
Le connecteur électrique 46 est par exemple une barre conductrice destinée à raccorder électriquement le premier composant d’électronique de puissance 42 à la machine électrique 2. Le deuxième composant d’électronique de puissance 42 est par exemple formé par un ensemble de condensateurs configurés pour lisser la tension continue fournie par la batterie 3.
Le deuxième composant d’électronique de puissance 43 est reçu dans la deuxième zone Zc de réception du carter 41 .
Le deuxième composant d’électronique de puissance 43 comporte une borne d’entrée (non illustrée) et une borne de sortie 432. Par exemple, la borne d’entrée est destinée à être raccordée électriquement à un composant fournissant une tension continue, tel que la batterie 3 ou un filtre de l’onduleur, et la borne de sortie 432 est destinée à être raccordée électriquement à un composant recevant une tension continue, tel que le premier composant d’électronique de puissance 42.
L’onduleur 4 comporte un élément d’interface 48 configuré pour former une interface conductrice thermiquement et par exemple une isolation électrique entre les bornes des composants de l’onduleur 4, notamment le premier composant d’électronique de puissance 42 et le deuxième composant d’électronique de puissance 43, et l’extrémité libre 472 des plots 47.
L’élément d’interface 48 comporte un corps qui est à la fois solide et flexible. Ce corps est ici une pâte thermique, de préférence réalisée à partir de silicone. La pâte thermique a par exemple une conductivité thermique comprise entre 1W/mK et 10W/mK, par exemple sensiblement égale à 4W/mK. La pâte thermique est susceptible de polymériser, mais reste toutefois relativement flexible, notamment sous l’effet du poids des composants.
Dans le présent mode de réalisation de l’onduleur 4, le premier composant d’électronique de puissance 42 est positionné sur la première face 443 de la plaque 441 du système de refroidissement. De cette manière, une partie de la chaleur générée par le premier composant d’électronique de puissance 42 est transférée au système de refroidissement 44.
La borne d’entrée 421 du premier composant d’électronique de puissance 42 est en regard de l'extrémité libre 472a du premier plot 47a. La borne de sortie 422 du premier composant d’électronique de puissance 42 est en regard de l’extrémité libre 472b du deuxième plot 47b.
La borne de sortie 432 du deuxième composant d’électronique de puissance 43 est en regard de l’extrémité libre 472a du premier plot 47a.
La borne d’entrée 421 du premier composant d’électronique de puissance 42 et la borne de sortie du deuxième composant d’électronique de puissance 43 sont superposées et fixées l’une à l’autre, par exemple par soudage laser, pour établir leur raccordement électrique.
Le connecteur électrique 46 est en regard de l’extrémité libre 472b du deuxième plot 47b.
La borne de sortie 422 du premier composant d’électronique de puissance 42 et le connecteur électrique 46 sont superposés et au contact l’un à l’autre pour établir leur raccordement électrique. La borne de sortie 422 et le connecteur électrique 46 sont par exemple fixés l’un à l’autre, par exemple par soudage laser.
L’élément d’interface 48 est disposé, sur la figure 2, au niveau du premier plot 47a et au niveau du deuxième plot 47b. En particulier, la figure 2 représente un premier élément d’interface 48a, situé sur le premier plot 47a, et un deuxième élément d’interface 48b, situé sur le deuxième plot 47b.
Le premier élément d’interface 48a est interposé et maintenu en contact entre l’extrémité libre 472a du premier plot 47a et l’une de la borne de sortie 432 et de la borne d’entrée 421 , selon que la borne de sortie 432 est située au-dessus ou en- dessous de la borne d’entrée 421 .
Le deuxième élément d’interface 48b est interposé et maintenu en contact entre l’extrémité libre 472b du deuxième plot 47b et l’une de la borne de sortie 422 et du connecteur électrique 46, selon que la borne de sortie 422 est située au-dessus ou en-dessous du connecteur électrique 46.
Le corps de l’élément d’interface 48 est par exemple disposé sur l’extrémité libre 472 de chaque plot 47.
L’élément d’interface 48 est légèrement compressé entre l’extrémité libre 472 de chaque plot 47 et les bornes associées. Chaque élément d’interface 48 a une hauteur, une fois compressé et selon un axe d’extension du plot 47 sur lequel cet élément d'interface 48 est disposé, comprise entre 0,5 mm et 6 mm. De préférence, la hauteur de l’élément d’interface 48 est comprise entre 3 mm et 5 mm.
Le rapport entre la hauteur de chaque plot 47 et la hauteur de l’élément d’interface 48 disposé sur ce plot 47 est supérieur à un, de préférence sensiblement égal à deux.
La figure 3 montre un carter d’onduleur selon un deuxième mode de réalisation. Sur cette figure, la plaque du système de refroidissement et le joint d’étanchéité ne sont pas illustrés.
Le carter 41 selon le deuxième mode de réalisation est par exemple adapté pour un onduleur triphasé. Le carter 41 selon le deuxième mode de réalisation est destiné à recevoir trois premiers composants d’électronique de puissance 42 comportant chacun trois bornes d’entrée 421 et une borne de sortie 422.
Les parois 411 du carter 41 définissent une première zone ZM de réception configurée pour recevoir trois premiers composants d’électronique de puissance 42. La première zone ZM de réception est globalement allongée et s’étend selon une direction X-X, dite d’alignement. Les premiers composants d’électronique de puissance 42 sont destinés à être alignés selon la direction d’alignement X-X de sorte que les bornes d’entrées 421 et les bornes de sortie 422 sont alignées entre elles.
Dans ce mode de réalisation, les plots 47 sont agencés selon une première série Si disposée d’un côté de la zone de réception ZM et une deuxième série S2 disposée d’un autre côté de la zone la première zone de réception.
La première série Si et la deuxième série S2 sont parallèles à la direction d’alignement X-X.
Les plots 47a, 47c de la première série Si sont configurés pour que, lorsque les premiers composants d’électronique de puissance 42 sont reçus dans la première zone ZM de réception, chaque borne d’entrée 421 est en regard d’au moins un plot 47a ou 47c de cette première série Si.
En particulier, la première série Si comporte des plots 47a, 47c de différentes sections, à savoir des plots simples 47a et des plots doubles 47c. Chaque plot double 47c est formé par deux plots distincts ayant chacun une section transversale, par exemple de forme carrée, dont la surface est inférieure à la surface d’une section transversale d’un plot simple 47a, qui a une section de forme sensiblement rectangulaire.
La première série Si présente, selon la direction d’alignement X-X, une alternance de plots simples 47a et de plots doubles 47c. En particulier, la première série Si comporte neuf plots 47a, 47c distincts dont six plots simples 47a et trois plots double 47c.
Les plots 47b de la deuxième série S2 sont configurés pour que, lorsque les premiers composants d’électronique de puissance 42 sont reçus dans la première zone ZM de réception, chaque borne de sortie 422 est en regard d’un plot 47b de cette deuxième série S2.
En particulier, la deuxième série S2 comporte trois plots 47b distincts. Ces plots 47b ont une section de forme sensiblement oblongue dont le plus grand axe est parallèle à la direction d’alignement X-X. La figure 4 montre la deuxième zone Zc de réception du carter d’onduleur selon le deuxième mode de réalisation. Une partie de la première série Si de plots 47a, 47c est visible sur la gauche de cette figure. La première série Si est agencée le long d’un premier côté de la deuxième zone Zc de réception. Le carter d’onduleur 41 comporte, sur un côté de la deuxième zone Zc de réception qui est opposé au côté où se situe la première série Si de plots 47, des plots 57.
Chaque plot 57 est par exemple configuré pour être en regard à une distance prédéfinie d’une borne d’entrée (non illustrée) du deuxième composant d’électronique de puissance.
A la différence des plots 47 de la première série Si ou de la deuxième série S2 décrits en référence à la figure 3, les plots 57 ont une section transversale en forme de T. Les plots 57 ont, comme les plots 47, une section transversale sensiblement constante et inférieure à 300 mm2, de préférence inférieure à 260 mm2.
La figure 5 illustre un procédé de fabrication 100 de l’onduleur 4. Le procédé de fabrication 100 comporte une étape de fourniture 101 d'un carter selon le premier mode de réalisation ou selon le deuxième mode de réalisation. Le carter est par exemple réalisé par moulage, de préférence par moulage sous pression, en aluminium ou en alliage d’aluminium.
Le procédé de fabrication 100 comporte ensuite une étape de dépôt 102 de l’élément d’interface sur l’extrémité libre des plots. L’étape de dépôt 102 comporte par exemple le dépôt de deux couches superposées du corps de l’élément d’interface, à savoir la pâte thermique.
Le procédé de fabrication 100 comporte enfin une étape de positionnement 103 des bornes d’un premier composant d’électronique de puissance et/ou des bornes d’un deuxième composant d’électronique de puissance sur l’élément d’interface. De préférence, le premier composant d’électronique de puissance et/ou le deuxième composant d’électronique de puissance sont seulement déposés sur l’élément d’interface, c’est-à-dire qu’ils appuient sur l’élément d'interface seulement sous l’effet de leur poids.
Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l’homme du métier à l’invention qui vient d’être décrite sans sortir du cadre de l’exposé de l’invention.
Le carter peut être réalisé selon un autre procédé de fabrication. En variante, le carter est réalisé par fabrication additive, plus communément appelée impression 3D. La structure du carter peut varier. En variante, le carter comporte plus ou moins de plots. En variante encore, chaque plot a une section transversale de forme différente ou une hauteur différente.
Selon une variante non représentée, les plots sont rapportés sur le carter, par exemple par collage, soudage, vissage, emmanchage et toute autre méthode connue de fixation entre deux éléments. Dans ce cas, les plots peuvent être réalisés à partir d’un matériau différent de celui du carter. Par exemple, les plots peuvent être réalisés dans un autre matériau métallique que l’aluminium, tel que du cuivre.
La structure du système de refroidissement peut varier. En variante, le système de refroidissement est externe au carter. En variante encore, le système de refroidissement est formé par la surface externe du carter au contact de l’air ambiant.
L’élément d’interface peut varier. En variante, l’élément d’interface peut comporter une couche externe électriquement isolante. La couche est par exemple obtenue par un traitement de surface, tel que l’anodisation. Dans ce cas, le corps de l’élément d’interface est une couche d’alumine. En variante encore, la couche est obtenue par pulvérisation ou revêtement d’un matériau isolant électriquement.
Selon ces variantes, l’étape de dépôt comporte une sous-étape de traitement de surface, de pulvérisation ou de revêtement.
En variante, l’élément d’interface comporte deux corps superposés, à savoir un premier corps et un deuxième corps. Dans ce cas, le premier corps est par exemple une couche externe électriquement isolante telle que décrite ci-dessus et le deuxième corps est une pâte thermique telle que précédemment décrite. Dans ce cas, le deuxième corps est interposé entre le premier corps et les bornes.
Selon cette variante, l’étape de dépôt comporte, une sous-étape de traitement de surface, de pulvérisation ou de revêtement, suivie du dépôt de deux couches du deuxième corps.
La structure de l’onduleur peut varier. En variante, l’onduleur comporte un seul composant d’électronique de puissance. En variante encore, l’onduleur comporte plus de deux composants d’électronique de puissance.
Selon une variante non représentée, l’un du premier composant d’électronique de puissance et du deuxième composant d’électronique de puissance est un module de puissance, un condensateur, une carte électronique ou encore un filtre, par exemple un filtre dit CEM. La structure des composants peut varier. En variante, les composants d’électronique de puissance comportent seulement une borne d’entrée ou une borne de sortie. En variante encore, les composants comportent plus d’une borne d’entrée et/ou plus d’une borne de sortie.
Dans une variante non représentée, le premier composant d’électronique de puissance et le deuxième composant d’électronique de puissance sont montés sur une carte électronique.
L’invention ainsi développée permet de drainer une partie de la chaleur dégagée par les composants d’un onduleur, tout en facilitant l’assemblage de ces composants. Le carter d’onduleur selon l’invention est simple à fabriquer. En effet, sa fabrication nécessite très peu de modifications par rapport aux carters fabriqués jusque-là. De plus, la fabrication de l’onduleur selon l’invention peut être automatisée.
Bien que dans la description ci-dessus, les aspects particuliers de l’invention, notamment la mise en œuvre de l’onduleur, aient été décrits dans le contexte d’un véhicule automobile, ce dernier pourrait être mis en œuvre dans d’autres configurations, notamment avec d’autres types de véhicules.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Carter d’onduleur destiné à recevoir au moins un composant d’électronique de puissance (42, 43) d’un onduleur (4), le carter (41 ) comportant des parois (411 ) définissant un volume (V) de réception pour l’au moins un composant d’électronique de puissance (42, 43), caractérisé en ce qu’il comporte au moins un plot (47, 57) s’étendant en saillie depuis une surface interne (412) des parois (411 ) dans le volume (V) de réception, l’au moins un plot (47, 57) étant conducteur thermiquement et adapté à drainer la chaleur vers un système de refroidissement (44) de l’onduleur (4), l’au moins un plot (47, 57) étant configuré pour que, lorsque l’au moins un composant est reçu dans le volume (V) de réception, une borne (421 , 422, 432) de cet au moins un composant d’électronique de puissance (42, 43) ou une barre conductrice raccordée électriquement à la borne (421 , 422, 432) du composant d’électronique de puissance (42) est en regard d’une extrémité libre (472) du plot (47, 57) à une distance prédéfinie de sorte qu’un élément d’interface (48) conducteur thermiquement puisse être interposé entre l'extrémité libre (472) du plot (47, 57) et la borne (421 , 422, 432) du composant d’électronique de puissance (42, 43) ou la barre conductrice.
2. Carter d'onduleur selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l’au moins un plot (47, 57) est d’un seul tenant avec le carter (41 ) d’onduleur.
3. Carter d'onduleur selon l’une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le plot (47, 57) est réalisé dans le même matériau que le carter (41 ), le carter (41) étant de préférence réalisé en aluminium ou en alliage d’aluminium.
4. Carter d’onduleur selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l’au moins un plot (47, 57) est recouvert au moins partiellement d’une couche externe électriquement isolante, l’élément d’interface (48) comportant ladite couche externe électriquement isolante.
5. Carter d’onduleur selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l’au moins un plot (47, 57) présente une section transversale sensiblement constante et inférieure à 300 mm2, de préférence inférieure à 260 mm2.
6. Carter d'onduleur selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le système de refroidissement (44) comporte une chambre (442) ménagée dans le carter (41 ) d’onduleur et adaptée à la circulation d’un fluide de refroidissement, la chambre (442) étant disposée sous une zone de réception (ZM) de l’au moins un composant d’électronique de puissance (42) à refroidir.
7. Carter d’onduleur selon la revendication 6, caractérisé en ce qu’il comporte deux plots (47) agencés de part et d’autre de la zone de réception (ZM) du composant d’électronique de puissance (42) de sorte que les extrémités libres (472) de ces plots (47) sont destinées à être en regard à une distance prédéfinie de bornes (421 , 422) du composant d’électronique de puissance (42), lesdites bornes (421 , 422) étant situées sur des côtés opposés du composant d’électronique de puissance (42).
8. Onduleur comportant un carter d’onduleur selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, au moins un composant d'électronique de puissance (42, 43) logé dans le volume (V) de réception et un élément d’interface (48) conducteur thermiquement interposé et maintenu en contact entre une extrémité libre (472) de l’au moins un plot (47, 57) et une borne (421 , 422, 432) de l’au moins un composant d’électronique de puissance (42, 43) ou une barre conductrice raccordée électriquement à la borne de l’au moins un composant, l’élément d’interface (48) assurant la conduction thermique entre la borne (421 , 422, 432) du composant d’électronique de puissance (42, 43) ou la barre conductrice et le plot (47, 57).
9. Onduleur selon la revendication 8, caractérisé en ce que l’élément d’interface (48) comporte un corps solide flexible.
10. Onduleur selon la revendication 9, caractérisé en ce que le corps solide flexible est une pâte thermique durcie, de préférence réalisée à partir de silicone.
11 . Onduleur selon l’une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que le rapport entre une hauteur du plot (47, 57) par rapport à une hauteur de l’élément d’interface (48) selon un axe d’extension du plot (47, 57) est supérieur à un, de préférence sensiblement égal à deux.
12. Onduleur selon l’une quelconque des revendications 8 à 11 , caractérisé en ce que l'élément d’interface (48) a une hauteur, selon un axe d’extension du plot (47, 57), comprise entre 0,5 mm et 6 mm, de préférence entre 3 mm et 5 mm.
13. Procédé de fabrication d’un onduleur, comprenant :
- une étape de fourniture (101 ) d’un carter (41 ) d’onduleur selon l’une quelconque des revendications 1 à 7,
-une étape de dépôt (102) de l’élément d’interface (48) sur l’extrémité libre de l’au moins un plot (47, 57), et
- une étape de positionnement (103) d’une borne (421 , 422, 432) du composant d’électronique de puissance (42, 43) ou de la barre conductrice sur l’élément d’interface (48).
14. Procédé de fabrication selon la revendication 13 dans lequel l’élément d’interface (48) comporte un corps solide flexible, caractérisé en ce que l’étape de dépôt (102) comporte le dépôt d’au moins deux couches superposées du corps solide flexible de l’élément d’interface (48).
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