FR2883670A1 - Electric power supplying device for e.g. starter of modern motor vehicle, has connection box mounted on one power storage unit and comprising circuit with connecting units providing connections to separate distribution networks and socket - Google Patents
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Abstract
Description
"Dispositif compact d'alimentation électrique"Compact power supply device
pour un véhicule automobile" L'invention concerne un dispositif d'alimentation électrique pour un véhicule automobile. The invention relates to a power supply device for a motor vehicle.
L'invention concerne plus particulièrement un dispositif d'alimentation électrique pour un véhicule automobile, qui est destiné à relier au moins une machine électrique, susceptible de fonctionner en moteur et/ou en générateur, à une batterie du véhicule, et qui comporte au moins un convertisseur électronique. Io The invention more particularly relates to a power supply device for a motor vehicle, which is intended to connect at least one electric machine, capable of operating as a motor and / or generator, to a battery of the vehicle, and which comprises at least an electronic converter. io
On connaît de nombreux exemples de dispositifs de ce type. Numerous examples of devices of this type are known.
De tels dispositifs d'alimentation électrique sont par exemple utilisés pour l'alimentation de machines électriques de is véhicules automobiles de type électrique et/ou hybride, c'est à dire combinant une machine électrique et un moteur thermique conventionnel, pour lesquels il est important de pouvoir récupérer l'énergie cinétique afin de recharger la batterie du véhicule et d'approvisionner le réseau de bord en puissance électrique. Cette fonction est couramment appelée freinage récupératif. Une batterie de type métal hydrure est par exemple utilisée. Such power supply devices are used, for example, for powering electrical machines of motor vehicles of electric and / or hybrid type, that is to say combining an electric machine and a conventional heat engine, for which it is important. to be able to recover the kinetic energy in order to recharge the battery of the vehicle and supply the on-board electrical power network. This function is commonly called regenerative braking. A hydride metal battery is for example used.
Ces dispositifs d'alimentation électrique posent toutefois de nombreux problèmes. These power supply devices, however, pose many problems.
En effet, les différents éléments qui composent ces dispositifs d'alimentation, comme le convertisseur électronique tel qu'un onduleur et la batterie, sont généralement répartis à différents emplacements du véhicule et ils sont reliés entre eux par des câbles de connexion. Indeed, the various elements that make up these power devices, such as the electronic converter such as an inverter and the battery, are generally distributed at different locations of the vehicle and they are interconnected by connecting cables.
Ces connexions distantes ont pour conséquence 30 l'apparition d'inductances de liaison, notamment entre l'onduleur et la batterie, qui produisent des ondulations de tension et de résonance entre les différents éléments et des décalages de masse pour les signaux à communiquer entre les différents équipements. These remote connections result in the appearance of link inductances, in particular between the inverter and the battery, which produce voltage and resonance ripples between the different elements and ground offsets for the signals to be communicated between the different equipment.
Par ailleurs, ces connexions distantes posent aussi le problème du filtrage des parasites. In addition, these remote connections also pose the problem of filtering parasites.
Pour remédier à tous ces inconvénients, l'invention propose un dispositif d'alimentation électrique pour un véhicule automobile du type décrit précédemment regroupant tous les éléments qui le compose. To overcome all these drawbacks, the invention proposes a power supply device for a motor vehicle of the type described previously, grouping all the elements that compose it.
Dans ce but, l'invention propose un dispositif lo d'alimentation électrique du type décrit précédemment, caractérisé en ce qu'il comporte un boîtier unique comportant des moyens de refroidissement et dans lequel sont agencés au moins le(s) convertisseur(s) électronique(s) et au moins une unité de stockage d'énergie électrique. For this purpose, the invention proposes a lo power supply device of the type described above, characterized in that it comprises a single housing comprising cooling means and in which are arranged at least the converter (s) electronics (s) and at least one electrical energy storage unit.
Ainsi, l'unité de stockage d'énergie va remplacer la batterie pour faire du freinage récupératif. On ne se soucie donc plus de l'inductance de liaison entre la batterie et l'onduleur. Et de plus, le fait de regrouper tous les éléments du dispositif d'alimentation, dans un boîtier unique avec l'unité de stockage permet de réduire les inductances de liaison qui existent entre ladite unité et le ou les convertisseurs électroniques, tout en assurant un refroidissement groupé de(s) convertisseurs électronique(s) et de(s) unité(s) de stockage d'énergie électrique. Thus, the energy storage unit will replace the battery for regenerative braking. We do not worry anymore about the link inductance between the battery and the inverter. And in addition, the fact of grouping all the elements of the power supply device, in a single housing with the storage unit makes it possible to reduce the linkage inductances existing between said unit and the electronic converter or converters, while ensuring a group cooling of the electronic converter (s) and the electrical energy storage unit (s).
Selon d'autres caractéristiques non limitatives de l'invention: que le boîtier comporte: É une partie inférieure, formant un bac de réception 30 d'une pluralité d'unités de stockage d'énergie électrique, É au moins une partie supérieure, coiffant la partie inférieure, et recevant au moins une carte électronique de commande et au moins une carte électronique de puissance qui comporte le(s) convertisseur(s) électronique(s), É chaque partie inférieure ou supérieure comportant 5 des moyens de refroidissement associés. According to other non-limiting features of the invention: that the housing comprises: E a lower part, forming a receiving tray 30 of a plurality of electrical energy storage units, E at least one upper part, styling the lower part, and receiving at least one electronic control card and at least one electronic power card which comprises the electronic converter (s), E each lower or upper part comprising 5 associated cooling means.
Cela permet un assemblage facilité et une bonne compacité du dispositif. This allows easy assembly and good compactness of the device.
- la partie inférieure présente la forme d'un premier bac lo sensiblement parallélépipédique, ouvert à son extrémité supérieure, qui reçoit dans le sens de la longueur ou bien de la largeur ou bien de la hauteur au moins deux unités de stockage d'énergie électrique dits "supercondensateurs" montées en série, et qui comporte des moyens inférieurs de refroidissement. the lower part has the shape of a first substantially rectangular parallelepipedal container, open at its upper end, which receives in the length or width or height direction at least two electrical energy storage units; so-called "supercapacitors" mounted in series, and which has lower cooling means.
- Les unités de stockage d'énergie sont disposées en étages, les unités d'un premier étage étant décalées par rapport au deuxième étage telle que deux unités du deuxième étage sont en contact tangentiel avec une même unité du premier étage. - The energy storage units are arranged in stages, the units of a first stage being offset from the second stage such that two units of the second stage are in tangential contact with the same unit of the first stage.
- la partie supérieure comporte un second bac qui coiffe l'extrémité supérieure du premier bac, qui est ouvert à son extrémité supérieure, et qui est destiné à recevoir successivement, du bas vers le haut du second bac, la carte électronique de commande, un joint d'isolation, et la carte électronique de puissance comportant le convertisseur électronique, et un couvercle qui coiffe l'extrémité supérieure du second bac et qui comporte des moyens supérieurs de refroidissement, Cela permet un bon refroidissement du dispositif pendant son fonctionnement. - The upper part comprises a second tray which caps the upper end of the first tray, which is open at its upper end, and which is intended to receive successively, from the bottom to the top of the second tray, the electronic control card, a insulation seal, and the electronic power card comprising the electronic converter, and a cover which caps the upper end of the second tray and which comprises upper cooling means, This allows a good cooling of the device during its operation.
- les moyens inférieurs/supérieurs de refroidissement d'au moins une partie inférieure/supérieure sont des moyens de refroidissement par fluide. the lower / upper cooling means of at least one lower / upper part are fluid cooling means.
- les unités de stockage d'énergie électrique sont noyées 5 dans un matériau thermorégulateur tel que notamment de la paraffine - pour former les moyens inférieurs de refroidissement, le premier bac de la partie inférieure comporte des parois longitudinales, dans l'épaisseur desquelles sont agencés une io pluralité de conduits longitudinaux destinés à être traversés par un fluide de refroidissement, et des parois transversales dans l'épaisseur de chacune desquelles est formée une cavité qui communique au moins: É avec l'ensemble des extrémités associées des is conduits des parois longitudinales, É avec un premier conduit associé d'alimentation ou bien d'évacuation du fluide de refroidissement dont une buse fait saillie sur la face extérieure de chaque paroi transversale, pour former les moyens de refroidissement supérieurs, le couvercle de la partie supérieure comporte dans son épaisseur une cavité longitudinale et transversale qui est destinée à être traversée par le fluide de refroidissement, et qui communique à ses extrémités avec des deuxièmes conduits associés d'alimentation et d'évacuation du fluide de refroidissement, - chaque cavité de chaque paroi transversale du premier bac de la partie inférieure communique avec un troisième conduit qui communique avec le deuxième conduit associé du couvercle de la partie supérieure, pour permettre une alimentation et une évacuation unique des conduits de la partie inférieure et de la cavité du couvercle par l'intermédiaire des buses de la partie inférieure. the electrical energy storage units are embedded in a heat-regulating material such as, in particular, paraffin. In order to form the lower cooling means, the first tank of the lower part comprises longitudinal walls, in the thickness of which are arranged. a plurality of longitudinal conduits intended to be traversed by a cooling fluid, and transverse walls in the thickness of each of which is formed a cavity which communicates at least: E with all the associated ends of the ducts of the longitudinal walls With a first associated conduit for supplying or discharging the cooling fluid having a nozzle projecting on the outer face of each transverse wall, for forming the upper cooling means, the lid of the upper part comprises in its thickness a longitudinal and transverse cavity that is intended to be t ravaged by the cooling fluid, and which communicates at its ends with second conduits associated with supply and discharge of the cooling fluid, each cavity of each transverse wall of the first tank of the lower part communicates with a third duct which communicates with the associated second conduit of the lid of the upper part, to allow a single supply and a discharge of the ducts of the lower part and the cavity of the lid through the nozzles of the lower part.
- le troisième conduit communique avec le deuxième conduit par l'intermédiaire d'un tube, - le tube est indépendant et il est reçu d'une part directement dans un alésage du premier bac formant le troisième conduit et d'autre part dans un manchon en matériau élastomère reçu dans un alésage du couvercle formant le deuxième conduit notamment pour assurer l'étanchéité au fluide de refroidissement sous pression, - les moyens de refroidissement inférieurs/supérieurs d'au lo moins une partie inférieure/supérieure sont des moyens de refroidissement à air, Cela facilite l'intégration du dispositif (pas de raccordement à un circuit de refroidissement spécifique tel qu'un circuit de refroidissement du véhicule) - pour former les moyens de refroidissement inférieurs, le premier bac de la partie inférieure comporte des parois transversales opposées qui comportent chacune un passage d'air, les passages d'airs opposés permettant à un flux d'air de traverser le bac pour refroidir les unités de stockage d'énergie montées en série, et au moins un passage d'air d'une des parois transversales est composé d'une ouverture pratiquée dans ladite paroi transversale à laquelle est abouchée une cloche de circulation d'air dont une cavité interne reçoit intérieurement au moins un motoventilateur et dont un conduit externe est destiné à être relié à un conduit d'arrivée d'air frais du véhicule associé, - pour former les moyens de refroidissement supérieurs, le couvercle du second bac de la partie supérieure comporte une pluralité d'ailettes et au moins un bord de la cavité interne de la cloche de circulation fait saillie au niveau de l'extrémité supérieure des ailettes pour permettre à un flux d'air de traverser au moins partiellement les ailettes, Cela permet de maximiser la surface d'échange dans un volume restreint afin d'optimiser la dissipation thermique. the third duct communicates with the second duct via a tube; the tube is independent and it is received on the one hand directly in a bore of the first tray forming the third duct and on the other hand in a sleeve; of elastomeric material received in a bore of the lid forming the second conduit, in particular for sealing against the cooling fluid under pressure, the lower / upper cooling means of at least one lower / upper part are cooling means for air, This facilitates the integration of the device (no connection to a specific cooling circuit such as a vehicle cooling circuit) - to form the lower cooling means, the first tank of the lower part has opposite transverse walls each having an air passage, the opposing air passages allowing a flow of air to pass through the tank for r cooling the energy storage units connected in series, and at least one air passage of one of the transverse walls is composed of an opening made in said transverse wall to which is entered an air circulation bell, one of which internal cavity internally receives at least one fan and an external duct is intended to be connected to a fresh air supply duct of the associated vehicle, - to form the upper cooling means, the lid of the second tank of the upper part comprises a plurality of fins and at least one edge of the internal cavity of the circulation bell protrudes at the upper end of the fins to allow a flow of air to pass at least partially through the fins, maximize the exchange surface in a small volume to optimize heat dissipation.
- un volet faisant saillie horizontale à partir du second bac 5 s'étend à l'intérieur de la cavité de la cloche de circulation pour guider l'air entre le motoventilateur et les ailettes, - seul un des passages d'air des parois transversales reçoit une cloche de circulation d'air et la paroi transversale opposée comporte une grille d'évacuation d'air, io - les deux passages d'air des parois transversales opposées sont composés chacun d'une ouverture à laquelle est abouchée une cloche de circulation d'air qui est munie d'au moins un motoventilateur respectivement soufflant ou aspirant, un bord de la cavité interne de chaque cloche s'étendant en regard des ailettes et un conduit externe étant destiné à être relié à un conduit d'arrivée d'air frais ou d'évacuation d'air chaud du véhicule associé pour alimenter ou évacuer l'air dans le bac inférieur et entre les ailettes, - une paroi de guidage s'étend au dessus des extrémités des ailettes pour guider le flux d'air entre les ailettes, - le boîtier comporte deux convertisseurs électroniques. - A flap projecting horizontally from the second tank 5 extends inside the cavity of the circulation bell to guide the air between the fan and the fins, - only one of the air passages of the transverse walls. receives an air circulation bell and the opposite transverse wall comprises an air outlet grille, - the two air passages of the opposite transverse walls are each composed of an opening to which is closed a circulation bell of air which is provided with at least one respectively blower or aspirating motor fan, an edge of the internal cavity of each bell extending opposite the fins and an external duct being intended to be connected to an inlet duct of fresh air or exhaust air of the associated vehicle to supply or exhaust air in the lower tray and between the fins, - a guide wall extends above the ends of the fins to guide the flow of air between the fins, - the housing comprises two electronic converters.
- au moins un convertisseur électronique est un onduleur. at least one electronic converter is an inverter.
Cela permet de réduire les inductances de liaison entre l'onduleur et les unités de stockage. De plus, cela permet d'éviter d'avoir des perturbations dans le dispositif d'alimentation et sur le réseau de bord du véhicule si l'onduleur est un onduleur à technologie de découpage appelé MLI (modulation par largeur d'impulsion) ou PWM en anglais. This reduces the linkage inductances between the inverter and the storage units. In addition, this avoids disturbances in the power supply device and on the vehicle's on-board network if the inverter is an inverter with cutting technology called PWM (Pulse Width Modulation) or PWM. in English.
- au moins un convertisseur électronique est un convertisseur continucontinu, Cela permet de réduire les inductances de liaisons entre l'onduleur et ledit convertisseur. - At least one electronic converter is a continuous DC converter, This reduces the inductances of links between the inverter and said converter.
- le boîtier comporte en outre un interrupteur bi-position, Cela permet de réduire les inductances de liaison entre l'onduleur et l'unité de stockage d'énergie. - The housing further comprises a bi-position switch, This reduces the inductances connecting the inverter and the energy storage unit.
io - le boîtier est notamment sensiblement de la taille d'une batterie standard de véhicule automobile, Cela permet de mettre le boîtier à l'emplacement de la batterie classique, cette dernière pouvant par exemple être mise dans le coffre. Ainsi, cela permet d'intégrer machine électrique et dispositif d'alimentation électrique au plus près ce qui réduit les longueurs de câblage qui les relie. io - the housing is in particular substantially the size of a standard battery of a motor vehicle, This allows the housing to the location of the conventional battery, the latter can for example be put in the trunk. Thus, it allows to integrate electrical machine and power supply device closer which reduces the length of wiring that connects them.
- le boîtier est réalisé par moulage d'un alliage d'aluminium. the housing is made by molding an aluminum alloy.
D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins en annexe parmi lesquels: - la figure 1 est un schéma de principe d'un dispositif d'alimentation électrique selon l'invention, la figure 2 est une vue éclatée en perspective d'un premier mode de réalisation d'un dispositif d'alimentation électrique selon l'invention, - la figure 3 est une vue en coupe par le plan 3-3 de la figure 2 du dispositif de la figure 2. Other features and advantages will appear during the reading of the detailed description which follows for the understanding of which reference will be made to the appended drawings among which: FIG. 1 is a block diagram of a feeding device FIG. 2 is an exploded perspective view of a first embodiment of a power supply device according to the invention, FIG. 3 is a sectional view through the plane 3-3. of Figure 2 of the device of Figure 2.
- la figure 4 est une vue en coupe par le plan 4-4 de la figure 2 du dispositif de la figure 2. - Figure 4 is a sectional view through the plane 4-4 of Figure 2 of the device of Figure 2.
- la figure 5 est une vue éclatée en perspective d'un second mode de réalisation d'un dispositif d'alimentation électrique selon l'invention, la figure 6 est une vue en coupe par le plan 6-6 de la 5 figure 5 du dispositif de la figure 5. FIG. 5 is an exploded perspective view of a second embodiment of a power supply device according to the invention, FIG. 6 is a sectional view through plane 6-6 of FIG. device of Figure 5.
- la figure 7 est une vue en coupe par le plan 7-7 de la figure 5 du dispositif de la figure 5. - Figure 7 is a sectional view through the plane 7-7 of Figure 5 of the device of Figure 5.
- la figure 8 est une vue en coupe par le plan 7-7 de la figure 5 d'un dispositif en variante du second mode de réalisation io du dispositif de la figure 5. FIG. 8 is a sectional view through plane 7-7 of FIG. 5 of an alternative device of the second embodiment of the device of FIG. 5.
Dans la description qui va suivre, des chiffres de référence identiques désignent des pièces identiques ou ayant des fonctions similaires. In the following description, like reference numerals designate like parts or having similar functions.
On a représenté à la figure 1 l'ensemble d'un dispositif 10 is d'alimentation électrique pour un véhicule automobile réalisé conformément à l'invention. FIG. 1 shows the assembly of a power supply device 10 is for a motor vehicle made according to the invention.
Le dispositif 10 est destiné à relier au moins une machine électrique 12 munie de capteurs 14, susceptible de fonctionner en moteur, par exemple pour entraîner au moins une roue du véhicule et/ou en générateur, par exemple pour récupérer l'énergie cinétique du véhicule lors d'un freinage, à une batterie 16 du véhicule. Cette machine est dite réversible telle qu'un alterno-démarreur. Cette machine est prise comme exemple non limitatif pour la suite de la description. Bien entendu, on peut également prendre une machine électrique tournante telle qu'un alternateur simple. The device 10 is intended to connect at least one electric machine 12 provided with sensors 14, capable of operating as a motor, for example to drive at least one wheel of the vehicle and / or as a generator, for example to recover the kinetic energy of the vehicle during braking, to a battery 16 of the vehicle. This machine is said to be reversible such as an alternator-starter. This machine is taken as a non-limiting example for the rest of the description. Of course, one can also take a rotating electrical machine such as a simple alternator.
Le dispositif 10 comporte au moins un convertisseur électronique 18, 22, 30 et une unité 20 de stockage d'énergie électrique. Ce dispositif comporte deux réseaux électriques, l'un dédié puissance (les unités de stockage 20) adapté à la récupération d'énergie, l'autre dédié énergie (la batterie 16) connecté au réseau de bord. The device 10 comprises at least one electronic converter 18, 22, 30 and an electrical energy storage unit 20. This device comprises two electrical networks, one dedicated power (the storage units 20) adapted to the energy recovery, the other dedicated energy (the battery 16) connected to the on-board network.
Dans un premier mode de réalisation non limitatif, le dispositif 10 comporte un convertisseur continu-continu 22. In a first nonlimiting embodiment, the device 10 comprises a DC-DC converter 22.
Dans un deuxième mode de réalisation non limitatif, le dispositif 10 comporte un onduleur 18. L'onduleur est un convertisseur réversible DC/AC. II fonctionne en convertisseur AC/DC lorsque la machine est en mode générateur (il est souvent appelé pont redresseur), et en convertisseur DC/AC lorsque la machine est en mode moteur. In a second nonlimiting embodiment, the device 10 comprises an inverter 18. The inverter is a DC / AC reversible converter. It operates as an AC / DC converter when the machine is in generator mode (it is often called a rectifier bridge), and as a DC / AC converter when the machine is in motor mode.
Dans un troisième mode de réalisation non limitatif, le io dispositif 10 comporte un onduleur 18 et un convertisseur continu-continu 22. In a third nonlimiting embodiment, the device 10 comprises an inverter 18 and a DC-DC converter 22.
Dans un quatrième mode de réalisation, dans l'exemple de réalisation non limitatif qui a été représenté à la figure 1, le dispositif 10 comporte trois convertisseurs électroniques, à savoir un onduleur 18, un convertisseur continu-continu 22, et en plus un interrupteur bi-position 30, qui sont reliés entre eux par des connectiques de puissance tels que des bus barres (non représentés). In a fourth embodiment, in the non-limiting embodiment which has been shown in FIG. 1, the device 10 comprises three electronic converters, namely an inverter 18, a DC-DC converter 22, and in addition a switch bi-position 30, which are interconnected by power connectors such as bus bars (not shown).
L'onduleur 18 est par exemple un convertisseur électrique 20 réversible alternatif-continu dit "AC/DC" ou continu alternatif dit "DC/AC". The inverter 18 is, for example, a reversible AC-DC or AC-DC reversible-DC converter, referred to as "DC / AC".
Le convertisseur continu-continu 22 permet notamment de convertir une tension côté unité de stockage d'énergie 20, ladite tension se situant dans une plage de valeurs, ici de manière non limitative entre 6V et 35V, en une tension compatible avec celle de la batterie 16, la batterie alimentant un réseau de bord par exemple de l'ordre de 12 volts. The DC / DC converter 22 makes it possible, in particular, to convert a voltage on the energy storage unit side 20, said voltage being in a range of values, here in a nonlimiting manner between 6V and 35V, in a voltage compatible with that of the battery. 16, the battery supplying an onboard network for example of the order of 12 volts.
L'interrupteur bi-position 30 permet quand à lui de déterminer le mode de fonctionnement de la machine électrique 30 12. The bi-position switch 30 allows him to determine the operating mode of the electric machine 30 12.
Dans l'exemple pris, le mode générateur comprend deux phases: une phase dite alternateur, et une phase dite io récupératrice d'énergie, le mode moteur comprend une phase de démarrage et d'assistance dynamique. In the example taken, the generator mode comprises two phases: a so-called alternator phase, and a so-called energy recovery phase, the motor mode comprises a start-up and dynamic assistance phase.
Le mode de fonctionnement de la machine avec un interrupteur bi-position est le suivant: l'interrupteur relie l'onduleur 18 et l'unité de stockage 20 dans le mode moteur, et dans la phase récupératrice d'énergie, l'interrupteur relie l'onduleur 18 et la batterie 16 dans la phase alternateur. The operating mode of the machine with a bi-position switch is as follows: the switch connects the inverter 18 and the storage unit 20 in the motor mode, and in the energy recovery phase, the switch connects the inverter 18 and the battery 16 in the alternator phase.
On notera que dans un autre mode de réalisation, il n'existe pas d'interrupteur. Note that in another embodiment, there is no switch.
Le dispositif 10 est à cet effet relié par des câbles 24 à la machine électrique, par des câbles 26 à la batterie, et par des câbles 28 à un réseau d'alimentation électrique du véhicule. The device 10 is for this purpose connected by cables 24 to the electrical machine, by cables 26 to the battery, and by cables 28 to a power supply network of the vehicle.
Le dispositif 10 permettant de récupérer l'énergie cinétique du véhicule à l'aide de la machine électrique, cette architecture est plus particulièrement connue sous le nom d'architecture "14+X". The device 10 for recovering the kinetic energy of the vehicle using the electric machine, this architecture is more particularly known under the name of architecture "14 + X".
Comme l'illustrent les figures 1 à 8, le dispositif 10 comporte un boîtier unique 32, comportant des moyens 34 de refroidissement, dans lequel sont agencés le(s) convertisseur(s) électronique(s) 18, 22, 30 et le(s) unité(s) 20 de stockage d'énergie électrique notamment pour: - réduire les longueurs des connectiques entre ces éléments, de manière à limiter les effets des inductances de liaison, proposer un refroidissement groupé des convertisseurs 30 électroniques 18, 22, 30 et de(s) unité(s) 20 de stockage d'énergie électrique. As illustrated in FIGS. 1 to 8, the device 10 comprises a single housing 32, comprising cooling means 34, in which the electronic converter (s) 18, 22, 30 and the electronic converter (s) are arranged. s) unit (s) 20 for storing electrical energy, in particular for: - reducing the lengths of the connections between these elements, so as to limit the effects of the link inductances, to propose a group cooling of the electronic converters 18, 22, 30 and (s) unit (s) 20 for storing electrical energy.
2883670 Il D'une manière générale, le boîtier 32 comporte une partie inférieure 34, formant un bac 34 de réception d'une pluralité d'unités 20 de stockage d'énergie électrique. In general, the housing 32 has a lower portion 34 forming a tray 34 for receiving a plurality of electrical energy storage units 20.
Cette partie inférieure 34 est complétée par une au moins une partie supérieure 36, coiffant la partie inférieure 34, et recevant au moins une carte électronique de commande 38 et au moins une carte électronique de puissance 40 qui comporte les convertisseur(s) électronique(s) 18, 22, 30, c'est à dire l'onduleur 18, le convertisseur continu-continu 22, et l'interrupteur io bi-position 30. This lower part 34 is completed by at least one upper part 36, covering the lower part 34, and receiving at least one electronic control card 38 and at least one electronic power card 40 which includes the electronic converter (s) ) 18, 22, 30, ie the inverter 18, the DC-DC converter 22, and the bi-position switch 30.
Préférentiellement, chaque partie inférieure 32 ou supérieure 36 comporte des moyens de refroidissement associés. Preferably, each lower portion 32 or upper 36 has associated cooling means.
Plus particulièrement, la partie inférieure 34 présente la forme d'un premier bac sensiblement parallélépipédique, ouvert à son extrémité supérieure 42, qui reçoit au moins deux unités 20 de stockage d'énergie électrique dits "supercondensateurs" montées en série. More particularly, the lower portion 34 has the shape of a first substantially parallelepipedal tray, open at its upper end 42, which receives at least two electrical energy storage units 20 called "supercapacitors" connected in series.
Dans un premier exemple de réalisation non limitatif, les unités de stockage sont agencées dans le sens de la longueur. In a first example of non-limiting embodiment, the storage units are arranged in the direction of the length.
Dans un deuxième mode de réalisation non limitatif, les unités de stockage sont agencées dans le sens de la largeur. In a second non-limiting embodiment, the storage units are arranged in the width direction.
Dans un troisième mode de réalisation non limitatif, les unités de stockage sont agencées dans le sens de la hauteur. In a third nonlimiting embodiment, the storage units are arranged in the direction of the height.
Selon les dimensions des unités de stockage 20, on choisira la meilleure disposition des trois modes permettant d'optimiser la place nécessaire pour les composants électroniques intégrés dans le boîtier, ici dans l'exemple dans le sens de la hauteur. Depending on the size of the storage units 20, the best arrangement of the three modes will be chosen to optimize the space required for the electronic components integrated in the housing, here in the example in the direction of the height.
Dans une première variante applicable aux trois modes, les unités de stockage d'énergie 20 sont disposées en étages, les unités d'un premier étage étant décalées par rapport au deuxième étage telle que deux unités du deuxième étage sont en contact tangentiel avec une même unité du premier étage. Le contact peut être direct ou indirect. In a first variant applicable to the three modes, the energy storage units 20 are arranged in stages, the units of a first stage being offset with respect to the second stage such that two units of the second stage are in tangential contact with the same one. unit of the first floor. The contact can be direct or indirect.
Dans une deuxième variante applicable aux trois modes, telle qu'elle a été représentée sur les figures 2 à 8, la partie inférieure reçoit, des alignements axiaux 44 d'unités 20 de stockage d'énergie électrique qui sont agencés dans le sens de la longueur, mais cette disposition n'est pas limitative de l'invention. Les alignements 44 d'unités 20 de stockage d'énergie électrique pourraient en effet être agencés dans le sens de la largeur. Les lo unités de stockage d'énergie de deux alignements voisins sont maintenues par des moyens de maintien 46. Tout mode de réalisation de ces moyens de maintien peut convenir à la bonne mise en oeuvre de l'invention. Sur les figures, les moyens de maintien sont composés par des colliers élastiques 46, mais il pourrait s'agir de formes intégrées avec la partie inférieure 34, ou encore des unités 20 de stockage d'énergie électriques elles-mêmes, chacune de celles-ci comportant alors des moyens d'emboîtement destinés à coopérer avec l'unité 20 voisine. In a second variant applicable to the three modes, as shown in FIGS. 2 to 8, the lower part receives axial alignments 44 of electrical energy storage units 20 which are arranged in the direction of the length, but this provision is not limiting of the invention. The alignments 44 of electrical energy storage units 20 could indeed be arranged in the width direction. The energy storage units of two adjacent alignments are maintained by holding means 46. Any embodiment of these holding means may be suitable for the proper implementation of the invention. In the figures, the holding means are composed of elastic collars 46, but they could be forms integrated with the lower part 34, or else electrical energy storage units 20 themselves, each of these ci then comprising interlocking means intended to cooperate with the neighboring unit 20.
Le premier bac de la partie inférieure 34 comporte des moyens inférieurs de refroidissement associés. The first tray of the lower portion 34 has associated lower cooling means.
La partie supérieure 36, quand à elle, comporte un second bac 48 qui coiffe l'extrémité supérieure 42 du premier bac 34. The upper part 36, when it has a second tray 48 which caps the upper end 42 of the first tray 34.
Ce second bac peut notamment être porteur de connecteurs externes, par exemple un connecteur 23 destiné à recevoir des signaux de commande et un connecteur 25 destiné à recevoir une alimentation en puissance électrique. This second tray may in particular be carrying external connectors, for example a connector 23 for receiving control signals and a connector 25 for receiving a power supply.
Le second bac 48 est ouvert à son extrémité supérieure 50, et il est destiné à recevoir successivement, préférentiellement, du bas vers le haut du bac 48, la carte électronique de commande 38, un joint d'isolation 52, et la carte électronique 40 de puissance comportant l'onduleur 18 et le convertisseur continu-continu 22, et un couvercle 54 qui coiffe l'extrémité supérieure 50 du second bac 48. Ce couvercle 54 comporte des moyens supérieurs de refroidissement. Préférentiellement, la carte de puissance est disposée au plus proche des moyens de refroidissement. Ainsi, cette disposition évite de réchauffer les unités de stockage 20 par la chaleur dégagée par la carte de puissance. The second bin 48 is open at its upper end 50, and is intended to receive successively, preferably from bottom to top of the tank 48, the electronic control board 38, an insulating joint 52, and the electronic board 40 power unit comprising the inverter 18 and the DC-DC converter 22, and a cover 54 which covers the upper end 50 of the second tank 48. This cover 54 comprises upper cooling means. Preferably, the power card is disposed as close to the cooling means. Thus, this arrangement avoids heating the storage units 20 by the heat released by the power card.
Selon un premier mode réalisation du boîtier 32 qui a été représenté aux figures 2 à 4, les moyens inférieurs/supérieurs de refroidissement d'au moins une partie inférieure 34 ou supérieure 36 sont des moyens de refroidissement par fluide, par exemple un liquide tel que de l'eau au glycol ou par un autre exemple, ou de l'air. According to a first embodiment of the housing 32 which has been shown in FIGS. 2 to 4, the lower / upper cooling means of at least one lower portion 34 or upper portion 36 are fluid cooling means, for example a liquid such as glycol water or another example, or air.
De plus, pour homogénéiser la température des unités de stockage 20, et pour améliorer l'échange thermique entre lesdites unités et les moyens de refroidissement 34 de sorte à mieux dissiper la chaleur, comme l'illustrent plus particulièrement les figures 3 et 4, les unités 20 de stockage d'énergie électrique sont noyées dans un matériau thermorégulateur 56 tel que notamment de la paraffine. In addition, to homogenize the temperature of the storage units 20, and to improve the heat exchange between said units and the cooling means 34 so as to better dissipate the heat, as is illustrated more particularly in FIGS. 3 and 4, the Electrical energy storage units 20 are embedded in a heat-regulating material 56 such as in particular paraffin.
Ainsi, cela permet d'améliorer une meilleure conduction thermique vers les zones de circulation du fluide. De plus, cela permet d'améliorer l'étanchéité des unités de stockage 20. Thus, this makes it possible to improve better thermal conduction towards the fluid circulation zones. In addition, this makes it possible to improve the sealing of the storage units 20.
Pour former les moyens inférieurs de refroidissement, le premier bac de la partie inférieure 34 comporte des parois 58 verticales et horizontales, dans l'épaisseur desquelles sont agencés une pluralité de conduits 60 longitudinaux positionnés de manière à optimiser le coefficient d'échange thermique destinés à être traversés par le fluide de refroidissement. Dans l'exemple, les conduits sont parallèles. To form the lower cooling means, the first tank of the lower portion 34 has vertical and horizontal walls 58, in the thickness of which are arranged a plurality of longitudinal conduits 60 positioned to optimize the heat exchange coefficient intended for be traversed by the cooling fluid. In the example, the conduits are parallel.
Le premier bac de la partie inférieure 34 comporte aussi des parois transversales verticales 62 dans l'épaisseur de chacune desquelles est formée une cavité 64 qui communique au moins: É avec l'ensemble des extrémités associées des conduits 60 des parois 58 longitudinales verticales/horizontales, É avec un premier conduit 66 associé d'alimentation ou bien un premier conduit 68 d'évacuation du fluide de refroidissement dont une buse associée 70, 72 fait saillie, comme l'illustre la figure 2, sur la face extérieure de chaque paroi transversale 62. The first tray of the lower part 34 also has vertical transverse walls 62 in the thickness of each of which is formed a cavity 64 which communicates at least: E with all the associated ends of the ducts 60 of the vertical / horizontal longitudinal walls 58 , É with a first duct 66 associated supply or a first duct 68 for discharging the cooling fluid of which an associated nozzle 70, 72 protrudes, as shown in Figure 2, on the outer face of each transverse wall 62.
Par ailleurs, comme l'illustre la figure 4, pour former les moyens de refroidissement supérieurs, le couvercle 54 de la partie supérieure 36 comporte dans son épaisseur une cavité 74 longitudinale et transversale qui est destinée à être traversée par le fluide de refroidissement, et qui communique à ses extrémités 76, 78 avec des deuxièmes conduits 80, 82 associés d'alimentation et d'évacuation du fluide de refroidissement. Furthermore, as shown in Figure 4, to form the upper cooling means, the cover 54 of the upper portion 36 has in its thickness a longitudinal cavity and transverse 74 which is intended to be traversed by the cooling fluid, and which communicates at its ends 76, 78 with second conduits 80, 82 associated supply and discharge of the cooling fluid.
L'alimentation et l'évacuation en fluide de refroidissement des parties inférieure 34 et supérieure 36 pourrait être indépendante. Toutefois, dans le mode de réalisation préféré de l'invention, ces deux parties 34, 36 sont alimentées de manière commune. The supply and the discharge of cooling fluid from the lower 34 and upper 36 parts could be independent. However, in the preferred embodiment of the invention, these two parts 34, 36 are fed jointly.
A cet effet, comme l'illustre la figure 4, chaque cavité 64 de chaque paroi transversale du premier bac de la partie inférieure 34 communique avec un troisième conduit associé 84, 86 qui communique avec le deuxième conduit associé 80, 82 du couvercle 54 de la partie supérieure 36, pour permettre une alimentation et une évacuation unique des conduits 60 de la partie inférieure 34 et de la cavité 74 du couvercle 54 par l'intermédiaire des buses 70, 72 de la partie inférieure 34. For this purpose, as illustrated in Figure 4, each cavity 64 of each transverse wall of the first tray of the lower portion 34 communicates with a third associated conduit 84, 86 which communicates with the associated second conduit 80, 82 of the cover 54 of the upper portion 36, to allow a single supply and discharge of the conduits 60 of the lower portion 34 and the cavity 74 of the cover 54 through the nozzles 70, 72 of the lower portion 34.
Tout mode de mise en communication des deuxième conduit 80 et troisième conduit 84 d'une part, des deuxième conduit 82 et troisième conduit 86 d'autre part peuvent être envisagés sans changer la nature de l'invention. Any mode of communication between the second conduit 80 and third conduit 84 on the one hand, second conduit 82 and third conduit 86 on the other hand can be considered without changing the nature of the invention.
Toutefois, de préférence, chaque troisième conduit 84, 86 communique avec le second conduit 80, 82 associé par 5 l'intermédiaire d'un tube associé 90, 88. Preferably, however, each third conduit 84, 86 communicates with the associated second conduit 80, 82 through an associated tube 90, 88.
Chaque tube 90, 88 pourrait être venu de matière avec le couvercle 54 ou avec la partie inférieure 34. Toutefois, pour faciliter l'ajustement de ces éléments compte tenu des dispersions dimensionnelles de fabrication, chaque tube 90, 88 io est indépendant. Each tube 90, 88 could be integral with the cover 54 or with the lower part 34. However, to facilitate the adjustment of these elements taking into account the dimensional dispersions of manufacture, each tube 90, 88 is independent.
Plus particulièrement comme l'illustre la figure 4, chaque tube 90, 88 est préférentiellement reçu d'une part directement dans un alésage associé du premier bac 34 formant le troisième conduit 84, 86 et d'autre part dans un manchon associé 92 en is matériau élastomère qui est reçu dans un alésage du couvercle 54 formant le deuxième conduit 80, 82. More particularly, as illustrated in FIG. 4, each tube 90, 88 is preferentially received on the one hand directly in an associated bore of the first tray 34 forming the third conduit 84, 86 and on the other hand in an associated sleeve 92 which is elastomeric material which is received in a bore of the cover 54 forming the second conduit 80, 82.
Cette configuration permet notamment d'assurer une parfaite étanchéité au fluide de refroidissement sous pression. This configuration makes it possible in particular to ensure perfect sealing against the cooling fluid under pressure.
Selon un second mode de réalisation qui a été représenté aux figures 5 à 8 les moyens de refroidissement inférieurs/supérieurs d'au moins une partie inférieure 34 ou supérieure 36 sont des moyens de refroidissement à air. According to a second embodiment which has been shown in Figures 5 to 8 the lower / upper cooling means of at least a lower portion 34 or upper 36 are air cooling means.
A cet effet, pour former les moyens de refroidissement inférieurs, le premier bac de la partie inférieure 34 comporte des parois transversales verticales opposées 62 qui comportent chacune un passage d'air 100, 102, les passages d'airs 100, 102 opposés permettant à un flux d'air de traverser le bac de la partie inférieure 34 pour refroidir les unités 20 de stockage d'énergie montées en série. For this purpose, to form the lower cooling means, the first tank of the lower portion 34 has opposed vertical transverse walls 62 which each comprise an air passage 100, 102, the air passages 100, 102 opposite allowing a flow of air to pass through the tank of the lower portion 34 to cool the energy storage units 20 connected in series.
Au moins un passage d'air 100 d'une des parois transversales verticales est composé d'une ouverture pratiquée dans ladite paroi transversale 62 verticale à laquelle est abouchée une cloche 104 de circulation d'air dont une cavité interne 106 reçoit intérieurement au moins un motoventilateur 108 et dont un conduit externe 110 est destiné à être relié à un conduit d'arrivée d'air frais (non représenté) du véhicule associé. At least one air passage 100 of one of the vertical transverse walls is composed of an opening made in said vertical transverse wall 62 to which an air circulation bell 104 is engaged, of which an internal cavity 106 receives internally at least one motor fan 108 and an outer conduit 110 of which is intended to be connected to a fresh air supply duct (not shown) of the associated vehicle.
Par ailleurs, comme l'illustrent les figures 7 et 8 pour former les moyens de refroidissement supérieurs, le couvercle 54 du second bac 48 de la partie supérieure 36 comporte une pluralité d'ailettes 112, par exemple parallèles d'orientation longitudinale d'une hauteur déterminée, et au moins un bord 114 de la cavité interne 106 de la cloche 104 de circulation fait saillie au niveau de l'extrémité supérieure des ailettes 112 pour permettre à un flux d'air de traverser au moins partiellement les ailettes 112. Furthermore, as illustrated in Figures 7 and 8 to form the upper cooling means, the cover 54 of the second tray 48 of the upper portion 36 has a plurality of fins 112, for example parallel longitudinal orientation of a determined height, and at least one edge 114 of the internal cavity 106 of the circulation bell 104 protrudes at the upper end of the fins 112 to allow a flow of air to at least partially pass through the fins 112.
Le couvercle 54 est fixé à la partie inférieure par exemple 1s par des vis 131. The cover 54 is fixed to the lower part, for example 1s, by screws 131.
De préférence, pour limiter les turbulences de l'air qui est dirigé sur les ailettes, un volet 116 faisant saillie horizontale à partir du second bac 48 s'étend à l'intérieur de la cavité 106 de la cloc104 de circulation pour guider l'air entre le motoventilateur 108 et les ailettes 112. Preferably, to limit the turbulence of the air which is directed on the vanes, a flap 116 projecting horizontally from the second trough 48 extends inside the cavity 106 of the circulating cloc104 to guide the air between the motor fan 108 and the fins 112.
Il est possible d'envisager au moins deux variantes des moyens de refroidissement à air 14. It is possible to envisage at least two variants of the air cooling means 14.
Selon une première variante du second mode de réalisation qui a été représenté aux figures 5 et 7, seule un des passages d'air 100 d'une des parois verticales transversales 62 reçoit une cloche 104 de circulation d'air et la paroi transversale 62 verticale opposée comporte une grille d'évacuation d'air. According to a first variant of the second embodiment which has been shown in FIGS. 5 and 7, only one of the air passages 100 of one of the transverse vertical walls 62 receives an air circulation bell 104 and the vertical transverse wall 62. opposite has an air exhaust grille.
Selon une première variante du second mode de réalisation qui a été représenté à la figure 8, les deux passages d'air 100 et 102 des parois 62 transversales verticales opposées sont composés chacun d'une ouverture à laquelle est abouchée une cloche 104 de circulation d'air qui est munie d'au moins un motoventilateur 108 respectivement soufflant ou aspirant, un bord 114 de la cavité interne 106 de chaque cloche 104 s'étendant en regard des ailettes 112 et un conduit externe 110 étant destiné à être relié à un conduit (non représenté) d'arrivée d'air frais ou d'évacuation d'air chaud du véhicule associé pour alimenter ou évacuer l'air dans le bac inférieur 34 et entre les ailettes 112. According to a first variant of the second embodiment which has been shown in FIG. 8, the two air passages 100 and 102 of the opposing vertical transverse walls 62 are each composed of an opening to which a circulation bell 104 is engaged. air which is provided with at least one motor fan 108 respectively blowing or suction, an edge 114 of the inner cavity 106 of each bell 104 extending opposite the fins 112 and an outer conduit 110 being intended to be connected to a conduit (Not shown) fresh air supply or exhaust air of the associated vehicle for supplying or discharging air into the lower tray 34 and between the fins 112.
Dans cette dernière configuration, il est possible d'améliorer encore le refroidissement des ailettes 112 en prévoyant une paroi de guidage (nonreprésentée), composée par exemple d'une tôle rapportée s'étend au dessus des extrémités io des ailettes 112 pour guider le flux d'air entre les ailettes 112. In this latter configuration, it is possible to further improve the cooling fins 112 by providing a guide wall (not shown), composed for example of an added sheet metal extends over the ends of the fins 112 to guide the flow of air between the fins 112.
Il sera compris que quel que soit le mode de réalisation envisagé, il est essentiel que la chaleur dégagée par les unités de stockage 20 puisse être transmise au boîtier 32, et que ce boîtier ne puisse être déformé par ladite chaleur. A cet effet, quel que soit le mode de réalisation envisagé, le boîtier 32 est de préférence réalisé par moulage d'un alliage d'aluminium Enfin, le boîtier 32 est de préférence notamment sensiblement de la taille d'une batterie standard de véhicule automobile, ceci afin de permettre l'implantation du dispositif 10 en lieu et place d'une batterie conventionnelle, d'une part dans le cas de l'adaptation d'un véhicule à motorisation thermique à une motorisation électrique et/ou hybride, et d'autre part pour limiter l'encombrement et le poids d'un tel dispositif, notamment pour satisfaire aux normes de sécurité anti-collision. It will be understood that whatever the embodiment envisaged, it is essential that the heat generated by the storage units 20 can be transmitted to the housing 32, and that this housing can not be deformed by said heat. For this purpose, whatever the embodiment envisaged, the housing 32 is preferably made by molding an aluminum alloy. Finally, the housing 32 is preferably in particular substantially the size of a standard motor vehicle battery. , this in order to allow the implantation of the device 10 instead of a conventional battery, firstly in the case of the adaptation of a vehicle with thermal motorization to an electric motor and / or hybrid, and on the other hand to limit the size and weight of such a device, in particular to meet anti-collision safety standards.
L'invention propose donc un dispositif d'alimentation électrique pour un véhicule automobile qui est à la fois compact et innovant. The invention therefore proposes a power supply device for a motor vehicle that is both compact and innovative.
Cette solution compacte permet ainsi de réduire les inductances de liaison (notamment entre l'onduleur et le convertisseur continu-continu, ou encore entre l'onduleur et les supercondensateurs) qui produisent des ondulations de tension et de résonance entre les différents éléments et des décalages de masse pour les signaux à communiquer entre les différents équipements. This compact solution thus makes it possible to reduce the linkage inductances (in particular between the inverter and the DC-DC converter or between the inverter and the supercapacitors) which produce voltage and resonance ripples between the different elements and offsets. of mass for the signals to be communicated between the different equipments.
Le fait de réduire les inductances de liaison, permet également de réduire le phénomène d'avalanche au niveau de l'onduleur, phénomène bien connu de l'homme du métier qui peut produire des problèmes thermiques. Reducing the linkage inductances also makes it possible to reduce the avalanche phenomenon at the level of the inverter, a phenomenon well known to those skilled in the art that can produce thermal problems.
En outre, cette solution compacte évite d'avoir les inconvénients d'une conception éclatée de ce type de dispositifs d'alimentation électrique, conception éclatée qui implique une multiplication des boîtiers électroniques dans le véhicule, et par conséquent une multiplication des impératifs d'étanchéité et de refroidissement pour chaque boîtier, et en de nombreux problèmes de câblage dans le véhicule et de tenue des connexions. In addition, this compact solution avoids the disadvantages of an exploded design of this type of power supply devices, an exploded design that involves a multiplication of electronic units in the vehicle, and therefore a multiplication of sealing requirements. and cooling for each case, and many problems of wiring in the vehicle and holding connections.
Ainsi, on améliore l'intégration et l'encombrement des unités de stockages, des convertisseurs et de l'interrupteur dans le véhicule, ainsi que leur comportement thermique et électrique durant le fonctionnement du dispositif. Thus, it improves the integration and size of the storage units, converters and the switch in the vehicle, and their thermal and electrical behavior during operation of the device.
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