FR2955058A1

FR2955058A1 - Entrainement hybride pour vehicule hybride

Info

Publication number: FR2955058A1
Application number: FR1060083A
Authority: FR
Inventors: Paul Hurmer
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2010-01-11
Filing date: 2010-12-03
Publication date: 2011-07-15
Anticipated expiration: 2030-12-03
Also published as: US20110168476A1; DE102010004713A1; US8437135B2; FR2955058B1; RU2010154650A; KR101256298B1; CN102120427B; JP2011140298A; RU2465155C2; KR20110082483A; CN102120427A

Abstract

La présente invention a pour objet un entraînement hybride qui comporte un moteur à combustion interne, caractérisé en ce que des convertisseurs (15, 16) associés aux machines électriques sont rassemblés en une unité modulaire (17) qui présente un module de base (18), des moyens de fixation (24) pour la liaison à une structure de châssis, un raccordement (22) qui assure le contact du convertisseur associé à la réserve d'énergie et un raccordement (23) qui assure le contact avec la première machine électrique, l'unité de convertisseurs présentant en outre au moins un module complémentaire (19) qui peut être couplé au module de base (18) de telle sorte que le module complémentaire (19) respectif puisse être refroidi par l'intermédiaire du module de base (18), puisse être relié à la structure du châssis et puisse être couplé au convertisseur de la réserve d'énergie.

Description

DESCRIPTION

L'invention concerne un entraînement hybride pour un véhicule hybride, qui comporte un moteur à combustion interne, plusieurs machines électriques et une réserve d'énergie électrique qui peut être plus fortement déchargée lorsque la machine électrique ou chaque machine électrique est utilisée comme moteur et qui peut être plus fortement chargée lorsque la machine électrique ou chaque machine électrique est utilisée comme génératrice, un convertisseur étant associé à la réserve d'énergie électrique et un convertisseur étant en outre associé à chaque fois à chaque machine électrique.

Dans la pratique, on connaît des véhicules automobiles dotés d'un entraînement hybride. En plus d'un moteur à combustion interne, un entraînement hybride dispose d'au moins une machine électrique qui peut être utilisée comme génératrice ou comme moteur. Une réserve d'énergie électrique qui est plus fortement déchargée lorsque la machine électrique ou chaque machine électrique est utilisée comme moteur et qui est plus fortement chargée lorsque la machine électrique ou chaque machine électrique est utilisée comme génératrice coopère avec la machine électrique ou chaque machine électrique. Un convertisseur est associé à la réserve d'énergie électrique d'un véhicule hybride. En outre, un convertisseur est associé à chaque fois à la machine électrique ou à chaque machine électrique. Lorsque l'entraînement hybride présente plusieurs machines électriques et par conséquent plusieurs convertisseurs associés aux machines électriques, l'intégration compacte des convertisseurs dans le véhicule automobile pose des difficultés.

Partant de là, le problème à la base de la présente invention est de proposer un nouvel entraînement hybride pour un véhicule hybride. Ce problème est résolu avec un entraînement hybride caractérisé en ce que a) les convertisseurs associés aux machines électriques sont rassemblés en une unité modulaire de convertisseurs, b) l'unité de convertisseurs présente un module de base, le module de base présentant d'une part le convertisseur associé à une première machine électrique et d'autre part des raccordements pour le refroidissement de l'unité de convertisseurs, des moyens de fixation qui relient ou raccordent l'unité de convertisseurs à une structure de châssis, un -2- raccordement qui assure le contact électrique du convertisseur associé à la réserve d'énergie électrique et un raccordement qui assure le contact électrique avec la première machine électrique, c) l'unité de convertisseurs présente en outre au moins un module complémentaire qui peut être couplé au module de base, le module complémentaire ou chaque module complémentaire présentant à chaque fois d'une part le convertisseur associé à une deuxième machine électrique et d'autre part un raccordement qui assure le contact électrique avec la deuxième machine électrique respective, et le module complémentaire ou chaque module complémentaire pouvant être couplé au module de base de telle sorte que le module complémentaire respectif puisse être refroidi par l'intermédiaire du module de base, puisse être relié ou raccordé à la structure du châssis par l'intermédiaire du module de base et puisse être couplé électriquement au convertisseur de la réserve d'énergie électrique par l'intermédiaire du module de base. Selon l'invention, les convertisseurs associés aux machines électriques sont rassemblés en une unité modulaire de convertisseurs, l'unité de convertisseurs présentant un module de base qui présente d'une part le convertisseur associé à une première machine électrique et d'autre part des raccordements permettant le refroidissement de l'unité de convertisseurs, des moyens de fixation qui permettent de fixer l'unité de convertisseurs sur la structure du châssis, un raccordement qui permet la mise en contact électrique du convertisseur associé à la réserve d'énergie électrique et un raccordement qui permet d'assurer le contact électrique avec la première machine électrique, et l'unité de convertisseurs présentant en outre au moins un module complémentaire qui peut être couplé au module de base et qui présente d'une part le convertisseur associé à la deuxième machine électrique et d'autre part un raccordement qui permet le contact électrique avec la deuxième machine électrique respective et qui peut être couplé au module de base de telle sorte que le module complémentaire repectif puisse être refroidi par l'intermédiaire du module de base, puisse être relié à la structure du châssis par l'intermédiaire du module de base et puisse être couplé électriquement au convertisseur de la réserve d'énergie électrique par l'intermédiaire du module de base.

Pour un entraînement hybride qui comprend plusieurs machines électriques, la présente invention propose de rassembler en une unité de convertisseurs les convertisseurs associés aux machines électriques. L'unité -3- de convertisseurs dispose d'un module de base qui sert à relier mécaniquement l'unité de convertisseurs à la structure du châssis du véhicule hybride, à relier électriquement l'unité de convertisseurs à un convertisseur de la réserve d'énergie électrique et à relier l'unité de convertisseurs à un circuit de refroidissement. En outre, le module de base comprend un convertisseur qui coopère avec une première machine électrique de l'entraînement hybride. En plus du module de base, l'unité de convertisseurs comprend au moins un module complémentaire qui peut être couplé au module de base et qui comporte un convertisseur qui coopère avec une deuxième machine électrique de l'entraînement hybride. Le module complémentaire est couplé mécaniquement à la structure du châssis par l'intermédiaire du module de base, est couplé électriquement au convertisseur de la réserve d'énergie électrique et est couplé au circuit de refroidissement pour son refroidissement. Le module de base ainsi que le ou chaque module complémentaire sont à chaque fois couplés électriquement séparément par des raccordements séparés à la machine électrique avec laquelle chaque convertisseur du module de base ou du module complémentaire coopère. L'invention permet d'intégrer de manière compacte plusieurs convertisseurs de machines électriques d'un entraînement hybride d'un véhicule hybride. Avantageusement, le module de base présente des moyens de fixation dotés d'amortisseurs qui permenttent de relier l'unité de convertisseurs de manière amortie à la structure du châssis. Dans un développement avantageux de l'invention, le module de base présente un élément de refroidissement qui est relié aux raccordements pour le refroidissement de l'unité de convertisseurs et qui est traversé par du fluide de refroidissement, l'élément de refroidissement refroidissant à la fois le convertisseur du module de base et le convertisseur du module complémentaire ou de chaque module complémentaire.

L'élément de refroidissement permet un refroidissement efficace de l'unité de convertisseurs et donc du convertisseur du module de base ainsi que du convertisseur du module complémentaire ou de chaque module complémentaire. Lorsqu'un module complémentaire est couplé au module de base, leurs boîtiers seront de préférence reliés mécaniquement de manière à établir une liaison entre les espaces intérieurs des boîtiers, une soupape d'équilibrage de pression étant associée au boîtier du module de base et -4- permettant d'évacuer l'air de l'espace intérieur du module de base et de l'espace intérieur du module complémentaire ou de chaque module complémentaire couplé au module de base, en vue d'équilibrer leurs pressions.

La soupape d'équilibrage de pression permet de compenser une surpression qui pourrait s'établir dans l'espace intérieur du module de base ou du module complémentaire dans des conditions défavorables de fonctionnement. Des développements préférés de l'invention sont définis dans la description qui suit. Des exemples de réalisation de l'invention vont être expliqués plus en détail à l'aide du dessin sans être limités à ce dernier. Dans le dessin : la figure 1 représente un schéma bloc d'un entraînement hybride selon l'invention, la figure 2 représente dans une vue en perspective un détail de l'entraînement hybride selon l'invention ainsi qu'une partie de la structure d'un châssis, la figure 3 représente dans une vue en perspective depuis le haut le détail de la figure 2 sans la structure du châssis, la figure 4 représente dans une vue en perspective depuis le bas le détail des figures 2, 3 sans la structure du châssis et la figure 5 représente dans une vue en perspective depuis le haut le détail des figures 2, 3, 4 à l'état désaccouplé. La présente invention concerne un entraînement hybride pour 25 un véhicule hybride. La figure 1 représente de manière fortement schématisée des modules d'un entraînement hybride, à savoir un entraînement hybride qui comporte un moteur à combustion interne 10 ainsi que plusieurs machines électriques et en particulier deux machines électriques 11 et 12 dans 30 l'exemple de réalisation représenté. En plus du moteur à combustion interne 10 et des machines électriques 11, 12, l'entraînement hybride présente en outre une réserve 13 d'énergie électrique. Lorsque les machines électriques 11, 12 sont utilisées comme moteurs, la réserve 13 d'énergie électrique est plus fortement déchargée par 35 les machines électriques 11, 12, les machines électriques 11, 12 appliquant un couple moteur sur une partie entraînée du véhicule hybride. En revanche, lorsque les machines électriques 11, 12 de l'entraînement hybride sont -5- utilisées comme génératrices, la réserve 13 d'énergie électrique de ce dernier peut être chargée plus fortement. Dans la figure 1, un convertisseur 14 est associé à la réserve 13 d'énergie électrique. En outre, un convertisseur 15 ou 16 est associé à chacune des machines électriques 11, 12. La présente invention concerne les détails d'un entraînement hydride qui permettent une intégration optimale et compacte des convertisseurs 15, 16 associés aux machines électriques 11, 12 dans le véhicule hybride. Les convertisseurs 15, 16 associés aux machines électriques 11, 12 coopèrent ainsi avec les machines électriques 11, 12 correspondantes mais n'ont pas besoins d'être placés à leur proximité immédiate. Dans la présente invention, les convertisseurs 15, 16 qui sont associés aux machines électriques 11, 12 de l'entraînement hybride ou qui coopèrent avec elles sont rassemblés en une unité modulaire 17 de convertisseurs, l'unité modulaire 17 de convertisseurs étant représentée dans la figure 2 dans une situation montée sur une structure de châssis 28 d'un véhicule hybride, et les figures 3 à 5 représentant différentes vues en perspective de l'unité 17 de convertisseurs.

Dans l'exemple de réalisation représenté, l'unité 17 de convertisseurs dispose d'un module de base 18 ainsi que d'un module complémentaire 19 couplé au module de base 18. Le module de base 18 comprend le convertisseur 16 qui coopère avec la machine électrique 12, et en revanche, le module complémentaire 19 comporte le convertisseur 15 qui coopère avec la machine électrique 11. Le module de base 18 comprend en plus du convertisseur 16 prévu pour la machine électrique 12 des raccordements 20, 21 pour le refroidissement de l'unité 17 de convertisseurs, le raccordement 20 correspondant à une amenée et le raccordement 21 à un retour de fluide de refroidissement. L'unité modulaire 17 de convertisseurs peut être incorporée dans un circuit de fluide de refroidissement et refroidie par l'intermédiaire des raccordements 20, 21 de fluide de refroidissement. En plus des raccordements 20, 21 destinés au refroidissement de l'unité modulaire 17 de convertisseurs, le module de base 18 de l'unité modulaire 17 de convertisseurs dispose en outre d'un raccordement 22 qui assure la mise en contact électrique du convertisseur 14 associé à la réserve 13 d'énergie électrique. -6- Le module de base 18 de l'unité modulaire 17 de convertisseurs dispose en outre d'un raccordement 23 qui assure le contact électrique avec la machine électrique 12 qui coopère avec le convertisseur 16 repris par le module de base 18.

En outre, le module de base 18 de l'unité modulaire 17 de convertisseurs présente des moyens de fixation 24 par lesquels l'unité modulaire 17 de convertisseurs peut être reliée mécaniquement à la structure 28 du châssis du véhicule hybride. Les moyens de fixation 24 sont de préférence des moyens de fixation dotés d'amortisseurs qui permettent de relier l'unité modulaire 17 de convertisseurs de manière amortie à la structure 28 du châssis. Les amortisseurs peuvent être constitués d'éléments élastiques en caoutchouc. Le module complémentaire 19 qui est couplé ou peut être couplé au module de base 18 comprend ainsi qu'on l'a déjà mentionné le convertisseur 15 qui coopère avec la machine électrique 11 ainsi qu'un raccordement 25 qui assure la mise en contact électrique du convertisseur 15 reçu par le module complémentaire 19 avec la machine électrique 11. Le module complémentaire 19 de l'unité modulaire 17 de convertisseurs peut être relié mécaniquement à la structure 28 du châssis par l'intermédiaire du module de base 18. En outre, le module complémentaire 19 peut être refroidi par l'intermédiaire du module de base 18. De plus, le convertisseur 15 reçu par le module complémentaire 19 et coopérant avec la machine électrique 11 peut être couplé au convertisseur 14 de la réserve 13 d'énergie électrique par l'intermédiaire du module de base 18, c'est-à-dire par l'intermédiaire du convertisseur 16 reçu par le module de base 18. Dans l'exemple de réalisation représenté, dans lequel un entraînement hybride présente donc deux machines électriques 11 et 12 et par conséquent deux convertisseurs 15 et 16 associés aux machines électriques 11 et 12, les deux convertisseurs 15 et 16 sont rassemblés en une unité modulaire 17 de convertisseurs qui dispose d'un module de base 18 et d'un module complémentaire 19. La liaison mécanique entre l'unité modulaire 17 de convertisseurs et la structure 28 du châssis, le raccordement de l'unité modulaire 17 de convertisseurs à un circuit de refroidissement et le raccordement électrique de l'unité 17 de convertisseurs au convertisseur 14 de la réserve 13 d'énergie électrique s'effectuent centralement pour tous les convertisseurs 15, 16 de l'unité de convertisseurs 17 par l'intermédiaire du module de base 18. Les modules complémentaires -7- 19 sont couplés au module de base 18 et couplés électriquement à la machine électrique qui coopère avec le convertisseur 15 reçu par chaque module complémentaire 19. Ainsi qu'on le voit au mieux dans la figure 5, le module de base 16 dispose d'un élément de refroidissement 26, l'élément de refroidissement 26 étant traversé par un fluide de refroidissement et couplé aux raccordements 20, 21. L'élément de refroidissement 26 sert à la fois à refroidir le convertisseur 16 du module de base 18 et à refroidir le convertisseur 15 du module complémentaire 19.

Le module de base 18 dispose d'un boîtier 27 et le module complémentaire 19 d'un boîtier 29. Les deux boîtiers 27 et 29 du module de base 18 et du module complémentaire 19 définissent chacun un espace intérieur 30 ou 31 dans lequel des modules électriques ou électroniques, en particulier des convertisseurs 15, 16, sont reçus.

Ainsi, dans l'espace intérieur 31 défini par le boîtier 29 du module complémentaire 19, on place comme modules du convertisseur 15 un module 32 de condensateurs, un module IGBT 33 ainsi qu'un module 34 de mesure de courant qui présente plusieurs sondes de courant. De même, dans l'espace intérieur 30 défini par le boîtier 27 de module de base 18, on dispose comme modules du convertisseur 16 un module 35 de condensateurs, un module IGBT 36 ainsi qu'un module 37 de mesure de courant qui comprend plusieurs sondes de courant. En outre, dans l'espace intérieur 30 défini par le boîtier 27 du module de base 18, on place un filtre 38 qui est raccordé entre le convertisseur 16 du module de base 18 et le convertisseur 14 de la réserve 13 d'énergie électrique. Lorsque le module complémentaire 19 est couplé au module de base 18 de l'unité modulaire 17 de convertisseurs, les deux convertisseurs 15, 16 sont couplés électriquement l'un à l'autre, à savoir, par le fait que les modules 32 et 35 de condensateurs des convertisseurs 15 et 16 sont mis en contact électrique l'un avec l'autre. La mise en contact électrique des deux modules 32 et 35 de condensateurs s'effectue par un passage 39 représenté dans la figure 5. Les deux espaces intérieurs 30 et 31 du module de base 18 et 35 du module complémentaire 19 sont par conséquent mis en relation par le passage 39. -8- Pour pouvoir compenser une différence de pression par rapport à la pression ambiante, qui se forme en fonctionnement par des variations de température dans les espaces intérieurs 30, 31, une soupape 40 d'équilibrage de pression représentée dans les figures 3 et 4 est associée au module de base 18. Lorsqu'une surpression ou une dépression inadmissibles s'établissent dans les espaces intérieurs 30, 31 du module de base 18 et du module complémentaire 19, un équilibrage de pression par rapport à la pression ambiante peut par conséquent être réalisé par l'intermédiaire de la soupape 40 d'équilibrage de pression.

Un dispositif 41 de surveillance de l'isolation, représenté dans la figure 4, est en outre associé au module de base 18 et permet de surveiller les courts-circuits pour l'unité 17 de convertisseurs. Lorsque le module de base 18 et le module complémentaire 19 sont accouplés, des saillies 42 formées sur le boîtier 27 du module de base 18 s'engagent dans des creux non représentés du boîtier 29 du module complémentaire 19. Des segments de fixation 43 formés sur les boîtiers 27, 29 permettent de visser ces derniers l'un sur l'autre. Lorsqu'un entraînement hybride présente plusieurs machines électriques et par conséquent plusieurs convertisseurs associés aux machines électriques, l'invention permet une intégration compacte et efficace des convertisseurs qui coopèrent avec les machines électriques dans le véhicule automobile. Le module de base 18 de l'unité modulaire de convertisseurs 17 assure centralement pour tous les convertisseurs 15, 16 de l'unité 17 de convertisseurs la liaison mécanique à la structure 28 du châssis, le raccordement au circuit de refroidissement ainsi que le raccordement électrique au convertisseur 14 de la réserve 13 d'énergie électrique. Le module de base 18 est de plus couplé électriquement de manière séparée à la machine électrique qui coopère avec le convertisseur 16 repris dans le module de base 18. Le module complémentaire 19 ou chaque module complémentaire sont raccordés électriquement de manière séparée à la machine électrique qui coopère avec le convertisseur 15 reçu par chaque module complémentaire 19. Le raccordement électrique du convertisseur 15 reçu dans chaque module complémentaire 19 avec le convertisseur 14 de la réserve 13 d'énergie électrique s'effectue par l'intermédiaire du convertisseur 16 du module de base 18, et dans ce but, les modules de -9- condensateurs 32 et 35 des convertisseurs 15 et 16 du module de base et de chaque module complémentaire 19 sont mis en contact électrique mutuel. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisations décrits et représentés aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS1. Entraînement hybride d'un véhicule hybride, qui comporte un moteur à combustion interne, plusieurs machines électriques et une réserve d'énergie électrique qui peut être plus fortement déchargée lorsque la machine électrique ou chaque machine électrique est utilisée comme moteur et qui peut être plus fortement chargée lorsque la machine électrique ou chaque machine électrique est utilisée comme génératrice, un convertisseur étant associé à la réserve d'énergie électrique et un convertisseur étant en outre associé à chaque fois à chaque machine électrique, caractérisé en ce que a) les convertisseurs (15, 16) associés aux machines électriques sont rassemblés en une unité modulaire (17) de convertisseurs, b) l'unité (17) de convertisseurs présente un module de base (18), le module de base présentant d'une part le convertisseur (16) associé à une première machine électrique et d'autre part des raccordements (20, 21) pour le refroidissement de l'unité de convertisseurs, des moyens de fixation (24) qui relient ou raccordent l'unité de convertisseurs à une structure de châssis, un raccordement (22) qui assure le contact électrique du convertisseur associé à la réserve d'énergie électrique et un raccordement (23) qui assure le contact électrique avec la première machine électrique, c) l'unité (17) de convertisseurs présente en outre au moins un module complémentaire (19) qui peut être couplé au module de base (18), le module complémentaire ou chaque module complémentaire présentant à chaque fois d'une part le convertisseur (15) associé à une deuxième machine électrique et d'autre part un raccordement (25) qui assure le contact électrique avec la deuxième machine électrique respective, et le module complémentaire (19) ou chaque module complémentaire pouvant être couplé au module de base (18) de telle sorte que le module complémentaire (19) respectif puisse être refroidi par l'intermédiaire du module de base (18), puisse être relié ou raccordé à la structure du châssis par l'intermédiaire du module de base (18) et puisse être couplé électriquement au convertisseur de la réserve d'énergie électrique par l'intermédiaire du module de base (18).
2. Entraînement hybride selon la revendication 1, caractérisé en ce que le module de base (18) présente des moyens de fixation (24) dotés-11- d'amortisseurs qui permettent de relier l'unité (17) de convertisseurs de manière amortie à la structure du châssis.
3. Entraînement hybride selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le module de base (18) présente un élément de refroidissement (26) qui est relié aux raccordements (20, 21) pour le refroidissement de l'unité (17) de convertisseurs et qui est traversé par le fluide de refroidissement, l'élément de refroidissement (26) refroidissant à la fois le convertisseur (16) du module de base et le convertisseur (15) du module complémentaire ou de chaque module complémentaire.
4. Entraînement hybride selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lorsqu'un module complémentaire (19) est couplé au module de base (18), leurs boîtiers (27, 29) sont reliés mécaniquement de telle sorte que soit établie une liaison entre les espaces intérieurs (30, 31) des boîtiers (27, 29).
5. Entraînement hybride selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'une soupape d'équilibrage de pression (40) par laquelle l'espace intérieur du module de base (18) et l'espace intérieur du module complémentaire (19) ou de chaque module complémentaire accouplé au module de base peuvent être évacués de leur air pour équilibrer les pressions est associée au boîtier (27) du module de base (18).