FR3021257A1 - Dispositif de refroidissement d'une chaine de traction pour vehicule elecrique - Google Patents

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Abstract

L'invention a pour objet un dispositif de refroidissement d'une chaîne de traction pour véhicule électrique, le dispositif comprenant un moteur électrique (4) alimenté par une batterie (7), une électronique de puissance (1), ainsi qu'un système de climatisation comprenant un condenseur (10) muni d'un ventilateur (9), le dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend un conduit d'air (12) placé en aval du condenseur (10) et acheminant l'air issu du condenseur (10) vers le moteur électrique (4), l'électronique de puissance (1) et/ou la batterie (7).

Description

DISPOSITIF DE REFROI Dl SSEMENT D'UNE CHAI NE DE TRACTI ON POUR VEHI CULE ELECRI QUE La présente invention a pour objet un dispositif de refroidissement d'une chaîne de traction pour véhicule électrique. Dans un véhicule électrique, entre la prise de courant, la batterie et le moteur, différents organes permettent de calculer, convertir et délivrer l'énergie dont le véhicule a besoin. Ils constituent l'électronique de puissance : on peut notamment citer le chargeur qui adapte le courant apporté par la prise de branchement à ce que la batterie électrique peut recevoir, l'onduleur qui convertit le courant électrique continu fourni par la batterie en courant alternatif dont le moteur de la voiture électrique a besoin. Tel qu'illustré à la figure 1, une électronique de puissance 1 de véhicule électrique est traditionnellement refroidie par un circuit d'eau 2 à basse température avec une pompe à eau 3 électrique, ou encore un bocal de remplissage. Le moteur électrique 4, actionnant les roues 5, peut être refroidi par l'air créé par un ventilateur 6 entrainé généralement par le moteur 4 lui-même, ou par l'eau de même boucle que l'électronique de puissance 1, et la batterie 7 du véhicule peut être aussi soit refroidie par l'eau, ou par de l'air ventilé par un ventilateur 8 dédié. Le circuit électrique est schématisé par le chemin 19. L'ensemble du système nécessite ainsi un ventilateur 9 pour les échangeurs frontaux (un condenseur de climatisation 10 et un radiateur 11 pour l'électronique de puissance 1), le ventilateur 6 du moteur 4, le ventilateur 8 pour la batterie 7, et la pompe à eau 3 pour l'électronique de puissance 1. Ces organes sont coûteux, consomment de l'électricité. En outre, pour le moteur électrique 4, sa vitesse de ventilateur ne dépend que de sa vitesse de rotation, et non de la vitesse de véhicule. Or la puissance thermique à évacuer dépend notamment de la vitesse de véhicule. Le système ne peut donc pas fonctionner de façon optimale. L'invention vise à remédier à ces inconvénients.
L'invention propose un dispositif de refroidissement simplifié d'une chaîne de traction pour véhicule électrique, qui réduit le nombre de ventilateurs, qui est de consommation électrique réduite et présente une performance améliorée.
L'invention a ainsi pour objet un dispositif de refroidissement d'une chaîne de traction pour véhicule électrique, le dispositif comprenant un moteur électrique alimenté par une batterie, une électronique de puissance, ainsi qu'un système de climatisation comprenant un condenseur muni d'un ventilateur.
Le dispositif selon l'invention comprend un conduit d'air placé en aval du condenseur et acheminant l'air issu du condenseur vers le moteur électrique, l'électronique de puissance et/ou la batterie. Le condenseur est typiquement un échangeur thermique destiné à refroidir l'habitacle du véhicule.
L'électronique de puissance peut être refroidie par le conduit d'air via un caloduc. Le dispositif peut comprendre en outre de l'huile destinée à refroidir le moteur électrique. Le dispositif peut comprendre une boîte de transmission, et le moteur 20 électrique et la boîte de transmission peuvent être disposés dans un carter commun. La paroi du conduit d'air peut être équipée de volets mobiles. Le dispositif peut comprendre des volets mobiles disposés en aval du ventilateur du condenseur. 25 Le dispositif peut comprendre des volets mobiles disposés en amont du condenseur. Le dispositif peut comprendre des moyens de gestion de la température de l'huile, pilotant les volets mobiles. L'invention a également pour objet un véhicule automobile comprenant 30 un dispositif de refroidissement décrit ci-dessus. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1, déjà décrite, illustre schématiquement un dispositif de refroidissement de véhicule électrique selon l'état de la technique, - la figure 2 illustre schématiquement un dispositif de refroidissement selon l'invention, conformément à un premier mode de réalisation, - la figure 3 illustre schématiquement un dispositif de refroidissement selon l'invention, conformément à un deuxième mode de réalisation, - la figure 4 illustre schématiquement un dispositif de refroidissement selon l'invention, conformément à un troisième mode de réalisation, et - la figure 5 illustre schématiquement un dispositif de refroidissement 10 selon l'invention, conformément à un quatrième mode de réalisation. La thermique d'un véhicule électrique est très différente de celle d'un véhicule thermique conventionnel : elle peut être résumée en deux aspects : la quantité de calories à évacuer d'un véhicule électrique est beaucoup plus faible (un rapport de 1/10), mais ce sont des calories à basse température à 15 évacuer. La difficulté de refroidissement d'un organe dépend d'une part de la quantité de calories à évacuer, et d'autre part de l'écart de température entre ces calories et l'air ambiant : pour une batterie de traction électrique les calories à évacuer varient entre 0,6 kW (autoroute) et 3 kW (charge ultra rapide), elles sont nettement plus faibles que celle d'un moteur thermique 20 (20-80 kW), mais l'écart de température de ses calories peut être beaucoup plus faible (0°C ou même négatif (l'air ambiant est plus chaud que la batterie)) qu'un moteur thermique, ce qui nécessite un système de climatisation pour refroidir le caloporteur (air ou eau) avant que ce dernier refroidisse la batterie. 25 La quantité beaucoup plus faible de calories à évacuer sur un véhicule électrique permet de supprimer ces deux verrous physiques pour envisager des solutions impossibles sur un véhicule thermique. Les quantités maximales de calories à évacuer en roulage sont de 1 kW pour les batteries, 4 kW pour moteur électriques et 4 kW pour son électronique de puissance, 4 kW pour la 30 climatisation. Dans l'hypothèse où la batterie et l'électronique de puissance est refroidie par l'eau, la puissance totale des échangeurs en face avant est de l'ordre de 8 kW, l'air (pour une vitesse de l'air sur autoroute de 4m/s) n'est chauffé que de 10°C par rapport à la température ambiante, soit 55°C s'il fait 45°C, il a encore la capacité de refroidir l'huile (65-80°C) présente dans un carter comportant le moteur électrique. Le fait que la quantité totale de calories soit beaucoup plus faible sur un véhicule électrique, et le nombre moins important d'échangeurs en face avant, autorisent l'ajout d'une conduite derrière le groupe moto-ventilateur. La figure 2, sur laquelle les éléments identiques à ceux de la figure 1 portent les mêmes références, illustre le principe de fonctionnement du dispositif de refroidissement selon l'invention. Comme sur tout véhicule, il y a une boucle de climatisation. Cette boucle a un condenseur 10 qui est logé en face avant et derrière des ouvertures en face avant pour laisser entrer l'air lorsque le véhicule est en mouvement. L'air refroidit le réfrigérant permettant de produire le froid dans l'habitacle. En effet, dans le système de climatisation, le réfrigérant passe après compression à l'intérieur du condenseur 10 situé dans le compartiment moteur afin d'être refroidi par l'air traversant le condenseur 10. Pour que la climatisation fonctionne lors d'un roulage au ralenti ou dans un embouteillage, un ventilateur 9 et une buse 20 (représentée en coupe sur la figure 2) sont imposés derrière le condenseur 10. La partie de cette buse 20 reliée au condenseur 10 a la dimension frontale du condenseur 10, et la partie de cette buse 20 reliée au ventilateur 9 est généralement circulaire. La buse 20 permet notamment d'assurer que l'air aspiré par le ventilateur 9 vient en totalité de l'air à l'entrée du condenseur 10. Un conduit d'air 12 est ajouté après le ventilateur 9, le conduit 12 amenant l'air sur les organes à refroidir. La circulation de l'air est représentée par des flèches sur les figures.
Pour améliorer la performance du refroidissement à air de l'électronique de puissance 1, il est possible d'utiliser un caloduc 13 pour transporter les calories générées localement par l'électronique vers les tubes équipés d'un nombre important d'ailettes 18. En outre, il est possible d'utiliser l'air apporté par la conduite 12 pour refroidir le moteur électrique 4. Pour améliorer le refroidissement du moteur électrique 4, on peut utiliser un autre système de refroidissement interne, par exemple de l'huile 14 en contact direct avec les bobinages du moteur électrique 4, ou encore un réseau d'eau dans la chemise du stator.
La conduite 12 est raccordée derrière le ventilateur 9 sur la buse 20. En entrée elle a la forme circulaire de la sortie de la buse 20. La totalité de l'air entrant dans le condenseur 10 passe par le ventilateur 9, puis est guidé vers les organes à refroidir, une partie étant guidée vers les électroniques de 5 puissance 1, et une autre partie étant guidée vers la machine électrique 4. La conduite 12 peut donc avoir deux sorties : une vers les électroniques 1, une vers la machine 4. La forme et la section des deux sorties de cette conduite d'air 21 seront adaptées par rapport à la forme de la zone équipée des ailettes 18 du caloduc 13 pour les électroniques 1, et à la forme du carter 16 10 équipé des ailettes 15 pour la machine électrique 4. Cette conduite d'air 12 peut être en plastique rigide de même matière que la buse 20. On peut refroidir de la même façon la boîte de vitesse. Par l'intermédiaire du carter de la machine électrique 4 et du carter de transmission, on refroidit l'huile ou l'eau de leurs systèmes de refroidissement 15 respectifs par de l'air. Pour optimiser le refroidissement du carter, les ailettes externes 15 du carter 16 sont orientées de manière à faire circuler l'air sur toute la surface de celui-ci. La machine électrique 4 et la boîte de transmission peuvent être disposées dans un carter commun 16, avec la même huile de refroidissement 14.
20 L'air issu du conduit d'air 12 peut également être acheminé vers la batterie 7. Le conduit d'air 12 peut ainsi être relié à la fois à l'électronique de puissance 1, au moteur électrique 4, et à la batterie 7. Mais on peut aussi ne l'appliquer que sur l'un ou deux de ces trois organes. Le dispositif de refroidissement selon l'invention présente de nombreux 25 avantages. Sur un véhicule électrique, la quantité de puissance à injecter à l'air est beaucoup plus faible que sur un véhicule thermique conventionnel. Si le moteur électrique est refroidi par l'huile, la puissance thermique du condenseur 10 devient la plus grosse puissance thermique à évacuer. L'air 30 sortant du ventilateur 9 n'est que 5-10°C au-dessus de l'air ambiant. Il a une capacité de refroidissement importante. La puissance du ventilateur 9 existant sur un véhicule peut être élevée (100 à 500W). Même pour une faible vitesse du véhicule, il peut créer un débit d'air très important (de l'ordre de 1 m3/s), ce qui est très bénéfique pour le refroidissement du carter. A partir d'une vitesse véhicule modérée, de l'ordre de 30-40 km/h, la quantité de l'air entrant sous le capot est déjà important, on peut ne pas utiliser le ventilateur 9, et réduire la consommation électrique du ventilateur 9. A forte vitesse, le débit d'air est encore plus important. On peut ainsi peu utiliser le ventilateur 9 pour refroidir l'huile du carter 16. En été, l'huile peut être même chauffée par l'air chaud sortant du ventilateur 9, ce qui réduit sa viscosité, et donc les frottements. On peut 10 augmenter le rendement du système. On peut utiliser un conduit 12 simple pour guider l'air sortant du ventilateur 9 vers l'électronique de puissance 1, le carter 16 boite vitesse/ moteur électrique 4 et la batterie 7 (figure 2). Il est également possible d'ajouter des volets pilotés 17 sur la paroi du conduit d'air (figure 3) pour 15 piloter le débit d'air impactant les ailettes 18 de l'électronique de puissance 1 et le carter d'huile 16. Ces volets 17 permettent de réduire la quantité d'air en hiver afin d'accélérer la montée en température de l'huile de boite de vitesse, ce qui permet d'optimiser le système et de faire de la gestion thermique de la température d'huile.
20 On peut aussi mettre des volets 17 juste derrière le ventilateur 9 (figure 4) ou avant le condenseur 10 (figure 5) pour réduire le débit entrant sous le capot, cette réduction du débit permettant en outre de réduire la traînée du véhicule. On peut ainsi gagner en consommation lors de vitesses élevées du véhicule. 25

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Dispositif de refroidissement d'une chaîne de traction pour véhicule électrique, le dispositif comprenant un moteur électrique (4) alimenté par une batterie (7), une électronique de puissance (1), ainsi qu'un système de climatisation comprenant un condenseur (10) muni d'un ventilateur (9), le dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend un conduit d'air (12) placé en aval du condenseur (10) et acheminant l'air issu du condenseur (10) vers le moteur électrique (4), l'électronique de puissance (1) et/ou la batterie (7).
  2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le condenseur (10) est un échangeur thermique destiné à refroidir l'habitacle du véhicule.
  3. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'électronique de puissance (1) est refroidie par le conduit d'air (12) via un caloduc (13).
  4. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre de l'huile (14) destinée à refroidir le moteur électrique (4).
  5. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend une boîte de transmission et en ce que le moteur électrique (4) et la boîte de transmission sont disposés dans un carter commun (16).
  6. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la paroi du conduit d'air (12) est équipée de volets mobiles (17).
  7. 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend des volets mobiles (17) disposés en aval du ventilateur (9) du condenseur (10).
  8. 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend des volets mobiles (17) disposés en amont du condenseur (10).
  9. 9. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 8, en liaison avec la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de gestion de la température de l'huile (14), pilotant les volets mobiles (17).
  10. 10.Véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de refroidissement selon l'une des revendications 1 à 9.10
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