FR3030383A1 - Dispositif de gestion thermique d'un ensemble de motorisation electrique d'un vehicule automobile. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif de gestion thermique (1) d'un ensemble de motorisation électrique (2) d'un véhicule automobile, le dispositif de gestion thermique (1) comprenant des moyens de refroidissement (6, 7) du moteur électrique (3), les moyens de refroidissement (6) comprennent un circuit d'huile (6), ledit réducteur mécanique (4) étant disposé en aval du moteur électrique (3) dans le circuit d'huile (6), et l'huile du circuit d'huile (6) est refroidie par conduction thermique dans le réducteur mécanique (4).

Description

Dispositif de gestion thermique d'un ensemble de motorisation électrique d'un véhicule automobile La présente invention se rapporte à un dispositif de gestion thermique d'un ensemble de motorisation électrique d'un véhicule automobile. Dans le domaine des véhicules automobiles électriques, la gestion thermique des différents éléments composant l'ensemble de motorisation du véhicule est relativement importante. En effet, le moteur électrique du véhicule automobile chauffe de manière 10 relativement rapide lors du fonctionnement du véhicule, et faute d'un refroidissement suffisant, sa puissance doit être limitée pour éviter qu'il soit endommagé, ce procédé étant connu sous le terme anglo-saxon de derating. Par ailleurs, dans le réducteur mécanique couplé à l'arbre du rotor du moteur électrique, l'huile de lubrification des engrenages peut être trop froide et 15 donc trop visqueuse, en particulier à basse température, ce qui réduit de manière relativement importante le rendement du réducteur mécanique. De plus, les composants d'électronique de puissance, par exemple les convertisseurs DC/AC, associés au moteur électrique sont eux aussi soumis à d'importantes hausses de températures qu'il convient de contrôler. 20 On connait le document US20120153718 qui décrit un circuit de refroidissement d'un moteur électrique par un circuit de circulation d'eau. Dans ce document, l'eau est acheminée dans un circuit passant dans un arbre creux du rotor et autour du stator. Cependant, un tel circuit est très sensible aux problèmes d'isolation, l'eau ne devant pas entrer en contact avec les éléments 25 du moteur électrique. En outre un tel dispositif ne vise qu'à résoudre le problème de refroidissement du moteur électrique pris isolément. Il existe donc le besoin d'un dispositif de gestion thermique d'un ensemble de motorisation électrique d'un véhicule automobile, ne présentant pas les inconvénients de l'art antérieur. 30 Il est proposé un dispositif de gestion thermique d'un ensemble de motorisation électrique d'un véhicule automobile, ledit ensemble de motorisation électrique comprenant un moteur électrique et un réducteur mécanique couplé au moteur, le dispositif de gestion thermique comprenant des moyens de refroidissement du moteur électrique. Les moyens de refroidissement comprennent un circuit d'huile fermé adapté à faire circuler l'huile au travers du moteur électrique et du réducteur mécanique, ledit réducteur mécanique étant disposé en aval du moteur électrique dans le circuit d'huile, de sorte que l'huile du circuit d'huile entrant dans le réducteur mécanique est préalablement chauffée par le moteur électrique, et l'huile du circuit d'huile est refroidie par conduction thermique dans le réducteur mécanique, de sorte que l'huile du circuit d'huile en amont du moteur électrique, est apte à refroidir le moteur électrique. Ainsi on peut de manière relativement efficace associer le refroidissement du moteur électrique avec le chauffage de l'huile entrant dans le réducteur mécanique, ce qui fluidifie l'huile et améliore le rendement du réducteur mécanique.

De cette manière on optimise la gestion thermique de l'ensemble de motorisation. En particulier, on peut améliorer le rendement de la motorisation du véhicule automobile, et économiser l'énergie nécessaire à cette motorisation. Avantageusement et de manière non limitative, le dispositif de gestion 20 thermique comprend un capteur de température apte à fournir une valeur de température de l'huile du circuit d'huile en sortie du moteur électrique. Avantageusement et de manière non limitative, le capteur de température est apte à commander un organe de régulation de la vitesse de l'huile dans le circuit d'huile en fonction de la température de l'huile en sortie du moteur 25 électrique. Ainsi, on peut facilement adapter la circulation de l'huile dans le circuit d'huile en fonction des besoins en refroidissement du moteur. En particulier, on peut accélérer la circulation d'huile dans le circuit d'huile si le moteur nécessite un refroidissement plus rapide. 30 De cette manière, on peut éviter ou retarder l'usage du derating, et améliorer le rendement du moteur électrique. Avantageusement et de manière non limitative, le circuit d'huile comprend un circuit de dérivation comprenant un échangeur thermique, par exemple un échangeur air-huile, un échangeur eau-huile, ou tout autre type d'échangeur adapté, le circuit de dérivation étant apte à court-circuiter le réducteur mécanique, ledit capteur de température étant adapté pour commander la circulation d'au moins une partie de l'huile dans le circuit de dérivation lorsque la température de l'huile en sortie du moteur électrique atteint une valeur critique prédéfinie de sorte à refroidir l'huile au travers de l'échangeur thermique. Ainsi on peut refroidir de manière relativement rapide l'huile si la température devient excessive, en ayant recours à un échangeur thermique. De cette manière, dans des conditions critiques de fonctionnement, on peut favoriser et accélérer le refroidissement du moteur, pour assurer un bon fonctionnement du véhicule automobile. Avantageusement et de manière non limitative, la valeur critique prédéfinie correspond à une température comprise entre 90°C et 120°C.

Avantageusement et de manière non limitative, l'ensemble de motorisation électrique comprend au moins un bloc d'électronique de puissance, par exemple un convertisseur DC/AC, un transistor IGBT ou tout autre type de bloc d'électronique de puissance, le bloc d'électronique de puissance étant disposé en aval du moteur électrique dans le circuit d'huile de manière à être refroidi par l'huile du circuit d'huile. Ainsi, on peut aussi refroidir les blocs d'électronique de puissance dont les températures supportées peuvent être beaucoup plus élevées que celle du moteur électriques. Aussi, l'huile sortant du moteur peut permettre de réduire la température de l'électronique de puissance.

De cette manière on peut gérer la température par un seul circuit d'huile du moteur électrique et des blocs d'électronique de puissance, tout en optimisant le rendement du réducteur mécanique. Avantageusement et de manière non limitative, le dispositif de gestion thermique comprend un filtre à huile, disposé en aval du réducteur mécanique.

Le réducteur mécanique, en particulier les engrenages du réducteur mécanique, pouvant produire des éclats métalliques emportés dans le circuit d'huile, il faut filtrer l'huile en aval du réducteur mécanique pour ne pas risquer d'introduire des pièces magnétiques dans la pompe et/ou dans le moteur électrique. Ainsi, on améliore la robustesse du dispositif de gestion thermique. Avantageusement et de manière non limitative, l'arbre du rotor du moteur électrique comprend une portion creuse, le circuit d'huile s'étendant dans la portion creuse de l'arbre du rotor, et ledit arbre creux comprenant au moins une ouverture apte à projeter au moins une partie de l'huile du circuit d'huile dans le moteur électrique, de manière à refroidir le stator et le rotor, l'huile projetée dans le moteur électrique étant collectée par un collecteur et réintroduite dans le circuit d'huile en aval du moteur électrique.

Ainsi, on peut de manière relativement efficace refroidir le rotor et le stator du moteur électrique avec un seul circuit d'huile. L'invention concerne aussi un véhicule automobile comprenant un dispositif de gestion thermique d'un ensemble de motorisation électrique tel que décrit précédemment.

D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après d'un mode de réalisation particulier de l'invention, donné à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un dispositif de gestion thermique selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue schématique d'un dispositif de gestion thermique selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 3 est une vue schématique d'un dispositif de gestion thermique selon un troisième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 4 est une vue schématique d'un dispositif de gestion thermique selon un quatrième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 5 est une vue schématique d'un moteur électrique refroidi par un dispositif de gestion thermique selon l'un des modes de réalisation des figures 1 à 4; et - la figure 6 est une vue schématique d'un véhicule automobile comprenant un dispositif de gestion thermique selon l'un des modes de réalisation de l'invention.

En référence à la figure 1, selon un premier mode de réalisation, un dispositif de gestion thermique 1 d'un ensemble de motorisation électrique 2 d'un véhicule automobile comprend des moyens de refroidissement 6,7 d'un moteur électrique 3, ici un circuit d'huile 6 et une pompe 7 pour faire circuler l'huile dans le circuit d'huile 6, par exemple une pompe mécanique, une pompe électrique ou tout autre type de pompe adaptée. Dans le circuit d'huile 6, une quantité d'huile est déplacée par la pompe 7 de manière à contrôler la température de l'ensemble de motorisation électrique 2.

L'ensemble de motorisation électrique 2 comprend un moteur électrique 3 et un réducteur mécanique 4. Le circuit d'huile 6 est un circuit fermé, ou bouclé, qui traverse le moteur électrique 3 et le réducteur mécanique 4. La pompe 7 est considérée comme le point de repère de référence pour repérer les différents éléments, par exemple le moteur 3 et le réducteur 4, traversés par le circuit d'huile 6. Autrement dit, les termes « en amont » et « en aval » dans le circuit d'huile 6 seront considérés par rapport à la pompe 7 prise comme point de référence, et en fonction du sens de circulation de l'huile dans le circuit d'huile 6, indiqué par des flèches dans les figures 1 à 5. Dans les premier, deuxième, troisième et quatrième modes de réalisation, les différents éléments de l'ensemble de motorisation électrique 2 traversés par le circuit d'huile 6 sont disposés en série dans le circuit d'huile 6. Le moteur électrique 3 est ici en amont du réducteur 4 dans le circuit d'huile 6, par rapport à la pompe 7. Autrement dit, pour une quantité d'huile donnée qui sort de la pompe 7, cette quantité d'huile traversera d'abord le moteur électrique 3 et ensuite le réducteur 4. Le circuit d'huile 6 comprend aussi un réservoir d'huile, non représenté, et une trappe, non représentée, pour remplir le réservoir de manière à pouvoir assurer qu'une quantité d'huile suffisante est présente dans le circuit d'huile 6. Le circuit d'huile 6 comprend une quantité d'environ 2 litres à 5 litres d'huile circulant dans le circuit d'huile 6.

La vitesse de déplacement de l'huile dans le circuit d'huile 6 est définie en fonction de la caractéristique de la pompe 7 et en fonction de la puissance du moteur électrique 3. Ici, un capteur de température 8 est installé en aval du moteur électrique 3 et en amont du réducteur mécanique 4 dans le circuit d'huile 3, de manière à pouvoir régler la vitesse de l'huile dans le circuit d'huile 6 en fonction de la température de l'huile en sortie du moteur électrique 3. Ainsi, plus la température de l'huile en sortie 39 du moteur électrique 3 sera élevée, plus la vitesse de l'huile dans le circuit d'huile 6 sera grande.

L'huile peut se déplacer dans le circuit d'huile 6, à titre d'exemple, à une vitesse comprise entre 2m/sec et 20m/sec. Dans le circuit d'huile 6, lorsqu'une quantité d'huile traverse la pompe 7, elle est ensuite déplacée vers le moteur électrique 3. En référence à la figure 5, le moteur électrique 3 comprend un stator 30 et un rotor 31. Le rotor 31 est entrainé en rotation par un champ magnétique produit par les bobinages 35 du stator 30. Le rotor 31 entraine à son tour un arbre 32 qui est couplé au réducteur mécanique 4. L'arbre 32 du rotor 31 est creux sur une partie 32a de sa longueur et plein sur une autre partie 32b. A son extrémité creuse 32c, le circuit d'huile 6 achemine l'huile de manière à faire pénétrer l'huile dans la partie creuse 32a de l'arbre 32. L'huile ainsi injectée dans la partie creuse 32c de l'arbre 32 sous la pression exercée par la pompe 7 est ensuite propulsée à travers des ouvertures 33 ménagées dans l'arbre 32, de telle sorte que l'huile entre en contact des parties actives du moteur électrique 3, en particulier des parois du stator 30 et du rotor 31. L'huile projetée 36 s'écoule ensuite dans un collecteur 34 disposée en partie basse du carter 37 du moteur électrique 3, de telle sorte qu'elle est ensuite réintroduite dans le circuit d'huile 6, sous l'effet de la pompe 7.

Alternativement, une pompe auxiliaire, non représentée, peut drainer l'huile du collecteur 34 de manière à la réintroduire dans le circuit d'huile 6. L'huile sortant du moteur électrique 3, on parle aussi d'huile en aval du moteur électrique 3 dans le circuit d'huile 6, est chauffée par les échanges thermiques liés au contact avec les parties actives du moteur 3, à savoir le stator 30 et le rotor 31. Autrement dit, le circuit d'huile 6 étant destiné à refroidir les parties actives 30, 31 du moteur, l'huile du circuit d'huile 6 emmagasine la chaleur pour la 5 transporter en dehors du moteur 3. L'huile est ensuite transportée dans le réducteur mécanique 4. Le circuit d'huile 6 s'étend dans une portion interne 41 au réducteur mécanique 4. L'huile est dirigée au travers du réducteur mécanique 4 de manière à ce 10 que, entre autre, les engrenages 42 du réducteur mécanique 4 baignent en permanence dans de l'huile du circuit d'huile 6. L'huile ayant été précédemment chauffée par le moteur électrique 3, elle à conséquemment été rendue plus fluide, ce qui améliore le rendement du réducteur mécanique 4. 15 La chaleur précédemment emmagasinée par l'huile dans le moteur électrique 3, est en partiellement transférée par conduction thermique de l'huile à la portion interne 41 du réducteur mécanique 4 dans laquelle elle circule, ce qui a pour effet direct de faire refroidir l'huile. Ainsi, en sortie 43 du réducteur mécanique 4, l'huile du circuit d'huile 6 est 20 plus froide qu'en entrée 44 du circuit d'huile 6 dans le réducteur mécanique 4. Autrement dit, l'huile en aval du réducteur mécanique 4 est plus froide qu'en amont du réducteur mécanique 4 dans le circuit d'huile 6. L'huile en sortie du réducteur mécanique traverse ensuite un filtre 12 destinée à filtrer d'éventuelles particules métalliques, issues des frottements 25 des engrenages 42, ayant pu être emportées par l'huile en sortie du réducteur mécanique 4. Ainsi le dispositif de gestion thermique 1 permet d'optimiser le refroidissement du moteur électrique 3 tout en optimisant le rendement du réducteur mécanique 4. Autrement dit le dispositif de gestion thermique 1 30 optimise la gestion thermique de l'ensemble de motorisation 2 du véhicule électrique. Dans un deuxième mode de réalisation, en référence à la figure 2, le circuit d'huile 6 comprend un circuit de dérivation 9.

Le circuit de dérivation 9, comprend à chacune que de ses extrémités deux valves 9a, 9b, ici des valves bidirectionnelles 9a, 9b. Une valve d'entrée 9a est disposée en aval du capteur de température 8 et en amont du réducteur mécanique 4.

La valve d'entrée 9a est apte à être commandée pour diriger l'huile sortant du moteur électrique 3 dans le circuit de dérivation 9. Le circuit de dérivation 9 dirige ensuite l'huile vers une valve de sortie 9b disposée en aval du filtre à huile 12, ou autrement dit, en amont de la pompe 7. Autrement dit, le circuit de dérivation 9 constitue un court-circuit du réducteur mécanique 4. Le circuit de dérivation 9 comprend un échangeur thermique 10, ici un échangeur huile-air 10, adapté pour refroidir rapidement l'huile le traversant. Ainsi, l'huile passant dans le circuit de dérivation 9 est refroidie par l'échangeur thermique 10.

De cette manière lorsqu'une valeur de température critique prédéfinie est atteinte, par exemple une valeur de température supérieure à 120°C, en sortie du moteur électrique 3, les valves 9a, 9b sont activées de manière à court-circuiter le réducteur mécanique 4. Lorsque les valves 9a, 9b court-circuitent le réducteur mécanique 4, l'huile présente dans la portion de circuit d'huile court-circuitée stagne, en particulier l'huile dans le réducteur mécanique 4 stagne, pendant que l'huile présente dans la portion de boucle comprenant, d'amont en aval, la pompe 7, le moteur électrique 3, le capteur de température 8, et le circuit de dérivation 9 est rapidement refroidie.

Selon une alternative, une partie seulement de l'huile du circuit d'huile 6 peut être court-circuitée par la valve d'entrée 9a lorsque la valeur de température critique prédéfinie est atteinte, par exemple environ entre 60% et 80% du flux d'huile passant dans le circuit d'huile 6 au niveau de la valve d'entrée 9a, l'autre partie continuant à cheminer dans la boucle principale du circuit d'huile 6. Ainsi, on peut refroidir de manière relativement rapide une partie de l'huile du circuit, et donc assurer un refroidissement efficace du moteur électrique 3, tout en continuant à faire circuler une partie de l'huile dans le réducteur mécanique 4, afin d'en conserver une bonne lubrification.

Lorsque la température de l'huile mesurée par le capteur de température 8 repasse en dessous d'une valeur limite inférieure, par exemple une température inférieure à 90°C, les valves 9a, 9b, se désactivent de manière à permettre à l'huile de circuler selon la boucle principale, comme dans le premier mode de réalisation. De cette manière on peut associer deux méthodes de gestion de la température de l'ensemble moteur, à savoir une gestion thermique combinée du moteur électrique 3 et du réducteur mécanique 4 et une gestion active, mettant en oeuvre un échangeur thermique 10 lorsque la première méthode n'est plus assez efficace, par exemple lorsque le moteur chauffe de manière trop importante. Le circuit de dérivation 9 comporte éventuellement un petit réservoir d'huile, et un réchauffeur, par exemple une résistance thermique, apte à réchauffer l'huile du réducteur lors d'un démarrage à froid du véhicule.

Dans un troisième mode de réalisation, en référence à la figure 3, un circuit de circulation d'huile correspondant au premier mode de réalisation est mis en oeuvre. L'ensemble de motorisation 2 comprend en outre un module d'électronique de puissance 11, par exemple un convertisseur DC/AC pour alimenter les phases du moteur électrique 3.

Le module d'électronique de puissance 11 est disposé en aval du capteur de température 8 et en amont du réducteur mécanique 4. Le circuit d'huile 6 met l'huile en contact direct avec les composants du module 11. Le module d'électronique de puissance 11 étant adapté pour supporter des températures relativement importantes, et en particulier des températures supérieures à celles du moteur électrique 3, l'huile en sortie du moteur électrique 3 est généralement suffisamment froide pour refroidir convenablement le module d'électronique de puissance 11. En référence à la figure 4, un quatrième mode de réalisation correspond au troisième mode de réalisation, comprenant en outre un circuit de dérivation 9. Dans ce mode de réalisation, la valve d'entrée 9a du circuit de dérivation 9 est disposée en aval du module d'électronique de puissance 11. Ainsi, lorsqu'une valeur de température critique prédéfinie est détectée, par exemple une température supérieure à 120°C, un refroidissement rapide via l'échangeur thermique 10 est mis en place, en court-circuitant le réducteur mécanique 4. Le capteur de température 8 étant disposé en aval du moteur électrique 3 5 et en amont du module d'électronique de puissance 11, la valeur de température critique prédéfinie correspondant à la température de l'huile atteinte en sortie du moteur électrique 3. Ainsi, on peut de manière relativement efficace et de manière relativement économe en énergie, gérer les problématiques thermiques d'un ensemble de 10 motorisation électrique 2 d'un véhicule automobile 60.

Claims (9)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif de gestion thermique (1) d'un ensemble de motorisation électrique (2) d'un véhicule automobile (60), ledit ensemble de motorisation électrique (2) comprenant un moteur électrique (3) et un réducteur mécanique (4) couplé au moteur, le dispositif de gestion thermique (1) comprenant des moyens de refroidissement (6, 7) du moteur électrique (3), caractérisé en ce que les moyens de refroidissement (6, 7) comprennent un circuit d'huile (6) fermé adapté à faire circuler l'huile au travers du moteur électrique (3) et du réducteur mécanique (4), ledit réducteur mécanique (4) étant disposé en aval du moteur électrique (3) dans le circuit d'huile (6), de sorte que l'huile du circuit d'huile (6) entrant dans le réducteur mécanique (4) est préalablement chauffée par le moteur électrique (3), et l'huile du circuit d'huile (6) est refroidie par conduction thermique dans le réducteur mécanique (4), de sorte que l'huile du circuit d'huile (6) en amont du moteur électrique (3), est apte à refroidir le moteur électrique (3).
2. 2. Dispositif de gestion thermique (1), selon la revendication 1, caractérisé 20 en ce qu'il comprend un capteur de température (8) apte à fournir une valeur de température de l'huile du circuit d'huile en sortie du moteur électrique (3).
3. 3. Dispositif de gestion thermique (1), selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit capteur de température (8) est apte à commander un organe de 25 régulation (7) de la vitesse de l'huile dans le circuit d'huile (6) en fonction de la température de l'huile en sortie du moteur électrique (3).
4. 4. Dispositif de gestion thermique (1), selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le circuit d'huile (6) comprend un 30 circuit de dérivation (9) comprenant un échangeur thermique (10), le circuit de dérivation (9) étant apte à court-circuiter le réducteur mécanique (4), ledit capteur de température (8) étant adapté pour commander la circulation d'au moins une partie de l'huile dans le circuit de dérivation (9) lorsque latempérature de l'huile en sortie du moteur électrique (3) atteint une valeur critique prédéfinie de sorte à refroidir l'huile au travers de l'échangeur thermique (10).
5. 5. Dispositif de gestion thermique (1), selon la revendication 4, caractérisé en ce que la valeur critique prédéfinie correspond à une température comprise entre 90°C et 120°C.
6. 6. Dispositif de gestion thermique (1), selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'ensemble de motorisation électrique (2) comprend au moins un bloc d'électronique de puissance (11), le bloc d'électronique de puissance (11) étant disposé en aval du moteur électrique (3) dans le circuit d'huile (6) de manière à être refroidi par l'huile du circuit d'huile (6).
7. 7. Dispositif de gestion thermique, selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend un filtre à huile (12), disposé en aval du réducteur mécanique (4) dans le circuit d'huile (6).
8. 8. Dispositif de gestion thermique, selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'arbre (32) du rotor (31) du moteur électrique (3) comprend une portion creuse (32a), le circuit d'huile (6) s'étendant dans la portion creuse (32a) de l'arbre (32) du rotor (31), et ladite portion creuse (32a) comprenant au moins une ouverture (33) apte à projeter au moins une partie de l'huile du circuit d'huile (6) dans le moteur électrique (3), de manière à refroidir le stator (30) et le rotor (31), l'huile projetée dans le moteur électrique (3) étant collectée par un collecteur (34) et réintroduite dans le circuit d'huile (6) en aval du moteur électrique (3).
9. 9. Véhicule automobile (60) comprenant un dispositif de gestion thermique (1) d'un ensemble de motorisation électrique (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.