FR3092469A1 - Power electronics system for electric or hybrid vehicles - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un système (SYS) d’électronique de puissance pour véhicule électrique ou hybride, comportant : - un carter métallique (CA) comportant un premier logement (LOG1) enfermant au moins un composant d’électronique de puissance (IND), une paroi inférieure (PAI) dudit premier logement (LOG1) étant refroidie par un liquide de refroidissement (WAT) à l’extérieur dudit premier logement (LOG1), ledit liquide de refroidissement (WAT) circulant dans un circuit de refroidissement (CR) s’étendant de façon externe audit carter métallique (CA), - un deuxième logement (LOG2), en contact thermique avec ladite paroi inférieure (PAI) et dans lequel circule ledit liquide de refroidissement (WAT), ledit système (SYS) étant caractérisé en ce que ledit au moins un composant d’électronique de puissance (IND) est immergé dans un liquide diélectrique caloporteur (OIL) confiné dans ledit premier logement (LOG1). Figure pour l’abrégé : Figure 1The invention relates to a power electronics system (SYS) for an electric or hybrid vehicle, comprising: - a metal casing (CA) comprising a first housing (LOG1) enclosing at least one power electronics component (IND), a lower wall (PAI) of said first housing (LOG1) being cooled by a cooling liquid (WAT) outside of said first housing (LOG1), said cooling liquid (WAT) circulating in a cooling circuit (CR) s 'extending externally to said metal casing (CA), - a second housing (LOG2), in thermal contact with said lower wall (PAI) and in which said cooling liquid (WAT) circulates, said system (SYS) being characterized by that said at least one power electronic component (IND) is immersed in a dielectric coolant (OIL) confined in said first housing (LOG1). Figure for the abstract: Figure 1
Description
La présente invention se rapporte de manière générale au domaine de l’électrotechnique et concerne plus précisément un système d’électronique de puissance pour véhicule électrique ou hybride.The present invention relates generally to the field of electrical engineering and relates more specifically to a power electronics system for an electric or hybrid vehicle.
Les systèmes d’électronique de puissance pour véhicule électrique ou hybride comportent des composants devant supporter plusieurs dizaines d’ampères et nécessitant un refroidissement spécifique. Classiquement les interrupteurs de puissance tels que les transistors IGBT (d’après l’anglais « Insulated Gate Bipolar Transistor ») bénéficient d’une conduction thermique optimisée en étant en contact thermique direct avec une plaque de refroidissement à eau. Cependant certains composants de gros volume, comme les filtres, les transformateurs de tension ou les inductances, dégageant une puissance thermique moindre que les transistors IGBT, sont généralement refroidis soit par convection naturelle de l’air dans un espace confiné, soit par contact thermique indirect avec une plaque de refroidissement à eau. Dans ce dernier cas, une résine de conductivité thermique très faible de l’ordre de 1W/m/°C (Watt par mètre par degré Celsius) entourant ces composants ne permet pas une bonne évacuation de la chaleur par la plaque de refroidissement à eau. Ces composants de gros volume ne peuvent être refroidis de manière optimale sans engendrer des contraintes de température limite supérieure du liquide de refroidissement utilisé, ou de volume minimal de ces composants, ce qui augmente le coût du système d’électronique de puissance qui les utilise.Power electronic systems for electric or hybrid vehicles include components that must withstand several tens of amperes and require specific cooling. Conventionally, power switches such as IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) transistors benefit from optimized thermal conduction by being in direct thermal contact with a water cooling plate. However, certain large-volume components, such as filters, voltage transformers or inductors, releasing less thermal power than IGBT transistors, are generally cooled either by natural air convection in a confined space, or by indirect thermal contact. with a water cooling plate. In the latter case, a very low thermal conductivity resin of the order of 1W/m/°C (Watt per meter per degree Celsius) surrounding these components does not allow good evacuation of the heat by the water cooling plate. . These large-volume components cannot be optimally cooled without generating upper limit temperature constraints of the coolant used, or minimum volume of these components, which increases the cost of the power electronics system that uses them.
Le document FR3047109 divulgue un système d’électronique de puissance pour chargeur de véhicule électrique ou hybride, dans lequel le carter d’une inductance baigne dans l’eau d’une plaque à eau utilisée pour le refroidissement d’autres composants. Un joint d’étanchéité doit être comprimé entre une platine de fixation du carter de l’inductance, et la paroi supérieure de la plaque à eau, autour du carter de l’inductance, pour maintenir l’étanchéité du système. Cette solution de refroidissement augmente la conductance thermique entre l’inductance et le liquide de refroidissement, mais présente des risques de fuite du liquide de refroidissement.The document FR3047109 discloses a power electronics system for an electric or hybrid vehicle charger, in which the casing of an inductor bathes in water from a water plate used for cooling other components. A gasket must be compressed between a choke housing mounting plate and the top wall of the water plate around the choke housing to maintain the system seal. This cooling solution increases the thermal conductance between the inductor and the coolant, but presents the risk of coolant leakage.
Un des buts de l'invention est de remédier à au moins une partie des inconvénients de la technique antérieure en fournissant un système d’électronique de puissance, qui refroidit efficacement ses composants d’électronique de puissance, à coût moindre et à encombrement réduit.One of the aims of the invention is to remedy at least some of the drawbacks of the prior art by providing a power electronics system which efficiently cools its power electronics components, at lower cost and with reduced bulk.
A cette fin, l'invention propose un système d’électronique de puissance pour véhicule électrique ou hybride, comportant :To this end, the invention proposes a power electronics system for an electric or hybrid vehicle, comprising:
- un carter métallique comportant un premier logement enfermant au moins un composant d’électronique de puissance, une paroi inférieure dudit premier logement étant refroidie par un liquide de refroidissement à l’extérieur dudit premier logement, ledit liquide de refroidissement circulant dans un circuit de refroidissement s’étendant de façon externe audit carter métallique,- a metal casing comprising a first housing enclosing at least one power electronics component, a lower wall of said first housing being cooled by a cooling liquid outside of said first housing, said cooling liquid circulating in a cooling circuit extending externally to said metal casing,
- un deuxième logement, en contact thermique avec ladite paroi inférieure et dans lequel circule ledit liquide de refroidissement,- a second housing, in thermal contact with said lower wall and in which said cooling liquid circulates,
ledit système étant caractérisé en ce que ledit au moins un composant d’électronique de puissance est immergé dans un liquide diélectrique caloporteur confiné dans ledit premier logement.said system being characterized in that said at least one power electronics component is immersed in a heat transfer dielectric liquid confined in said first housing.
Grâce à l’invention, le composant d’électronique de puissance enfermé dans le premier logement bénéficie du liquide de refroidissement utilisé pour des composants de très forte charge thermique, tout en disposant d’une solution autonome de refroidissement à liquide diélectrique. Ce liquide diélectrique est refroidi par le liquide de refroidissement dans le deuxième logement, et ne change pas de phase. La solution proposée par l’invention est donc peu complexe, peu coûteuse et peu encombrante.Thanks to the invention, the power electronics component enclosed in the first housing benefits from the cooling liquid used for components with a very high thermal load, while having an autonomous dielectric liquid cooling solution. This dielectric liquid is cooled by the coolant in the second housing, and does not change phase. The solution proposed by the invention is therefore not very complex, inexpensive and compact.
Selon une caractéristique avantageuse du système selon l’invention, des parois verticales internes dudit premier logement comportent des conduits de circulation disposés verticalement.According to an advantageous characteristic of the system according to the invention, internal vertical walls of said first housing comprise circulation ducts arranged vertically.
Lesdits conduits sont aptes à favoriser la circulation par convection dudit liquide diélectrique depuis une partie supérieure dudit premier logement vers ladite paroi inférieure. Par rapport à une solution classique de refroidissement par conduction thermique d’une résine à conductivité thermique faible (de l’ordre de l’unité), le système selon l’invention permet de créer une circulation active et naturelle du liquide diélectrique en contact direct avec le composant d’électronique de puissance à refroidir. De plus le coefficient d’échange thermique entre le liquide de refroidissement et ce composant est bien plus important qu’une circulation d’air à l’intérieur du premier logement. Le transport de calories par cette circulation active et naturelle de liquide diélectrique réduit de façon notable la résistance thermique globale entre le composant d’électronique de puissance et le liquide de refroidissement circulant dans le deuxième logement. La température du composant à refroidir est ainsi réduite, ainsi que la compacité du système, par rapport à l’art antérieur.Said ducts are capable of promoting circulation by convection of said dielectric liquid from an upper part of said first housing towards said lower wall. Compared to a conventional solution for cooling by thermal conduction of a resin with low thermal conductivity (of the order of unity), the system according to the invention makes it possible to create an active and natural circulation of the dielectric liquid in direct contact with the power electronics component to be cooled. In addition, the heat exchange coefficient between the coolant and this component is much higher than air circulation inside the first housing. The transport of calories by this active and natural circulation of dielectric liquid significantly reduces the overall thermal resistance between the power electronics component and the cooling liquid circulating in the second housing. The temperature of the component to be cooled is thus reduced, as well as the compactness of the system, compared to the prior art.
Avantageusement, ledit premier logement, ledit deuxième logement et lesdits conduits sont réalisés dans une pièce monobloc obtenue par moulage dudit carter métallique. Cette fabrication du carter métallique permet d’augmenter la conductance thermique entre les deux logements, réduit les coûts de l’ensemble et les risques de fuite de liquide diélectrique. De plus cette pièce monobloc massive permet de limiter les problèmes vibratoires dus aux courants hachés pouvant traverser le composant d’électronique de puissance.Advantageously, said first housing, said second housing and said ducts are made in a single piece obtained by molding said metal casing. This manufacture of the metal casing increases the thermal conductance between the two housings, reduces the costs of the assembly and the risk of leakage of dielectric liquid. In addition, this massive one-piece part makes it possible to limit vibration problems due to chopped currents that may pass through the power electronics component.
Avantageusement, lesdits conduits sont formés par des tunnels dans lesdites parois verticales dudit carter métallique, reliant une partie supérieure dudit logement à une partie inférieure dudit logement. Cette réalisation des conduits favorise la circulation du liquide diélectrique grâce aux différences de température dans les conduits et dans le premier logement.Advantageously, said ducts are formed by tunnels in said vertical walls of said metal casing, connecting an upper part of said housing to a lower part of said housing. This realization of the ducts promotes the circulation of the dielectric liquid thanks to the temperature differences in the ducts and in the first housing.
Alternativement, lesdits conduits sont des rainures verticales formées dans lesdites parois verticales dudit carter métallique. Cette réalisation des conduits est plus simple que celle sous forme de tunnels.Alternatively, said ducts are vertical grooves formed in said vertical walls of said metal casing. This realization of the ducts is simpler than that in the form of tunnels.
Avantageusement, ledit premier logement comporte un réservoir à volume variable. Cette caractéristique permet de garder l’enceinte du premier logement à la pression atmosphérique. Sans cette caractéristique, la pression due aux variations de volume du liquide diélectrique sous l’effet de la température peut monter à 1,3 bars, ce qui nécessite de renforcer l’étanchéité et la robustesse du carter métallique.Advantageously, said first housing comprises a variable-volume reservoir. This characteristic makes it possible to keep the enclosure of the first housing at atmospheric pressure. Without this characteristic, the pressure due to the variations in volume of the dielectric liquid under the effect of the temperature can rise to 1.3 bars, which requires reinforcing the tightness and robustness of the metal casing.
Préférentiellement, ledit liquide de refroidissement est de l’eau glycolée et ledit liquide diélectrique caloporteur est de l’huile ou un autre liquide diélectrique à basse viscosité et forte variation de densité. Ces liquides ont l’avantage d’être peu coûteux et bon conducteurs thermiques.Preferably, said cooling liquid is glycol water and said heat transfer dielectric liquid is oil or another dielectric liquid with low viscosity and high variation in density. These liquids have the advantage of being inexpensive and good thermal conductors.
Avantageusement, le système d’électronique de puissance selon l’invention comporte des interrupteurs de puissance disposés sur une portion d’une paroi supérieure dudit deuxième logement, ledit deuxième logement s’étendant sous ledit premier logement et latéralement au-delà dudit premier logement, de sorte à ce que sa paroi supérieure définisse une plate-forme refroidie par ledit liquide de refroidissement et sur laquelle sont disposés lesdits interrupteurs de puissance. Cette intégration des interrupteurs de puissance dans le système d’électronique de puissance selon l’invention permet de réduire son encombrement.Advantageously, the power electronics system according to the invention comprises power switches arranged on a portion of an upper wall of said second housing, said second housing extending under said first housing and laterally beyond said first housing, so that its upper wall defines a platform cooled by said cooling liquid and on which said power switches are arranged. This integration of the power switches in the power electronics system according to the invention makes it possible to reduce its size.
Avantageusement encore, une couche élastomère thermo-conductrice est disposée entre ladite paroi inférieure et ledit composant d’électronique de puissance, et/ou une pièce en plastique déformable est solidarisée audit composant d’électronique de puissance et audit carter métallique. Ces caractéristiques permettent de limiter les vibrations du composant d’électronique de puissance lorsqu’il est parcouru par des courants hachés.Also advantageously, a thermally conductive elastomer layer is placed between said lower wall and said power electronics component, and/or a deformable plastic part is secured to said power electronics component and to said metal casing. These characteristics make it possible to limit the vibrations of the power electronics component when it is traversed by chopped currents.
Préférentiellement, ledit premier logement comporte au moins un bobinage entourant un corps ferromagnétique. Ainsi les composants de gros volume du véhicule électrique ou hybride, tels que son transformateur d’isolement, sont efficacement refroidis.Preferably, said first housing comprises at least one coil surrounding a ferromagnetic body. Thus the large volume components of the electric or hybrid vehicle, such as its isolation transformer, are effectively cooled.
Alternativement, ledit premier logement comporte des plaques verticales sur lesquelles sont disposées des composants d’électronique de puissance, lesdites plaques séparant électromagnétiquement différents groupes de composants électroniques. Ces composants sont par exemple des capacités. Un tel agencement permet également une maintenance facilitée du système d’électronique de puissance selon l’invention.Alternatively, said first housing comprises vertical plates on which power electronics components are arranged, said plates electromagnetically separating different groups of electronic components. These components are for example capacities. Such an arrangement also allows easy maintenance of the power electronics system according to the invention.
Préférentiellement, ledit circuit de refroidissement du système d’électronique de puissance selon l’invention comporte au moins une pompe, et un radiateur disposé à l’avant du véhicule. Autrement dit on utilise le circuit de refroidissement général du véhicule, ou une boucle de celui-ci.Preferably, said cooling circuit of the power electronics system according to the invention comprises at least one pump, and a radiator arranged at the front of the vehicle. In other words, the general cooling circuit of the vehicle, or a loop thereof, is used.
D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture d’un mode de réalisation préféré décrit en référence aux figures dans lesquelles :Other characteristics and advantages will appear on reading a preferred embodiment described with reference to the figures in which:
Selon un mode préféré de réalisation de l'invention représenté à lafigure 1, le système SYS d’électronique de puissance selon l’invention comporte un carter en aluminium CA, destiné à accueillir différents composants d’électronique de puissance d’un véhicule électrique ou hybride, tels qu’un transformateur d’un convertisseur courant-continu-courant continu, et des transistors de puissance de type IGBT ou MOSFET (d’après l’anglais «Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor»).According to a preferred embodiment of the invention represented in FIG. 1 , the power electronics system SYS according to the invention comprises an aluminum casing CA, intended to accommodate various power electronics components of an electric vehicle or hybrid, such as a transformer of a current-DC-DC converter, and power transistors of the IGBT or MOSFET type (from the English “Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor”).
Le carter en aluminium CA comporte un premier logement LOG1 enfermant une inductance IND formée d’un corps ferromagnétique CFM autour duquel est bobiné un bobinage WIN. Le courant haché parcourant cette inductance IND est amené par un bornier de connexion étanche non représenté, intégré par exemple au couvercle COUV du carter en aluminium CA, fermant le premier logement LOG1 dans sa partie supérieure de manière également étanche. Le carter en aluminium CA étant disposé selon une direction verticale V dans ce mode de réalisation de l’invention, le couvercle COUV est situé sur la partie supérieure du carter en aluminium CA, les notions « supérieures » et « inférieures » dans cette demande faisant référence à la position selon cette direction verticale V.The aluminum casing CA comprises a first housing LOG1 enclosing an inductance IND formed of a ferromagnetic body CFM around which a winding WIN is wound. The chopped current flowing through this inductor IND is supplied by a sealed connection terminal block, not shown, integrated for example into the cover COUV of the aluminum casing CA, closing the first housing LOG1 in its upper part also in a sealed manner. The aluminum casing CA being arranged in a vertical direction V in this embodiment of the invention, the cover COUV is located on the upper part of the aluminum casing CA, the notions "upper" and "lower" in this application making reference to the position according to this vertical direction V.
L’inductance IND étant soumise à des vibrations du fait du hachage du courant la parcourant, une couche ou film élastomère thermo-conductrice CTE est insérée entre le corps ferromagnétique CFM et une paroi inférieure PAI du premier logement LOG1. Ce film élastomère est par exemple celui utilisé dans le document FR2996047. En variante l’inductance IND n’est pas soumise à un courant haché ou à des vibrations nécessitant un tel film élastomère.The inductor IND being subjected to vibrations due to the chopping of the current flowing through it, a thermally conductive elastomer layer or film CTE is inserted between the ferromagnetic body CFM and a lower wall PAI of the first housing LOG1. This elastomeric film is for example that used in the document FR2996047. As a variant, the inductor IND is not subjected to a chopped current or to vibrations requiring such an elastomer film.
La paroi inférieure PAI du premier logement LOG1 est refroidie par l’eau glycolée WAT contenue dans un deuxième logement LOG2 du carter d’aluminium CA. Ce deuxième logement LOG2 est situé sous le premier logement LOG1 et s’étend latéralement au-delà du premier logement LOG1, de manière à former une plateforme dont la paroi supérieure PS2 est refroidie par l’eau glycolée WAT contenue dans ce deuxième logement LOG2.The lower wall PAI of the first housing LOG1 is cooled by the glycol water WAT contained in a second housing LOG2 of the aluminum casing CA. This second housing LOG2 is located under the first housing LOG1 and extends laterally beyond the first housing LOG1, so as to form a platform whose upper wall PS2 is cooled by the glycol water WAT contained in this second housing LOG2.
Ce deuxième logement LOG2 fait partie d’un circuit de refroidissement CR représenté enfigure 5. Ainsi l’eau glycolée WAT circule grâce à une pompe P, dans un réseau de canaux CWG thermo-conducteurs disposés dans le deuxième logement LOG2. Cette eau glycolée WAT est refroidie lors de son passage dans le radiateur R du véhicule, situé à l’avant de celui-ci.This second housing LOG2 forms part of a cooling circuit CR represented in FIG . Thus the glycolated water WAT circulates thanks to a pump P, in a network of heat-conducting channels CWG arranged in the second housing LOG2. This WAT glycol water is cooled during its passage through the vehicle's radiator R, located at the front thereof.
Sur la plate-forme réalisée par l’extension latérale du deuxième logement LOG2 dans le carter en aluminium CA, sont disposés des interrupteurs de puissance IP de type IGBT ou MOSFET. Ils sont intégrés sur un support SUP thermo-conducteur, par exemple en cuivre, le support SUP étant lui-même collé à la paroi supérieure PS2 du deuxième logement LOG2. Les interrupteurs de puissance IP sont donc refroidis par l’air libre qui les entoure et par cette extension latérale du carter en aluminium CA qui fait office de plaque d’eau classiquement utilisée pour refroidir ce type de composants d’électronique de puissance.On the platform created by the lateral extension of the second LOG2 slot in the CA aluminum casing, there are IP power switches of the IGBT or MOSFET type. They are integrated on a thermally conductive support SUP, for example made of copper, the support SUP itself being glued to the upper wall PS2 of the second housing LOG2. IP power switches are therefore cooled by the free air that surrounds them and by this lateral extension of the AC aluminum casing which acts as a water plate conventionally used to cool this type of power electronics component.
L’évacuation de la chaleur dissipée par l’inductance IND dans le premier logement LOG1 se fait en partie par conduction de cette chaleur à travers la paroi inférieure PAI du premier logement LOG1, vers l’eau glycolée WAT plus froide, qui évacue cette chaleur dans le circuit de refroidissement CR.Evacuation of the heat dissipated by the inductance IND in the first housing LOG1 is partly done by conduction of this heat through the lower wall PAI of the first housing LOG1, towards the colder glycol water WAT, which evacuates this heat in the CR cooling circuit.
Afin d’améliorer l’évacuation de cette chaleur dissipée depuis l’inductance IND vers la paroi inférieure PAI, l’inductance IND est immergée dans un liquide diélectrique caloporteur OIL de type huile. En variante un liquide à basse viscosité et forte variation de densité de type Novec 3M® est utilisé. Ce type de liquide est plus cher mais permet d’obtenir une vitesse plus importante de l’écoulement créé par la différence de densité.In order to improve the evacuation of this heat dissipated from the inductance IND towards the lower wall PAI, the inductance IND is immersed in an oil-type heat transfer dielectric liquid OIL. As a variant, a liquid with low viscosity and high variation in density of the Novec 3M® type is used. This type of liquid is more expensive but makes it possible to obtain a higher speed of the flow created by the difference in density.
Le liquide diélectrique caloporteur OIL est en contact direct avec l’inductance IND. Il circule dans le premier logement LOG1 sans pompe électrique mais grâce à la différence de densité créée par la différence de température entre l’inductance IND et l’eau glycolée WAT contenue dans le deuxième logement LOG2.The heat transfer dielectric liquid OIL is in direct contact with the inductor IND. It circulates in the first housing LOG1 without an electric pump but thanks to the difference in density created by the temperature difference between the inductance IND and the glycol water WAT contained in the second housing LOG2.
Des conduits de circulation CC sont creusés dans les parois internes verticales PVI du carter en aluminium CA, et permettent le passage du liquide diélectrique caloporteur OIL depuis une partie supérieure PSL du premier logement LOG1 vers une partie inférieure PIL du premier logement LOG1. Ces canaux latéraux disposés verticalement sont par exemple au nombre de cinq et sont disposés angulairement et régulièrement autour de l’inductance IND.Circulation ducts CC are hollowed out in the vertical internal walls PVI of the aluminum casing CA, and allow the passage of the heat transfer dielectric liquid OIL from an upper part PSL of the first housing LOG1 to a lower part PIL of the first housing LOG1. These lateral channels arranged vertically are for example five in number and are arranged angularly and regularly around the inductance IND.
Il est à noter que le diamètre et le nombre de passages d’huile réalisés dans les parois PVI du carter en aluminium CA sont à adapter en fonction de la puissance thermique générée par le composant d’électronique de puissance à refroidir présent dans le premier logement LOG1. Le diamètre de ces conduits est typiquement dans une fourchette de 1mm (millimètre) à 10mm selon la puissance thermique à évacuer. Le diamètre doit être d’autant plus important que le liquide diélectrique utilisé est visqueux.It should be noted that the diameter and the number of oil passages made in the PVI walls of the CA aluminum housing are to be adapted according to the thermal power generated by the power electronics component to be cooled present in the first housing LOG1. The diameter of these ducts is typically in a range of 1mm (millimeter) to 10mm depending on the thermal power to be evacuated. The diameter must be all the more important as the dielectric liquid used is viscous.
L’inductance IND à refroidir chauffe le liquide diélectrique caloporteur OIL et diminue ainsi la densité du liquide diélectrique OIL, qui monte alors dans le premier logement LOG1 et entre dans les conduits de circulation CC dans la partie supérieure PSL du premier logement LOG1. Dans ces conduits de circulation CC le liquide diélectrique OIL est refroidi ce qui augmente sa densité. Devenue plus lourd, il descend alors dans les conduits de circulation CC vers la partie inférieure PIL du premier logement LOG1. Cette circulation, représentée par les flèches pleines sur lafigure 1, est réalisée sans pompe. Elle est fiable et ne nécessite pas de consommation d’énergie.The inductance IND to be cooled heats the dielectric heat transfer liquid OIL and thus decreases the density of the dielectric liquid OIL, which then rises in the first housing LOG1 and enters the circulation conduits CC in the upper part PSL of the first housing LOG1. In these CC circulation conduits the dielectric liquid OIL is cooled which increases its density. Having become heavier, it then descends into the circulation ducts CC towards the lower part PIL of the first housing LOG1. This circulation, represented by the solid arrows in FIG. 1 , is carried out without a pump. It is reliable and does not require energy consumption.
Afin de compenser la variation du volume du liquide diélectrique OIL selon ses variations de température, un réservoir déformable RES est en communication avec le premier logement LOG1 par un conduit et se déforme pour stocker ou restituer le liquide diélectrique OIL depuis/au premier logement LOG1. Ce réservoir RES est disposé dans un évidement EV du carter en aluminium CA et est raccordé de manière étanche au premier logement LOG1. Ce réservoir RES permet de maintenir une pression atmosphère dans le premier logement LOG1.In order to compensate for the variation in the volume of the dielectric liquid OIL according to its temperature variations, a deformable reservoir RES is in communication with the first housing LOG1 by a conduit and deforms to store or restore the dielectric liquid OIL from/to the first housing LOG1. This reservoir RES is arranged in a recess EV of the aluminum casing CA and is connected in a sealed manner to the first housing LOG1. This tank RES makes it possible to maintain an atmosphere pressure in the first housing LOG1.
En variante de réalisation, les conduits de circulation du liquide diélectrique caloporteur OIL sont formés par des rainures verticales RV sur les parois verticales internes PVI du premier logement LOG1, comme représenté sur lafigure 2.In a variant embodiment, the conduits for the circulation of the dielectric heat transfer liquid OIL are formed by vertical grooves RV on the internal vertical walls PVI of the first housing LOG1, as shown in FIG .
Lafigure 3représente encore une autre variante de réalisation, dans laquelle une pièce plastique déformable PPD est solidarisée d’une part au carter métallique CA, par exemple par des vis, et à l’inductance IND d’autre part, par exemple par des vis. Cette pièce plastique PPD bloque l’inductance solidement dans le sens vertical et le sens horizontal, et absorbe les vibrations de l’inductance lorsqu’elle est parcourue par un courant haché. Le film élastomère CTE n’est plus nécessaire. Il peut cependant être utilisé en combinaison avec cette pièce plastique PPD pour améliorer encore l’absorption des vibrations. FIG. 3 shows yet another variant embodiment, in which a deformable plastic part PPD is secured on the one hand to the metal casing CA, for example by screws, and to the inductor IND on the other hand, for example by screw. This PPD plastic part blocks the inductance solidly in the vertical direction and the horizontal direction, and absorbs the vibrations of the inductance when it is traversed by a chopped current. The CTE elastomer film is no longer necessary. However, it can be used in combination with this PPD plastic part to further improve vibration absorption.
Lafigure 4montre une coupe horizontale du système d’électronique de puissance selon l’invention, dans encore une autre variante de réalisation de ce mode de réalisation préféré. Dans cette variante de réalisation, les conduits de circulation de l’huile sont réalisés par des rainures RV comme sur lafigure 2. Le composant d’électronique de puissance IND à refroidir dans cette variante de réalisation, est un transformateur dont le corps ferromagnétique CFM est annulaire, les bobinages WIN du transformateur étant bobinés autour de ce corps ferromagnétique annulaire CFM en passant à l’intérieur du corps ferromagnétique annulaire CFM. Une pièce plastique déformable PPD absorbe les vibrations du transformateur en étant logée dans le corps annulaire CFM. Elle prend ici la forme d’une étoile à trois branches dont les pointes mettent le corps annulaire CFM sous contrainte et le maintiennent au carter d’aluminium par des vis situés sous la pièce plastique déformable PPD. Figure 4 shows a horizontal section of the power electronics system according to the invention, in yet another alternative embodiment of this preferred embodiment. In this variant embodiment, the oil circulation ducts are made by grooves RV as in FIG . The power electronics component IND to be cooled in this embodiment variant is a transformer whose ferromagnetic body CFM is annular, the windings WIN of the transformer being wound around this annular ferromagnetic body CFM passing inside the ferromagnetic body annular CFM. A PPD deformable plastic part absorbs transformer vibrations by being housed in the CFM ring body. Here it takes the form of a three-pointed star whose points put the CFM annular body under stress and hold it to the aluminum casing by screws located under the PPD deformable plastic part.
Lafigure 6représente le premier logement LOG1 dans encore une autre variante de réalisation du mode de réalisation préféré décrit dans cette demande. Dans cette variante, le premier logement LOG1 est parallélépipédique et comporte plusieurs plaques verticales PLA sur lesquelles sont fixés des composants d’électronique de puissance COP, tels que des capacités ou super-capacités. Des composants COP peuvent également être fixés directement sur les parois verticales PVI du premier logement LOG1. Les plaques PLA sont par exemple des plaques pleines en métal ou des grilles métalliques et séparent différents groupes de composants COP selon leurs caractéristiques d’émission électromagnétique. Cette disposition permet de supprimer ou limiter les rayonnements électromagnétiques entre les différents groupes de composants COP. Figure 6 shows the first housing LOG1 in yet another alternative embodiment of the preferred embodiment described in this application. In this variant, the first housing LOG1 is parallelepipedic and comprises several vertical plates PLA on which are fixed power electronic components COP, such as capacitors or super-capacitors. COP components can also be fixed directly to the vertical walls PVI of the first housing LOG1. PLA plates are for example solid metal plates or metal grids and separate different groups of COP components according to their electromagnetic emission characteristics. This arrangement makes it possible to suppress or limit the electromagnetic radiation between the various groups of COP components.
Il est à noter que d’autres variantes de ce mode de réalisation préféré sont bien sûr possible. Par exemple le carter CA est en variante réalisé en fonte, ce qui permet au système selon l’invention d’être assez massif pour ne pas nécessiter de film élastomère ou de pièce plastique pour limiter les vibrations du composant inductif IND, le carter ne subissant alors pas de vibrations. Dans une autre variante le carter CA est réalisé en plusieurs morceaux rassemblés par vissage, notamment les premier logements LOG1 et LOG2 sont par exemple deux pièces distinctes solidarisées l’une à l’autre. Dans encore une autre variante le deuxième logement CWG ne comporte pas de canaux CWG mais directement un réservoir d’eau glycolée. Un autre liquide de refroidissement que l’eau glycolée est bien entendu utilisable pour refroidir l’électronique de puissance disposée sur la plate-forme du carter CA, par exemple de l’eau non glycolée.It should be noted that other variants of this preferred embodiment are of course possible. For example, the casing CA is alternatively made of cast iron, which allows the system according to the invention to be massive enough not to require an elastomer film or a plastic part to limit the vibrations of the inductive component IND, the casing not undergoing so no vibration. In another variant, the casing CA is made in several pieces assembled by screwing, in particular the first housings LOG1 and LOG2 are for example two separate parts joined together. In yet another variant, the second CWG housing does not have CWG channels but directly a glycol water tank. A coolant other than glycol water can of course be used to cool the power electronics placed on the AC housing platform, for example non-glycol water.
Claims (12)
- un carter métallique (CA) comportant un premier logement (LOG1) enfermant au moins un composant d’électronique de puissance (IND), une paroi inférieure (PAI) dudit premier logement (LOG1) étant refroidie par un liquide de refroidissement (WAT) à l’extérieur dudit premier logement (LOG1), ledit liquide de refroidissement (WAT) circulant dans un circuit de refroidissement (CR) s’étendant de façon externe audit carter métallique (CA),
- un deuxième logement (LOG2), en contact thermique avec ladite paroi inférieure (PAI) et dans lequel circule ledit liquide de refroidissement (WAT),
ledit système (SYS) étant caractérisé en ce que ledit au moins un composant d’électronique de puissance (IND) est immergé dans un liquide diélectrique caloporteur (OIL) confiné dans ledit premier logement (LOG1).Power electronics system (SYS) for electric or hybrid vehicles, comprising:
- a metal casing (CA) comprising a first housing (LOG1) enclosing at least one power electronic component (IND), a lower wall (PAI) of said first housing (LOG1) being cooled by a cooling liquid (WAT) outside said first housing (LOG1), said cooling liquid (WAT) circulating in a cooling circuit (CR) extending externally to said metal casing (CA),
- a second housing (LOG2), in thermal contact with said lower wall (PAI) and in which said cooling liquid (WAT) circulates,
said system (SYS) being characterized in that said at least one power electronic component (IND) is immersed in a dielectric coolant (OIL) confined in said first housing (LOG1).
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