FR3102605A1 - Câble à dissipation active thermique améliorée - Google Patents

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Abstract

Câble à dissipation active thermique améliorée L’invention concerne un câble pour véhicule, comprenant un conducteur électrique (12) et une couche isolante (11) entourant le conducteur électrique (12), caractérisé en ce que le câble comprend un circuit (13) de refroidissement agencé à l’intérieur du conducteur électrique (12), ledit circuit de refroidissement (13) comprenant une première conduite (14) et une deuxième conduite (15) disposées à l’intérieur du conducteur électrique (12) de manière à former un circuit de refroidissement dans lequel circule un fluide à l’intérieur du conducteur électrique (12), les premières et deuxièmes conduites comprennent des entrées (E) et sorties (S) de fluide, la première conduite (14) formant un circuit aller pour le fluide et la deuxième conduite (15) formant un circuit retour pour le fluide au sein du circuit de refroidissement (13). Figure pour l’abrégé : Fig. 2

Description

Câble à dissipation active thermique améliorée
DOMAINE TECHNIQUE GENERAL
L’invention concerne le domaine des câbles pour véhicule utilisés pour le câblage interne des véhicules par exemple pour la charge des véhicules hybrides ou électriques.
Les véhicules utilisent un grand nombre de câbles pour le câblage de plusieurs équipements électriques. Les câbles sont aussi utilisés pour la charge des véhicules hybrides ou électriques ou bien sont utilisés dans les installations de chauffage et de climatisation ou encore d’entrainement de moteur électrique.
Comme illustré sur lafigure 1aou lafigure 1bde tels câbles sont habituellement constitués d’un conducteur électrique 1 entouré d’une couche isolante 2. En outre, les câbles présentent des sections qui peuvent présenter plusieurs formes outre circulaire ou rectangulaire comme illustré sur ces figures 1a et 1b ou encore ovoïde (non représenté). Également, les câbles peuvent être entourés d’une tresse métallique ou hybride et d’une couche isolante. Ces structures de câble sont particulièrement utilisées dans le cas où l’on veut éviter toute perturbation électromagnétique.
Lorsque ces câbles supportent un fort courant électrique, on observe un échauffement important du câble.
Un tel échauffement est problématique car il peut endommager le câble lui-même (en particulier la couche isolante), les connecteurs ou encore les équipements.
Pour limiter l’échauffement du câble on peut mettre en œuvre une solution de dissipation thermique passive qui est une dissipation thermique par convection naturelle et par rayonnement thermique vers le milieu extérieur du câble.
L’augmentation de la surface d’échange extérieure du câble induite par l’augmentation de l’épaisseur de la couche isolante permet une amélioration de la dissipation thermique du câble.
Or l’augmentation de l’épaisseur de la couche isolante génère une résistance thermique de conduction supplémentaire qui s’oppose au refroidissement du câble. Aussi cela augmente le poids et le coût du câble et rend difficile la manipulation pour le câblage des équipements.
Également on peut augmenter la section du conducteur électrique. Or cela n’est pas souhaitable car cela augmente également le coût, le poids et nuit à la manipulation du câble.
L’invention propose de pallier au moins un de ces inconvénients.
A cet effet, l’invention propose, selon un premier aspect, un câble pour véhicule, comprenant un conducteur électrique et une couche isolante entourant le conducteur électrique, caractérisé en ce que le câble comprend un circuit de refroidissement agencé à l’intérieur du conducteur électrique, ledit circuit de refroidissement comprenant une première conduite et une deuxième conduite disposées à l’intérieur du conducteur électrique de manière à former un circuit de refroidissement dans lequel circule un fluide à l’intérieur du conducteur électrique, les premières et deuxièmes conduites comprennent des entrées et sorties de fluide, la première conduite formant un circuit aller pour le fluide et la deuxième conduite formant un circuit retour pour le fluide au sein du circuit de refroidissement.
L’invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible :
- la deuxième conduite est disposée à l’intérieur de la première conduite ;
- le câble comprend des moyens d’écartement de la première conduite avec la deuxième conduite, lesdits moyens d’écartement étant disposés entre la première conduite et la deuxième conduite ;
- le moyen d’écartement est constitué par une cale de section circulaire enroulée en hélice autour de la deuxième conduite, ladite cale étant maintenue en force entre les premières et deuxièmes conduites ;
- le moyen d’écartement est formé par des ailettes fixées à la première conduite et/ou la deuxième conduite ;
- le câble comprend un raccord hydraulique terminal disposé à l’extrémité interne du circuit de refroidissement pour permettre d’obturer la première conduite, la deuxième conduite se terminant librement en aval du raccord dans le sens retour du fluide au sein de la deuxième conduite ;
- le câble comprend un raccord hydraulique d’introduction du fluide et un raccord hydraulique de sortie du fluide disposés à l’extrémité externe du circuit de refroidissement, ledit raccord hydraulique d’introduction du fluide étant connecté à la première conduite, ledit raccord hydraulique de sortie du fluide étant connecté à la deuxième conduite, les raccords d’introduction et de sortie du fluide étant agencés l’un par rapport à l’autre pour isoler le circuit aller et le circuit de retour à l’extrémité externe du circuit de refroidissement ;
- la première conduite et la deuxième conduite sont disposées l’une à côté de l’autre ;
- le câble comprend un raccord hydraulique terminal disposé à l’extrémité interne du circuit de refroidissement pour permettre de boucler la première conduite avec la deuxième conduite ;
- le câble comprend un raccord hydraulique d’introduction du fluide et un raccord hydraulique de sortie du fluide disposés à l’extrémité externe du circuit de refroidissement, ledit raccord hydraulique d’introduction du fluide étant connecté à la première conduite, ledit raccord hydraulique de sortie du fluide étant connecté à la deuxième conduite ;
- le conducteur électrique présente une section de forme rectangulaire ou ovoïde ou oblongue.
- le câble comprend des moyens de connexions électriques connectés de part et d’autre du conducteur électrique, lesdits moyens permettant de connecter électriquement ledit câble ;
- le conducteur électrique présente une section creuse dans laquelle est logée le circuit de refroidissement, le câble présentant un diamètre supérieur à celui d’un câble dit de référence ayant un conducteur électrique de référence plein ayant une section pleine dite de référence identique à la section du conducteur électrique de section creuse.
L’invention propose selon un deuxième aspect un dispositif d’alimentation électrique pour véhicule électrique ou hybride comprenant un câble selon le premier aspect de l’invention, ledit câble est destiné à être connecté aux bornes d’une batterie d’un véhicule hybride ou électrique d’une part et au connecteur d’autre part.
Également, et de manière complémentaire, le câble selon l’invention peut être entouré d’une tresse métallique ou hybride et d’une couche isolante. Ces structures de câble sont particulièrement utilisées dans le cas où l’on veut éviter toute perturbation électromagnétique.
Les avantages de l’invention sont multiples.
Le câble selon l’invention est donc refroidi de manière active grâce à la circulation interne d’un fluide. La performance du câble selon l’invention est définie par le coefficient d’échange thermique superficiel obtenu avec un câble avec circuit de refroidissement.
Le refroidissement actif peut se combiner à un refroidissement passif du câble obtenu en augmentant le diamètre du câble.
D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels,
outre les figures 1a et 1b déjà discutées :
Les figures 2 à 4 illustrent en coupe un câble selon différents modes de réalisation de l’invention ;
La figure 5 illustre une vue d’ensemble d’un câble tel qu’illustré sur la figure 2 avec les éléments électrique et hydraulique ;
La figure 6 illustre un câble selon un mode de réalisation de l’invention :
La figure 7 illustre une vue d’ensemble d’un câble tel qu’illustré sur la figure 6 avec les éléments électrique et hydraulique ;
La figure 8 un cas d’utilisation préféré d’un câble selon l’invention.
Sur l’ensemble des figures les éléments similaires portent des références identiques.
Lafigure 2illustre un câble pour véhicule comprenant un conducteur électrique 12 et une couche isolante 11 entourant le conducteur électrique 12. On précise ici que l’on entend par conducteur électrique 12 un ensemble de torons, chacun constitué de brins de cuivre, torsadée entre eux. Le conducteur électrique est donc par construction souple et peut épouser diverses formes. Le câble peut en outre présenter plusieurs sections : rectangulaire ou ovoïde ou encore circulaire. Nous y reviendrons.
Afin de limiter l’échauffement du câble, ce dernier comprend un circuit de refroidissement 13 agencé à l’intérieur du conducteur électrique 12. Le circuit de refroidissement 13 comprend une première conduite 14 et une deuxième conduite 15 disposée à l’intérieur du conducteur électrique de manière à former un circuit de circulation d’un fluide à l’intérieur du conducteur électrique 12. Les conduites présentent de préférence une section circulaire mais peuvent présenter d’autres formes.
Le fluide est avantageusement un fluide caloporteur, par exemple : air, eau, eau glycol, fluide frigorifique.
De manière avantageuse, la première conduite 14 forme un circuit aller pour le fluide et la deuxième conduite 15 forme un circuit retour pour le fluide. Le circuit aller s’étend sur une longueur L2 de câble supérieure à la longueur L1 sur laquelle s’étend le circuit retour, le circuit retour étant inclus dans le circuit aller. Ainsi, la première conduite 14 comprend une entrée E de fluide tandis que la deuxième conduite 15 comprend une sortie S de fluide. L’entrée E de fluide et la sortie S de fluide sont connectées à un circuit intégrant une pompe de circulation et un échangeur thermique (non représentés)
Sur la figure 2, la deuxième conduite 15 est disposée à l’intérieur de la première conduite 14. Ainsi, la première conduite 14 présente un diamètre supérieur au diamètre de la deuxième conduite 15. En outre, on veillera à ce que les diamètres de chacune des conduites permettent une circulation du fluide suffisante pour permettre un refroidissement suffisant.
Lorsque le câble chemine au sein de son environnement de câble il peut présenter des courbes, pour pallier les torsions du câble au cours de son cheminement et donc pour assurer une circulation du fluide en toute circonstance, le câble comprend préférentiellement des moyens d’écartement 16, 17 de la première conduite avec la deuxième conduite. Ces moyens d’écartement 16, 17 sont disposés entre la première conduite 14 et la deuxième conduite 15.
Ces moyens d’écartement 16, 17 peuvent prendre plusieurs formes.
En relation avec lafigure 3, les moyens d’écartement sont constitués par une cale 16 de section circulaire enroulée en hélice autour de la deuxième conduite 15. Dans ce cas, la cale 16 est maintenue en force entre les première et deuxième conduites 14, 15
En relation avec lafigure 4, les moyens d’écartement sont formés par des ailettes 17 fixées à la première conduite 14 et/ou la deuxième conduite 15. Selon cette variante à ailettes, la première conduite 14 peut comprendre un profil interne à ailettes. Bien entendu la deuxième conduite 15 peut alternativement comprendre un profil externe à ailettes.
Ces moyens d’écartement étant disposés de manière discrète entre les deux conduites ne nuisent en aucun cas à la souplesse donc à la maniabilité du câble.
Lafigure 5illustre un dispositif d’alimentation électrique et hydraulique du câble avec la deuxième conduite 15 à l’intérieur de la première conduite 14. Il s’agit en particulier d’une vue de côté et en coupe du câble de la figure 2. Bien entendu les variantes des figures 3 et 4 présentent une structure interne semblable
Le câble comprend un raccord hydraulique terminal 21 disposé à l’extrémité interne du circuit de refroidissement pour permettre d’obturer la première conduite 15, la deuxième conduite 14 se terminant librement en aval du raccord terminal 21 dans le sens retour du fluide au sein de la première conduite. Également, le câble comprend un raccord hydraulique d’introduction 22 du fluide connecté à l’entrée E du fluide et un raccord hydraulique de sortie 23 du fluide connecté à la sortie S du fluide disposés à l’extrémité externe du circuit de refroidissement, le raccord hydraulique d’introduction 22 du fluide est connecté à la première conduite 14, et le raccord hydraulique de sortie 23 du fluide est connecté à la deuxième conduite 15, les raccords d’introduction et de sortie du fluide étant agencés l’un par rapport à l’autre pour isoler le circuit aller et le circuit de retour à l’extrémité externe du circuit de refroidissement.
Le raccord hydraulique de sortie 23 de fluide est agencé à l’intérieur du raccord hydraulique d’introduction 22 de fluide. De préférence, le raccord hydraulique de sortie 23 est monobloc avec le raccord hydraulique d’introduction 22. En outre, ces raccords 22, 23 sont tels que les premières et deuxièmes conduites sont insérés dans ces raccords hydrauliques. Des joints toriques 51 sont disposés sur la périphérie externe 140, 150 de chacune des conduites au contact entre les extrémités 222, 233 des raccords avec la surface externe des conduites et finalisent la connexion étanche des raccords aux conduites.
Comme on l’aura compris, chaque conduite comprend plusieurs entrées et sorties de fluides permettant le cheminement du fluide dans le circuit de refroidissement.
Des connecteurs électriques 31, 32, 33 sont enfin connectés de part et d’autre du conducteur électrique afin de connecter électriquement le câble à des équipements.
Lafigure 6illustre une variante de réalisation dans laquelle le câble présente une section rectangulaire et le circuit de refroidissement 13’ diffère de celui de la figure 2 en ce que la première conduite 14’ et la deuxième conduite 15’ sont disposées l’une à côté de l’autre. Comme illustré sur cette figure, le conducteur électrique 12’ épouse parfaitement les première et deuxième conduites 14’, 15’ ceci grâce à sa souplesse. Bien sûr, le câble peut aussi présenter une section circulaire (ou encore ovoïde ou oblongue) tout en ayant les conduites disposées les unes à côté des autres.
Lafigure 7illustre un dispositif d’alimentation électrique et hydraulique du câble avec la première conduite 14’ disposée à côté de la deuxième conduite 15’.
Le câble sur cette figure comprend un raccord hydraulique terminal 24 disposé à l’extrémité interne du circuit de refroidissement et plus précisément à l’extrémité interne des premières et deuxièmes conduites afin de permettre un bouclage de la première conduite avec la deuxième conduite.
Également, un raccord hydraulique d’entrée 25 est connecté à l’entrée E de fluide et un raccord hydraulique de sortie 26 est connecté à la sortie S de fluide.
Des joints toriques 51 sont disposés sur la périphérie externe 140’, 150’ de chacune des conduites au contact avec les raccords hydrauliques et finalisent la connexion étanche des raccords aux conduites.
Des connecteurs électriques 41, 42, 43 sont en outre connectés de part et d’autre du conducteur électrique afin de pouvoir connecter électriquement le câble à des équipements.
De manière alternative à chacun des modes de réalisation ci-dessus décrit, le câble peut être tel que le conducteur électrique présente une section creuse dans laquelle est logée le circuit de refroidissement, le câble présentant un diamètre supérieur à celui d’un câble dit de référence ayant un conducteur électrique de référence plein ayant une section pleine dite de référence identique à la section du conducteur électrique de section creuse. Ainsi, on obtient un câble dont la dissipation thermique passive est améliorée puisque la surface d’échange externe du câble est augmentée par rapport à un câble de référence. La dissipation thermique est en outre améliorée grâce à la présence du circuit de refroidissement.
Le câble ci-dessus décrit est avantageusement utilisé pour la charge rapide d’un véhicule hybride ou électrique. Il est en particulier utilisé à l’intérieur du véhicule au sein d’un dispositif de charge interne.
Comme illustré sur lafigure 8, pour recharger un véhicule électrique V, la batterie 100 électrique du véhicule est raccordée au réseau électrique 20 par un ensemble de charge comprenant deux câbles C1, C2, C1’, C2’ et un connecteur 50. Les câbles C1, C2, C1’, C2’ sont conformes à la description du câble ci-dessus décrit en relation avec les figures 1 à 7.
Le connecteur 50 permet de connecter ou déconnecter la recharge électrique du véhicule.
La charge du véhicule s’effectue au moyen soit d’un courant alternatif soit d’un courant continu, les véhicules étant équipés pour être chargés selon l’un ou l’autre des types de courant.
A l’intérieur du véhicule, deux câbles C1, C2 sont raccordés d’une part aux bornes de la batterie 10 du véhicule (un câble C1 pour la borne positive de la batterie et un câble C2 pour la borne négative de la batterie) et d’autre part au connecteur 50. La partie entre le connecteur 50 et la batterie se trouve donc à l’intérieur du véhicule 1.
A l’extérieur du véhicule, deux câbles C1’, C2’ sont raccordés d’une part au connecteur 50 et d’autre part au réseau électrique 20. La partie entre le connecteur 50 et le réseau électrique 20 se trouve donc à l’extérieur du véhicule V.
Pour la partie extérieure, les deux câbles C1’, C2’ sont de préférence agencés au sein d’une même enveloppe pour former un câble d’alimentation 40.
La partie extérieure et la partie intérieure constituent un ensemble de charge, la partie intérieure constitue un dispositif de charge interne.
L’utilisation du câble selon l’invention permet de diminuer le temps de charge du véhicule. En effet, pour diminuer le temps de charge, il est nécessaire d’augmenter le courant ce qui induit un échauffement excessif. Ainsi, en utilisant un câble de référence, comme décrit en introduction, l’échauffement serait trop important. De plus, le câble de l’invention peut se connecter à un connecteur 50 standard.

Claims (14)

  1. Câble pour véhicule, comprenant un conducteur électrique (12) et une couche isolante (11) entourant le conducteur électrique (12), caractérisé en ce que le câble comprend un circuit (13, 13’) de refroidissement agencé à l’intérieur du conducteur électrique (12), ledit circuit de refroidissement (13, 13’) comprenant une première conduite (14) et une deuxième conduite (15) disposées à l’intérieur du conducteur électrique (12) de manière à former un circuit de refroidissement dans lequel circule un fluide à l’intérieur du conducteur électrique (12), les premières et deuxièmes conduites comprennent des entrées (E) et sorties (S) de fluide, la première conduite (14) formant un circuit aller pour le fluide et la deuxième conduite (15) formant un circuit retour pour le fluide au sein du circuit de refroidissement (13, 13’).
  2. Câble selon la revendication 1, dans lequel la deuxième conduite (15) est disposée à l’intérieur de la première conduite (14).
  3. Câble selon la revendication 2, comprenant des moyens d’écartement (16, 17) de la première conduite (14) avec la deuxième conduite (15), lesdits moyens d’écartement (16, 17) étant disposés entre la première conduite (14) et la deuxième conduite (15).
  4. Câble selon la revendication 3, dans lequel le moyen d’écartement (16) est constitué par une cale (16) de section circulaire enroulée en hélice autour de la deuxième conduite (15), ladite cale étant maintenue en force entre les première et deuxième conduite (14, 15).
  5. Câble selon la revendication 3, dans lequel le moyen d’écartement (17) est formé par des ailettes (17) fixées à la première conduite (14) et/ou la deuxième conduite (15).
  6. Câble selon l’une des revendications 2 à 5, comprenant un raccord hydraulique terminal (21) disposé à l’extrémité interne (132) du circuit de refroidissement (13) pour permettre d’obturer la première conduite (14), la deuxième conduite (15) se terminant librement en aval du raccord dans le sens retour du fluide au sein de la deuxième conduite (15).
  7. Câble selon la revendication 6, comprenant un raccord hydraulique d’introduction (22) du fluide et un raccord hydraulique de sortie (23) du fluide disposés à l’extrémité externe du circuit de refroidissement (13), ledit raccord hydraulique d’introduction (22) du fluide étant connecté à la première conduite, ledit raccord hydraulique de sortie (23) du fluide étant connecté à la deuxième conduite (15), les raccords (22, 23) d’introduction et de sortie du fluide étant agencés l’un par rapport à l’autre pour isoler le circuit aller et le circuit de retour à l’extrémité externe (131) du circuit de refroidissement (13).
  8. Câble selon la revendication 1, dans lequel la première conduite (14’) et la deuxième conduite (15’) sont disposées l’une à côté de l’autre.
  9. Câble selon la revendication 8, comprenant un raccord hydraulique terminal (24) disposé à l’extrémité interne (132’) du circuit de refroidissement (13’) pour permettre de boucler la première conduite (14’) avec la deuxième conduite (15’).
  10. Câble selon l’une des revendications 8 à 9, comprenant un raccord hydraulique d’introduction (25) du fluide et un raccord hydraulique de sortie (26) du fluide disposé à l’extrémité externe (131’) du circuit de refroidissement, ledit raccord hydraulique d’introduction (25) du fluide étant connecté à la première conduite (14’), ledit raccord hydraulique de sortie (26) du fluide étant connecté à la deuxième conduite (15’).
  11. Câble selon l’une des revendications précédentes dans lequel le conducteur électrique (12, 12’) présente une section de forme rectangulaire ou ovoïde ou oblongue.
  12. Câble selon la revendication précédente, comprenant des moyens de connexions électriques (31, 32, 33, 41, 42, 43) connectés de part et d’autre du conducteur électrique (12, 12’), lesdits moyens permettant de connecter électriquement ledit câble.
  13. Câble selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le conducteur électrique (12, 12’) présente une section creuse dans laquelle est logée le circuit de refroidissement (13, 13’), le câble présentant un diamètre supérieur à celui d’un câble dit de référence ayant un conducteur électrique de référence plein ayant une section pleine dite de référence identique à la section du conducteur électrique de section creuse.
  14. Dispositif d’alimentation électrique pour véhicule électrique ou hybride comprenant un câble selon l’une des revendications précédentes, ledit câble est destiné à être connecté aux bornes d’une batterie (100) d’un véhicule (V) hybride ou électrique d’une part et au connecteur (50) d’autre part.
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