FR3113451A1 - Equipement électrique de puissance comprenant deux modules électroniques de puissance et un système de refroidissement intégré - Google Patents
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Abstract
L’invention vise un équipement électrique de puissance comprenant un premier module électrique (21), un deuxième module électrique (22), un troisième module électrique (4), un système de refroidissement, configuré pour refroidir ledit deuxième module électrique (22), une portion de liaison du circuit de refroidissement reliant un premier (31) et un deuxième (32) module de refroidissement, ladite portion de liaison assurant une mise en liaison fluidique entre ledit premier (31) et ledit deuxième module de refroidissement (32), lesdits premier et deuxième modules de refroidissement (31-32) présentant un positionnement de part et d’autre dudit troisième module électrique (4), lesdits premier et deuxième modules de refroidissement (31-32) présentant chacun une portion s’étendant au-delà d’une même face latérale dudit troisième module électrique (4), en surplomb, lesdites portions se trouvant en vis-à-vis. Figure de l’abrégé : Figure 2
Description
La présente invention se rapporte au domaine des équipements électriques, notamment pour véhicule, en particulier pour véhicules électriques ou hybrides. Plus précisément, la présente invention vise un équipement électrique de puissance, notamment un convertisseur DC/DC, un chargeur électrique ou un onduleur, comprenant deux modules électroniques de puissance et un système de refroidissement intégré.
De manière générale, dans les systèmes de motorisation électrique, il est nécessaire de prévoir des systèmes de refroidissement de certains équipements électriques, en particulier du moteur, du convertisseur DC/DC, du chargeur électrique et de l’onduleur.
Comme cela est connu, un équipement électrique de puissance, en particulier un onduleur, comprend au moins un module électronique de puissance et un module capacitif. Il est de plus en plus courant que l’onduleur comprenne deux modules électroniques de puissance, afin d’assurer deux modes distincts de conversion électrique, respectivement de la batterie au moteur électrique, désigné « génération », et du moteur électrique à la batterie, désigné « régénération ».
On précise par « module électronique de puissance », on entend un ensemble comprenant des composants par lesquels passe de l’énergie alimentant la machine électrique, notamment destinés à transformer le courant continu en courants alternatifs ou vice-versa. Ces composants peuvent comprendre des interrupteurs électroniques, tels que par exemple des transistors semi-conducteurs, agencés en circuit électrique pour permettre un passage commandé d’énergie électrique entre la batterie d’alimentation haute tension et la machine électrique. En particulier, les composants sont des puces semi-conductrices nues pour lesquels le corps réalise une encapsulation. Autrement dit, un module électronique de puissance est un ensemble comprenant une pluralité de puces semi-conductrices formant un circuit électrique encapsulées dans un même boîtier.
De manière générale selon l’état de la technique, un onduleur comprend système de refroidissement présentant un circuit de refroidissement à fluide configuré pour cheminer un fluide de refroidissement, en particulier de l’eau liquide, afin de refroidir les deux modules électroniques de puissance de l’onduleur.
Un tel système de refroidissement comprend au moins une entrée et au moins une sortie de fluide, afin de mettre en liaison fluidique plusieurs portions de circuit de refroidissement. En pratique, l’entrée ou la sortie de fluide prend la forme d’une buse, couramment désignée sous le terme en langue anglaise « nozzle », ou d’un manchon, couramment désigné sous le terme en langue anglaise « spigot ».
Ledit système de refroidissement doit généralement satisfaire à de nombreuses contraintes en termes d’encombrement, d’accessibilité et d’efficacité de refroidissement.
Il apparaît par conséquent souhaitable de mutualiser une même portion de circuit de refroidissement afin de refroidir une pluralité de composants électriques, d’utiliser de manière optimale les surfaces d’échanges thermiques disponibles, et de réduire autant que faire se peut la longueur du circuit de refroidissement, afin de permettre une circulation du fluide de refroidissement efficace et ainsi d’éviter des pertes de charge dans la circulation du fluide, couramment désignées sous le terme en langue anglaise « pressure drop ».
A titre d’exemple dans l’état de la technique, le document US 2013039009 A1 décrit un onduleur comprenant l’assemblage de bas en haut, d’un module de refroidissement, d’un module électronique de puissance, et d’un module capacitif. On entend par « module de refroidissement », un module de circulation de fluide de refroidissement. Bien que le système décrit par le document US 2013039009 A1 présente deux surfaces principales d’échanges thermiques respectivement une par face dudit module de refroidissement, seule une surface d’échanges thermiques est utilisée afin de refroidir le module électronique de puissance, lui-même participant au refroidissement du module capacitif par conduction.
De plus document US 2013039009 A1 décrit un système comprenant un seul module électronique de puissance et l’on s’intéresse aux équipements électriques pouvant comprendre deux modules électroniques de puissance.
Afin de pallier ces inconvénients, une configuration d’onduleur selon l’état de la technique consiste en l’assemblage de bas en haut, d’un module capacitif, d’un module de refroidissement et de deux modules électroniques de puissance juxtaposés. Cette configuration permet d’utiliser les deux surfaces principales d’échanges thermiques disponibles du module de refroidissement, mais nécessite néanmoins la mise en place d’un système de maintien complexe du module capacitif, afin d’accoler le module capacitif audit module de refroidissement, pour en assurer le refroidissement.
De plus et selon l’état de la technique, il est avantageux d’un point de vue de l’efficacité de refroidissement pour un équipement électrique de puissance de comprendre un système de refroidissement présentant un unique circuit de refroidissement et quatre plus de deux surfaces principales d’échanges thermiques, afin d’assurer le refroidissement d’une pluralité de modules électriques.
Le document US 2018219488 A1 décrit un tel un équipement électrique de puissance comprenant un châssis, une pluralité de composants électriques à refroidir notamment un module électronique de puissance, et un système de refroidissement intégré. Le système de refroidissement décrit par le document US 2018219488 A1 comprend deux modules de refroidissement fournissant quatre surfaces principales d’échanges thermiques, afin de refroidir efficacement la pluralité de composants électriques. Par ailleurs, un système de refroidissement efficace permet de réduire la taille de certains composants électriques et ainsi d’augmenter la compacité de l’équipement électrique de puissance.
Toutefois, le châssis décrit par le document US 2018219488 A1 comprend des canaux aménagés dans la masse du châssis configurés pour mettre en liaison fluidique les deux modules de refroidissement rendant complexe et coûteuse la réalisation d’un tel châssis. En effet, la mise en œuvre d’un tel châssis nécessite une coûteuse technologie de moulage, notamment un procédé de fonderie sous gravité avec utilisation de noyaux, et nécessite de mener une grande partie des tests, notamment des tests d’étanchéité, en fin de processus de fabrication de l’équipement électrique de puissance, ce qui est coûteux en cas de non-validation desdits tests d’étanchéité.
Par ailleurs, les systèmes de refroidissement d’équipements électriques de puissance nécessitent l’usage d’une pluralité de joints d’étanchéité. A titre d’exemple, l’équipement électrique de puissance décrit par le document US 2018219488 A1 nécessite au moins trois joints d’étanchéité en surcroît des joints d’étanchéité positionnés à l’entrée et à la sortie de fluide, dont un joint d’étanchéité présentant un périmètre du même ordre de grandeur que le périmètre du module électrique à refroidir. Il est souhaitable de réduire, autant que faire se peut, les zones d’étanchéité afin de réduire les probabilités de fuite du fluide de refroidissement et de permettre l’utilisation de joints d’étanchéités standards.
Pour pallier au moins en partie ces inconvénients, il est souhaitable que l’équipement électrique de puissance comprenant deux modules électroniques de puissance, présente une architecture permettant d’assurer le refroidissement desdits deux modules électroniques de puissance, et d’assurer un assemblage simplifié présentant un ensemble limité de zones d’étanchéité à assurer, afin de réduire les coûts de fabrication et de production industrielle d’équipements électriques de puissance et de diminuer les risques liés à une fuite de liquide de refroidissement.
L’invention propose ainsi un équipement électrique de puissance comprenant deux modules électroniques de puissance et un système de refroidissement intégré.
PRESENTATION DE L’INVENTION
Plus précisément, l’invention concerne un équipement électrique de puissance comprenant un premier module électrique, un deuxième module électrique, un troisième module électrique, un système de refroidissement comprenant au moins une entrée et au moins une sortie de fluide, pour assurer respectivement l’acheminement et l’évacuation d’un fluide de refroidissement dans et depuis le système de refroidissement, un premier module de refroidissement, comprenant au moins un canal de circulation d’un fluide de refroidissement, configuré pour refroidir ledit premier module électrique, un deuxième module de refroidissement, comprenant au moins un canal de circulation d’un fluide de refroidissement, configuré pour refroidir ledit deuxième module électrique, une portion de liaison du circuit de refroidissement reliant ledit premier et ledit deuxième module de refroidissement, configurée pour assurer une mise en liaison fluidique entre ledit premier et ledit deuxième module de refroidissement, lesdits premier et deuxième modules de refroidissement présentant un positionnement de part et d’autre dudit troisième module électrique, lesdits premier et deuxième modules de refroidissement présentant chacun une portion s’étendant au-delà d’une même face latérale dudit troisième module électrique, en surplomb, lesdites portions se trouvant en vis-à-vis et définissant avec ladite face latérale un volume libre, et ledit premier et ledit deuxième module de refroidissement présentant chacun une ouverture de circuit de refroidissement débouchant dans ledit volume libre, ledit volume libre logeant ladite portion de liaison du circuit de refroidissement, ladite portion de liaison du circuit de refroidissement reliant lesdites ouvertures débouchant dans le volume libre.
Un équipement électrique de puissance selon l’invention présente l’avantage conséquent de comprendre un système de refroidissement modulaire, efficace et présentant un ensemble limité de zones d’étanchéités à assurer afin de réduire les risques de fuite fluidique dans l’équipement électrique de puissance. De plus, un équipement électrique de puissance selon l’invention présente un agencement sous forme d’un empilement de différents modules, configuré pour faciliter le processus de fabrication, d’assemblage, et de tests d’un équipement électrique de puissance selon l’invention. Sur le plan de la fabrication et de la production industrielles, l’invention facilite la standardisation des équipements et permet de mettre en œuvre des lignes de production parallèles. En conséquence, la présente invention présente un avantage considérable du point de vue de l’industrialisation d’équipements électriques de puissance.
Avantageusement, lesdits premier et deuxième modules de refroidissement sont respectivement intercalés entre le premier module électrique et le troisième module électrique, et entre le troisième module électrique et le deuxième module électrique.
Avantageusement, lesdits premier et deuxième modules de refroidissement sont en contact mécanique direct avec le troisième module électrique de manière à assurer le refroidissement dudit troisième module électrique.
Selon un mode de réalisation, l’équipement électrique de puissance présente au moins une cale, présentant un positionnement entre le premier et le deuxième module de refroidissement, bordant le troisième module électrique, afin d’assurer une fonction de support d’écartement entre les deux modules de refroidissement et de fournir un passage de transmission d’efforts mécaniques.
Selon un mode de réalisation, ladite au moins une cale comprend deux faces opposées présentant chacune une surface plane, lesdites surfaces planes étant configurées pour servir de support à un module de refroidissement respectif.
Selon un mode de réalisation, le premier module de refroidissement, le deuxième module de refroidissement, et la cale forment un châssis de l’équipement électrique de puissance.
Selon un premier mode de réalisation du système de refroidissement, ladite entrée et ladite sortie de fluide du système de refroidissement sont aménagées respectivement dans l’un des deux modules de refroidissement, afin respectivement d’acheminer le fluide de refroidissement vers l’un des deux modules de refroidissement et d’évacuer le fluide de refroidissement depuis l’autre module de refroidissement.
Selon un deuxième mode de réalisation du système de refroidissement, ladite cale comprend deux portions de circuit de refroidissement, un première portion de circuit de refroidissement débouchant d’un côté sur une face de ladite cale formant ladite entrée de fluide du système de refroidissement et de l’autre côté en vis-à-vis d’un orifice de l’un desdits deux modules de refroidissement, une deuxième portion de circuit de refroidissement débouchant d’un côté sur une face de ladite cale formant ladite sortie de fluide du système de refroidissement et de l’autre côté en vis-à-vis d’un orifice de l’autre desdits deux modules de refroidissement, afin respectivement d’acheminer le fluide de refroidissement vers l’un des deux modules de refroidissement et d’évacuer le fluide de refroidissement depuis l’autre module de refroidissement.
Selon un mode de réalisation, le premier module électrique comprend un module électronique de puissance, et/ou le deuxième module électrique comprend un module électronique de puissance, et /ou le troisième module électrique comprend un module capacitif, configuré pour assurer une fonction de filtrage et de stabilisation de l’électricité transitant par ledit troisième module électrique.
Selon un mode de réalisation, ladite portion de liaison du circuit de refroidissement comprend une première portion de liaison intégrée au premier module de refroidissement, une deuxième portion de liaison intégrée au deuxième module de refroidissement, configurées pour se connecter l’une à l’autre, afin d’assurer une mise en liaison fluidique entre ledit premier module de refroidissement et ledit deuxième module de refroidissement.
Selon un mode de réalisation, ladite portion de liaison de circuit de refroidissement comprend une portion intermédiaire de liaison indépendante dudit premier module de refroidissement et dudit deuxième module de refroidissement, ladite portion intermédiaire de liaison comprenant un canal et deux ouvertures distinctes, chacune des deux ouvertures étant respectivement reliée de manière étanche audit premier module de refroidissement et audit deuxième module de refroidissement.
Avantageusement, un équipement électrique de puissance selon l’invention forme un onduleur, un convertisseur de tension continu-continu, ou un chargeur électrique, configurés pour être embarqués dans un véhicule électrique ou hybride.
PRESENTATION DES FIGURES
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d’exemple, et se référant aux figures suivantes, données à titre d’exemples non limitatifs, dans lesquelles des références identiques sont données à des objets semblables.
Il faut noter que les figures exposent l’invention de manière détaillée pour mettre en œuvre l’invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l’invention le cas échéant.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION
L’invention concerne un équipement électrique de puissance et sera décrite ci-après dans le contexte d’un onduleur, comprenant deux modules électroniques de puissance et au moins un module électrique, configuré pour être embarqué dans un véhicule automobile électrique ou hybride. Cependant, cela ne constitue pas une limitation à cette application particulière, l’invention pouvant être un quelconque équipement électrique de puissance, en particulier un onduleur, un convertisseur de tension continu-continu ou un chargeur électrique, comprenant au moins trois modules électriques, et un système de refroidissement intégré.
En référence à la figure 1, l’invention concerne un onduleur comprenant un premier module électronique de puissance 21, un deuxième module électronique de puissance 22, un troisième module électrique 4, un système de refroidissement 3 comprenant au moins une entrée 34 et une sortie 35 de fluide, pour assurer respectivement l’acheminement et l’évacuation d’un fluide de refroidissement dans et depuis le système de refroidissement 3, un premier module de refroidissement 31, un deuxième module de refroidissement 32, une portion de liaison du circuit de refroidissement 311-321-33 reliant le premier 31 et le deuxième 32 modules de refroidissement, configurée pour assurer une mise en liaison fluidique entre le premier 31 et le deuxième 32 modules de refroidissement.
Les premier et deuxième modules de refroidissement 31-32 présentent un positionnement de part et d’autre du troisième module électrique 4, afin d’assurer le refroidissement du troisième module électrique 4.
De plus, les premier et deuxième modules de refroidissement 31-32 présentent chacun une portion s’étendant au-delà d’une même face latérale dudit troisième module électrique 4, en surplomb, lesdites portions se trouvant en vis-à-vis et définissant avec ladite face latérale un volume libre. Le premier 31 et le deuxième 32 modules de refroidissement présentent chacun une ouverture de circuit de refroidissement débouchant dans ledit volume libre. Ledit volume libre loge ladite portion de liaison du circuit de refroidissement 311-321-33, elle-même reliant lesdites ouvertures débouchant dans le volume libre.
Le premier 31 et le deuxième 32 modules de refroidissement comprennent chacun au moins un canal de circulation d’un fluide de refroidissement, configurés pour refroidir respectivement le premier 21 et le deuxième 22 modules électronique de puissance.
L’agencement des différents éléments d’un onduleur selon l’invention va être détaillé ci-après.
De manière préférée, le premier 31 et le deuxième 32 modules de refroidissement sont respectivement intercalés entre le premier module électronique de puissance 21 et le troisième module électrique 4, et entre le troisième module électrique 4 et le deuxième module électronique de puissance 22, afin d’utiliser les quatre surfaces principales d’échanges thermiques disponibles du système de refroidissement 3.
Autrement dit, en référence à la figure 1, l’agencement des éléments de l’invention correspond de manière préférée à l’empilement successif suivant : un premier module électronique de puissance 21, un premier module de refroidissement 31, le troisième module électrique 4, un deuxième module de refroidissement 32, et un deuxième module électronique de puissance 22.
Selon un mode de réalisation, l’assemblage respectif du premier module électronique de puissance 21 et du premier module de refroidissement 31, et du deuxième module électronique de puissance 22 et du deuxième module de refroidissement 32, par l’intermédiaire d’une pluralité de vis, permet de former deux ensembles désignés ensembles préassemblés.
Selon un mode de réalisation, lesdits ensembles préassemblés comprennent des moyens de fixation, pour assurer l’assemblage desdits ensembles préassemblés latéralement au châssis 10 et ainsi contribuer à la tenue mécanique dudit onduleur.
Par ailleurs, le premier 21 et le deuxième 22 modules électroniques de puissance et le troisième module électrique 4 comprennent des connecteurs électriques, afin d’assurer le raccordement électrique entre le troisième module électrique 4 et respectivement le premier 21 et le deuxième 22 modules électroniques de puissance.
La structure du châssis 10 va être détaillée ci-après.
Selon un mode de réalisation, l’équipement électrique de puissance selon l’invention comprend au moins une cale 11, un nombre de deux cales étant préféré, les deux cales présentant un positionnement entre le premier 31 et le deuxième 32 modules de refroidissement, bordant le troisième module électrique 4, afin de servir de support d’écartement entre les deux modules de refroidissement 31-32 et de fournir un passage pour la transmission d’efforts mécaniques.
De manière préférée, chacune des deux cales 11 comprend deux faces opposées présentant chacune une surface plane, lesdites surfaces planes étant configurées pour servir de support à des modules de refroidissement.
Selon un mode de réalisation, le premier module de refroidissement 31, le deuxième module de refroidissement 32 et ladite au moins une cale 11, forment un châssis 10 de l’équipement électrique de puissance selon l’invention.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le matériau constitutif du châssis 10 consiste en un matériau isolant électrique et/ou électromagnétique, pour assurer respectivement une fonction de bouclier électrique et/ou électromagnétique.
Les modules électroniques de puissance 21-22 et le troisième module électrique 4 seront décrits plus précisément ci-après.
Par exemple, chacun des deux modules électroniques de puissance 21-22 assure la conversion de l’électricité de la batterie au moteur électrique (dans un mode d’entrainement du véhicule), ou du moteur électrique à la batterie désigné (par exemple dans un mode de freinage récupératif du véhicule).
Selon un mode de réalisation de l’invention, le troisième module électrique 4 comprend des moyens de fixation, afin d’assurer son assemblage à l’onduleur, de sorte à ce qu’au moins l’un des deux modules de refroidissement 31-32 soit en contact mécanique direct avec le troisième module électrique 4, afin d’assurer le refroidissement dudit troisième module électrique 4 par conduction sur au moins l’une de ses faces.
Dans le contexte de l’onduleur, le troisième module électrique 4 fait de préférence référence à un module capacitif 4, configuré pour assurer une fonction de filtrage et de stabilisation de la tension fournie par la batterie du véhicule.
Le module capacitif 4 comprend de manière préférée une pluralité de composants électriques et un boîtier, généralement en aluminium, configuré pour recouvrir ladite pluralité de composants électriques. Les potentiels électriques, positif et négatif, à refroidir d’un module capacitif sont généralement situés en périphérie au niveau de deux faces opposées du module capacitif. Il est par conséquent pertinent d’utiliser un système de refroidissement sur deux faces du module capacitif comme le permet l’invention.
Le système de refroidissement 3 selon l’invention va maintenant être détaillé.
Comme expliqué précédemment, le système de refroidissement 3 comprend deux modules de refroidissement 31-32 et une portion de liaison du circuit de refroidissement 311-321-33 assurant la mise en liaison fluidique des deux modules de refroidissement 31-32 de manière étanche.
En référence à la figure 1, le sens de circulation du fluide de refroidissement représenté n’est pas limitatif, il s’agit seulement d’une illustration permettant de visualiser une topologie possible du circuit de refroidissement. Les températures de fonctionnement des différents composants électriques, et de manière générale, la priorisation donnée au refroidissement de tel ou tel composant électrique, déterminent en partie le sens de circulation du fluide de refroidissement.
Selon un premier mode de réalisation, en référence aux figures 1 et 2, ladite entrée 34 et ladite sortie 35 de fluide du système de refroidissement 3 sont aménagées respectivement dans l’un des deux modules de refroidissement 31-32, afin respectivement d’acheminer le fluide de refroidissement vers l’un des deux modules de refroidissement 31-32 et d’évacuer le fluide de refroidissement depuis l’autre module de refroidissement 31-32. A titre d’exemple le premier module de refroidissement 31 peut contenir l’entrée de fluide 34 et le deuxième module de refroidissement 32 peut contenir la sortie de fluide 35, ou inversement.
Selon un deuxième mode de réalisation, en référence à la figure 3, ladite cale 11 comprend deux portions de circuit de refroidissement, un première portion 111 de circuit de refroidissement débouchant d’un côté sur une face de ladite cale 11 formant ladite entrée 34 de fluide du système de refroidissement 3 et de l’autre côté en vis-à-vis d’un orifice de l’un desdits deux modules de refroidissement 31-32, une deuxième portion de circuit de refroidissement 112 débouchant d’un côté sur une face de ladite cale 11 formant ladite sortie 35 de fluide du système de refroidissement 3 et de l’autre côté en vis-à-vis d’un orifice de l’autre desdits deux modules de refroidissement 31-32, afin respectivement d’acheminer le fluide de refroidissement vers l’un des deux modules de refroidissement 31-32 et d’évacuer le fluide de refroidissement depuis l’autre module de refroidissement 31-32.
Chacun des deux modules de refroidissement 31-32 consiste en un système étanche de forme générale parallélépipèdique, comprenant une portion de circuit de refroidissement configurée pour permettre la circulation dudit fluide de refroidissement de manière optimale selon la répartition physique des composants électriques à refroidir, et au moins une entrée et au moins une sortie de fluide, pour assurer respectivement l’acheminement et l’évacuation du fluide de refroidissement dans et depuis le module de refroidissement considéré.
De plus, selon le mode de réalisation, ladite au moins une entrée et ladite au moins une sortie de fluide de chacun des deux modules de refroidissement 31-32 et ladite au moins une entrée 34 et ladite au moins une sortie 35 de fluide du système de refroidissement 3 peuvent prendre la forme d’une buse, d’un manchon ou d’un orifice, la forme de l’entrée pouvant différer de celle de la sortie, dès lors que ladite au moins une entrée et ladite au moins une sortie de fluide de chacun des deux modules de refroidissement 31-32 comprennent des moyens d’étanchéité et sont adaptées pour assurer un raccordement de la portion de circuit de refroidissement dudit système de refroidissement 3 et des portions de circuit de refroidissement distinctes extérieures à l’onduleur.
Selon un mode de réalisation, la portion de liaison du circuit de refroidissement 311-321-33 comprend une première portion de liaison 311 intégrée au premier module de refroidissement 31, une deuxième portion de liaison 321 intégrée au deuxième module de refroidissement 32, configurées pour se connecter l’une à l’autre afin d’assurer une mise en liaison fluidique entre ledit premier module de refroidissement 31 et ledit deuxième module de refroidissement 32.
Selon un premier mode de réalisation préféré un joint d’étanchéité, de préférence un joint d’étanchéité de type « plug and seal » en langue anglaise, relie de manière étanche la première 311 et la deuxième 321 portions de liaison. Ce premier mode de réalisation permet de limiter le nombre de zones d’étanchéité à assurer sur la portion de liaison du circuit de refroidissement à une unique zone d’étanchéité.
Selon un deuxième mode de réalisation, ladite portion de liaison de circuit de refroidissement 311-321-33 comprend une portion intermédiaire de liaison 33 indépendante dudit premier module de refroidissement 31 et dudit deuxième module de refroidissement 32. La portion intermédiaire de liaison 33 comprend un canal et deux ouvertures distinctes, chacune des deux ouvertures présentant un moyen d’étanchéité, afin de relier de manière étanche la première 311 et la deuxième 321 portions de liaison. En particulier un canal présentant une longueur de l’ordre de grandeur de la distance entre les deux modules de refroidissements 31-32 permet d’éviter la fabrication de modules de refroidissement comprenant une ouverture complexe en particulier un manchon ou une buse.
Il va de soi que la portion intermédiaire de circuit de refroidissement 33 ne se limite pas à ces deux modes de réalisation, décrits uniquement à titre d’exemple. Le choix de mode de réalisation résultera alors principalement d’un compromis entre l’étendue des zones d’étanchéité à assurer et le degré de complexité de fabrication des modules de refroidissement.
En résumé, un onduleur selon l’invention présente un système de refroidissement modulaire, efficace et présentant un ensemble limité de zones d’étanchéités à assurer afin de réduire les risques de fuite fluidique dans l’onduleur.
Notamment, le système de refroidissement d’un onduleur selon l’invention comprend un unique circuit de refroidissement et quatre surfaces principales d’échanges thermiques, permettant de refroidir efficacement les deux modules électroniques de puissance 21-22 ainsi que le module capacitif 4, lui-même refroidi de manière préférée sur deux faces, contrairement à l’état de la technique où seule une face du module capacitif est refroidie.
En particulier les zones d’étanchéité à assurer sont limitées à l’entrée de fluide 34, à la sortie de fluide 35, à la jonction 33 entre la première 311 et la deuxième 321 portions de liaison du système de refroidissement 3, et, le cas échéant, à la jonction respectivement entre la première portion 111 de circuit de refroidissement aménagée dans la cale 11 et l’entrée de l’un des deux modules de refroidissement 31-32, et entre la deuxième portion 112 de circuit de refroidissement aménagée dans la cale 11 et la sortie de l’autre module de refroidissement 31-32 dans le mode de réalisation où l’entrée 34 et la sortie 35 de fluide ne sont pas directement reliées aux modules de refroidissement 31-32, permettant par conséquent de réduire les risques de fuite de fluide de refroidissement.
De plus, un onduleur selon l’invention présente un agencement sous forme d’un empilement de différents modules, configuré pour faciliter le processus de fabrication, d’assemblage, et de tests d’un onduleur selon l’invention.
Sur le plan de la fabrication et de la production industrielles, l’invention facilite la standardisation des équipements et permet de mettre en œuvre des lignes de production parallèles, à titre d’exemple, une première ligne assurant l’assemblage d’un module électronique de puissance et d’un module de refroidissement, une deuxième ligne assurant l’assemblage d’un module capacitif, et une troisième ligne assurant l’assemblage final de l’onduleur.
De plus, l’invention donne la possibilité de réaliser des tests d’étanchéité sur lesdits ensembles préassemblés formés chacun d’un module électronique de puissance et d’un module de refroidissement, de façon indépendante du module capacitif 4 et du châssis 10.
Ainsi, si un dysfonctionnement du système d’étanchéité était détecté, seul l’ensemble préassemblé serait mis au rebus. Dans l’état de l’art, la conception même de l’équipement électrique de puissance telle que décrite en préambule ne permet pas de réaliser un tel test de façon séparée. De ce fait, l’équipement électrique de puissance, dans l’état de l’art, est testé, au plan de l’étanchéité, de façon globale et si un problème d’étanchéité est détecté, l’ensemble de l’équipement électrique de puissance doit être mis eu rebus.
En conséquence, la présente invention présente un avantage considérable du point de vue de l’industrialisation d’équipements électriques de puissance, en particulier d'onduleurs.
Claims (12)
- Equipement électrique de puissance comprenant :
- un premier module électrique (21),
- un deuxième module électrique (22),
- un troisième module électrique (4),
- un système de refroidissement (3) comprenant :
- au moins une entrée (34) et au moins une sortie (35) de fluide, pour assurer respectivement l’acheminement et l’évacuation d’un fluide de refroidissement dans et depuis le système de refroidissement (3),
- un premier module de refroidissement (31), comprenant au moins un canal de circulation d’un fluide de refroidissement, configuré pour refroidir ledit premier module électrique (21),
- un deuxième module de refroidissement (32), comprenant au moins un canal de circulation d’un fluide de refroidissement, configuré pour refroidir ledit deuxième module électrique (22),
- une portion de liaison du circuit de refroidissement (311-321-33) reliant ledit premier (31) et ledit deuxième (32) module de refroidissement, configurée pour assurer une mise en liaison fluidique entre ledit premier (31) et ledit deuxième module de refroidissement (32),
lesdits premier et deuxième modules de refroidissement (31-32) présentant chacun une portion s’étendant au-delà d’une même face latérale dudit troisième module électrique (4), en surplomb, lesdites portions se trouvant en vis-à-vis et définissant avec ladite face latérale un volume libre, et ledit premier (31) et ledit deuxième (32) module de refroidissement présentant chacun une ouverture de circuit de refroidissement débouchant dans ledit volume libre, ledit volume libre logeant ladite portion de liaison du circuit de refroidissement (311-321-33), ladite portion de liaison du circuit de refroidissement (311-321-33) reliant lesdites ouvertures débouchant dans le volume libre. - Equipement électrique de puissance selon la revendication 1, caractérisé en ce lesdits premier (31) et deuxième (32) modules de refroidissement sont respectivement intercalés entre le premier module électrique (21) et le troisième module électrique (4), et entre le troisième module électrique (4) et le deuxième module électrique (22).
- Equipement électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits premier et deuxième modules de refroidissement (31-32) sont en contact mécanique direct avec le troisième module électrique (4) de manière à assurer le refroidissement dudit troisième module électrique (4).
- Equipement électrique de puissance selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il présente au moins une cale (11), présentant un positionnement entre le premier (31) et le deuxième (32) modules de refroidissement, bordant le troisième module électrique (4), afin d’assurer une fonction de support d’écartement entre les deux modules de refroidissement (31-32) et de fournir un passage de transmission d’efforts mécaniques.
- Equipement électrique de puissance selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite au moins une cale (11) comprend deux faces opposées présentant chacune une surface plane, lesdites surfaces planes étant configurées pour servir de support à un module de refroidissement (31-32) respectif.
- Equipement électrique de puissance selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le premier module de refroidissement (31), le deuxième module de refroidissement (32), et la cale (11) forment un châssis (10) de l’équipement électrique de puissance.
- Equipement électrique de puissance selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite entrée (34) et ladite sortie (35) de fluide du système de refroidissement (3) sont aménagées respectivement dans l’un des deux modules de refroidissement (31-32), afin respectivement d’acheminer le fluide de refroidissement vers l’un des deux modules de refroidissement (31-32) et d’évacuer le fluide de refroidissement depuis l’autre module de refroidissement (31-32).
- Equipement électrique de puissance selon les revendications 4 à 6, caractérisé en ce que ladite cale (11) comprend deux portions de circuit de refroidissement, un première portion de circuit de refroidissement (111) débouchant d’un côté sur une face de ladite cale (11) formant ladite entrée (34) de fluide du système de refroidissement (3) et de l’autre côté en vis-à-vis d’un orifice de l’un desdits deux modules de refroidissement (31-32), une deuxième portion de circuit de refroidissement (112) débouchant d’un côté sur une face de ladite cale (11) formant ladite sortie (35) de fluide du système de refroidissement (3) et de l’autre côté en vis-à-vis d’un orifice de l’autre desdits deux modules de refroidissement (31-32), afin respectivement d’acheminer le fluide de refroidissement vers l’un des deux modules de refroidissement (31-32) et d’évacuer le fluide de refroidissement depuis l’autre module de refroidissement (31-32).
- Equipement électrique de puissance selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier module électrique (21) comprend un module électronique de puissance, et/ou le deuxième module électrique (22) comprend un module électronique de puissance (21), et /ou le troisième module électrique (4) comprend un module capacitif, configuré pour assurer une fonction de filtrage et de stabilisation de l’électricité transitant par ledit troisième module électrique (4).
- Equipement électrique de puissance selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite portion de liaison du circuit de refroidissement (311-321-33) comprend une première portion de liaison (311) intégrée au premier module de refroidissement (31), une deuxième portion de liaison (321) intégrée au deuxième module de refroidissement (32), configurées pour se connecter l’une à l’autre, afin d’assurer une mise en liaison fluidique entre ledit premier module de refroidissement (31) et ledit deuxième module de refroidissement (32).
- Equipement électrique de puissance selon l’une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que ladite portion de liaison de circuit de refroidissement (311-321-33) comprend une portion intermédiaire de liaison (33) indépendante dudit premier module de refroidissement (31) et dudit deuxième module de refroidissement (32), ladite portion intermédiaire de liaison (33) comprenant un canal et deux ouvertures distinctes, chacune des deux ouvertures étant respectivement reliée de manière étanche audit premier module de refroidissement (31) et audit deuxième module de refroidissement (32).
- Equipement électrique de puissance selon l’une des revendications précédentes formant un onduleur, un convertisseur de tension continu-continu, ou un chargeur électrique, configurés pour être embarqués dans un véhicule électrique ou hybride.
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