FR3116374A1 - Module capacitif comprenant un dispositif de refroidissement - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un module capacitif (1) comprenant un boitier (13), un élément capacitif (12) logé dans le boitier (13), et une plaque de refroidissement (11) présentant une face intérieure (111) et une face extérieure (112) opposées l’une à l’autre, le boitier (13) venant contre la face intérieure (111) de sorte que l’élément capacitif (12) se trouve entre la face intérieure (111) et un fond du boitier (13), la face intérieure (111) de la plaque de refroidissement (11) étant en contact thermique avec l’élément capacitif (12), de façon à dissiper par conduction thermique de la chaleur issue de l’élément capacitif (12), et la face extérieure (112) de la plaque de refroidissement (11) étant configurée pour baigner substantiellement dans un fluide de refroidissement circulant dans un canal de refroidissement (21) d’un système de refroidissement (2), de sorte à refroidir la plaque de refroidissement (11) par convection thermique. 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 module capacitif comprenant un dispositif de refroidissement.
Comme cela est connu, des modules capacitifs sont communément utilisés dans les équipements électriques. En particulier, un module capacitif peut assurer une fonction de filtrage entre deux équipements électriques de puissance, notamment à l’interface d’un convertisseur continu-continu ou d’un onduleur. Un tel module capacitif est couramment désigné module capacitif de liaison, ou encore « DC-link capacitor » en anglais.
Un module capacitif comprend de façon générale un élément capacitif disposé dans un boitier et noyé dans un matériau de remplissage. L’élément capacitif est par exemple constitué de films enroulés et reliés à deux connecteurs électriques. De plus, le matériau de remplissage assure principalement une fonction de maintien et de protection de l’élément capacitif vis-à-vis de l’humidité. Un tel matériau de remplissage peut se présenter sous la forme d’une résine. Dans une configuration courante, les faces externes du module capacitif sont formées par des parois externes du boitier et par une face résinée. Seuls les connecteurs électriques s’étendent généralement à l’extérieur de la résine.
Par ailleurs, selon l’état de la technique, un véhicule électrique ou hybride comprend un système de refroidissement présentant un circuit de refroidissement à fluide configuré pour acheminer un fluide de refroidissement, en particulier de l’eau ou du glycol liquide, afin de refroidir les équipements électriques, et en particulier le module capacitif. Les modules capacitifs sont en effet généralement sensibles à la température. Un refroidissement efficace du module capacitif permet d’augmenter sa durée de vie à un niveau de performance acceptable et ainsi de réduire la valeur du composant à l’état neuf.
Il est donc recherché un refroidissement amélioré du module capacitif.
PRESENTATION DE L’INVENTION
Plus précisément, l’invention concerne un module capacitif, notamment destiné à être embarqué dans un véhicule automobile électrique ou hybride, comprenant un boitier, un élément capacitif logé dans le boitier, une plaque de refroidissement présentant une face intérieure et une face extérieure opposées l’une à l’autre, le boitier venant contre la face intérieure de sorte que l’élément capacitif se trouve entre la face intérieure et un fond du boitier. De plus, la face intérieure de la plaque de refroidissement est en contact thermique avec l’élément capacitif, de façon à dissiper par conduction thermique de la chaleur issue de l’élément capacitif, et la face extérieure de la plaque de refroidissement est configurée pour baigner substantiellement dans un fluide de refroidissement circulant dans un canal de refroidissement d’un système de refroidissement, de sorte à refroidir la plaque de refroidissement par convection thermique.
La présente invention présente l’avantage substantiel d’améliorer l’efficacité de refroidissement dudit module capacitif grâce à l’intégration de la plaque de refroidissement avec le module capacitif, le module capacitif baignant directement dans le fluide de refroidissement. Ainsi, la plaque de refroidissement est refroidie par convection thermique et l’élément capacitif est refroidi par conduction thermique par la plaque de refroidissement.
Avantageusement, la plaque de refroidissement comprend des excroissances faisant saillie depuis la face extérieure.
Avantageusement, le module capacitif comprend un matériau de remplissage pour occuper des volumes libres intérieurs au boîtier.
Avantageusement, le module capacitif comprend des moyens d’étanchéité disposés sur la plaque de refroidissement et configurés pour assurer l’étanchéité entre la plaque de refroidissement et le système de refroidissement.
Avantageusement, la plaque de refroidissement comprend des moyens de fixation configurés pour fixer la plaque de refroidissement et le système de refroidissement l’un à l’autre.
Avantageusement, le module capacitif comprend un isolant électrique positionné entre l’élément capacitif et la plaque de refroidissement de sorte à isoler électriquement l’élément capacitif de la plaque de refroidissement.
Avantageusement, le boîtier est en plastique moulé.
Avantageusement, le module capacitif comprend des connecteurs électriques connectés à des bornes de l’élément capacitif et faisant saillie du boitier et configurés pour se raccorder à au moins un équipement électrique externe au module capacitif, lesdits connecteurs électriques se trouvant au moins en partie entre la face intérieure de ladite plaque de refroidissement et ledit élément capacitif.
Avantageusement, le module capacitif assure une fonction de module capacitif de liaison.
L’invention concerne en outre un procédé de fabrication d’un module capacitif comprenant un boîtier, un élément capacitif, une plaque de refroidissement, un isolant électrique, et un matériau de remplissage, le procédé comprenant les étapes successives suivantes :
- la mise en place de l’élément capacitif dans le boîtier ;
- la mise en place de l’isolant électrique sur la face extérieure de l’élément capacitif ; - la mise en place de la plaque de refroidissement contre le boîtier de manière à ce que l’élément capacitif se trouve entre un fond du boitier et la plaque de refroidissement ; - le coulage du matériau de remplissage permettant de solidariser le boîtier, l’élément capacitif, la plaque de refroidissement, et l’isolant électrique.
- la mise en place de l’élément capacitif dans le boîtier ;
- la mise en place de l’isolant électrique sur la face extérieure de l’élément capacitif ; - la mise en place de la plaque de refroidissement contre le boîtier de manière à ce que l’élément capacitif se trouve entre un fond du boitier et la plaque de refroidissement ; - le coulage du matériau de remplissage permettant de solidariser le boîtier, l’élément capacitif, la plaque de refroidissement, et l’isolant électrique.
L’invention concerne également un ensemble capacitif qui comprend le module capacitif selon l’invention et un système de refroidissement. Le système de refroidissement comprend un canal de refroidissement configuré pour acheminer le fluide de refroidissement et une ouverture donnant sur le canal de refroidissement. Le module capacitif vient contre le système de refroidissement, la face extérieure de la plaque de refroidissement étant en vis-à-vis de l’ouverture de sorte que la face extérieure baigne substantiellement dans le fluide de refroidissement.
L’invention concerne aussi un ensemble électrique, notamment destiné à être embarqué dans un véhicule électrique ou hybride, qui comprend l’ensemble capacitif selon l’invention, et au moins un équipement électrique de puissance connecté au module capacitif.
Avantageusement, l’ensemble électrique forme un convertisseur de tension continu-continu, un onduleur, ou un chargeur électrique.
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 :
: la représente une vue d’un module capacitif selon un exemple de l’invention ;
: la représente une vue en coupe du module capacitif selon un exemple de l’invention ;
: la représente une vue en coupe du module capacitif selon un exemple de l’invention.
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 module capacitif notamment configuré pour être embarqué dans un véhicule automobile électrique ou hybride comprenant en particulier un moteur électrique et une batterie. Le module capacitif selon l’invention peut notamment consister en un module capacitif de liaison, couramment désigné en langue anglaise « DC-link capacitor ». En particulier, un tel module capacitif de liaison assure notamment une fonction de filtrage afin de stabiliser la tension entre deux équipements électriques de puissance, notamment à l’interface d’un convertisseur continu-continu ou d’un onduleur.
En référence à la , le module capacitif 1 selon l’invention comprend un boitier 13, un élément capacitif 12, et une plaque de refroidissement 11. On loge l’élément capacitif 12 dans le boitier 13. Le boitier 13 est de manière préférée en plastique moulé. De plus, la plaque de refroidissement 11 présente une face intérieure 111 et une face extérieure 112 opposées l’une à l’autre. Le boitier 13 vient alors contre la face intérieure 111 de sorte que l’élément capacitif 12 se trouve entre un fond du boitier 13 et la face intérieure 111 de la plaque de refroidissement 11.
Par ailleurs, la face intérieure 111 est en contact thermique avec l’élément capacitif 12 de façon à dissiper par conduction thermique de la chaleur issue de l’élément capacitif 12. De plus, la face extérieure 112 est configurée pour baigner substantiellement dans un fluide de refroidissement circulant dans un canal de refroidissement 21 d’un système de refroidissement 2 externe au module capacitif 1. Ainsi, on refroidit la plaque de refroidissement 11 par convection thermique, et on assure un refroidissement par conduction thermique du module capacitif 1. Par conséquent, l’efficacité de refroidissement du module capacitif 1 est substantiellement améliorée.
On décrit ci-après la plaque de refroidissement 11 en détail.
Selon un mode de réalisation de l’invention, en référence aux figures 2 et 3, la plaque de refroidissement 11 comprend des excroissances faisant saillie depuis la face extérieure 112. L’utilisation d’excroissances permet d’augmenter l’efficacité de refroidissement du module capacitif 1. Les excroissances ont par exemple des formes de picot ou d’ailette.
Selon un autre mode de réalisation de l’invention, la plaque de refroidissement 11 présente une face extérieure 112 substantiellement plane. Dans ce mode de réalisation, un moyen externe peut être mis en place afin d’améliorer les échanges thermiques par la plaque de refroidissement 11. Par exemple, un moyen externe provoquant un écoulement turbulent du fluide de refroidissement peut permettre d’augmenter les échanges thermiques. Ainsi, l’efficacité de refroidissement du module capacitif 1 est améliorée.
La plaque de refroidissement 11 consiste de préférence en un matériau métallique. La résistance thermique du matériau métallique influe sur l’efficacité de refroidissement de l’élément capacitif 12. En particulier, le matériau métallique de la plaque de refroidissement 11 peut comprendre de l’aluminium et/ou du cuivre.
Le module capacitif 1 peut comprendre des moyens d’étanchéité disposés sur la plaque de refroidissement 11 et configurés pour assurer l’étanchéité entre la plaque de refroidissement 11 et le système de refroidissement 2.
De plus, la plaque de refroidissement 11 peut comprendre des moyens de fixation configurés pour fixer la plaque de refroidissement 11 et le système de refroidissement 2 l’un à l’autre. Les moyens de fixation peuvent notamment consister en des trous de passage adaptés pour permettre la fixation de la plaque de refroidissement 11 au système de refroidissement 2 par l’intermédiaire de vis ou par un rivetage. Alternativement, les moyens de fixation peuvent consister en des zones permettant le collage de la plaque de refroidissement 11 au système de refroidissement 2.
On décrit ci-après le module capacitif 1 et un éventuel procédé de fabrication du module capacitif en détail.
Le module capacitif 1 comprend de préférence un matériau de remplissage pour occuper des volumes libres intérieurs au module capacitif 1, notamment entre le boitier 13 et l’élément capacitif 12. Le matériau de remplissage consiste notamment en une résine. L’utilisation d’un matériau de remplissage permet d’assurer une protection mécanique et une protection contre l’humidité de l’élément capacitif 12. De plus, le matériau de remplissage permet de manière avantageuse de transmettre les calories et, le cas échéant, de contribuer au refroidissement de l’élément capacitif 12.
L’utilisation d’un matériau métallique, et plus généralement d’un matériau conducteur électrique, pour la plaque de refroidissement 11, implique que celle-ci est électriquement conductrice, et donc au potentiel de la masse du véhicule dans le contexte d’un véhicule. Afin d’éviter un court-circuit de l’élément capacitif 12, il est important de l’isoler électriquement de la plaque de refroidissement 11. A cet effet, en référence aux figures 2 et 3, le module capacitif 1 peut comprendre un isolant électrique 15 positionné entre l’élément capacitif 12 et la plaque de refroidissement 11. L’utilisation de l’isolant électrique 15 est souhaitée, afin de permettre un bon fonctionnement du module capacitif 1.
Par ailleurs, en référence aux figures 1 et 3, le module capacitif 1 comprend de préférence des connecteurs électriques 14 connectés à des bornes de l’élément capacitif 12 et faisant saillie du boitier 13. Les connecteurs électriques 14 sont configurés pour se raccorder à au moins un équipement électrique externe au module capacitif 1. Comme décrit précédemment, le module capacitif 1 peut assurer une fonction de module capacitif de liaison. Le cas échéant, ledit au moins un équipement électrique externe au module capacitif 1 peut consister en un convertisseur de tension continu-continu, et/ou un onduleur. Les connecteurs électriques 14 comprennent notamment un conducteur positif et un conducteur négatif, par exemple en forme de plaque. En particulier, les connecteurs électriques 14 se trouvent au moins en partie entre l’élément capacitif 12 et la face intérieure 111 de la plaque de refroidissement 11. Avantageusement, les connecteurs électriques 14 sont alors superposés et séparés par une feuille isolante.
Selon un aspect de l’invention, l’invention concerne un procédé de fabrication d’un module capacitif 1 tel que décrit précédemment. Le procédé comprend les étapes successives suivantes :
- la mise en place de l’élément capacitif 12 dans le boitier 13 ;
- la mise en place de l’isolant électrique 15 sur la face extérieure de l’élément capacitif 12, ou par exemple sur la face extérieure des connecteurs électriques 14 de l’élément capacitif 12, de sorte à isoler électriquement l’élément capacitif 12 et, le cas échéant les connecteurs électriques 14 de la plaque de refroidissement 11 ;
- la mise en place de la plaque de refroidissement 11 contre le boitier 13 de manière à ce que l’élément capacitif 12 se trouve entre un fond du boitier 13 et la plaque de refroidissement 11 ;
- le coulage du matériau de remplissage permettant de solidariser le boitier 13, l’élément capacitif 12, la plaque de refroidissement 11, et l’isolant électrique 15.
- la mise en place de l’élément capacitif 12 dans le boitier 13 ;
- la mise en place de l’isolant électrique 15 sur la face extérieure de l’élément capacitif 12, ou par exemple sur la face extérieure des connecteurs électriques 14 de l’élément capacitif 12, de sorte à isoler électriquement l’élément capacitif 12 et, le cas échéant les connecteurs électriques 14 de la plaque de refroidissement 11 ;
- la mise en place de la plaque de refroidissement 11 contre le boitier 13 de manière à ce que l’élément capacitif 12 se trouve entre un fond du boitier 13 et la plaque de refroidissement 11 ;
- le coulage du matériau de remplissage permettant de solidariser le boitier 13, l’élément capacitif 12, la plaque de refroidissement 11, et l’isolant électrique 15.
Autrement dit, le matériau de remplissage maintient ensemble les différents éléments du module capacitif 1. Afin d’assurer un contact mécanique amélioré entre la plaque de refroidissement 11 et l’élément capacitif 12, on peut fixer la plaque de refroidissement 11 au boitier 13 par l’intermédiaire de vis, au préalable de l’étape de coulage du matériau de remplissage. Ainsi, un éventuel jeu entre la plaque de refroidissement 11 et l’élément capacitif 12 est réduit, permettant d’augmenter les échanges thermiques par l’intermédiaire de la plaque de refroidissement 11. Ainsi, on améliore l’efficacité de refroidissement du module capacitif 1.
On décrit ci-après un ensemble capacitif comprenant le système de refroidissement 2 et le module capacitif selon l’invention en détail.
En référence aux figures 2 et 3, le système de refroidissement 2 comprend notamment le canal de refroidissement 21 configuré pour acheminer le fluide de refroidissement et une ouverture 22 donnant sur le canal de refroidissement 21. Le module capacitif 1 vient alors, de manière préférée, contre le système de refroidissement 2, la face extérieure 112 de la plaque de refroidissement 11 étant en vis-à-vis de l’ouverture 22, de sorte que la face extérieure 112 baigne substantiellement dans le fluide de refroidissement.
Selon un aspect de l’invention, un ensemble électrique, notamment destiné à être embarqué dans un véhicule électrique ou hybride, comprend l’ensemble capacitif décrit précédemment, et au moins un équipement électrique de puissance connecté au module capacitif 1.
Ledit au moins un équipement électrique de puissance consiste de préférence en un convertisseur de tension continu-continu, un onduleur, ou un chargeur électrique. Ainsi, le module capacitif 1 peut assurer des fonctions de filtrage de la tension respectivement à l’interface d’un convertisseur de tension continu-continu ou d’un onduleur dans une phase d’entraînement du moteur électrique du véhicule, ou d’un chargeur électrique dans une phase de chargement de la batterie du véhicule.
Dans le contexte d’un module capacitif conventionnel, soit le matériau de remplissage, soit la face externe d’une plaque est en contact mécanique avec une surface externe du système de refroidissement. Ainsi, le module capacitif conventionnel est refroidi par conduction par le système de refroidissement. Or la conduction présente une efficacité de refroidissement limitée.
Grâce à l’intégration de la plaque de refroidissement avec le module capacitif, le module capacitif baigne directement dans le fluide de refroidissement. La plaque de refroidissement est refroidie par convection thermique et l’élément capacitif est refroidi par conduction thermique par la plaque de refroidissement. La présente invention présente l’avantage considérable d’améliorer l’efficacité de refroidissement dudit module capacitif.
Claims (9)
- Module capacitif (1), notamment destiné à être embarqué dans un véhicule automobile électrique ou hybride, comprenant :
- un boitier (13) ;
- un élément capacitif (12) logé dans le boitier (13) ;
- une plaque de refroidissement (11) présentant une face intérieure (111) et une face extérieure (112) opposées l’une à l’autre, le boitier (13) venant contre la face intérieure (111) de sorte que l’élément capacitif (12) se trouve entre la face intérieure (111) et un fond du boitier (13),
module capacitif (1) dans lequel la face intérieure (111) de la plaque de refroidissement (11) est en contact thermique avec l’élément capacitif (12), de façon à dissiper par conduction thermique de la chaleur issue de l’élément capacitif (12), et la face extérieure (112) de la plaque de refroidissement (11) est configurée pour baigner substantiellement dans un fluide de refroidissement circulant dans un canal de refroidissement (21) d’un système de refroidissement (2), de sorte à refroidir la plaque de refroidissement (11) par convection thermique. - Module capacitif (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque de refroidissement (11) comprend des excroissances faisant saillie depuis la face extérieure (112).
- Module capacitif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant des moyens d’étanchéité disposés sur la plaque de refroidissement (11) et configurés pour assurer l’étanchéité entre la plaque de refroidissement (11) et le système de refroidissement (2).
- Module capacitif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la plaque de refroidissement (11) comprend des moyens de fixation configurés pour fixer la plaque de refroidissement (11) et le système de refroidissement (2) l’un à l’autre.
- Module capacitif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend un isolant électrique (15) positionné entre l’élément capacitif (12) et la plaque de refroidissement (11) de sorte à isoler électriquement l’élément capacitif (12) de la plaque de refroidissement (11).
- Module capacitif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend des connecteurs électriques (14) connectés à des bornes de l’élément capacitif (12) et faisant saillie du boitier (13) et configurés pour se raccorder à au moins un équipement électrique externe au module capacitif (1), lesdits connecteurs électriques (14) se trouvant au moins en partie entre la face intérieure (111) de ladite plaque de refroidissement (11) et ledit élément capacitif (12).
- Ensemble capacitif comprenant le module capacitif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes et un système de refroidissement (2), le système de refroidissement (2) comprenant un canal de refroidissement (21) configuré pour acheminer le fluide de refroidissement et une ouverture (22) donnant sur le canal de refroidissement (21), le module capacitif (1) venant contre le système de refroidissement (2), la face extérieure (112) de la plaque de refroidissement (11) étant en vis-à-vis de l’ouverture (22) de sorte que la face extérieure (112) baigne substantiellement dans le fluide de refroidissement.
- Ensemble électrique, notamment destiné à être embarqué dans un véhicule électrique ou hybride, comprenant l’ensemble capacitif selon la revendication précédente, et au moins un équipement électrique de puissance connecté au module capacitif (1).
- Ensemble électrique selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il forme un convertisseur de tension continu-continu, un onduleur, ou un chargeur électrique.
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