FR3140829A1 - Ensemble de mise a la masse d’un groupe de motorisation electrifie de vehicule - Google Patents
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Abstract
La présente invention a pour objet un ensemble de mise à la masse (100) pour un véhicule comportant un groupe de motorisation électrifié équipé d’une machine électrique motrice (1) et d’électronique de puissance (2), l’ensemble (100) comprenant des moyens de mise à la masse (MM1, MM2, MM3, MM4, MM5), un premier élément structurel de caisse (BG) muni d’une borne de masse (PM1) et un élément de support (3) ayant un corps métallique prévu pour la fixation du groupe de motorisation, l’élément de support (3) comportant des première et deuxième interfaces de connexion électrique (I1, I2) en conductivité électrique à travers le corps métallique de l’élément de support (3), dans lequel un premier moyen de mise à la masse (MM2) interconnecte électriquement la première interface (I1) et la borne de masse (PM1), et dans lequel au moins un deuxième moyen de mise à la masse (MM1) interconnecte électriquement la deuxième interface (I2) et l’électronique de puissance (2). Figure 2.
Description
Le domaine de l’invention concerne un ensemble de mise à la masse d’un véhicule automobile électrifié.
Les véhicules automobiles électrifiés à motorisation entièrement électrique et motorisation hybride comportent des systèmes électriques de haute tension, de plusieurs centaines de volts qui doivent être sécurisés électriquement. Une de ces sécurités est la mise à la masse de l’électronique de puissance du groupe de motorisation qui se réalise au moyen de câbles électriques.
On connait par exemple le document FR-A1-3097822 qui décrit une structure de mise à la masse pour un véhicule automobile. Dans ce document, la mise à la masse de la machine électrique motrice est redondée et les câbles sont tirés de chaque côté de l’unité moteur afin d’améliorer la sécurité électrique en cas de collision. Bien que cette solution améliore la sécurité, elle a le désavantage d’augmenter d’autant plus le coût de la structure de masse. De plus, cela augmente le nombre d’opération de branchement lors du montage des câbles.
D’autres solutions prévoient que les câbles de mise à la masse du groupe de motorisation soient réunis dans le faisceau moteur. En , on a représenté schématiquement une solution connue de câblage de mise à la masse d’un groupe de motorisation électrifié. Il s’agit d’une représentation selon l’axe transversal du véhicule.
Dans cette implantation, le groupe de motorisation comporte une machine électrique motrice ME de haute tension et de l’électronique de puissance EP ainsi que plusieurs équipements électriques consommateurs, comme par exemple un réchauffeur HW et un compresseur CO. Ces éléments de puissance sont fixés à une traverse de support TR, réalisée en aluminium, laquelle est couplée à des éléments structurels, ici les brancards gauche et droit, par l’intermédiaire de moyens de couplage P1, P2 prévus pour isoler la caisse des vibrations susceptibles d’être générées par la machine électrique.
Le faisceau FA regroupe plusieurs câbles de mise à la masse et passe à travers le groupe de motorisation depuis le bloc de la machine électrique ME jusqu’à un point de masse PM qui est présent sur le brancard gauche. Ce faisceau FA faisant le tour du moteur, il est plus facile en regard des contraintes d’implantation d’incorporer l’ensemble des câbles de masse et le cheminement du 12 volts négatif dans le faisceau moteur FA.
Cependant, à cause de l’impédance et des longueurs des câbles, les sections des câbles de mise à la masse sont élevées, en particulier le câble du chargeur de batterie peut atteindre une section de 50mm2 et le câble de la machine électrique plus de 16 mm2. Cette configuration a créé des problèmes de connexion du faisceau moteur lors du montage du véhicule du fait de la rigidité du faisceau et des contraintes de l’espace d’implantation du groupe de motorisation dans la zone sous le capot. En outre, la connexion du faisceau doit se réaliser après le coiffage ce qui complique d’autant plus la connexion électrique.
Il existe donc un besoin de pallier les problèmes précités. Un objectif de l’invention est de faciliter l’opération de câblage de la mise à la masse du groupe de motorisation électrifié. Un autre objectif est de réduire le coût du câblage nécessaire.
Plus précisément, l’invention concerne un ensemble de mise à la masse pour un véhicule comportant un groupe de motorisation électrifié équipé d’une machine électrique motrice et d’électronique de puissance, l’ensemble comprenant des moyens de mise à la masse, un premier élément structurel de caisse muni d’une borne de masse et un élément de support ayant un corps métallique prévu pour la fixation du groupe de motorisation, l’élément de support comportant des première et deuxième interfaces de connexion électrique en conductivité électrique à travers le corps métallique de l’élément de support.
Selon l’invention, un premier moyen de mise à la masse interconnecte électriquement la première interface et la borne de masse, et au moins un deuxième moyen de mise à la masse interconnecte électriquement la deuxième interface et l’électronique de puissance.
L’ensemble de mise à la masse selon l’invention peut comporter les caractéristiques additionnelles suivantes, seules ou en combinaison :
- le corps comprend au moins une zone longitudinale remplie de matière, ladite zone présentant les première et deuxième interfaces de connexion réparties longitudinalement en sa surface ;
- l’élément de support est une traverse couplée au premier et à un deuxième élément structurel par des moyens de couplage, et la première interface et la deuxième interface sont positionnées en des endroits choisis respectivement de chaque côté du groupe de motorisation transversalement ;
- la première interface est positionnée du côté du groupe de motorisation en regard du premier élément structurel muni de la borne de masse ;
- les moyens de couplage sont réalisées en élastomère ;
L’invention concerne une traverse comportant un corps métallique destinée pour le support en suspension d’une machine électrique motrice de véhicule et pour faire partie d’un ensemble de mise à la masse selon l’un quelconque des modes de réalisation précédents, la traverse présentant au moins deux trous usinés dans le corps métallique, lesquels étant répartis longitudinalement en des endroits choisis, lesquels étant spécifiquement prévus pour la fixation et la mise en conductivité électrique à travers le corps d’une première et deuxième interfaces de connexion électrique propres à fixer des moyens de mise à la masse.
Les première et deuxième interfaces peuvent être des vis ou goujons fixées respectivement dans les trous usinés.
Selon un mode de réalisation préférée, la traverse a un corps réalisé en aluminium.
L’invention prévoit en outre un véhicule automobile comportant un groupe de motorisation électrifié équipé d’une machine électrique motrice, d’un système de stockage d’énergie et d’électronique de puissance et un ensemble de mise à la masse selon l’un quelconque des modes de réalisation précédents, dans lequel l’électronique de puissance comporte un dispositif de recharge du système de stockage et/ou un dispositif de conversion de courant, dans lequel la machine électrique est fixée suspendue à l’élément de support sur une face inférieure et l’électronique de puissance est fixée à l’élément de support sur une face supérieure, dans lequel un troisième moyen de mise à la masse connecte électriquement la machine électrique à la deuxième interface
Il est prévu en outre que le groupe de motorisation comporte de plus au moins un équipement électrique consommateur, par exemple un réchauffeur, fixé à l’élément de support sur la face supérieure, dans lequel un quatrième moyen de mise à la masse connecte électriquement ledit équipement à la première ou deuxième interface.
De préférence, tous les câbles de mise à la masse du groupe de motorisation électrifié sont disposés hors du faisceau électrique alimentant la machine électrique motrice.
L’ensemble de mise à la masse selon l’invention permet de réduire la masse du câblage, la longueur totale de câbles et de faciliter les opérations de montage du fait qu’il est ainsi possible de réaliser une grande partie des opérations de connexion électrique avant le coiffage.
D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit comprenant des modes de réalisation de l’invention donnés à titre d’exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, dans lesquels :
L’invention s’applique aux véhicules à motorisation électrifiée, entièrement électrique et hybride partiellement électrique, comportant une machine électrique motrice et de l’électronique de puissance devant être sécurisées par un ensemble de mise à la masse. Le véhicule peut être un véhicule automobile, une voiture par exemple, un camion, un navire, ou un avion.
Dans la description qui suit, les schémas des figures 1, 2 et 3 comprennent des références directionnelles X, Y, Z où X est la direction longitudinale au véhicule, Y la direction transversale du véhicule et Z la direction verticale du véhicule. Les références CTG et CTD indiquent respectivement le côté gauche et côté droit du véhicule.
En référence à la , on a représenté un premier mode de réalisation d’un ensemble de mise à la masse 100 selon l’invention pour un véhicule automobile comportant un groupe de motorisation électrifié.
L’ensemble de mise à la masse 100 comporte des moyens de mise à la masse MM1, MM2, MM3, MM4 et MM5 dont la fonction est de connecter électriquement la masse de l’électronique de puissance à un point de masse PM1 de référence du véhicule, ici disposé sur un élément structurel BG de la caisse du véhicule, dans cet exemple le brancard gauche du véhicule. Les moyens de mise à la masse MM1 à MM5 peuvent être des câbles électriques pourvus de moyens de fixation en extrémité destinés à fixer solidairement les câbles à des interfaces de connexion électrique, représentées en et 3 par des ronds. Ils peuvent avoir une section de câble comprise entre 1,5mm2et 70 mm2. Classiquement les moyens de fixation sont des cosses destinées à coopérer avec une tige ou une visse et une fixation par écrou. Tout moyen réalisant la fonction de fixation, maintien et conduction électrique des câbles de mise à la masse sont envisageables.
Les moyens de mise à la masse MM1, MM2, MM3, MM4 et MM5 peuvent être de type différent. Alternativement, ils peuvent être du type d’une barre métallique rigide. Les moyens de mises à la masse formant l’ensemble de mise à la masse 100 peuvent être du même type ou être une combinaison de types différents. Les moyens de mise à la masse sont dimensionnés en section selon le courant et la longueur nécessaire pour la mise à la masse.
L’élément structurel BG présente la borne de masse PM1 de référence servant pour la mise à la masse d’une batterie du véhicule alimentant un réseau de bord, en 12 volts. La borne négative de la batterie basse tension est donc connectée directement à la borne de masse PM1 par l’intermédiaire d’un moyen de mise à la masse non représenté.
La borne de masse PM1 est avantageusement disposée à un endroit choisi sur une face intérieure ou latérale du brancard gauche, en regard de la zone sous capot de manière à faciliter la connexion électrique de la mise à la masse du groupe de motorisation. Cela est possible du fait que les câbles ne sont plus présents dans le faisceau moteur. Dans la configuration représentée en , ce point de masse est positionné en partie supérieure du brancard du fait qu’il était impossible de passer le faisceau moteur du côté intérieur.
Plus précisément, l’ensemble de mise à la masse 100 comporte l’élément de support 3 du groupe de motorisation. L’élément de support 3 a un corps en matériau métallique, de préférence en aluminium qui un matériau léger. L’élément de support 3 est par exemple une pièce réalisée en aluminium extrudé, ou une pièce en aluminium usiné. L’élément de support 3 est une traverse sur laquelle sont fixées la machine électrique motrice 1 et l’électronique de puissance 2 du groupe de motorisation. La traverse 3 est un élément longitudinal qui s’étend transversalement selon l’axe Y et qui est couplé au brancard gauche BG d’un côté et à un deuxième élément structurel BD du côté droit du véhicule, ici le brancard droit BD, par l’intermédiaire de moyens de couplage CP1 et CP2 respectivement de chaque côté.
Les moyens de couplage CP1 et CP2 ont pour fonction de solidariser la traverse 3 à la structure de caisse du véhicule et sont agencés de manière à permettre un débattement en rotation autour de l’axe longitudinal de la traverse. En outre, ils réalisent une fonction d’amortissement et d’isolement de vibrations susceptibles d’être générées par la machine électrique motrice 1. A cet effet, les moyens de couplage CP1 et CP2 comportent au moins une partie réalisée en élastomère.
Conformément à l’invention, la traverse 3 comporte au moins deux interfaces de connexion électrique I1 et I2 réparties longitudinalement en surface de la traverse 3, c’est-à-dire le long de l’axe transversal du véhicule Y et sont en conductivité électrique à travers le corps métallique de la traverse 3. En , on a représenté une ligne en trait pointillé illustrant schématiquement un courant circulant entre les interfaces I1 et I2 dans une situation où un équipement électrique présenterait un défaut électrique.
Plus précisément, la traverse 3 comporte une zone de corps longitudinale, de section pleine, sur laquelle sont présentées les interfaces I1 et I2. Cette zone longitudinale présente une section prévue pour avoir une impédance nulle et doit être conductrice électriquement pour garantir la circulation du courant entre les deux interfaces I1 et I2 jusqu’à la borne de masse PM1 si nécessaire. La zone de corps longitudinale est pleine et remplie d’un matériau solide, de préférence métallique.
En outre, la traverse 3 assure la fonction de poutre et support du groupe de motorisation et peut être formée d’une ou de plusieurs zones longitudinales pleines et réparties le long de la largeur de la traverse. La traverse 3 peut comporter d’autres interfaces de connexion prévues pour la mise à la masse en complément des interfaces I1 et I2. L’utilisation de la traverse 3 comme élément conducteur de la structure de mise à la masse 100 permet d’envisager une interface de connexion à proximité de chaque équipement électrique de puissance. Cela permet de réduire la longueur et la section des câbles.
Les interfaces électriques I1, I2 sont prévues pour fixer et maintenir des câbles de mise à la masse. Les interfaces I1 et I2 comprennent une vis ou un goujon coopérant avec un écrou de serrage qui sont propres à assurer la fixation et le maintien de câbles de mise à la masse pourvus de cosses.
Les interfaces I1 et I2 sont disposées en des endroits choisis de part et d’autre du groupe de motorisation, en regard du brancard gauche BG pour l’interface I1 et en regard du brancard droit BD pour l’interface I2.
Les interfaces I1, I2 peuvent être positionnées en d’autres endroits de la traverse 3 selon la disposition de l’électronique de puissance. Elles peuvent être présentées sur un bord longitudinal, avant ou arrière, en face supérieure ou inférieure, dans le référentiel du véhicule. Les interfaces I1 et I2 peuvent être disposées en extrémités de la traverse 3 ou en position intermédiaire, voire en position centrale de la traverse.
La disposition des interfaces I1 et I2 le long de la traverse 3 est choisie pour éviter un cheminement des câbles de masse de la machine électrique 1 et de l’électronique de puissance 2 contournant le bloc de motorisation, normalement fait au moyen du faisceau moteur. L’utilisation du corps de la traverse 3, conducteur électriquement, pour la mise à la masse présente l’avantage en outre de ne pas utiliser de câbles électriques pour amener la masse sur une partie de la distance séparant la borne de masse PM1 et les équipements de puissance. On arrive ainsi à réduire la section de câble et la longueur de câble, et par conséquent le coût global du câblage.
Eventuellement, l’ensemble de mise à la masse 100 peut utiliser pour chaque équipement électrique à sécuriser un câble qui viendra se connecter soit à la première interface I1, soit à la deuxième interface I2, voire à une autre interface si elle est présente sur la traverse 3.
Alternativement, on n’écarte pas la possibilité qu’un des moyens de mise à la masse MM1 à MM5 puisse être intégré à un moyen de fixation d’un équipement de puissance à la traverse 3. Par exemple, un moyen de mise à la masse peut être un élément mécanique, rigide ou souple, en conduction électrique avec le boitier de l’équipement de puissance et avec la traverse 3 de manière à assurer la mise à la masse sécuritaire. Un moyen de mise à la masse peut être une tresse, un bus-bar ou tout élément conducteur électriquement. La fixation des moyens de mise à la masse est de préférence une fixation dite positive, c’est-à-dire par vissage.
On décrit maintenant l’agencement du groupe de motorisation et de l’ensemble de mise à la masse 100. Cet agencement est prévu pour un véhicule électrique rechargeable comportant un système de stockage d’énergie électrique (non représenté), une machine électrique motrice 1 et de l’électronique de puissance 2 comportant un dispositif de recharge et/ou un convertisseur de courant DC/DC et/ou AC/DC. Dans cet exemple non limitatif, il est prévu en outre un compresseur 4 et un réchauffeur 5.
Dans ce mode de réalisation, la machine électrique motrice 1, est alimentée en haute tension, supérieure à 120 volts, par exemple entre 350 volts et 450 volts en fonctionnement nominal, ou entre 800 volts et 1000 volts. La machine électrique motrice 1 est fixée à la traverse 3 en suspension sur la face inférieure de la traverse 3. Des moyens de fixation et de suspension sont prévu à cet effet. L’électronique de puissance 2 est fixée à la traverse 3 sur la face supérieure de la traverse. Des moyens de fixation sont prévus à cet effet. La traverse 3 prévoit par exemple des trous usinés dans son corps, des vis et écrous permettant de fixer les équipements électriques.
Chacun de ces équipements de puissance 1, 2, 4 et 5 doit être mis à la masse et relié en conductivité électrique à la borne de masse MP1 qui est présente sur le brancard gauche BG.
Un point de masse de la machine électrique motrice 1 est connecté par l’intermédiaire du câble MM3 à l’interface de connexion I2 positionné du côté droit de la traverse 3. Le câble MM3 présente une section de 10 mm2. Un point de masse du dispositif de recharge 2 est connecté par l’intermédiaire du câble MM1 à l’interface de connexion I2. Le câble MM1 présente une section de 50 mm2. Un point de masse du réchauffeur 5 est connecté par l’intermédiaire du câble MM4 à un point de masse du dispositif de recharge de manière à le mettre en conductivité électrique indirectement avec l’interface I2. Le câble MM4 présente une section de 6 mm2. Un point de masse du compresseur 4 est connecté par l’intermédiaire du câble MM5 au carter de la machine électrique motrice 1 de manière à le mettre en conductivité électrique indirectement avec l’interface I2. Le câble MM5 présente une section de 6 mm2.
De préférence, chaque équipement électrique est connecté par un seul et unique câble de mise à la masse à un point masse, pouvant être positionné sur la traverse 3 sur une des interfaces de connexion I1 et I2, ou bien sur un point de masse d’équipement.
L’ensemble des branchements électriques pour les câbles MM1, MM3, MM4 et MM5 sont de préférence opérées avant le coiffage en montage. Cela facilite la tâche pour l’opérateur.
Puis, une fois le coiffage et montage réalisé, il reste à connecter électriquement l’interface I1 avec la borne de masse MP1. Etant positionnées toutes deux à proximité en regard l’une de l’autre du côté latéral intérieur du brancard BG, cette tâche est facile à réaliser après le coiffage.
En outre, la borne négative de la batterie 12 volts du véhicule est connectée électriquement directement à la borne de masse PM1 du brancard gauche BG par un moyen de mise à la masse passant autour du corps de la batterie 12 volts et sur la face inférieure de la batterie. Le câblage de la mise à la masse de la batterie est ainsi indépendant et séparé du câblage de mise à la masse du réseau haute tension du véhicule.
La mise à la masse de chaque équipement est réalisée par un câble relié à une interface de connexion au moyen d’un connecteur. Aucune connexion électrique est réalisée par une épissure. On améliore ainsi la sécurité électrique et la durabilité des connexions. En outre, on évite de rendre les câbles rigides sur une partie de leur longueur. En outre, aucun câble de mise à la masse est disposé dans le faisceau moteur. On réduit ainsi sa taille et rigidité ce qui facilite son montage et son passage dans la zone sous capot. Au final, l’architecture de câblage permet de réduire la longueur totale de câble et aussi par conséquent la section de câble de certaine connexion. En particulier, la mise à la masse de machine électrique motrice, qui est faite par l’intermédiaire de la traverse a permis d’utiliser une section de 10mm2au lieu de 16mm2par rapport à la configuration où le câble contournait le groupe de motorisation.
En référence à la , on a représenté un deuxième mode de réalisation d’un ensemble de mise à la masse 101 selon l’invention implémenté dans un véhicule électrifié. On a conservé les mêmes numéros de référence que ceux de la . L’ensemble 101 utilise la conductivité électrique du corps de la traverse 3 pour connecter électriquement à la borne de masse PM1 à la machine électrique motrice 1, l’électronique de puissance 2, le compresseur 4 et le réchauffeur 5. L’ensemble 101 se différencie de l’ensemble 100 en ce qu’il comporte un équipement de puissance supplémentaire 6 fixé sur la surface supérieure de la traverse 3. Cet équipement 6 est un réchauffeur dont la mise à la masse est réalisée par un câble MM6, lequel est connecté à l’interface I1 de la traverse. Le câble MM6 a une section de 4mm2.
L’invention est décrite dans ce qui précède à titre d’exemple. Il est entendu que la personne de l’art est à même de réaliser différentes variantes de réalisation de l’invention en associant par exemple les différentes caractéristiques ci-dessus prises seules ou en combinaison, sans pour autant sortir du cadre de l’invention.
Claims (10)
- Ensemble de mise à la masse (100) pour un véhicule comportant un groupe de motorisation électrifié équipé d’une machine électrique motrice (1) et d’électronique de puissance (2), l’ensemble comprenant des moyens de mise à la masse (MM1, MM2, MM3, MM4, MM5), un premier élément structurel de caisse (BG) muni d’une borne de masse (PM1) et un élément de support (3) ayant un corps métallique prévu pour la fixation du groupe de motorisation, l’élément de support (3) comportant des première et deuxième interfaces de connexion électrique (I1, I2) en conductivité électrique à travers le corps métallique de l’élément de support (3), caractérisé en ce qu’un premier moyen de mise à la masse (MM2) interconnecte électriquement la première interface (I1) et la borne de masse (PM1), et en ce qu’au moins un deuxième moyen de mise à la masse (MM1) interconnecte électriquement la deuxième interface (I2) et l’électronique de puissance (2).
- Ensemble de mise à la masse (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps comprend au moins une zone longitudinale remplie de matière, ladite zone présentant les première et deuxième interfaces de connexion (I1, I2) réparties longitudinalement en sa surface.
- Ensemble de mise à la masse (100) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l’élément de support (3) est une traverse couplée au premier et à un deuxième élément structurel (BG, BD) par des moyens de couplage (CP1, CP2), et en ce que la première interface (I1) et la deuxième interface (I2) sont positionnées en des endroits choisis respectivement de chaque côté du groupe de motorisation transversalement.
- Ensemble de mise à la masse (100) selon la revendication 3, caractérisé en ce que la première interface (I1) est positionnée du côté du groupe de motorisation en regard du premier élément structurel (BG) muni de la borne de masse (PM1).
- Ensemble de mise à la masse (100) selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que les moyens de couplage (CP1, CP2) sont réalisées en élastomère.
- Traverse (3) comportant un corps métallique destinée pour le support en suspension d’une machine électrique motrice de véhicule (1) et pour faire partie d’un ensemble de mise à la masse (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la traverse (3) présente au moins deux trous usinés dans le corps métallique, lesquels étant répartis longitudinalement en des endroits choisis, lesquels étant spécifiquement prévus pour la fixation et la mise en conductivité électrique à travers le corps de première et deuxième interfaces de connexion électrique (I1, I2) propres à fixer des moyens de mise à la masse (MM1, MM2, MM3, MM4, MM5).
- Traverse (3) selon la revendication 6 comportant un corps réalisé en aluminium.
- Véhicule automobile comportant un groupe de motorisation électrifié équipé d’une machine électrique motrice (1), un système de stockage d’énergie rechargeable, d’électronique de puissance (2) et un ensemble de mise à la masse (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l’électronique de puissance (2) comporte un dispositif de recharge du système de stockage et/ou un dispositif de conversion de courant, dans lequel la machine électrique (1) est fixée suspendue à l’élément de support (3) sur une face inférieure et l’électronique de puissance (2) est fixée à l’élément de support (3) sur une face supérieure, dans lequel un troisième moyen de mise à la masse (MM3) connecte électriquement la machine électrique (1) à la deuxième interface (I2).
- Véhicule automobile selon la revendication 8, dans lequel le groupe de motorisation comporte en outre un équipement électrique consommateur (5), par exemple un réchauffeur, fixé à l’élément de support (3) sur la face supérieure, dans lequel un quatrième moyen de mise à la masse (MM4) connecte électriquement ledit équipement à la première (I1) ou deuxième interface (I2).
- Véhicule automobile selon la revendication 8 ou 9, dans lequel les moyens de mise à la masse sont des câbles électriques (MM1, MM2, MM3, MM4, MM5), lesquels sont tous disposés hors du faisceau électrique alimentant la machine électrique motrice (1).
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