WO2008006986A2 - Dispositif compact d'alimentation électrique pour un véhicule automobile équipé de moyens d'isolation thermique - Google Patents

Dispositif compact d'alimentation électrique pour un véhicule automobile équipé de moyens d'isolation thermique Download PDF

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Valeo Equipements Electriques Moteur
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the invention proposes a power supply device for a motor vehicle, which is intended to connect at least one electric machine to a battery of the vehicle, and which comprises a housing in which is arranged at least one electrical energy storage unit. said housing having a receiving tray of at least one electrical energy storage unit.
  • Such power supply devices are for example used for the supply of electric motor vehicles of the electric and / or hybrid type, that is to say combining an electric machine and a conventional heat engine, for which it is important to to be able to recover kinetic energy in order to recharge the vehicle's battery and to supply the on-board electrical system with electrical power. This function is commonly called regenerative braking.
  • a hydride metal battery is for example used.
  • the energy storage units undergo many cycles of charging and discharging. For example, when the motor vehicle starts, there is a very intense discharge of electricity. For example still, the storage units are loaded with a high intensity electric current during periods of regenerative braking. When electric power is released, during discharge operations, or stored, during charging operations, the storage units give off heat. The amount of heat released is proportional to the intensity of the electric current flowing in charge or discharge.
  • the feed device is generally arranged in the engine compartment of the vehicle, that is to say near the engine.
  • the invention proposes a power supply device for a motor vehicle of the type described above, characterized in that the tray comprises means for thermally isolating said at least one ambient air storage unit. outside the ferry.
  • at least one wall of the tray has two partitions which are parallel and which are distant from one another so as to delimit a volume substantially closed which is isolated from the ambient air and isolated from the interior volume of the tank; the internal partitions of two adjacent adjacent walls are interconnected and the external partitions of two adjacent adjacent walls are interconnected so that the volumes delimited by each of the two consecutive walls are interconnected and form a substantially closed or partially closed volume , this volume being particularly unique; the volume may, if necessary, be sealed; the closed volume is filled with a gas, in particular air; - The closed volume is filled with a thermoregulatory material, liquid or solid, capable of changing state, especially reversibly, at a given temperature and whose latent heat is high, including paraffin; -
  • the tray comprises means for thermally isolating said at least one ambient air storage unit
  • the invention further relates to a power supply device for a motor vehicle, which is intended to connect an electric machine to a battery of the vehicle, and which comprises a housing in which is arranged at least one electrical energy storage unit, said housing comprising a tray for receiving this an electrical energy storage unit, characterized in that the tank comprises means for thermally isolating the unit for storing ambient air outside the tank, said means comprising at least one: a thermally insulating material, in particular an insulating foam, covering at least one inner face of the tank, at least one substantially closed or partially closed volume or sealed, delimited by partitions of the tank and filled with a gas, in particular air, or a thermoregulatory liquid or solid material, capable of changing state, especially reversibly, to absorb a certain amount of heat during a temperature change of the device.
  • a thermally insulating material in particular an insulating foam
  • FIG. 1 is a block diagram of a feeding device electric device according to the invention
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of a first embodiment of a power supply device according to the invention
  • FIG. 3 is a section along a horizontal plane of the tray represented in FIG. a layer of insulating material according to the invention
  • FIG. 4 is a view similar to that of FIG. 3, showing an alternative embodiment of the invention according to which the side walls of the tray each comprise two parallel partitions;
  • FIG. 5 is a view similar to that of Figure 6, wherein the volume defined by the walls of the tray is filled with a thermoregulatory material;
  • FIG. 6 is a section along a transverse vertical plane of the tray shown in Figure 2, showing an alternative embodiment of the invention combining different means of thermal insulation.
  • FIG. 1 shows the assembly of a power supply device 10 for a motor vehicle produced in accordance with the invention.
  • the device 10 is intended to connect at least one electric machine 12 provided with sensors 14, capable of operating as an electric motor, for example to start the engine of the vehicle, or even to drive at least one wheel of the vehicle and / or electric generator, for example to recover the kinetic energy of the vehicle during braking, to a battery 16 of the vehicle.
  • This machine such as an alternator-starter, is said to be reversible. This machine is taken as a non-limiting example for the rest of the description.
  • an alternator / starter is a reversible alternator that, on the one hand, transforms mechanical energy into electrical energy when it operates in an electric generator mode, in particular for recharging a battery and / or supplying consumers of at least one onboard network of the motor vehicle and secondly, to transform electrical energy into mechanical energy when operating electric motor mode, said starter mode, for example to start the internal combustion engine or engine of the motor vehicle and, in one embodiment, prevent the engine stalls.
  • This alternator / starter comprises current rectifying means called inverter comprising for example MOSFET type transistors driven by an electronic control and control unit as described for example in the documents FR A 2,745,444 and FR A 2,745,445.
  • This electronic command and control unit receives signals from sensors of the angular position of the rotor of the machine and also includes drivers, called drivers, which are power elements and which control the MOSFET type transistors.
  • drivers in one embodiment, belong to a power stage also comprising the MOSFET transistors of the inverter constituting a reversible AC-DC electrical converter called "AC / DC" in electric generator mode.
  • AC / DC reversible AC-DC electrical converter
  • the MOSFET transistors of the inverter are controlled in all or nothing to control the windings of the stator of the machine in full wave or alternatively by a control with variable pulse widths, ie a technology called PWM (Pulse Width Modulation) or PWM in English.
  • the control elements belong to a control stage of lower power.
  • the power stage comprises an electronic power board carrying the power elements, such as the MOSFET transistors and the drivers, and the control stage comprises an electronic control card carrying the elements of control.
  • the alternator-starter is polyphase.
  • the alternator-starter belongs to an arrangement for a motor vehicle comprising at least two electrical energy storage units.
  • One of these storage units is a battery and the other a super capacitor, that is, a high-capacity capacity called Ultra capacity.
  • the arrangement allows to supply the alternator-starter with a voltage greater than that in generator mode.
  • This type of arrangement makes it possible to recover energy during braking and comprises two electrical distribution networks, at least one switch or a circuit with two switches and a DC-DC converter, called a DC / DC converter, making it possible to convert tension and run two different voltages *.
  • the inverter is an electronic current converter.
  • the arrangement may use a rotating electrical machine such as a simple alternator electrically connected to a battery.
  • this alternator is associated with a starter connected in parallel with the alternator between a first terminal connected to ground and a second terminal connected to a circuit making it possible, in one embodiment, to put two batteries in series, for example 12V, to power the starter 24V at startup and to parallel these two batteries after starting the motor vehicle.
  • the device 10 therefore comprises at least one electronic converter 18, 22 and a unit 20 for storing electrical energy.
  • This device comprises two electrical networks, one dedicated to power (the storage units 20 being in series) and adapted to energy recovery, the other dedicated to energy for energy. in particular to recharge the battery 16 connected to the on-board vehicle network and / or supply this on-board network.
  • the device 10 comprises a DC-DC converter 22 voltage.
  • the device 10 comprises an inverter 18.
  • the inverter is a DC / AC reversible converter. It works in AC / DC converter when the machine is in electric generator mode (it is often called rectifier bridge), and in DC / AC converter when the machine is in electric motor mode.
  • the device 10 comprises an inverter 18 and a DC-DC converter 22.
  • the nonlimiting exemplary embodiment which has been shown in FIG. 10 comprises three electronic converters, namely an inverter 18, a DC-DC converter 22, and in addition a bi-position switch 30 or two switches 30, which are interconnected by power connectors such as bus bars (no shown).
  • the inverter 18 in the abovementioned manner, is a reversible AC / DC reversible electrical converter called "AC / DC” in electric generator or DC-AC mode called “DC / AC” in electric motor mode.
  • the DC / DC converter 22 makes it possible, in particular, to convert a voltage on the energy storage unit side 20, said voltage being in a range of values, here in a nonlimiting manner between 6V and 35V, in a voltage compatible with that of the battery. 16, the battery supplying an onboard network for example of the order of 12 volts.
  • the bi-position switch 30 (or the switches 30) makes it possible to determine the operating mode of the electric machine 12.
  • the generator mode comprises two phases: a so-called alternator phase, and a so-called energy recovery phase
  • the motor mode comprises a start-up and dynamic assistance phase.
  • the operating mode of the machine with a bi-position switch is as follows:
  • the switch connects the inverter 18 and the storage unit 20 in the motor mode, and in the energy recovery phase, the switch connects the inverter 18 and the battery 16 in the alternator phase.
  • the device 10 is for this purpose connected by cables 24 to the electrical machine, by cables 26 to the battery, and by cables 28 to a power supply network of the vehicle.
  • the device 10 for recovering the kinetic energy of the vehicle using the electric machine this architecture is more particularly known under the name of architecture "14 + X”.
  • the device 10 comprises a single housing 32 in which the electronic converter (s) 18, 22 and the storage unit (s) 20 are arranged. Electrical energy in particular to reduce the lengths of connectors between these elements, so as to limit the effects of the link inductances.
  • the housing 32 has a lower portion 34, forming a tray 34 for receiving at least one unit 20 for storing electrical energy.
  • This lower part 34 is completed by at least one upper part 36, covering the lower part 34, and receiving at least one control electronic card 38 and at least one power electronic card 40 which comprises the electronic converter (s) 1 8, 22, 30, ie the inverter 18, the DC-DC converter 22, and the bi-position switch 30.
  • the lower portion 34 has the shape of a first substantially parallelepipedal tray, open at its upper end 42, which receives at least two electrical energy storage units 20 called “supercapacitors" or
  • the storage units 20 are arranged in the direction of the length. In a second non-limiting embodiment, the storage units 20 are arranged in the width direction.
  • the storage units 20 are arranged in the direction of the height.
  • the storage units 20 are arranged partly in the direction of the length and partly in the direction of the width or the height.
  • the best arrangement of the three modes will be chosen to optimize the space required for the electronic components integrated in the housing 32, here in the example in the direction of the height.
  • the energy storage units 20 are arranged in stages, the units 20 of a first stage being offset with respect to the second stage so that two units 20 of the second stage are in tangential contact. with the same unit 20 of the first stage.
  • the contact can be direct or indirect.
  • the lower part receives axial alignments 44 of electrical energy storage units 20 which are arranged in the length direction. but this provision is not limiting of the invention.
  • the alignments 44 of electrical energy storage units 20 could indeed be arranged in the width direction.
  • the Energy storage units of two adjacent alignments are maintained by holding means 46. Any embodiment of these holding means may be suitable for the proper implementation of the invention.
  • the holding means are composed by elastic collars 46, but they could be forms integrated with the lower part 34, or even electrical energy storage units 20, each of which ci then comprising interlocking means intended to cooperate with the neighboring unit 20.
  • the units 20 have in the embodiment of Figure 2 a generally cylindrical shape of circular section.
  • these units 20 of elongated shape have another section for example of polygonal shape, such as a hexagonal section.
  • the section is oval.
  • the upper part 36 when it has a second tray 48 which caps the upper end 42 of the first tray 34.
  • This second tray may in particular be carrying external connectors, for example a connector 23 for receiving control signals and a connector 25 for receiving a power supply.
  • the second bin 48 is open at its upper end 50, and is intended to receive successively, preferably from bottom to top of the tank 48, the electronic control board 38, an insulating joint 52, and the electronic board 40 power unit comprising the inverter 18 and the DC-DC converter 22, and a cover 54 which covers the upper end 50 of the second tank 48.
  • This cover 54 comprises upper cooling means.
  • the power card 40 is arranged closer to the upper cooling means.
  • the bottom of the second tank 48 is preferably made of electrically insulating material to prevent heating of the storage units.
  • the first tank 34 comprises thermal insulation means of its interior volume of with the ambient air.
  • the heat engine generates a large quantity of heat which, if it is transmitted to the storage units 20, causes a rapid rise in the temperature of the storage units 20.
  • the thermal insulation means are thus made to prevent the transmission of this heat generated by the motor to the storage units 20.
  • the inner faces 60 / of some walls 60 of the first tray 34 are covered by a layer 62 of thermally insulating material, including an insulating foam.
  • the faces 60i are separated from the storage units 20 only by the insulating layer 62.
  • the insulating layer 62 is in direct contact with the interior space containing the storage units 20, without the interposition of additional partition.
  • the first tray 34 is of parallelepipedal shape, it thus comprises a bottom horizontal bottom wall 68, four vertical side walls 60 and an upper wall 70 formed by the bottom of the second tank 48 made of thermally insulating material.
  • the internal faces 60i of the four lateral walls 60 are covered by a layer of insulating material 62.
  • the electronics is offset and the top wall 70 forms a lid.
  • the lower face 70i of the upper wall 70 also carries a layer of insulating material 62.
  • the entire insulating material is thus arranged inside the tank 34, which allows to protect it from various external stresses that can damage it such as shocks, or projections of polluting elements.
  • the distribution of the foam 62 inside the tank 34 is optimal, ensuring a good efficiency of the thermal insulation.
  • FIGS. 4 and 5 show another embodiment of the thermal insulation means according to which at least one wall 60 of the tray 34 is made in such a way that it comprises two parallel partitions 64 which are distant from each other other so that they delimit a closed volume 66 which is isolated from the ambient air.
  • this closed volume 66 is filled with air. It is then the air contained in the closed volume 66 which acts as a thermal insulator.
  • the four side walls 60 are all made so that each has two partitions 64.
  • partitions 64 of the side walls 60 are interconnected so that the volumes 66 of the vertical walls 60 are interconnected and form a single single volume 66 which is isolated from the ambient air and the interior volume. from the first ferry 34.
  • the internal partitions 64 of two consecutive side walls 60 are adjacent, and the external partitions 64 of two adjacent side walls 60 are also adjacent, forming two coaxial cylindrical strips between which is located the single volume 66.
  • the volume 66 between the two walls of a wall 60 of the first tank 34, or the single volume 66 is filled with a thermoregulatory material 72, such as paraffin, which is suitable to absorb a certain amount of heat.
  • FIG. 6 shows another variant embodiment of the invention combining the insulating means by using a layer of insulating material 62 with insulation means by a double partitioning of the side walls 60 of the tray 34, as previously described.
  • the side walls 60 of the first tray 34 each comprise two parallel partitions 64, as previously described, and the internal partition carries on its inner face a layer of thermally insulating material 62.
  • the lower face of the upper wall 70 of the tank 34 is also covered by a layer of thermally insulating material 62.
  • These cooling means 74 make it possible to limit the heating of the storage units 20 when they operate in a phase for which the storage units produce heat.
  • the heat produced by the storage units 20 could accumulate inside the tank 34, causing a significant rise in the temperature of the storage units 20, which may exceed maximum operating temperature of the storage units.
  • the cooling means 74 comprise, for example, at least one cooling chamber traversed by a cooling fluid.
  • the cooling means comprise a metal plate which is connected to a cold source outside the tank 34, for example a fin heat sink or a pipe of the cooling circuit of the vehicle, by means of means for transferring the heat produced by the units 20 such as for example a heat pipe.
  • the cooling means 74 comprise at least one thermoelectric cell with Peltier effect.
  • This cell comprises on the one hand, a cold face arranged inside the tank 34 near or in contact with the storage units 20 and on the other hand, a hot face.
  • the cell is supplied with electricity by the units 20 or the alternator of the vehicle.
  • the cooling means 74 may also include a heatsink, for example metal fins, (see Figure 7).
  • cooling means can be ventilated, that is to say subject to air circulation, especially when the cooling means comprise finned heatsinks.
  • the cooling means can be arranged on one of the lateral faces 60 of the tank 34.
  • the upper face carries the cooling means and the lower face corresponds to the structure of the upper face of FIG.
  • the supply device 10 may comprise only one storage unit 20.

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Abstract

L'invention propose un dispositif (10) d'alimentation électrique pour un véhicule automobile, qui est destiné à relier au moins une machine électrique (12) à une batterie (16) du véhicule, et qui comporte un boîtier (32) dans lequel est agencée au moins une unité de stockage (20) d'énergie électrique, ledit boîtier (32) comportant un bac (34) de réception d'au moins une unité de stockage d'énergie électrique (20), caractérisé en ce que le bac (34) comporte des moyens (62, 72) pour isoler thermiquement ladite au moins une unité de stockage (20) de l'air ambiant extérieur au bac (34).

Description

"Dispositif compact d'alimentation électrique pour un véhicule automobile équipé de moyens d'isolation thermique"
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION
L'invention propose un dispositif d'alimentation électrique pour un véhicule automobile, qui est destiné à relier au moins une machine électrique à une batterie du véhicule, et qui comporte un boîtier dans lequel est agencée au moins une unité de stockage d'énergie électrique, ledit boîtier comportant un bac de réception d'au moins une unité de stockage d'énergie électrique.
ETAT DE LA TECHNIQUE
On connaît de nombreux exemples de dispositifs de ce type.
De tels dispositifs d'alimentation électrique sont par exemple utilisés pour l'alimentation de machines électriques de véhicules automobiles de type électrique et/ou hybride, c'est à dire combinant une machine électrique et un moteur thermique conventionnel, pour lesquels il est important de pouvoir récupérer l'énergie cinétique afin de recharger la batterie du véhicule et d'approvisionner le réseau de bord en puissance électrique. Cette fonction est couramment appelée freinage récupératif. Une batterie de type métal hydrure est par exemple utilisée.
Ces dispositifs d'alimentation électrique posent toutefois de nombreux problèmes.
En effet, les unités de stockage d'énergie subissent de nombreux cycles de charge et de décharge. Par exemple, lorsque le véhicule automobile démarre, il se produit une décharge d'électricité très intense. Par exemple encore, les unités de stockage sont chargées avec un courant électrique de forte intensité lors des périodes de freinage récupératif. Lorsque du courant électrique est libéré, lors des opérations de décharge, ou stocké, lors des opérations de charge, les unités de stockage dégagent de la chaleur. La quantité de chaleur dégagée est proportionnelle à l'intensité du courant électrique qui circule en charge ou en décharge.
De plus, ces cycles de charge et de décharge sont susceptibles de se succéder à un rythme très élevé, notamment lorsque le véhicule roule en ville et que le conducteur est amené à arrêter et à redémarrer fréquemment le véhicule. Or, pour que les unités de stockage puissent stocker efficacement le courant électrique, elles doivent être maintenues dans une plage de températures de fonctionnement qui est bornée par une température maximale de fonctionnement et par une température minimale de fonctionnement. Le dispositif d'alimentation est généralement agencé dans le compartiment moteur du véhicule, c'est-à-dire à proximité du moteur.
Il est connu que le moteur dégage une quantité importante de chaleur qui, si elle est transmise aux unités de stockage, entraîne une montée rapide de la température des unités de stockage.
RESUME DE L'INVENTION
Pour remédier à tous ces inconvénients, l'invention propose un dispositif d'alimentation électrique pour un véhicule automobile du type décrit précédemment, caractérisé en ce que le bac comporte des moyens pour isoler thermiquement ladite au moins une unité de stockage de l'air ambiant extérieur au bac. Selon d'autres caractéristiques non limitatives de l'invention prises isolément ou en combinaison : au moins une paroi du bac comporte deux cloisons qui sont parallèles et qui sont distantes l'une de l'autre de manière à délimiter un volume sensiblement fermé qui est isolé de l'air ambiant et isolé du volume intérieur du bac; les cloisons internes de deux parois consécutives adjacentes sont reliées entre elles et les cloisons externes de deux parois consécutives adjacentes sont reliées entre elles de manière que les volumes délimités par chacune des deux parois consécutives sont reliés entre eux et forment un volume sensiblement fermé ou partiellement fermé, ce volume étant notamment unique; le volume pouvant, le cas échéant, être fermé de manière étanche; le volume fermé est rempli par un gaz, notamment de l'air; - le volume fermé est rempli par un matériau thermorégulateur, liquide ou solide, apte à changer d'état, notamment de manière réversible, à une température donnée et dont la chaleur latente est élevée, notamment de la paraffine; - le bac comporte une paroi inférieure de fond horizontale et une paroi supérieure horizontale, et des parois verticales périphériques, caractérisé en ce que les faces internes des parois verticales et de la paroi supérieure sont recouvertes par une couche de matériau isolant thermiquement; une paroi du bac est connectée thermiquement avec des moyens de dissipation de chaleur; les moyens de dissipation de chaleur comporte des ailettes. Si on le souhaite, le dispositif est refroidi sans l'aide d'une circulation forcée d'un fluide en son sein .
L'invention a encore pour objet un dispositif d'alimentation électrique pour un véhicule automobile, qui est destiné à relier une machine électrique à une batterie du véhicule, et qui comporte un boîtier dans lequel est agencée au moins une unité de stockage d'énergie électrique, ledit boîtier comportant un bac de réception de cette une unité de stockage d'énergie électrique, caractérisé en ce que le bac comporte des moyens pour isoler thermiquement l'unité de stockage de l'air ambiant extérieur au bac, lesdits moyens comprenant l'un au moins: un matériau isolant thermiquement, notamment une mousse isolante, recouvrant au moins une face interne du bac, - au moins un volume sensiblement fermé ou partiellement fermé, ou fermé de manière étanche, délimité par des cloisons du bac et rempli d'un gaz, notamment de l'air, ou d'un matériau thermorégulateur liquide ou solide, capable de changer d'état, notamment de manière réversible, pour absorber une certaine quantité de chaleur lors d'un changement de température du dispositif.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux figures annexées parmi lesquelles : - la figure 1 est un schéma de principe d'un dispositif d'alimentation électrique selon l'invention,
- la figure 2 est une vue éclatée en perspective d'un premier mode de réalisation d'un dispositif d'alimentation électrique selon l'invention, - la figure 3 est une section suivant un plan horizontal du bac représenté à la figure 2, comportant une couche de matériau isolant selon l'invention ;
- la figure 4 est une vue similaire à celle de la figure 3, montrant une variante de réalisation de l'invention selon laquelle les parois latérales du bac comportent chacune deux cloisons parallèles ;
- la figure 5 est une vue similaire à celle de la figure 6, dans laquelle le volume délimité par les parois du bac est rempli par un matériau thermorégulateur ;
- la figure 6 est une section suivant un plan vertical transversal du bac représenté à la figure 2, montrant une variante de réalisation de l'invention combinant différents moyens d'isolation thermique.
DESCRIPTION DETAILLEE DES FIGURES
Dans la description qui va suivre, des chiffres de référence identiques désignent des pièces identiques ou ayant des fonctions similaires.
On a représenté à la figure 1 l'ensemble d'un dispositif 10 d'alimentation électrique pour un véhicule automobile réalisé conformément à l'invention.
Le dispositif 10 est destiné à relier au moins une machine électrique 12 munie de capteurs 14, susceptible de fonctionner en moteur électrique, par exemple pour démarrer le moteur thermique du véhicule, voire entraîner au moins une roue du véhicule et/ou en générateur électrique, par exemple pour récupérer l'énergie cinétique du véhicule lors d'un freinage, à une batterie 16 du véhicule. Cette machine, telle qu'un alterno- démarreur, est dite réversible. Cette machine est prise comme exemple non limitatif pour la suite de la description.
Pour mémoire on rappellera qu'un alterno-démarreur est un alternateur réversible permettant, d'une part, de transformer de l'énergie mécanique en énergie électrique lorsqu'il fonctionne en mode générateur électrique pour notamment recharger une batterie et /ou alimenter les consommateurs d'au moins un réseau de bord du véhicule automobile et d'autre part, de transformer de l'énergie électrique en énergie mécanique lorsqu'il fonctionne en mode moteur électrique, dit mode démarreur, pour notamment démarrer le moteur à combustion interne ou moteur thermique du véhicule automobile et, dans un mode de réalisation, éviter que le moteur thermique cale. Cet alterno-démarreur comporte des moyens de redressement de courant appelés onduleur comportant par exemple des transistors du type MOSFET pilotés par une unité électronique de commande et de contrôle comme décrit par exemple dans les documents FR A 2 745 444 et FR A 2 745 445. Cette unité électronique de commande et de contrôle reçoit des signaux provenant de capteurs de la position angulaire du rotor de la machine et comporte également des pilotes, dits drivers, qui sont des éléments de puissance et qui commandent les transistors du type MOSFET. Ces pilotes, dans un mode de réalisation, appartiennent à un étage de puissance comprenant également les transistors du type MOSFET de l'onduleur constituant un convertisseur électrique réversible de courant alternatif-continu dit « AC/DC » en mode générateur électrique. En mode moteur électrique, les transistors MOSFET de l'onduleur sont pilotés en tout ou rien pour commander en pleine onde les enroulements du stator de la machine ou en variante par une commande à largeurs d'impulsions variables, c'est à dire une technologie de découpage appelé MLI (modulation par largeur d'impulsion) ou PWM en anglais. Les éléments de contrôle appartiennent à un étage de contrôle de plus faible puissance.
Dans un mode de réalisation, l'étage de puissance comprend une carte électronique de puissance portant les éléments de puissance, tels que les transistors du type MOSFET et les drivers, et l'étage de contrôle comprend une carte électronique de commande portant les éléments de contrôle.
Dans ces documents précités l'alterno-démarreur est polyphasé. Dans un mode de réalisation décrit dans les documents WO 02/080334 et WO 03/088471 , l'alterno-démarreur appartient à un agencement pour véhicule automobile comportant au moins deux unités de stockage d'énergie électrique. L'une de ces unités de stockage est une batterie et l'autre un super condensateur c'est-à-dire une capacité de grande valeur appelée Ultra capacité. On notera qu'en mode démarreur (fonctionnement en mode moteur électrique), l'agencement permet d'alimenter l'alterno- démarreur avec une tension supérieure à celle en mode générateur.
Ce type d'agencement permet de récupérer de l'énergie lors du freinage et comporte deux réseaux électriques de distribution, au moins un commutateur ou un circuit à deux interrupteurs et un convertisseur continu-continu, dit convertisseur DC/DC, permettant de convertir des tensions et de fonctionner à deux tensions* différentes.
Pour plus de précisions on se reportera à ces documents sachant que l'onduleur est un convertisseur électronique de courant. Bien entendu, l'agencement peut faire appel à une machine électrique tournante telle qu'un alternateur simple relié électriquement à une batterie.
Dans un mode de réalisation cet alternateur est associé à un démarreur monté en parallèle avec l'alternateur entre une première borne reliée à la masse et une deuxième borne relié à un circuit permettant dans un mode de réalisation de mettre en série deux batteries, par exemple de 12V, pour alimenter le démarreur en 24V au démarrage et de mettre en parallèle ces deux batteries après le démarrage du véhicule automobile. Le dispositif 10 comporte donc au moins un convertisseur électronique 18, 22 et une unité 20 de stockage d'énergie électrique. Ce dispositif comporte deux réseaux électriques, l'un dédié à la puissance (les unités de stockage 20 étant en série) et adapté à la récupération d'énergie, l'autre dédié à l'énergie pour notamment recharger la batterie 16 connectée au réseau de bord du véhicule et/ou alimenter ce réseau de bord.
Dans un premier mode de réalisation non limitatif, le dispositif 10 comporte un convertisseur continu-continu 22 de tension.
Dans un deuxième mode de réalisation non limitatif, le dispositif 10 comporte un onduleur 18. L'onduleur est un convertisseur réversible DC/AC. Il fonctionne en convertisseur AC/DC lorsque la machine est en mode générateur électrique (il est souvent appelé pont redresseur), et en convertisseur DC/AC lorsque la machine est en mode moteur électrique.
Dans un troisième mode de réalisation non limitatif, le dispositif 10 comporte un onduleur 18 et un convertisseur continu- continu 22. Dans un quatrième mode de réalisation, dans l'exemple de réalisation non limitatif qui a été représenté à la figure 1 , le dispositif 10 comporte trois convertisseurs électroniques, à savoir un onduleur 18, un convertisseur continu-continu 22, et en plus un interrupteur bi-position 30 ou deux interrupteurs 30, qui sont reliés entre eux par des connectiques de puissance tels que des bus barres (non représentés).
L'onduleur 18, de manière précitée, est un convertisseur électrique réversible de courant alternatif-continu dit "AC/DC" en mode générateur électrique ou continu alternatif dit "DC/AC" en mode moteur électrique.
Le convertisseur continu-continu 22 permet notamment de convertir une tension côté unité de stockage d'énergie 20, ladite tension se situant dans une plage de valeurs, ici de manière non limitative entre 6V et 35V, en une tension compatible avec celle de la batterie 16, la batterie alimentant un réseau de bord par exemple de l'ordre de 12 volts.
L'interrupteur bi-position 30 (ou les interrupteurs 30) permet quant à lui de déterminer le mode de fonctionnement de la machine électrique 12. Dans l'exemple pris, le mode générateur comprend deux phases : une phase dite alternateur, et une phase dite récupératrice d'énergie, le mode moteur comprend une phase de démarrage et d'assistance dynamique. Le mode de fonctionnement de la machine avec un interrupteur bi-position est le suivant :
- l'interrupteur relie l'onduleur 18 et l'unité de stockage 20 dans le mode moteur, et dans la phase récupératrice d'énergie, - l'interrupteur relie l'onduleur 18 et la batterie 16 dans la phase alternateur.
On notera que dans un autre mode de réalisation, il n'existe pas d'interrupteur.
Le dispositif 10 est à cet effet relié par des câbles 24 à la machine électrique, par des câbles 26 à la batterie, et par des câbles 28 à un réseau d'alimentation électrique du véhicule.
Le dispositif 10 permettant de récupérer l'énergie cinétique du véhicule à l'aide de la machine électrique, cette architecture est plus particulièrement connue sous le nom d'architecture "14+X".
Comme l'illustrent les figures 1 et 2, le dispositif 10 comporte un boîtier unique 32 dans lequel sont agencés le(s) convertisseur(s) électronique(s) 18, 22 et le(s) unité(s) 20 de stockage d'énergie électrique notamment pour réduire les longueurs des connectiques entre ces éléments, de manière à limiter les effets des inductances de liaison.
D'une manière générale, le boîtier 32 comporte une partie inférieure 34, formant un bac 34 de réception d'au moins une unité 20 de stockage d'énergie électrique. Cette partie inférieure 34 est complétée par au moins une partie supérieure 36, coiffant la partie inférieure 34, et recevant au moins une carte électronique de commande 38 et au moins une carte électronique de puissance 40 qui comporte les convertisseur(s) électronique(s) 1 8, 22, 30, c'est à dire l'onduleur 18, le convertisseur continu-continu 22, et l'interrupteur bi-position 30.
Plus particulièrement, la partie inférieure 34 présente la forme d'un premier bac sensiblement parallélépipédique, ouvert à son extrémité supérieure 42, qui reçoit au moins deux unités 20 de stockage d'énergie électrique dits "supercondensateurs" ou
Ultra capacité montées en série.
Dans un premier exemple de réalisation non limitatif, les unités de stockage 20 sont agencées dans le sens de la longueur. Dans un deuxième mode de réalisation non limitatif, les unités de stockage 20 sont agencées dans le sens de la largeur.
Dans un troisième mode de réalisation non limitatif, les unités de stockage 20 sont agencées dans le sens de la hauteur.
Selon une variante de réalisation, les unités de stockage 20 sont agencées pour partie dans le sens de la longueur et pour partie dans le sens de la largeur ou de la hauteur.
Selon les dimensions des unités de stockage 20, on choisira la meilleure disposition des trois modes permettant d'optimiser la place nécessaire pour les composants électroniques intégrés dans le boîtier 32, ici dans l'exemple dans le sens de la hauteur.
Dans une première variante applicable aux trois modes, les unités 20 de stockage d'énergie sont disposées en étages, les unités 20 d'un premier étage étant décalées par rapport au deuxième étage de sorte que deux unités 20 du deuxième étage sont en contact tangentiel avec une même unité 20 du premier étage. Le contact peut être direct ou indirect.
Dans une deuxième variante applicable aux trois modes, telle qu'elle a été représentée sur la figure 2, la partie inférieure reçoit, des alignements axiaux 44 d'unités 20 de stockage d'énergie électrique qui sont agencés dans le sens de la longueur, mais cette disposition n'est pas limitative de l'invention. Les alignements 44 d'unités 20 de stockage d'énergie électrique pourraient en effet être agencés dans le sens de la largeur. Les unités de stockage d'énergie de deux alignements voisins sont maintenues par des moyens de maintien 46. Tout mode de réalisation de ces moyens de maintien peut convenir à la bonne mise en oeuvre de l'invention. Sur les figures, les moyens de maintien sont composés par des colliers élastiques 46, mais il pourrait s'agir de formes intégrées avec la partie inférieure 34, ou encore des unités 20 de stockage d'énergie électriques elles- mêmes, chacune de celles-ci comportant alors des moyens d'emboîtement destinés à coopérer avec l'unité 20 voisine. Les unités 20 ont dans le mode de réalisation de la figure 2 une forme globalement cylindrique de section circulaire.
Bien entendu en variante ces unités 20 de forme allongée ont une autre section par exemple de forme polygonale, telle qu'une section hexagonale. En variante la section est ovale. La partie supérieure 36, quand à elle, comporte un second bac 48 qui coiffe l'extrémité supérieure 42 du premier bac 34.
Ce second bac peut notamment être porteur de connecteurs externes, par exemple un connecteur 23 destiné à recevoir des signaux de commande et un connecteur 25 destiné à recevoir une alimentation en puissance électrique.
Le second bac 48 est ouvert à son extrémité supérieure 50, et il est destiné à recevoir successivement, préférentiellement, du bas vers le haut du bac 48, la carte électronique de commande 38, un joint d'isolation 52, et la carte électronique 40 de puissance comportant l'onduleur 18 et le convertisseur continu-continu 22, et un couvercle 54 qui coiffe l'extrémité supérieure 50 du second bac 48. Ce couvercle 54 comporte des moyens supérieurs de refroidissement. Préférentiellement, la carte de puissance 40 est disposée au plus proche des moyens supérieurs de refroidissement. Ainsi, cette disposition évite de réchauffer les unités de stockage 20 par la chaleur dégagée par la carte de puissance. Le fond du second bac 48 est avantageusement en matière électriquement isolante pour éviter un réchauffement des unités de stockage. Pour encore éviter le réchauffement des unités de stockage 20, qui pourrait être causé par la chaleur dégagée par des composants du véhicule agencés à proximité du dispositif d'alimentation 10, dans le compartiment moteur, le premier bac 34 comporte des moyens d'isolation thermique de son volume intérieur d'avec l'air ambiant.
Par exemple, le moteur thermique génère une quantité importante de chaleur qui, si elle est transmise aux unités de stockage 20, entraîne une montée rapide de la température des unités de stockage 20.
Les moyens d'isolation thermique sont ainsi réalisés de manière à empêcher la transmission de cette chaleur générée par le moteur vers les unités de stockage 20.
Selon un premier mode de réalisation de l'invention représenté à la figure 3, les faces internes 60/ de certaines parois 60 du premier bac 34 sont recouvertes par une couche 62 de matériau isolant thermiquement, notamment une mousse isolante. Dans cet exemple, les faces 6Oi sont séparées des unités de stockage 20 seulement par la couche isolante 62. Autrement dit la couche isolante 62 est en contact direct avec l'espace intérieur contenant les unités de stockage 20, sans interposition de cloison supplémentaire.
Selon le mode de réalisation représenté aux figures, et comme on l'a dit précédemment, le premier bac 34 est de forme parallélépipédique, il comporte ainsi une paroi inférieure horizontale de fond 68, quatre parois latérales verticales 60 et une paroi supérieure 70 formée par le fond du deuxième bac 48 en matière thermiquement isolante.
Ici, comme on l'a représenté à la figure 3, les faces internes 6Oi des quatre parois latérales 60 sont recouvertes par une couche de matériau isolant 62.
Dans un autre mode de réalisation l'électronique est déportée et la paroi supérieure 70 forme un couvercle. Ainsi selon une variante de réalisation représentée à la figure 6, la face inférieure 7Oi de la paroi supérieure 70 porte aussi une couche de matériau isolant 62.
La totalité du matériau isolant est ainsi agencée à l'intérieur du bac 34, ce qui permet de le protéger de diverses sollicitations extérieures pouvant l'endommager telles que des chocs, ou bien des projections d'éléments polluants.
De plus, un tel agencement du matériau isolant 62 à l'intérieur du premier bac 34 permet de limiter le nombre de découpes devant être réalisées dans le matériau isolant 62 pour permettre la fixation et le montage du boîtier 32 sur un élément de structure du véhicule.
Ainsi, la répartition de la mousse 62 à l'intérieur du bac 34 est optimale, garantissant une bonne efficacité de l'isolation thermique.
On a représenté aux figures 4 et 5 un autre mode de réalisation des moyens d'isolation thermique selon lequel au moins une paroi 60 du bac 34 est réalisée de manière qu'elle comporte deux cloisons parallèles 64 qui sont distantes l'une de l'autre de manière qu'elles délimitent un volume fermé 66 qui est isolé de l'air ambiant.
Selon un premier mode de réalisation, ce volume fermé 66 est rempli par de l'air. C'est alors l'air contenu dans le volume fermé 66 qui agit en tant qu'isolant thermique. Selon un mode de réalisation préféré du bac inférieur représenté à la figure 4, les quatre parois latérales 60 sont toutes réalisées de manière que chacune comporte deux cloisons 64.
De plus, les cloisons 64 des parois latérales 60 sont reliées entre elles de manière que les volumes 66 des parois verticales 60 soient reliés entre eux et ne forment qu'un seul volume unique 66 qui est isolé de l'air ambiant et du volume intérieur du premier bac 34.
Pour cela, les cloisons internes 64 de deux parois latérales 60 consécutives sont adjacentes, et les cloisons externes 64 de deux parois latérales 60 consécutives aussi sont adjacentes, formant deux bandes cylindriques coaxiales entre lesquelles est situé le volume unique 66.
Selon une variante de réalisation représentée à la figure 5, le volume 66 entre les deux cloisons d'une paroi 60 du premier bac 34, ou le volume unique 66 est rempli par un matériau thermorégulateur 72, tel que de la paraffine, qui est apte à absorber une certaine quantité de chaleur.
Ici on utilise la chaleur latente du matériau thermorégulateur 72 résultant de son changement d'état (solide- liquide dans le cas de la paraffine) sans changement simultané de température. Le matériau thermorégulateur 72 sert donc à accumuler une quantité de chaleur et à limiter les surchauffes autour d'une température variant faiblement. Ainsi, à sa chaleur de changement d'état le matériau thermorégulateur 72 se liquéfie en absorbant une quantité importante de chaleur latente qu'il restitue ensuite lors de son changement d'état inverse, lorsque la température baisse en dessous de cette température de changement d'état. On a représenté à la figure 6 une autre variante de réalisation de l'invention combinant les moyens d'isolation par utilisation d'une couche de matériau isolant 62 avec des moyens d'isolation par un double cloisonnement des parois latérales 60 du bac 34, tels que décrits précédemment. Ainsi, les parois latérales 60 du premier bac 34 comportent chacune deux cloisons 64 parallèles, comme décrit précédemment, et la cloison interne porte sur sa face interne une couche du matériau isolant thermiquement 62.
De plus, selon cette variante, la face inférieure de la paroi supérieure 70 du bac 34 est aussi recouverte par une couche de matériau isolant thermiquement 62.
Seule la paroi inférieure 68 du bac 34 ne porte aucun moyen d'isolation thermique. Par contre, elle est connectée thermiquement avec des moyens 74 de refroidissement qui sont agencés , à l'extérieur du bac 34, de manière à permettre un échange de chaleur entre les unités de stockage 20 et les moyens 74 de refroidissement.
Ces moyens de refroidissement 74 permettent de limiter réchauffement des unités de stockage 20 lorsqu'elles fonctionnent dans une phase pour laquelle les unités de stockage produisent de la chaleur.
En effet, en l'absence de moyens de refroidissement, la chaleur produite par les unités de stockage 20 risquerait de s'accumuler à l'intérieur du bac 34, causant une montée importante de la température des unités de stockage 20, pouvant dépasser la température maximale de fonctionnement des unités de stockage.
Les moyens de refroidissement 74 comportent par exemple, au moins une chambre de refroidissement parcourue par un fluide de refroidissement
Selon une variante de réalisation, les moyens de refroidissement comportent une plaque métallique qui est reliée à une source froide extérieure au bac 34, par exemple un dissipateur à ailettes ou une conduite du circuit de refroidissement du véhicule, par l'intermédiaire de moyens pour transférer la chaleur produite par les unités 20 tels que par exemple un caloduc.
Selon une autre variante de réalisation, les moyens de refroidissement 74 comportent au moins une cell ule thermoélectrique à effet Peltier.
Cette cellule comporte d'une part, une face froide agencée à l'intérieur du bac 34 à proximité ou en contact avec les unités de stockage 20 et d'autre part, une face chaude. La cellule est alimentée en électricité par les unités 20 ou l'alternateur du véhicule.
En inversant le sens de la circulation du courant électrique il est possible de réchauffer les unités de stockage 20. Les moyens de refroidissement 74 peuvent aussi comporter un dissipateur, par exemple métallique, à ailettes (voir figure 7).
Toutes les combinaisons sont possibles. Bien entendu les moyens de refroidissement peuvent être ventilés, c'est-à-dire soumis à une circulation d'air, notamment lorsque les moyens de refroidissement comportent des dissipateurs à ailettes.
Il sera compris que l'invention n'est pas limitée à ces seuls moyens de refroidissement.
Il sera aussi compris que des inversions mécaniques simples peuvent constituer des variantes de réalisation de l'invention. Par exemple, les moyens de refroidissement peuvent être agencés sur l'une des faces latérales 60 du bac 34. En variante la face supérieure porte les moyens de refroidissement et la face inférieure à la structure de la face supérieure de la figure 6.
Bien entendu, selon encore une variante, le dispositif d'alimentation 10 peut ne comporter qu'une seule unité de stockage 20.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Dispositif (10) d'alimentation électrique pour un véhicule automobile, qui est destiné à relier une machine électrique (12) à une batterie (16) du véhicule, et qui comporte un boîtier (32) dans lequel est agencée au moins une unité de stockage (20) d'énergie électrique, ledit boîtier (32) comportant un bac (34) de réception de cette une unité de stockage d'énergie électrique (20), caractérisé en ce que le bac (34) comporte des moyens (62, 72) pour isoler thermiquement l'unité de stockage (20) de l'air ambiant extérieur au bac (34), lesdits moyens (62, 72) comprenant l'un au moins :
- un matériau isolant thermiquement, notamment une mousse isolante (62), recouvrant au moins une face interne (6Oi) du bac (34),
- au moins un volume sensiblement fermé (66) ou partiellement fermé, ou fermé de manière étanche, délimité par des cloisons (64) du bac (34) et rempli d'un gaz, notamment de l'air, ou d'un matériau thermorégulateur (72) liquide ou solide, capable de changer d'état, notamment de manière réversible, pour absorber une certaine quantité de chaleur lors d'un changement de température du dispositif.
2. Dispositif (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que au moins une paroi (60) du bac (34) comporte deux cloisons (64) qui sont parallèles et qui sont distantes l'une de l'autre de manière à délimiter un volume fermé (66) qui est isolé de l'air ambiant et isolé du volume intérieur du bac (34).
3. Dispositif (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les cloisons internes (64) de deux parois (60) consécutives adjacentes sont reliées entre elles et les cloisons externes (64) de deux parois (60) consécutives adjacentes sont reliées entre elles de manière que les volumes (66) délimités par chacune des deux parois consécutives sont reliés entre eux et forment un volume (66) fermé unique.
4. Dispositif (1 0) selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le volume fermé (66) est rempli par de l'air.
5. Dispositif (10) selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le volume fermé (66) est rempli par un matériau (72) thermorégulateur apte à changer d'état à une température donnée et dont la chaleur latente est élevée, notamment de la paraffine.
6. Dispositif (1 0) selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, du type dans lequel le bac (34) comporte une paroi inférieure (68) de fond horizontale et une paroi supérieure horizontale (70), et des parois verticales périphériques (60), caractérisé en ce que les faces internes (6Oi, 7Oi) des parois verticales (60) et de la paroi supérieure (70) sont recouvertes par une couche de matériau isolant thermiquement (62).
7. Dispositif (1 0) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une paroi (68) du bac (34) est connectée thermiquement avec des moyens de dissipation de chaleur (74).
8. Dispositif (10) selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de dissipation de chaleur (74) comporte des ailettes (100).
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