WO2021191193A1 - Circuit de refroidissement pour logement electronique avec module de puissance - Google Patents

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WO2021191193A1
WO2021191193A1 PCT/EP2021/057398 EP2021057398W WO2021191193A1 WO 2021191193 A1 WO2021191193 A1 WO 2021191193A1 EP 2021057398 W EP2021057398 W EP 2021057398W WO 2021191193 A1 WO2021191193 A1 WO 2021191193A1
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cooling circuit
protuberances
turbulent
electronic assembly
power module
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PCT/EP2021/057398
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English (en)
Inventor
Gregory Hodebourg
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Valeo Systemes De Controle Moteur
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/20927—Liquid coolant without phase change

Definitions

  • the present invention relates to the cooling of the electronic assembly of the electric motor of an electric or hybrid motor vehicle.
  • the electronic assembly arranged in an electronic housing, comprises at least one power module the temperature of which rises during its operation, the value of the rise in this temperature being linked to the dimensioning of the power module.
  • the increase in temperature will create significant damage to the power module itself and to the other elements of the electronic assembly.
  • the cooling circuit is arranged under the power module and comprises on the internal surface in contact with the support of the power module bosses which make it possible to increase the exchange surface.
  • this solution creates turbulence in the flow of the coolant which increases the Reynolds coefficient and therefore increases the heat exchange with the coolant.
  • the object of the present invention is therefore to alleviate one or more of the drawbacks of the devices of the prior art by proposing a water circuit comprising additional internal protuberances, the configuration of which improves heat exchanges, and consequently limits the damage due to the effects. thermal by lowering the temperature.
  • the present invention proposes an electronic assembly comprising an electronic housing and a cooling circuit closed by a cover, in which a cooling fluid circulates, the cooling circuit comprising primary protuberances on its internal surface, the cooling circuit comprising at the same time. minus one secondary turbulent protuberance disposed on the internal face of the cover. This secondary turbulent outgrowth makes it possible to detach the cooling fluid from the surface of the cover and to disturb the turbulence created by the primary outgrowths. Which increases heat exchange.
  • the electronic assembly comprises a power module.
  • the cooling circuit comprises at least two secondary turbulent protuberances.
  • the cover is arranged in a plane parallel to a face of the cooling circuit in contact with the support surface of the housing.
  • the secondary turbulent protuberances are formed directly from the wall of the cooling circuit cover, either by stamping or by overmolding of the foundry.
  • the secondary turbulent protuberances are arranged in staggered rows.
  • the secondary turbulent protuberances are interposed with the primary protuberances
  • the secondary turbulent protuberances are arranged under the power module or all along the cooling circuit.
  • the number and the size of the secondary turbulent protuberances are defined as a function of the size of the cooling circuit.
  • the invention also relates to the use of the assembly according to the invention in an electric or hybrid vehicle.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a cross-sectional view of an electronic housing with a cooling circuit according to the invention
  • FIG. 2 is a schematic representation of a longitudinal sectional view of part of a cooling circuit according to the invention.
  • the [Fig. 1] illustrates an electronic assembly 100 comprising an electronic housing 1 with a cooling circuit 2 according to the invention.
  • the electronic housing 1 comprises at least one power module 3 connected to a printed circuit. According to one embodiment of the invention, the electronic housing 1 comprises components of the power electronics. According to another embodiment of the invention, the electronic housing 1 comprises components of the control electronics.
  • the power module 3 is arranged on a support surface 4, of the electronic housing 1, in contact with the cooling circuit 2.
  • the cooling circuit 2 is thus arranged so as to allow cooling of the electronic components and more particularly of the power module 3.
  • the cooling circuit 2 is formed by a channel 21 formed in the body 22 of the circuit 2.
  • the cooling circuit 2 is formed by a circular channel 21.
  • the cooling circuit 2 is formed by a channel 21 in the form of a parallelepiped or any form compatible with the operation of the cooling circuit 2.
  • the cooling circuit 2 is made of aluminum.
  • the cooling circuit 2 is traversed by a cooling fluid 6.
  • the cooling fluid 6 is water.
  • the cooling fluid 6 is a water-glycol mixture.
  • the cooling circuit 2 comprises on its internal surface 22 primary protuberances 21 also called spikes.
  • the internal surface 22 is defined by the surface of the circuit 2 in contact with the cooling fluid 6.
  • the primary growths 21 are arranged so as to generate turbulence within the cooling liquid 6.
  • the primary protuberances 21 are arranged on the face 25 in contact with the support surface 4 of the housing 1.
  • the cooling circuit 2 is closed by a cover 5.
  • the cover 5 is arranged in a plane parallel to that of the support 4 of the power module 3, that is to say a plane parallel to the face 25 in contact with the surface 4 housing bracket 1.
  • the cover 5 is arranged in a plane forming an angle between zero and less than 90 degrees with the plane of the support 4 of the power module 3.
  • the internal surface 23 of the cover 5 of the cooling circuit 2 comprises at least one secondary turbulent protuberance 24.
  • the circuit 2 comprises at least two turbulent protuberances 24.
  • the secondary turbulent protuberances 24 are formed directly from the wall of the cooling circuit 2 cover 5, either by stamping or by overmolding of the foundry.
  • the secondary turbulent outgrowths 24 are staggered.
  • the secondary turbulating protuberances 24 are interposed with the primary protuberances 21 in order to force the fluid to slalom between the secondary turbulent protuberances 24. Slaloming improves the rally.
  • the secondary turbulating growths 24 are thus placed on the outside of the path of the fluid in order to force the water to turbulate.
  • the secondary turbulating growths 24 make it possible to detach the cooling fluid from the internal surface 23 of the cover 5.
  • the projections secondary turbulators 24 disturb the turbulence created by the primary growths 21. This increases the heat exchange.
  • the secondary turbulent protuberances 24 are arranged on part of the circuit. More precisely, the growths Secondary turbulators 24 are arranged under the power module 3. According to one embodiment of the invention, the secondary turbulators 24 are arranged all along the cooling circuit 2.
  • the number and size of the secondary turbulent growths 24 are defined as a function of the size of the cooling circuit 2.
  • the number and size of the secondary turbulent outgrowths 24 are defined so as to allow optimum turbulence 20 of the cooling fluid.
  • the invention also relates to the use of the assembly 100 according to the invention in an electric or hybrid vehicle.
  • the scope of the present invention is not limited to the details given above and allows embodiments in many other specific forms. without departing from the scope of the invention. Therefore, the present embodiments should be considered by way of illustration, and may be modified without, however, departing from the scope defined by the claims.

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Abstract

Ensemble (100) électronique comportant un logement (1) électronique et un circuit (2) de refroidissement fermé par un capot (5), dans lequel circule un fluide de refroidissement, le circuit (2) de refroidissement comportant sur sa surface (22) interne des excroissances (21) primaires, le circuit de refroidissement (2) comportant au moins une excroissance turbulatrice (24) secondaire disposée sur la face interne du capot (5).

Description

Description
Titre de l'invention : Circuit de refroidissement pour logement électronique avec module de puissance
La présente invention concerne le refroidissement de l'ensemble électronique du moteur électrique d'un véhicule automobile électrique ou hybride.
L'ensemble électronique, disposé dans un logement électronique, comporte au moins un module de puissance dont la température s'élève lors de son fonctionnement, la valeur de l'élévation de cette température étant liée au dimensionnement du module de puissance.
L'augmentation de température va créer des dommages importants au niveau du module de puissance lui-même et au niveau des autres éléments de l'ensemble électronique.
Pour limiter ces effets thermiques, il est connu d'utiliser un circuit de refroidissement du logement électronique. Le circuit de refroidissement est disposé sous le module de puissance et comporte sur la surface interne en contact avec le support du module de puissance des bossages qui permettent d'augmenter la surface d'échange. De plus, cette solution crée de la turbulence dans l'écoulement du liquide de refroidissement ce qui augmente le coefficient de Reynolds et donc augmente l'échange thermique avec le liquide refroidissement.
Un problème avec ce type de circuit de refroidissement provient du fait qu'une grande partie du fluide de refroidissement minimise la perte de charge en suivant la paroi opposée à celle où sont disposés les bossages, l'effet de ces derniers est donc minimisé.
La présente invention a donc pour objet de pallier un ou plusieurs des inconvénients des dispositifs de l'art antérieur en proposant un circuit d'eau comportant des excroissances supplémentaires internes dont la configuration améliore les échanges thermiques, et par conséquent limite les dommages dus aux effets thermiques en abaissant la température. Pour cela la présente invention propose un ensemble électronique comportant un logement électronique et un circuit de refroidissement fermé par un capot, dans lequel circule un fluide de refroidissement, le circuit de refroidissement comportant sur sa surface interne des excroissances primaires, le circuit de refroidissement comportant au moins une excroissance turbulatrice secondaire disposée sur la face interne du capot. Cette excroissance turbulatrice secondaire permet de décoller le fluide de refroidissement de la surface du capot et de perturber les turbulences crées par les excroissances primaires. Ce qui augmente l'échange thermique.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'ensemble électronique comporte un module de puissance.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le circuit de refroidissement comporte au moins deux excroissances turbulatrices secondaires.
L'augmentation du nombre d'excroissance augmente les perturbations et les échanges thermiques. Selon un mode de réalisation de l'invention, le capot est disposé dans un plan parallèle à une face du circuit de refroidissement en contact avec la surface support du logement. Selon un mode de réalisation de l'invention, les excroissances turbulatrices secondaires sont formées directement à partir de la paroi du capot circuit de refroidissement, soit par emboutissage, soit par surmoulage de la fonderie. Selon un mode de réalisation de l'invention, les excroissances turbulatrices secondaires sont disposées en quinconce.
Selon un mode de réalisation de l'invention, les excroissances turbulatrices secondaires sont intercalées avec les excroissances primaires
Selon un mode de réalisation de l'invention, les excroissances turbulatrices secondaires sont disposées sous le module de puissance ou tout le long du circuit de refroidissement. Selon un mode de réalisation de l'invention, le nombre et la taille des excroissances turbulatrices secondaires sont définis en fonction de la taille du circuit de refroidissement.
L'invention concerne également l'utilisation de l'ensemble selon l'invention dans un véhicule électrique ou hybride.
- la [Fig. 1] est une représentation schématique d'une vue en coupe transversale d'un logement électronique avec circuit de refroidissement selon l'invention,
- la [Fig. 2] est une représentation schématique d'une vue en coupe longitudinale d'une partie d'un circuit de refroidissement selon l'invention. La [Fig. 1] illustre un ensemble 100 électronique comportant un logement 1 électronique avec un circuit 2 de refroidissement selon l'invention.
Le logement 1 électronique comprend au moins un module 3 de puissance connecté à un circuit imprimé. Selon un mode de réalisation de l'invention, le logement 1 électronique comprend des composants de l'électronique de puissance. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le logement 1 électronique comprend des composants de l'électronique de commande.
Le module de puissance 3 est disposé sur une surface de support 4, du logement 1 électronique, en contact avec le circuit 2 de refroidissement.
Le circuit 2 de refroidissement est ainsi disposé de façon à permettre le refroidissement des composants électroniques et plus particulièrement du module 3 de puissance.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le circuit 2 de refroidissement est formé par un canal 21 formé dans le corps 22 du circuit 2.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le circuit 2 de refroidissement est formé par un canal 21 circulaire.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le circuit 2 de refroidissement est formé par un canal 21 en forme de parallélépipède ou toutes formes compatibles avec le fonctionnement du circuit 2 de refroidissement.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le circuit 2 de refroidissement est en aluminium.
Le circuit 2 de refroidissement est parcouru par un fluide 6 de refroidissement. Selon un mode de réalisation de l'invention, le fluide 6 de refroidissement est de l'eau. Selon un mode de réalisation de l'invention, le fluide 6 de refroidissement est un mélange eau- glycol.
Le circuit 2 de refroidissement comporte sur sa surface 22 interne des excroissances 21 primaires également appelés picots. La surface 22 interne est définie par la surface du circuit 2 en contact avec le fluide 6 de refroidissement.
Les excroissances 21 primaires sont disposées de façon à générer des turbulences au sein du liquide 6 de refroidissement. Les excroissances 21 primaires sont disposées sur la face 25 en contact avec la surface 4 support du logement 1. Dans le cadre de l'invention, le circuit 2 de refroidissement est fermé par un capot 5.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le capot 5 est disposé dans un plan parallèle à celui du support 4 du module de puissance 3, c'est-à-dire un plan parallèle à la face 25 en contact avec la surface 4 support du logement 1.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le capot 5 est disposé dans un plan formant un angle compris entre zéro et moins de 90 degrés avec le plan du support 4 du module de puissance 3.
La surface interne 23 du capot 5 du circuit 2 de refroidissement comporte au moins une excroissance turbulatrice 24 secondaire. Selon un mode de réalisation de l'invention, le circuit 2 comporte au moins deux excroissances turbulatrices 24.
Selon un mode de réalisation de l'invention, les excroissances turbulatrices 24 secondaires sont formées directement à partir de la paroi du capot 5 circuit 2 de refroidissement, soit par emboutissage, soit par surmoulage de la fonderie.
Selon un mode de réalisation de l'invention illustré [Fig. 2], les excroissances turbulatrices 24 secondaires sont disposées en quinconce.
Selon un mode de réalisation, les excroissances turbulatrices 24 secondaires sont intercalées avec les excroissances 21 primaires afin de forcer le fluide à slalomer entre les excroissances turbulatrices 24 secondaires. Le fait de slalomer permet d'améliorer l'échange.
Les excroissances turbulatrices 24 secondaires sont ainsi disposées sur l'extérieur de la trajectoire du fluide afin de forcer l'eau à turbuler Les excroissances turbulatrices 24 secondaires permettent de décoller le fluide de refroidissement de la surface interne 23 du capot 5. De plus les excroissances turbulatrices 24 secondaires perturbent les turbulences crées par les excroissances 21 primaires. Cela augmente l'échange thermique.
En effet, ces excroissances turbulatrices 24 secondaires perturbent l'écoulement afin d'augmenter le coefficient de Reynolds et optimisent alors l'échange de chaleur des excroissances qui sont sous le module de puissance.
Selon un mode de réalisation de l'invention, les excroissances turbulatrices 24 secondaires sont disposées sur une partie du circuit. Plus précisément, les excroissances turbulatrices 24 secondaires sont disposées sous le module de puissance 3. Selon un mode de réalisation de l'invention, les excroissances turbulatrices 24 secondaires sont disposées tout le long du circuit 2 de refroidissement.
Le nombre et la taille des excroissances turbulatrices 24 secondaires sont définis en fonction de la taille du circuit 2 de refroidissement.
Le nombre et la taille des excroissances turbulatrices 24 secondaires sont définies de façon à permettre une turbulence 20 optimale du fluide de refroidissement.
L'invention concerne également l'utilisation l'ensemble 100 selon l'invention dans un véhicule électrique ou hybride La portée de la présente invention ne se limite pas aux détails donnés ci-dessus et permet des modes de réalisation sous de nombreuses autres formes spécifiques sans s'éloigner du domaine d'application de l'invention. Par conséquent, les présents modes de réalisation doivent être considérés à titre d'illustration, et peuvent être modifiés sans toutefois sortir de la portée définie par les revendications.

Claims

Revendications
1. Ensemble (100) électronique comportant un logement (1) électronique et un circuit (2) de refroidissement fermé par un capot (5), dans lequel circule un fluide de refroidissement, le circuit (2) de refroidissement comportant sur sa surface (22) interne des excroissances (21) primaires, caractérisé en ce que le circuit de refroidissement (2) comporte au moins une excroissance turbulatrice (24) secondaire disposée sur la face interne (23) du capot (5).
2. Ensemble (100) électronique selon la revendication 1 comportant un module de puissance (3).
3. Ensemble (100) électronique selon une des revendications 1 ou 2, dans lequel le circuit (2) de refroidissement comporte au moins deux excroissances turbulatrices (24) secondaires.
4. Ensemble (100) électronique selon une des revendications 1 à 3, dans lequel le capot (5) est disposé dans un plan parallèle à une face (25) du circuit (2) de refroidissement en contact avec la surface (4) support du logement (1).
5. Ensemble (100) électronique selon une des revendications 1 à 4, dans lequel les excroissances turbulatrices (24) secondaires sont formées directement à partir de la paroi du capot (5) du circuit (2) de refroidissement, soit par emboutissage, soit par surmoulage de la fonderie.
6. Ensemble (100) électronique selon une des revendications 1 à 5, dans lequel les excroissances turbulatrices (24) secondaires sont disposées en quinconce.
7. Ensemble (100) électronique selon une des revendications 1 à 6, dans lequel les excroissances turbulatrices (24) secondaires sont intercalées avec les excroissances (21) primaires
8. Ensemble (100) électronique selon une des revendication 2 à 7, dans lequel les excroissances turbulatrices (24) secondaires sont disposées sous le module (3) de puissance ou tout le long du circuit (2) de refroidissement.
9. Ensemble (100) électronique selon une des revendications 1 à 8, dans lequel le nombre et la taille des excroissances turbulatrices (24) secondaires sont définis en fonction de la taille du circuit (2) de refroidissement.
10. Utilisation de l'ensemble (100) selon une des revendications 1 à 9 dans un véhicule électrique ou hybride.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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FR3129266A1 (fr) * 2021-11-16 2023-05-19 Valeo Systemes De Controle Moteur Ensemble électronique comportant un système de refroidissement amélioré
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GB2536051A (en) * 2015-03-06 2016-09-07 Hiflux Ltd Heatsink

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