WO2024003321A1 - Système électrique avec circuit de refroidissement d'un module de puissance - Google Patents

Système électrique avec circuit de refroidissement d'un module de puissance Download PDF

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WO2024003321A1
WO2024003321A1 PCT/EP2023/067937 EP2023067937W WO2024003321A1 WO 2024003321 A1 WO2024003321 A1 WO 2024003321A1 EP 2023067937 W EP2023067937 W EP 2023067937W WO 2024003321 A1 WO2024003321 A1 WO 2024003321A1
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WO
WIPO (PCT)
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bus bar
cooling
housing
segment
electrical system
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/067937
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English (en)
Inventor
David CRAVO
Olivier Gilet
Original Assignee
Valeo Eautomotive France Sas
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Publication date
Application filed by Valeo Eautomotive France Sas filed Critical Valeo Eautomotive France Sas
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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
    • H05K7/14—Mounting supporting structure in casing or on frame or rack
    • H05K7/1422—Printed circuit boards receptacles, e.g. stacked structures, electronic circuit modules or box like frames
    • H05K7/1427—Housings
    • H05K7/1432—Housings specially adapted for power drive units or power converters
    • 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

  • TITLE ELECTRICAL SYSTEM WITH COOLING CIRCUIT OF A POWER MODULE
  • the present invention relates to an electrical system with a cooling circuit of a power module.
  • the invention also relates to an inverter and a mobility device comprising such an electrical system.
  • a cooling circuit of the power module comprising a cooling box defining a flow channel for a cooling liquid; and a housing in which the switching cell is positioned.
  • an electrical system comprising: a switching cell comprising:
  • a cooling circuit of the power module comprising a cooling housing defining a flow channel for a cooling liquid, a cooling liquid inlet conduit into the cooling housing and an outlet conduit for the cooling liquid cooling outside the housing cooling, the inlet duct and the outlet duct each having a segment, the segment of the inlet duct and the segment of the outlet duct projecting substantially parallel to each other in the same direction; and a housing in which the switching cell is positioned, the housing having two passage openings, the segment of the inlet conduit being inserted into one of the two passage openings and the segment of the outlet conduit being inserted into the other of the two passage openings.
  • the input and output conduits make it possible to position the switching cell relative to the housing, which avoids having to provide specific positioning means.
  • the invention may also include one or more of the following optional characteristics, according to all technically possible combinations.
  • the switching cell is fixed to the housing.
  • the cooling box has an upper cooling face and a lower cooling face, both cooled by the flow of the cooling liquid in the channel, the power module being pressed against the upper face cooling to be cooled and the inlet duct segment and the outlet duct segment project vertically downward.
  • the segment of the inlet conduit and/or the segment of the outlet conduit have, outside the housing, an end designed to be connected to a cooling liquid circulation system.
  • connection of the cooling circuit is made outside the general housing, so as to reduce the risk of leaks in the general housing in the event of poor sealing of this connection.
  • the openings are each provided with a seal.
  • each opening is provided with a seal placed between said opening and the segment inserted in said opening.
  • the power module is designed to carry out a transformation between a direct voltage and an alternating voltage.
  • the switching cell further comprises a first bus bar, called the upper bus bar, and a second bus bar, called the lower bus bar, connected to the power module in order to distribute a direct voltage to the latter, the upper and lower bus bar each comprising a first plate, at least one capacitor with two terminals respectively soldered to the first and second bus bar, and a support for the upper and lower bus bar having a fixing pin, the first plate of the upper bus bar having an opening for receiving the fixing pin, the latter being bolted to fix the first plate of the upper bus bar to the support.
  • the support of the upper and lower bus bar have fixing pins and the first plate of the upper bus bar has openings for receiving the fixing pins, the latter being doweled to fix the first plate. the upper bus bar to the bracket.
  • each fixing pin is received respectively in a different reception opening.
  • the switching cell further comprises a first bus bar, called the upper bus bar, a second bus bar, called the lower bus bar, connected to the power module in order to distribute a direct voltage to the latter, the upper busbar and the lower busbar each comprising a first plate, at least one capacitor with two terminals respectively soldered to the first and the second busbar, the upper busbar and the lower busbar being stacked one on top of the other and a support for the upper and lower bus bar comprising a bottom on which the first plates of the stacked bus bars extend, the first plate of the lower bus bar having an opening leaving visible a part, called connection, of the first plate of the upper bus bar and the bottom having an opening leaving visible a part, called a connection part, of the first plate of the lower bus bar and at least part of the opening of the first plate of the lower bus bar, in order to connect, on the one hand, a first terminal of the capacitor to the connection part of the lower bus bar through the bottom opening and, on the other hand, a second terminal of the capacitor
  • said two terminals of said at least one capacitor are respectively soldered to the first plate of the first and the second bus bar.
  • the cooling housing has an upper cooling face and a lower cooling face, both cooled by the flow of the cooling liquid in the channel, the power module being pressed against the face upper cooling face to be cooled and the first plate of the upper bus bar being in thermal contact with the lower cooling face to be cooled.
  • the upper bus bar and the lower bus bar are stacked on top of each other and the first plate of the lower bus bar is held between the first plate of the upper bus bar and the support.
  • the lower bus bar is designed to present a high electrical potential and the upper bus bar is designed to present a low electrical potential.
  • the support comprises a bottom on which the first plates of the stacked bus bars extend, in which the first plate of the lower bus bar has an opening leaving visible a part, called connection part, of the first plate of the upper bus bar and in which the bottom has an opening leaving visible a part, called a connection part, of the first plate of the lower bus bar and at least part of the opening of the first plate of the bus bar lower in order to connect, on the one hand, a first terminal of the capacitor to the connection part of the lower bus bar through the bottom opening and, on the other hand, a second terminal of the capacitor to the connection part of the upper bus bar through the bottom opening and the lower bus bar opening.
  • a first insulating layer is inserted between the first plates of the upper and lower bus bars.
  • a second insulating layer is positioned between the top of the first plate of the upper bus bar and the lower face of the cooling housing.
  • connection part of the first plate of the lower bus bar has a reduced thickness compared to the rest of the first plate of the lower bus bar.
  • the first plate of the upper bus bar has a boss extending into the opening of the first plate of the lower bus bar.
  • the boss has a flat lower connecting wall having a reduced thickness compared to the rest of the first plate of the upper bus bar.
  • the support has a positioning pin for the first plate of the lower bus bar
  • the positioning pin is arranged so as to hold the first plate of the lower bus bar in place perpendicular to the fixing pin.
  • the positioning pin extends parallel to the fixing pin.
  • the positioning pin enters an opening in the first plate of the lower bus bar and allows the lower bus bar to be held in place.
  • the support has positioning pins for the first plate of the lower bus bar.
  • the positioning pins are arranged so as to hold the first plate of the lower bus bar in place perpendicular to the fixing pins.
  • the positioning pins extend parallel to the fixing pins.
  • each positioning pin enters a respective opening in the first plate of the lower bus bar and allows the lower bus bar to be held in place.
  • a mobility device comprising a voltage converter according to the second aspect of the invention or an electrical system according to the first aspect of the invention.
  • a mobility device is for example a motorized land vehicle, a train, an aircraft or a drone.
  • a motorized land vehicle is for example a motor vehicle, a motorcycle, a motorized bicycle or a motorized wheelchair.
  • a method of assembling an electrical system comprising: positioning the switching cell in the housing by inserting the segment of the input conduit and the output conduit in the passage openings to guide the positioning of the switching cell within the housing; then fixing the switching cell to the housing.
  • Figure 1 is a sectional view of an example of a switching cell in which the invention is implemented
  • Figure 2 is a three-dimensional view of the switching cell
  • Figure 3 is a three-dimensional view of the switching cell, with a map of control, a cover and a spring system removed
  • Figure 4 is a three-dimensional view of a capacitor of the switching cell
  • Figure 5 is a block diagram of a process for manufacturing the capacitor
  • Figure 6 is a three-dimensional view in section of bus bars and a support of the bus bars of the switching cell
  • Figure 7 is a three-dimensional view of the bus bars, their support and capacitors of the switching cell, where fixing pins are visible, before their bolting
  • Figure 8 is a view similar to Figure 7, after bolting the fixing pins
  • Figure 9 is a three-dimensional view of the underside of the bar support bus
  • Figure 10 is a three-dimensional and sectional view of the bus
  • the switching cell 100 firstly comprises several power modules 102.
  • three power modules 102 are provided.
  • the power modules 102 are for example placed next to each other.
  • the switching cell 100 further comprises an electronic card 104 for controlling the power modules 102.
  • the electronic control card 104 extends for example above the power modules 102.
  • the switching cell 100 further comprises a circuit 106 for cooling the power modules 102.
  • the cooling circuit 106 comprises a cooling housing 108 defining a channel 110 for the flow of the cooling liquid.
  • the cooling box 108 has an upper cooling face 112 and a lower cooling face 113, both cooled by the flow of the cooling liquid in the channel 110.
  • the power modules 102 are thus pressed against the upper face of cooling 112 to be cooled.
  • the switching cell 100 comprises for example first of all a cover 114 extending above the power modules 102, for example between the electronic control card 104 and the power modules 102.
  • the cover 114 is fixed to the cooling box 108, for example by screws.
  • the switching cell 100 further comprises a spring system interposed between the cover 114 and the power modules 102. This spring system is thus designed to rest on the cover 114 and push the power modules 102 towards the upper cooling face 112.
  • the spring system comprises for example, for each power module 102, a flexible blade 116, compressed between the cover 114 and the power module 102.
  • the cooling circuit 106 further comprises a conduit 118 for entering the coolant into the cooling casing 108 and a conduit 120 for exiting the cooling liquid from the cooling casing 108.
  • the conduits 118, 120 are for example located respectively to the right and left of the cooling box 108 and project vertically towards the bottom of the latter.
  • the switching cell 100 further comprises a so-called positive bus bar 128 and a so-called negative bus bar 130, stacked one on top of the other.
  • One of the two bus bars 128, 130 thus forms a lower bus bar, while the other forms an upper bus bar.
  • the so-called positive bus bar 130 and the so-called negative bus bar 128 each comprise a first plate and a second plate, the first plate being in material continuity with the second plate.
  • the first plate of each of the two bus bars is a flat plate.
  • the first plate of the positive bus bar 128 extends under the first plate of the negative bus bar 130 and the first plate of the negative bus bar 130 extends under the cooling housing 108.
  • the positive bus bar 128 forms the lower bus bar and the negative bus bar 130 forms the upper bus bar.
  • the reverse configuration is also possible.
  • the second plate of the positive bus bar 128 and the second plate of the negative bus bar 130 extend along one side of the cooling housing 108.
  • the positive bus bar 128 is designed to present a high electrical potential, while the negative bus bar 130 is designed to present a low electrical potential, lower than the high electrical potential, so that the bus bars 128, 130 are designed to present, between them, a direct voltage UDC- [0056]
  • the bus bars 128, 130 are both connected, via at least one connection terminal extending from their second plate, to each of the power modules 102 in order to distribute to the latter the direct voltage UDC-
  • the switching cell 100 comprises for example a support 132, in particular made of electrical insulating material, for example plastic. More precisely, the support 132 has a bottom 134 on which the first plates of the bus bars 128, 130 extend.
  • the support 132 is fixed to the cooling housing 108 so that the first plates of the bus bars 128, 130 extend between the lower cooling face 113 of the cooling housing 108 and the bottom 134 of the support 132.
  • the bus bars 128, 130 can thus be cooled through the lower cooling face 113.
  • the switching cell 100 further comprises capacitors 136 each comprising two terminals 138, 140 respectively connected to the bus bars 128, 130 to receive the direct voltage UDC. These capacitors 136 are designed to smooth the direct voltage UDC and are generally called in English “DC link capacitor”.
  • the capacitors 136 are for example placed under the bus bars 128, 130 and in particular under the bottom 134 of the support 132, their terminals 138, 140 passing through the bottom 134 of the support to reach the bus bars 128, 130, like this will be described in more detail later.
  • each power module 102 is for example designed to carry out a transformation between the direct voltage UDC and a respective alternating voltage, for example phase voltages of an electrical machine.
  • Each power module 102 thus has an external connector 202 designed to present this alternating voltage.
  • the external connector 202 is for example in the form of a flat bar, preferably having a thickness of at least 0.8 mm.
  • the switching cell 100 further comprises, around each external connector 202, a magnetic core 204 of a current sensor.
  • the magnetic core 204 is looped and has an air gap in which a Hall effect sensor can for example be placed for current measurement.
  • the switching cell 100 further comprises a frame 206 carrying the magnetic cores 204. This frame 206 is for example overmolded around the magnetic cores and fixed on the cooling box 108, by example using screws.
  • each power module 102 comprises, in addition to the alternative external connector 202, a so-called positive external connector 302 and a so-called negative external connector 304, designed to be connected respectively to the positive bus bar 128 and to the negative bus bar 130.
  • These external connectors 302, 304 are for example in the form of flat bars, preferably having a thickness of at least 0.8 mm.
  • two negative external connectors 304 are provided for each power module 102.
  • each power module 102 implements for example a switching arm and thus comprises, in a housing 305, two switches 306, 308 connected to each other at a midpoint, -even connected to the external alternating connector 202 to present the alternating voltage.
  • the switching arm is connected between the external connectors 302, 304 to present the direct voltage UDC.
  • These switches 306, 308 are illustrated in Figure 3 schematically for only one of the power modules 102, and not on the others for reasons of concern. clarity.
  • Each switch 306, 308 is preferably a controllable semiconductor switch, for example a transistor switch such as a metal-oxide gate field effect transistor (from the English “Metal Oxide Semiconductor Field”). Effect Transistor” also referred to by the acronym MOSFET) or an insulated gate bipolar transistor (from the English “Insulated Gate Bipolar Transistor” also referred to by the acronym IGBT) or a gallium nitride field effect transistor (from the English “Gallium Nitride Field Effect Transistor” also designated by the acronym GaN FET).
  • a transistor switch such as a metal-oxide gate field effect transistor (from the English “Metal Oxide Semiconductor Field”). Effect Transistor” also referred to by the acronym MOSFET) or an insulated gate bipolar transistor (from the English “Insulated Gate Bipolar Transistor” also referred to by the acronym IGBT) or a gallium nitride field effect transistor (from the English “Gallium Nitride Field Effect Transistor
  • Each power module 102 also has control pins 312, allowing in particular the control card 104 to control the switching of the switches 306, 308. These control pins 312 are bent so as to present a horizontal segment emerging from the housing 305 of the power module 102 and a vertical segment rising upwards to reach the control card 104.
  • each capacitor 136 comprises a main body 402, each terminal 138, 140 comprising an internal part 404 in the main body 402, and an external part 406 outside the main body 402, projecting from the latter.
  • the main body 402 comprises for example a capacitive device 408 and an overmolding 410 covering the capacitive device 408.
  • the capacitive device 408 is the part of the capacitor 136 where the electrical energy is stored.
  • the overmolding 410 is for example made of resin.
  • the internal part 404 of each terminal 138, 140 thus extends for example into the overmolding 410 to join the capacitive device 408.
  • the external part 406 of each of the terminals 138, 140 firstly has a support portion 412.
  • the support portion 412 extends for example in continuity with the internal part 404.
  • the support portion 412 is for example plane.
  • connection portion 414 designed to be welded to a respective one of the bus bars 128, 130, as will be described in more detail later.
  • the connection portion 414 is attached to the support portion 412 by a fold and extends at a distance from the main body 402.
  • the connection portion 414 has an upper face intended to be pressed against the associated bus bar 128, 130, in order to to be welded there for example by laser welding.
  • the external part 406 of each of the terminals 138, 140 also has a protective portion 416 attached to the portion of connection 414 by a fold so as to be folded between the connection portion 414 and the main body 402.
  • the fold between the connection portion 414 and the protective portion 416 is opposite the fold between the support portion 412 and the connection portion 414
  • each of the terminals 138, 140 further comprises for example at least one auxiliary support portion 418 attached to the connection portion 414 by a fold, so as to project towards the main body 402, by example vertically downwards as in the example shown.
  • the auxiliary support portion 418 has, opposite the connection portion 414, one end in contact with the main body 402, for example extending into the latter. For example, this end is taken in the overmolding 410, as in the example illustrated.
  • the end preferably has a hook 420, that is to say a protrusion.
  • This protrusion is covered by the overmolding 410 in the direction of projection of the auxiliary support portion 418, that is to say vertically in the example illustrated.
  • This hook 420 limits the risk of the auxiliary support portion 418 being torn from the overmolding 410 and the risk of deformation of the connection portion 414, when the auxiliary support portion 418 is pulled parallel to the direction of projection.
  • connection portion 414 is carried by the support portion 412 and, where appropriate, by the auxiliary support portion(s) 418.
  • each terminal 138, 140, or at least its external part 406, is formed from a single folded flat plate.
  • each terminal 138, 140 obtained is flat, for example cut from a plate.
  • the external part 406 and the internal part 404 are coplanar, in continuity with each other.
  • the external part 406 is in particular folded between the protection portion 416 and the connection portion 414, to bring the protection portion 416 under the connection portion 414.
  • Other foldings of the external part 406 of the terminal 138, 140 can also be made during step 604, for example to give it the shape illustrated in Figure 4.
  • the auxiliary support portion(s) 418 can be folded relative to the connection portion 414.
  • the entire internal part 404 and the support portion 412 can be folded relative to the connection portion 414. to the connection portion 414.
  • the internal parts 404 of the terminals 138, 140 are fixed to the capacitive device 408.
  • the protection portion 416 extends between the connection portion 414 and the main body 402, which is devoid of the overmolding 410.
  • the overmolding 410 is formed around the capacitive device 408, the internal part 404 of the terminal 138, 140 and the hooks 420 if they are provided.
  • an insulating layer 502 is for example provided above the first plate of the upper bus bar 130, to insulate it from the cooling housing 108.
  • an insulating layer 504 is interposed between bus bars 128, 130.
  • the support 132 has fixing pins 702 respectively received in openings made in the first plate of the upper bus bar 130.
  • the fixing pins 702 project for example upwards from the bottom 134 of support 132.
  • the support 132 also has, for example, pins 704 for positioning the lower bus bar 128.
  • Each positioning pin 704 enters a respective opening in the first plate of the lower bus bar 128 and makes it possible to hold the lower bus bar 128.
  • the positioning pins 704 are arranged so as to hold the first plate of the lower bus bar 128 in place perpendicular to the fixing pins 702.
  • the positioning pins 704 extend parallel to the fixing pins 702, that is to say upwards.
  • the fixing pins 702 are each bolted, to fix the first plate of the upper bus bar 130 to the support 132. In doing so, the lower bus bar 128 is held in place since its first plate is sandwiched between the first plate of the upper bus bar 130 and the bottom 134 of the support 132.
  • the bolting consists of deforming, for example hot, the end of each positioning pin 704 to form a stop for the first plate of the upper bus bar 130.
  • the first plate of the lower bus bar 128 has, for each capacitor 136, an opening 902 (for example, a window or an indentation) leaving a part 904 of the first plate visible.
  • This part 904 is designed to be connected to one of the terminals 138, 140 of the capacitor 136 and will hereinafter be called “connection part 904”.
  • connection part 904 of the upper bus bar 130 has for example a boss 906 extending into the opening 902 of the first plate of the lower bus bar 128.
  • connection part 910 the connection part 910 of the first plate of the lower bus bar 128 has a reduced thickness compared to the rest of the first plate of the lower bus bar 128, for example reduced by at least 25%.
  • connection part 910 has a thickness of at most 0.6 mm [, while the first plate of the lower bus bar 128 has, around the connection part 910, a thickness of at least 1 mm . This reduced thickness makes it easier to weld terminal 138, 140 of capacitor 136.
  • the opening 908 of the bottom 134 also leaves visible the opening 902 of the first plate of the lower bus bar 128.
  • the connection part 904 of the first plate of the upper bus bar 130, and in particular the boss 906, is visible through the opening 908 of the bottom 134 and the opening 902 of the first plate of the lower bus bar 128.
  • the boss 906 has for example a flat lower connection wall 912.
  • this connection wall 912 has a reduced thickness compared to the rest of the first plate of the upper bus bar 130, for example reduced by at least minus 25%.
  • the connection wall 912 has a thickness of at most 0.6 mm, while the first plate of the lower bus bar 128 has, around the boss 906, a thickness of at least 1 mm. This reduced thickness makes it easier to weld terminal 138, 140 of capacitor 136.
  • the first plate of the upper bus bar 130 has, for each connection part 910 of the first plate of the lower bus bar 128, an opening (for example, a window or an indentation) leaving visible the connection part 910.
  • one of the terminals (the negative terminal 140 in the example illustrated) is connected, for example by welding, to the connection part 904 of the upper bus bar 130, and more particularly to the connection wall 912 of the boss 906.
  • the other of the terminals (the positive terminal 138 in the example illustrated) is connected, for example by welding, to the connection part 910 of the lower bus bar 128.
  • the terminals 138, 140 of the capacitor 136 are respectively pressed against the bus bars 128, 130.
  • the connection portions 414 of the terminals 138, 140 are respectively pressed against the wall of connection 912 of the boss 906 of the upper bus bar 130 and against the connection part 910 of the lower bus bar 128.
  • the plating is plane on plane, for example on a plate of at least 20 mm 2 .
  • a laser beam is sent onto the bus bar 128, 130, at opposite the plated terminal 138, 140.
  • the laser beam 1202 is sent by a laser 1204 in a direction 1206 passing successively through the bus bar 128, 130, the connection portion 414 of the plated terminal 138, 140, the portion of protection 416 of the plated terminal 138, 140 and the main body 402 of the capacitor 136.
  • the direction 1206 is thus perpendicular to the connection portion 414.
  • connection part 910 of the first plate of the lower bus bar 128 allows the laser beam to directly reach the connection part 910 of the first plate of the lower bus bar 128 to be able to weld this connection part 910 to the terminal of the capacitor 136 against which it is pressed.
  • this positioning notch 1302 is not referenced in the figures only for one of the control pins. [0100] Thanks to the positioning notch, the position of the control pin 312 can be ensured, which facilitates the connection of the control pin 312 with the electronic card 104. Furthermore, when this connection is made by insertion in force, the positioning notch 1302 reduces the risk of the control pin 312 twisting when it is inserted in force.
  • the positioning notch 1302 has two walls 1304, 1306 forming an angle between them between 80° and 100°, preferably between 90° and 95°, more preferably 90°, so as to correctly position the control pin 312.
  • the control pin 312 thus has an end segment 1308 terminated by a tip 1310.
  • the control pin 312 is designed to be inserted into a respective receiving hole of the electronic card 104 by its tip 1310.
  • This end segment 1308 is for example straight (vertical in the example illustrated) and has a positioning part 1312 having a length of at least 5 mm and extending over its entire length to at most 0, 5 mm from each of the walls 1304, 1306 of the positioning notch 1302.
  • control pin 312 illustrated in Figure 13 is thus, for example, designed to be inserted freely (not by force) into the receiving hole, then soldered to the electronic card 104.
  • control pin 312 is for example designed to be inserted by force into the receiving hole of the electronic card 104.
  • the end segment 1308 has a force insertion part 1402 having a width greater than the receiving hole of the electronic card.
  • the force insertion part 1402 comprises two rods meeting at their ends and separated in the middle by a space.
  • the frame 206 has at least one chamfer 1404 for guiding the control pin 312, and more particularly its elbow, towards the positioning notch 1302.
  • the chamfer 1404 facilitates insertion, in particularly vertically, of the control pin 312 in the positioning notch 1302.
  • the end segment 1308 also has a protrusion 1502 projecting perpendicularly to the vertical direction so as to extend above the support piece in the vertical direction, preferably, less than 0.1 mm from the frame 206 in the vertical direction, preferably in contact with the frame 206.
  • This protrusion 1502 is for example located between the force insertion part 1402 and the positioning part 1312.
  • a method 1600 for manufacturing the switching cell 100 comprises for example the following steps.
  • step 1602 the power module 102 is obtained with the control pins 312 coming out of the housing 305.
  • step 1604 the electronic card 104 is obtained, with a hole for receiving each control pin 312.
  • the power module 102 is fixed to the cooling box carrying the frame 206. During this fixing, the power module 102 is lowered vertically, so that the control pins 312, in particular guided by the chamfers 1502, enter respectively into the positioning notches 1302.
  • step 1608 the electronic card 104 is lowered vertically towards the power modules 102, so that the control pins extending in the positioning notch are inserted respectively into the receiving holes.
  • the switching cell 100 is for example designed to form part of an electrical system, for example an inverter 1702.
  • the inverter 1702 comprises, for example, an electromagnetic compatibility (EMC) filter 1704 connected between the two bus bars 128, 130 and a box, called the general box 1706, in which the CEM filter 1704 and the switching cell are placed.
  • EMC electromagnetic compatibility
  • the general housing 1706 comprises for example a main part 1708 having an upper opening 1710 and a cover (not shown) designed to close this upper opening 1710.
  • the general housing 1706 further comprises for example a lower opening 1712 for the passage of capacitors 136 and a cover 1714 to close this lower opening 1712.
  • the inlet conduit 118 and the outlet conduit 120 respectively have two segments 1716, 1718 projecting substantially parallel to each other in the same direction.
  • the general housing 1706 then has two openings 1720, 1722 for respectively passing through the segments 1716, 1718.
  • Each opening 1720, 1722 has for example a seal 1724, 1726 intended to cooperate with the inserted segment 1716, 1718.
  • the segments 1716, 1718 thus have, outside the general housing 1706, respective ends 1728, 1730 designed to be connected to a cooling liquid circulation system. These ends 1728, 1730 can for example have entry chamfers.
  • the connection of the cooling circuit is made outside the general housing 1706, so as to reduce the risk of leaks in the general housing in the event of poor sealing of this connection.
  • the switching cell 100 is inserted through the upper opening 1710 into the general housing 1706.
  • the segments 1716, 1718 of the conduits 118, 120 are inserted respectively into the openings 1720, 1722 provided in the main part 1708 to guide the positioning of the switching cell 100 inside the main housing 1706.
  • the switching cell 100 is fixed to the main part 1708 of the general housing 1706, for example by screwing.

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Abstract

L'invention concerne un système électrique (1702) comportant : - une cellule de commutation (100) comportant : • un module de puissance (102), et • un circuit (106) de refroidissement du module de puissance, comportant un boîtier de refroidissement (108) définissant un canal (110) d'écoulement d'un liquide de refroidissement, un conduit (118) d'entrée du liquide de refroidissement dans le boîtier de refroidissement (108) et un conduit (120) de sortie du liquide de refroidissement hors du boîtier de refroidissement (108), le conduit d'entrée (118) et le conduit de sortie (120) présentant chacun un segment (1716, 1718), le segment du conduit d'entrée et le segment du conduit de sortie se projetant sensiblement parallèlement l'un à l'autre dans le même sens; et - un boîtier (1706) dans l'intérieur duquel est positionnée la cellule de commutation (100), le boîtier (1706) présentant deux ouvertures (1720, 1722) de passage, le segment du conduit d'entrée étant inséré dans une des deux ouvertures de passage et le segment du conduit de sortie étant inséré dans l'autre des deux ouvertures de passage.

Description

Description
TITRE : SYSTÈME ÉLECTRIQUE AVEC CIRCUIT DE REFROIDISSEMENT D'UN MODULE DE PUISSANCE
Domaine technique de l’invention
[0001] La présente invention concerne un système électrique avec un circuit de refroidissement d’un module de puissance. L’invention concerne également un onduleur et un engin de mobilité comportant un tel système électrique.
Arrière-plan technologique
[0002] On connait de l’état de la technique un système électrique comportant : une cellule de commutation comportant :
• au moins un module de puissance,
• un circuit de refroidissement du module de puissance, comportant un boîtier de refroidissement définissant un canal d’écoulement d’un liquide de refroidissement ; et un boîtier dans lequel la cellule de commutation est positionnée.
[0003] Pour positionner la cellule de commutation dans le boîtier, il est connu de munir le boîtier de moyens de positionnement, comme des pions de positionnement. Cela complexifie la fabrication et le montage de la cellule de commutation dans le boîtier.
[0004] Il peut ainsi être souhaité de prévoir un système électrique qui permette de s’affranchir d’au moins une partie des problèmes et contraintes précités.
Résumé de l’invention
[0005] Il est proposé, selon un premier aspect de l’invention, un système électrique comportant : une cellule de commutation comportant :
• au moins un module de puissance, et
• un circuit de refroidissement du module de puissance, comportant un boîtier de refroidissement définissant un canal d’écoulement d’un liquide de refroidissement, un conduit d’entrée du liquide de refroidissement dans le boîtier de refroidissement et un conduit de sortie du liquide de refroidissement hors du boîtier de refroidissement, le conduit d’entrée et le conduit de sortie présentant chacun un segment, le segment du conduit d’entrée et le segment du conduit de sortie se projetant sensiblement parallèlement l’un à l’autre dans le même sens ; et un boîtier dans l’intérieur duquel est positionnée la cellule de commutation, le boîtier présentant deux ouvertures de passage, le segment du conduit d’entrée étant inséré dans une des deux ouvertures de passage et le segment du conduit de sortie étant inséré dans l’autre des deux ouvertures de passage.
[0006] Ainsi, les conduits d’entrée et de sortie permettent de positionner la cellule de commutation par rapport au boîtier, ce qui évite de prévoir des moyens spécifiques de positionnement.
[0007] L’invention peut en outre comporter l’une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes, selon toutes les combinaisons techniquement possibles. [0008] De façon optionnelle, la cellule de commutation est fixée au boitier.
[0009] De façon optionnelle, le boîtier de refroidissement présente une face supérieure de refroidissement et une face inférieure de refroidissement, toutes les deux refroidies par l’écoulement du liquide de refroidissement dans le canal, le module de puissance étant plaqué contre la face supérieure de refroidissement pour être refroidi et le segment du conduit d’entrée et le segment du conduit de sortie se projettent verticalement vers le bas.
[0010] De façon optionnelle, le segment du conduit d’entrée et/ou le segment du conduit de sortie présentent, à l’extérieur du boîtier, une extrémité conçue pour être raccordées à un système de circulation du liquide de refroidissement.
[0011 ] Ainsi, le raccordement du circuit de refroidissement est réalisé à l’extérieur du boîtier général, de manière à réduire les risques de fuite dans le boîtier général en cas de mauvaise étanchéité de ce raccordement.
[0012] De façon optionnelle également, les ouvertures sont munies chacune d’un joint d’étanchéité.
[0013] De façon optionnelle également, chaque ouverture est munie d’un joint d’étanchéité placé entre ladite ouverture et le segment inséré dans ladite ouverture.
[0014] De façon optionnelle également, le module de puissance est conçu pour effectuer une transformation entre une tension continue et une tension alternative. [0015] De façon optionnelle également, la cellule de commutation comprend en outre une première barre omnibus, dite barre omnibus supérieure et une deuxième barre omnibus, dite barre omnibus inférieure, connectées au module de puissance afin de distribuer à ce dernier une tension continue, la barre omnibus supérieure et inférieure comprenant chacune une première plaque, au moins un condensateur avec deux bornes respectivement soudées à la première et à la deuxième barre omnibus, et un support de la barre omnibus supérieure et inférieure présentant un pion de fixation, la première plaque de la barres omnibus supérieure présentant une ouverture de réception du pion de fixation, ce dernier étant bouterollé pour fixer la première plaque de la barre omnibus supérieure au support.
[0016] De façon optionnelle, le support de la barre omnibus supérieure et inférieure présentent des pions de fixation et la première plaque de la barre omnibus supérieure présente des ouvertures de réception des pions de fixation, ces derniers étant bouterollés pour fixer la première plaque de la barre omnibus supérieure au support.
[0017] De façon optionnelle, chaque pion de fixation est reçu respectivement dans une ouverture de réception différente.
[0018] De façon optionnelle également, la cellule de commutation comprend en outre une première barre omnibus, dite barre omnibus supérieure, une deuxième barre omnibus , dite barre omnibus inférieure, connectées au module de puissance afin de distribuer à ce dernier une tension continue, la barre omnibus supérieure et la barre omnibus inférieure comprenant chacune une première plaque, au moins un condensateur avec deux bornes respectivement soudées à la première et à la deuxième barre omnibus, la barre omnibus supérieure et la barre omnibus inférieure étant empilées l’une sur l’autre et un support de la barre omnibus supérieure et inférieure comportant un fond sur lequel s’étendent les premières plaques des barres omnibus empilées, la première plaque de la barre omnibus inférieure présentant une ouverture laissant apparente une partie, dite de connexion, de la première plaque de la barre omnibus supérieure et le fond présentant une ouverture laissant apparente une partie, dite de connexion, de la première plaque de la barre omnibus inférieure et au moins une partie de l’ouverture de la première plaque de la barre omnibus inférieure, afin de connecter, d’une part, une première borne du condensateur à la partie de connexion de la barre omnibus inférieure au travers de l’ouverture du fond et, d’autre part, une deuxième borne du condensateur à la partie de connexion de la barre omnibus supérieure au travers de l’ouverture du fond et de l’ouverture de la barre omnibus inférieure.
[0019] De façon optionnelle également, lesdites deux bornes dudit au moins un condensateur sont respectivement soudées à la première plaque de la première et de la deuxième barre omnibus.
[0020] De façon optionnelle également, le boîtier de refroidissement présente une face supérieure de refroidissement et une face inférieure de refroidissement, toutes les deux refroidies par l’écoulement du liquide de refroidissement dans le canal, le module de puissance étant plaqué contre la face supérieure de refroidissement pour être refroidi et la première plaque de la barre omnibus supérieure étant en contact thermique avec la face inférieure de refroidissement pour être refroidie.
[0021] De façon optionnelle également, la barre omnibus supérieure et la barre omnibus inférieure sont empilées l’une sur l’autre et la première plaque de la barre omnibus inférieure est maintenue entre la première plaque de la barre omnibus supérieure et le support.
[0022] De façon optionnelle également, la barre omnibus inférieure est conçue pour présenter un potentiel électrique haut et la barre omnibus supérieure est conçue pour présenter un potentiel électrique bas.
[0023] De façon optionnelle également, le support comporte un fond sur lequel s’étendent les premières plaques des barres omnibus empilées, dans laquelle la première plaque de la barre omnibus inférieure présente une ouverture laissant apparente une partie, dite de connexion, de la première plaque de la barre omnibus supérieure et dans laquelle le fond présente une ouverture laissant apparente une partie, dite de connexion, de la première plaque de la barre omnibus inférieure et au moins une partie de l’ouverture de la première plaque de la barre omnibus inférieure afin de connecter, d’une part, une première borne du condensateur à la partie de connexion de la barre omnibus inférieure au travers de l’ouverture du fond et, d’autre part, une deuxième borne du condensateur à la partie de connexion de la barre omnibus supérieure au travers de l’ouverture du fond et de l’ouverture de la barre omnibus inférieure.
[0024] De façon optionnelle, une première couche isolante est intercalée entre les premières plaques des barres omnibus supérieure et inférieure. [0025] De façon optionnelle, une deuxième couche isolante est positionnée entre le dessus de la première plaque de la barre omnibus supérieure et la face inférieure du boîtier de refroidissement.
[0026] De façon optionnelle également, la partie de connexion de la première plaque de la barre omnibus inférieure présente une épaisseur réduite par rapport au reste de la première plaque de la barre omnibus inférieure.
[0027] De façon optionnelle également, la première plaque de la barre omnibus supérieure présente un bossage s’étendant dans l’ouverture de la première plaque de la barre omnibus inférieure.
[0028] De façon optionnelle également, le bossage présente une paroi inférieure plane de connexion présentant une épaisseur réduite par rapport au reste de la première plaque de la barre omnibus supérieure.
[0029] De façon optionnelle également, le support présente un pion de positionnement de la première plaque de la barre omnibus inférieure
[0030] De façon optionnelle également, le pion de positionnement est agencé de manière à maintenir la première plaque de la barre omnibus inférieure en place perpendiculairement au pion de fixation.
[0031] De façon optionnelle également, le pion de positionnement s’étend parallèlement au pion de fixation.
[0032] De façon optionnelle, le pion de positionnement entre dans une ouverture de la première plaque de la barre omnibus inférieure et permet de maintenir en place la barre omnibus inférieure.
[0033] De façon optionnelle, le support présente des pions de positionnement de la première plaque de la barre omnibus inférieure.
[0034] De façon optionnelle, les pions de positionnement sont agencés de manière à maintenir la première plaque de la barre omnibus inférieure en place perpendiculairement aux pions de fixation.
[0035] De façon optionnelle, les pions de positionnement s’étendent parallèlement aux pions de fixation.
[0036] De façon optionnelle, chaque pion de positionnement entre dans une ouverture respective de la première plaque de la barre omnibus inférieure et permet de maintenir en place la barre omnibus inférieure. [0037] Il est également proposé, selon un deuxième aspect de l’invention, un onduleur comprenant un système électrique selon le premier aspect de l’invention.
[0038] Il est également proposé, selon un troisième aspect de l’invention, un engin de mobilité comprenant un convertisseur de tension selon le deuxième aspect de l’invention ou un système électrique selon le premier aspect de l’invention.
[0039] Un engin de mobilité est par exemple un véhicule terrestre à moteur, un train, un aéronef ou un drone.
[0040] Un véhicule terrestre à moteur est par exemple un véhicule automobile, une moto, un vélo motorisé ou un fauteuil roulant motorisé.
[0041] Il est également proposé, selon un quatrième aspect de l’invention, un procédé d’assemblage d’un système électrique selon le premier aspect de l’invention, comportant : un positionnement de la cellule de commutation dans le boitier en insérant le segment du conduit d’entrée et du conduit de sortie dans les ouvertures de passage pour guider le positionnement de la cellule de commutation au sein du boitier ; puis une fixation de la cellule de commutation au boîtier.
Brève description des figures
[0042] L’invention sera mieux comprise à l’aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une vue en coupe d’un exemple d’un cellule de commutation dans laquelle l’invention est mise en oeuvre, la figure 2 est une vue en trois dimensions de la cellule de commutation, la figure 3 est une vue en trois dimensions de la cellule de commutation, avec une carte de contrôle, un capot et un système de ressort enlevés, la figure 4 est une vue en trois dimensions d’un condensateur de la cellule de commutation, la figure 5 est un schéma-bloc d’un procédé de fabrication du condensateur, la figure 6 est une vue en trois dimensions et en coupe de barres omnibus et d’un support des barres omnibus de la cellule de commutation, la figure 7 est une vue en trois dimensions des barres omnibus, de leur support et de condensateurs de la cellule de commutation, où des pions de fixation sont visibles, avant leur bouterollage, la figure 8 est une vue similaire à la figure 7, après bouterollage des pions de fixation, la figure 9 est une vue en trois dimensions du dessous du support de barres omnibus, la figure 10 est une vue en trois dimensions et en coupe des barres omnibus, de leur support et des condensateurs de la cellule de commutation, montrant la connexion des condensateurs aux barres omnibus, la figure 11 est un schéma-bloc d’un procédé de soudage du condensateur, la figure 12 est une vue en coupe d’un des condensateurs, des barres omnibus et de leur support, illustrant une étape du procédé de soudage, la figure 13 est une vue en trois dimensions de broches de contrôle de modules de puissance de la cellule de commutation, et de leur environnement, la figure 14 est une vue en trois dimensions d’une variante des broches de contrôle, la figure 15 est une vue en trois dimensions illustrant des excroissances des broches de contrôle de la figure 14, la figure 16 est un schéma-bloc d’un procédé de fabrication de la cellule de commutation, la figure 17 est une vue en coupe tridimensionnelle d’un système électrique, tel qu’un onduleur, recevant la cellule de commutation, et la figure 18 est un schéma bloc d’un procédé d’assemblage du système électrique. Description détaillée de l’invention
[0043] Dans la description et les revendications qui vont suivre, les différentes pièces et éléments seront positionnés les uns par rapport aux autres dans l’espace en référence à un repère orthogonal XYZ, d’orientation arbitraire, comportant une direction X, une direction Y, et une direction Z. Par soucis de clarté, la direction X sera appelée direction gauche-droite (sur les figures, la flèche de la direction X est orientée vers la gauche), la direction Y appelée direction avant-arrière (sur les figures, la flèche de la direction Y est orientée vers l’arrière) et la direction Z appelée direction bas-haut (sur les figures, la flèche de la direction Z est orientée vers le haut).
[0044] En référence aux figures, un exemple d’une cellule de commutation 100 dans laquelle l’invention est mise en oeuvre, va à présent être décrit.
[0045] En référence à la figure 1 , la cellule de commutation 100 comporte tout d’abord plusieurs modules de puissance 102. Dans l’exemple illustré, trois modules de puissance 102 sont prévus. Les modules de puissance 102 sont par exemple placés les uns à côtés des autres.
[0046] La cellule de commutation 100 comporte en outre une carte électronique 104 de contrôle des modules de puissance 102. La carte électronique de contrôle 104 s’étend par exemple au-dessus des modules de puissance 102.
[0047] La cellule de commutation 100 comporte en outre un circuit 106 de refroidissement des modules de puissance 102.
[0048] Le circuit de refroidissement 106 comporte un boîtier de refroidissement 108 définissant un canal 110 d’écoulement du liquide de refroidissement. Le boîtier de refroidissement 108 présente une face supérieure de refroidissement 112 et une face inférieure de refroidissement 113, toutes les deux refroidies par l’écoulement du liquide de refroidissement dans le canal 110. Les modules de puissance 102 sont ainsi plaqués contre la face supérieure de refroidissement 112 pour être refroidis.
[0049] Pour maintenir les modules de puissance 102 plaqués contre la face supérieure de refroidissement 112, la cellule de commutation 100 comporte par exemple tout d’abord un capot 114 s’étendant au-dessus des modules de puissance 102, par exemple entre la carte électronique de contrôle 104 et les modules de puissance 102. Le capot 114 est fixé au boîtier de refroidissement 108, par exemple par des vis. La cellule de commutation 100 comporte en outre un système de ressort intercalé entre le capot 114 et les modules de puissance 102. Ce système de ressort est ainsi conçu pour prendre appui sur le capot 114 et pousser les modules de puissance 102 vers la face supérieure de refroidissement 112. Le système de ressort comporte par exemple, pour chaque module de puissance 102, une lame flexible 116, comprimée entre le capot 114 et le module de puissance 102.
[0050] Le circuit de refroidissement 106 comporte en outre un conduit 118 d’entrée du liquide de refroidissement dans le boîtier de refroidissement 108 et un conduit 120 de sortie du liquide de refroidissement hors du boîtier de refroidissement 108. Les conduits 118, 120 sont par exemple situés respectivement à droite et à gauche du boîtier de refroidissement 108 et se projettent verticalement vers le bas de ce dernier.
[0051] La cellule de commutation 100 comporte en outre une barre omnibus dite positive 128 et une barre omnibus dite négative 130, empilées l’une sur l’autre. L’une des deux barres omnibus 128, 130 forme ainsi une barre omnibus inférieure, tandis que l’autre forme une barre omnibus supérieure. La barre omnibus dite positive 130 et la barre omnibus dite négative 128 comprenne chacune une première plaque et une deuxième plaque, la première plaque étant en continuité de matière avec la deuxième plaque.
[0052] Dans l’exemple décrit, la première plaque de chacune des deux barres omnibus est une plaque plane.
[0053] Par exemple, la première plaque de la barre omnibus positive 128 s’étend sous la première plaque de la barre omnibus négative 130 et la première plaque de la barre omnibus négative 130 s’étend sous le boîtier de refroidissement 108. Ainsi, la barre omnibus positive 128 forme la barre omnibus inférieure et la barre omnibus négative 130 forme la barre omnibus supérieure. La configuration inverse est également possible.
[0054] En outre, la seconde plaque de la barre omnibus positive 128 et la seconde plaque de la barre omnibus négative 130 s’étendent le long d’un côté du boîtier de refroidissement 108.
[0055] La barre omnibus positive 128 est conçue pour présenter un potentiel électrique haut, tandis que la barre omnibus négative 130 est conçue pour présenter un potentiel électrique bas, plus bas que le potentiel électrique haut, de sorte que les barres omnibus 128, 130 sont conçues pour présenter, entre elles, une tension continue UDC- [0056] Les barres omnibus 128, 130 sont toutes les deux connectées, par l’intermédiaire d’au moins un terminal de connexion s’étendant à partir de leur seconde plaque, à chacun des modules de puissance 102 afin de distribuer à ces derniers la tension continue UDC-
[0057] Pour maintenir en place les barres omnibus 128, 130, la cellule de commutation 100 comporte par exemple un support 132, en particulier en matériau isolant électrique, par exemple en plastique. Plus précisément, le support 132 présente un fond 134 sur lequel s’étendent les premières plaques des barres omnibus 128, 130. Le support 132 est fixé au boîtier de refroidissement 108 de sorte que les premières plaques des barres omnibus 128, 130 s’étendent entre la face inférieure de refroidissement 113 du boîtier de refroidissement 108 et le fond 134 du support 132. Les barres omnibus 128, 130 peuvent ainsi être refroidies au travers de la face inférieure de refroidissement 113.
[0058] La cellule de commutation 100 comporte en outre des condensateurs 136 comportant chacun deux bornes 138, 140 respectivement connectées aux barres omnibus 128, 130 pour recevoir la tension continue UDC- Ces condensateurs 136 sont conçus pour lisser la tension continue UDC et sont généralement appelés en anglais « DC link capacitor ».
[0059] Les condensateurs 136 sont par exemple placés sous les barres omnibus 128, 130 et en particulier sous le fond 134 du support 132, leurs bornes 138, 140 traversant le fond 134 du support pour atteindre les barres omnibus 128, 130, comme cela sera décrit plus en détail par la suite.
[0060] En référence à la figure 2, chaque module de puissance 102 est par exemple conçu pour effectuer une transformation entre la tension continue UDC et une tension alternative respective, par exemple des tensions de phase d’une machine électrique.
[0061] Chaque module de puissance 102 présente ainsi un connecteur externe 202 conçu pour présenter cette tension alternative. Le connecteur externe 202 est par exemple sous la forme d’une barre plane, présentant de préférence une épaisseur d’au moins 0,8 mm.
[0062] La cellule de commutation 100 comporte en outre, autour de chaque connecteur externe 202, un noyau magnétique 204 d’un capteur de courant. Le noyau magnétique 204 est en boucle et présente un entrefer dans lequel un capteur à effet Hall peut par exemple être placé pour la mesure du courant. [0063] Pour maintenir les noyaux magnétiques 204 en place, la cellule de commutation 100 comporte en outre un cadre 206 portant les noyaux magnétiques 204. Ce cadre 206 est par exemple surmoulé autour des noyaux magnétiques et fixé sur le boîtier de refroidissement 108, par exemple au moyen de vis.
[0064] En référence à la figure 3, chaque module de puissance 102 comporte, en plus du connecteur externe alternatif 202, un connecteur externe dit positif 302 et un connecteur externe dit négatif 304, conçus pour être connectés respectivement à la barre omnibus positive 128 et à la barre omnibus négative 130. Ces connecteurs externes 302, 304 sont par exemple sous la forme de barres planes, présentant de préférence une épaisseur d’au moins 0,8 mm. Dans l’exemple illustré, deux connecteurs externes négatifs 304 sont prévus pour chaque module de puissance 102.
[0065] Pour réaliser la transformation de tension, chaque module de puissance 102 implémente par exemple un bras de commutation et comporte ainsi, dans un boîtier 305, deux interrupteurs 306, 308 connectés l’un à l’autre en un point milieu, lui-même connecté au connecteur externe alternatif 202 pour présenter la tension alternative. Le bras de commutation est connecté entre les connecteurs externes 302, 304 pour présenter la tension continue UDC- Ces interrupteurs 306, 308 sont illustrés sur la figure 3 de manière schématique pour un seul des modules de puissance 102, et pas sur les autres par soucis de clarté.
[0066] Chaque interrupteur 306, 308 est de préférence un interrupteur commandable à semi-conducteur, comme par exemple un interrupteur à transistor tel qu’un transistor à effet de champ à grille métal-oxyde (de l’anglais « Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor » également désigné par l’acronyme MOSFET) ou bien un transistor bipolaire à grille isolée (de l’anglais « Insulated Gate Bipolar Transistor » également désigné par l’acronyme IGBT) ou bien un transistor à effet de champ au nitrure de gallium (de l’anglais « Gallium Nitride Field Effect Transistor » également désigné par l’acronyme GaN FET).
[0067] Chaque module de puissance 102 présente en outre des broches de contrôle 312, permettant en particulier à la carte de contrôle 104 de commander la commutation des interrupteurs 306, 308. Ces broches de contrôle 312 sont pliées de manière à présenter un segment horizontal sortant du boîtier 305 du module de puissance 102 et un segment vertical s’élevant vers le haut pour atteindre la carte de contrôle 104. [0068] En référence à la figure 4, chaque condensateur 136 comporte un corps principal 402, chaque borne 138, 140 comportant une partie interne 404 dans le corps principal 402, et une partie externe 406 à l’extérieur du corps principal 402, se projetant de ce dernier.
[0069] Le corps principal 402 comporte par exemple un dispositif capacitif 408 et un surmoulage 410 recouvrant le dispositif capacitif 408. Le dispositif capacitif 408 est la partie du condensateur 136 où l’énergie électrique est emmagasinée. Le surmoulage 410 est par exemple en résine. La partie interne 404 de chaque borne 138, 140 s’étend ainsi par exemple dans le surmoulage 410 pour rejoindre le dispositif capacitif 408.
[0070] La partie externe 406 de chacune des bornes 138, 140 présente tout d’abord une portion de support 412. La portion de support 412 s’étend par exemple dans la continuité de la partie interne 404. La portion de support 412 est par exemple plane.
[0071] La partie externe 406 de chacune des bornes 138, 140 présente en outre une portion de connexion 414 conçue pour être soudée à l’une respective des barres omnibus 128, 130, comme cela sera décrit plus en détail par la suite. La portion de connexion 414 est attachée à la portion de support 412 par un pli et s’étend à distance du corps principal 402. La portion de connexion 414 présente une face supérieure destinée à être plaquée contre la barre omnibus 128, 130 associée, afin d’y être soudée par exemple par soudage laser.
[0072] Pour éviter que la chaleur du soudage ne traverse la portion de connexion 414 et n’atteigne le corps principal 402, la partie externe 406 de chacune des bornes 138, 140 présente en outre une portion de protection 416 attachée à la portion de connexion 414 par un pli de manière à être repliée entre la portion de connexion 414 et le corps principal 402. Par exemple, le pli entre la portion de connexion 414 et la portion de protection 416 se trouve en face du pli entre la portion de support 412 et la portion de connexion 414
[0073] La partie externe 406 de chacune des bornes 138, 140 comporte en outre par exemple au moins une portion de support auxiliaire 418 attachée à la portion de connexion 414 par un pli, de manière à se projeter vers le corps principal 402, par exemple verticalement vers le bas comme dans l’exemple illustré.
[0074] La portion de support auxiliaire 418 présente, à l’opposé de la portion de connexion 414, une extrémité au contact du corps principal 402, par exemple s’étendant dans ce dernier. Par exemple, cette extrémité est prise dans le surmoulage 410, comme dans l’exemple illustré.
[0075] Par ailleurs, l’extrémité présente de préférence un crochet 420, c’est-à-dire une excroissance. Cette excroissance est recouverte par le surmoulage 410 dans la direction de projection de la portion de support auxiliaire 418, c’est-à-dire verticalement dans l’exemple illustré. Ce crochet 420 limite le risque d’arrachement de la portion de support auxiliaire 418 hors du surmoulage 410 et le risque de déformation de la portion de connexion 414, lorsque la portion de support auxiliaire 418 est tirée parallèlement à la direction de projection.
[0076] Ainsi, la portion de connexion 414 est portée par la portion de support 412 et, le cas échéant, par la ou les portions de support auxiliaire 418.
[0077] De préférence, chaque borne 138, 140, ou du moins sa partie externe 406, est formée d’une seule plaque plane pliée.
[0078] En référence à la figure 5, un exemple d’un procédé 600 de fabrication des condensateurs 136, va à présent être décrit.
[0079] Au cours d’une étape 602, les bornes 138, 140 sont obtenues avec, pour chacune d’elles, la portion de protection 416 dans la continuité de la portion de connexion 414. Par exemple, chaque borne 138, 140 obtenue est plane, par exemple découpée dans une plaque. Ainsi, avant pliage de cette plaque, la partie externe 406 et la partie interne 404 sont coplanaires, dans la continuité l’une de l’autre.
[0080] Au cours d’une étape 604, la partie externe 406 est en particulier pliée entre la portion de protection 416 et la portion de connexion 414, pour ramener la portion de protection 416 sous la portion de connexion 414. D’autres pliages de la partie externe 406 de la borne 138, 140 peuvent également être réalisés au cours de l’étape 604, par exemple pour lui donner la forme illustrée sur la figure 4. Par exemple, après le pliage de la portion protection 416 sous la portion de connexion 414, la ou les portions de support auxiliaire 418 peuvent être pliées par rapport à la portion de connexion 414. Enfin, toujours par exemple, l’ensemble de la partie interne 404 et de la portion de support 412 peut être plié par rapport à la portion de connexion 414.
[0081] Au cours d’une étape 606, les parties internes 404 des bornes 138, 140 sont fixées au dispositif capacitif 408. Ainsi, la portion de protection 416 s’étend entre la portion de connexion 414 et le corps principal 402, qui est dépourvu du surmoulage 410.
[0082] Au cours d’une étape 608, le surmoulage 410 est formé autour du dispositif capacitif 408, de la partie interne 404 de la borne 138, 140 et des crochets 420 s’ils sont prévus.
[0083] En référence à la figure 6, une couche isolante 502 est par exemple prévue au-dessus de la première plaque de la barre omnibus supérieure 130, pour l’isoler du boîtier de refroidissement 108. De même une couche isolante 504 est intercalée entre les barres omnibus 128, 130.
[0084] En référence à la figure 7, le support 132 présente des pions de fixation 702 respectivement reçus dans des ouvertures réalisées dans la première plaque de la barre omnibus supérieure 130. Les pions de fixation 702 se projettent par exemple vers le haut depuis le fond 134 du support 132.
[0085] Le support 132 présente en outre par exemple des pions 704 de positionnement de la barre omnibus inférieure 128. Chaque pion de positionnement 704 entre dans une ouverture respective de la première plaque de la barre omnibus inférieure 128 et permet de maintenir en place la barre omnibus inférieure 128. En particulier, les pions de positionnement 704 sont agencés de manière à maintenir la première plaque de la barre omnibus inférieure 128 en place perpendiculairement aux pions de fixation 702. Par exemple, les pions de positionnement 704 s’étendent parallèlement aux pions de fixation 702, c’est-à-dire vers le haut.
[0086] En référence à la figure 8, les pions de fixation 702 sont chacun bouterollés, pour fixer la première plaque de la barre omnibus supérieure 130 au support 132. Ce faisant, la barre omnibus inférieure 128 est maintenue en place puisque sa première plaque est enserrée entre la première plaque de la barre omnibus supérieure 130 et le fond 134 du support 132. Le bouterollage consiste à déformer, par exemple à chaud, l’extrémité de chaque pion de positionnement 704 pour former une butée pour la première plaque de la barre omnibus supérieure 130.
[0087] En référence à la figure 9, la première plaque de la barre omnibus inférieure 128 présente, pour chaque condensateur 136, une ouverture 902 (par exemple, une fenêtre ou bien une échancrure) laissant apparente une partie 904 de la première plaque de la barre omnibus supérieure 130. Cette partie 904 est conçue pour être connectée à l’une des bornes 138, 140 du condensateur 136 et sera appelée par la suite « partie de connexion 904 ».
[0088] La partie de connexion 904 de la barre omnibus supérieure 130 présente par exemple un bossage 906 s’étendant dans l’ouverture 902 de la première plaque de la barre omnibus inférieure 128.
[0089] Toujours pour chaque condensateur 136, le fond 134 du support 132 présente une ouverture 908 (par exemple, une fenêtre ou bien une échancrure) laissant apparente une partie 910 de la première plaque de la barre omnibus inférieure 128. Cette partie 910 est conçue pour être connectée à l’autre des bornes 138,140 du condensateur 136 et sera appelée par la suite « partie de connexion 910 ». De préférence, la partie de connexion 910 de la première plaque de la barre omnibus inférieure 128 présente une épaisseur réduite par rapport au reste de la première plaque de la barre omnibus inférieure 128, par exemple réduite d’au moins 25%. Par exemple, la partie de connexion 910 présente une épaisseur d’au plus 0,6 mm [, tandis que la première plaque de la barre omnibus inférieure 128 présente, autour de la partie de connexion 910, une épaisseur d’au moins 1 mm. Cette épaisseur réduite permet de faciliter le soudage de la borne 138, 140 du condensateur 136.
[0090] L’ouverture 908 du fond 134 laisse en outre apparent l’ouverture 902 de la première plaque de la barre omnibus inférieure 128. Ainsi, la partie de connexion 904 de la première plaque de la barre omnibus supérieure 130, et en particulier le bossage 906, est apparente au travers de l’ouverture 908 du fond 134 et de l’ouverture 902 de la première plaque de la barre omnibus inférieure 128.
[0091] Le bossage 906 présente par exemple une paroi inférieure plane de connexion 912. De préférence, cette paroi de connexion 912 présente une épaisseur réduite par rapport au reste de la première plaque de la barre omnibus supérieure 130, par exemple réduite d’au moins 25%. Par exemple, la paroi de connexion 912 présente une épaisseur d’au plus 0,6 mm, tandis que la première plaque de la barre omnibus inférieure 128 présente, autour du bossage 906, une épaisseur d’au moins 1 mm. Cette épaisseur réduite permet de faciliter le soudage de la borne 138, 140 du condensateur 136.
[0092] En outre, la première plaque de la barre omnibus supérieure 130 présente, pour chaque partie de connexion 910 de la première plaque de la barre omnibus inférieure 128, une ouverture (par exemple, une fenêtre ou bien une échancrure) laissant apparente la partie de connexion 910. [0093] En référence à la figure 10, pour chaque condensateur 136, une des bornes (la borne négative 140 dans l’exemple illustré) est connectée, par exemple par soudage, à la partie de connexion 904 de la barre omnibus supérieure 130, et plus particulièrement à la paroi de connexion 912 du bossage 906. L’autre des bornes (la borne positive 138 dans l’exemple illustré) est connectée, par exemple par soudage, à la partie de connexion 910 de la barre omnibus inférieure 128.
[0094] En référence à la figure 11 , un exemple d’un procédé 1100 de soudage des condensateurs 136 aux barres omnibus 128, 130, va à présent être décrit.
[0095] Au cours d’une étape 1102, les bornes 138, 140 du condensateur 136 sont respectivement plaquées contre les barres omnibus 128, 130. Par exemple, les portions de connexion 414 des bornes 138, 140 sont respectivement plaquées contre la paroi de connexion 912 du bossage 906 de la barre omnibus supérieure 130 et contre la partie de connexion 910 de la barre omnibus inférieure 128. De préférence, le plaquage est plan sur plan, par exemple sur une plaque d’au moins 20 mm2.
[0096] Au cours d’une étape 1104, pour souder chaque borne 138, 140 à la barre omnibus 128, 130 contre laquelle cette borne 138, 140 est plaquée, un faisceau laser est envoyé sur la barre omnibus 128, 130, à l’opposé de la borne 138, 140 plaquée.
[0097] En référence à la figure 12, le faisceau laser 1202 est envoyé par un laser 1204 selon une direction 1206 passant successivement par la barre omnibus 128, 130, la portion de connexion 414 de la borne 138, 140 plaquée, la portion de protection 416 de la borne 138, 140 plaquée et le corps principal 402 du condensateur 136. La direction 1206 est ainsi perpendiculaire à la portion de connexion 414.
[0098] En outre, l’existence d’une ouverture dans la première plaque de la barre omnibus supérieure 130 permet au faisceau laser d’atteindre directement la partie de connexion 910 de la première plaque de la barre omnibus inférieure 128 pour pouvoir souder cette partie de connexion 910 à la borne du condensateur 136 contre laquelle elle est plaquée.
[0099] En référence à la figure 13, il est prévu dans le cadre 206, pour chaque broche de contrôle 312, une encoche 1302 de positionnement de cette broche de contrôle 312. Par souci de clarté, cette encoche de positionnement 1302 n’est référencée sur les figures que pour une des broches de contrôle. [0100] Grâce à l’encoche de positionnement, la position de la broche de contrôle 312 peut être assurée, ce qui facilite la connexion de la broche de contrôle 312 avec la carte électronique 104. En outre, lorsque cette connexion se fait par insertion en force, l’encoche de positionnement 1302 réduit le risque que la broche de contrôle 312 se torde lors de son insertion en force.
[0101 ] Par exemple, l’encoche de positionnement 1302 présente deux parois 1304, 1306 faisant entre elles un angle compris entre 80° et 100°, de préférence entre 90° et 95°, encore de préférence de 90°, de manière à bien positionner la broche de contrôle 312. La broche de contrôle 312 présente ainsi un segment d’extrémité 1308 terminé par une pointe 1310. La broche de contrôle 312 est conçue pour être insérée dans un trou de réception respectif de la carte électronique 104 par sa pointe 1310. Ce segment d’extrémité 1308 est par exemple droit (vertical dans l’exemple illustré) et présente une partie de positionnement 1312 ayant une longueur d’au moins 5 mm et s’étendant sur toute sa longueur à au plus 0,5 mm de chacune des parois 1304, 1306 de l’encoche de positionnement 1302.
[0102] La broche de contrôle 312 illustrée sur la figure 13 est ainsi par exemple conçue pour être insérée de manière libre (pas en force) dans le trou de réception, puis soudée à la carte électronique 104.
[0103] En référence à la figure 14, un autre exemple de réalisation est représenté.
[0104] Dans cet autre exemple, la broche de contrôle 312 est par exemple conçue pour être insérée en force dans le trou de réception de la carte électronique 104.
[0105] Pour cela, le segment d’extrémité 1308 présente une partie d’insertion en force 1402 présentant une largeur plus grande que le trou de réception de la carte électronique. Par exemple, la partie d’insertion en force 1402 comporte deux tiges se rejoignant à leurs extrémités et séparées en leur milieu par un espace.
[0106] De préférence, le cadre 206 présente au moins un chanfrein 1404 de guidage de la broche de contrôle 312, et plus particulièrement de son coude, vers l’encoche de positionnement 1302. Ainsi, le chanfrein 1404 facilite l’insertion, en particulier verticalement, de la broche de contrôle 312 dans l’encoche de positionnement 1302.
[0107] En référence à la figure 15, le segment d’extrémité 1308 présente en outre une excroissance 1502 se projetant perpendiculairement à la direction verticale de manière à s’étendre au-dessus de la pièce de support selon la direction verticale, de préférence, à moins de 0,1 mm du cadre 206 selon la direction verticale, de préférence au contact du cadre 206.
[0108] Ainsi, lors de l’insertion en force de la broche de contrôle 312, l’excroissance 1502 vient en butée contre la pièce de support ce qui permet de fournir à la broche un contre effort. Cela évite de devoir placer provisoirement une butée amovible pendant l’opération d’insertion en force. En particulier, l’absence de cette butée provisoire permet de grandement simplifier l’outillage utilisé pour réaliser l’insertion en force.
[0109] Cette excroissance 1502 est par exemple située entre la partie d’insertion en force 1402 et la partie de positionnement 1312.
[0110] En référence à la figure 16, un procédé 1600 de fabrication de la cellule de commutation 100 comporte par exemple les étapes suivantes.
[0111] Au cours d’une étape 1602, le module de puissance 102 est obtenu avec les broches de contrôle 312 sortant du boîtier 305.
[0112] Au cours d’une étape 1604, la carte électronique 104 est obtenue, avec un trou de réception de chaque broche de contrôle 312.
[0113] Au cours d’une étape 1606, le module de puissance 102 est fixé au boîtier de refroidissement portant le cadre 206. Lors de cette fixation, le module de puissance 102 est descendu verticalement, de sorte que les broches de contrôle 312, en particulier guidées par les chanfreins 1502, entrent respectivement dans les encoches de positionnement 1302.
[0114] Au cours d’une étape 1608, la carte électronique 104 est descendue verticalement vers les modules de puissance 102, de manière à ce que les broches de contrôle s’étendant dans l’encoche de positionnement, s’insèrent respectivement dans les trous de réception.
[0115] En référence à la figure 17, la cellule de commutation 100 est par exemple conçue pour faire partie d’un système électrique, par exemple un onduleur 1702.
[0116] L’onduleur 1702 comporte par exemple un filtre de compatibilité électromagnétique (CEM) 1704 connecté entre les deux barres omnibus 128, 130 et un boîtier, dit boîtier général 1706, dans lequel sont placés le filtre CEM 1704 et la cellule de commutation 100. [0117] Le boîtier général 1706 comporte par exemple une partie principale 1708 présentant une ouverture supérieure 1710 et un couvercle (non représenté) conçu pour fermer cette ouverture supérieure 1710. Le boîtier général 1706 comporte en outre par exemple une ouverture inférieure 1712 de passage des condensateurs 136 et un capot 1714 pour fermer cette ouverture inférieure 1712.
[0118] Le conduit d’entrée 118 et le conduit de sortie 120 présentent respectivement deux segments 1716, 1718 se projetant sensiblement parallèlement l’un à l’autre dans le même sens.
[0119] Le boîtier général 1706 présente alors deux ouvertures 1720, 1722 de passage respectivement des segments 1716, 1718. Chaque ouverture 1720, 1722 présente par exemple un joint d’étanchéité 1724, 1726 destiné à coopérer avec le segment 1716, 1718 inséré.
[0120] Les segments 1716, 1718 présentent ainsi, à l’extérieur du boîtier général 1706, des extrémités 1728, 1730 respectives conçues pour être raccordées à un système de circulation du liquide de refroidissement. Ces extrémités 1728, 1730 peuvent par exemple présenter des chanfreins d’entrée. Ainsi, le raccordement du circuit de refroidissement est réalisé à l’extérieur du boîtier général 1706, de manière à réduire les risques de fuite dans le boîtier général en cas de mauvaise étanchéité de ce raccordement.
[0121] En référence à la figure 18, un procédé 1800 d’assemblage du système électrique 1702 va à présent être décrit.
[0122] Au cours d’une étape 1802, la cellule de commutation 100 est insérée par l’ouverture supérieure 1710 dans le boîtier général 1706. À cette occasion, les segments 1716, 1718 des conduits 118, 120 sont insérés respectivement dans les ouvertures 1720, 1722 ménagées dans la partie principale 1708 pour guider le positionnement de la cellule de commutation 100 à l’intérieur du boîtier principal 1706.
[0123] Au cours d’une étape 1804, la cellule de commutation 100 est fixée à la partie principale 1708 du boîtier général 1706, par exemple par vissage.
[0124] Au cours d’une étape 1806, l’ouverture supérieure 1710 de la partie principale 1708 est fermée par le couvercle (non représenté) du boîtier général 1706.
[0125] En conclusion, on notera que l’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment. Il apparaîtra en effet à l'homme de l'art que diverses modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits ci- dessus, à la lumière de l'enseignement qui vient de lui être divulgué.
[0126] En particulier, l’ordre des étapes des procédés décrits précédemment pourrait être changé en tout ordre techniquement possible. [0127] Dans la présentation détaillée de l’invention qui est faite précédemment, les termes utilisés ne doivent pas être interprétés comme limitant l’invention aux modes de réalisation exposés dans la présente description, mais doivent être interprétés pour y inclure tous les équivalents dont la prévision est à la portée de l'homme de l'art en appliquant ses connaissances générales à la mise en oeuvre de l'enseignement qui vient de lui être divulgué.

Claims

Revendications
[1 ] Système électrique (1702) comportant : une cellule de commutation (100) comportant :
• au moins un module de puissance (102), et
• un circuit (106) de refroidissement du module de puissance, comportant un boîtier de refroidissement (108) définissant un canal (110) d’écoulement d’un liquide de refroidissement, un conduit (118) d’entrée du liquide de refroidissement dans le boîtier de refroidissement (108) et un conduit (120) de sortie du liquide de refroidissement hors du boîtier de refroidissement (108), le conduit d’entrée (118) et le conduit de sortie (120) présentant chacun un segment (1716, 1718), le segment du conduit d’entrée et le segment du conduit de sortie se projetant sensiblement parallèlement l’un à l’autre dans le même sens ; et un boîtier (1706) dans l’intérieur duquel est positionnée la cellule de commutation (100), le boîtier (1706) présentant deux ouvertures (1720, 1722) de passage, le segment du conduit d’entrée étant inséré dans une des deux ouvertures de passage et le segment du conduit de sortie étant inséré dans l’autre des deux ouvertures de passage.
[2] Système électrique (1702) selon la revendication précédente dans lequel le boîtier de refroidissement (108 ) présente une face supérieure de refroidissement (112) et une face inférieure de refroidissement (113), toutes les deux refroidies par l’écoulement du liquide de refroidissement dans le canal (110), le module de puissance (102) étant plaqué contre la face supérieure de refroidissement (112) pour être refroidi et le segment du conduit d’entrée et le segment du conduit de sortie se projettent verticalement vers le bas.
[3] Système électrique (1702) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel le segment du conduit d’entrée et/ou le segment du conduit de sortie présentent, à l’extérieur du boîtier, une extrémité (1728, 1730) conçue pour être raccordées à un système de circulation du liquide de refroidissement.
[4] Système électrique (1702) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel les ouvertures (1720, 1722) sont munies chacune d’un joint d’étanchéité (1724, 1726).
[5] Système électrique (1702) selon l’une quelconque des revendications précédentes, ledit au moins un module de puissance (102) étant conçu pour effectuer une transformation entre une tension continue et une tension alternative.
[6] Système électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 5 dans lequel la cellule de commutation comprend en outre une première barre omnibus (130) , dite barre omnibus supérieure et une deuxième barre omnibus (128), dite barre omnibus inférieure, connectées au module de puissance (102) afin de distribuer à ce dernier une tension continue (UDC), la barre omnibus supérieure et inférieure comprenant chacune une première plaque, au moins un condensateur (136) avec deux bornes respectivement soudées à la première et à la deuxième barre omnibus (128, 130), et un support (132) de la barre omnibus supérieure et inférieure (128, 130) présentant un pion de fixation (702), la première plaque de la barres omnibus supérieure (128, 130) présentant une ouverture de réception du pion de fixation (702), ce dernier étant bouterollé pour fixer la première plaque de la barre omnibus supérieure (130) au support (132).
[7] Système électrique selon la revendication précédente dans lequel le boîtier de refroidissement (108 ) présente une face supérieure de refroidissement (112) et une face inférieure de refroidissement (113), toutes les deux refroidies par l’écoulement du liquide de refroidissement dans le canal (110), le module de puissance (102) étant plaqué contre la face supérieure de refroidissement (112) pour être refroidi et la première plaque de la barre omnibus supérieure étant en contact thermique avec la face inférieure de refroidissement (113) pour être refroidie.
[8] Onduleur comprenant un système électrique (1702) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6.
[9] Engin de mobilité comprenant un système électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 6 ou un onduleur selon la revendication 7.
[10] Procédé d’assemblage d’un système électrique (1702) selon l’une des revendication 1 à 6 ou d’un onduleur selon la revendication 7, comportant : un positionnement de la cellule de commutation (100) dans le boitier en insérant le segment (1716, 1718) du conduit d’entrée et du conduit de sortie( 1 18, 120) dans les ouvertures de passage (1720, 1722) pour guider le positionnement de la cellule de commutation (100) au sein du boitier ; puis une fixation de la cellule de commutation (100) au boîtier (1706).
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