CH711726B1 - Dispositif et procédé de régulation de la température d'une batterie ou d'une pile à combustible d'un véhicule électrique ou hybride. - Google Patents

Dispositif et procédé de régulation de la température d'une batterie ou d'une pile à combustible d'un véhicule électrique ou hybride. Download PDF

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Abstract

L’invention se rapporte à un dispositif de régulation de la température d’un générateur électrochimique (1) d’un véhicule électrique ou hybride, ledit dispositif de régulation comprenant un circuit de climatisation d’un système HVAC de l’habitacle du véhicule, dans lequel circule un fluide, ledit circuit de climatisation comprenant au moins un condenseur/évaporateur externe (2), un compresseur (4), un condenseur interne (6) destiné à chauffer l’habitacle, un premier orifice de détente (8) prévu en aval du condenseur interne (6), un évaporateur interne (14) destiné à refroidir l’habitacle, un second orifice de détente (12) prévu en amont de l’évaporateur interne (14). Ledit dispositif de régulation comprend en outre un premier circuit de chauffage du générateur électrochimique dans lequel ledit fluide est susceptible de circuler, un second circuit de refroidissement du générateur électrochimique (1) dans lequel ledit fluide est susceptible de circuler, un ensemble de vannes (24, 28, 32, 20) agencées pour pouvoir mettre en communication le circuit de climatisation avec l’un ou l’autre des premier circuit de chauffage et second circuit de refroidissement du générateur électrochimique (1), et des moyens de commande desdites vannes (24, 28, 32, 20) agencés pour autoriser, en fonction de la température du générateur électrochimique (1), la circulation du fluide du circuit de climatisation dans le premier circuit de chauffage pour chauffer le générateur électrochimique (1) ainsi que la circulation du fluide du circuit de climatisation dans le second circuit de refroidissement pour refroidir le générateur électrochimique (1), afin de réguler la température du générateur électrochimique (1). L’invention se rapporte également à un procédé de régulation de la température d’un générateur électrochimique d’un véhicule électrique ou hybride.

Description

Description Domaine de l’invention [0001] L’invention se rapporte à un dispositif de régulation de la température d’un générateur électrochimique d’un véhicule électrique ou hybride, ledit générateur électrochimique étant choisi parmi le groupe comprenant les batteries et les piles à combustible, ledit dispositif de régulation comprenant un circuit de climatisation d’un système HVAC de l’habitacle du véhicule (heating-ventilation-airconditioning-cooling ou chauffage, ventilation et climatisation), dans lequel circule un fluide, ledit circuit de climatisation comprenant au moins un condenseur/évaporateur externe, un compresseur, un condenseur interne destiné à chauffer l’habitacle, un premier orifice de détente prévu en aval du condenseur interne, entre le condenseur interne et le condenseur/évaporateur externe, un évaporateur interne destiné à refroidir l’habitacle, un second orifice de détente prévu en amont de l’évaporateur interne, entre le condenseur/évaporateur externe et l’évaporateur interne.
Arrière-plan de l’invention [0002] De tels dispositifs sont connus de l’homme du métier et sont notamment utilisés dans les véhicules électriques ou hybrides pour remplacer les systèmes de chauffage électrique à résistance très consommateurs d’électricité. Les systèmes HVAC ont également l’avantage de se transformer en climatisation l’été. Les systèmes HVAC sont les plus efficaces pour réguler la température de l’habitacle du véhicule en optimisant la consommation en énergie électrique du véhicule. Ils permettent ainsi d’augmenter son autonomie.
[0003] Toujours dans un souci d’augmenter l’autonomie d’un véhicule électrique ou hybride, on recherche également à optimiser le rendement énergétique du générateur électrochimique en régulant sa température. En effet, la température a une forte influence sur le fonctionnement du générateur électrochimique: le générateur électrochimique doit être refroidi quand sa température est trop haute, ou réchauffé quand sa température est trop basse. En particulier, en hiver, une température trop basse du générateur électrochimique entraîne une baisse de rendement très importante de sorte que l’autonomie du véhicule peut être diminuée de moitié. De plus, lorsque le générateur électrochimique est une batterie, les courbes de l’état de charge en fonction du temps de charge de la batterie indiquent que le temps de charge augmente avec la température. En outre, en raison de la montée en température lors de la charge, le temps de charge est relativement rapide pour atteindre 80% de la charge mais est ensuite très long pour atteindre 100% de la charge.

Claims (15)

  1. Résumé de l’invention [0004] Un objectif de l’invention est de fournir un dispositif de régulation de la température d’un générateur électrochimique d’un véhicule électrique ou hybride permettant de réguler la température dudit générateur électrochimique afin d’optimiser son rendement énergétique et d’augmenter l’autonomie du véhicule.
    [0005] Un autre objectif de l’invention, lorsque le générateur électrochimique est une batterie, est de fournir un dispositif de régulation de la température de la batterie lors de sa charge afin d’optimiser le temps de charge et le rendre le plus court possible.
    [0006] A cet effet, la présente invention concerne un dispositif de régulation de la température d’un générateur électrochimique d’un véhicule électrique ou hybride, ledit générateur électrochimique étant choisi parmi le groupe comprenant les batteries et les piles à combustible, ledit dispositif de régulation comprenant un circuit de climatisation d’un système HVAC de l’habitacle du véhicule (heating-ventilation-airconditioning-cooling ou chauffage, ventilation et climatisation), dans lequel circule un fluide, ledit circuit de climatisation comprenant au moins un condenseur/évaporateur externe, un compresseur, un condenseur interne destiné à chauffer l’habitacle, un premier orifice de détente prévu en aval du condenseur interne, entre le condenseur interne et le condenseur/évaporateur externe, un évaporateur interne destiné à refroidir l’habitacle, un second orifice de détente prévu en amont de l’évaporateur interne, entre le condenseur/évaporateur externe et l’évaporateur interne.
    [0007] Selon l’invention, ledit dispositif de régulation comprend en outre:
    - un premier circuit de chauffage du générateur électrochimique dans lequel ledit fluide est susceptible de circuler, ledit premier circuit de chauffage du générateur électrochimique comprenant une première conduite d’amenée du fluide à un élément caloporteur associé au générateur électrochimique, ladite première conduite d’amenée étant reliée à une première sortie prévue entre le compresseur et le condenseur interne, et une première conduite d’évacuation du fluide de l’élément caloporteur, ladite première conduite d’évacuation étant reliée à une première entrée prévue entre le condenseur interne et le premier orifice de détente,
    - un second circuit de refroidissement du générateur électrochimique dans lequel ledit fluide est susceptible de circuler, ledit second circuit de refroidissement du générateur électrochimique comprenant une seconde conduite d’amenée du fluide à un élément caloporteur associé au générateur électrochimique, ladite seconde conduite d’amenée étant reliée à une seconde sortie prévue entre le second orifice de détente et l’évaporateur interne, et une seconde conduite d’évacuation du fluide de l’élément caloporteur, ladite seconde conduite d’évacuation étant reliée à une seconde entrée prévue en aval de l’évaporateur interne, entre l’évaporateur interne et le compresseur,
    - un ensemble de vannes agencées pour pouvoir mettre en communication le circuit de climatisation avec l’un ou l’autre des premier circuit de chauffage et second circuit de refroidissement du générateur électrochimique, et
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    - des moyens de commande desdites vannes agencés pour autoriser, en fonction de la température du générateur électrochimique, la circulation du fluide du circuit de climatisation dans le premier circuit de chauffage pour chauffer le générateur électrochimique ainsi que la circulation du fluide du circuit de climatisation dans le second circuit de refroidissement pour refroidir le générateur électrochimique, afin de réguler la température du générateur électrochimique.
    [0008] La présente invention concerne également un procédé de régulation de la température d’un générateur électrochimique d’un véhicule électrique ou hybride, ledit générateur électrochimique étant choisi parmi le groupe comprenant les batteries et les piles à combustible, au moyen d’un dispositif de régulation tel que défini ci-dessus, ledit procédé comprenant, en fonction de la température du générateur électrochimique, au moins une étape de mise en communication du circuit de climatisation avec le premier circuit de chauffage du générateur électrochimique pour chauffer le générateur électrochimique et/ou avec le second circuit de refroidissement du générateur électrochimique pour refroidir le générateur électrochimique, afin de réguler la température du générateur électrochimique.
    [0009] Ainsi, le dispositif de régulation de l’invention permet d’optimiser le rendement énergétique du générateur électrochimique, afin d’augmenter l’autonomie du véhicule. De plus, lorsque le générateur électrochimique est une batterie, le dispositif de régulation de l’invention permet d’optimiser le temps de charge de la batterie en le rendant le plus court possible.
    Description sommaire des dessins [0010] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante de différents modes de réalisation de l’invention, donnés à titre de simples exemples illustratifs et non limitatifs, et des figures annexées, parmi lesquelles:
    la fig. 1 est une vue schématisée d’un dispositif de régulation conforme à l’invention, en mode chauffage de la batterie, le véhicule étant à l’arrêt et la batterie en charge;
    la fig. 2 est une vue schématisée du dispositif de régulation, en mode refroidissement de la batterie, le véhicule étant à l’arrêt et la batterie en charge;
    la fig. 3 est une vue schématisée du dispositif de régulation, en mode chauffage de l’habitacle et chauffage du générateur électrochimique, le véhicule étant en marche;
    la fig. 4 est une vue schématisée du dispositif de régulation, en mode climatisation de l’habitacle et refroidissement du générateur électrochimique, le véhicule étant en marche; et la fig. 5 est une vue schématisée du dispositif de régulation, en mode chauffage de l’habitacle et refroidissement du générateur électrochimique, le véhicule étant en marche.
    Description détaillée des modes de réalisation préférés [0011] Dans la présente description, le terme «générateur électrochimique» désigne les batteries et les piles à combustible utilisées dans les véhicules électriques ou hybrides, indiqué dans les figures par la référence 1 indifféremment pour des batteries ou une pile à combustible.
    [0012] En référence à la fig. 1, le dispositif de régulation de la température d’un générateur électrochimique d’un véhicule électrique ou hybride comprend un circuit de climatisation d’un système HVAC de l’habitacle du véhicule (heating-ventilation-airconditioning-cooling ou chauffage, ventilation et climatisation). De tels systèmes HVAC sont connus de l’homme du métier et ne nécessitent pas ici de description détaillée de leur construction ou de leur fonctionnement. Seuls les principaux éléments sont décrits.
    [0013] Plus particulièrement, le circuit de climatisation comprend, dans une première boucle, dans lesens de circulation du fluide, un condenseur/évaporateur externe 2, généralement situé à l’avant du véhicule, un accumulateur 3, un compresseur 4, de préférence à haute vitesse, un condenseur interne 6 destiné à chauffer l’habitacle, un premier orifice de détente 8 prévu en aval du condenseur interne, entre le condenseur interne 6 et le condenseur/évaporateur externe 2. Une dérivation 10 est prévue entre le condenseur interne 6 et le condenseur/évaporateur externe 2, au niveau du premier orifice de détente 8. Une deuxième boucle comprend un second orifice de détente 12 prévu en amont d’un évaporateur interne 14, entre le condenseur/évaporateur externe 2 et ledit évaporateur interne 14 destiné à refroidir l’habitacle. Au niveau de l’évaporateur interne 14 est prévu un ventilateur 16 du bloc climatisation. Les différents éléments sont reliés entre eux par des conduites dans lesquelles circule un fluide réfrigérant, tel qu’un gaz réfrigérant. La circulation dans la première boucle ou dans la deuxième boucle et la dérivation est gérée au moyen d’un ensemble de vannes, les vannes 18 et 20 prévues à l’intersection des premières et deuxième boucles et la vanne 21 prévue à l’intersection de la première boucle et de la dérivation 10, en amont du premier orifice de détente 8. Ces vannes sont par exemple des électrovannes au moins 3 voies.
    [0014] Conformément à l’invention, le dispositif de régulation comprend en outre un premier circuit de chauffage du générateur électrochimique 1 dans lequel est susceptible de circuler le même fluide que dans le circuit de climatisation. Ledit premier circuit de chauffage du générateur électrochimique comprend, dans le sens de circulation du fluide, une première conduite d’amenée du fluide 22 à un élément caloporteur associé au générateur électrochimique 1, ladite pre
    CH 711 726 B1 mière conduite d’amenée 22 étant reliée à une première sortie prévue entre le compresseur 4 et le condenseur interne 6 au moyen d’une vanne 3-voies 24, et une première conduite d’évacuation du fluide 26 de l’élément caloporteur, ladite première conduite d’évacuation 26 étant reliée à une première entrée prévue entre le condenseur interne 6 et le premier orifice de détente 8 au moyen d’une vanne 3-voies 28.
    [0015] Conformément à l’invention, le dispositif de régulation comprend en outre un second circuit de refroidissement du générateur électrochimique 1 dans lequel est susceptible de circuler le même fluide que dans le circuit de climatisation. Ledit second circuit de refroidissement du générateur électrochimique 1 comprend, dans le sens de circulation du fluide, une seconde conduite d’amenée du fluide 30 à un élément caloporteur associé au générateur électrochimique 1, ladite seconde conduite d’amenée 30 étant reliée à une seconde sortie prévue entre le second orifice de détente 12 et l’évaporateur interne 14 au moyen d’une vanne 3-voies 32, et une seconde conduite d’évacuation du fluide 34 de l’élément caloporteur, ladite seconde conduite d’évacuation 34 étant reliée à une seconde entrée prévue en aval de l’évaporateur interne 14, entre l’évaporateur interne 14 et le compresseur 4, au moyen de la vanne 20 qui est constituée d’une vanne 4-voies.
    [0016] D’une manière avantageuse, la première conduite d’amenée 22 et la seconde conduite d’amenée 30 du fluide à l’élément caloporteur du générateur électrochimique 1 sont connectées audit élément caloporteur par une seule vanne 3-voies 36. De même, la première conduite d’évacuation 26 et la seconde conduite d’évacuation 34 du fluide de l’élément caloporteur sont connectées audit élément caloporteur par une seule vanne 3-voies 38. Il est bien évident qu’il est également possible de prévoir des connections séparées et indépendantes à l’élément caloporteur. Par ailleurs, il est également possible de prévoir un échangeur entre les vannes 36, 38 et le générateur électrochimique 1 afin de favoriser les échanges thermiques.
    [0017] Les vannes 24, 28, 32 et 20 constituent les vannes agencées pour pouvoir mettre en communication le circuit de climatisation avec l’un ou l’autre des premier circuit de chauffage et second circuit de refroidissement du générateur électrochimique 1.
    [0018] En outre, le dispositif de régulation de l’invention comprend des moyens de commande desdites vannes 24, 28, 32, 20, 36 et 38 agencés pour autoriser, en fonction de la température du générateur électrochimique 1, la circulation du fluide du circuit de climatisation dans le premier circuit de chauffage pour chauffer le générateur électrochimique 1 et/ou la circulation du fluide du circuit de climatisation dans le second circuit de refroidissement pour refroidir le générateur électrochimique 1, afin de réguler la température du générateur électrochimique.
    [0019] D’autres moyens de commande des vannes du circuit de climatisation sont prévus pour le fonctionnement desdites vannes 18, 20 et 21 pour la régulation de la température de l’habitacle, en plus de la régulation de la température du générateur électrochimique.
    [0020] Les moyens de commande sont associés à des capteurs de température du générateur électrochimique 1 afin d’actionner les vannes en fonction de l’effet recherché selon que le véhicule est en arrêt ou en marche, et selon la présence d’une batterie ou d’une pile à combustible, et pour obtenir notamment: un mode chauffage du générateur électrochimique, le véhicule étant à l’arrêt, et dans le cas de la batterie, la batterie pouvant être en charge, un mode refroidissement du générateur électrochimique, le véhicule étant à l’arrêt, et dans le cas de la batterie, la batterie pouvant être en charge, un mode chauffage de l’habitacle et chauffage du générateur électrochimique, le véhicule étant en marche, un mode climatisation de l’habitacle et refroidissement du générateur électrochimique, le véhicule étant en marche, et un mode chauffage de l’habitacle et refroidissement du générateur électrochimique, le véhicule étant en marche.
    [0021] Plus particulièrement, quand le véhicule est à l’arrêt, les moyens de commande des vannes, le compresseur 4, ainsi que toutes les composantes électroniques sont agencés pour fonctionner sur secteur, le véhicule étant branché sur secteur.
    [0022] Selon une première variante, les moyens de commande des vannes sont agencés pour rendre inopérants le condenseur interne 6 et l’évaporateur interne 14 vis-à-vis de la régulation de la température de l’habitacle quand le véhicule est à l’arrêt, de sorte que seuls les modes chauffage ou refroidissement du générateur électrochimique sont opérationnels.
    [0023] Notamment, lorsque la température extérieure est froide, il est nécessaire de chauffer la batterie ou la pile à combustible pour faciliter le démarrage du véhicule, ainsi que de chauffer la batterie pour améliorer l’efficacité de sa charge. Dans ce cas du mode chauffage du générateur électrochimique, le véhicule étant à l’arrêt, et dans le cas de la batterie, ladite batterie pouvant être en charge, selon la fig. 1, les moyens de commande des vannes sont agencés pour que le fluide qui traverse le condenseur/évaporateur externe 2, au contact de l’air froid A, circule vers l’accumulateur 3 via les vannes 18 et 20, puis dans le compresseur 4 où il est comprimé, et donc chauffé, puis envoyé, via la vanne 24, dans la première conduite d’amenée 22 du circuit de chauffage du générateur électrochimique jusqu’à l’élément caloporteur du générateur électrochimique 1 via la vanne 36. Lors de son passage, le fluide réchauffe l’élément caloporteur qui chauffe le générateur électrochimique 1. Puis le fluide circule dans la première conduite d’évacuation 26 du circuit de chauffage du générateur électrochimique via la vanne 38, rejoint le circuit de climatisation via les vannes 28 et 21 et regagne le condenseur/évaporateur externe 2 en passant par le premier orifice de détente 8. Dans ce mode, le condenseur interne 6 et l’évaporateur 14 ne sont pas actifs.
    [0024] Si au moment du démarrage, le générateur électrochimique est trop chaud, ou si au moment de la charge, la batterie est trop chaude, en raison par exemple d’un air extérieur trop chaud de sorte que le générateur électrochimique
    CH 711 726 B1 doit être refroidi, alors les moyens de commande des vannes sont agencés pour passer dans le mode refroidissement du générateur électrochimique, le véhicule étant à l’arrêt et, dans le cas de la batterie, ladite batterie pouvant être en charge, selon la fig. 2. Les moyens de commande des vannes sont alors agencés pour que le fluide qui traverse le condenseur/évaporateur externe 2, au contact de l’air chaud B, circule vers la seconde conduite d’amenée 30 du circuit de refroidissement du générateur électrochimique via la vanne 18, le second orifice de détente 12 où il est refroidi, et la vanne 32, jusqu’à l’élément caloporteur de la batterie 1 via la vanne 36. Lors de son passage, le fluide refroidit l’élément caloporteur qui refroidit le générateur électrochimique 1. Puis le fluide circule dans la seconde conduite d’évacuation 34 du circuit de refroidissement via la vanne 38, rejoint le circuit de climatisation via la vanne 20, pour traverser l’accumulateur 3, le compresseur 4 où il est comprimé, le condenseur interne 6 via la vanne 24, ledit condenseur interne étant rendu inopérant vis-à-vis de la régulation de l’habitacle au moyen d’un obturateur 40. Puis le fluide circule dans la dérivation 10 via les vannes 21 et 28 puis regagne le condenseur/évaporateur externe 2, sans passer par le premier orifice de détente
    8. Dans ce mode, le condenseur interne 6 et l’évaporateur 14 ne sont pas actifs vis-à-vis de la régulation de la température de l’habitacle.
    [0025] D’une manière particulièrement avantageuse, lorsque le générateur électrochimique est une batterie, les moyens de commande des vannes sont agencés pour autoriser la circulation du fluide du circuit de climatisation dans le premier circuit de chauffage pour chauffer la batterie jusqu’à atteindre une température optimale de charge et pour autoriser la circulation du fluide du circuit de climatisation dans le second circuit de refroidissement pour refroidir la batterie pour retrouver la température optimale de charge, afin de charger la batterie dans un temps le plus court possible. Dans ce cas, les moyens de commande des vannes sont agencés pour passer du mode de chauffage de la batterie, le véhicule étant à l’arrêt et la batterie en charge, selon la fig. 1, au mode de refroidissement de la batterie, le véhicule étant à l’arrêt et la batterie en charge, selon la fig. 2 et inversement, automatiquement, en fonction de la température optimale de la batterie à maintenir pour charger la batterie dans un temps le plus court possible.
    [0026] Dans les différents cas de figures décrits ci-dessus, la gestion des moyens de commande des vannes est faite automatiquement, sans intervention humaine.
    [0027] Dans un autre mode de réalisation, lorsque le véhicule est à l’arrêt, il est possible d’utiliser l’énergie thermique fournie par le générateur électrochimique pour réguler la température de l’habitacle. Par exemple, il est possible de programmer le temps de charge de la batterie pour la chauffer suffisamment et profiter de la chaleur dégagée par la batterie pendant sa charge afin de chauffer l’habitacle ou pour la refroidir suffisamment et profiter du froid dégagé par la batterie pendant sa charge afin de refroidir l’habitacle. Dans ce cas, les moyens de commande des vannes sont en outre agencés pour autoriser le fonctionnement du condenseur interne 6 et de l’évaporateur interne 14 quand le véhicule est à l’arrêt et réguler la température de l’habitacle en plus de la température du générateur électrochimique 1. Ainsi, par exemple, la température de l’habitacle est confortable lorsque l’utilisateur prend place dans le véhicule pour le démarrer.
    [0028] D’une manière préférée, lorsque le véhicule est en marche, les moyens de commande des vannes ainsi que le compresseur 4 sont agencés pour fonctionner sur générateur électrochimique.
    [0029] Selon une autre variante, les moyens de commande des vannes sont en outre agencés pour autoriser le fonctionnement du condenseur interne 6 et de l’évaporateur interne 14 quand le véhicule est en marche et réguler la température de l’habitacle en plus de la température du générateur électrochimique.
    [0030] Plus spécifiquement, lorsque la température extérieure est froide, les moyens de commande des vannes sont agencés pour passer le système HVAC en mode chauffage de l’habitacle et pour autoriser la circulation du fluide du circuit de climatisation dans le premier circuit de chauffage du générateur électrochimique pour chauffer l’habitacle et le générateur électrochimique lorsque le véhicule est en marche, comme cela est montré par la fig. 3. Dans ce cas du mode de chauffage de l’habitacle et du générateur électrochimique, les moyens de commande des vannes sont agencés pour que le fluide qui traverse le condensateur/évaporateur 2, au contact de l’air froid A, circule vers l’accumulateur 3 via les vannes 18 et 20, puis dans le compresseur 4 où il est comprimé, et donc chauffé, puis envoyé, via la vanne 24, d’une part dans la première conduite d’amenée 22 du circuit de chauffage du générateur électrochimique jusqu’à l’élément caloporteur du générateur électrochimique 1 via la vanne 36, et d’autre part dans le condenseur interne 6. Le ventilateur du bloc climatisation 16 est agencé pour être ouvert de sorte que l’air froid entrant en C est chauffé en traversant le condenseur interne 6 avant d’être envoyé dans l’habitacle pour le chauffer. Puis le fluide repart en direction du condenseur/évaporateur externe 2 en passant par le premier orifice de détente 8. Du côté du circuit de chauffage du générateur électrochimique, le fluide réchauffe l’élément caloporteur qui chauffe le générateur électrochimique 1. Puis le fluide circule dans la première conduite d’évacuation 26 du circuit de chauffage du générateur électrochimique via la vanne 38, rejoint le circuit de climatisation via les vannes 28 et 21 et regagne le condenseur/évaporateur externe 2 en passant par le premier orifice de détente 8. Dans ce mode, le condenseur interne 6 est actif vis-à-vis de la régulation de la température de l’habitacle. Dans ce mode, le dispositif de régulation permet de produire de la chaleur pour chauffer l’habitacle d’une part et chauffer le générateur électrochimique d’autre part afin de le maintenir à une température optimale pour assurer une meilleure efficacité.
    [0031] Si le générateur électrochimique devient trop chaud lorsque le véhicule est en marche, en raison par exemple d’un air extérieur trop chaud de sorte que le générateur électrochimique doit être refroidi, alors les moyens de commande des vannes sont agencés pour passer le système HVAC en mode climatisation de l’habitacle et pour autoriser la circulation
    CH 711 726 B1 du fluide du circuit de climatisation dans le second circuit de refroidissement du générateur électrochimique pour refroidir l’habitacle et le générateur électrochimique, conformément à la fig. 4. Les moyens de commande des vannes sont alors agencés pour que le fluide qui traverse le condenseur/évaporateur externe 2, au contact de l’air chaud B, soit orienté, via la vanne 18, vers le second orifice de détente 12 où il est refroidi, puis vers la vanne 32 où le fluide est divisé d’une part vers la seconde conduite d’amenée 30 du circuit de refroidissement du générateur électrochimique jusqu’à l’élément caloporteur du générateur électrochimique 1 via la vanne 36 et d’autre part vers l’évaporateur interne 14. Le ventilateur du bloc climatisation 16 est agencé pour être ouvert de sorte que l’air chaud entrant en D est refroidi en traversant l’évaporateur interne 14 avant d’être envoyé dans l’habitacle pour le refroidir. Puis le fluide repart dans le circuit de climatisation via la vanne 20. Du côté du circuit de refroidissement du générateur électrochimique 1, le fluide, après avoir refroidi le générateur électrochimique 1, circule dans la seconde conduite d’évacuation 34 du circuit de refroidissement via la vanne 38, rejoint le circuit de climatisation via la vanne 20, pour traverser, avec le fluide issu de l’évaporateur interne 14, l’accumulateur 3, le compresseur 4 où il est comprimé, le condenseur interne 6 via la vanne 24, ledit condenseur interne étant rendu inopérant vis-à-vis de la régulation de l’habitacle au moyen de l’obturateur 40. Puis le fluide circule dans la dérivation 10 via les vannes 21 et 28 puis regagne le condenseur/évaporateur externe 2, sans passer par le premier orifice de détente 8. Dans ce mode, le dispositif de régulation permet de produire du froid pour refroidir l’habitacle d’une part et refroidir le générateur électrochimique d’autre part afin de le maintenir à une température optimale pour assurer une meilleure efficacité.
    [0032] Si le générateur électrochimique devient trop chaud lorsque le véhicule est en marche, en raison par exemple d’un fonctionnement intensif, de sorte que le générateur électrochimique doit être refroidi mais que l’air extérieur est froid et que l’habitacle doit être chauffé, alors les moyens de commande des vannes sont agencés pour passer le système HVAC en mode chauffage de l’habitacle et pour autoriser la circulation du fluide du circuit de climatisation dans le second circuit de refroidissement du générateur électrochimique pour chauffer l’habitacle et refroidir le générateur électrochimique, conformément à la fig. 5. Les moyens de commande des vannes sont alors agencés pour que le fluide, qui traverse le condenseur/évaporateur 2, au contact de l’air froid A, soit orienté via la vanne 18, d’une part directement vers la vanne 20 et d’autre part vers le second orifice de détente 12 où il est refroidi puis, via la vanne 32, dans la seconde conduite d’amenée 30 du circuit de refroidissement du générateur électrochimique jusqu’à l’élément caloporteur du générateur électrochimique 1 via la vanne 36. Le fluide, après avoir refroidi le générateur électrochimique 1, circule dans la seconde conduite d’évacuation 34 du circuit de refroidissement via la vanne 38, et rejoint le circuit de climatisation via la vanne 20 pour traverser, avec le fluide venant directement de la vanne 18, l’accumulateur 3, le compresseur 4 où il est comprimé, et le condenseur interne 6 via la vanne 24. Le ventilateur du bloc climatisation 16 est agencé pour être ouvert de sorte que l’air froid entrant en E est chauffé en traversant le condenseur interne 6 avant d’être envoyé dans l’habitacle pour le chauffer. Puis le fluide traverse le premier orifice de détente 8 via la vanne 21 et regagne le condenseur/évaporateur externe 2. Dans ce mode, le dispositif de régulation permet de produire du chaud pour chauffer l’habitacle d’une part et de produire du froid pour refroidir le générateur électrochimique d’autre part afin de le maintenir à une température optimale pour assurer une meilleure efficacité, la chaleur produite par le générateur électrochimique étant utilisée pour chauffer l’habitacle.
    [0033] Dans ces trois modes de régulation de la température où la voiture est en marche, la gestion des moyens de commande des vannes est faite de manière semi-automatique, l’utilisateur intervenant pour passer le système HVAC en mode chauffage ou en mode climatisation de l’habitacle pour régler la température de l’habitacle, la gestion de la température du générateur électrochimique étant réalisée de manière automatique au moyen des capteurs de température. [0034] La présente invention concerne également un procédé de régulation de la température d’un générateur électrochimique d’un véhicule électrique ou hybride, ledit générateur électrochimique étant choisi parmi le groupe comprenant les batteries et les piles à combustible, au moyen d’un dispositif de régulation tel que défini ci-dessus. Le procédé comprend, en fonction de la température, au moins une étape de mise en communication du circuit de climatisation avec le premier circuit de chauffage du générateur électrochimique pour chauffer le générateur électrochimique 1 et/ou une étape de mise en communication du circuit de climatisation avec le second circuit de refroidissement du générateur électrochimique 1 pour refroidir le générateur électrochimique 1, afin de réguler la température du générateur électrochimique 1.
    [0035] De préférence, le procédé de régulation comprend en outre une étape de branchement du véhicule sur secteur lorsque ledit véhicule est à l’arrêt.
    [0036] Le procédé de régulation comprend en outre, lorsque le véhicule est en marche sur générateur électrochimique, une étape de positionnement du système HVAC en mode chauffage de l’habitacle, et une étape de mise en communication du circuit de climatisation avec le premier circuit de chauffage du générateur électrochimique pour chauffer l’habitacle et le générateur électrochimique.
    [0037] Le procédé de régulation comprend en outre, lorsque le véhicule est en marche sur générateur électrochimique, une étape de positionnement du système HVAC en mode climatisation de l’habitacle, et une étape de mise en communication du circuit de climatisation avec le second circuit de refroidissement du générateur électrochimique pour refroidir l’habitacle et le générateur électrochimique.
    [0038] Le procédé de régulation comprend en outre, lorsque le véhicule est en marche sur générateur électrochimique, une étape de positionnement du système HVAC en mode chauffage de l’habitacle, et une étape de mise en communication du circuit de climatisation avec le second circuit de refroidissement du générateur électrochimique pour chauffer l’habitacle et refroidir le générateur électrochimique.
    CH 711 726 B1 [0039] Ainsi, le dispositif et le procédé de régulation de l’invention permettent d’optimiser le rendement énergétique du générateur électrochimique, afin d’augmenter l’autonomie du véhicule, quelle que soit la température de l’air extérieur. De plus, lorsque le générateur électrochimique est une batterie, le dispositif et le procédé de régulation de l’invention permet d’optimiser le temps de charge de la batterie en le rendant le plus court possible.
    [0040] Bien entendu, la présente invention ne se limite pas aux exemples illustrés et est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront de manière évidente à l’homme du métier. Il est par exemple possible de combiner dans un même véhicule une batterie et une pile à combustible. L’invention permet alors d’optimiser le rendement énergétique à la fois de la batterie et de la pile à combustible. Par ailleurs, un échangeur peut être disposé entre le circuit et la batterie ainsi qu’entre le circuit et la pile à combustible pour faciliter les échanges thermiques.
    Revendications
    1. Dispositif de régulation de la température d’un générateur électrochimique (1) d’un véhicule électrique ou hybride, ledit générateur électrochimique (1) étant choisi parmi le groupe constitué des batteries et des piles à combustible, ledit dispositif de régulation comprenant un circuit de climatisation d’un système HVAC, pour heating-ventilation-airconditioning-cooling ou chauffage, ventilation et climatisation, de l’habitacle du véhicule, dans lequel circule un fluide, ledit circuit de climatisation comprenant au moins un condenseur/évaporateur externe (2) généralement situé à l’avant du véhicule, un compresseur (4), un condenseur interne (6) destiné à chauffer l’habitacle, un premier orifice de détente (8) prévu en aval du condenseur interne (6), entre le condenseur interne (6) et le condenseur/évaporateur externe (2), un évaporateur interne (14) destiné à refroidir l’habitacle, un second orifice de détente (12) prévu en amont de l’évaporateur interne (14), entre le condenseur/évaporateur externe (2) et l’évaporateur interne (14), caractérisé en ce que ledit dispositif de régulation comprend en outre:
    - un premier circuit de chauffage du générateur électrochimique dans lequel circule ledit fluide, ledit premier circuit de chauffage du générateur électrochimique comprenant une première conduite d’amenée du fluide (22) à un élément caloporteur associé au générateur électrochimique (1), ladite première conduite d’amenée (22) étant reliée à une première sortie prévue entre le compresseur (4) et le condenseur interne (6), et une première conduite d’évacuation du fluide (26) de l’élément caloporteur, ladite première conduite d’évacuation (26) étant reliée à une première entrée prévue entre le condenseur interne (6) et le premier orifice de détente (8),
    - un second circuit de refroidissement du générateur électrochimique dans lequel circule ledit fluide, ledit second circuit de refroidissement du générateur électrochimique comprenant une seconde conduite d’amenée du fluide (30) à un élément caloporteur associé au générateur électrochimique, ladite seconde conduite d’amenée (30) étant reliée à une seconde sortie prévue entre le second orifice de détente (12) et l’évaporateur interne (14), et une seconde conduite d’évacuation du fluide (34) de l’élément caloporteur, ladite seconde conduite d’évacuation (34) étant reliée à une seconde entrée prévue en aval de l’évaporateur interne (14), entre l’évaporateur interne (14) et le compresseur (4),
    - un ensemble de vannes (24, 28, 32, 20) agencées pour pouvoir mettre en communication le circuit de climatisation avec l’un ou l’autre des premier circuit de chauffage et second circuit de refroidissement du générateur électrochimique, et
    - des moyens de commande desdites vannes (24,28,32,20) agencés pour autoriser, en fonction de la température du générateur électrochimique (1), la circulation du fluide du circuit de climatisation dans le premier circuit de chauffage pour chauffer le générateur électrochimique (1) ainsi que la circulation du fluide du circuit de climatisation dans le second circuit de refroidissement pour refroidir le générateur électrochimique (1), afin de réguler la température du générateur électrochimique (1).
  2. 2. Dispositif de régulation selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de commande des vannes (24, 28, 32, 20) ainsi que le compresseur (4) sont agencés pour fonctionner sur secteur quand le véhicule est à l’arrêt.
  3. 3. Dispositif de régulation selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de commande des vannes sont en outre agencés pour rendre inopérants le condenseur interne (6) et l’évaporateur interne (14) vis-à-vis de la régulation de la température de l’habitacle quand le véhicule est à l’arrêt.
  4. 4. Dispositif de régulation selon l’une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens de commande des vannes sont en outre agencés pour autoriser le fonctionnement du condenseur interne (6) et de l’évaporateur interne (14) quand le véhicule est à l’arrêt et réguler la température de l’habitacle en plus de la température du générateur électrochimique (1).
  5. 5. Dispositif de régulation selon l’une des revendications 2 à 4, dans lequel le générateur électrochimique est une batterie, caractérisé en ce que les moyens de commande des vannes sont en outre agencés pour autoriser la circulation du fluide du circuit de climatisation dans le premier circuit de chauffage pour chauffer la batterie jusqu’à atteindre une température optimale de charge et pour autoriser la circulation du fluide du circuit de climatisation dans le second circuit de refroidissement pour refroidir la batterie pour retrouver la température optimale de charge, afin de charger la batterie dans un temps le plus court possible.
  6. 6. Dispositif de régulation selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de commande des vannes ainsi que le compresseur (4) sont agencés pour fonctionner sur générateur électrochimique lorsque le véhicule est en marche.
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  7. 7. Dispositif de régulation selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de commande des vannes sont en outre agencés pour autoriser le fonctionnement du condenseur interne (6) et de l’évaporateur interne (14) quand le véhicule est en marche et réguler la température de l’habitacle en plus de la température du générateur électrochimique.
  8. 8. Dispositif de régulation selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de commande des vannes sont agencés pour passer le système HVAC en mode chauffage de l’habitacle et pour autoriser la circulation du fluide du circuit de climatisation dans le premier circuit de chauffage du générateur électrochimique pour chauffer l’habitacle et le générateur électrochimique lorsque le véhicule est en marche.
  9. 9. Dispositif de régulation selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de commande des vannes sont agencés pour passer le système HVAC en mode climatisation de l’habitacle et pour autoriser la circulation du fluide du circuit de climatisation dans le second circuit de refroidissement du générateur électrochimique pour refroidir l’habitacle et le générateur électrochimique lorsque le véhicule est en marche.
  10. 10. Dispositif de régulation selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de commande des vannes sont agencés pour passer le système HVAC en mode chauffage de l’habitacle et pour autoriser la circulation du fluide du circuit de climatisation dans le second circuit de refroidissement du générateur électrochimique pour chauffer l’habitacle et refroidir le générateur électrochimique lorsque le véhicule est en marche.
  11. 11. Procédé de régulation de la température d’un générateur électrochimique d’un véhicule électrique ou hybride, ledit générateur électrochimique étant choisi parmi le groupe constitué des batteries et des piles à combustible, au moyen d’un dispositif de régulation selon l’une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu’il comprend, en fonction de la température du générateur électrochimique (1), au moins une étape de mise en communication du circuit de climatisation avec le premier circuit de chauffage du générateur électrochimique pour chauffer le générateur électrochimique ou avec le second circuit de refroidissement du générateur électrochimique pour refroidir le générateur électrochimique, afin de réguler la température du générateur électrochimique (1).
  12. 12. Procédé de régulation selon la revendication 11, caractérisé en ce qu’il comprend en outre une étape de branchement du véhicule sur secteur lorsque ledit véhicule est à l’arrêt.
  13. 13. Procédé de régulation selon l’une des revendications 11 et 12, caractérisé en ce qu’il comprend en outre, lorsque le véhicule est en marche sur générateur électrochimique, une étape de positionnement du système HVAC en mode chauffage de l’habitacle, et une étape de mise en communication du circuit de climatisation avec le premier circuit de chauffage du générateur électrochimique pour chauffer l’habitacle et le générateur électrochimique.
  14. 14. Procédé de régulation selon l’une des revendications 11 et 12, caractérisé en ce qu’il comprend en outre, lorsque le véhicule est en marche sur générateur électrochimique, une étape de positionnement du système HVAC en mode climatisation de l’habitacle, et une étape de mise en communication du circuit de climatisation avec le second circuit de refroidissement du générateur électrochimique pour refroidir l’habitacle et le générateur électrochimique.
  15. 15. Procédé de régulation selon l’une des revendications 11 et 12, caractérisé en ce qu’il comprend en outre, lorsque le véhicule est en marche sur générateur électrochimique, une étape de positionnement du système HVAC en mode chauffage de l’habitacle, et une étape de mise en communication du circuit de climatisation avec le second circuit de refroidissement du générateur électrochimique pour chauffer l’habitacle et refroidir le générateur électrochimique.
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CH16042015A 2015-11-04 2015-11-04 Dispositif et procédé de régulation de la température d'une batterie ou d'une pile à combustible d'un véhicule électrique ou hybride. CH711726B1 (fr)

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