EP4601895A1 - Systeme de gestion thermique pour vehicule hybride ou electrique - Google Patents

Systeme de gestion thermique pour vehicule hybride ou electrique

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Publication number
EP4601895A1
EP4601895A1 EP23786287.5A EP23786287A EP4601895A1 EP 4601895 A1 EP4601895 A1 EP 4601895A1 EP 23786287 A EP23786287 A EP 23786287A EP 4601895 A1 EP4601895 A1 EP 4601895A1
Authority
EP
European Patent Office
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transfer fluid
heat transfer
branch
heat exchanger
heat
Prior art date
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Pending
Application number
EP23786287.5A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Rody EL-CHAMMAS
Muriel Porto
Bertrand Nicolas
Samy Hammi
Franck Truillet
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Valeo Electrification SAS
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques SAS
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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Definitions

  • TITLE THERMAL MANAGEMENT SYSTEM FOR HYBRID OR ELECTRIC VEHICLE
  • the invention relates to the field of motor vehicles and more particularly to a thermal management circuit for a hybrid or electric motor vehicle.
  • the thermal management of the passenger compartment is generally managed by an invertible air conditioning circuit.
  • invertible we mean that this air conditioning circuit can operate in a cooling mode in order to cool the air intended for the passenger compartment and in a heat pump mode in order to heat the air intended for the passenger compartment.
  • This reversible air conditioning circuit may also include a bypass in order to manage the temperature of the batteries of the electric or hybrid vehicle. It is thus possible to cool or even heat the batteries using the reversible air conditioning loop.
  • heat pump mode calories are taken from the outside air to be transmitted to an internal air flow which is blown into the passenger compartment to heat it.
  • thermal management system for a hybrid or electric vehicle
  • the thermal management system comprising an invertible air conditioning circuit in which a refrigerant fluid circulates and comprising a bifluid heat exchanger arranged jointly on a circuit of 'a first heat transfer fluid
  • the air conditioning circuit successively comprising, in a main loop, a compressor, a first heat exchanger arranged to exchange calories with a heat transfer fluid, directly or indirectly, the heat transfer fluid being for example a flow of internal air blown into the passenger compartment of the vehicle, a refrigerant fluid expansion member and a second heat exchanger arranged to exchange calories with a heat transfer fluid, directly or indirectly, the heat transfer fluid being for example a flow of internal air blown into the passenger compartment of the vehicle, the circuit of the first heat transfer fluid comprising:
  • a first branch comprising a first pump, a device for heating the first heat transfer fluid and the bifluid heat exchanger,
  • the circuit of the first heat transfer fluid comprises :
  • a third branch which comprises a second pump and a third heat exchanger, for example an exchanger of heat "electric machines” which allows the exchange of heat between power electronics and/or an electric motor of the vehicle, on the one hand, and the first heat transfer fluid, on the other hand,
  • a fourth branch which comprises a fourth heat exchanger, for example a "battery" heat exchanger which is configured to allow the exchange of heat between vehicle batteries and the first heat transfer fluid
  • the fourth branch comprising an upstream end which is connected to a downstream end of the first branch and a downstream end which is connected to the second branch, an upstream end of the fourth branch being connected to a downstream end of the third branch, and a downstream end of the fourth branch being connected at an upstream end of the third branch.
  • the circuit of the first heat transfer fluid being configured so that, in a first mode of heating the internal air flow:
  • the first heat transfer fluid passing through the heating device for example all of the fluid passing through the heating device, passes through the bifluid heat exchanger and in the first pump, the heating device and the bifluid heat exchanger being active, in particular so as to heat the refrigerant fluid passing through the bifluid heat exchanger, and, simultaneously or independently of the circulation of the first heat transfer fluid in the first loop of the first heat transfer fluid, the circuit is configured so that, in a second loop of the first heat transfer fluid, the first heat transfer fluid passing through the "batteries” heat exchanger, for example all of the first heat transfer fluid passing through the heat exchanger heat "batteries” passes through the heat exchanger "electrical machines" and in the second pump, in particular so as to heat the first heat transfer fluid passing through the "batteries” heat exchanger thanks to the heat recovered by the "electrical machines” heat exchanger.
  • the system comprises a central control unit, said unit comprising at least one calculator, a memory and a computer program stored in the memory, said computer program being configured to operate the system in the manner described above and below.
  • the condenser 20 is here arranged in the heating, ventilation and/or air conditioning device 16 to allow the heat exchange between the refrigerant fluid and the internal air flow Fi.
  • the condenser 20 is in particular arranged directly in the internal air flow.
  • the air conditioning circuit 1 0 is here invertible. This means that it is also likely to operate in an internal airflow cooling mode Fi.
  • the air conditioning circuit 10 further comprises a second branch A3 connecting the outlet of the evaporator 26 and the inlet of the third expansion device 33.
  • This third circulation pipe A3 connects more particularly:
  • the air conditioning circuit 10 also includes a third branch of diversion A4 connecting the input of the third expansion device 33 and the inlet of the compressor 18. This third branch of branch A4 connects precisely:
  • junction point 42 arranged upstream of the compressor 18, between the evaporator 34 and the second junction point 32 of the first branch of diversion A2, more precisely upstream of the accumulator 28.
  • the third branch A4 comprises in particular the first expansion device 22 and the bifluid heat exchanger 14.
  • the first expansion device 22 is arranged upstream of the bifluid heat exchanger 14, between the fifth junction point 40 and said bifluid heat exchanger 14.
  • the air conditioning circuit 10 also includes a device for redirecting the refrigerant fluid in order to define through which branch it circulates.
  • this device for redirecting the refrigerant fluid comprises in particular:
  • non-return valve 48 arranged on the third circulation pipe A3, arranged so as to prevent the circulation of refrigerant fluid from the fourth junction point 38 to the third junction point 36,
  • non-return valve 50 arranged on the first branch branch A2, arranged so as to prevent the circulation of refrigerant fluid from the sixth junction point 42 towards the evaporator 34.
  • the first 22, second 24 and third 33 expansion devices include a stop function to prevent the refrigerant fluid from passing through them when activated.
  • the stop valves are controlled so that the refrigerant fluid circulates in the third branch of bypass A4 and does not circulate in the evapo-condenser 26.
  • the bifluid heat exchanger 14 fulfills the function of evaporator of the refrigerant fluid, while the refrigerant fluid does not circulate in the evapo-condenser 26 so that only the calories of the heat transfer fluid of circuit 12 of the first heat transfer fluid are used to heat the internal air flow Fi.
  • the two-fluid heat exchanger 14 is active with a function of evaporating the refrigerant fluid.
  • the circuit 12 of the first heat transfer fluid comprises a first branch B1 for circulating the first heat transfer fluid comprising, depending on the direction of circulation of the heat transfer fluid, a device 54 for heating the heat transfer fluid and said exchanger of bifluid heat 14.
  • the circuit 1 2 also includes a circulation pump 52, which is for example upstream device 54 for heating the heat transfer fluid.
  • the device 54 for heating the heat transfer fluid is here an electric heating device, for example which heats the heat transfer fluid for example by means of electrical resistances or any other suitable electric heating means.
  • the circuit 1 2 of the first heat transfer fluid also comprises a second branch B2, an upstream end of which is connected directly to the first branch B1 at a first connection point 56 downstream of the two-fluid heat exchanger 14.
  • a downstream end of the second branch B2 is connected directly to the first branch B1 at a second connection point 58 arranged upstream of the electric heating device 54, more particularly upstream of the first pump 52 in this example.
  • the second branch B2 does not include any device capable of significantly modifying the quantity of heat accumulated by the heat transfer fluid.
  • the second branch B2 notably does not include any heat exchanger.
  • the second branch B2 comprises for example, according to a variant not shown, an expansion tank type device.
  • the circuit 12 of the first heat transfer fluid is configured so that, in a first mode of heating the air flow Fi internal, all of the heat transfer fluid passing through the heating device 54 then passes through the two-fluid heat exchanger 14 before returning to the electric heating device 54 via the second branch B2, thus forming a first loop L1 for circulation of the first heat transfer fluid, which also includes the first 52.
  • the pump 52 can be located at another location in the loop L1, for example directly upstream or downstream of the bifluide heat exchanger 14.
  • the heating device 54 is active and the two-fluid heat exchanger 14 active with an evaporator function for the refrigerant fluid.
  • This mode of operation is illustrated in particular in Figure 3 in which the pipes in which the heat transfer fluid circulates are indicated in bold, the heat transfer fluid remaining substantially immobile in the pipes which are not in bold.
  • the direction of circulation of the heat transfer fluid is indicated by the direction of the triangle in pump 52.
  • the air conditioning circuit 10 operates at the same time in internal heat pump mode.
  • the heating device 54 supplies calories to the heat transfer fluid circulated by the first pump 52. Part of these calories are transmitted to the refrigerating fluid via the bifluid heat exchanger 14, so as to then heat the internal air flow Fi via the condenser 20. All of the circulating heat transfer fluid then returns to the first pump 52 via the second branch B2 to be heated again by the heating device 54.
  • the heat accumulated by the heat transfer fluid increases rapidly with each new cycle in a first loop formed by the first branch B1 and the second branch B2. This makes it possible to quickly increase the temperature of the internal air flow Fi via the air conditioning circuit 10.
  • the first loop formed solely by the first branch B1 and the second branch B2 is advantageously very short.
  • this loop includes only the first pump 52, the heating device 54 and the two-fluid heat exchanger 14 and optionally an expansion tank 60, as well as means for redirecting the heat transfer fluid only in this first loop L1.
  • the circuit 12 of the first heat transfer fluid comprises a third branch B3 which comprises a second pump 64 for circulating the first heat transfer fluid and an "electrical machines" heat exchanger, which is configured to allow the exchange of heat between electronics of power and/or an electric motor of the vehicle, on the one hand, and the heat transfer fluid, on the other hand.
  • a heat exchanger dedicated to another function in the vehicle.
  • it is a heat exchanger in which the heat transfer fluid circulates.
  • power electronics will mean electronic devices distinct from the batteries and the electric motor.
  • the "electric machines” heat exchanger exchanges heat with the electric motor.
  • the circuit 1 2 of the first heat transfer fluid also includes a fourth branch B4 which includes a battery heat exchanger 68, which is configured to allow the exchange of heat between the batteries of the vehicle and the heat transfer fluid.
  • the fourth branch B4 comprising an upstream end which is connected to a downstream end of the first branch B1 and a downstream end which is connected to the second branch (B2), an upstream end of the fourth branch (B4) also being connected to a downstream end of the third branch (B3), and a downstream end of the fourth branch (B4) being connected to an upstream end of the third branch (B3)
  • the circuit 12 of the first heat transfer fluid is configured so that, in a second loop L2 of the first heat transfer fluid, the heat transfer fluid passing into the "batteries” heat exchanger 68, for example all of the fluid heat transfer passing in the "batteries” heat exchanger 68 passes through the "electrical machines” heat exchanger 66 and into the second pump 64.
  • the second loop L2 illustrated in Figure 3 makes it possible to heat the heat transfer fluid passing through the "batteries” heat exchanger 68 using the heat recovered by the "electric machines” heat exchanger 66.
  • the third branch B3 does not include any other device capable of significantly modifying the quantity of heat accumulated by the heat transfer fluid.
  • the third branch B3 notably does not include any heat exchanger.
  • the circuit 1 2 of the first heat transfer fluid is configured to be able to circulate all of the refrigerant fluid passing through the heating device 54 and the bifluid heat exchanger 14 through the “battery” heat exchanger. » 68 in a third loop L3 of the first heat transfer fluid.
  • the circulation of the first heat transfer fluid in the loop L3 allows for example a mode of cooling the batteries in which the air conditioning circuit 10 evaporates the refrigerant in the two-fluid heat exchanger 14 to cool the heat transfer fluid circulating in the heat exchanger bifluid 14.
  • the bifluid heat exchanger 14 is then active.
  • the circuit of the first heat transfer fluid comprises a first three-way valve 70 connecting the first branch B1 downstream of the two-fluid heat exchanger 14, the fourth branch B4 upstream of the “battery” heat exchanger 68 and the upstream end of the second branch B2.
  • the first three-way valve 70 makes it possible to alternately select the circulation of the first heat transfer fluid towards the second branch B2 and thus the circulation in the second loop B2 of the first heat transfer fluid, or towards the fourth branch B4 and thus the circulation of the first heat transfer fluid in the third loop B3.
  • the circuit 1 2 of the first heat transfer fluid comprises a fifth branch B5 equipped with an expansion tank 60, a radiator 72 arranged in an external air flow (Fe).
  • a downstream end of the fifth branch B5 is connected to an upstream end of the third branch B3 and an upstream end of the fifth branch B5 is connected to a downstream end of the third branch B3.
  • the expansion tank 60 is alternatively located in another branch of the circuit.
  • the circuit of the first heat transfer fluid is thus configured to be able to circulate, in a fourth loop of the first heat transfer fluid L4, all of the heat transfer fluid passing through the "electrical machines” heat exchanger 66 through the external radiator 72 and the second pump 64, in particular so as to allow passive cooling of the heat transfer fluid passing through the "electrical machines” heat exchanger 66 by cooling in the external radiator 72.
  • the circulation of the first heat transfer fluid in the fourth loop L4 allows passive cooling of the electric motor by evacuation of the heat from the electric motor into the heat transfer fluid 1 2 through the heat exchanger electrical machines 66, then evacuation of the heat in the external air flow Fe through the external radiator 72.
  • the second three-way valve 80 makes it possible to alternately select the heat transfer fluid towards the fourth branch B4 to form the second loop L2 for circulation of the first heat transfer fluid or towards the fifth branch B5 to form the fourth loop L4 for circulation of the first heat transfer fluid.
  • the circuit described above simultaneously allows the circulation of the first heat transfer fluid in the second loop L2 of the first heat transfer fluid and in the third loop L3 for circulation of the first heat transfer fluid.
  • the flow rate in each of the loops L2 and L3 is adjusted by the flow rate of their respective pump 52, 64.
  • the two loops L2 and L3 have in common the battery heat exchanger 68, in which the flow rate of the first heat transfer fluid is the sum of the flow rate of the first heat transfer fluid in each of the two loops L2 and L3.
  • the circulation of the first heat transfer fluid simultaneously in the loops L2 and L3 allows a third mode of heating the internal air flow in which the bifluid heat exchanger is active to recover heat from the batteries and/or the electric motor 66 and /or the electric heating device 54 if the latter is active.
  • Figure 6 is a schematic view which represents a circuit of the first heat transfer fluid which equips the thermal management system produced according to another aspect of the invention, and which is intended to operate in cooperation with the air conditioning circuit of Figure 1.
  • Circuit 12 of the first heat transfer fluid includes a sixth branch B6 connecting the fifth branch B5 upstream of the external radiator 72 and the fourth branch B4 downstream of the “battery” heat exchanger 68.
  • the third and fourth valves 82, 84 make it possible in particular to prevent the circulation of the first heat transfer fluid from the third loop L3 of the first heat transfer fluid towards the fourth loop of the first heat transfer fluid L4 by preventing the first heat transfer fluid to pass from one loop L3 to the other L4 via the sixth branch B6 and by the third branch B3.
  • the circuit 1 2 of the first heat transfer fluid also includes a seventh branch B7 connecting the first branch B1 upstream of the heating device 54 and the fifth branch B5 downstream of the external radiator 72.
  • the circulation in the fifth loop is for example carried out jointly with the circulation of the first heat transfer fluid in the fourth loop B4.
  • the flow rate of the first heat transfer fluid in the external radiator then corresponds to the sum of the flow rates in the first pump 52 (or in the battery heat exchanger 68) and in the second pump 64 (or in the electrical machine heat exchanger 66 ). It is thus possible to passively cool batteries and electrical machines (or power electronics).
  • the third valve 82 and the fourth valve 84 prevent the circulation of the first heat transfer fluid between the third and fourth loops of the first heat transfer fluid L3, L4 by preventing the fluid from passing through the sixth branch B6 towards the external radiator 72 and by the third branch B3
  • the circuit 1 2 of the first heat transfer fluid is configured to allow the fluid circulating through the “battery” heat exchanger 68 to pass upstream on the one hand into the heating device 54, the bifluid heat exchanger 14 and the first pump 54 thus forming the third loop L3 of the first heat transfer fluid and on the other hand in a sixth loop L6 of the first heat transfer fluid passing through the “electric machines” heat exchanger 66 and the second pump 64, so as to allow in particular a mode of heat recovery by the refrigerant fluid circuit, the calories being supplied by the “electric machines” heat exchanger 66, the electric heating device 54 and/or the “batteries” heat exchanger (68).
  • This mode of operation is analogous to the mode of operation of Figure 5, but using, in the mode of operation of Figure 7, the return of the first heat transfer fluid to the sixth loop via the second branch B2 then via the seventh branch B7 , which can minimize heat losses compared to the operating mode in Figure 5.

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Abstract

Système de gestion thermique d'un véhicule hybride ou électrique, le système de gestion thermique comportant un circuit (10) de climatisation inversible dans lequel circule un fluide réfrigérant et comportant un échangeur de chaleur bifluide (14) agencé conjointement sur un circuit (12) du premier fluide caloporteur, le circuit (12) du premier fluide caloporteur étant configuré de manière que, dans un premier mode de chauffage du flux d'air (Fi) interne : - dans une première boucle (L1) du premier fluide caloporteur, le premier fluide caloporteur passant à travers le dispositif (54) de chauffage, par exemple la totalité du fluide traversant le dispositif (54) de chauffage, passe à travers l 'échangeur de chaleur bifluide (14) et dans la première pompe (52), le dispositif (54) de chauffage et l'échangeur de chaleur bifluide (14) étant actifs, et en ce que, de façon simultanée ou de façon indépendante à la circulation du premier fluide caloporteur dans la première boucle (L1) du premier fluide caloporteur, le circuit est configuré pour que, dans une deuxième boucle (L2) du premier fluide caloporteur, le premier fluide caloporteur passant dans l'échangeur de chaleur "batteries" (68) passe à travers l'échangeur de chaleur "machines électriques" (66).

Description

DESCRIPTION
TITRE : SYSTEME DE GESTION THERMIQUE POUR VEHICULE HYBRIDE OU ELECTRIQUE
Domaine technique de l'invention
L’invention se rapporte au domaine des véhicules automobiles et plus particulièrement à un circuit de gestion thermique pour véhicule automobile hybride ou électrique.
Arrière-plan technique
Dans les véhicules électriques et hybrides, la gestion thermique de l’habitacle est généralement gérée par un circuit de climatisation inversible. Par inversible, on entend que ce circuit de climatisation peut fonctionner dans un mode de refroidissement afin de refroidir l’air à destination de l’habitacle et dans un mode pompe à chaleur afin de réchauffer l’air à destination de l’habitacle. Ce circuit de climatisation inversible peut également comporter une dérivation afin de gérer la température des batteries du véhicule électrique ou hybride. Il est ainsi possible de refroidir ou même de réchauffer les batteries grâce à la boucle de climatisation inversible. En mode de pompe à chaleur, les calories sont prélevées dans l'air extérieur pour être transmise à un flux d'air interne qui est soufflé dans l'habitacle pour le réchauffer.
Cependant, lorsque la température extérieure est très basse, il n'est pas possible d'utiliser le circuit de climatisation dans un tel mode de pompe à chaleur.
Il est donc connu d'agencer dans le flux d'air interne un dispositif de chauffage électrique qui chauffe directement le flux d'air. Cependant, cela nécessite d'agencer dans le flux d'air un composant supplémentaire ce qui est onéreux et ce qui encombre le véhicule. Un des buts de la présente invention est donc de remédier au moins partiellement aux inconvénients de l'art antérieur et de proposer un circuit de gestion thermique amélioré.
Résumé de l'invention
Un aspect de l’invention concerne un système de gestion thermique d'un véhicule hybride ou électrique, le système de gestion thermique comportant un circuit de climatisation inversible dans lequel circule un fluide réfrigérant et comportant un échangeur de chaleur bifluide agencé conjointement sur un circuit d’un premier fluide caloporteur, le circuit de climatisation comportant successivement, dans une boucle principale, un compresseur, un premier échangeur de chaleur agencé pour échanger des calories avec un fluide caloporteur, de façon directe ou indirecte, le fluide caloporteur étant par exemple un flux d’air interne soufflé dans l’habitacle du véhicule, un organe de détente du fluide réfrigérant et un deuxième échangeur de chaleur agencé pour échanger des calories avec un fluide caloporteur, de façon directe ou indirecte, le fluide caloporteur étant par exemple un flux d’air interne soufflé dans l’habitacle du véhicule, le circuit du premier fluide caloporteur comportant :
- une première branche comportant une première pompe, un dispositif de chauffage du premier fluide caloporteur et l'échangeur de chaleur bifluide,
- une deuxième branche dont une extrémité amont est raccordée directement à la première branche en aval de l'échangeur de chaleur bifluide et dont une extrémité aval est raccordée directement à une extrémité amont de la première branche, dans lequel le circuit du premier fluide caloporteur comporte:
- une troisième branche qui comporte une deuxième pompe et un troisième échangeur de chaleur, par exemple un échangeur de chaleur "machines électriques" qui permet l'échange de chaleur entre de l'électronique de puissance et/ou un moteur électrique du véhicule, d'une part, et le premier fluide caloporteur, d'autre part,
-une quatrième branche qui comporte un quatrième échangeur de chaleur, par exemple un échangeur de chaleur "batteries" qui est configuré pour permettre l'échange de chaleur entre des batteries du véhicule et le premier fluide caloporteur, la quatrième branche comportant une extrémité amont qui est raccordée à une extrémité aval de la première branche et une extrémité aval qui est raccordée à la deuxième branche, une extrémité amont de la quatrième branche étant raccordée à une extrémité aval de la troisième branche, et une extrémité aval de la quatrième branche étant raccordée à une extrémité amont de la troisième branche.
- le circuit du premier fluide caloporteur étant configuré de manière que, dans un premier mode de chauffage du flux d'air interne :
- dans une première boucle du premier fluide caloporteur, le premier fluide caloporteur passant à travers le dispositif de chauffage, par exemple la totalité du fluide traversant le dispositif de chauffage, passe à travers l'échangeur de chaleur bifluide et dans la première pompe, le dispositif de chauffage et l'échangeur de chaleur bifluide étant actifs, notamment de façon à chauffer le fluide réfrigérant passant dans l’échangeur de chaleur bifluide, et, de façon simultanée ou de façon indépendante à la circulation du premier fluide caloporteur dans la première boucle du premier fluide caloporteur, le circuit est configuré pour que, dans une deuxième boucle du premier fluide caloporteur, le premier fluide caloporteur passant dans l’échangeur de chaleur "batteries", par exemple la totalité du premier fluide caloporteur passant dans l’échangeur de chaleur "batteries" passe à travers l’échangeur de chaleur "machines électriques" et dans la deuxième pompe, notamment de façon à chauffer le premier fluide caloporteur traversant l’échangeur de chaleur "batteries" grâce à la chaleur récupérée par l’échangeur de chaleur "machines électriques".
A cet effet, le système comprend une unité de commande centrale, ladite unité comprenant au moins un calculateur, une mémoire et un programme d’ordinateur stocké dans la mémoire, ledit programme d’ordinateur étant configuré pour faire fonctionner le système de la façon décrite ci-dessus et ci-dessous.
Ce système permet de réaliser au moins deux fonctions avec un circuit d’un premier fluide caloporteur simple, à savoir la fonction de réchauffage des batteries par le moteur électrique et conjointement la fonction de récupération de chaleur depuis le dispositif de chauffage électrique vers l’habitacle du véhicule.
Selon certains aspects de l’invention, le système ci-dessus comprend l’un ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous prise(s) isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- dans la première branche, l'échangeur de chaleur bifluide est agencé en aval du dispositif de chauffage du premier fluide caloporteur, de préférence directement en aval ;
- outre la première pompe, le dispositif de chauffage du premier fluide caloporteur et l'échangeur de chaleur bifluide, la première branche ne comporte aucun autre dispositif susceptible de modifier sensiblement la quantité de chaleur accumulée par le premier fluide caloporteur ;
- la deuxième branche ne comporte aucun dispositif susceptible de modifier sensiblement la quantité de chaleur accumulée par le premier fluide caloporteur ;
- le circuit du premier fluide caloporteur est configuré pour pouvoir faire circuler la totalité du fluide réfrigérant traversant le dispositif de chauffage et l’échangeur de la chaleur bifluide à travers l’échangeur de chaleur « batteries » dans une troisième boucle du premier fluide caloporteur, notamment de façon à chauffer le premier fluide caloporteur traversant l’échangeur de chaleur « batteries » lorsque le dispositif de chauffage est actif ou alternativement de façon à refroidir le premier fluide caloporteur traversant l’échangeur de chaleur « batteries » lorsque l’échangeur de chaleur bifluide est actif ;
- le circuit du premier fluide caloporteur comporte une première vanne trois voies reliant la première branche en aval de l’échangeur de chaleur bifluide, la quatrième branche en amont de l’échangeur de chaleur « batteries » et l’extrémité amont de la deuxième branche ;
- le circuit du premier fluide caloporteur comporte une cinquième branche équipée d'un radiateur agencé dans un flux d'air externe, une extrémité aval de la cinquième branche étant raccordée à une extrémité amont de la troisième branche et une extrémité amont de la cinquième branche étant raccordée à une extrémité aval de la troisième branche, le circuit étant configuré pour pouvoir faire circuler, dans une quatrième boucle du premier fluide caloporteur, la totalité du premier fluide caloporteur traversant l’échangeur de chaleur "machines électriques" à travers le radiateur externe et la deuxième pompe, notamment de façon à permettre un refroidissement passif du premier fluide caloporteur traversant l’échangeur de chaleur "machines électriques" par refroidissement dans le radiateur externe ;
- le circuit du premier fluide caloporteur comporte une deuxième vanne trois voies reliant la troisième branche en aval de l’échangeur de chaleur « machines électriques » , la quatrième branche en amont de l’échangeur de chaleur « batteries » et la cinquième branche en amont du radiateur externe ;
- le circuit comporte une sixième branche reliant la cinquième branche en amont du radiateur externe et la quatrième branche en aval de l’échangeur de chaleur « batteries » , et une septième branche reliant la première branche en amont du dispositif de chauffage et la cinquième branche en aval du radiateur externe ;
- le circuit du premier fluide caloporteur est configuré pour permettre la circulation du premier fluide caloporteur dans une cinquième bouche du premier fluide caloporteur dans laquelle la totalité du fluide traversant l’échangeur de chaleur « batteries » traverse le radiateur externe, notamment en traversant la septième branche et la sixième branche, notamment de façon à permettre le refroidissement passif du premier fluide caloporteur traversant l’échangeur de chaleur « batteries » par refroidissement dans le radiateur externe ;
- le circuit du premier fluide caloporteur est configuré pour permettre parallèlement à la cinquième boucle du premier fluide caloporteur, la circulation du premier fluide caloporteur dans la quatrième boucle du premier fluide caloporteur dans laquelle la totalité du fluide traversant l’échangeur de chaleur « machines électriques » traverse le radiateur externe, le fluide circulant dans la cinquième branche étant divisé entre la septième branche vers l’échangeur de chaleur batteries et la troisième branche vers l’échangeur de chaleur « machines électriques », notamment de façon à permettre simultanément le refroidissement passif du premier fluide caloporteur traversant l’échangeur de chaleur « batteries » et du premier fluide caloporteur traversant l’échangeur de chaleur « machines électriques » par refroidissement dans le radiateur externe ;
- le circuit du premier fluide caloporteur comprend une troisième vanne trois voies reliant la quatrième branche en aval de l’échangeur de chaleur « batteries » , la deuxième branche et la sixième banche, notamment de façon à relier ou non l’échangeur de chaleur batteries au radiateur externe ;
- le circuit du premier fluide caloporteur est configuré pour permettre la circulation du fluide caloporteur dans la troisième boucle du premier fluide caloporteur dans laquelle la totalité du fluide traversant l’échangeur de chaleur « machines électriques » traverse le radiateur externe et dans la quatrième boucle du premier fluide caloporteur dans laquelle la totalité du fluide réfrigérant traversant l’échangeur de chaleur « batteries », traverse le dispositif de chauffage et l’échangeur de la chaleur bifluide ;
-le circuit du premier fluide caloporteur comprend une quatrième vanne reliant la quatrième branche en aval de l’échangeur de chaleur « batteries », la troisième vanne et la troisième branche en amont de l’échangeur de chaleur « machines électriques » , notamment de façon à pouvoir empêcher avec les troisième et quatrièmes vannes la circulation du premier fluide caloporteur de la troisième boucle du premier fluide caloporteur vers la quatrième boucle du premier fluide caloporteur par la sixième branche et par la troisième branche ;
-le circuit du premier fluide caloporteur est configuré pour permettre que le fluide circulant à travers l’échangeur de chaleur « batteries » passe en amont d’une part dans le dispositif de chauffage, l’échangeur de chaleur bifluide et la première pompe en formant ainsi la troisième boucle du premier fluide caloporteur et d’autre part dans une sixième boucle du premier fluide caloporteur en passant dans l’échangeur de chaleur « machines électriques » et la deuxième pompe, de façon à permettre notamment un mode de récupération de chaleur par le circuit de fluide réfrigérant, les calories étant fournies par l’échangeur de chaleur « machines électriques » , le dispositif de chauffage et/ou l’échangeur de chaleur « batteries ».
Un autre aspect de l’invention concerne un procédé de fonctionnement d'un système réalisé tel que décrit ci-dessus, dans lequel, dans un premier mode de chauffage du flux d'air interne, la totalité du premier fluide caloporteur passant à travers le dispositif de chauffage passe ensuite à travers l'échangeur de chaleur bifluide avant de revenir à la première pompe par la deuxième branche, le dispositif de chauffage et l'échangeur de chaleur bifluide étant actifs.
Un autre aspect de l’invention concerne un programme d’ordinateur comprenant des instructions qui conduisent le système de conditionnement thermique à fonctionner de la façon décrite ci- dessus.
Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages des aspects de l'invention apparaîtront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés décrits succinctement ci-dessous.
La figure 1 est une vue schématique qui représente un exemple de circuit de climatisation qui équipe le système de gestion thermique réalisé selon un aspect de l’invention.
La figure 2 est une vue schématique qui représente un circuit du premier fluide caloporteur qui équipe le système de gestion thermique réalisé selon un aspect de l’invention et qui est destiné à fonctionner en coopération avec le circuit de climatisation de la figure 1 .
La figure 3 est une vue du circuit du premier fluide caloporteur de la figure 1 fonctionnant dans un mode de chauffage actif d'un flux d'air interne et de chauffage passif d’une ou plusieurs batteries (i.e. des batteries) du véhicule.
La figure 4 est une vue du circuit du premier fluide caloporteur de la figure 1 fonctionnant dans un mode de refroidissement actif (ou chauffage actif) des batteries et de refroidissement passif d'un moteur électrique et/ou de l'électronique de puissance du véhicule.
La figure 5 est une vue du circuit du premier fluide caloporteur de la figure 1 fonctionnant dans un mode de chauffage interne par récupération de chaleur dans l’échangeur de chaleur bifluide 14, la chaleur étant fournie par le dispositif de chauffage électrique 14 et/ou l’échangeur de chaleur batteries 68 et/ou l’échangeur de chaleur moteurs électriques 66.
La figure 6 est une vue schématique qui représente un circuit du premier fluide caloporteur qui équipe le système de gestion thermique réalisé selon un autre aspect de l’invention, et qui est destiné à fonctionner en coopération avec le circuit de climatisation de la figure 1 .
La figure 7 est une vue du circuit du premier fluide caloporteur de la figure 5 fonctionnant dans un mode de refroidissement passif des batteries, du moteur électrique et/ou de l'électronique de puissance du véhicule.
La figure 8 est une vue du circuit du premier fluide caloporteur de la figure 5 fonctionnant dans un mode de refroidissement des batteries et de refroidissement passif du moteur électrique et/ou de l'électronique de puissance du véhicule.
La figure 9 est une vue du circuit du premier fluide caloporteur de la figure 5 fonctionnant dans un mode de refroidissement actif des batteries du moteur électrique et/ou de l'électronique de puissance du véhicule.
Description détaillée de l'invention
Dans la suite de la description, des éléments présentant une structure identique ou des fonctions analogues seront désignés par une même référence.
Dans la description qui suit, le terme " un premier élément en amont d'un deuxième élément " signifie que le premier élément est placé avant le deuxième élément par rapport au sens de circulation, ou de parcours, d'un fluide. De manière analogue, le terme " un premier élément en aval d'un deuxième élément " signifie que le premier élément est placé après le deuxième élément par rapport au sens de circulation, ou de parcours, du fluide considéré. Le sens de circulation est défini par les flèches du compresseur ou par les flèches des pompes le cas échéant.
Le terme "branche" se rapporte ici à un tronçon de circuit ouvert à ses deux extrémités comportant uniquement des éléments agencés en série.
A noter également que le terme « des batteries » ne doit pas s’entendre comme toutes les batteries du véhicule mais comme plusieurs batteries.
Le terme « batterie » doit s’entendre de toute unité de stockage d’énergie apte à restituer cette énergie sous forme électrique.
Dans les dessins, on représentera les conduites dans lesquelles le fluide caloporteur est en mouvement en traits gras et les conduites dans lesquelles le fluide caloporteur n'est pas en mouvement en traits fins.
Comme illustré aux différentes figures, l’invention concerne un système de conditionnement thermique. Il s’agit, par exemple, d’un système de gestion thermique pour véhicule automobile. Il s'agit ici d'un véhicule automobile électrique ou hybride qui comporte un moteur électrique qui fournit un couple moteur à des roues motrices du véhicule. Le moteur électrique est alimenté en courant électrique au moins par des batteries, dites batteries de traction. Pendant le fonctionnement du véhicule, le moteur électrique et la batterie sont susceptibles de produire de la chaleur.
Comme plus particulièrement illustré à la figure 1 , ledit système comporte un premier circuit 10 de climatisation dans lequel circule un fluide réfrigérant (ou « circuit de fluide réfrigérant »), comme représenté à la figure 1 , et un deuxième circuit 12 du premier fluide caloporteur dans lequel circule un fluide caloporteur, comme représenté à la figure 2.
Le fluide caloporteur est, par exemple, un liquide caloporteur tel que de l’eau comprenant un antigel, notamment de l’eau glycolée, ou toute autre fluide caloporteur adapté. Le fluide réfrigérant est par exemple un hydrofluorocarbure, tel que du R- 134a ou R1234yf ou R744.
Le circuit 1 0 de climatisation comporte un échangeur de chaleur 14 bifluide agencé conjointement sur le deuxième circuit 1 2 de circulation d'un fluide caloporteur. L'échangeur de chaleur 14 bifluide est configuré pour permettre un échange la chaleur entre le fluide réfrigérant, circulant dans le circuit 10 de climatisation, et le premier fluide caloporteur, circulant dans le circuit 12 du premier fluide caloporteur, sans mélange entre le fluide caloporteur et le fluide réfrigérant. Ce type d’échangeur de chaleur est communément appelé « chiller » par l’homme du métier, dans l’exemple de la figure 1 .
Le circuit 10 de climatisation est configuré pour permettre, dans un mode de pompe à chaleur, de réchauffer un flux d'air, illustré par une flèche repérée Fi, par l’intermédiaire d’une compression et d’une détente du fluide réfrigérant.
Le flux d'air Fi est, par exemple, un flux d’air Fi intérieur, destiné à être envoyé dans l’habitacle du véhicule pour permettre son chauffage. Le système permet ainsi de réchauffer l’habitacle du véhicule à partir de calories prélevées sur le premier fluide caloporteur.
Le flux d’air intérieur (Fi) circule, par exemple, dans un dispositif 16 de chauffage, ventilation et/ou climatisation (HVAC) de l'habitacle.
A titre d'exemple non limitatif, le circuit 1 0 de climatisation représenté à la figure 1 comporte plus particulièrement une boucle principale A1 de circulation de fluide réfrigérant comportant, dans le sens de circulation du fluide réfrigérant, le compresseur 18, le condenseur 20 disposé dans le flux d’air Fi interne, un deuxième dispositif 24 de détente, un évapo-condenseur 26 disposé dans un flux d’air Fe extérieur. L’évapo-condenseur 26 est ainsi généralement disposé en face avant du véhicule automobile. Un volet (non représenté) peut également être installé dans le dispositif 16 de chauffage, ventilation et/ou climatisation afin d’empêcher ou non au flux d’air interne de traverser le condenseur 20. La boucle principale A1 de circulation de fluide réfrigérant peut également comporter un accumulateur 28 permettant une séparation de phase du fluide réfrigérant et disposé en amont du compresseur 18, entre l’évapo-condenseur 26 et ledit compresseur 18. Le condenseur 20 permet de transmettre des calories au flux d'air Fi interne.
Le condenseur 20 est ici agencé dans le dispositif 16 de chauffage, ventilation et/ou climatisation pour permettre l'échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le flux d'air Fi interne. Le condenseur 20 est notamment agencé directement dans le flux d'air interne.
En variante non représentée selon un aspect de l’invention, le condenseur 20 permet d'échanger de la chaleur avec le flux d'air interne par l'intermédiaire d’in circuit de fluide caloporteur. Dans ce cas, le condenseur 20 transmet des calories à ce fluide caloporteur, puis le fluide caloporteur transmet lesdites calories au flux d'air interne par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur, dit "heater core", agencé directement dans le flux d'air interne.
Le fluide réfrigérant est à l’état gazeux haute pression en sortant du compresseur 1 8. Il subit ensuite une condensation en passant à travers le condenseur 20, cédant au passage des calories au flux d'air interne Fi, et passe à l’état liquide. Il subit alors une détente dans le premier dispositif de détente 22 et passe dans le premier échangeur bifluide 14 où il s’évapore, absorbant des calories du fluide caloporteur.
En récupérant des calories du deuxième circuit 1 2 du premier fluide caloporteur, il est possible de chauffer le flux d'air Fi interne au moyen du condenseur 20 même lorsque la température extérieure est trop basse pour que le premier circuit 10 de climatisation puisse fonctionner en mode de pompe à chaleur externe par échange de chaleur avec l'air extérieur. Cela permet notamment de ne pas avoir à équiper le dispositif 1 6 de chauffage, de ventilation et/ou de climatisation d'un dispositif de chauffage électrique de l'air.
Le circuit 1 0 de climatisation est ici inversible. Cela signifie qu'il est aussi susceptible de fonctionner dans un mode de refroidissement du flux d'air interne Fi.
Le circuit 1 0 de climatisation comporte également une première branche de dérivation A2 pour la circulation de fluide réfrigérant, connectée en parallèle de l’évapo-condenseur 26 de la boucle principale A1 . Cette première branche de dérivation A2 relie plus particulièrement :
- un premier point de jonction 30 disposé en aval du condenseur 20 sur la boucle principale A1 , entre ledit condenseur 20 et le deuxième dispositif de détente 24, et
- un deuxième point de jonction 32 disposé en aval de l’évapo-condenseur 26 sur la boucle principale A1 , entre ledit évapo-condenseur 26 et le compresseur 1 8, plus précisément en amont de l’accumulateur 28.
Cette première branche de dérivation A2 comporte notamment un troisième dispositif de détente 33 et un évaporateur 34 disposé dans le flux d’air Fi interne.
Le circuit 10 de climatisation comporte en outre une deuxième branche de dérivation A3 reliant la sortie de l’évapo- condenseur 26 et l’entrée du troisième dispositif de détente 33. Cette troisième conduite de circulation A3 relie plus particulièrement :
- un troisième point de jonction 36 disposé en aval de l’évapo-condenseur 26 sur la boucle principale A1 , entre ledit évapo-condenseur 26 et le compresseur 1 8, plus précisément en amont de l’accumulateur 28, et
- un quatrième point de jonction 38 disposé sur la première branche de dérivation A2 en amont du troisième dispositif de détente 33, entre le premier point de jonction 30 et le troisième dispositif de détente 33.
Le circuit 10 de climatisation comporte aussi une troisième branche de dérivation A4 reliant l’entrée du troisième dispositif de détente 33 et l’entrée du compresseur 1 8. Cette troisième branche de dérivation A4 relie précisément :
- un cinquième point de jonction 40 disposé sur la première branche de dérivation A2 en amont du troisième dispositif de détente 33, entre le quatrième point de jonction 38 de la troisième conduite de circulation A3 et ledit troisième dispositif de détente 33, et
- un sixième point de jonction 42 disposé en amont du compresseur 18, entre l'évaporateur 34 et le deuxième point de jonction 32 de la première branche de dérivation A2, plus précisément en amont de l’accumulateur 28.
La troisième branche de dérivation A4 comporte notamment le premier dispositif de détente 22 et l’échangeur de chaleur bifluide 14. Le premier dispositif de détente 22 est disposé en amont de l’échangeur de chaleur bifluide 14, entre le cinquième point de jonction 40 et ledit échangeur de chaleur bifluide 14.
Le circuit 1 0 de climatisation comporte aussi un dispositif de redirection du fluide réfrigérant afin de définir par quelle branche il circule. Dans l’exemple illustré à la figure 1 , ce dispositif de redirection du fluide réfrigérant comporte notamment :
- une première vanne d’arrêt 44 disposée sur la première branche de dérivation A2 entre le premier point de jonction 30 et le quatrième point de jonction 38,
- une deuxième vanne d’arrêt 46 disposée sur la première boucle de circulation A1 de fluide réfrigérant entre le troisième point de jonction 36 et le deuxième point de jonction 32,
- un clapet anti-retour 48 disposé sur la troisième conduite de circulation A3, disposé de sorte à empêcher la circulation de fluide réfrigérant depuis le quatrième point de jonction 38 vers le troisième point de jonction 36,
- un clapet anti-retour 50 disposé sur la première branche de dérivation A2, disposé de sorte à empêcher la circulation de fluide réfrigérant depuis le sixième point de jonction 42 vers l'évaporateur 34.
Les premier 22, deuxième 24 et troisième 33 dispositifs de détente comportent quant à eux une fonction d’arrêt permettant d’empêcher au fluide réfrigérant de les traverser lorsqu'elle est activée.
Il est cependant tout à fait possible d’imaginer d’autres moyens afin de définir par quelle branche le fluide réfrigérant circule, comme par exemple des vannes trois-voies disposées stratégiquement sur des points de jonction.
Lorsque le circuit 10 de climatisation fonctionne en mode de pompe à chaleur interne (aussi appelé couramment mode « heat recovery » par l’homme du métier), les vannes d'arrêt sont commandées de manière que le fluide réfrigérant circule dans la troisième branche de dérivation A4 et ne circule pas dans l’évapo- condenseur 26. L'échangeur de chaleur bifluide 14 remplit alors la fonction d'évaporateur du fluide réfrigérant, tandis que le fluide réfrigérant ne circule pas dans l'évapo-condenseur 26 de manière que seules les calories du fluide caloporteur du circuit 12 du premier fluide caloporteur sont utilisées pour réchauffer le flux d'air Fi interne. Dans ce mode de fonctionnement en pompe à chaleur interne, l'échangeur de chaleur bifluide 14 est actif avec une fonction d'évaporateur du fluide réfrigérant.
On décrit à présent le circuit 1 2 du premier fluide caloporteur en référence à la figure 2.
Le circuit 12 du premier fluide caloporteur comporte une première branche B1 de circulation du premier fluide caloporteur comportant, selon le sens de circulation du fluide caloporteur, un dispositif 54 de chauffage du fluide caloporteur et ledit échangeur de chaleur bifluide 14. Le circuit 1 2 comporte également une pompe 52 de circulation, laquelle est par exemple en amont dispositif 54 de chauffage du fluide caloporteur.
Le dispositif 54 de chauffage du fluide caloporteur est ici un dispositif de chauffage électrique, par exemple qui chauffe le fluide caloporteur par exemple au moyen de résistances électriques ou de tout autre moyen de chauffage électrique adapté.
Le circuit 1 2 du premier fluide caloporteur comporte aussi une deuxième branche B2 dont une extrémité amont est raccordée directement à la première branche B1 en un premier point 56 de raccordement en aval de l'échangeur de chaleur bifluide 14. Une extrémité aval de la deuxième branche B2 est raccordée directement à la première branche B1 en un deuxième point 58 de raccordement agencé en amont du dispositif de chauffage électrique 54, plus particulièrement en amont de la première pompe 52 dans cet exemple.
Outre la première pompe 52, le dispositif 54 de chauffage du fluide caloporteur et l'échangeur de chaleur bifluide 14, la première branche B1 ne comporte aucun autre dispositif susceptible de modifier sensiblement la quantité de chaleur accumulée par le fluide caloporteur. La première branche B1 ne comporte notamment aucun autre échangeur de chaleur. Plus particulièrement, l'échangeur de chaleur bifluide 14 est agencé directement en aval du dispositif de chauffage du fluide caloporteur sans interposition d'aucun autre dispositif.
De même, la deuxième branche B2 ne comporte aucun dispositif susceptible de modifier sensiblement la quantité de chaleur accumulée par le fluide caloporteur. La deuxième branche B2 ne comporte notamment aucun échangeur de chaleur. A noter que la deuxième branche B2 comporte par exemple, selon une variante non représentée, un dispositif de type vase d’expansion.
Le circuit 12 du premier fluide caloporteur est configuré de manière que, dans un premier mode de chauffage du flux d'air Fi interne, la totalité du fluide caloporteur passant à travers le dispositif 54 de chauffage passe ensuite à travers l'échangeur de chaleur bifluide 14 avant de revenir au dispositif de chauffage électrique 54 par la deuxième branche B2, formant ainsi une première boucle L1 de circulation du premier fluide caloporteur, laquelle inclut aussi la première 52 . A noter que la pompe 52 peut être située à un autre emplacement dans la boucle L1 , par exemple directement en amont ou en aval de l’échangeur de chaleur biluide 14.
Dans ce premier mode de chauffage du flux d'air Fi interne, le dispositif 54 de chauffage est actif et l'échangeur de chaleur bifluide 14 actif avec une fonction d'évaporateur du fluide réfrigérant. Ce mode de fonctionnement est notamment illustré à la figure 3 dans laquelle les conduites dans lesquelles le fluide caloporteur circule sont indiquées en gras, le fluide caloporteur restant sensiblement immobile dans les conduites qui ne sont pas en gras. Le sens de circulation du fluide caloporteur est indiqué par le sens du triangle dans la pompe 52.
Le circuit 1 0 de climatisation fonctionne dans le même temps en mode de pompe à chaleur interne. Ainsi, le dispositif 54 de chauffage fournit des calories au fluide caloporteur mis en circulation par la première pompe 52. Une partie de ces calories sont transmises au fluide réfrigérant par l'intermédiaire de l'échangeur de chaleur bifluide 14, de manière à ensuite réchauffer le flux d'air Fi interne par l'intermédiaire du condenseur 20. La totalité du fluide caloporteur en circulation revient ensuite à la première pompe 52 via la deuxième branche B2 pour être de nouveau chauffé par le dispositif 54 de chauffage. Ainsi, la chaleur accumulée par le fluide caloporteur augmente rapidement à chaque nouveau cycle dans une première boucle formée par la première branche B1 et la deuxième branche B2. Cela permet de faire rapidement augmenter la température du flux d'air Fi interne par l'intermédiaire du circuit 1 0 de climatisation. Pour permettre un chauffage rapide, la première boucle formée uniquement par la première branche B1 et la deuxième branche B2 est avantageusement très courte. Avantageusement, cette boucle comporte uniquement la première pompe 52, le dispositif 54 de chauffage et l'échangeur de chaleur bifluide 14 et en option un vase 60 d'expansion, ainsi que des moyens pour rediriger le fluide caloporteur uniquement dans cette première boucle L1 .
Le circuit 12 du premier fluide caloporteur comporte une troisième branche B3 qui comporte une deuxième pompe 64 de circulation du premier fluide caloporteur et un échangeur de chaleur « machines électriques » ,qui est configuré pour permettre l'échange de chaleur entre de l'électronique de puissance et/ou un moteur électrique du véhicule, d'une part, et le fluide caloporteur, d'autre part. En variante il s’agit d’un échangeur de chaleur dédié à une autre fonction dans le véhicule. D’une manière générale, il s’agit d’un échangeur de chaleur dans lequel circule le fluide caloporteur.
Par les termes "électronique de puissance", on comportera des dispositifs électroniques distincts des batteries et du moteur électrique.
Dans le mode de réalisation représenté aux figures, l'échangeur de chaleur "machines électriques" échange de la chaleur avec le moteur électrique.
Le circuit 1 2 du premier fluide caloporteur comporte aussi une quatrième branche B4 qui comporte un échangeur de chaleur batteries 68, qui est configuré pour permettre l'échange de chaleur entre des batteries du véhicule et le fluide caloporteur. La quatrième branche B4 comportant une extrémité amont qui est raccordée à une extrémité aval de la première branche B1 et une extrémité aval qui est raccordée à la deuxième branche (B2), une extrémité amont de la quatrième branche (B4) étant également raccordée à une extrémité aval de la troisième branche (B3), et une extrémité aval de la quatrième branche (B4) étant raccordée à une extrémité amont de la troisième branche (B3)
Comme illustré sur la Figure 3, le circuit 12 du premier fluide caloporteur est configuré pour que, dans une deuxième boucle L2 du premier fluide caloporteur, le fluide caloporteur passant dans l’échangeur de chaleur "batteries" 68, par exemple la totalité du fluide caloporteur passant dans l’échangeur de chaleur "batteries" 68 passe à travers l’échangeur de chaleur "machines électriques" 66 et dans la deuxième pompe 64.
La deuxième boucle L2 illustrée sur la figure 3 permet de chauffer le fluide caloporteur traversant l’échangeur de chaleur "batteries" 68 grâce à la chaleur récupérée par l’échangeur de chaleur "machines électriques" 66.
Outre, la deuxième pompe 64 et l'échangeur de chaleur "machines électriques" 66, la troisième branche B3 ne comporte aucun autre dispositif susceptible de modifier sensiblement la quantité de chaleur accumulée par le fluide caloporteur. La troisième branche B3 ne comporte notamment aucun échangeur de chaleur.
Comme représenté à la figure 4, le circuit 1 2 du premier fluide caloporteur est configuré pour pouvoir faire circuler la totalité du fluide réfrigérant traversant le dispositif de chauffage 54 et l’échangeur de la chaleur bifluide 14 à travers l’échangeur de chaleur « batteries » 68 dans une troisième boucle L3 du premier fluide caloporteur.
La circulation du premier fluide caloporteur dans la boucle L3 permet par exemple un mode de refroidissement des batteries dans lequel le circuit de climatisation 1 0 évapore le réfrigérant dans l’échangeur de chaleur bifluide 14 pour refroidir le fluide caloporteur circulant dans l’échangeur de chaleur bifluide 14. L’échangeur de chaleur bifluide 14 est lors actif.
La circulation du premier fluide caloporteur dans la boucle L3 permet aussi un mode de chauffage des batteries du véhicule lorsque le dispositif de chauffage électrique 54 est actif. L’échangeur de chaleur bifluide 14 est alors inactif, c’est-à-dire qu’il est passant pour le fluide caloporteur, sans échangeur de chaleur significatif avec le fluide réfrigérant du circuit de climatisation 10, par exemple en fermant complètement le premier dispositif de détente 22 .
La circulation du premier fluide caloporteur dans la boucle L3 permet encore un deuxième mode de chauffage du flux d'air Fi interne dans lequel le circuit 10 de climatisation fonctionne en mode de pompe à chaleur interne et dans lequel le fluide caloporteur du circuit du premier fluide caloporteur 1 2 est chauffé dans l’échangeur de chaleur batteries 68, c’est-à-dire un mode de récupération de la chaleur des batteries pour chauffer l’habitacle.
Le circuit du premier fluide caloporteur comporte une première vanne trois voies 70 reliant la première branche B1 en aval de l’échangeur de chaleur bifluide 14, la quatrième branche B4 en amont de l’échangeur de chaleur « batteries » 68 et l’extrémité amont de la deuxième branche B2. La première vanne trois voies 70 permet de sélectionner alternativement la circulation du premier fluide caloporteur vers la deuxième branche B2 et ainsi la circulation dans la deuxième boucle B2 du premier fluide caloporteur, ou vers la quatrième branche B4 et ainsi la circulation du premier fluide caloporteur dans la troisième boucle B3.
Comme illustré sur le figure 2, le circuit 1 2 du premier fluide caloporteur comporte une cinquième branche B5 équipée d’un vase d’expansion 60, d'un radiateur 72 agencé dans un flux d'air (Fe) externe. Une extrémité aval de la cinquième branche B5 est raccordée à une extrémité amont de la troisième branche B3 et une extrémité amont de la cinquième branche B5 est raccordée à une extrémité aval de la troisième branche B3.
Le vase d’expansion 60 est en variant située dans une autre branche du circuit. Comme illustré à la figure 4, le circuit du premier fluide caloporteur est ainsi configuré pour pouvoir faire circuler, dans une quatrième boucle du premier fluide caloporteur L4, la totalité du fluide caloporteur traversant l’échangeur de chaleur "machines électriques" 66 à travers le radiateur externe 72 et la deuxième pompe 64, notamment de façon à permettre un refroidissement passif du fluide caloporteur traversant l’échangeur de chaleur "machines électriques" 66 par refroidissement dans le radiateur externe 72.
La circulation du premier fluide caloporteur dans la quatrième boucle L4 permet un refroidissement passif du moteur électrique par évacuation de la chaleur du moteur électrique dans le fluide caloporteur 1 2 à travers l’échangeur de chaleur machines électriques 66, puis évacuation de la chaleur dans le flux d’air extérieur Fe à travers le radiateur externe 72.
Le circuit 12 du premier fluide caloporteur comporte une deuxième vanne trois voies 80 reliant la troisième branche B3 en aval de l’échangeur de chaleur « machines électriques » 66, la quatrième branche B4 en amont de l’échangeur de chaleur « batteries » 68 et la cinquième branche B5 en amont du radiateur externe 72.
La deuxième vannes trois voies 80 permet de sélectionner alternativement le fluide caloporteur vers la quatrième branche B4 pour former la deuxième boucle L2 de circulation du premier fluide caloporteur ou vers la cinquième branche B5 pour former la quatrième boucle L4 de circulation du premier fluide caloporteur.
Par ailleurs, comme illustré sur la figure 5, le circuit décrit ci-dessus permet simultanément la circulation du premier fluide caloporteur dans la deuxième boucle L2 du premier fluide caloporteur et dans la troisième boucle L3 de circulation du premier fluide caloporteur.
Le débit dans chacune des boucles L2 et L3 est ajusté par le débit de leur pompe respective 52, 64. Les deux boucles L2 et L3 ont en commun l’échangeur de chaleur batteries 68, dans lequel le débit du premier fluide caloporteur est la somme du débit du premier fluide caloporteur dans chacune des deux boucles L2 et L3.
La circulation du premier fluide caloporteur simultanément dans les boucles L2 et L3 permet un troisième mode de chauffage du flux d’air interne dans lequel l’échangeur de chaleur bifluide est actif pour récupérer de la chaleur des batteries et/ou du moteur électrique 66 et/ou du dispositif de chauffage électrique 54 si ce dernier est actif.
La figure 6 est une vue schématique qui représente un circuit du premier fluide caloporteur qui équipe le système de gestion thermique réalisé selon un autre aspect de l’invention, et qui est destiné à fonctionner en coopération avec le circuit de climatisation de la figure 1 .
Le circuit 12 du premier fluide caloporteur comporte une sixième branche B6 reliant la cinquième branche B5 en amont du radiateur externe 72 et la quatrième branche B4 en aval de l’échangeur de chaleur « batteries » 68.
Le circuit du premier fluide caloporteur comporte une troisième vanne trois voies 82 reliant la quatrième branche B4 en aval de l’échangeur de chaleur « batteries » 68, la deuxième branche B2 et la sixième branche B6, notamment de façon à relier ou non l’échangeur de chaleur batteries au radiateur externe 72.
Le circuit 12 du premier fluide caloporteur comprend aussi une quatrième vanne 84 reliant la quatrième branche B4 en aval de l’échangeur de chaleur « batteries » (68), la troisième vanne (82) et la troisième branche (B3) en amont de l’échangeur de chaleur « machines électriques » (66).
Les troisième et quatrièmes vannes 82, 84 permettent notamment d’empêcher la circulation du premier fluide caloporteur de la troisième boucle L3 du premier fluide caloporteur vers la quatrième boucle du premier fluide caloporteur L4 en empêchant le premier fluide caloporteur de passer d’une boucle L3 à l’autre L4 par la sixième branche B6 et par la troisième branche B3.
Le circuit 1 2 du premier fluide caloporteur comporte aussi une septième branche B7 reliant la première branche B1 en amont du dispositif de chauffage 54 et la cinquième branche B5 en aval du radiateur externe 72.
Le circuit 12 du premier fluide caloporteur est ainsi configuré, comme illustré sur la figure 7, pour permettre, outre les modes de circulation précédemment illustrés lesquels restent possibles, la circulation du premier fluide caloporteur dans une cinquième bouche L5 du premier fluide caloporteur dans laquelle la totalité du fluide traversant l’échangeur de chaleur « batteries » 68 traverse le radiateur externe 72, notamment en traversant la septième branche B7 et la sixième branche B6, notamment de façon à permettre le refroidissement passif du premier fluide caloporteur traversant l’échangeur de chaleur « batteries » 68 par refroidissement dans le radiateur externe 72. Dans cette configuration, la quatrième vanne 84 empêche la circulation du premier fluide caloporteur vers la troisième branche B3 et la troisième vanne 82 empêche la circulation du premier fluide caloporteur vers la deuxième branche B2. Par ailleurs, la troisième vanne 83 et la troisième vanne 84 relient la sixième branche B6 avec la quatrième branche B4.
Comme illustré sur la figure 7, la circulation dans la cinquième boucle est par exemple réalisée conjointement à la circulation du premier fluide caloporteur dans la quatrième boucle B4. Le débit du premier fluide caloporteur dans le radiateur externe correspond alors à la somme des débits dans la première pompe 52 (ou dans l’échangeur de chaleur batteries 68) et dans la deuxième pompe 64 (ou dans l’échangeur de chaleur machines électriques 66). Il est ainsi possible de refroidir de façon passive les batteries et les machines électriques (ou électronique de puissance).
Corne illustré sur la figure 8, le circuit 12 du premier fluide caloporteur est configuré pour permettre la circulation du premier fluide caloporteur dans la troisième boucle L4 du premier fluide caloporteur dans laquelle la totalité du fluide traversant l’échangeur de chaleur « machines électriques » 66 traverse le radiateur externe 72 et dans la quatrième boucle L4 du premier fluide caloporteur dans laquelle la totalité du fluide réfrigérant traversant l’échangeur de chaleur « batteries » 68, traverse le dispositif de chauffage 54 et l’échangeur de la chaleur bifluide 14.
Dans ce mode de circulation, la troisième vanne 82 et la quatrième vanne 84 empêchent la circulation du premier fluide caloporteur entre les troisième et quatrième boucles du premier fluide caloporteur L3, L4 en empêchant le fluide de passer par la sixième branche B6 vers le radiateur externe 72 et par la troisième branche B3
A noter que si aucune vanne n’empêche la circulation du premier fluide caloporteur par la septième branche B7, une telle vanne est en fait inutile car la conservation du débit dans chaque boucle implique une non circulation naturellement dans la septième branche B7.
Comme illustré sur la figure 9, le circuit 1 2 du premier fluide caloporteur est configuré pour permettre que le fluide circulant à travers l’échangeur de chaleur « batteries » 68 passe en amont d’une part dans le dispositif de chauffage 54, l’échangeur de chaleur bifluide 14 et la première pompe 54 en formant ainsi la troisième boucle L3 du premier fluide caloporteur et d’autre part dans une sixième boucle L6 du premier fluide caloporteur en passant dans l’échangeur de chaleur « machines électriques » 66 et la deuxième pompe 64, de façon à permettre notamment un mode de récupération de chaleur par le circuit de fluide réfrigérant, les calories étant fournies par l’échangeur de chaleur « machines électriques » 66, le dispositif de chauffage électrique 54 et/ou l’échangeur de chaleur « batteries » (68). Ce mode de fonctionnement est analogue au mode de fonctionnement de la figure 5, mais en utilisant, dans le mode de fonctionnement de la figure 7, le retour du premier fluide caloporteur vers la sixième boucle par la deuxième branche B2 puis par la septième branche B7, ce qui peut minimiser les pertes de chaleur par rapport au mode de fonctionnement de la figure 5.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Système de gestion thermique d'un véhicule hybride ou électrique, le système de gestion thermique comportant un circuit (10) de climatisation inversible dans lequel circule un fluide réfrigérant et comportant un échangeur de chaleur bifluide (14) agencé conjointement sur un circuit (12) d’un premier fluide caloporteur, le circuit (10) de climatisation comportant successivement, dans une boucle principale, un compresseur, un premier échangeur de chaleur (20) agencé pour échanger des calories avec un fluide caloporteur, de façon directe ou indirecte, le fluide caloporteur étant par exemple un flux d’air interne (Fi) soufflé dans l’habitacle du véhicule, un organe de détente (33) du fluide réfrigérant et un deuxième échangeur de chaleur (34) agencé pour échanger des calories avec un fluide caloporteur, de façon directe ou indirecte, le fluide caloporteur étant par exemple un flux d’air interne (Fi) soufflé dans l’habitacle du véhicule, le circuit (12) du premier fluide caloporteur comportant :
- une première branche (B1 ) comportant une première pompe (52), un dispositif (54) de chauffage du premier fluide caloporteur et l'échangeur de chaleur bifluide (14),
- une deuxième branche (B2) dont une extrémité amont est raccordée directement à la première branche (B1 ) en aval de l'échangeur de chaleur bifluide (14) et dont une extrémité aval est raccordée directement à une extrémité amont de la première branche (B1 ), dans lequel le circuit du premier fluide caloporteur (12) comporte:
- une troisième branche (B3) qui comporte une deuxième pompe (64) et un troisième échangeur de chaleur (66), par exemple un échangeur de chaleur "machines électriques" (66) qui permet l'échange de chaleur entre de l'électronique de puissance et/ou un moteur électrique du véhicule, d'une part, et le premier fluide caloporteur, d'autre part,
-une quatrième branche (B4) qui comporte un quatrième échangeur de chaleur (68), par exemple un échangeur de chaleur "batteries" (68) qui est configuré pour permettre l'échange de chaleur entre des batteries du véhicule et le premier fluide caloporteur, la quatrième branche (B4) comportant une extrémité amont qui est raccordée à une extrémité aval de la première branche (B1 ) et une extrémité aval qui est raccordée à la deuxième branche (B2), une extrémité amont de la quatrième branche (B4) étant raccordée à une extrémité aval de la troisième branche (B3), et une extrémité aval de la quatrième branche (B4) étant raccordée à une extrémité amont de la troisième branche (B3).
- le circuit (12) du premier fluide caloporteur étant configuré de manière que, dans un premier mode de chauffage du flux d'air (Fi) interne :
- dans une première boucle (L1 ) du premier fluide caloporteur, le premier fluide caloporteur passant à travers le dispositif (54) de chauffage, par exemple la totalité du fluide traversant le dispositif (54) de chauffage, passe à travers l'échangeur de chaleur bifluide (14) et dans la première pompe (52), le dispositif (54) de chauffage et l'échangeur de chaleur bifluide (14) étant actifs, notamment de façon à chauffer le fluide réfrigérant passant dans l’échangeur de chaleur bifluide (14), et, de façon simultanée ou de façon indépendante à la circulation du premier fluide caloporteur dans la première boucle (L1 ) du premier fluide caloporteur, le circuit est configuré pour que, dans une deuxième boucle (L2) du premier fluide caloporteur, le premier fluide caloporteur passant dans l’échangeur de chaleur "batteries" (68), par exemple la totalité du premier fluide caloporteur passant dans l’échangeur de chaleur "batteries" (68) passe à travers l’échangeur de chaleur "machines électriques" (66) et dans la deuxième pompe (64), notamment de façon à chauffer le premier fluide caloporteur traversant l’échangeur de chaleur "batteries" (68) grâce à la chaleur récupérée par l’échangeur de chaleur "machines électriques" (66).
2. Système selon la revendication précédente, dans lequel, dans la première branche (B1 ), l'échangeur de chaleur bifluide (14) est agencé en aval du dispositif (54) de chauffage du premier fluide caloporteur (14), de préférence directement en aval.
3. Système selon la revendication précédente, dans lequel, outre la première pompe (52), le dispositif (54) de chauffage du premier fluide caloporteur et l'échangeur de chaleur bifluide (14), la première branche (B1 ) ne comporte aucun autre dispositif susceptible de modifier sensiblement la quantité de chaleur accumulée par le premier fluide caloporteur.
4. Système selon la revendication précédente, dans lequel la deuxième branche (B2) ne comporte aucun dispositif susceptible de modifier sensiblement la quantité de chaleur accumulée par le premier fluide caloporteur.
5. Système selon la revendication précédente, dans lequel le circuit (1 2) du premier fluide caloporteur est configuré pour pouvoir faire circuler la totalité du fluide réfrigérant traversant le dispositif de chauffage (54) et l’échangeur de la chaleur bifluide à travers l’échangeur de chaleur « batteries » (68) dans une troisième boucle (L3) du premier fluide caloporteur, notamment de façon à chauffer le premier fluide caloporteur traversant l’échangeur de chaleur « batteries » (68) lorsque le dispositif de chauffage (54) est actif ou alternativement de façon à refroidir le premier fluide caloporteur traversant l’échangeur de chaleur « batteries » (68) lorsque l’échangeur de chaleur bifluide (14) est actif.
6. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le circuit (1 2) du premier fluide caloporteur comporte une première vanne trois voies (70) reliant la première branche (B1 ) en aval de l’échangeur de chaleur bifluide (14), la quatrième branche (B4) en amont de l’échangeur de chaleur « batteries » (68) et l’extrémité amont de la deuxième branche (B2).
7. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le circuit (1 2) du premier fluide caloporteur comporte une cinquième branche (B5) équipée d'un radiateur (72) agencé dans un flux d'air (Fe) externe, une extrémité aval de la cinquième branche (B5) étant raccordée à une extrémité amont de la troisième branche (B3) et une extrémité amont de la cinquième branche (B5) étant raccordée à une extrémité aval de la troisième branche (B3), le circuit étant configuré pour pouvoir faire circuler, dans une quatrième boucle du premier fluide caloporteur (L4), la totalité du premier fluide caloporteur traversant l’échangeur de chaleur "machines électriques" (66) à travers le radiateur externe (72) et la deuxième pompe (64), notamment de façon à permettre un refroidissement passif du premier fluide caloporteur traversant l’échangeur de chaleur "machines électriques" (66) par refroidissement dans le radiateur externe (72).
8. Système selon la revendication précédente, dans lequel le circuit (12) du premier fluide caloporteur comporte une deuxième vanne trois voies (80) reliant la troisième branche (B3) en aval de l’échangeur de chaleur « machines électriques » (66), la quatrième branche (B4) en amont de l’échangeur de chaleur « batteries » (68) et la cinquième branche (B5) en amont du radiateur externe (72).
9. Système selon la revendication 7 ou 8, dans lequel le circuit comporte une sixième branche (B6) reliant la cinquième branche (B5) en amont du radiateur externe (72) et la quatrième branche (B4) en aval de l’échangeur de chaleur « batteries » (68), et une septième branche (B7) reliant la première branche (B1 ) en amont du dispositif de chauffage (54) et la cinquième branche (B5) en aval du radiateur externe (72).
10. Système selon la revendication précédente, dans lequel le circuit (1 2) du premier fluide caloporteur est configuré pour permettre la circulation du premier fluide caloporteur dans une cinquième bouche (L5) du premier fluide caloporteur dans laquelle la totalité du fluide traversant l’échangeur de chaleur « batteries » (68) traverse le radiateur externe (72), notamment en traversant la septième branche (B7) et la sixième branche (B6), notamment de façon à permettre le refroidissement passif du premier fluide caloporteur traversant l’échangeur de chaleur « batteries » (68) par refroidissement dans le radiateur externe (72).
1 1 . Système selon la revendication précédente, dans lequel le circuit (1 2) du premier fluide caloporteur est configuré pour permettre parallèlement à la cinquième boucle (L5) du premier fluide caloporteur, la circulation du premier fluide caloporteur dans la quatrième boucle (L4) du premier fluide caloporteur dans laquelle la totalité du fluide traversant l’échangeur de chaleur « machines électriques » (66) traverse le radiateur externe (72), le fluide circulant dans la cinquième branche (B5) étant divisé entre la septième branche (B7) vers l’échangeur de chaleur batteries (68) et la troisième branche (B3) vers l’échangeur de chaleur « machines électriques » (66), notamment de façon à permettre simultanément le refroidissement passif du premier fluide caloporteur traversant l’échangeur de chaleur « batteries » (68) et du premier fluide caloporteur traversant l’échangeur de chaleur « machines électriques » (66) par refroidissement dans le radiateur externe (72).
12. Système selon la revendication précédente, dans lequel le circuit (12) du premier fluide caloporteur comprend une troisième vanne trois voies (82) reliant la quatrième branche (B4) en aval de l’échangeur de chaleur « batteries » (68), la deuxième branche (B2) et la sixième banche (B6), notamment de façon à relier ou non l’échangeur de chaleur batteries (68) au radiateur externe (72).
13. Système selon l’une quelconque des revendications 1 0 à 1 2 prise ensemble avec la revendication 5, dans lequel le circuit (12) du premier fluide caloporteur est configuré pour permettre la circulation du fluide caloporteur dans la troisième boucle (L4) du premier fluide caloporteur dans laquelle la totalité du fluide traversant l’échangeur de chaleur « machines électriques » (66) traverse le radiateur externe (72) et dans la quatrième boucle du premier fluide caloporteur dans laquelle la totalité du fluide réfrigérant traversant traversant l’échangeur de chaleur « batteries » (68), traverse le dispositif de chauffage (54) et l’échangeur de la chaleur bifluide (14.
14. Système selon la revendication précédente, dans lequel le circuit (1 2) du premier fluide caloporteur comprend une quatrième vanne (84) reliant la quatrième branche (B4) en aval de l’échangeur de chaleur « batteries » (68), la troisième vanne (82) et la troisième branche (B3) en amont de l’échangeur de chaleur « machines électriques » (66), notamment de façon à pouvoir empêcher avec les troisième et quatrièmes vannes (82, 84) la circulation du premier fluide caloporteur de la troisième boucle (L3) du premier fluide caloporteur vers la quatrième boucle du premier fluide caloporteur (L4) par la sixième branche (B6) et par la troisième branche (B3).
15. Système selon la revendication précédente, dans lequel le circuit (1 2) du premier fluide caloporteur est configuré pour permettre que le fluide circulant à travers l’échangeur de chaleur « batteries » (68) passe en amont d’une part dans le dispositif de chauffage (54), l’échangeur de chaleur bifluide (14) et la première pompe (54) en formant ainsi la troisième boucle (L3) du premier fluide caloporteur et d’autre part dans une sixième boucle (L6) du premier fluide caloporteur en passant dans l’échangeur de chaleur « machines électriques » (66) et la deuxième pompe (64), de façon à permettre notamment un mode de récupération de chaleur par le circuit de fluide réfrigérant, les calories étant fournies par l’échangeur de chaleur « machines électriques » (66), le dispositif de chauffage (54) et/ou l’échangeur de chaleur « batteries » (68).
16. Procédé de fonctionnement d'un système réalisé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, dans un premier mode de chauffage du flux d'air (Fi) interne, la totalité du premier fluide caloporteur passant à travers le dispositif (54) de chauffage passe ensuite à travers l'échangeur de chaleur bifluide (14) avant de revenir à la première pompe (52) par la deuxième branche (B2), le dispositif (54) de chauffage et l'échangeur de chaleur bifluide (14) étant actifs.
17. Programme d’ordinateur comprenant des instructions qui conduisent le système de conditionnement thermique selon l’une des revendications 1 à 1 5 à exécuter la ou les étape(s) du procédé de fonctionnement selon la revendication précédente.
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