FR2806666A1 - Procede de climatisation d'un vehicule automoteur hybride et vehicule utilisant un tel procede - Google Patents

Procede de climatisation d'un vehicule automoteur hybride et vehicule utilisant un tel procede Download PDF

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Abstract

Le véhicule automoteur hybride possède un système de récupération d'énergie thermique permettant de minimiser les rejets chimiques ou thermiques et/ ou le bruit généré par son fonctionnement.La traction du véhicule est électrique et l'apport d'énergie est assuré par une pile à combustible (6) et/ ou une catenaire partielle, complétée éventuellement d'un moteur thermique (7). Les dégagements thermiques produits par ces deux éléments, ainsi que par les moteurs électriques de traction (9) et les convertisseurs sont utilisés pour alimenter en chaleur un convertisseur thermique (12) alimentant lui-même des éléments de chauffage et de climatisation (13) du véhicule (1).Application avantageuse aux tramways et trolleybus de transport urbain.

Description

PROCEDE <B><U>DE CLIMATISATION</U></B> <B><U>D'UN</U></B> VEHICULE <B><U>AUTOMOTEUR HYBRIDE</U></B> <B><U>ET</U></B> VEHICULE <B><U>UTILISANT UN TEL</U></B> PROCEDE <U>DESCRIPTION</U> <U>Domaine de l'invention</U> L'invention ressortit du domaine véhicules hybrides, c'est-à-dire utilisant plusieurs sources énergie différentes dégageant de la chaleur Elle concerne, en particulier, les véhicules urbains de transport en commun, entraînés par un ou plusieurs moteurs electriques alimentés par plusieurs sources d'énergie différentes, à savoir une pile à combustible un moteur thermique et/ou des moyens de captage externes de l'énergie électrique à des points fixes. s'agit, en particulier, des trolleybus, des tramways, des autobus et des métropolitains souterrains ou de surface. On note que ces véhicules hybrides possèdent également des installations de climatisation et/ou de chauffage du volume interne des cabines.
<U>Art antérieur et problème posé</U> Dans les transports en commun urbains, on utilise fréquemment des tramways, des trolleybus ou des autobus entraînés par des moteurs électriques. Les trolleybus utilisent une source d'énergie électrique fixe constituée d'une caténaire, c'est-à-dire d'une ligne aérienne bifilaire sur laquelle ils prélèvent en permanence l'énergie électrique. Les tramways utilisent également des installations fixes, comme les caténaires, ou les rails pour capter l'énergie électrique. Or, certains véhicules peuvent être hybrides, en ce sens que la source d'énergie alimentant les moteurs de traction est multiple. En effet, les moteurs électriques peuvent être alimentés par une batterie, elle-même alimentée ou supplée par une pile combustible, un moteur thermique ou une source fixe d'énergie électrique. De plus, l'énergie thermique nécessaire à la climatisation et au chauffage l'intérieur du véhicule peut provenir de l'énergie électrique ou être produite par la combustion d'un fluide auxiliaire, comme le pétrole, le gaz alcool, et bien d'autres combustibles. En d'autres termes, les deux sources d'énergies nécessaires à la traction et à la climatisation des véhicules sont gérées séparément.
but de l'invention est de proposer un nouveau concept de véhicules hybrides dont le rendement, notamment thermique global, de l'ensemble est améliore. <U>Résumé de l'invention</U> On a constaté que la plupart des calories générées à l'intérieur des moteurs électriques thermiques ou autres piles à combustible sont dispersées dans le milieu ambiant par le système i ventilation spécifique du moteur. Le procédé, selon l'invention, utilise un système permettant de récupérer en partie cette énergie thermique pour l'utiliser à la climatisation et au chauffage des véhicules. <U>Résumé de l'invention</U> A cet effet, premier objet principal de l'invention est un procédé de climatisation d'un véhicule automoteur hybride comprenant des moyens de production d'électricité dégageant de la chaleur. Selon l'invention, il consiste à utiliser la chaleur résiduelle restituée par les moyens de production d'électricité pour alimenter en chaleur un convertisseur thermique alimentant lui-même des éléments de chauffage et de climatisation.
La chaleur résiduelle produite par le ou les moteurs de traction peut également être utilisée pour alimenter le convertisseur thermique.
Le deuxième objet principal de l'invention est un véhicule automoteur hybride comportant - au moins un moteur électrique entraînant au moins deux roues motrices ; - une batterie électrique pour alimenter le ou les moteur(s) électrique(s) ; - des moyens production d'électricité ; et - des moyens de climatisation et de chauffage de l'intérieur véhicule.
Selon l'invention, on utilise des moyens de récupération de la chaleur résiduelle fournie par certains des moyens de production d'électricité, pour alimenter énergie thermique les moyens de climatisation et de chauffage.
Dans le véhicule automoteur hybride selon les moyens climatisation et de chauffage sont, de préférence, constitués principalement d'un convertisseur thermique, commandé par un superviseur, et alimentant des éléments de chauffage et de climatisation.
Dans une réalisation préférentielle de l'invention, les moyens de production d'électricité comportent pile à combustible dont le circuit de refroidissement alimente le convertisseur thermique.
Dans une autre réalisation, les moyens de production électricité comprennent un moteur thermique couplé à un alternateur et dont le circuit de refroidissement alimente en chaleur le convertisseur thermique.
Pour accroître le rendement global de l'ensemble, ou les moteur(s) de traction comprend ou comprennent circuit de refroidissement alimentant en chaleur le convertisseur thermique.
Dans la plupart de ces réalisations, les moyens de production d'électricité comportent une prise externe d'électricité sur des moyens fixes de transport et de transmission d'électricité.
véhicule automoteur hybride, selon l'invention, se complète avantageusement d'un convertisseur électrique polyvalent recevant la sortie électrique la pile à combustible, de la prise externe d'électricité et/ou du ou des moteur(s) de traction, pour charger la batterie électrique. <U>Description détaillée d'une réalisation de</U> <U>l'invention</U> L'invention et ses différentes caractéristiques seront mieux comprises à la lecture de la description suivante, accompagnée de la figure unique représentant le véhicule automoteur hybride selon l'invention.
Comme le montre cette unique figure le vehicule automoteur selon l'invention comprend principalement des moyens de production d'énergie , 5, 6 7, 8, une batterie d'accumulateurs 10, au moins un moteur de traction 9, entraînant au moins deux roues 2, un convertisseur thermique 12.
Les moyens de production d'électricité sont donc constitués principalement d'une pile à combustible alimentée par un générateur d'hydrogène 21 et d'un réservoir d'oxygène 20 sous pression au moyen d'un système de compression de l'air ambiant. Ils comprennent également un moteur thermique 7 et une prise externe d'électricité, constituée elle-même d'un pantographe 4 dont le patin frotte sur une caténaire 3. Le moteur thermique 7 est complété d'un alternateur 8, tel qu'un turbogénérateur, qui lui est accouplé. Un convertisseur électrique polyvalent 5 est connecté à la sortie de chacun de ces moyens de production d'énergie pour alimenter la batterie 10 du véhicule 1. Celle-ci alimente le ou les moteurs de traction 9, par l'intermédiaire d'un système de pilotage des moteurs 11. La batterie 10 permet de stocker l'énergie électrique nécessaire au(x) moteur(s) de traction 9. En outre elle est capable de fournir au véhicule 1 l'énergie nécessaire à assurer une certaine autonomie sans 'apport de source d'électricité extérieure, ainsi que l'intensité de démarrage nécessaire au(x) moteurs de traction 9, et ceci en cas de panne du ou des moyens de production d'électricité embarqués. De plus, elle peut stocker de l'énergie électrique produite par le ou les moteurs électriques de traction 9 pendant les forces de freinage.
Le convertisseur d'électricité polyvalent 5 charge donc la batterie 10, entre autres, à partir de la source extérieure, à savoir le pantographe 4, de la pile à combustible 6, du moteur thermique 7 du ou des moteurs de traction 9, fonctionnant en génératrice asynchrone, lors du freinage du véhicule 1.
Le(s) moteur(s) électriques de traction 9 sont en général des moteurs synchrones ou asynchrones pilotes par des variateurs associés du système pilotage 11. Ce ou ces moteurs électriques de traction 9 sont en général réfrigéré par un fluide caloporteur Le convertisseur thermique 12 reçoit de l'énergie thermique de plusieurs de ces éléments sous différentes formes. La pile à combustible 6 et le moteur thermique 7 sont eux même réfrigérés chacun un circuit de refroidissement, symbolisé par deux canalisations respectivement 16 et 17 aller et retour qui passent par le convertisseur thermique 12. I1 en est même pour le circuit de liquide caloporteur 19 du ou des moteurs électriques de traction 9 qui passe i également dans le convertisseur thermique 12. Ce convertisseur thermique 12 peut donc concentrer l'énergie thermique en provenance des moteurs de traction 9, de la pile à combustible 6 ou du moteur thermique 7, de délivrer de la chaleur ou du froid dans les éléments du système de climatisation 13 du vehicule 1 et de rejeter éventuellement, dans l'environnement du véhicule 1, le surplus de 'énergie thermique collectée. I1 peut comprendre avantageusement un générateur de froid à absorption.
La climatisation ou le chauffage du véhicule 1 peut être piloté par un superviseur de climatisation 14 commandant le fonctionnement du convertisseur thermique 12. Un tel superviseur 14 peut optimiser en permanence la consommation 'énergie électrique du véhicule 1 et son approvisionnement, qu'il soit interne ou externe. En particulier, il pilote la température de fonctionnement de la pile à combustible 6, par exemple le nombre d éléments sollicités, de façon à pouvoir, en agissant sur le rendement de celle-ci, régler le rapport entre l'énergie électrique et l'énergie thermique produites. Il contrôle également le flux d'énergie calorifique évacue vers l'extérieur et, plus généralement le bon déroulement du procédé. <U>Avantages de l'invention</U> Ce système de gestion de l'énergie permet de faire fonctionner les véhicules de transport en i commun de façon écologique. En effet, il assure - une consommation minimale d'énergie sous forme électrique ou de combustible ou de carburant ; - une pollution environnementale minimale, tant du point de vu sonore que des rejets chimiques et thermiques.
Ce concept permet d'accroître le débit de véhicules sur un réseau existant. En effet une caténaire est normalement conçue pour assurer le besoin maximal de puissance, soit, pour l'exemple du tramway léger, un maximum d'environ 400 kW, alors que le besoin pour le concept proposé par la présente invention est de 1 ordre de 30 kW par véhicule. I1 est donc possible de faire circuler dix fois plus de tramways une caténaire existante avec le concept proposé.
De même, ce concept permet de faire circuler le même nombre de véhicules avec une catenaire dont la capacité, en terme de puissance, est dix fois inférieure à celle de la caténaire correspondante à un dispositif classique. Ceci permet de disposer d'une caténaire beaucoup plus économique, tant pour l'investissement que pour la maintenance.
Ce concept est particulièrement intéressant dans le cas du captage au sol de l'énergie électrique, pour lequel les dispositifs existants sont limités en puissance.
Le concept permet d'étendre le réseau existant, sans avoir à installer de nouvelles caténaires. En effet, la batterie d'un véhicule dispose d' réserve d'énergie qui autorise une autonomie i prévisible permettant facilement de doubler la longueur de la ligne de transport en commun, en ajoutant des parcours à chaque extrémité de celle-ci sans rajouter caténaires. De même, il permet d'assurer zones service sans caténaires, en particulier centre ville. En effet, la batterie disposant d'une réserve d'énergie autorisant une économie prévue peut facilement permettre d'effectuer la moitié d'un parcours total en l'absence de caténaires. Enfin, il permet la circulation d'un train - tramway équipé d'un seul système de captage de courant électrique sur la zone de parcours qui consomme le plus d'énergie, la batterie assurant sa fourniture en énergie électrique pour la zone consommant le moins d'énergie.
Dans chacun des cas décrits ci-dessus, la puissance de la pile à combustible ou du groupe électrogène de chaque véhicule est ajustée pour assurer besoin total journalier en énergie électrique.

Claims (8)

REVENDICATIONS
1. Véhicule automoteur hybride (1) comportant - au moins un moteur électrique de traction (9) entraînant au moins deux roues motrices (2) ; - une batterie électrique (10) pour alimenter le ou les moteurs électriques (9) ; - des moyens de production d'électricité (4, 6, , 8) ; et - des moyens de climatisation et de chauffage (12, 13, 14) du véhicule (1), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de récupération (16, 17, 19) de la chaleur résiduelle fournie par certains moyens de production d'électricité (6, 7, 9) pour alimenter en énergie thermique les moyens climatisation et de chauffage (12, 13, 14).
2. Véhicule automoteur hybride (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de climatisation et de chauffage sont constitués principalement d'un convertisseur (12), commandé par un superviseur (14) et alimentant des éléments de chauffage et de climatisation (13).
3. Véhicule automoteur hybride (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que moyens de production d'électricité comportent pile à combustible (6) dont le circuit de refroidissement (16) alimente le convertisseur thermique (12).
4. Véhicule automoteur hybride ( ) selon la revendication 2, caractérisé en ce que moyens de production d'électricité comprennent moteur thermique (7) couplé à un alternateur (8) dont le circuit de refroidissement (17) alimente en chaleur le convertisseur thermique (12).
5. Véhicule automoteur hybride ( ) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le ou les moteurs de traction (9) comprend ou comprennent des circuits de refroidissement (19) alimentant en chaleur le convertisseur thermique (12).
6. Véhicule automoteur hybride (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de production d'électricité comportent une prise externe d'électricité (4) sur des moyens fixes (3) transport de transmission d'électricité.
7. Véhicule automoteur hybride (1), caractérisé en ce qu'il comprend un convertisseur electrique polyvalent (5) recevant l'énergie electrique produit par les moyens de production d'électricité (4, 6, 7) pour charger la batterie (10).
8. Procédé de climatisation d véhicule automoteur hybride (1) comprenant des moyens de production d'électricité (6, 7) dégageant de la chaleur, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser chaleur résiduelle restituée par ces moyens de production d'électricité (6, 7) pour alimenter en chaleur un convertisseur thermique (12) alimentant -même des éléments de chauffage et de climatisation (13) du véhicule (1).
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