FR2971973A1

FR2971973A1 - Positive temperature coefficient type electric heater for passenger compartment of car, has temperature sensor or thermofusible element that measures temperature within heater structure

Info

Publication number: FR2971973A1
Application number: FR1151528A
Authority: FR
Inventors: Stephane Talaucher
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2011-02-25
Publication date: 2012-08-31

Abstract

The heater (10) has a set of heating elements (13), and a temperature sensor (15) or reversible or non-reversible thermofusible element that measures temperature within a heater structure. The thermofusible element is located inside an electronic controller (12). The temperature sensor or the thermofusible element is provided at a central or downstream part of the set of heating elements. A communication unit (16) connects the sensor to the electronic controller. An independent claim is also included for a method for regulation of an electric heater.

Description

La présente invention concerne un radiateur électrique pour véhicule automobile et un véhicule automobile en tant que tel comprenant un tel radiateur. Elle concerne aussi un procédé de régulation du fonctionnement d'un radiateur électrique pour véhicule automobile. The present invention relates to an electric radiator for a motor vehicle and a motor vehicle as such comprising such a radiator. It also relates to a method of regulating the operation of an electric radiator for a motor vehicle.

Certains véhicules automobiles disposent d'une chaine de traction électrique, comme les véhicules électriques ne disposant que d'une chaine de traction électrique ou les véhicules hybrides disposant à la fois d'une chaine de traction thermique et électrique. Le moteur de ces véhicules atteint des températures inférieures à celui des moteurs thermiques et les solutions conventionnelles de régulation de la température de l'habitacle du véhicule automobile, et notamment les solutions mises en oeuvre pour son chauffage, ne sont plus adaptées. Some motor vehicles have an electric traction chain, such as electric vehicles with only an electric traction chain or hybrid vehicles with both a thermal and electric traction chain. The engine of these vehicles reaches temperatures lower than that of thermal engines and conventional solutions for regulating the temperature of the passenger compartment of the motor vehicle, and in particular the solutions used for its heating, are no longer suitable.

Pour pallier cet inconvénient, il a été proposé d'utiliser un radiateur électrique spécifique, connu par sa dénomination de chauffage électrique à coefficient de température positif (CTP), qui repose sur des lames électriques chauffantes disposées sur le parcours d'une alimentation d'air et qui met en oeuvre des puissances de chauffage de l'ordre de 4 à 5 kW. La figure 1 représente schématiquement l'architecture d'un tel radiateur électrique 1, qui comprend un boîtier électronique de commande 2 dans sa partie supérieure, sous lequel s'étendent plusieurs lames chauffantes 3 étroites présentant une surface chauffante traversée de manière sensiblement perpendiculaire par un flux d'air 4 entrant, à une vitesse contrôlée par un groupe motoventilateur, non représenté. To overcome this drawback, it has been proposed to use a specific electric heater, known by its name of electric heating positive temperature coefficient (PTC), which is based on electric heating blades arranged on the path of a power supply. air and which uses heating powers of the order of 4 to 5 kW. FIG. 1 schematically represents the architecture of such an electric radiator 1, which comprises an electronic control unit 2 in its upper part, beneath which several narrow heating blades 3 extend with a heating surface traversed substantially perpendicularly by a incoming air flow 4, at a speed controlled by a fan assembly, not shown.

La régulation du fonctionnement d'un tel radiateur électrique repose généralement sur la consigne de vitesse du groupe motoventilateur (GMV) et sur une mesure de température de l'air extérieur, en dehors du radiateur. The regulation of the operation of such an electric radiator is generally based on the speed setpoint of the fan assembly (GMV) and on an outside air temperature measurement, outside the radiator.

Toutefois, en cas de défaillance d'une telle solution de régulation, comme par exemple la défaillance du capteur de température ou une défaillance du rotor du groupe motoventilateur, la régulation du radiateur électrique n'est plus contrôlée et il existe un risque de chauffage trop important. Or si la température intérieure du radiateur électrique atteint des valeurs trop importantes, qui peuvent par exemple atteindre une valeur de l'ordre de 130° C à 160° C, il existe un risque de faire fondre les matériaux plastiques qui forment le radiateur électrique et l'appareil de climatisation, qui contiennent souvent du polypropylène. Cela entraîne alors leur déformation et un dégagement de fumée toxique au sein de l'habitacle du véhicule automobile, et le risque d'entraîner le chauffage intempestif d'autres éléments du véhicule automobile. However, in case of failure of such a control solution, such as the failure of the temperature sensor or a failure of the rotor of the fan assembly, the control of the electric heater is no longer controlled and there is a risk of heating too much. important. However, if the internal temperature of the electric radiator reaches too high values, which may for example reach a value of the order of 130 ° C. to 160 ° C., there is a risk of melting the plastic materials which form the electric radiator and the air conditioning unit, which often contain polypropylene. This then causes their deformation and a release of toxic smoke within the passenger compartment of the motor vehicle, and the risk of causing inadvertent heating of other elements of the motor vehicle.

Ainsi, l'invention a pour objet de proposer une solution de chauffage de l'habitacle d'un véhicule automobile, particulièrement adaptée aux véhicules électriques, qui ne présente pas tout ou partie des inconvénients de l'état de la technique. Thus, the invention aims to provide a heating solution of the passenger compartment of a motor vehicle, particularly suitable for electric vehicles, which does not have all or part of the disadvantages of the state of the art.

Plus précisément, un objet de l'invention consiste en une solution de chauffage par radiateur électrique dont la régulation de température interne est contrôlée avec fiabilité. A cet effet, l'invention repose sur un radiateur électrique pour véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un élément de prise en compte de la température au sein de sa structure. More specifically, an object of the invention consists of an electric radiator heating solution whose internal temperature control is reliably controlled. For this purpose, the invention is based on an electric heater for a motor vehicle, characterized in that it comprises at least one element for taking into account the temperature within its structure.

25 Le radiateur électrique peut comprendre un boîtier électronique de commande et des éléments chauffants et peut comprendre au moins un élément de prise en compte de la température implanté au niveau des éléments chauffants. 30 Cet élément de prise en compte de la température peut être une sonde de température ou un élément thermofusible réversible ou non.20 Le radiateur électrique peut comprendre une sonde de température implantée au niveau des éléments chauffants, dans la partie centrale ou aval, et peut comprendre un moyen de communication pour relier la sonde de température au boîtier électronique de commande. The electric heater may comprise an electronic control unit and heaters and may include at least one element for taking into account the temperature implanted at the level of the heating elements. This temperature-taking element may be a temperature sensor or a reversible or non-reversible hot-melt element. The electric heater may comprise a temperature sensor implanted at the level of the heating elements, in the central or downstream part, and may include a communication means for connecting the temperature sensor to the control unit.

Le radiateur électrique peut comprendre un boîtier électronique de commande et des éléments chauffants et peut comprendre au moins un élément thermofusible implanté au sein du boîtier électronique de commande. Le boîtier électronique de commande peut comprendre une première partie de réception d'un circuit haute tension puis une seconde partie de connexion du circuit haute tension aux éléments chauffants, et peut comprendre au moins un élément thermofusible implanté dans la seconde partie du boîtier électronique de commande. Le radiateur électrique peut comprendre une voie de recirculation d'air afin de disposer au moins un élément thermofusible au sein du boîtier 20 électronique de commande et au sein du flux d'air de recirculation. L'invention porte aussi sur un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend une entrée d'air et un radiateur électrique tel que décrit précédemment comprenant des éléments chauffants disposés dans le flux 25 d'air. L'invention porte aussi sur un procédé de régulation d'un radiateur électrique de véhicule automobile tel que décrit précédemment, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de prise en compte de la température au sein de la 30 structure du radiateur électrique, au sein des éléments chauffants ou du boîtier électronique, et une étape de réduction de la consigne de chauffage ou d'arrêt total du chauffage au-delà d'une température seuil prédéfinie. The electric radiator may comprise an electronic control unit and heating elements and may comprise at least one hot-melt element implanted within the electronic control unit. The electronic control unit may comprise a first part for receiving a high voltage circuit and then a second part for connecting the high voltage circuit to the heating elements, and may comprise at least one hot-melt element implanted in the second part of the electronic control unit. . The electric heater may include an air recirculation path to provide at least one hot melt element within the control electronics housing and within the recirculation airflow. The invention also relates to a motor vehicle, characterized in that it comprises an air inlet and an electric radiator as described above comprising heating elements arranged in the air flow. The invention also relates to a method of regulating an electric motor vehicle radiator as described above, characterized in that it comprises a step of taking into account the temperature within the structure of the electric radiator, within the heating elements or the electronic box, and a step of reducing the heating set point or the total heating off above a predefined threshold temperature.

L'étape de prise en compte de la température au sein de sa structure peut comprendre une mesure au sein de sa structure de la température et la transmission de cette mesure au boîtier électronique ou peut consister en une réaction automatique d'un élément thermofusible au-delà de la température seuil prédéfinie, dont l'effet est la réduction du chauffage du radiateur électrique. The step of taking into account the temperature within its structure may comprise a measurement within its temperature structure and the transmission of this measurement to the electronic unit or may consist of an automatic reaction of a hot-melt element beyond the preset threshold temperature, the effect of which is the reduction of the heating of the electric radiator.

Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes d'exécution particuliers faits à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : These objects, features and advantages of the present invention will be set forth in detail in the following description of particular embodiments given in a non-limiting manner in relation to the appended figures among which:

La figure 1 représente schématiquement un radiateur électrique de type CTP selon l'état de la technique. La figure 2 représente schématiquement un radiateur électrique selon un premier mode d'exécution de l'invention. FIG. 1 schematically represents an electric radiator of CTP type according to the state of the art. FIG. 2 diagrammatically represents an electric radiator according to a first embodiment of the invention.

La figure 3 représente schématiquement un radiateur électrique selon une 20 variante du premier mode d'exécution de l'invention. Figure 3 schematically shows an electric radiator according to a variant of the first embodiment of the invention.

Les figures 4a à 4c représentent schématiquement un radiateur électrique selon plusieurs variantes d'un second mode d'exécution de l'invention. Figures 4a to 4c schematically show an electric radiator according to several variants of a second embodiment of the invention.

25 Le concept de l'invention repose sur l'intégration d'un élément de prise en compte de la température au sein même du radiateur électrique, qui peut être une sonde de température ou un élément thermofusible. Cet élément de prise en compte de la température permet donc la prise en compte directe de la température réelle au sein du radiateur, par une mesure de la 30 température qui permet d'intervenir en cas d'atteinte d'un seuil prédéfini, ou15 par la réaction automatique d'un composant interne au radiateur au-delà d'une certaine température. The concept of the invention is based on the integration of an element for taking into account the temperature within the electric radiator, which may be a temperature sensor or a hot-melt element. This element of taking into account the temperature thus makes it possible to directly take into account the real temperature within the radiator, by a measurement of the temperature which makes it possible to intervene in the event of reaching a predefined threshold, or by the automatic reaction of an internal component to the radiator beyond a certain temperature.

Pour une raison de clarté et simplification, les mêmes références vont être utilisées sur les différentes figures pour désigner des éléments correspondants. For reasons of clarity and simplification, the same references will be used in the various figures to designate corresponding elements.

Les figures 2 et 3 représentent ainsi un radiateur électrique 10 selon un premier mode d'exécution de l'invention, qui comprend une sonde de température 15 intégrée au sein des éléments chauffants 13, et reliée au boîtier électronique de commande 12 par un moyen de communication 16. Les deux variantes de réalisation diffèrent en ce que le moyen de communication 16 reste totalement intégré au sein du radiateur 10 dans la première variante alors que son parcours passe partiellement à l'extérieur dans la seconde variante, pour limiter son échauffement. FIGS. 2 and 3 thus represent an electric radiator 10 according to a first embodiment of the invention, which comprises a temperature sensor 15 integrated within the heating elements 13, and connected to the electronic control unit 12 by means of communication 16. The two alternative embodiments differ in that the communication means 16 remains fully integrated within the radiator 10 in the first variant while its path passes partially outside in the second variant, to limit its heating.

Dans ces deux variantes, la sonde de température 15 peut être relativement centrée au sein des éléments chauffants 13. En variante, notamment lorsque l'épaisseur du radiateur est importante, c'est-à-dire que de nombreux éléments chauffants sont prévus, elle pourrait se trouver plus en aval par rapport au flux d'air, puisque la température y sera potentiellement plus élevée. Selon une autre variante, plusieurs sondes de température pourraient être intégrées au sein du radiateur électrique. La sonde de température utilisée est avantageusement une sonde de type résistance à coefficient de température négatif (CTN). En variante, tout capteur de température pourrait être implémenté. In these two variants, the temperature sensor 15 may be relatively centered within the heating elements 13. In a variant, in particular when the thickness of the radiator is large, that is to say that many heating elements are provided, it could be further downstream from the airflow, since the temperature will potentially be higher. According to another variant, several temperature probes could be integrated within the electric radiator. The temperature probe used is advantageously a negative temperature coefficient (NTC) resistance type probe. Alternatively, any temperature sensor could be implemented.

Cette solution présente l'avantage de prendre en compte la température réelle présente au sein des éléments chauffants et non de la déduire par une extrapolation à partir de grandeurs extérieures au radiateur électrique. Cette solution est donc plus précise. D'autre part, elle pallie une éventuelle défaillance du capteur de température positionné au niveau du flux d'air entrant. This solution has the advantage of taking into account the actual temperature present in the heating elements and not to deduce by extrapolating from external quantities to the electric heater. This solution is therefore more precise. On the other hand, it overcomes a possible failure of the temperature sensor positioned at the incoming air flow.

Un second mode d'exécution de l'invention consiste à implanter un élément thermofusible, réversible ou non, au sein du radiateur électrique. Une première solution, non représentée, consiste à positionner l'élément thermofusible au coeur des éléments chauffants, en liaison avec un moyen de commande des éléments chauffants 13 par le boîtier électronique de commande 12, voire sur la ligne électrique haute tension, pour induire une modification d'un signal de chauffage en cas de température supérieure à un certain seuil et une diminution du chauffage. A second embodiment of the invention consists in implanting a hot-melt element, reversible or not, within the electric radiator. A first solution, not shown, consists in positioning the hot-melt element in the heart of the heating elements, in connection with a means for controlling the heating elements 13 by the electronic control unit 12, or even on the high-voltage electrical line, to induce a heating element. modification of a heating signal at a temperature above a certain threshold and a decrease in heating.

Les figures 4a à 4c illustrent un exemple d'implémentation de respectivement un et plusieurs éléments thermofusibles 17 disposés dans le boîtier électronique 12. Ce dernier se compose d'une première partie supérieure 121 de réception d'un circuit haute tension puis d'une partie inférieure 122 comprenant notamment des connecteurs pour le transfert de la haute tension jusqu'aux différents éléments chauffants 13. De préférence, les éléments thermofusibles 17 se trouvent au plus près des éléments chauffants pour réagir en fonction de leur température. Pour cela, le mode de réalisation représenté a disposé un ou plusieurs éléments thermofusibles 17 dans la partie inférieure 122 du boîtier électronique 12. FIGS. 4a to 4c illustrate an exemplary implementation of respectively one and several hot-melt elements 17 arranged in the electronic box 12. The latter consists of a first upper part 121 for receiving a high voltage circuit and then a part lower part 122 including connectors for the transfer of high voltage to the various heating elements 13. Preferably, the hot melt elements 17 are closer to the heating elements to react depending on their temperature. For this, the embodiment shown has disposed one or more hot-melt elements 17 in the lower part 122 of the electronic unit 12.

D'autre part, selon une première variante de réalisation, les éléments thermofusibles 17 peuvent être disposés de sorte d'être traversés par le flux d'air, pour tenir compte de la température de l'air. Pour cela, un circuit spécifique de recirculation d'air depuis l'amont ou l'aval du radiateur peut être prévu. Selon une seconde variante, l'élément thermofusible 17 du boîtier se trouve hors d'un flux d'air. Dans une telle variante, il est considéré qu'il existe une relation entre la température des éléments chauffants et celle mesurée par l'élément thermofusible ainsi disposé, par exemple par un simple coefficient de proportionnalité, afin de prédéterminer sa réaction optimale. Dans tous les cas, l'homme du métier saura adapter le type d'éléments thermofusibles avec une certaine réaction au-delà d'une certaine température en fonction de son positionnement au sein du radiateur électrique. On the other hand, according to a first embodiment, the hot melt elements 17 may be arranged so as to be traversed by the air flow, to take account of the air temperature. For this, a specific air recirculation circuit from the upstream or downstream of the radiator can be provided. According to a second variant, the hot-melt element 17 of the housing is out of a flow of air. In such a variant, it is considered that there is a relationship between the temperature of the heating elements and that measured by the hot-melt element thus disposed, for example by a simple coefficient of proportionality, in order to predetermined its optimum reaction. In all cases, the skilled person will adapt the type of hot melt elements with a certain reaction beyond a certain temperature depending on its position within the electric heater.

Le positionnement d'un ou plusieurs éléments thermofusibles au niveau de la connexion haute tension des éléments chauffants 13 permet de couper cette alimentation haute tension, au moins partiellement, lorsque la température dépasse le seuil acceptable par les éléments thermofusibles. Cette solution entraîne ainsi une sécurité et régulation automatique de la température. D'autres modes d'exécution peuvent naturellement être déduits facilement des modes d'exécution décrits précédemment. Notamment, ces derniers peuvent être combinés et il est par exemple possible d'associer une sonde de température avec un élément thermofusible, et de modifier le nombre d'éléments de prise en compte de la température. The positioning of one or more hot-melt elements at the high-voltage connection of the heating elements 13 makes it possible to cut off this high-voltage supply, at least partially, when the temperature exceeds the threshold acceptable by the hot-melt elements. This solution thus leads to safety and automatic regulation of the temperature. Other execution modes can of course be easily deduced from the execution modes described above. In particular, the latter can be combined and it is for example possible to associate a temperature sensor with a hot melt element, and to change the number of elements to take into account the temperature.

L'invention porte aussi sur un procédé de régulation d'un radiateur électrique de véhicule automobile, qui comprend une étape de prise en compte de la température au sein de sa structure, au sein des éléments chauffants ou du boîtier électronique, et une étape de réduction de la consigne de chauffage ou d'arrêt total du chauffage au-delà d'une température seuil prédéfinie, qui peut être modifiée par un opérateur, voire de régulation du chauffage d'un tel radiateur en fonction de la valeur mesurée. L'étape de prise en compte de la température peut comprendre une mesure de la température et la transmission de cette mesure au boîtier électronique de commande. En variante, l'étape de prise en compte de la température peut consister en une réaction automatique d'au moins un élément thermofusible au-delà de la température prédéfinie, dont l'effet est la réduction du chauffage du radiateur électrique. The invention also relates to a method of regulating a motor vehicle electric radiator, which comprises a step of taking into account the temperature within its structure, within the heating elements or the electronic box, and a step of reduction of the heating setpoint or total stop of the heating beyond a preset threshold temperature, which can be modified by an operator, or even regulation of the heating of such a radiator as a function of the measured value. The step of taking into account the temperature may comprise a measurement of the temperature and the transmission of this measurement to the electronic control unit. Alternatively, the step of taking into account the temperature may consist of an automatic reaction of at least one hot-melt element beyond the preset temperature, the effect of which is the reduction of the heating of the electric heater.