FR3021595A1 - Installation et procede de refroidissement et de chauffage d’un vehicule hybride - Google Patents

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Abstract

Cette installation (10) de refroidissement et de chauffage d'un véhicule hybride comporte un premier circuit (100) de fluide caloporteur pour échanger des calories avec un premier moteur électrique (101), un moteur thermique (201) et un second moteur électrique (202). L'installation (10) comporte en outre un second circuit (200) de fluide caloporteur, distinct du premier circuit (100), pour échanger des calories avec le moteur thermique (201) et le second moteur électrique (202).

Description

1 INSTALLATION ET PROCEDE DE REFROIDISSEMENT ET DE CHAUFFAGE D'UN VEHICULE HYBRIDE La présente invention se rapporte à une installation ainsi qu'à un procédé de refroidissement et de chauffage d'un véhicule hybride série. L'invention appartient plus particulièrement au domaine du refroidissement et du chauffage des groupes motopropulseurs des véhicules hybrides. On entend ici par « groupe motopropulseur » un groupe comprenant au moins un moteur (ou une machine) électrique et un moteur thermique destinés à permettre les déplacements d'un véhicule hybride, éventuellement de type automobile. On notera que l'invention est particulièrement bien adaptée, bien que non limitativement aux véhicules de type dit hybride série à prolongateur d'autonomie (ou en anglais « range extender »), c'est-à-dire dont le groupe motopropulseur comprend un premier moteur (ou une machine) électrique - assurant la motricité du véhicule - alimenté par un stockeur d'énergie électrique et un moteur thermique chargé d'entraîner un second moteur (ou machine) électrique pour que ce dernier produise un complément d'énergie électrique. On notera que le moteur thermique et le second moteur (ou machine) électrique font partie de ce que l'on appelle généralement un groupe électrogène et qu'ils n'ont pas de lien avec les trains de roues du véhicule. Dans les véhicules hybrides du type précité, le moteur thermique n'est pas sollicité très souvent mais nécessite d'être démarré rapidement, lorsque la puissance du stockeur d'énergie électrique est réduite, en particulier par grand froid. Le moteur thermique étant généralement de petite cylindrée, celui-ci a tendance à se refroidir rapidement et peut par conséquent avoir du mal à démarrer, ce qui dégrade les prestations de motricité du véhicule ainsi que la consommation et les émissions de polluants du moteur thermique.
On connaît du document FR-A1-2 991 925 une installation de refroidissement et de chauffage d'un véhicule hybride série comportant un circuit unique d'un fluide caloporteur permettant de refroidir les moteurs électriques et de refroidir le moteur thermique ou de le réchauffer en utilisant la chaleur dissipée par les pertes électriques des machines électriques.
Une telle installation présente comme inconvénient de ne pas être modulaire et de difficilement s'adapter à une version du véhicule sans groupe électrogène prolongateur d'autonomie, ne comportant ni moteur thermique ni 3021595 2 second moteur électrique. Il est alors nécessaire de concevoir un circuit de refroidissement spécifique du moteur électrique de traction pour cette version du véhicule, ce qui est coûteux. L'invention a pour but de remédier aux inconvénients de l'art antérieur.
5 Dans ce but, la présente invention propose une installation de refroidissement et de chauffage d'un véhicule hybride comportant un premier circuit de fluide caloporteur pour échanger des calories avec un premier moteur électrique, l'installation comportant un moteur thermique, un second moteur électrique et étant caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un 10 second circuit de fluide caloporteur, distinct du premier circuit, pour échanger des calories avec le moteur thermique et le second moteur électrique. Ainsi, l'invention présente une bonne modularité tout en permettant de réguler la température du moteur thermique. Selon une caractéristique particulière, le premier moteur électrique est 15 un moteur de traction du véhicule et le moteur thermique entraîne en rotation le second moteur électrique. Selon une caractéristique particulière, le second circuit échange en outre des calories avec un aérotherme apte à réchauffer de l'air intérieur au véhicule.
20 Selon une caractéristique particulière, le second circuit échange en outre des calories avec un onduleur de commande du second moteur électrique. Selon une caractéristique particulière, le fluide caloporteur du second circuit est mis en mouvement par au moins une pompe.
25 Selon une caractéristique particulière, le second circuit comporte une première branche pour échanger des calories avec le moteur thermique et le second moteur électrique et une seconde branche comportant un radiateur pour échanger des calories avec de l'air extérieur au véhicule. Selon une caractéristique particulière, l'installation comporte un 30 thermostat apte à stopper la circulation de fluide dans la seconde branche lorsque la température du fluide dans la seconde branche est inférieure à un premier seuil de température prédéfini. L'invention concerne également un procédé de commande d'une installation telle que précédemment décrite, remarquable en ce que lorsque 35 la température du moteur thermique est inférieure à un deuxième seuil de température prédéfini ou lorsque la température dans le second circuit est 3021595 3 inférieure à un troisième seuil de température prédéfini, le second moteur électrique est commandé pour générer des calories supplémentaires. Ainsi l'invention permet d'augmenter la température du moteur thermique lorsqu'il est froid.
5 L'invention concerne encore un procédé de commande d'une installation telle que précédemment décrite, remarquable en ce que le second moteur électrique entraîne le moteur thermique lorsque ce dernier n'est pas alimenté en carburant. Ainsi l'invention permet de faire circuler le fluide caloporteur dans le 10 second circuit lorsque le moteur thermique n'est pas alimenté en carburant. L'invention à également pour objet un véhicule hybride comportant une installation telle que décrite plus haut. L'invention sera mieux comprise et d'autres aspects et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit d'un mode 15 particulier de réalisation, donné à titre d'exemple nullement limitatif et en référence aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels : - la figure 1 est un schéma d'une installation de refroidissement et de chauffage conforme à l'invention ; - la figure 2 illustre le fonctionnement de l'installation de la figure 1 20 dans un premier mode de fonctionnement ; et - la figure 3 illustre le fonctionnement de l'installation de la figure 1 dans un deuxième mode de fonctionnement. Sur les figures 1 à 3, les chiffres de référence identiques désignent les mêmes éléments.
25 La figure 1 illustre schématiquement une installation 10 de refroidissement et de chauffage d'un véhicule hybride (non illustré). Conformément à l'invention, l'installation 10 comporte un premier circuit 100 fermé contenant un fluide caloporteur, dit circuit Basse Température (BT) et un second circuit 200 fermé contenant un fluide 30 caloporteur, dit circuit Haute Température (HT), distinct du premier circuit 100. Le premier circuit 100 est apte à échanger des calories avec un premier moteur électrique 101, un chargeur 102 d'un stockeur d'énergie électrique tel qu'une batterie (non illustrée), un premier onduleur 103 de 35 commande du premier moteur électrique 101 et un convertisseur DC/DC 104. Le convertisseur DC/DC 104 permet d'alimenter en énergie le réseau de bord électrique du véhicule à partir du stockeur d'énergie électrique.
3021595 4 Les calories dissipées dans le premier circuit 100 par les différents organes précitées sont échangées avec de l'air dit extérieur au véhicule dans un premier radiateur 105 disposé sur ce circuit. Par air extérieur au véhicule, on entend l'air se trouvant à l'extérieur de l'habitacle du véhicule.
5 Une première pompe 106 permet de faire circuler le fluide caloporteur dans le premier circuit 100. La première pompe 106 est par exemple une pompe électrique. Le premier moteur électrique 101 est un moteur de traction permettant d'entraîner un train de roues (non illustré) du véhicule.
10 De façon non limitative, selon le mode de réalisation de l'invention illustré par la figure 1, en sortie du premier radiateur 105, le fluide caloporteur du premier circuit 100 circule dans le convertisseur DC/DC 104, puis dans le premier onduleur 103, dans le chargeur 102 et enfin dans le premier moteur électrique 101, avant de retourner en entrée du premier radiateur 105.
15 L'ordre de disposition de ces organes dans le premier circuit 100 est défini en fonction de leurs températures de bon fonctionnement, depuis l'organe fonctionnant avec la plus basse température vers celui nécessitant la plus haute température. Le second circuit 200 comporte une première branche 200a, dite 20 boucle courte, et une seconde branche 200b. La première branche 200a est apte à échanger des calories avec un moteur thermique 201, un second moteur électrique 202, un onduleur 203 de commande du second moteur électrique 202 et un aérotherme 204 apte à échanger des calories avec de l'air dit intérieur au véhicule. Par air intérieur 25 au véhicule, on entend l'air situé à l'intérieur de l'habitacle du véhicule ou ayant vocation à être soufflé dans l'habitacle pour le confort des passagers. Le second moteur électrique 202 permet notamment de recharger le stockeur d'énergie mentionné plus haut. Une deuxième pompe 206 permet de faire circuler le fluide caloporteur 30 du second circuit 200. La deuxième pompe 206 est par exemple une pompe mécanique entraînée en rotation par le moteur thermique 201. Le vilebrequin (non illustré) du moteur thermique 201 est lié en rotation au rotor (non illustré) du second moteur électrique 202. Le moteur thermique 201 et le second moteur électrique 202 forment ainsi un groupe 35 électrogène permettant de recharger le stockeur d'énergie ou batterie ou de fournir une puissance supplémentaire d'alimentation au premier moteur électrique 101.
3021595 5 De manière préférentielle, la deuxième pompe 206 est disposée sur la première branche 200a, en entrée du moteur thermique 201. De façon optionnelle, une troisième pompe 207 est disposée sur la première branche 200a. La troisième pompe 207 est par exemple une 5 pompe électrique, permettant de faire circuler le fluide caloporteur du second circuit 200 lorsque le moteur thermique 201 est arrêté. De façon non limitative, selon le mode de réalisation de l'invention illustré par la figure 1, le fluide caloporteur de la première branche 200a circule dans l'aérotherme 204, puis dans le second onduleur 203, dans le 10 second moteur électrique 202 et enfin dans le moteur thermique 201. L'ordre de disposition du second onduleur 203 et du second moteur électrique 202 dans la première branche du second circuit 200 est défini en fonction de leurs températures de meilleur fonctionnement, depuis l'organe fonctionnant avec la plus basse température vers celui supportant la plus haute 15 température. Dans le mode de réalisation non limitatif illustré, la deuxième branche 200b du deuxième circuit 200 est connectée à la première branche 200a, d'une part entre le moteur thermique 201 et l'aérotherme 204, d'autre part entre l'aérotherme 204 et le second onduleur 203.
20 Les calories dissipées dans le second circuit 200 par les différents organes précitées sont échangées avec de l'air dit extérieur au véhicule dans un second radiateur 205 disposé sur la seconde branche 200b de ce circuit. Un thermostat 208 disposé sur la seconde branche 200b permet de stopper la circulation de fluide caloporteur dans la seconde branche 200b 25 lorsque la température du fluide caloporteur de la seconde branche 200b est inférieure à un premier seuil prédéfini. Le premier seuil est défini de manière à ce que le moteur thermique 201 reste dans une plage de température permettant un bon rendement. Ce premier seuil est par exemple compris entre 85 et 95°C, correspondant à la plage de meilbur rendement du moteur 30 thermique 201. La figure 2 illustre le fonctionnement de l'installation 10 dans un premier mode de fonctionnement, lorsque le moteur thermique est froid. Le thermostat 208 est alors fermé, le fluide caloporteur ne circule donc pas dans la seconde branche 200b.
35 Par exemple, lors du démarrage du véhicule, le roulage s'effectue sans que le groupe électrogène ne soit démarré. Le stockeur d'énergie 3021595 6 électrique fourni alors l'intégralité de la puissance nécessaire pour la traction du véhicule au premier moteur électrique 101. La température du fluide caloporteur dans le second circuit 200 est alors inférieure au premier seuil défini plus haut.
5 Lorsque la température du moteur thermique 201 est inférieure à un deuxième seuil prédéfini ou lorsque la température du fluide dans le second circuit 200 est inférieure à un troisième seuil, un procédé de commande « dégradé » du second moteur électrique 202 peut alors être mis en oeuvre pour générer des pertes électriques dans ce moteur électrique 202. Un tel 10 procédé de commande est connu en soi, par exemple décrit dans le document FR-A1-2 998 429. Les valeurs du deuxième seuil et du troisième seuil sont par exemple comprises entre 60 et 80°C. Ainsi des calories sont dissipées par le second moteur électrique 202 15 dans le second circuit 200. Ces calories sont distribuées en boucle courte dans la première branche 200a du second circuit 200 vers le moteur thermique 201, ce qui permet d'augmenter la température de ce moteur. Ainsi le démarrage du moteur thermique 201 sera facilité et son rendement amélioré au moment de son démarrage.
20 Les calories ainsi dissipées sont également transmises vers l'aérotherme 204 pour favoriser l'atteinte d'une température de fluide à l'entrée de l'aérotherme 204 propice à un bon confort thermique dans l'habitacle du véhicule. L'utilisation du procédé de commande « dégradé » du second moteur 25 électrique 202 permet de compenser l'inertie thermique additionnelle de ce moteur et du second onduleur 203 dans le circuit (les masses du moteur électrique et de l'onduleur doivent aussi être chauffées) ce qui permet de retrouver des dynamiques de montée en température comparable à un circuit n'intégrant que le moteur thermique 201.
30 Lorsque la température du moteur thermique 201 est supérieure au second seuil prédéfini ou lorsque la température du fluide dans le second circuit 200 est supérieure au troisième seuil, le procédé de commande « dégradé » du second moteur électrique 202 est stoppé et un procédé de commande à rendement « optimal », connu en soi, est alors appliqué à ce 35 moteur.
3021595 7 Dans ce premier mode de fonctionnement, le débit dans la première branche 200b peut être soit assuré par la deuxième pompe 206, soit par la troisième pompe 207 (optionnelle). Par exemple, la deuxième pompe 206 peut être entraînée le moteur 5 thermique 201 sans qu'il soit alimenté en carburant, par mise en rotation du second moteur électrique 202. La figure 3 illustre le fonctionnement de l'installation 10 dans un deuxième mode de fonctionnement, lorsque le moteur thermique est chaud. Le thermostat 208 est alors ouvert et le fluide caloporteur circule donc dans 10 la seconde branche 200b du second circuit 200. Lorsque le moteur est suffisamment chaud, la température du fluide en sortie du moteur thermique 201 est supérieure au premier seuil défini précédemment. L'ouverture du thermostat 208 permet la circulation du fluide dans le second radiateur 205 et la dissipation des calories dans l'air extérieur 15 au véhicule. L'installation 10 est modulaire et peut facilement être adaptée à un véhicule ne comportant pas de groupe électrogène. Dans le cas d'un véhicule électrique sans groupe électrogène, seul le premier circuit 100 est conservé, ce qui est un avantage du point de vue du coût car on reconduit 20 alors un même circuit pour les versions avec et sans prolongateur d'autonomie. Il est à noter que dans le cas d'une version sans prolongateur d'autonomie, l'aérotherme 204 pourrait être connecté en aval du premier moteur électrique 101.
25 Ainsi, une installation de refroidissement et de chauffage ou la mise en oeuvre d'un procédé de commande d'une telle installation permet de réguler la température du moteur thermique avec une bonne modularité et permet de réduire les coûts de conception et de développement.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Installation (10) de refroidissement et de chauffage d'un véhicule hybride comportant un premier circuit (100) de fluide caloporteur pour échanger des calories avec un premier moteur électrique (101), ladite installation (10) comportant un moteur thermique (201), un second moteur électrique (202) et étant caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un second circuit (200) de fluide caloporteur, distinct dudit premier circuit (100), pour échanger des calories avec ledit moteur thermique (201) et ledit second moteur électrique (202).
  2. 2. Installation (10) selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit premier moteur électrique (101) est un moteur de traction dudit véhicule et en ce que ledit moteur thermique (201) entraîne en rotation ledit second moteur électrique (202).
  3. 3. Installation (10) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ledit second circuit (200) échange en outre des calories avec un aérotherme (204) apte à réchauffer de l'air intérieur audit véhicule.
  4. 4. Installation (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit second circuit (200) échange en 20 outre des calories avec un onduleur (203) de commande dudit second moteur électrique (202).
  5. 5. Installation (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le fluide caloporteur dudit second circuit (200) est mis en mouvement par au moins une pompe (206, 207). 25
  6. 6. Installation (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit second circuit (200) comporte une première branche (200a) pour échanger des calories avec ledit moteur thermique (201) et ledit second moteur électrique (202) et une seconde branche (200b) comportant un radiateur (205) pour échanger des calories 30 avec de l'air extérieur audit véhicule.
  7. 7. Installation (10) selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un thermostat (208) apte à stopper la circulation de fluide dans ladite seconde branche (200b) lorsque la température du fluide dans ladite seconde branche (200b) est inférieure à un premier seuil de 35 température prédéfini.
  8. 8. Procédé de commande d'une installation (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lorsque 3021595 9 la température dudit moteur thermique (201) est inférieure à un deuxième seuil de température prédéfini ou lorsque la température dans ledit second circuit (200) est inférieure à un troisième seuil de température prédéfini, ledit second moteur électrique (202) est commandé pour générer des calories 5 supplémentaires.
  9. 9. Procédé de commande d'une installation (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ledit second moteur électrique (202) entraîne ledit moteur thermique (201) lorsque ce dernier n'est pas alimenté en carburant. 10
  10. 10. Véhicule hybride caractérisé en ce qu'il comporte une installation (10) conforme à l'une des revendications 1 à 7.
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