FR3025297A1 - Pompe a chaleur d'un vehicule automobile hybride pour la regulation en temperature d'un stockeur electrique - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un véhicule automobile comprenant un stockeur électrique (BAT) régulé thermiquement au moyen d'une pompe à chaleur. La pompe à chaleur comprend un échangeur d'équipement (EQ1) pouvant fonctionner soit comme un évaporateur, soit comme un condenseur. Des vannes (V36, V42, V43) permettent la circulation d'un fluide frigorigène dans l'échangeur d'équipement (EQ1). Un procédé de régulation peut piloter un mode de chauffage du stockeur (BAT) et un mode de refroidissement. L'invention s'applique aux véhicules automobiles hybrides électriques et hybrides rechargeables.

Description

1 POMPE A CHALEUR D'UN VEHICULE AUTOMOBILE HYBRIDE POUR LA REGULATION EN TEMPERATURE D'UN STOCKEUR ELECTRIQUE Le domaine de l'invention concerne les véhicules automobiles et plus précisément une pompe à chaleur d'un véhicule automobile permettant la régulation thermique d'un stockeur électrique. Il est connu de réguler la température de l'air de l'habitacle d'un véhicule automobile au moyen d'une pompe à chaleur réversible comprenant un climatiseur et des moyens de chauffage. Conventionnellement, une pompe à chaleur réversible comprend un circuit fermé de circulation d'un fluide frigorigène diphasique, un compresseur électrique propre pressuriser et chauffer le fluide frigorigène en phase gazeuse, un condenseur pour émettre de l'énergie thermique issu du fluide frigorigène vers un milieu en contact en assurant la condensation du fluide, un détenteur propre à dépressuriser et refroidir le fluide frigorigène en phase liquide et un évaporateur pour prélever de l'énergie thermique issue d'un milieu de contact en assurant l'évaporation de fluide frigorigène, un ensemble de vanne permettant d'inverser le sens de transfert de l'énergie. La demanderesse a déjà déposé une demande de brevet concernant une installation de chauffage et climatisation pour un véhicule automobile. Les documents FR2971042A1 et FR2988460A1 décrivent une pompe à chaleur réversible comprenant un circuit de circulation d'un fluide frigorifique pouvant être piloté selon plusieurs modes de fonctionnement au moyen de vannes multivoies pour refroidir, réchauffer et désembuer l'habitacle du véhicule de manière efficace, y compris par des températures négatives.

3025297 2 Plus précisément, la figure 1 représente la pompe à chaleur du véhicule automobile de cet état de la technique. La pompe à chaleur comprend un compresseur 11, un condenseur 12, un échangeur de façade 13 avec l'air extérieur, un sous-5 refroidisseur 14 couplé avec l'échangeur de façade, un réservoir de déshydratation 19 monté en entrée du sous-refroidisseur 14, un détendeur 17 avec régulation thermostatique connecté aux voies d'entrée et de sortie de l'échangeur de façade 13, un échangeur 15 et un détenteur 18 10 avec régulation thermostatique connecté aux voies d'entrée et de sortie de l'échangeur 15. Des vannes V11, V12, V13, V14, V15 permettent de piloter la circulation du fluide frigorigène dans le circuit de circulation fermé. De plus, la pompe chaleur comprend un deuxième circuit fermé de circulation 15 d'eau destiné au refroidissement d'un moteur thermique. Le circuit de circulation d'eau est connecté à une pompe 121, au radiateur d'un moteur thermique et son système de refroidissement interne (non représenté sur la figure 1) et un aérotherme 16 pour chauffer l'air de l'habitacle à partir 20 d'énergie thermique prélevée dans le condenseur 12 et le moteur thermique. Dans un véhicule automobile hybride à traction électrique, une machine électrique est alimentée par un stockeur électrique. Lorsque la température extérieure est 25 négative ou inférieure à 10 degrés, les caractéristiques électriques de fonctionnement du stockeur sont limitées, dégradant alors les performances du véhicule. Il y a donc la nécessité de maintenir le stockeur électrique dans une plage de température adéquate, notamment lors du démarrage du 30 véhicule par temps froid. Pour cela, il est connu de préchauffer le stockeur électrique avec des résistances électriques internes ou par les pertes naturelles dues à l'effet joule durant la charge du 3025297 3 stockeur dans le cas d'un véhicule dit « plug-in », désignant en anglais les véhicules électriques ou hybrides disposant d'une prise de branchement au réseau électrique pour recharger la batterie.

5 Cependant, cette solution de préchauffage est insuffisante. En effet, l'utilisation des pertes naturelles par effet joule du stockeur électrique permet approximativement d'élever la température de 10 degrés pour une batterie de 50 kg chargée pendant 8h. Il est donc 10 nécessaire d'utiliser un complément de chauffage, en particulier lorsque la température extérieure est en dessous de zéro degré. Par ailleurs, le préchauffage du stockeur au moyen de résistances électriques, dans la batterie ou sur le circuit 15 d'air ou d'eau de refroidissement, présente un rendement insuffisant, augmente le coût du véhicule et surtout complexifie la conception du stockeur par l'introduction d'une solution de chauffage électrique dans le corps du stockeur ou sur le circuit de refroidissement.

20 De plus, une deuxième problématique est la nécessité de refroidir le stockeur électrique pour le maintenir à des températures de fonctionnement inférieures à la température maximum nominale de fonctionnement (par exemple 40 degrés Celsius).

25 Il existe donc un besoin de pallier les problèmes précités et proposer une solution de régulation de la température du stockeur pour améliorer les performances énergétiques d'un véhicule automobile. Plus précisément, l'invention concerne une pompe 30 chaleur réversible pour réguler la température de l'air intérieur d'un véhicule automobile comprenant un stockeur 3025297 4 électrique régulé thermiquement, la pompe à chaleur comprenant au moins un premier circuit fermé de circulation d'un fluide frigorigène, un compresseur, un condenseur interne pour chauffer l'air intérieur par échange thermique avec le fluide 5 frigorigène issu du compresseur et un échangeur de façade associé à un premier détendeur et agencé pour prélever et émettre de l'énergie thermique à l'air extérieur par échange thermique avec le fluide frigorigène soit issu du premier détendeur, soit issu du compresseur. Selon l'invention, la 10 pompe à chaleur comprend également un premier échangeur d'équipement associé à un deuxième détendeur et agencé pour prélever et stocker de l'énergie thermique dans le corps du stockeur de sorte à réguler la température du stockeur au moyen d'un mode de chauffage et d'un mode de refroidissement 15 du stockeur. Selon une variante, le premier échangeur d'équipement comprend des première et deuxième voies connectées au premier circuit de circulation d'une part en aval du compresseur, et d'autre part en amont du compresseur, la pompe à chaleur 20 pouvant être configurées: - dans le mode de chauffage du stockeur, en dirigeant le fluide frigorigène issu du compresseur dans le premier échangeur d'équipement, fonctionnant en condenseur pour stocker de l'énergie thermique dans le corps du stockeur, 25 - et dans le mode de refroidissement du stockeur, en dirigeant le fluide frigorigène issu du deuxième détendeur dans le premier échangeur d'équipement, fonctionnant en évaporateur pour prélever de l'énergie thermique dans le corps du stockeur.

30 De préférence, la pompe à chaleur comprend également un sous-refroidisseur de façade propre à refroidir le fluide frigorigène par échange thermique avec l'air, le premier 3025297 5 circuit de circulation étant agencé, en mode de refroidissement du stockeur, pour refroidir préalablement le fluide frigorigène et diriger le fluide frigorigène vers le premier échangeur d'équipement via le deuxième détendeur.

5 De préférence, la pompe à chaleur comprend également un évaporateur de climatiseur associé à un troisième détendeur, le premier circuit de circulation étant agencé, en mode de refroidissement du stockeur, à diriger le fluide frigorigène issu du sous-refroidisseur en partie vers le premier échangeur 10 d'équipement via le deuxième détendeur et en partie vers l'évaporateur via le troisième détendeur. Selon une variante, la pompe à chaleur comprend également un deuxième circuit de circulation d'un fluide caloporteur comprenant un aérotherme pour chauffer l'air 15 intérieur, le condenseur interne étant propre à chauffer le fluide caloporteur, les premier et deuxième circuits de circulation étant aptes pour réchauffer l'habitacle à opérer le mode de refroidissement du stockeur de sorte à transférer de l'énergie thermique issue du premier échangeur 20 d'équipement, vers le compresseur, le condenseur interne et jusqu'à l'aérotherme. En particulier, le deuxième circuit de circulation est connecté à un deuxième échangeur d'équipement agencé pour chauffer et refroidir un moteur thermique, les premier et 25 deuxième circuits de circulation étant aptes pour réchauffer le moteur à opérer le mode de refroidissement du stockeur de sorte à transférer de l'énergie thermique issue du premier échangeur d'équipement, vers le compresseur, le condenseur interne et jusqu'au deuxième échangeur d'équipement.

30 Selon une autre variante, le premier circuit de circulation est configuré, en mode de chauffage du stockeur, pour diriger le fluide frigorigène issu du compresseur tout 3025297 6 d'abord dans le condenseur interne puis dans le premier échangeur d'équipement. L'invention prévoit un véhicule automobile comprenant un stockeur électrique et une pompe à chaleur pour la 5 régulation de la température de l'air intérieur. En particulier, la pompe à chaleur est conforme l'une quelconque des variantes ci-dessus et le stockeur électrique est régulé en température par la pompe à chaleur. L'invention prévoit également un procédé de régulation 10 de la température d'un stockeur électrique d'un véhicule automobile mis en oeuvre par une pompe à chaleur conforme à l'une quelconque des variantes ci-dessus. En particulier le procédé comprend les étapes suivantes : - dans un mode de chauffage du stockeur, le stockage 15 d'énergie thermique dans le corps du stockeur, - dans un mode de refroidissement du stockeur, le prélèvement d'énergie thermique issue du corps du stockeur. Grâce à l'invention, il est possible d'augmenter le rendement thermique et électrique de la solution de chauffage 20 et refroidissement du stockeur. Quelle que soit la température extérieure, la pompe à chaleur équipée d'un échangeur d'équipement pouvant fonctionner comme un évaporateur et un condenseur est une solution performante de régulation de la température de la batterie pouvant fonctionner lorsque le 25 véhicule n'est pas encore démarré. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit de modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples nullement limitatifs et 30 illustrés par les dessins annexés, dans lesquels : 3025297 7 La figure 1 représente la pompe à chaleur précédemment décrite dans la description de l'état de la technique. La figure 2 représente un mode de réalisation de la pompe à chaleur permettant la régulation en température du 5 stockeur électrique. Les figures 3A et 3B représentent respectivement la circulation du fluide frigorigène dans l'échangeur d'équipement pour le mode de chauffage et le mode de refroidissement du stockeur électrique.

10 La figure 4 représente plus précisément un mode de refroidissement du stockeur et un fonctionnement de la pompe à chaleur mettant à profit l'énergie thermique du stockeur électrique pour le chauffage de l'habitacle. Plus précisément, la figure 2 représente un mode de 15 réalisation préférentiel de la pompe à chaleur pour un véhicule hybride. Le véhicule hybride est équipé d'un stockeur électrique pour alimenter une machine électrique (non représentée ici) ainsi que le réseau de bord (non représenté ici). L'invention s'applique à toute technologie de stockeur 20 électrique (lithium, nickel etc..). La pompe à chaleur est avantageusement configurée pour réguler la température du stockeur électrique. La machine électrique est de préférence la machine électrique de traction du véhicule. On notera tout d'abord que ce mode de réalisation de la 25 pompe à chaleur peut au moins opérer les différents modes de fonctionnement décrits dans les demandes de brevets déjà déposées par la demanderesse ayant les numéros de publication FR2971042 et FR2988460A1, notamment le mode de réfrigération, le mode de chauffage et les premier et second modes mixtes tel 30 que décrits dans les demandes de brevets mentionnées ci-dessus.

3025297 8 La pompe à chaleur comprend un premier circuit fermé CC1 de circulation d'un fluide frigorigène diphasique et un deuxième circuit fermé CC2 de circulation d'eau pour le refroidissement du moteur thermique (non représenté ici) de 5 traction du véhicule. Le fluide frigorigène présente les propriétés de condensation et d'évaporation adaptées pour un fonctionnement d'une pompe à chaleur à basse température. Le deuxième circuit fermé d'eau CC2 est un circuit de refroidissement 10 conventionnel dans un véhicule automobile. Il convient que l'homme de l'art sait adapter le choix d'un fluide caloporteur (fluide frigorigène ou eau additivée d'antigel) pour le premier circuit de circulation CC1 et pour le deuxième circuit de circulation CC2 en fonction de l'application thermique sans 15 sortir du cadre de l'invention. La pompe à chaleur comprend un compresseur électrique CP propre à pressuriser et donc chauffer le fluide frigorigène du premier circuit de circulation CC1. Le compresseur CP comprend une voie d'entrée et une voie de sortie pour le 20 passage du fluide frigorigène. Le compresseur est dimensionné pour transformer le fluide entrant en fluide sortant, en phase gazeuse, à une pression commandée et à une température résultante. Le fluide entrant est issu d'un évaporateur du circuit de circulation CC1, par exemple d'un échangeur de 25 façade El, d'un évaporateur d'équipement EQ1 ou d'un climatiseur EV. Un condenseur interne CI est connecté sur le premier circuit de circulation du fluide frigorigène. Le condenseur interne CI est chargé de contribuer au chauffage de l'air 30 intérieur de l'habitacle du véhicule, soufflé dans l'habitacle, par échange thermique avec le fluide frigorigène transformé en gaz chaud et pressurisé par le compresseur CP.

3025297 9 Le condenseur interne CI est dimensionné de manière condenser sensiblement intégralement le fluide frigorigène qui est issu du compresseur afin qu'il soit sensiblement intégralement dans une phase liquide et partiellement refroidi 5 lors d'un échange direct ou indirect avec l'air intérieur, par exemple via le deuxième circuit de circulation CC2 d'eau. On entend par air intérieur, l'air soufflé dans l'habitacle du véhicule automobile. Dans le mode de réalisation de la figure 2, le 10 condenseur interne CI est de type gaz/fluide. Il est donc chargé de réchauffer un fluide caloporteur, dans ce cas-ci l'eau, qui circule dans certains de ces conduits ou entre certaines parties de ses plaques empilées et qui est issu du deuxième circuit de circulation du fluide caloporteur CC2. Le 15 fluide caloporteur réchauffé par le condenseur interne CI est dirigé ensuite vers un aérotherme AE qui est chargé de réchauffer l'air intérieur qui le traverse issu de l'habitacle du véhicule par échange thermique avec le fluide caloporteur, l'air réchauffé étant soufflé dans l'habitacle. Une pompe PP 20 opère la circulation du fluide caloporteur dans le deuxième circuit CC2 et permet de diriger le fluide caloporteur vers un radiateur du moteur thermique (non représenté sur la figure 2) pour son refroidissement après passage dans l'aérotherme AE, ainsi que pour son réchauffement suite au démarrage du moteur 25 thermique après réchauffement du fluide caloporteur dans le condenseur interne CI. Il convient que le fluide caloporteur issu de l'aérotherme AE peut alimenter tout autre système producteur de chaleur pour le refroidissement dudit système. On désigne par le terme aérotherme un échangeur de chaleur de 30 type air/liquide. Dans un autre mode de réalisation, non représenté par les figures, le condenseur interne CI peut être de type 3025297 10 gaz/air. Dans ce cas, il est chargé de chauffer l'air intérieur qui le traverse par échange thermique et qui circule entre ses conduits ou entre ses plaques empilées. Un échangeur de façade El, préférentiellement 5 positionné à l'avant du véhicule, permet d'échanger de l'énergie thermique avec l'air extérieur. L'échangeur de façade est dimensionné pour fonctionner soit comme un évaporateur, soit comme un condenseur, et est de type air/fluide, le fluide étant sous la forme d'un liquide, 10 lorsqu'il est utilisé comme un évaporateur, ou sous la forme gazeuse lorsqu'il est utilisé comme un condenseur. Ainsi, il est chargé de chauffer ou refroidir le fluide frigorigène qui circule dans certains de ces conduits, ou entre certaines parties de ses plaques empilées. L'échangeur de façade El 15 comprend deux voies pour l'entrée et la sortie du fluide frigorigène, opérant chacune alternativement l'entrée ou la sortie du fluide selon le fonctionnement en évaporateur ou en condenseur. Un premier détendeur DT1 est connecté aux voies 20 d'entrée et de sortie de l'échangeur de façade El. Lorsqu'il fonctionne en évaporateur, le détendeur DT1 est chargé de dépressuriser le fluide frigorigène entrant dans l'échangeur de façade El et de réguler ainsi la décompression et l'évaporation du fluide frigorigène entrant dans l'échangeur 25 de façade El en fonction de la température de sortie. De préférence, le détendeur dispose d'un réglage thermostatique propre qui permet de commander la détente du fluide frigorigène en fonction de la température et de la pression du fluide sortant de l'échangeur de façade. Dans ce cas-ci, 30 l'échangeur de façade El réchauffe le fluide frigorigène issu du détendeur DT1 par l'action d'évaporation.

3025297 11 Lorsque l'échangeur de façade El fonctionne comme un condenseur, il refroidit et condense le fluide frigorigène issu soit du compresseur CP, soit du sous-refroidisseur SR. Le sous-refroidisseur SR est de préférence externe 5 similairement à l'échangeur de façade El. Il favorise le refroidissement du fluide frigorigène par échange avec l'air extérieur. Il peut, par exemple, comporter des conduits, ou des plaques empilées, dans ou entre lesquels circule le fluide frigorigène à sous refroidir par échange avec l'air extérieur 10 qui le traverse. Par exemple, il s'agit d'un échange air/liquide. La pompe à chaleur peut être agencée pour que le sous refroidisseur SR refroidisse le liquide frigorigène issu soit du condenseur interne CI afin d'alimenter le premier détendeur 15 DT1 puis l'échangeur de façade El qui fonctionne comme un évaporateur, soit de l'échangeur de façade El lorsqu'il fonctionne en condenseur. L'opération de sous refroidissement préalable à la circulation du fluide dans un évaporateur augmente les capacités de chauffage du fluide frigorigène 20 lorsque celui-ci est ensuite dirigé dans un détendeur puis dans un évaporateur, par exemple l'échangeur de façade El, l'échangeur d'équipement EQ1 ou l'évaporateur EV du climatiseur. De préférence, le sous-refroidisseur SR est agencé pour 25 échanger thermiquement avec l'échangeur de façade El. Pour cela, il est monté de sorte que sa surface d'échange soit proximité de la surface d'échange de l'échangeur de façade El, par montage en regard ou par entremêlement des conduits ou plaques empilées. Une des fonctions du sous-refroidisseur est 30 d'empêcher la formation de givre à la surface extérieur de l'échangeur de façade lors de températures négatives par exemple, empêchant son bon fonctionnement. Notamment, lors de 3025297 12 températures négatives, le sous-refroidissement du fluide frigorigène, avant son passage dans l'échangeur de façade El, permet de chauffer l'air environnant et d'empêcher le gel de la surface d'échange de l'échangeur de façade El permettant 5 ainsi au système de fonctionner efficacement à des températures négatives. On notera également qu'il est préférable de prévoir en amont de l'entrée du sous refroidisseur SR un réservoir DS de déshydratation destiné à garantir que le fluide frigorigène 10 qui parvient dans le sous refroidisseur SR est exclusivement en phase liquide. En outre, il peut également assurer une fonction de filtration, et/ou une fonction de réservoir et/ou une fonction de séparation des phases gazeuse et liquide. Dans le cadre de l'invention, la pompe à chaleur 15 comprend un échangeur d'équipement EQ1 associé au stockeur électrique BAT pour réguler la température de fonctionnement du stockeur électrique. L'échangeur d'équipement EQ1 est dimensionné pour fonctionner soit comme un évaporateur, soit comme un condenseur. Ainsi, il est chargé de chauffer et 20 évaporer ou refroidir et condenser le fluide frigorigène qui circule dans certains de ces conduits, ou entre certaines parties de ses plaques empilées en prélevant ou stockant de l'énergie thermique issue du fluide frigorigène dans le corps du stockeur électrique BAT. L'échange thermique est de type 25 fluide/matière avec le corps du stockeur électrique. On notera que le fluide frigorigène peut être soit en phase liquide, soit en phase gazeuse selon le mode de fonctionnement de l'échangeur d'équipement EQ1. L'échange thermique avec les cellules du stockeur 30 électrique peut se faire par conduction directe de contact ou par l'intermédiaire d'une circulation de fluide.

3025297 13 L'échangeur d'équipement EQ1 comprend deux voies pour l'entrée et la sortie du fluide frigorigène, opérant chacune alternativement l'entrée ou la sortie du fluide et permettant le fonctionnement en évaporateur ou condenseur selon l'état de 5 phase du fluide frigorigène et son sens de circulation. Un deuxième détendeur DT2 est connecté aux voies d'entrée et de sortie de l'échangeur d'équipement EQ1. Le détendeur DT2 est chargé de dépressuriser le fluide frigorigène entrant dans l'échangeur d'équipement EQ1 et de 10 réguler ainsi la décompression et l'évaporation du fluide frigorigène entrant dans l'échangeur d'équipement EQ1 en fonction de la température de sortie. De préférence, le deuxième détendeur DT2 dispose d'un réglage thermostatique propre qui permet de commander la détente du fluide 15 frigorigène en fonction de la température et la pression du fluide sortant de l'échangeur d'équipement EQ1. Dans ce cas-ci, l'échangeur d'équipement EQ1 réchauffe le fluide frigorigène issu du deuxième détendeur DT2 par l'action d'évaporation.

20 La pompe à chaleur comprend également un évaporateur EV de climatiseur chargé de refroidir l'air intérieur de l'habitacle du véhicule. Un troisième détendeur DT3 est connecté aux voies d'entrée et de sortie de l'évaporateur EV. Le détendeur DT3 est chargé de dépressuriser le fluide 25 frigorigène entrant dans l'évaporateur EV et de réguler ainsi la décompression et l'évaporation du fluide frigorigène entrant dans l'évaporateur EV en fonction de la température de sortie. De préférence, le troisième détendeur DT3 dispose d'un réglage thermostatique propre qui permet de commander la 30 détente du fluide frigorigène en fonction de la température et la pression du fluide sortant de l'évaporateur EV.

3025297 14 L'évaporateur EV de climatiseur réchauffe le fluide frigorigène, et ainsi, refroidit l'air intérieur qui circule entre ses conduits, ou ses plaques empilées, dans ou entre lesquels circule également le fluide frigorigène. L'air 5 intérieur refroidi est ensuite renvoyé dans l'habitacle. Dans un mode de fonctionnement de la pompe à chaleur, le climatiseur est utilisé pour désembuer l'habitacle par l'effet de la condensation de l'eau sur l'évaporateur EV contenue dans l'air soufflé sur les parois vitrées de 10 l'habitacle. Ce mode peut être avantageusement utilisé simultanément au chauffage de l'habitacle. Dans une variante, la pompe à chaleur ne comprend pas d'évaporateur de climatiseur. Par ailleurs, le premier circuit de circulation CC1 du 15 fluide frigorigène comprend des vannes V31, V32, V33, V34, V35, V36, V42, V43 multivoies. Les vannes permettent de piloter la circulation du fluide frigorigène pour opérer les divers modes de fonctionnement de la pompe à chaleur. On notera que la régulation en température du stockeur 20 électrique BAT est exécutée en opérant soit le stockage d'énergie thermique dans le corps du stockeur électrique BAT dans un mode de chauffage du stockeur électrique, soit le prélèvement d'énergie thermique issue du corps du stockeur BAT dans un mode de refroidissement du stockeur électrique.

25 Par exemple dans le mode de réalisation décrit par les figures 3A et 3B, la vanne V43 est une vanne deux voies connectant au moyen d'un premier raccord hydraulique T1 en forme de T, une première voie V1 de l'échangeur d'équipement EQ1 avec un conduit en aval du compresseur CP et sur une 30 première voie du condenseur interne CI.

3025297 15 La vanne V42 est une vanne trois voies connectant au moyen d'un deuxième raccord hydraulique T2 en forme de T, une deuxième voie V2 de l'échangeur d'équipement EQ1 avec un conduit en aval du compresseur CP et sur une deuxième voie du 5 condenseur interne CI, ainsi que sur une première voie du deuxième détendeur DT2. De plus, la vanne V42 est connectée en amont du compresseur CP sur le premier circuit de circulation CC1 du fluide au moyen d'un troisième raccord hydraulique T3, via la première voie du deuxième détendeur DT2.

10 La vanne V36 est une vanne deux voies connectant au moyen d'un quatrième raccord hydraulique 14 en forme de T une deuxième voie du détendeur DT2 avec un conduit en sortie du sous refroidisseur SR, par conséquent en amont du compresseur dans le sens de circulation du fluide frigorigène.

15 Donc, la première voie du deuxième détendeur DT2 est connectée à la vanne V42, elle-même connectée à la deuxième voie V2 de l'échangeur d'équipement EQ1, et la deuxième voie du détendeur DT2 est connectée à la première voie V1 de l'échangeur d'équipement EQ1.

20 Avantageusement, l'agencement des vannes V42, V43, V36 et des raccords hydrauliques permettent d'utiliser l'échangeur d'équipement EQ1 soit comme un condenseur, soit comme un évaporateur. L'invention permet d'utiliser un unique échangeur thermique pour les opérations d'évaporation et de condensation 25 du fluide frigorigène réduisant ainsi l'encombrement et le coût d'installation. On notera que les raccords hydrauliques T1, T2, T3, 14 permettent la dérivation ou la réunion du fluide selon le sens de circulation. Par exemple, les raccords hydrauliques T1, T2, T3, 14 30 sont de forme en T comportant des embouts d'union de conduits pour la connexion des conduits de l'échangeur d'équipements EQ1 et des vannes V36, V42, V43. Si une configuration de la 3025297 16 pompe à chaleur nécessite la fermeture définitive d'un raccord hydraulique pendant la fabrication du véhicule ou après la fabrication, les embouts peuvent être bouchés au moyen de fermetures adaptées.

5 La figue 3A représente la pompe à chaleur et la circulation du fluide frigorigène durant le mode de chauffage du stockeur électrique BAT, les vannes V42 et V43 sont ouvertes et la vanne V36 est fermée. La vanne V42 permet la circulation du fluide frigorigène issu du compresseur CP vers 10 la deuxième voie V2 de l'échangeur d'équipement EQ1. La vanne V43 permet le retour du fluide frigorigène. Cette configuration des vannes V42, V43, V36 permet de dériver le fluide frigorigène, alors chauffé et à l'état gazeux, issu du compresseur CP dans l'échangeur d'équipement EQ1, en entrée 15 par la deuxième voie V2 et en sortie par la première voie V1. Le fluide frigorigène continue la circulation dans le conduit connecté la première voie du condenseur interne CI, retournant avec une partie du fluide sortant du condenseur interne CI.

20 Le mode de chauffage du stockeur électrique BAT peut être commandé par exemple dès lors qu'une requête de chauffage de l'habitacle est active, que la température extérieure est jugée basse et à condition que le stockeur soit aussi à des températures en dessous de sa température nominale de 25 fonctionnement. Le fluide frigorigène issu du compresseur CP est dirigé en partie vers le condenseur interne CI et en partie vers l'échangeur d'équipement EQ1. Par exemple, ce mode est actif pour des températures sensiblement inférieures à 15 ou 20 degrés. Bien entendu, le chauffage du stockeur 30 électrique peut être commandé sans que le condenseur interne CI échange avec le deuxième circuit de circulation CC2. Dans ce dernier cas, la pompe PP n'est pas en fonctionnement, réduisant l'échange thermique.

3025297 17 La figue 3B représente la pompe à chaleur et la circulation du fluide frigorigène durant le mode de refroidissement du stockeur électrique BAT, les vannes V36, V42 sont ouvertes tandis que la vanne V43 est fermée. La vanne 5 V42 permet la circulation du fluide de la deuxième voie V2 de l'échangeur compresseur frigorigène EQ1. Cette 10 diriger le d'équipement EQ1 vers le conduit en amont du CP. La vanne V36 permet la circulation du fluide vers la première voie de l'échangeur d'équipement configuration des vannes V42, V43, V36 permet de fluide frigorigène, alors refroidi et en phase liquide, issu du sous-refroidisseur SR ou de l'échangeur de façade El, dans l'échangeur d'équipement EQ1, en entrée par la première voie V1 via le deuxième détendeur DT2 et en sortie par la deuxième voie V2. Le fluide frigorigène continue la 15 circulation dans le conduit en amont du compresseur CP pour être ensuite dirigé dans le compresseur CP. La figure 4 représente un mode de fonctionnement avantageux de la pompe à chaleur et la circulation complète du fluide frigorigène. Grâce à l'invention, si la température 20 extérieure est inférieure à 25 degrés, ce mode de fonctionnement permet le chauffage de l'air de l'habitacle du véhicule à partir d'énergie thermique préalablement stockée dans le corps stockeur électrique BAT. Ce mode de fonctionnement permet par exemple de préchauffer l'habitacle 25 avant un démarrage du véhicule, appelé également pré-conditionnement de l'habitacle. Par exemple, avantageusement le pilotage de la régulation de la température du stockeur électrique BAT est programmé pour commander la température du stockeur BAT à une 30 température sensiblement de 40 degrés. Puis, lorsqu'une requête de chauffage de l'habitacle est activée, le pilotage de la régulation de la température du stockeur BAT est programmé pour refroidir le stockeur électrique BAT et 3025297 18 transférer l'énergie thermique préalablement stockée dans le corps du stockeur électrique BAT vers l'habitacle. Le stockeur électrique BAT peut être refroidi jusqu'à atteindre un seuil de température minimum, sensiblement équivalent à la 5 température limite inférieure de fonctionnement nominale du stockeur électrique. Plus précisément, les vannes V42, V43, V36 sont configurées pour un mode de refroidissement du stockeur BAT, comme décrit précédemment dans la figure 3B. On débutera la 10 description de la boucle de refroidissement par le compresseur CP. Le compresseur CP pressurise et chauffe le fluide frigorigène diphasique issu de l'échangeur d'équipement EQ1, agissant comme un évaporateur. La vanne V34 dirige ensuite le fluide vers la deuxième voie du condenseur interne CI, la voie 15 d'entrée du fluide frigorigène. Un échange thermique se déroule entre le fluide frigorigène et le fluide caloporteur du deuxième circuit de circulation, correspondant au circuit de refroidissement du moteur thermique, via le condenseur interne CI. La pompe PP, alors active, opère la circulation du 20 fluide caloporteur pour diriger le fluide caloporteur réchauffé par le condenseur interne CI vers l'aérotherme AE. L'aérotherme fonctionne alors pour chauffer l'air de l'habitacle. Une fois le fluide caloporteur refroidi celui retourne directement dans le condenseur interne, ou 25 indirectement via le radiateur du moteur thermique. Le fluide frigorigène refroidi sort du condenseur interne CI par la première voie, voie de sortie, et la vanne V33 le dirige ensuite vers le sous-refroidisseur SR, en passant préalablement dans le réservoir de déshydratation DS, 30 éventuellement si nécessaire d'abord dans le condenseur de façade El. Le sous-refroidisseur refroidit le fluide frigorigène avec l'air extérieur et le fluide est ensuite dirigé vers la vanne V36, puis le deuxième détendeur DT2. Le fluide est alors dépressurisé et entre dans l'échangeur 3025297 19 d'équipement EQ1 par la première voie Vl. Le fluide frigorigène, alors sous forme de liquide dépressurisé, s'évapore, prélevant ainsi de l'énergie thermique dans le corps du stockeur, et sort par la deuxième voie V2. Ensuite, 5 le fluide frigorigène est dirigé par la vanne V42 en amont du compresseur pour être de nouveau pressurisé et chauffé. Cette solution de chauffage de l'habitacle présente un rendement énergétique très supérieur à une solution de chauffage par des résistances électriques.

10 D'autres modes de fonctionnement sont possibles, en particulier le stockeur électrique BAT peut être refroidi et l'énergie thermique évacuée vers l'air extérieur via l'échangeur thermique de façade El, agissant alors comme un condenseur, ou évacuée vers le moteur thermique (non 15 représenté ici) pour le réchauffer avant un démarrage. Le radiateur du moteur thermique pouvant agir comme un échangeur thermique d'équipement. Par ailleurs, lors du refroidissement du stockeur électrique BAT, le fluide frigorigène issu du sous- 20 refroidisseur peut être dirigé en partie vers le deuxième détendeur DT2 et en partie vers le troisième détendeur DT3. Les vannes V36, V35 commandant le débit de fluide frigorigène vers le deuxième et troisième détendeur DT2, DT3 respectivement. Ainsi, la régulation de la température du 25 stockeur électrique peut être pilotée en commandant la répartition de fluide frigorigène. Dans un mode avantageux, le climatiseur fonctionne en même temps que l'aérotherme AE pour le désembuage de l'habitacle. Dans une variante de la pompe à chaleur, l'échangeur 30 d'équipement EQ1 est connecté dans le premier circuit de circulation CC1 en sortie du condenseur interne CI. Plus précisément, en mode de chauffage du stockeur électrique BAT, 3025297 20 en sortie du compresseur CP, le fluide frigorigène est tout d'abord dirigé vers le condenseur interne CI, réduisant la température du fluide frigorigène, puis vers l'échangeur d'équipement EQ1. Cette variante présente l'avantage de 5 réduire la température du fluide, pouvant être à 90 degrés en sortie du compresseur, avant qu'il circule dans l'échangeur d'équipement EQ1. En effet, il est préférable que le fluide frigorigène circulant à proximité du stockeur électrique ne dépasse pas sensiblement les températures limites de 10 fonctionnement du stockeur électrique BAT. Dans une autre variante, l'échangeur d'équipement EQ1 est connecté en parallèle hydraulique du sous-refroidisseur SR. On notera que le véhicule automobile comprend des 15 moyens de supervision de la pompe à chaleur pour la mise en oeuvre d'un procédé de régulation en température du stockeur électrique BAT. Le procédé est opéré en commandant dans un mode de chauffage du stockeur, le stockage d'énergie thermique dans le corps du stockeur électrique, et dans un mode de 20 refroidissement du stockeur électrique, le prélèvement d'énergie thermique issue du corps du stockeur électrique. Par exemple, un calculateur de supervision peut commander les vannes hydrauliques V31, V32, V33, V34, V35, V36, V42, V43 le compresseur CP, les détendeurs DT1, DT2, DT3, 25 la pompe PP, l'aérotherme AE et la demande de mise en route du ventilateur de face avant du véhicule pour piloter la circulation du fluide frigorigène et opérer les modes de chauffage et refroidissement du stockeur électrique. Par exemple, un programme informatique détermine les 30 commandes en fonction de conditions de températures de fonctionnement du stockeur électrique BAT, de mesures de températures issues de capteurs adaptés et de requêtes de 3025297 21 commande spécifiques, par exemple une commande de pré-conditionnement de l'habitacle. Les mesures de températures peuvent être prélevées dans le corps du stockeur, sur les évaporateurs et de l'air extérieur. Le programme informatique 5 est mémorisé dans des mémoires associées au calculateur de supervision du véhicule ou à un calculateur spécifique à la commande de la pompe à chaleur. L'invention s'applique aux véhicules électriques, hybrides électriques, véhicules hybrides électriques dits 10 « plug-in » en anglais, et véhicules électriques avec assistance d'autonomie au moyen d'un moteur thermique auxiliaire. 15

Claims (9)

1. REVENDICATIONS1. Pompe à chaleur réversible pour réguler la température de l'air intérieur d'un véhicule automobile comprenant un stockeur électrique (BAT) régulé thermiquement, la pompe à chaleur comprenant au moins un premier circuit fermé (CC1) de circulation d'un fluide frigorigène, un compresseur (CP), un condenseur interne (CI) pour chauffer l'air intérieur par échange thermique avec le fluide frigorigène issu du compresseur (CP) et un échangeur de façade (El) associé à un premier détendeur (DT1) et agencé pour prélever et émettre de l'énergie thermique à l'air extérieur par échange thermique avec le fluide frigorigène soit issu du premier détendeur (DT1), soit issu du compresseur (CP), caractérisée en ce que la pompe à chaleur comprend également un premier échangeur d'équipement (EQ1) associé à un deuxième détendeur (DT2) et agencé pour prélever et stocker de l'énergie thermique dans le corps du stockeur (BAT) de sorte à réguler la température du stockeur (BAT) au moyen d'un mode de chauffage et d'un mode de refroidissement du stockeur (BAT).
2. 2. Pompe à chaleur selon la revendication 1, caractérisée en ce que le premier échangeur d'équipement (EQ1) comprend des première (V1) et deuxième (V2) voies connectées au premier circuit de circulation (CC1) d'une part en aval du compresseur (CP), et d'autre part en amont du compresseur (CP), la pompe à chaleur pouvant être configurées: - dans le mode de chauffage du stockeur (BAT), en dirigeant le fluide frigorigène issu du compresseur (CP) dans 30 le premier échangeur d'équipement (EQ1), fonctionnant en 3025297 23 condenseur pour stocker de l'énergie thermique dans le corps du stockeur (BAT), - et dans le mode de refroidissement du stockeur (BAT), en dirigeant le fluide frigorigène issu du deuxième détendeur 5 (DT2) dans le premier échangeur d'équipement (EQ1), fonctionnant en évaporateur pour prélever de l'énergie thermique dans le corps du stockeur (BAT).
3. 3. Pompe à chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisée en ce que la pompe 10 chaleur comprend également un sous-refroidisseur (SR) de façade propre à refroidir le fluide frigorigène par échange thermique avec l'air, le premier circuit de circulation (CC1) étant agencé, en mode de refroidissement du stockeur (BAT), pour refroidir préalablement le fluide frigorigène et diriger 15 le fluide frigorigène vers le premier échangeur d'équipement (EQ1) via le deuxième détendeur (DT2).
4. 4. Pompe à chaleur selon la revendication 3, caractérisée en ce que la pompe à chaleur comprend également un évaporateur (EV) de climatiseur associé à un troisième 20 détendeur (DT3), le premier circuit de circulation (CC1) étant agencé, en mode de refroidissement du stockeur, à diriger le fluide frigorigène issu du sous-refroidisseur (SR) en partie vers le premier échangeur d'équipement (EQ1) via le deuxième détendeur (DT2) et en partie vers l'évaporateur (EV) via le 25 troisième détendeur (DT3).
5. 5. Pompe à chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comprend également un deuxième circuit de circulation (CC2) d'un fluide caloporteur comprenant un aérotherme (AE) pour chauffer l'air intérieur, le condenseur interne (CI) étant propre à chauffer le fluide caloporteur, les premier et deuxième circuits de circulation (CC1, CC2) étant aptes pour réchauffer l'habitacle 3025297 24 à opérer le mode de refroidissement du stockeur (BAT) de sorte à transférer de l'énergie thermique issue du premier échangeur d'équipement (EQ1), vers le compresseur (CP), le condenseur interne (CI) et jusqu'à l'aérotherme (AE). 5
6. 6. Pompe à chaleur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le deuxième circuit de circulation (CC2) est connecté à un deuxième échangeur d'équipement agencé pour chauffer et refroidir un moteur thermique, les premier et deuxième circuits de circulation (CC1, CC2) étant aptes pour 10 réchauffer le moteur à opérer le mode de refroidissement du stockeur (BAT) de sorte à transférer de l'énergie thermique issue du premier échangeur d'équipement (EQ1), vers le compresseur (CP), le condenseur interne (CI) et jusqu'au deuxième échangeur d'équipement. 15
7. 7. Pompe à chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le premier circuit de circulation est configuré, en mode de chauffage du stockeur, pour diriger le fluide frigorigène issu du compresseur (CP) tout d'abord dans le condenseur interne (CI) 20 puis dans le premier échangeur d'équipement (EQ1).
8. 8. Véhicule automobile comprenant un stockeur électrique (BAT) et une pompe à chaleur pour la régulation de la température de l'air intérieur, caractérisé en ce que la pompe à chaleur est conforme à l'une quelconque des 25 revendications 1 à 7 et le stockeur électrique (BAT) est régulé en température par la pompe à chaleur.
9. 9. Procédé de régulation de la température d'un stockeur électrique d'un véhicule automobile mis en oeuvre par une pompe à chaleur selon l'une quelconque des revendications 30 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : 3025297 25 - dans un mode de chauffage du stockeur, le stockage d'énergie thermique dans le corps du stockeur, - dans un mode de refroidissement du stockeur, le prélèvement d'énergie thermique issue du corps du stockeur. 5