FR3070330B1 - Connecteur electrique participant a une charge de batterie de vehicule et comprenant un element de traitement thermique - Google Patents

Connecteur electrique participant a une charge de batterie de vehicule et comprenant un element de traitement thermique Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un connecteur électrique (10) de véhicule participant à une charge d'une batterie du véhicule et comprenant : - une partie électrique comportant : - au moins un terminal électrique (11, 11a, 1 lb), et - au moins un conducteur électrique (13, 13a, 13b) en contact avec l'au moins un terminal électrique (11, 11a, 11b) et étant destiné à assurer une liaison électrique avec la batterie, caractérisé en ce que le connecteur électrique (10) comprend un élément de traitement thermique (900) agencé pour traiter thermiquement au moins une partie de la partie électrique (11, 11a, 11b, 13, 13a, 13b), l'élément de traitement thermique (900) étant destiné à coopérer avec une source de refroidissement (1004, 1003, 1001, 1002) issue du véhicule.

Description

La présente invention se rapporte au domaine de la charge de batterie de véhicule, et notamment au domaine de la charge des batteries de traction des véhicules automobiles de type hybride ou de type électrique, par exemple. Par batteries de traction, il est entendu tout dispositif de stockage d’énergie permettant de générer une force motrice du véhicule automobile. L’invention a pour objet le connecteur électrique situé sur le véhicule, ainsi que le circuit de refroidissement de ce connecteur électrique, qu’il soit de fluide réfrigérant ou de fluide caloporteur.
La charge d’une batterie de traction peut se faire par branchement électrique. Une première façon de charger la batterie, appelée de charge rapide, est mise en œuvre par des bornes dédiées, qui sont configurées pour délivrer du courant continu par exemple. Pour cela, un cordon de charge relié à la borne est équipé d’une fiche de charge de type pistolet à brancher sur le connecteur électrique situé sur le véhicule. Par exemple en délivrant un courant continu pouvant atteindre 400 Ampères, ce type de borne permet de charger complètement la batterie de traction entre 20 et 30 minutes. Généralement, une telle borne de charge rapide est agencée pour délivrer 350 kilowatts.
Une deuxième façon de charger la batterie, dite de charge normale, est mise en œuvre par un branchement sur une prise de réseau électrique domestique. Pour cela, un cordon de charge comprenant à sa première extrémité une fiche de type secteur et à sa seconde extrémité une fiche de charge de type pistolet destinée à être branchée sur le connecteur électrique situé sur le véhicule. Généralement, le cordon de charge comprend un boîtier de transformation situé entre les deux extrémités. Ce type de charge, nécessite généralement 8h à 12h de branchement pour une charge complète de la batterie de traction.
Une troisième façon de charger la batterie, dite de récupération, est mise en œuvre lors des phases de freinage et de décélération. En effet, lors d’une phase de freinage ou de décélération, les roues du véhicule automobile entraînent le moteur électrique du véhicule automobile selon un sens de rotation permettant de créer un courant électrique, dit de récupération, utilisé pour la charge de la batterie de traction.
Un inconvénient bien connu de la charge, qu’elle soit de type charge rapide, charge normale, est que la connexion entre la source électrique et la batterie à charger du véhicule dégage une puissance thermique importante. Or, Réchauffement de ces éléments provoque une réduction de la puissance électrique transmise à la batterie, notamment lorsqu’une température seuil est atteinte. En effet, lorsque Réchauffement atteint cette température seuil, la durée de charge de la batterie se trouve allongée par rapport aux valeurs théoriques basées exclusivement sur le transfert de la puissance électrique. Or, compte tenu des besoins du marché, cet allongement de la durée de charge représente un inconvénient à surmonter, en particulier dans le cas de la charge rapide.
Pour cela, l’art antérieur propose des solutions pour refroidir la borne de charge et/ou le fiche de charge. Par exemple, le document EP0823767 se propose de fournir une fiche de charge comprenant un canal de fluide de refroidissement alimenté en fluide de refroidissement provenant de la borne de charge.
Toutefois, l’art antérieur ne semble pas proposer de solution visant à refroidir le connecteur électrique situé sur le véhicule et/ou la connectique reliant le connecteur électrique situé sur le véhicule et la batterie à charger.
Dans ce contexte la présente invention a pour objet un connecteur électrique de véhicule participant à une charge d’une batterie du véhicule, comprenant une partie électrique comportant - au moins un conducteur électrique destiné à assurer une liaison électrique avec la batterie, - au moins un terminal électrique au contact de l’au moins un conducteur électrique, caractérisé en ce que le connecteur électrique comprend un élément de traitement thermique agencé pour traiter thermiquement au moins en partie la partie électrique du connecteur électrique, l’élément de traitement thermique étant destiné à coopérer avec une source de refroidissement issue du véhicule.
Un tel connecteur électrique permet de réaliser un échange de chaleur permettant d’améliorer le transfert de la puissance électrique vers la batterie du véhicule. Par l’utilisation d’une source de refroidissement issue du véhicule, l’invention permet une intégration aisée au véhicule, dans lequel les contraintes d'encombrement sont fortes.
De plus, ce refroidissement permet de rester en dessous de la température seuil, évitant ainsi d’endommager des composants du connecteur électrique ou encore de limiter la vitesse de charge. In fine, l’invention assure une amélioration du transfert de la puissance électrique vers la batterie et par conséquent une diminution du temps de charge. L’invention apporte ainsi une solution respectant les besoins du marché en proposant un échangeur de chaleur visant à refroidir par exemple la partie terminale située sur le véhicule et/ou la connectique située sur le véhicule reliant une source électrique et la batterie à charger.
Par coopérer, il est entendu que l’élément de traitement thermique est agencé pour être refroidi par la source de refroidissement.
De plus, les termes « source de refroidissement issue du véhicule », signifie que le véhicule comprend un système ou circuit de refroidissement agencé pour refroidir le connecteur électrique.
Selon une ou plusieurs caractéristique(s) pouvant être prise seule(s) ou en combinaison, on pourra prévoir que : - la source de refroidissement issue du véhicule automobile est un circuit de fluide réfrigérant et/ou un circuit de fluide caloporteur supporté par le véhicule automobile. On comprend alors que le fluide réfrigérant ou le fluide caloporteur est destiné à échanger des calories avec le connecteur électrique par l’intermédiaire de l’élément de traitement thermique. L’élément de traitement thermique autorise un échange de calories entre le connecteur électrique et le fluide réfrigérant ou le fluide caloporteur tout en restant isolant électriquement. Pour cela, l’élément de traitement thermique interagit d’une part avec des composants du connecteur électrique et d’autre part avec le fluide réfrigérant ou le fluide caloporteur. Par exemple, l’élément de traitement thermique est agencé de manière à autoriser une circulation de ce fluide à son travers. Dans ce cas, l’élément de traitement thermique comprend au moins un canal dans lequel le fluide réfrigérant ou le fluide caloporteur circule. Ainsi, l’élément de traitement thermique constitue un échangeur de chaleur.
Il est à noter qu’un fluide réfrigérant est défini comme un fluide autorisant des échanges de calories lors de ses changements de phases (liquide, gaz... ). Autrement dit, un fluide réfrigérant est un fluide qui présente des particularités physiques permettant de l'exploiter dans un cycle de compression/détente pour transférer des calories. Plus particulièrement, les fluides réfrigérants sont choisis pour leurs températures et pressions de passage de l'état liquide à l'état gazeux et la quantité d'énergie nécessaire pour provoquer ce changement d'état.
Un tel fluide réfrigérant est par ailleurs déjà présent sur le véhicule, ce qui facilite son exploitation pour refroidir le connecteur électrique. A titre d’exemple, un tel fluide réfrigérant est connu sous l’acronyme R-134A, 1234YF ou encore R744.
Il est à noter qu’un fluide caloporteur est défini comme un fluide autorisant un transport de calories d’un point à un autre. Autrement dit, un fluide caloporteur est un fluide qui est apte à emmagasiner et à céder ses calories. A la différence des fluides réfrigérants, les fluides caloporteurs ne sont pas choisis pour leurs changements d’état, mais pour leur température d’ébullition élevée démontrant leur capacité à transporter des calories.
En effet, un fluide caloporteur est notamment choisi en fonction de ses propriétés physicochimiques, telles que la viscosité, la capacité thermique volumique et sa température d’ébullition élevée pour éviter ses changements d’état. A titre d’exemple, un tel fluide caloporteur peut être un mélange d’eau et de glycol. - Le connecteur électrique est destiné à recevoir une fiche de charge apte à être reliée à une borne électrique en vue d’assurer la charge de la batterie du véhicule. En d’autres termes, le connecteur électrique est destiné à recevoir une fiche de charge extérieure branchée à une source électrique extérieure, de manière à charger la batterie du véhicule. Une telle fiche de charge s’insérant par exemple dans le ou les terminaux électriques présents sur le connecteur électrique. - La batterie est une batterie de traction du véhicule. Ainsi, cette batterie de traction correspond à un dispositif de stockage d’énergie permettant de fournir une énergie à un moteur électrique de traction capable de générer une force motrice du véhicule. Le véhicule est, de préférence, un véhicule automobile, par exemple de type hybride ou électrique. - L’élément de traitement thermique est destiné à refroidir l’au moins un terminal électrique et l’au moins un conducteur électrique. - L’élément de traitement thermique est destiné à refroidir l’au moins un terminal électrique. Ainsi, cet élément de traitement thermique permet le refroidissement de la connexion entre une source électrique et la batterie à charger du véhicule. - L’élément de traitement thermique est destiné à refroidir l’au moins un conducteur électrique. Ainsi, cet élément de traitement thermique permet le refroidissement de la connexion entre une source électrique et la batterie à charger du véhicule. - L’élément de traitement thermique comprend au moins un canal de refroidissement. Un tel canal de refroidissement s’étend dans au moins une partie du connecteur électrique et est agencé de manière à autoriser une circulation du fluide réfrigérant ou caloporteur en son sein. - L’élément de traitement thermique comprend plusieurs canaux de refroidissement. Il peut ainsi former un échangeur de chaleur multicanaux en interaction thermique avec l’au moins un terminal électrique et/ou de l’au moins un conducteur électrique. - Le canal de refroidissement est agencé de manière à autoriser une circulation du fluide réfrigérant ou du fluide caloporteur en son sein. On comprend alors que la circulation d’un tel fluide à basse température permet de refroidir le connecteur électrique. - Dans le cas où l’élément de traitement thermique comprend plusieurs canaux de refroidissement, il peut être prévu qu’une partie des canaux est alimentée en fluide réfrigérant et que l’autre partie des canaux est alimentée en fluide caloporteur. - Le canal de refroidissement s’étend au moins en partie le long de l’au moins un terminal électrique et/ou de l’au moins un conducteur électrique. Par s’étendre le long, il est entendu que le canal de refroidissement s’étend parallèlement à une dimension la plus grande du terminal électrique et/ou du conducteur électrique, une telle dimension correspondant par exemple à la direction d’insertion de la fiche de charge dans le connecteur électrique, objet de l’invention. Généralement, la dimension la plus grande correspond à une longueur de terminal électrique et/ou du conducteur électrique dans le connecteur électrique. - Le canal de refroidissement forme une gorge cylindrique ménagée dans un corps en matière thermiquement conductrice, entourant l’au moins un terminal électrique et/ou l’au moins un conducteur électrique, dans le connecteur électrique. - Le canal de refroidissement est un conduit formant un U selon une coupe longitudinale du connecteur électrique. L’invention a également pour objet un circuit d’un fluide caloporteur de véhicule comprenant une boucle de refroidissement comportant : - une pompe destinée à mettre en circulation le fluide caloporteur dans le circuit, - un radiateur destiné à être exposé à un flux d’air, caractérisé en ce qu’il comprend un élément de traitement thermique situé dans un connecteur électrique tel que défini précédemment.
Le refroidissement du fluide caloporteur dans ce circuit est réalisé à l’aide du radiateur. De préférence, le radiateur est exposé à un flux d’air extérieur au véhicule.
Selon une ou plusieurs caractéristique(s) pouvant être prise seule(s) ou en combinaison, on pourra prévoir que : - Le circuit de fluide caloporteur comprend un échangeur de chaleur additionnel destiné à un refroidissement d’une batterie du véhicule automobile. En d’autres termes, la boucle de refroidissement comprend deux échangeurs de chaleur. - L’échangeur de chaleur additionnel est disposé en série de l’élément de traitement thermique. - L’échangeur de chaleur additionnel est disposé en amont de l’élément de traitement thermique, selon un sens de circulation du fluide caloporteur. - Le radiateur est disposé en aval de l’élément de traitement thermique et en amont de la pompe, selon un sens de circulation du fluide caloporteur dans ce circuit. Si plusieurs échangeurs de chaleur sont présents sur le circuit, le radiateur est situé en aval de tous ces échangeurs de chaleur et en amont de la pompe. - L’échangeur de chaleur additionnel est disposé en parallèle de l’élément de traitement thermique. L’invention a également pour objet un circuit de fluide réfrigérant d’un véhicule comprenant : - un compresseur destiné à élever la pression du fluide réfrigérant, - un condenseur, - un organe de détente destiné à abaisser la pression du fluide réfrigérant, - un évaporateur, caractérisé en ce qu’il comprend l’élément de traitement thermique situé dans le connecteur électrique tel que défini précédemment.
Un tel circuit de fluide réfrigérant permet d’une part de chauffer et/ou de climatiser un habitacle de véhicule automobile et d’autre part de refroidir le connecteur électrique à l’aide de l’élément de traitement thermique qui lui est dédié. Ce circuit de fluide réfrigérant est particulièrement avantageux, dans le sens où il peut être existant sur le véhicule et qu’une branche additionnelle supportant l’élément de traitement thermique peut être ajoutée pour permettre le refroidissement du connecteur électrique.
Selon une ou plusieurs caractéristique(s) pouvant être prise seule(s) ou en combinaison, on pourra prévoir que : - Plus particulièrement, l’élément de traitement thermique est disposé entre le condenseur et le compresseur du circuit de fluide réfrigérant, selon un sens de circulation du fluide réfrigérant. - Le condenseur est situé en aval du compresseur selon un sens de circulation du fluide réfrigérant dans le circuit. L’invention a également pour objet un circuit de refroidissement d’un connecteur électrique destiné à une charge d’une batterie de véhicule automobile, comprenant une première boucle, dite boucle de refroidissement, dans laquelle un fluide caloporteur est destiné à circuler et une deuxième boucle dans laquelle un fluide réfrigérant est destiné à circuler, la deuxième boucle comprenant : - un compresseur destiné à élever une pression du fluide réfrigérant, - un condenseur, - un organe de détente, destiné à abaisser la pression du fluide réfrigérant, le circuit comprenant un refroidisseur destiné à opérer un transfert thermique entre le fluide caloporteur de la première boucle et le fluide réfrigérant de la deuxième boucle, caractérisé en ce que la boucle de refroidissement comprend l’élément de traitement thermique situé dans le connecteur électrique tel que défini précédemment.
On comprend alors que le refroidisseur forme une interface entre la boucle de refroidissement et la deuxième boucle et que la boucle de refroidissement est agencée de manière à coopérer avec la deuxième boucle. Il est à noter que les différents fluides circulant dans le refroidisseur ne se mélangent pas et que l’échange de chaleur entre ces deux fluides se fait par conduction. Un tel circuit permet de refroidir le connecteur électrique à l’aide de l’élément de traitement thermique qui lui est dédié.
Selon une ou plusieurs caractéristique(s) pouvant être prise seule(s) ou en combinaison, on pourra prévoir que : - Le refroidisseur est disposé en aval du condenseur et en amont du compresseur, selon le sens de circulation du fluide réfrigérant dans la deuxième boucle. Ainsi, en sortie du condenseur puis de l’organe de détente, on s’assure que le fluide réfrigérant est à l’état liquide et à basse température, ce qui permet d’améliorer le transfert de calories et de refroidir le fluide caloporteur de la boucle de refroidissement. - L’élément de traitement thermique dédié au refroidissement du connecteur électrique est configuré pour réaliser un échange thermique entre le fluide caloporteur et le connecteur électrique. L’invention a également pour objet un véhicule automobile comprenant le connecteur électrique tel que défini précédemment et/ou le circuit de fluide réfrigérant tel que défini précédemment et/ou le circuit de fluide caloporteur tel que défini précédemment. D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention et de son fonctionnement ressortiront plus clairement à la lecture de la description donnée ci-après à titre indicatif, en relation avec les figures annexées, dans lesquelles : - la figure 1 est une représentation schématique d’un véhicule automobile comprenant un connecteur électrique selon la présente invention pour la charge d’une batterie, le véhicule automobile étant relié à une source électrique externe, - les figures 2A à 2F sont des représentations schématiques en coupe de différents exemples de réalisation d'un connecteur électrique selon la présente invention, - les figures 3A et 3B sont des représentations schématiques de deux exemples de réalisation d'un circuit de fluide caloporteur destiné à refroidir le connecteur électrique, selon la présente invention. - la figure 4 est une représentation schématique d’un exemple de réalisation d'un circuit de fluide caloporteur destiné à refroidir le connecteur électrique, selon la présente invention, fonctionnant avec un circuit de fluide réfrigérant, et - la figure 5 est une représentation schématique d’un exemple de réalisation d'un circuit de fluide réfrigérant destiné à refroidir le connecteur électrique, selon la présente invention.
Il est tout d'abord à noter que si les figures exposent l'invention de manière détaillée pour sa mise en œuvre, elles peuvent bien entendu servir à mieux définir l'invention le cas échéant. De même, il est rappelé que, pour l'ensemble des figures, les mêmes éléments sont désignés par les mêmes repères.
La figure 1 montre un véhicule automobile 2, par exemple de type tout électrique ou hybride, branché à une source électrique 5, afin de recharger une batterie. Selon cet exemple de réalisation, la source électrique 5 permet de recharger une batterie de traction 3 du véhicule automobile 2. Par batteries de traction, il est entendu tout dispositif de stockage d’énergie permettant de générer une force motrice du véhicule automobile. Pour transférer l’électricité fournie par la source électrique 5 vers le véhicule automobile 2, et notamment vers la batterie de traction 3, le véhicule automobile 2 comprend un connecteur électrique 10.
La source électrique 5 est ici une borne de charge rapide délivrant sensiblement 350 kilowatts (kW). Bien entendu, la source électrique 5 pourrait aussi être une prise de réseau électrique domestique permettant une charge normale de la batterie de traction 3.
Plus précisément, le connecteur électrique 10 fait partie intégrante du véhicule automobile 2. On entend par là que le connecteur électrique 10 est solidarisé au véhicule 2, c’est-à-dire que même en condition de roulage, le connecteur électrique 10 fait partie du véhicule 2.
Le connecteur électrique 10 comprend une partie terminale 12. Cette partie terminale 12 est située sur une partie accessible du véhicule 2, et sur laquelle un usager peut brancher une fiche de charge d’un cordon de charge 6 électriquement connecté à la source électrique 5. Plus précisément, le connecteur électrique 10 est agencé de manière à relier la batterie de traction 3 du véhicule à charger à la fiche de charge, la fiche de charge ne faisant pas partie du connecteur électrique 10.
Afin de charger la batterie de traction 3, la partie terminale 12 du connecteur électrique 10 est électriquement reliée à la batterie de traction 3. Pour cela, le connecteur électrique 10 comprend au moins un conducteur électrique 13 s’étendant depuis la batterie de traction 3 jusqu’à la partie terminale 12.
Dans la suite de la description, afférente au connecteur électrique 10, on se référera à une orientation en fonction des axes longitudinal L, transversal T et vertical V tels qu’ils sont définis par le trièdre L,V,T représenté sur les figures. Arbitrairement, ce repère l’axe longitudinal L correspond à la direction d’allongement suivie par les terminaux électriques 13, 13a, 13b du connecteur électrique 10, l’axe transversal T perpendiculaire à l’axe longitudinal L, est orienté de manière à passer par au moins deux terminaux électrique et l’axe vertical V est perpendiculaire à la fois à l’axe longitudinal L et à l’axe transversal T. Il est à noter que le choix des appellations de ces axes L, V, T n’est pas limitatif de l’orientation que peut prendre le connecteur électrique 10 dans son application à un véhicule automobile.
Il est à noter que sur les différents exemples de réalisation illustrés par les figures 2A à 2F, le connecteur électrique 10 comprend une partie électrique comportant par exemple deux conducteurs électriques 13, avec un premier conducteur électrique 13a destiné à être relié à la borne positive de la source électrique 5 et un deuxième conducteur électrique 13b destiné à être relié à la borne négative de la source électrique 5. Il peut également être prévu d’autres conducteurs électriques 13, notamment dédié à des signaux de commande, de pilotage ou de diagnostic.
Dans un mode de réalisation préféré, la partie électrique comporte cinq conducteurs électriques 13, dont deux pour la charge rapide et trois pour la charge normale.
La partie électrique du connecteur électrique 10 comprend également des terminaux électriques 11, lia, 11b s’étendant dans la partie terminale 12 du connecteur électrique 10. Autrement dit, la partie terminale 12 du connecteur électrique 10 correspond à la zone dans laquelle s’étendent les terminaux électriques 11, lia, 11b.
Les terminaux électrique 11, lia, 11b sont destinés à être au contact de la fiche de charge 6. Plus précisément, les terminaux électrique 11, lia, 11b sont destinés à être au contact d’organes de la fiche de charge 6 ayant une forme complémentaire. Les terminaux électriques 11, lia, 11b, prennent par exemple la forme de tubes creux métalliques dans lesquels des organes mâles de la fiche de charge 6 sont destinés à s’insérer. Il est à noter que, les terminaux électriques 11, lia, 11b sont au contact des conducteurs électriques 13, 13a, 13b, par exemple en étant sertis ou encore brasés à l’intérieur. Ainsi, le connecteur électrique 10 comprend autant de terminaux électriques 11, lia, 11b que de conducteurs électriques 13, 13a, 13b.
Il est à préciser que le connecteur électrique 10 comprend une zone isolante centrale 17, disposée entre les terminaux électriques 11, lia, 11b. Cette zone isolante centrale 17 s’étend le long d’un axe longitudinal central L1 du connecteur électrique 10 et permet de séparer les terminaux électriques 11, lia, 11b les uns des autres, ainsi que les conducteurs électriques 13, 13a, 13b les uns des autres dans la zone centrale du connecteur électrique 10. Cette zone isolante centrale 17 est isolante en ce qu’elle est réalisée d’un matériau électriquement non conducteur. La zone isolante 17 est conductrice thermiquement au moins du canal de refroidissement.
Le connecteur électrique 10 comprend également une zone isolante périphérique 18. Cette zone isolante périphérique 18 s’étend le long d’une face périphérique externe du connecteur électrique 10 et permet d’isoler électriquement les terminaux électriques 11, lia, 11b ainsi que les conducteurs électriques 13, 13a, 13b vis-à-vis d’un environnement extérieur au connecteur électrique 10. Cette zone isolante périphérique 18 est isolante en ce qu’elle est réalisée d’un matériau électriquement non conducteur. De manière similaire à la zone isolante 17 décrite précédemment, la zone isolante périphérique 18 est conductrice thermiquement au moins du canal de refroidissement.
Pour autoriser l’insertion des organes males de la fiche de charge dans les terminaux électriques 11, lia, 11b, le connecteur électrique 10 comprend des orifices d’entrée 14 ménagés dans une face terminale 12a. Il est à noter que, le connecteur électrique 10 comprend autant d’orifice d’entrée 14 qu’il y a de terminaux électriques 11, lia, 11b. Accessoirement, ces orifices d’entrée 14 sont équipés d’obturateur de sécurité. A l’opposé des orifices d’entrée 14, chaque terminal électrique 11, lia, 11b est au contact du conducteur électrique 13, 13a, 13b, puis chaque conducteur électrique 13, 13a, 13b s’étend jusqu’à la batterie de traction 3, éventuellement via des composants de la chaîne de traction électrique. Ainsi, un tel connecteur électrique 10 permet de transférer l’énergie électrique vers la batterie de traction 3.
Il peut être par exemple prévu que les conducteurs électriques 13, 13a, 13b soient reliés à un boîtier de transformation 110 pour traiter le courant électrique se dirigeant vers la batterie de traction 3, le boîtier de transformation 110 étant situé entre la partie terminale 12 du connecteur électrique 10 et la batterie de traction 3.
Afin de refroidir le connecteur électrique 10 durant la charge de la batterie de traction 3, celui-ci comprend un élément de traitement thermique 900 destiné à coopérer avec une source de refroidissement issue du véhicule automobile 2. Plus précisément, l’élément de traitement thermique 900 agit comme un échangeur de chaleur dans lequel est ménagé au moins un canal de refroidissement 90, où un fluide est destiné à circuler à basse température, comme cela sera décrit plus loin. L’élément de traitement thermique 900 est dédié au refroidissement partiel ou total du connecteur électrique 10. Pour cela, l’élément de traitement thermique se présente sous la forme d’au moins une pièce métallique, par exemple en aluminium ou en cuivre, logée dans le connecteur électrique 10. Comme cela va maintenant être décrit, l’élément de traitement thermique 900 peut se présenter sous diverses formes.
Selon une première série d’exemples de réalisation illustrés par les figures 2A à 2E, l’élément de traitement thermique 900 se présente sous la forme d’un canal de refroidissement 90 défini par une ou plusieurs parois formant un premier contour 9a du canal de refroidissement 90 et par une ou plusieurs parois formant un deuxième contour 9b du canal de refroidissement 90, le premier contour 9a et le deuxième contour 9b étant espacés l’un de l’autre par une distance d déterminant la quantité de fluide pouvant circuler dans le canal de refroidissement 90. Plus particulièrement, selon ces exemples de réalisation, le premier contour 9a et le deuxième contour 9b sont reliés l’un à l’autre par une paroi de fond 9c dont l’une de ses dimensions est égale à la distance d.
Le premier contour 9a et le deuxième contour 9b sont par exemple circulaires, de manière à former un canal de refroidissement en forme de gorge annulaire. Selon un autre exemple de réalisation, le premier contour 9a et le deuxième contour 9b sont chacun formés par quatre parois perpendiculaires deux à deux, de manière à former une gorge parallélépipédique. Bien entendu le premier contour 9a et le deuxième contour 9b peuvent être définis par un nombre de paroi différent, de manière à ce que le canal de refroidissement 90 présente une forme quelconque.
Afin de refroidir la partie terminale 12 du connecteur électrique 10, les figures 2A et 2B montrent que le canal de refroidissement 90 s’étend à l’intérieur et le long de la partie terminale 12 du connecteur électrique 10. Plus précisément, le canal de refroidissement 90 s’étend au plus près des terminaux électriques 11, lia, 11b. Par au plus près, on entend de manière suffisamment proche pour qu’il y ait un échange thermique entre l’élément de traitement thermique 900 et les terminaux électriques 11, lia, 11b, sans toutefois risquer un court-circuit. Le canal de refroidissement 90 est ménagé dans la zone isolante périphérique 18 du connecteur électrique 10. Selon une variante de réalisation, le canal de refroidissement 90 est ménagé dans la zone isolante centrale 17 du connecteur électrique 10.
Selon cet exemple de réalisation, le canal de refroidissement 90 forme une gorge cylindrique entourant les terminaux électriques 11, lia, 11b. Par exemple, cette gorge cylindrique creuse prend une forme circulaire ou elliptique ou semi-circulaire ou semi-elliptique autour de l’ensemble des terminaux électriques 11, lia, 11 b. Il est à noter que selon cet exemple de réalisation, le canal de refroidissement 90 ne s’étend pas autour des conducteurs électriques 13, 13a, 13b. En d’autres termes, cet exemple de réalisation illustre un canal de refroidissement 90 s’étendant uniquement autour des terminaux électriques 11, lia, 11b. Selon une variante de réalisation non illustrée, plusieurs canaux de refroidissement formant des gorges cylindriques sont prévus, avec un canal de refroidissement 90 pour chaque terminal électrique 11, lia, 11b.
Selon tous les exemples de réalisation, on comprend que le canal de refroidissement 90 fait partie intégrante du connecteur électrique 10 et qu’il est destiné à coopérer avec un circuit de fluide qui l’alimente en fluide. Pour cela le connecteur électrique 10 comprend au moins une ouverture et de préférence deux ouvertures 15a, 15b autorisant une circulation du fluide vers ou depuis le canal de refroidissement 90. Plus particulièrement, une première ouverture 15a permet, par exemple, une entrée du fluide dans le canal de refroidissement 90 et une deuxième ouverture 15b permet une sortie du fluide depuis le canal de refroidissement 90. Dans le cas, où le connecteur électrique 10 comprend une unique ouverture, une pompe peut être prévue pour aspirer et propulser du fluide dans le canal de refroidissement 90, par intermittence par exemple.
Selon ce premier exemple de réalisation illustré par les figures 2A et 2B, le connecteur électrique 10 comprend deux ouvertures 15a, 15b disposées sur une face périphérique externe du connecteur électrique 10. Ces deux ouvertures 15a, 15b forment chacune un canal de circulation 95 transversal par rapport au connecteur électrique 10 et débouchant chacun dans lequel le canal de refroidissement 90. Les deux ouvertures 15a, 15b sont par exemple diamétralement opposées sur la périphérie externe du connecteur électrique 10.
Par ailleurs, il est à noter que pour l’ensemble des exemples de réalisation, le connecteur électrique 10 comprend une partie électriquement isolante 16 prévue entre le canal de refroidissement 90 et la partie électrique du connecteur électrique 10. Plus précisément, selon cet exemple de réalisation, la partie électriquement isolante 16 s’étend entre le canal de refroidissement 90 et chaque terminal électrique 11, lia, 11b. Toutefois, il est à noter que cette partie électriquement isolante 16 est adaptée pour autoriser un échange thermique entre le canal de refroidissement 90 et le terminal électrique 11, lia, 11b.
Selon un deuxième exemple de réalisation illustré par la figure 2C et afin de refroidir le ou les conducteurs électriques 13, 13a, 13b du connecteur électrique 10, le canal de refroidissement 90 s’étend le long et autour des conducteurs électriques 13, 13a, 13b uniquement et au plus près de ceux-ci. Par au plus près, on entend de manière suffisamment proche pour qu’il y ait échange thermique entre le canal de refroidissement 90 et les conducteurs électriques 13, 13a, 13b. De la même manière que précédemment, le canal de refroidissement 90 est ménagé dans la zone isolante périphérique 18 du connecteur électrique 10. Selon une variante de réalisation, le canal de refroidissement 90 est ménagé dans la zone isolante centrale 17 du connecteur électrique 10.
Le canal de refroidissement 90 forme une gorge cylindrique autour des conducteurs électriques 13, 13a, 13b. Par exemple, cette gorge cylindrique prend une forme circulaire ou elliptique ou semi-circulaire ou semi-elliptique autour de l’ensemble des conducteurs électriques 13, 13a, 13b. Il est à noter que selon cet exemple de réalisation, le canal de refroidissement 90 ne s’étend pas autour des terminaux électriques 11, lia, 11b. En d’autres termes, cet exemple de réalisation illustre un canal de refroidissement 90 s’étendant uniquement autour des conducteurs électriques 13, 13a, 13b. Selon une variante de réalisation non illustrée, plusieurs canaux de refroidissement 90 prenant la forme de gorge cylindrique sont prévus, avec un canal de refroidissement 90 pour chaque conducteur électrique 13, 13a, 13b.
Les ouvertures 15a, 15b sont ménagées, ici aussi, sur la face périphérique externe du connecteur électrique 10.
Selon une variante de réalisation non illustrée, le canal de refroidissement 90 s’étend le long des conducteurs électriques 13, 13a, 13b jusqu’à la batterie de traction 3. On comprend alors que le connecteur électrique 10 comprend d’une part la partie terminale 12 et d’autre part les conducteurs électriques 13, 13a, 13b s’étendant jusqu’à la batterie de traction 3. En présence du boîtier de transformation 110, il peut également être prévu de le refroidir à l’aide du canal de refroidissement 90.
Selon d’autres exemples de réalisation illustrés par les figures 2D à 2F, la totalité de la partie électrique du connecteur électrique 10 est refroidie. Pour cela, le canal de refroidissement 90 s’étend le long et/ou autour des conducteurs électriques 13, 13a, 13b et le long et/ou autour des terminaux électriques 11, lia, 11b.
Plus précisément, selon un troisième exemple de réalisation illustré par la figure 2D, le canal de refroidissement 90 s’étend autour et le long des conducteurs électriques 13, 13a, 13b et des terminaux électriques 11, lia, 11b. Pour cela, le canal de refroidissement 90 forme une gorge cylindrique autour des conducteurs électriques 13, 13a, 13b et des terminaux électriques 11, lia, 11b. Le canal de refroidissement 90 est ménagé dans la zone isolante périphérique 18 du connecteur électrique 10.
Les ouvertures 15a, 15b ont, dans ce cas, été disposées sur deux axes transversaux différents. En d’autres termes, l’entrée 15a et la sortie 15b du canal de refroidissement 90 ont été ménagées à des longueurs différentes du connecteur électrique 10, selon le référentiel précédemment défini.
Selon un quatrième exemple de réalisation illustré par la figure 2E, un premier canal de refroidissement 91 formant une gorge cylindrique est situé dans la zone isolante périphérique 18 du connecteur électrique 10, c’est-à-dire que le premier canal de refroidissement 91 s’étend le long d’un pourtour externe des conducteurs électriques 13, 13a, 13b et des terminaux électriques 11, lia, 11b. Un deuxième canal de refroidissement 92 formant une gorge cylindrique est, quant à lui, situé dans la zone isolante centrale 17 du connecteur électrique 10, c’est-à-dire que le deuxième canal de refroidissement 92 s’étend le long d’un pourtour interne des conducteurs électriques 13, 13a, 13b et des terminaux électriques 11, lia, 11b. En d’autres termes, la zone isolante périphérique 18 comprend un premier canal de refroidissement 91 et la zone isolante centrale 17 comprend un deuxième canal de refroidissement 92.
Les ouvertures 15a, 15b pour le premier canal de refroidissement 91 sont ménagées sur une périphérie externe du connecteur électrique 10, tandis que les ouvertures 15a, 15b pour le deuxième canal de refroidissement 92 sont disposées à une extrémité longitudinale du connecteur électrique 10. Plus précisément, les ouvertures 15a, 15b pour le deuxième canal de refroidissement 92 sont disposées sur la face opposée à la face terminale 12a, selon l’axe longitudinal L.
Il est à noter que le premier canal de refroidissement 91 est défini par une ou plusieurs parois formant un premier contour 9d du premier canal de refroidissement 91 et par une ou plusieurs parois formant un deuxième contour 9e du premier canal de refroidissement 91, le premier contour 9d et le deuxième contour 9e étant espacés l’un de l’autre par une distance dl déterminant la quantité de fluide pouvant circuler dans ce premier canal de refroidissement 91. Plus particulièrement, le premier contour 9d et le deuxième contour 9e du premier canal de refroidissement 91 sont reliés l’un à l’autre par une paroi de fond 9f dont l’une de ses dimensions est égale à la distance dl. De la même manière, le deuxième canal de refroidissement 92 est défini par une ou plusieurs parois formant un premier contour 9g du deuxième canal de refroidissement 92 et par une ou plusieurs parois formant un deuxième contour 9h du deuxième canal de refroidissement 92, le premier contour 9g et le deuxième contour 9h étant espacés l’un de l’autre par une distance d2 déterminant la quantité de fluide pouvant circuler dans ce deuxième canal de refroidissement 92. Plus particulièrement, le premier contour 9g et le deuxième contour 9h du deuxième canal de refroidissement 92 sont reliés l’un à l’autre par une paroi de fond 9i dont l’une de ses dimensions est égale à la distance d2. De plus, selon ce mode de réalisation, les contours 9d, 9e du premier canal de refroidissement 91 présentent chacun une aire plus grande qu’une aire du premier contour 9g ou du deuxième contour 9h du deuxième canal de refroidissement 92.
Selon une variante de réalisation, un premier canal de refroidissement entoure un premier ensemble formé par le conducteur électrique 13a et le terminal électrique lia électriquement reliés à la borne positive et deuxième canal de refroidissement entoure un deuxième ensemble formé par le conducteur électrique 13b et le terminal électrique 11b électriquement reliés à la borne négative. En d’autres termes, chacun de ses canaux de refroidissement s’étendent à la fois dans une partie de la zone isolante centrale 17 et dans une partie de la zone isolante périphérique 18 du connecteur électrique 10.
Selon un cinquième exemple de réalisation illustré par la figure 2F, le connecteur électrique 10 comprend un canal de refroidissement 90 formant un U selon une coupe longitudinale du connecteur électrique 10. Plus précisément, ce canal de refroidissement 90 forme une conduite ménagée dans la zone isolante centrale 17. Pour faciliter la circulation du fluide au sein du canal de refroidissement 90, la conduite est en forme de U avec une ouverture 15a pour l’entrée du fluide, située à une première extrémité de la conduite et une autre ouverture 15b pour la sortie du fluide, située à une deuxième extrémité de la conduite.
Selon un premier aspect de la présente invention, le fluide circulant dans l’élément de traitement thermique 900 est un fluide caloporteur 750. Plus précisément, selon la présente invention, la source de refroidissement correspond à un circuit 1001, 1002, 1003 comprenant une boucle de refroidissement 850, dans laquelle un fluide caloporteur 750 circule et qui, selon les exemples de réalisation, collabore ou non avec une boucle 860 de fluide réfrigérant 700. Il est à noter que le fluide caloporteur 750 est par exemple de l’eau de refroidissement.
La boucle de refroidissement 850, destinée à être empruntée par le fluide caloporteur 750, comprend l’élément de traitement thermique 900. On comprend alors que l’élément de traitement thermique 900 forme une interface entre le connecteur électrique 10 et la boucle de refroidissement 850.
Plusieurs exemples de réalisation du circuit 1001, 1002, 1003, de fluide caloporteur 750 vont maintenant être décrits en relation avec les figures 3A, 3B et 4. Toutefois, on distingue parmi ces circuits, des circuits 1001, 1002 comprenant une unique boucle de fluide caloporteur 750, comme cela sera décrit en relation avec les figures 3A et 3B et un circuit 1003 où la boucle de fluide caloporteur 750 fonctionne avec une boucle 860 de fluide réfrigérant 700, tel que cela sera décrit en relation avec la figure 4.
Les figures 3A et 3B montrent des circuits 1001, 1002 de fluide caloporteur 750 qui comprennent chacun successivement, une pompe 250, l’élément de traitement thermique 900 dédié au refroidissement du connecteur électrique 10 et un radiateur 350. Selon une réalisation particulière, ces circuits 1001, 1002 peuvent également être équipés d’un échangeur de chaleur dédié au refroidissement de la batterie de traction 3, comme cela sera décrit plus loin. Il est à préciser que l’élément de traitement thermique 900 est considéré comme un échangeur de chaleur.
Ces circuits 1001, 1002 comprennent un premier canal 831 reliant la pompe 250 à au moins l’un des échangeurs de chaleur 100, 900 et l’un au moins des échangeurs de chaleur 100, 900 est relié au radiateur 350 à l’aide d’un deuxième canal 832. Le radiateur 350 est ensuite relié à la pompe 250 par un canal retour 833. Il est à noter que la pompe 250 permet d’assurer la circulation du fluide caloporteur 750 le long de cette boucle de refroidissement 850.
Le radiateur 350 est de préférence placé en face avant du véhicule automobile 2 afin d’être exposé à un flux d’air extérieur E. Plus particulièrement, ce radiateur 350 permet de refroidir le fluide caloporteur 750 circulant en son sein pour échanger des calories avec le flux d’air extérieur E traversant le radiateur 350.
La figure 3A illustre le circuit 1001 dans lequel la boucle de refroidissement 850 est exclusivement dédiée au refroidissement du connecteur électrique 10. Ainsi, le fluide caloporteur 750 est refroidi dans le radiateur 350 puis est envoyé dans l’élément de traitement thermique 900, à l’aide de la pompe 250. Dans l’élément de traitement thermique 900, le fluide caloporteur 750 échange des calories avec la partie électrique du connecteur électrique 10, afin de la refroidir et de réduire le temps de charge. A l’issue de cet échange de calories, le fluide caloporteur 750 est de nouveau refroidi en passant par le radiateur 350. Il est à noter que la pompe 250 peut être située à n’importe quel endroit du circuit 1001.
Il est à noter que la consommation électrique due au fonctionnement d’un tel circuit 1001 de fluide caloporteur 750 est négligeable par rapport au gain de puissance que permet le refroidissement du connecteur électrique 10.
Selon une variante de réalisation illustrée par la figure 3B, le circuit 1002 comprend un échangeur de chaleur dédié au refroidissement de la batterie de traction 3, cet échangeur de chaleur est dit échangeur de chaleur additionnel 100 dans la suite de la description en raison de la présence de l’élément de traitement thermique 900 constituant déjà un échangeur de chaleur. Cet exemple de réalisation est particulièrement adapté pour le refroidissement des batteries de traction 3 qui peuvent généralement atteindre 60°C.
Un tel échangeur de chaleur additionnel 100 est, d’une part, agencé au plus près de la batterie de traction 3, en formant par exemple un support pour celle-ci, et d’autre part configuré pour faire circuler le fluide caloporteur 750, en étant muni de tubes de circulation par exemple.
La figure 3B illustre un exemple de réalisation, dans lequel les échangeurs de chaleurs 100, 900 sont disposés en série sur la boucle de refroidissement 850. Plus précisément, l’échangeur de chaleur additionnel 100 dédié au refroidissement de la batterie de traction 3 est disposé en amont de l’élément de traitement thermique 900 dédié au refroidissement du connecteur électrique 10, selon le sens de circulation du fluide caloporteur 750. Ces deux échangeurs de chaleur 100, 900 sont reliés l’un à l’autre par un canal de liaison 834.
Cette disposition des échangeurs de chaleur 100, 900 l’un par rapport à l’autre permet d’optimiser l’efficacité de l’échangeur de chaleur additionnel 100 en s’assurant que le fluide caloporteur 750 le traversant soit le plus froid possible. En effet, la température moyenne du connecteur électrique 10 étant nettement supérieure à la température moyenne de la batterie de traction 3, il est plus judicieux de les placer dans cet ordre.
Toutefois, selon une variante de réalisation, l’élément de traitement thermique 900 dédié au refroidissement du connecteur électrique 10 est disposé en amont de l’échangeur de chaleur additionnel 100, selon le sens du fluide caloporteur 750 dans le circuit 1002.
Selon une autre variante de réalisation, l’élément de traitement thermique 900 dédié au refroidissement du connecteur électrique 10 est disposé en parallèle de l’échangeur de chaleur additionnel 100 dédié au refroidissement de la batterie de traction 3.
On va maintenant décrire un circuit 1003 dans lequel le fluide caloporteur 750 est refroidi à l’aide d’une boucle 860 de fluide réfrigérant 700. On comprend alors, que les circuits 1001, 1002 précédemment décrits offrent la possibilité de pouvoir être installés sur des véhicules ne comprenant pas de circuit de fluide réfrigérant 700.
La boucle 860 de fluide réfrigérant 700 comprend un compresseur 200, au moins un condenseur 300, 301, au moins un organe de détente 401, 402, 403, au moins un évaporateur interne 601 et un refroidisseur 650. Le fluide réfrigérant 700 circule successivement à travers ces éléments en formant un circuit fermé qui collabore avec une installation de ventilation, de chauffage, et/ou de climatisation d’un habitacle du véhicule automobile 2. Par ailleurs, dans ce qui suit, les dénominations amont et aval seront utilisées en référence au sens d'écoulement du fluide réfrigérant 700 ou du fluide caloporteur 750, selon le cas, au sein du circuit 1003. Un exemple de réalisation de ce circuit 1003 est illustré par la figure 4.
Il est à noter qu’un fluide réfrigérant 700 est défini comme un fluide autorisant des échanges de calories lors de ses changements de phases (liquide, vapeur, gaz... ). Autrement dit, un fluide réfrigérant est un fluide qui présente des particularités physiques permettant de l'exploiter dans un cycle de compression/détente pour transférer des calories.
Plus particulièrement, les fluides réfrigérants sont choisis pour leurs températures de passage de l'état liquide à l'état gazeux, la quantité d'énergie nécessaire pour provoquer ce changement d'état et la différence de température provoquée par ce changement d'état. A titre d’exemple, un tel fluide réfrigérant est connu sous l’acronyme R-134A, 1234YF ou encore R744.
Ainsi, comme cela est visible sur l’exemple de réalisation montré en figure 4, le compresseur 200 est relié à un condenseur interne 301 par un canal 803 dans lequel le fluide réfrigérant 700 circule à haute pression, et donc à haute température. Ce condenseur interne 301 est situé dans l’installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation et est sélectivement traversé par un flux d’air A ou non, à l’aide d’un dispositif d’obturation 31. Il est à noter que pour la description du circuit 1003, 1004, la dénomination « interne » désigne un élément situé à l’intérieur de l’installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation.
Lorsque le condenseur interne 301 est traversé par le flux d’air A, le fluide réfrigérant 700 échange des calories avec ce flux d’air A et se retrouve dans un état différent en sortie de ce condenseur interne 301. Lorsque le dispositif d’obturation 31 empêche le flux d’air A de traverser le condenseur interne 301, le fluide réfrigérant 700 n’échange pas de calories et ne change pas d’état lors de sa traversée du condenseur interne 301.
En sortie de ce condenseur interne 301 et en fonction de l’état du fluide réfrigérant 700, le fluide réfrigérant traverse un canal 802 sur lequel est installée une vanne de contrôle du débit 61, appelée première vanne 61, ou un canal 807 sur lequel est disposé un organe de détente, appelé premier organe de détente 401.
En sortie de ces deux canaux 802, 807 le fluide réfrigérant 700 est dirigé vers un échangeur thermique 36 utilisable en tant que condenseur 300 ou en tant qu’évaporateur 600, en fonction de l’état du fluide réfrigérant 700. Cet échangeur thermique 36 est situé en face avant du véhicule automobile 2, de manière à être exposé à un flux d’air extérieur E. En sortie de cet échangeur thermique 36, le fluide réfrigérant 700 emprunte un canal 801 jusqu’à une bifurcation 808. A l’issue de cette bifurcation 808, le fluide réfrigérant 700 est destiné à emprunter une ou plusieurs branches disposées en parallèle avant d’atteindre de nouveau le compresseur 200. Parmi ces branches disposées en parallèle, on distingue une première branche 806, appelée branche retour 806, sur laquelle seule une vanne de contrôle du débit, appelée deuxième vanne de contrôle du débit 62, est disposée, et une deuxième branche 804, dite de climatisation, sur laquelle au moins un évaporateur interne 601 est prévu. L’évaporateur interne 601 est situé dans l’installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation et est exposé à un flux d’air A. La branche de climatisation 804 forme un premier nœud 811 avec le canal 801 sortant de l’échangeur thermique 36 et un deuxième nœud 812 avec un canal 810 menant vers un accumulateur 500.
Il est à préciser que la branche retour 806 prend naissance à la bifurcation 808 et forme un nœud, appelé troisième nœud 813, avec le canal 810 menant vers l’accumulateur 500.
Parmi ces branches disposées en parallèle, on distingue également une branche de refroidisseur 805 sur laquelle au moins un refroidisseur 650 est prévu. Il est à préciser que la branche de refroidisseur 805 forme un nœud, appelé quatrième nœud 841, avec le canal 801 sortant de l’échangeur thermique 36 et un autre nœud, appelé cinquième nœud 851, avec le canal 810 menant vers l’accumulateur 500.
En sortie de ces différentes branches parallèles 805, 804, 806, le fluide réfrigérant 700 est acheminé dans le canal 810 menant vers l’accumulateur 500. Cet accumulateur 500 permet de s’assurer que seule la phase gazeuse du fluide réfrigérant 700 se dirige vers le compresseur 200, via un canal 818 reliant l’accumulateur 500 au compresseur 200. Il est à noter que le fluide réfrigérant 700 circulant dans le canal 810 fermant le circuit est à basse pression, tout comme le canal 818, situé en aval du canal 810 et en amont du compresseur 200. Ainsi ces canaux 810, 818 pourront être désignés par les termes « canaux basse pression » du circuit.
Le fluide réfrigérant 700, en sortie du refroidisseur 650 est admis sous forme essentiellement gazeuse au sein du compresseur 200. A la sortie du compresseur 200, le fluide réfrigérant 700, qui a subi une compression, se présente sous la forme d’un gaz dont la pression et la température ont augmentées.
Par ailleurs, ce circuit 1003 comprend la boucle de refroidissement 850 sur laquelle l’élément de traitement thermique 900 est prévu et dans lequel le fluide caloporteur 750 circule. Il est à noter que cette boucle de refroidissement 850 comprend ici la pompe 250 permettant de mettre en circulation le fluide caloporteur 750, telle qu’elle a été décrite précédemment, et l’élément de traitement thermique 900.
La boucle de refroidissement 850 comprend un premier canal 821 reliant le refroidisseur 650 à la pompe 250, puis un deuxième canal 822 reliant la pompe 250 à l’élément de traitement thermique 900 et enfin un troisième canal 823 reliant l’élément de traitement thermique 900 au refroidisseur 650. Le fluide caloporteur 750 circule successivement dans ces trois canaux 821, 822, 823.
Selon une variante de réalisation, cette boucle de refroidissement 850 comprend le radiateur 350, tel qu’il a été décrit précédemment. Ainsi, le fluide caloporteur 750 est doublement refroidi.
Dans un mode alternatif de réalisation, le refroidissement peut également se faire selon la température du fluide caloporteur 750 et selon la température ambiante.
On va maintenant décrire le fonctionnement de ce circuit 1003 :
Selon un premier mode de fonctionnement dit de climatisation, le fluide réfrigérant 700, en sortie du compresseur 200, est admis dans l’échangeur thermique 36 pouvant aussi bien être condenseur 300 qu’évaporateur 600 selon l’état dans lequel le fluide réfrigérant 700 circule au sein de cet échangeur thermique 36.
Le fluide réfrigérant 700 étant dans cet exemple sous forme gazeuse, cet échangeur thermique 36 se comporte comme un condenseur 300, dans lequel il subit un premier changement de phase et se transforme en liquide. Lors de ce changement de phase, la pression du fluide réfrigérant 700 reste constante et sa température diminue, le fluide réfrigérant 700 cédant une partie de sa chaleur à un flux d’air extérieur E par le biais du condenseur 300.
Il est à noter que le circuit 1003 comprend un condenseur interne 301, qui dans ce mode de fonctionnement en climatisation, n’est pas utilisé. En effet, on peut voir que le dispositif d’obturation 31, tel qu’un volet, est en position fermée de manière à interdire tout échange avec un flux d’air A traversant l’installation de ventilation, de chauffage, et/ou de climatisation. Par conséquent, le fluide réfrigérant 700 traverse ce condenseur interne 301 sans subir de transformation. De plus, le premier organe de détente 401 situé sur le canal 807, en sortie de ce condenseur interne 301 n’est pas utilisé dans ce mode de fonctionnement en climatisation et le fluide réfrigérant 700 emprunte le canal 802 pour atteindre l’échangeur thermique 36 fonctionnant en condenseur 300.
Une partie du fluide réfrigérant 700 est acheminé vers la branche de climatisation 804 supportant Tévaporateur interne 601 et une autre partie vers la branche de refroidisseur 805. Le fluide réfrigérant 700, essentiellement sous forme liquide à la sortie du condenseur 300, est alors acheminé vers un organe de détente 402, appelé deuxième organe de détente 402, situé sur la branche de refroidisseur 805 et un organe de détente 403, appelé troisième organe de détente 403, situé sur la branche de climatisation 804 supportant Tévaporateur interne 601. La détente subie dans l’organe de détente 402, 403 permet d’abaisser brutalement la pression du fluide réfrigérant 700 ce qui a pour résultat l’obtention d’un fluide réfrigérant 700 liquide à basse température.
Alternativement, on peut prévoir un unique organe de détente situé sur une portion du canal 801, entre le premier nœud 811 et la bifurcation 808 répartissant le fluide réfrigérant 700 vers les différentes branches parallèles 805, 804, 806 du circuit 1003.
Il est notable que selon le mode de fonctionnement en climatisation la branche retour 806, n’est pas utilisée. Pour cela, la deuxième vanne de contrôle du débit 62 située sur cette branche retour 806 est en position fermée de manière à interdire tout passage de fluide réfrigérant 700, liquide, en direction du compresseur 200.
La partie du fluide réfrigérant 700 acheminée vers Tévaporateur interne 601 échange des calories avec un flux d’air A traversant Tévaporateur interne 601. Ce flux d’air A, circulant dans l’installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation, se retrouve refroidi et est envoyé vers l’habitacle du véhicule.
La partie du fluide réfrigérant 700 acheminée vers le refroidisseur 650 échange des calories avec le fluide caloporteur 750 circulant dans la boucle de refroidissement 850 dédiée au refroidissement du connecteur électrique 10. A l’issue de cet échange de calories, le fluide caloporteur 750, à basse température, est entraîné vers l’élément de traitement thermique 900 précédemment décrit, à l’aide de la pompe 250. En fonction de la forme que prend l’élément de traitement thermique 900, le fluide caloporteur 750 permet de refroidir une partie ou la totalité du connecteur électrique 10.
On comprend de ce premier exemple de mise en œuvre, que l’habitacle du véhicule automobile 2 est climatisé durant le refroidissement du connecteur électrique 10. Ainsi, lors de la charge de la batterie de traction 3 par une source électrique 5 fixe, un tel exemple de mise en œuvre autorise également un pré-conditionnement de l’habitacle du véhicule automobile 2, c’est-à-dire avant que l’usager ne l’utilise. Il est à noter que la consommation électrique due au fonctionnement d’un tel circuit 1003 est négligeable par rapport au gain de puissance que permet le refroidissement du connecteur électrique 10.
Selon un autre exemple de mise en œuvre, une vanne de contrôle du débit, appelée troisième vanne de contrôle du débit 63, est disposée sur la branche de climatisation 804, en amont de l’évaporateur interne 601 selon le sens de circulation du fluide réfrigérant 700 dans la branche de climatisation 804. Lorsque cette troisième vanne de contrôle du débit 63 est en position fermée, elle permet d’acheminer la totalité du fluide réfrigérant 700 vers la branche de refroidisseur 805. Ainsi, la totalité du fluide réfrigérant 700 est utilisée pour échanger des calories avec le fluide caloporteur 750.
Ainsi, ce deuxième exemple de mise en œuvre, permet de ne pas climatiser l’habitacle du véhicule automobile 2 durant le refroidissement du connecteur électrique 10, ce qui permet de dédier la puissance frigorifique du circuit 1003 au refroidissement du connecteur électrique 10.
Par ailleurs, il est à noter que la branche de refroidisseur 805 est équipée d’une vanne de contrôle du débit, appelée quatrième vanne de contrôle du débit 64 permettant de désactiver le refroidissement du connecteur électrique 10. En effet, durant le roulage du véhicule automobile 2, ou durant une phase de démarrage, il n’est pas nécessaire de refroidir le connecteur électrique 10.
Durant les échanges de calories, que ce soit dans l’évaporateur interne 601 ou dans le refroidisseur 650, le fluide réfrigérant 700 subit un nouveau changement de phase en se transformant en gaz. Il est ensuite réacheminé vers le compresseur 200 pour subir un nouveau cycle.
Afin de s’assurer que le compresseur 200 comprime du fluide réfrigérant 700 sous forme exclusivement gazeuse, le circuit 1003 est avantageusement équipé de l’accumulateur 500 situé directement en amont du compresseur 200. En d’autres termes, un accumulateur 500 peut être prévu sur le circuit 1005 entre l’évaporateur interne 601 et le compresseur 200 ou entre le refroidisseur 650 et le compresseur 200, de manière à ce que le compresseur 200 ne comprime que du fluide réfrigérant 700 sous forme exclusivement gazeuse.
Selon un deuxième mode de fonctionnement dit de pompe à chaleur, le fluide réfrigérant 700 sous forme gazeuse à haute pression et haute température, en sortie du compresseur 200, est admis dans le condenseur interne 301, qui selon ce mode de fonctionnement est actif.
Pour cela, le dispositif d’obturation 31 est en position ouverte, comme cela est représenté par des pointillés, de manière à ce que le condenseur interne 301 soit exposé à un flux d’air A traversant l’installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation pour être envoyé en direction de l’habitacle du véhicule 2. Durant son passage le long du condenseur interne 301, le fluide réfrigérant 700 cède ses calories au flux d’air A traversant le condenseur interne 301, de manière à fournir un flux d’air A chaud en direction de l’habitacle.
Lors de son passage dans le condenseur interne 301, le fluide réfrigérant 700 subit un premier changement de phase et se transforme en liquide. Lors de ce changement de phase, la pression du fluide réfrigérant 700 reste constante et sa température diminue (ou reste constante), le fluide réfrigérant 700 cédant une partie de sa chaleur au flux d’air A traversant le condenseur interne 301.
Le fluide réfrigérant 700, essentiellement sous forme liquide à la sortie du condenseur interne 301, est ensuite acheminé dans le premier organe de détente 401, avec le passage vers le canal 802 fermé par la première vanne de contrôle du débit 61. Le fluide réfrigérant 700 subit alors une détente permettant d’abaisser sa pression ce qui a pour résultat l’obtention d’un fluide réfrigérant 700 à l’état liquide et à basse température.
Le fluide réfrigérant 700 est ensuite acheminé vers l’échangeur thermique 36. Le fluide réfrigérant 700 étant ici sous forme liquide, cet échangeur thermique 36 se comporte comme un évaporateur 600, dans lequel le fluide réfrigérant 700 échange ses calories avec un milieu environnant l’échangeur thermique 36 et notamment avec le flux d’air extérieur E. Il est à noter que, le mode pompe à chaleur du circuit 1003 est généralement utilisé lorsque le milieu extérieur est froid, ainsi le fluide réfrigérant 700, bien que devenu gazeux, reste à basse température en sortie de l’échangeur thermique 36.
Une partie du fluide réfrigérant 700, en sortie de l’échangeur thermique 36, est acheminé vers la branche de refroidisseur 805 qui alimente le refroidisseur 650. L’autre partie du fluide réfrigérant 700 est acheminée directement vers le compresseur 200 en passant par la branche retour 806, dont la deuxième vanne de contrôle du débit 62 en position ouverte.
La partie du fluide réfrigérant 700 passant par la branche de refroidisseur 805, sous forme gazeuse et à basse température, échange alors des calories avec le fluide caloporteur 750 circulant dans le refroidisseur 650. A l’issue de cet échange de calories, le fluide caloporteur 750 est à basse température et est alors entraîné vers l’élément de traitement thermique 900 dédiée au refroidissement du connecteur électrique 10 à l’aide de la pompe 250 de la boucle de refroidissement 850. En fonction de la forme que prend l’élément de traitement thermique 900, le fluide caloporteur 750 permet de refroidir une partie ou la totalité du connecteur électrique 10.
Au terme de l’échange de calories dans le refroidisseur 650, le fluide réfrigérant 700 est ensuite réacheminé vers le compresseur 200 pour un nouveau cycle.
Selon un deuxième exemple de mise en œuvre du mode pompe à chaleur, et afin de refroidir plus efficacement le connecteur électrique 10, la deuxième vanne de contrôle du débit 62 située sur la branche retour 806 est en position fermée. Ainsi, la totalité du fluide réfrigérant 700, en sortie de l’échangeur thermique 36, est acheminée vers la branche de refroidisseur 805 pour assurer un meilleur échange de chaleur avec le fluide caloporteur 750 et donc avec le connecteur électrique 10.
Selon ce mode de fonctionnement en pompe à chaleur, l’accès à Tévaporateur interne 601 situé sur la branche de climatisation 804 est désactivé en positionnant la troisième vanne de contrôle du débit 63 située sur cette branche 804 en position fermée. Toutefois, selon un mode de déshumidification, la troisième vanne de contrôle du débit 63 est mise en position ouverte de manière à capter l’humidité du flux d’air A circulant dans l’installation de ventilation, chauffage et/ou climatisation avant son chauffage par le condenseur interne 301. En effet, il est à préciser que selon le sens du flux d’air A circulant dans l’installation de ventilation, chauffage et/ou climatisation, le condenseur interne 301 est disposé en aval de Tévaporateur interne 601.
Afin que le circuit 1003 soit aussi bien adapté au mode climatisation qu’au mode pompe à chaleur, on comprend que l’installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation, avec laquelle le circuit 1003 coopère, et le circuit 1003 lui-même comprennent des vannes deux voies, des vannes trois voies et un ou plusieurs dispositifs d’obturation 31.
Avantageusement, le circuit 1003 est également agencé pour refroidir la batterie de traction 3 du véhicule automobile 2. Pour cela un échangeur de chaleur, dit échangeur de chaleur additionnel 100, est prévu sur la boucle de refroidissement 850, comme cela a été décrit précédemment.
Quel que soit le type de boucle de refroidissement 850 retenue, et quelle que soit la position de l’élément de traitement thermique 900 dédié au connecteur électrique 10 sur cette boucle de refroidissement 850, l'invention permet de réaliser un échange de chaleur permettant d’améliorer le transfert de la puissance électrique vers la batterie d’un véhicule automobile 2. Par l’utilisation d’un circuit de fluide caloporteur 750 fonctionnant avec ou sans un circuit de fluide réfrigérant 700, cette invention permet une intégration aisée à un véhicule automobile 2, dans lequel les contraintes d'encombrement sont fortes. De plus, en intégrant le refroidissement de la batterie elle-même, à l’aide d’un échangeur de chaleur additionnel 100, ces circuits participent à l’amélioration de l'autonomie de la batterie.
Selon un deuxième aspect de la présente invention, le fluide circulant dans l’élément de traitement thermique 900 est un fluide réfrigérant 700. Plus particulièrement, ce fluide réfrigérant 700 est mis en circulation le long du canal de refroidissement 90 à l’aide d’un circuit 1004 de fluide réfrigérant 700 qui collabore avec une installation de ventilation, de chauffage, et/ou de climatisation d’un habitacle du véhicule automobile 2. Un exemple de réalisation de ce circuit 1004 est illustré par la figure 5.
De la même manière que le circuit 1003, le circuit 1004 comprend une boucle de climatisation à la différence que le refroidisseur 650 est remplacé par l’élément de traitement thermique 900. Ainsi, on comprend que ce circuit 1004 n’utilise pas de fluide caloporteur 750. Autrement dit, ce circuit 1004 refroidit le connecteur électrique 10, exclusivement à l’aide du fluide réfrigérant 700.
Plus particulièrement, le circuit 1004 comprend un compresseur 200, au moins un condenseur 300, 301, au moins un organe de détente 401, 403, 404, au moins un évaporateur interne 601 et l’élément de traitement thermique 900 dédié au refroidissement du connecteur électrique 10. Le fluide réfrigérant 700 circule successivement à travers ces éléments en formant un circuit fermé collaborant avec une installation de ventilation, chauffage et/ou climatisation. Par ailleurs, dans ce qui suit, les dénominations amont et aval seront utilisées en référence au sens d'écoulement du fluide réfrigérant au sein du circuit 1004.
Ainsi, comme cela est visible sur l’exemple de réalisation montré en figure 5, le compresseur 200 est relié au condenseur interne 301 par le canal 803 dans lequel le fluide réfrigérant 700 circule à haute pression, et donc à haute température. En sortie de ce condenseur interne 301 et en fonction de l’état du fluide réfrigérant 700, le fluide réfrigérant 700 traverse le canal 802 sur lequel se situe la première vanne 61, ou traverse le canal 807 sur lequel est disposé le premier organe de détente 401.
En sortie de ces deux canaux 802, 807 le fluide réfrigérant 700 est dirigé vers l’échangeur thermique 36 utilisable en tant que condenseur 300 ou évaporateur 600, en fonction de l’état du fluide réfrigérant 700 circulant en son sein. En sortie de cet échangeur thermique 36, le fluide réfrigérant 700 emprunte le canal 801 jusqu’à la bifurcation 808. A l’issue de cette bifurcation 808, le fluide réfrigérant 700 est destiné à emprunter une ou plusieurs branches disposées en parallèle avant d’atteindre de nouveau le compresseur 200. Parmi ces branches disposées en parallèle, on distingue la branche retour 806, sur laquelle la deuxième vanne de contrôle du débit 62 est disposée, et la branche de climatisation 804 sur laquelle l’évaporateur interne 601 est prévu.
La branche de climatisation 804 forme le premier nœud 811 avec le canal 801 sortant de l’échangeur thermique 36 et le deuxième nœud 812 avec le canal 810 menant vers l’accumulateur 500. Il est à préciser que la branche retour 806 prend naissance à la bifurcation 808 et forme le troisième nœud 813, avec le canal 810 menant vers l’accumulateur 500.
Parmi ces branches 804, 806 disposées en parallèle, on distingue également une branche de refroidissement 800 sur laquelle l’élément de traitement thermique 900 dédié au refroidissement du connecteur électrique 10 est prévu. Il est à préciser que la branche de refroidissement 800 forme un nœud 814 avec le canal 801 sortant de l’échangeur thermique 36 et un autre nœud 815 avec le canal 810 menant vers l’accumulateur 500.
On comprend alors que l’élément de traitement thermique 900 dédié au refroidissement du connecteur électrique 10 forme une interface entre le connecteur électrique 10 et le circuit 1004 de fluide réfrigérant 700. De préférence, l’élément de traitement thermique 900 se présente sous la forme du canal de refroidissement 90, comme cela a été décrit précédemment, dans lequel le fluide réfrigérant 700 est destiné à circuler à basse température.
Selon une variante de réalisation du circuit 1004, l’échangeur de chaleur additionnel 100 dédié au refroidissement de la batterie de traction 3 est prévu sur la branche de refroidissement 800. Autrement dit, la branche de refroidissement 800 comprend deux échangeurs de chaleur, à savoir l’élément de traitement thermique 900 et l’échangeur de chaleur additionnel 100.
Selon une autre variante de réalisation du circuit 1004, parmi les branches disposées en parallèle, on distingue une branche de traitement thermique, dédiée au refroidissement de la batterie de traction 3, sur laquelle l’échangeur de chaleur additionnel 100 dédié au refroidissement de la batterie de traction 3 est prévu. Autrement dit, l’échangeur de chaleur additionnel 100 est disposé en parallèle de l’élément de traitement thermique 900.
Par ailleurs, il est notable que, la branche de refroidissement 800 est également équipée d’une vanne de contrôle du débit, appelée cinquième vanne de contrôle du débit 65 permettant de désactiver le refroidissement du connecteur électrique 10. En effet, durant le roulage du véhicule automobile 2, ou durant une phase de démarrage, il n’est pas nécessaire de refroidir le connecteur électrique 10.
Il est à noter que la cinquième vanne de contrôle du débit 65 est située en amont de l’organe de détente 404, appelé quatrième organe de détente 404, situé sur la branche de refroidissement 800, selon le sens de circulation du fluide réfrigérant 700 dans la branche de refroidissement 800. Que la cinquième vanne de contrôle du débit 65 soit située en amont ou en aval du quatrième organe de détente 404, il est à noter qu’elle permet d’éviter la détente du fluide réfrigérant 700 lorsqu’elle est dans une position interdisant la circulation du fluide réfrigérant 700 dans la branche de refroidissement 800.
Durant les échanges de calories, que ce soit dans l’échangeur thermique 36, l’évaporateur interne 601 ou dans l’élément de traitement thermique 900 dédié au refroidissement du connecteur électrique 10, le fluide réfrigérant 700 subit un nouveau changement de phase en se transformant en gaz. Il est ensuite réacheminé vers le compresseur 200 pour subir un nouveau cycle, en passant notamment par l’accumulateur 500.
Quel que soit l'exemple de réalisation retenu, et quel que soit le raccordement de la branche de refroidissement 800 dédiée au refroidissement du connecteur électrique 10, l'invention permet de réaliser un échange de chaleur permettant d’améliorer la charge de la batterie d’un véhicule automobile 2. Par l’utilisation d’un circuit de fluide réfrigérant 700 disponible sur le véhicule pour alimenter une telle branche de refroidissement 800, l’invention permet une intégration aisée à un véhicule automobile dans lequel les contraintes d'encombrement sont fortes. De plus, en intégrant le refroidissement de la batterie de traction 3 elle-même, ce circuit 1004 participe à l’amélioration de l'autonomie de cette batterie.
Quel que soit l’exemple de réalisation, un élément intermédiaire entre la le connecteur électrique 10 et la une source de refroidissement 1001, 1002, 1003, 1004 issue du véhicule 2, comme par exemple un caloduc ou heat pipe, un fluide diélectrique ou encore une chambre à vapeur. L'invention ne saurait toutefois se limiter aux moyens et configurations décrits et illustrés, et elle s'applique également à tous moyens, ou toutes configurations, équivalent(e)s et à toutes combinaisons de tels moyens et/ou configurations. En effet, si l'invention a été ici décrite et illustrée selon différentes variantes de réalisation mettant en œuvre chacune séparément un agencement particulier, il va de soi que ces agencements présentés peuvent être combinées sans que cela nuise à l'invention.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS
    1. Connecteur électrique (10) de véhicule (2) participant à une charge d’une batterie (3) du véhicule (2), comprenant une partie électrique comportant : au moins un conducteur électrique (13, 13a, 13b) destiné à assurer une liaison électrique avec la batterie (3), au moins un terminal électrique (11, lia, 11b) au contact de l’au moins un conducteur électrique (13, 13a, 13b), caractérisé en ce que le connecteur électrique (10) comprend un élément de traitement thermique (900) agencé pour traiter thermiquement au moins en partie la partie électrique du connecteur électrique (10), l’élément de traitement thermique (900) étant destiné à coopérer avec une source de refroidissement (1001, 1002, 1003, 1004) issue du véhicule (2).
  2. 2. Connecteur électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source de refroidissement issue du véhicule automobile est un circuit de fluide réfrigérant (1004) et/ou un circuit de fluide caloporteur (1003, 1001, 1002) supporté par le véhicule automobile.
  3. 3. Connecteur électrique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le connecteur électrique (10) est destiné à recevoir une fiche de charge apte à être reliée à une borne électrique en vue d’assurer la charge de la batterie du véhicule.
  4. 4. Connecteur électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’élément de traitement thermique (900) est destiné à refroidir l’au moins un terminal électrique (11, lia, 11b).
  5. 5. Connecteur électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’élément de traitement thermique (900) est destiné à refroidir l’au moins un conducteur électrique (13, 13a, 13b).
  6. 6. Connecteur électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’élément de traitement thermique (900) comprend au moins un canal de refroidissement (90).
  7. 7. Connecteur électrique selon la revendication précédente prise en combinaison avec la revendication 2, caractérisé en ce que le canal de refroidissement (90) est agencé de manière à autoriser une circulation du fluide réfrigérant (700) ou du fluide caloporteur (750) en son sein.
  8. 8. Circuit (1001, 1002) d’un fluide caloporteur (750) de véhicule (2) comprenant une boucle de refroidissement (850) comportant : - une pompe (250) destinée à mettre en circulation le fluide caloporteur (750) dans le circuit (1001, 1002), un radiateur (350) destiné à être exposé à un flux d’air (A, E), caractérisé en ce qu’il comprend un élément de traitement thermique (900) situé dans un connecteur électrique (10) tel que défini selon l’une quelconque des revendications précédentes.
  9. 9. Circuit (1004) de fluide réfrigérant (700) d’un véhicule (2) comprenant : - un compresseur (200) destiné à élever la pression du fluide réfrigérant (700), - un condenseur (300, 301), - un organe de détente (401, 403, 404) destiné à abaisser la pression du fluide réfrigérant (700), - un évaporateur (600), caractérisé en ce qu’il comprend l’élément de traitement thermique (900) situé dans le connecteur électrique (10) tel que défini selon l’une quelconque des revendications 1 à 8.
  10. 10. Circuit (1003) de refroidissement d’un connecteur électrique (10) destiné à une charge d’une batterie (3) de véhicule (2), comprenant une première boucle, dite boucle de refroidissement (850), dans laquelle un fluide caloporteur (750) est destiné à circuler et une deuxième boucle (860) dans laquelle un fluide réfrigérant (700) est destiné à circuler, la deuxième boucle (860) comprenant : - un compresseur (200) destiné à élever une pression du fluide réfrigérant (700), - un condenseur (300, 301), - un organe de détente (401, 402, 403), destiné à abaisser la pression du fluide réfrigérant (700), le circuit (1003) comprenant un refroidisseur (650) destiné à opérer un transfert thermique entre le fluide caloporteur (750) de la première boucle (850) et le fluide réfrigérant (700) de la deuxième boucle (860), caractérisé en ce que la boucle de refroidissement (850) comprend l’élément de traitement thermique (900) situé dans le connecteur électrique (10) tel que défini selon l’une quelconque des revendications 1 à 8.
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