FR3077338A1 - Dispositif de conditionnement thermique pour vehicule automobile - Google Patents

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Abstract

La présente invention concerne un dispositif de conditionnement thermique pour un véhicule automobile hybride ou électrique, comprenant : - un circuit de fluide réfrigérant, dit premier circuit, qui comprend au moins un compresseur, un condenseur et un évaporateur ; - un circuit de fluide caloporteur, dit deuxième circuit, qui comprend au moins une batterie électrique ; caractérisé en ce que le dispositif comprend deux échangeurs de chaleur bi-fluide qui sont, d'une part, configurés pour conditionner thermiquement la batterie électrique du véhicule, et d'autre, disposés sur les premier et deuxième circuits de manière à ce que le fluide réfrigérant du premier circuit et le fluide caloporteur du deuxième circuit soient aptes à échanger thermiquement l'un avec l'autre, lesdits échangeurs de chaleur étant disposés en parallèle l'un de l'autre sur le premier circuit.

Description

DISPOSITIF DE CONDITIONNEMENT THERMIQUE POUR VEHICULE AUTOMOBI LE
La présente invention concerne un dispositif de conditionnement thermique pour véhicule automobile hybride ou électrique. Plus particulièrement ce type de dispositif permet, entre autres, de conditionner thermiquement : un flux d’air destiné à aboutir dans l’habitacle dudit véhicule et/ou un ou plusieurs organes électriques du véhicule, tels que le moteur et/ou la batterie.
Actuellement, dans le cas des véhicules électriques et hybrides et des technologies sur lesquelles sont basées les batteries, le refroidissement des batteries desdits véhicules est indispensable.
On notera que la puissance nécessaire pour le refroidissement des batteries, dans les véhicules hybrides ou électriques, était comprise entre 0,5 et 3,5 kW. Au regard des puissances nécessaires, on pouvait par ailleurs assurer à la fois le confort dans l’habitacle (c'est-à-dire conditionner thermiquement celui-ci selon les demandes des utilisateurs) et le refroidissement desdites batteries.
Cependant, les besoins en refroidissement des batteries augmentent et peuvent atteindre 12 kW et plus.
Ainsi, les constructeurs automobiles demandent donc à ce que les dispositifs de conditionnement thermique puissent fournir des puissances de plus en plus importantes afin de satisfaire les besoins en refroidissement des batteries.
Par exemple, un dispositif de conditionnement thermique comprend un ou plusieurs circuits dans lesquels circule un fluide réfrigérant et/ou un fluide caloporteur. Chacun desdits circuits comprenant des échangeurs de chaleur destinés par exemple à conditionner thermiquement des flux d’air ou des organes électriques du véhicule, tels que les batteries électriques.
Plus particulièrement, le dispositif comprend au moins un échangeur de chaleur couplé thermiquement à la ou les batteries du véhicule et destiné à produire des frigories (généralement transférées à la batterie par l’intermédiaire d’un fluide caloporteur, tel qu’un mélange eau/glycol) nécessaires au refroidissement batterie. On notera que cet échangeur est généralement un échangeur de chaleur « fluide réfrigérant / fluide caloporteu r ».
Cependant, cet échangeur de chaleur présente l’inconvénient de devoir être dimensionné pour les besoins extrêmes en refroidissement de la batterie, en plus des besoins plus usuels de refroidissement, provoquant une augmentation du volume et du poids de cet échangeur de chaleur. Cela a notamment pour conséquence de rendre de plus en plus difficile leur intégration dans le compartiment moteur du véhicule.
Ainsi, la présente invention vise à proposer un de dispositif de conditionnement thermique visant à remédier au moins partiellement aux inconvénients évoqués ci-dessus.
La présente invention est un Dispositif de conditionnement thermique pour un véhicule automobile hybride ou électrique, comprenant :
un circuit de fluide réfrigérant, dit premier circuit, qui comprend au moins un compresseur, un condenseur et un évaporateur ;
un circuit de fluide caloporteur, dit deuxième circuit, qui comprend au moins une batterie électrique ;
caractérisé en ce que le dispositif comprend deux échangeurs de chaleur bifluide qui sont, d’une part, configurés pour conditionner thermiquement la batterie électrique du véhicule, et d’autre, disposés sur les premier et deuxième circuits de manière à ce que le fluide réfrigérant du premier circuit et le fluide caloporteur du deuxième circuit soient aptes à échanger thermiquement l’un avec l’autre, lesdits échangeurs de chaleur étant disposés en parallèle l’un de l’autre sur le premier circuit.
Ainsi, le fait de disposer en parallèle les échangeurs de chaleur destinés à conditionner thermiquement la batterie du véhicule permet d’utiliser selon les besoins de refroidissement de la batterie, un (dans les cas de faible puissance) ou deux échangeurs (quand la puissance demandée est forte).
Un autre avantage du dispositif selon l’invention et la possibilité de faciliter l’intégration de ces échangeurs dans le compartiment moteur, par le fait qu’ils peuvent être logés à des endroits différents et qu’il est toujours plus difficile de trouver un grand volume fonctionnel disponible que deux plus petits.
Selon une caractéristique possible, le premier circuit comprend au moins deux organes de détentes, chacun desdits organes de détente étant placé en amont de chacun desdits échangeurs de chaleur.
Un autre avantage du dispositif selon l’invention consiste à pouvoir utiliser deux organes de détente adaptés à des moyennes puissances : de 0.5 kW à 8 kW au lieu d’un organe de détente de très forte capacité qui ne fonctionne pas bien à faible puissance et débit.
On notera que les organes de détente sont par exemple du type : détendeur électronique, détendeur thermostatique... équipés ou non d’une fonction d’arrêt. En effet, cette fonction d’arrêt peut être intégrée ou déportée en amont dudit organe de détente, par exemple par le moyen d’une vanne d’arrêt.
Selon une caractéristique possible, lesdits échangeurs sont similaires ou identiques, c'est-à-dire qu’ils ont la même taille et permettent de réaliser la même puissance (c'est-à-dire qu’ils sont à même de fournir la même quantité de frigories à la batterie pour des conditions de fonctionnement identique).
Ainsi, dans si les échangeurs sont similaires ou identiques, les organes de détentes seront préférentiellement similaires. En outre, lorsque les deux échangeurs fonctionnent en même temps, les débits de fluide caloporteur traversant chacun desdits échangeurs seront sensiblement équivalents.
Cependant, dans certains cas, il peut être avantageux d’avoir deux échangeurs batterie de tailles différentes, l’un des deux échangeurs étant deux fois plus puissant que le second, afin de disposer d’un étagement de puissance. Par exemple, un premier échangeur configuré pour fournir 33 % de la puissance de refroidissement apte à être fournie par le dispositif et un deuxième échangeur configuré pour fournir 66 % de la puissance de refroidissement apte à être fournie par le dispositif.
Le fonctionnement des deux échangeurs en parallèle permet de fournir 100 % de la puissance de refroidissement apte à être fournie par le dispositif, bien évidemment, dans ce mode de fonctionnement, les organes de détentes du premier circuit en amont des échangeurs et les débits de fluide caloporteur circulant à travers lesdits échangeurs sont adaptés en conséquence.
Selon une autre caractéristique possible, les sorties respectives de fluide réfrigérant de l’évaporateur et des échangeurs de chaleur se rejoignent en un point unique, ledit point unique étant relié à l’entrée du compresseur.
Le fait que les sorties de fluide réfrigérant de l’évaporateur et des échangeurs de chaleur se rejoignent (ou convergent) en un point unique du premier circuit auquel est reliée l’entrée du compresseur, donc la parallélisation des lignes d’aspiration, permet de réduire les pertes de charge dans le premier circuit (plus particulièrement dans les canalisations reliant les sorties de l’évaporateur et des deux échangeurs avec l’entrée du corn presseu r).
Selon une autre caractéristique possible, le premier circuit comprend quatre branches disposées en parallèle les unes des autres, la première branche comprenant un compresseur et un condenseur, la deuxième branche comprenant un organe de détente et un évaporateur, la troisième branche comprenant un organe de détente et un échangeur de chaleur bi-fluide, la quatrième branche comprenant un organe de détente et un autre échangeur de chaleur bi-fluide.
Selon une autre caractéristique possible, le premier circuit comprend au moins un échangeur de chaleur interne.
Selon une autre caractéristique possible, le premier circuit comprend un échangeur de chaleur interne disposé sur la première, la deuxième, la troisième et/ou la quatrième branche du premier circuit.
Selon une autre caractéristique possible, le deuxième circuit comprend deux pompes.
Selon une autre caractéristique possible, le premier circuit est configuré pour fonctionner au moins selon l’un des modes de fonctionnement suivants, dans lequel le fluide réfrigérant circule successivement à travers : le condenseur et l’évaporateur ;
le condenseur et un des échangeurs de chaleur couplés thermiquement à la batterie du véhicule ;
le condenseur et, ensuite, les deux échangeurs disposés en parallèle l’un de l’autre.
L’invention sera mieux comprise, et d’autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description suivante d’un mode de réalisation particulier de l’invention, donnée uniquement à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 représente une vue schématique d’un dispositif de conditionnement thermique selon l’invention ;
-la figure 2 représente une vue schématique d’une variante de réalisation du dispositif de conditionnement thermique selon l’invention ;
- les figures 3, 4 et 5 sont illustrations de différents modes de fonctionnement du premier circuit du dispositif illustré à la figure 2 ;
- la figure 6 représente une vue schématique et partielle d’une variante de réalisation du dispositif selon l’invention ;
- la figure 7 représente une vue schématique et partielle d’une variante de réalisation du deuxième circuit du dispositif selon l’invention ;
- la figure 8 représente une vue schématique et partielle d’une autre variante de réalisation du deuxième circuit du dispositif selon l’invention
- la figure 9 représente une vue schématique et partielle d’une alternative de réalisation du premier circuit du dispositif selon l’invention ;
-la figure 10 représente une vue schématique et partielle d’une autre alternative de réalisation du premier circuit du dispositif selon l’invention.
La figure 1 représente une vue schématique d’un dispositif de conditionnement thermique pour un véhicule automobile hybride ou électrique.
Ledit dispositif de conditionnement thermique pour un véhicule automobile hybride ou électrique un circuit de fluide réfrigérant, dit premier circuit et un circuit de fluide caloporteur, dit deuxième circuit.
Plus particulièrement, le premier circuit comprend quatre branches disposées en parallèle les unes des autres :
une première branche comprenant un compresseur et un condenseur (indiqué comme « unité de condensation » sur la figure 1 et les suivantes) ;
une deuxième branche comprenant un organe de détente et un évaporateur (indiqué comme « Evaporateur HVAC » sur la figure 1 et les suivantes) ;
une troisième branche comprenant un organe de détente et un échangeur de chaleur bi-fluide ;
une quatrième branche comprenant un organe de détente et un autre échangeur de chaleur bi-fluide.
On notera que sur la figure 1 et les figures suivantes, les échangeurs de chaleur bi-fluide sont indiqués sous la dénomination « chiller ». Ces échangeurs bi-fluide sont des échangeurs dans lesquels le fluide réfrigérant du premier circuit et le fluide caloporteur du deuxième circuit sont aptes à circuler de manière à ce qu’il y ait un échange thermique (ou de calories) entre ces deux fluides.
De plus, les deuxième, troisième et quatrième branches comprennent chacune un organe de détente disposé respectivement en amont de l’évaporateur, un premier échangeur bi-fluide, un deuxième échangeur bifluide.
On notera que les termes amont ou aval utilisé dans la présente demande est réalisée en référence au sens de circulation du fluide adéquat dans chacun desdits circuits.
Par ailleurs, chacun desdits organes de détente est disposé directement en amont de son échangeur de chaleur respectif.
On entend par « direct », le fait que le fluide ne subisse pas une transformation physique en raison du passage dans un autre élément sur le chemin du fluide (tel qu’un autre échangeur, un éjecteur, etc.).
Plus particulièrement, le deuxième circuit comprend une pompe, une ou plusieurs batteries électriques (indiquée par le terme « refroidissement batterie » dans la figure 1 et les suivantes), ainsi qu’un premier et un deuxième échangeur de chaleur bi-fluide.
Lesdits échangeurs de chaleur bi-fluides sont disposés en parallèle l’un de l’autre sur le deuxième circuit.
On notera que le deuxième circuit peut également comprendre une vanne d’arrêt placée en amont d’un desdits échangeurs bi-fluides afin d’autoriser ou d’empêcher la circulation de fluide caloporteur dans l’un desdits échangeurs.
On notera également que sur la figure 1 les organes de détente présentent une fonction d’arrêt, c'est-à-dire que ces organes peuvent autoriser ou empêcher la circulation du fluide réfrigérant dans la branche où est disposé ledit organe de détente.
Cependant, la fonction d’arrêt peut être dissociée de l’organe de détente par l’ajout d’une vanne d’arrêt disposée sur la branche concerné, par exemple en amont dudit organe de détente.
La figure 2, quant à elle, est une variante du dispositif de la figure 1 dans laquelle, les sorties respectives de l’évaporateur et des échangeurs bifluides se rejoignent en un point unique (ou encore point de convergence) qui est lui-même relié à l’entrée du compresseur.
Les figures 3, 4 et 5 illustrent différents modes de fonctionnement du premier circuit du dispositif de la figure 2.
Ainsi, le premier circuit du dispositif est configuré pour fonctionner au moins selon différents modes de fonctionnement.
Comme illustré à la figure 3, le fluide réfrigérant circule, grâce au compresseur, successivement à travers le condenseur et l’évaporateur.
Les organes de détente en amont de chacun des échangeurs bi-fluides sont fermés, l’organe de détente en amont de l’évaporateur est ouvert.
Comme illustré à la figure 4, le fluide réfrigérant circule, grâce au compresseur, successivement à travers le condenseur et un des échangeurs de chaleur couplé thermiquement à la batterie du véhicule.
Un organe de détente en amont d’un échangeur bi-fluide est ouvert, les autres organes de détente sont fermés. .
Comme illustré à la figure 5, le fluide réfrigérant circule, grâce au compresseur, successivement à travers le condenseur et, ensuite, les deux échangeurs bi-fluides disposés en parallèle l’un de l’autre.
Les organes de détente en amont de chacun des échangeurs bi-fluides sont ouverts, l’organe de détente en amont de l’évaporateur est fermé.
La figure 6 représente une vue schématique et partielle d’une variante de réalisation du dispositif selon l’invention, dans laquelle le deuxième circuit comprend une vanne d’arrêt réglable et qui permet donc de régler le débit de fluide caloporteur apte à circuler dans l’un des échangeurs bi-fluide.
La figure 7 représente une vue schématique et partielle d’une autre variante de réalisation du deuxième circuit du dispositif selon l’invention dans laquelle les échangeurs bi-fluides sont disposés en série sur le deuxième circuit.
La figure 8 représente une vue schématique et partielle d’une autre variante de réalisation du deuxième circuit du dispositif selon l’invention dans laquelle les échangeurs bi-fluides sont disposés en parallèle l’un par rapport à l’autre sur le deuxième circuit et dans laquelle le deuxième circuit comprendre deux pompes. Une pompe est disposée en amont, et de préférence directement, du premier échangeur bi-fluide. Une autre pompe est disposée en amont, et de préférence directement, du deuxième échangeur bi-fluide.
La figure 9 représente une vue schématique et partielle d’une alternative de réalisation du premier circuit du dispositif selon l’invention dans laquelle le premier circuit comprend un échangeur de chaleur interne. Ledit échangeur de chaleur interne est disposé sur la première branche du premier circuit de manière à permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant en sortie du condenseur et le fluide réfrigérant en sortie de l’évaporateur, du premier échangeur bi-fluide et/ou du deuxième échangeur bi-fluide.
La figure 10 représente une vue schématique et partielle d’une autre alternative de réalisation du premier circuit du dispositif selon l’invention dans laquelle le premier circuit comprend trois échangeurs de chaleur internes.
Un premier échangeur de chaleur interne disposé sur la deuxièm e
branche.
Un deuxième échangeur de chaleur interne disposé sur la troisièm e
branche.
Un troisième échangeur de chaleur interne disposé sur la quatrièm e
branche.
Le premier échangeur de chaleur interne est disposé de manière à permettre un échange de chaleur, seulement, entre le fluide réfrigérant en sortie du condenseur et le fluide réfrigérant en sortie de l’évaporateur
Le deuxième échangeur de chaleur interne est disposé de manière à permettre un échange de chaleur, seulement, entre le fluide réfrigérant en sortie du condenseur et le fluide réfrigérant en sortie de du deuxième échangeur bi-fluide.
Le troisième échangeur de chaleur interne est disposé de manière à permettre un échange de chaleur, seulement, entre le fluide réfrigérant en sortie du condenseur et le fluide réfrigérant en sortie du deuxième échangeur bi-fluide.

Claims (8)

  1. REVENDI CATI ONS
    1. Dispositif de conditionnement thermique pour un véhicule automobile hybride ou électrique, comprenant :
    un circuit de fluide réfrigérant, dit premier circuit, qui comprend au moins un compresseur, un condenseur et un évaporateur ;
    un circuit de fluide caloporteur, dit deuxième circuit, qui comprend au moins une batterie électrique ;
    caractérisé en ce que le dispositif comprend deux échangeurs de chaleur bi-fluide qui sont, d’une part, configurés pour conditionner thermiquement la batterie électrique du véhicule, et d’autre, disposés sur les premier et deuxième circuits de manière à ce que le fluide réfrigérant du premier circuit et le fluide caloporteur du deuxième circuit soient aptes à échanger thermiquement l’un avec l’autre, lesdits échangeurs de chaleur étant disposés en parallèle l’un de l’autre sur le premier circuit.
  2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les échangeurs de chaleur bi-fluide sont disposés en parallèle l’un de l’autre sur le deuxième circuit.
  3. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les sorties respectives de fluide réfrigérant de l’évaporateur et des échangeurs de chaleur se rejoignent en un point unique, ledit point unique étant reliées à l’entrée du compresseur.
  4. 4. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en que le premier circuit comprend quatre branches disposées en parallèle les unes des autres, la première branche comprenant un compresseur et un condenseur, la deuxième branche comprenant un organe de détente et un évaporateur, la troisième branche comprenant un organe de détente et un échangeur de chaleur bi-fluide, la quatrième branche comprenant un organe de détente et un autre échangeur de chaleur bi-fluide.
  5. 5. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier circuit comprend au moins un échangeur de chaleur interne.
  6. 6. Dispositif selon les revendications 4 et 5, caractérisé en ce que le premier circuit comprend un échangeur de chaleur interne disposé sur la première, la deuxième, la troisième et/ou la quatrième branche du premier circuit.
  7. 7. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le deuxième circuit comprend deux pom pes.
  8. 8. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier circuit est configuré pour fonctionner au moins selon l’un des modes de fonctionnement suivants, dans lequel le fluide réfrigérant circule successivement à travers :
    le condenseur et l’évaporateur ;
    le condenseur et un des échangeurs de chaleur couplé thermiquement à la batterie du véhicule ;
    le condenseur et, ensuite, les deux échangeurs disposés en parallèle l’un de l’autre.
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