FR3109432A1 - Traitement thermique apres mise a l’arret d’un vehicule automobile a traction electrique - Google Patents
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Abstract
Procédé de contrôle d’une pompe à chaleur (22) et d’un circuit de refroidissement (12, 14) d’équipement électrique (4, 6, 8, 10) dans un véhicule automobile (2), comprenant les étapes suivantes détection d’une mise l’arrêt du véhicule automobile (2) ; activation d’un état de traitement thermique après arrêt du véhicule automobile (2) ; surveillance d’un état thermique de l’équipement électrique (4, 6, 8, 10) et détermination d’un besoin de refroidissement dudit équipement électrique ; en cas de détermination à l’étape, activation d’une action de refroidissement de l’équipement électrique ; surveillance d’un état thermique de la pompe à chaleur (22) et détermination d’un besoin de dégivrage de ladite pompe à chaleur (22) ; et en cas de détermination à l’étape, activation d’une action de dégivrage de la pompe à chaleur (22). Figure 1
Description
L’invention a trait au domaine des véhicules automobiles, en particulier à traction électrique, plus particulièrement encore comprenant une pompe à chaleur.
Les véhicules automobiles à traction électrique, c’est-à-dire à traction électrique pure ou hybride, sont pourvus d’un équipement électrique comprenant classiquement des batteries de traction, au moins une machine électrique, des onduleurs et/ou un convertisseur DC/DC (courant continu/courant continu). Cet équipement peut nécessiter un contrôle thermique, notamment en refroidissement, en vue de le préserver. Un ou plusieurs circuits de refroidissement peuvent être prévus à cet effet. Lors de la mise à l’arrêt d’un tel véhicule, le ou les circuits de refroidissement peuvent être mis en fonction suivant l’état thermique de l’équipement électrique. Un tel refroidissement requiert de maintenir actives différentes fonctions comme notamment d’éventuels volets pilotés à l’avant du ou des radiateurs et une alimentation électrique de certains composants.
La conception du circuit de chauffage/refroidissement de l’habitacle des véhicules automobiles à traction électrique requiert une attention particulière en ce que la source de chaleur habituelle du moteur thermique n’est plus, ou moins disponible. A cet effet, il est courant de prévoir une ou plusieurs résistances électriques à haute tension dans le circuit de chauffage de l’habitacle. Il est aussi possible d’équiper le véhicule automobile d’une pompe à chaleur avec un condenseur assurant un échange thermique avec le circuit de chauffage de l’habitacle. En fonction de l’emplacement du condenseur et de conditions climatiques dans lesquelles le véhicule évolue, le condenseur peut être amené à givrer. C’est notamment le cas, lorsque le véhicule circule dans des conditions de températures négatives (< 0°C) alors que la pompe à chaleur est à l’arrêt.
Le document de brevet publié US 10,040,336 B2 a trait à un véhicule automobile équipé d’une pompe à chaleur pour le circuit de chauffage de l’habitacle, et aborde la problématique de givrage de l’évaporateur situé à l’avant du véhicule. A cet effet, l’évaporateur peut être connecté par un jeu de vannes au groupe froid de la climatisation en vue de son dégivrage. Cet enseignement n’aborde pas la problématique de dégivrage du condenseur de la pompe à chaleur.
L’invention a pour objectif de pallier au moins un des inconvénients de l’état de la technique susmentionné. Plus particulièrement, l’invention a pour objectif de permettre un dégivrage de la pompe à chaleur d’un véhicule, qui soit optimisé d’un point de vue consommation énergétique.
L’invention a pour objet un procédé de contrôle d’une pompe à chaleur et d’un circuit de refroidissement d’équipement électrique dans un véhicule automobile, comprenant les étapes suivantes : (a) détection d’une mise à l’arrêt du véhicule automobile ; (b) activation d’un état de traitement thermique après arrêt du véhicule automobile ; (c1) surveillance d’un état thermique de l’équipement électrique et détermination d’un besoin de refroidissement dudit équipement électrique ; (d1) en cas de détermination positive à l’étape (c1), activation d’une action de refroidissement de l’équipement électrique ; remarquable par les étapes additionnelles suivantes : (c2) surveillance d’un état thermique de la pompe à chaleur et détermination d’un besoin de dégivrage de ladite pompe à chaleur ; et (d2) en cas de détermination positive à l’étape (c2), activation d’une action de dégivrage de la pompe à chaleur.
Selon un mode avantageux de l’invention, le procédé comprend l’étape additionnelle suivante : (e) après l’étape (d1), le cas échéant, et après l’étape (d2), le cas échéant, désactivation de l’état de traitement thermique après arrêt du véhicule automobile.
Selon un mode avantageux de l’invention, à l’étape (e), la désactivation de l’état de traitement thermique après arrêt du véhicule automobile a lieu à la fin de l’étape (d1) ou de l’étape (d2), ou, le cas échéant, la fin la plus tardive des étapes (d1) et (d2).
Selon un mode avantageux de l’invention, à l’étape (e), la désactivation de l’état de traitement thermique après arrêt du véhicule automobile comprend une désactivation en alimentation électrique d’un dispositif de surveillance de l’état thermique de l’équipement thermique et de la pompe à chaleur et d’activation des actions de refroidissement de l’équipement électrique et de dégivrage de la pompe à chaleur.
Selon un mode avantageux de l’invention, à l’étape (b), l’activation de l’état de traitement thermique après arrêt du véhicule automobile a lieu après l’étape (a) additionnée d’une temporisation.
Selon un mode avantageux de l’invention, l’étape (c2) démarre après un démarrage de l’étape (c1) suivi d’une temporisation.
Selon un mode avantageux de l’invention, le dégivrage de la pompe à chaleur est au niveau d’un condenseur de ladite pompe à chaleur, situé à une façade avant du véhicule automobile.
Selon un mode avantageux de l’invention, à l’étape (d2), le cas échéant, l’action de dégivrage de la pompe à chaleur comprend une activation de la pompe à chaleur.
Selon un mode avantageux de l’invention, l’équipement électrique comprend des accumulateurs d’énergie électrique de traction et le circuit de refroidissement d’équipement électrique est configuré pour refroidir lesdits accumulateurs d’énergie électrique de traction.
L’invention a également pour objet un véhicule automobile, comprenant : un circuit de contrôle de chauffage de l’habitacle du véhicule automobile, équipé d’une pompe à chaleur ; de l’équipement électrique comprenant des accumulateurs d’énergie électrique de traction ; un circuit de refroidissement de l’équipement électrique ; une unité de contrôle de la pompe à chaleur et du circuit de refroidissement de l’équipement électrique ; remarquable en ce que l’unité de contrôle est configurée pour exécuter le procédé selon l’invention.
Les mesures de l’invention sont intéressantes en ce qu’elles permettent de réaliser un dégivrage de la pompe à chaleur, si cela s’avère nécessaire, après l’arrêt du véhicule, c’est-à-dire pendant un temps mort. En pratique, si le véhicule évolue dans des conditions climatiques très froides, typiquement à des températures négatives, la pompe à chaleur sera désactivée au profit d’une autre source de chaleur, comme une résistance électrique à haute tension alimentée par la batterie de traction. Le condenseur de la pompe à chaleur est alors susceptible de givrer. Si les conditions climatiques dans lesquelles le véhicule évolue deviennent plus favorables, la pompe à chaleur à chaleur peut être activée. Elle ne pourra pas être immédiatement opérationnelle compte tenu du givrage. Si le véhicule est mis à l’arrêt, en stationnement, l’état de traitement thermique sinon nécessaire pour l’équipement électrique, peut alors être exploité pour dégivrer la pompe à chaleur, c’est-à-dire pendant un temps mort ou caché pour l’utilisateur.
Description détaillée
La figure 1 est une représentation schématique de la partie avant d’un véhicule automobile 2 conforme à l’invention, montrant essentiellement les circuits de refroidissement de l’équipement électrique et de chauffage de l’habitacle.
L’équipement électrique comprend, notamment, une machine électrique 4, une batterie de traction 6 constituées d’accumulateurs d’énergie électrique branchés en série, un ou plusieurs onduleurs 8 et un convertisseur DC/DC 10 (courant continu/courant continu) destiné notamment à la recharge d’une batterie de bord basse tension (non représentée) à partir de la batterie de traction 6. La machine électrique 4 sert à l’entrainement des roues du véhicule et à la recharge par frein moteur de la batterie de traction 6.
Le véhicule 2 comprend un premier circuit de refroidissement 12 de l’équipement électrique, à savoir de la machine électrique 4, des onduleurs 8 et du convertisseur DC/DC 10. Ce premier circuit de refroidissement 12 comprend des conduites 12.1 reliant de manière fluidique les différents composants à refroidir, un radiateur 12.2 relié de manière fluidique avec les composants en question via les conduites 12.1, et une pompe de circulation 12.3. Le radiateur 12.2 est avantageusement situé à l’avant du véhicule, au niveau de la façade avant. Un ventilateur 14 peut être prévu pour forcer un débit d’air notamment lorsque le véhicule est à l’arrêt. Des volets pilotés 15 à l’avant du radiateur 12.2 et du ventilateur 14 peuvent être prévus.
Le véhicule 2 comprend en l’occurrence un deuxième circuit de refroidissement 16 de l’équipement électrique, à savoir de la batterie de traction 6, comprenant des conduites 16.1, un échangeur de chaleur 16.2 et une pompe de circulation 16.3. L’échangeur de chaleur 16.2, couramment désigné par l’expression anglo-saxonne « chiller » est un échangeur de chaleur du type liquide/liquide relié à un circuit de climatisation 18 de l’habitacle du véhicule. Le circuit de climatisation 18 comprend essentiellement des conduites 18.1, un condenseur 18.2, un évaporateur 18.3 et un compresseur 18.4.
Le véhicule 2 comprend, en outre, un circuit de chauffage de l’habitacle 20, ledit circuit comprenant des conduites 20.1, un aérotherme 20.2, éventuellement une résistance électrique à haute tension 20.3 alimentée par la batterie de traction 6, et une pompe de circulation 20.4. Le véhicule 2 comprend aussi une pompe à chaleur 22 avec un condenseur 22.1 relié de manière fluidique au reste de la pompe à chaleur 22 par les conduites 22.2 et thermiquement couplé au circuit de chauffage de l’habitacle 20 du véhicule.
Le circuit de chauffage de l’habitacle 20 est alimenté en chaleur par la résistance électrique à haute tension 20.3 et/ou par la pompe à chaleur 22. Cette dernière est efficace à des températures extérieures supérieures ou égales à une valeur limite de l’ordre de 5°C. En dessous de cette valeur limite, le transfert de chaleur entre l’air extérieur et l’évaporateur (non représenté) de la pompe à chaleur diminue fortement. La résistance électrique à haute tension 20.3 est ainsi particulièrement utile lorsque la température extérieure passe en dessous de cette valeur limite. Elle présente cependant l’inconvénient d’être davantage consommatrice d’énergie électrique que la pompe à chaleur 22, pour une même puissance de chauffage de l’habitacle. La pompe à chaleur est par conséquent privilégiée. Cependant, dans des conditions climatiques froides, en particulier en présence de températures négatives, le condenseur 22.1 de la pompe à chaleur 22, alors à l’arrêt, peut givrer. Ce problème est particulièrement présent lorsque le condenseur 22.1 est situé à l’avant du compartiment moteur, à proximité de la façade avant. Une telle situation peut être dictée par des contraintes d’encombrement et de modularité d’un modèle de véhicule produit suivant différentes configurations, à savoir une configuration classique à traction thermique ou hybride, nécessitant un espace important dans le compartiment moteur, et une configuration électrique pure libérant beaucoup d’espace dans le compartiment moteur.
Le givrage du condenseur 22.1 réduit la viscosité du fluide le traversant, à savoir le glycol du circuit de chauffage de l’habitacle 20 et la vapeur condensable de la pompe à chaleur 22, pouvant provoquer des perturbations d’écoulement dans les passages à section réduite. L’état givré du condenseur 22.1 réduit par conséquent sa fonctionnalité. Le condenseur peut être dégivré en actionnant la pompe à chaleur, de manière à augmenter la température du condenseur. En fonction du degré de givrage, cette opération requiert un certain temps, typiquement au moins une ou plusieurs minutes.
Le véhicule automobile comprend une unité de contrôle 24 des éléments susmentionnées, en particulier du ou des circuits de refroidissement 12 et 16, et de la pompe à chaleur 22. L’unité de contrôle 24 est configurée pour procéder au dégivrage lors de la mise à l’arrêt du véhicule, en parallèle à un éventuel refroidissement de l’équipement électrique. Une telle approche est intéressante en ce qu’elle se greffe à une procédure nécessaire pour l’équipement électrique et se fait en parallèle.
La figure 2 illustre par un logigramme le procédé selon l’invention, mis en œuvre par l’unité de contrôle 24 du véhicule automobile 2 illustré à la figure 1.
Le procédé comprend une étape (a) consistant à détecter une mise à l’arrêt du véhicule. En cas de détection d’une mise à l’arrêt du véhicule à l’étape (a), une temporisationtest éventuellement observée et ensuite, suivant une étape (b), un état de traitement thermique après arrêt du véhicule automobile est activé. Un tel état implique un maintien de mise tension de certains composants électriques du ou des circuits de refroidissement et de la pompe à chaleur. Il peut aussi comprendre une ouverture ou, le cas échéant, un maintien en position d’ouverture des volets pilotés 15 situés à l’avant du radiateur 12.2 (figure 1).
Ensuite, suivant une étape (c1), l’état thermique de l’équipement thermique est surveillé en vue de déterminer un besoin de refroidissement dudit équipement thermique. Cette détermination peut être basée sur une comparaison d’une ou plusieurs valeurs de température de l’équipement électrique avec une ou plusieurs valeurs limites. En cas de détermination positive, vient ensuite une étape (d1) d’activation d’une action de refroidissement de l’équipement électrique, c’est-à-dire l’activation d’un ou plusieurs circuits de refroidissement de l’équipement électrique tels que les circuits de refroidissement 12, 16 et 18 (figure 1). Cette action de refroidissement peut comprendre la mise en fonction de la pompe de circulation 12.3 du circuit de refroidissement 12, de la pompe de circulation 16.3 du circuit de refroidissement 16 et/ou du compresseur 18.4 du circuit de climatisation 18, ainsi que la mise en fonction du ventilateur 14 couplé au radiateur 12.2 et au condenseur 18.2 (figure 1). Cette action est maintenue aussi longtemps que les paramètres thermiques de l’équipement électrique ainsi refroidi sont au-dessus de certaines valeurs limites. Une fois ces valeurs atteintes, l’action de refroidissement s’arrête.
En parallèle aux étapes (c1) et (d1), ont lieu les étapes (c2) et (d2). Une temporisationTpeut être prévue entre l’étape précédente (b) et l’étape (c2).
A l’étape (c2), l’état thermique de la pompe à chaleur est surveillé en vue de déterminer un besoin de dégivrage de la pompe à chaleur en question. Similairement à l’étape (c1), un ou plusieurs paramètres thermiques de la pompe à chaleur sont comparés avec une ou plusieurs valeurs limites. En cas de détermination positive, vient ensuite une étape (d2) d’activation d’une action de dégivrage de la pompe à chaleur. Cette action comprend avantageusement la mise en fonction de la pompe à chaleur 22 de manière à augmenter la température dans le condenseur 22.1 (figure 1). Similairement à l’étape (d1), cette action est maintenue aussi longtemps que les paramètres thermiques de la pompe à chaleur sont en-dessous de certaines valeurs limites. Une fois ces valeurs atteintes, l’action de dégivrage s’arrête.
Après l’arrêt des actions des étapes (d1) et (d2), l’état de traitement thermique après arrêt du véhicule automobile, activité à l’étape (b), est désactivé selon l’étape (e).
La figure 3 illustre de manière graphique le procédé décrit à la figure 2, en l’absence d’un besoin de refroidissement de l’équipement électrique.
L’axe horizontal correspond au temps, l’axe vertical de gauche exprime les états actifs (=1) et inactifs (=0) des actions de refroidissement de l’équipement électrique et de dégivrage de la pompe à chaleur, et l’axe vertical de droite exprime par la température en degré Celsius l’état thermique de l’équipement électrique.
Le temps 0 correspond à l’étape (a), c’est-à-dire à une détection de la mise à l’arrêt du véhicule. Par mise à l’arrêt, on entend une coupure de contact, ou assimilé, par le conducteur, exprimant sa volonté de mettre le véhicule en stationnement. Après une temporisationtvient l’étape (b) d’activation d’un état de traitement thermique après arrêt du véhicule automobile et concomitamment l’étape (c1) de surveillance d’un état thermique de l’équipement électrique et de détermination d’un besoin de refroidissement dudit équipement électrique. La surveillance de l’état thermique de l’équipement électrique est basée en l’occurrence sur une comparaison de l’état thermique de l’équipement électrique représenté par la courbe 26 avec une valeur limite supérieure 28. On constate que cette courbe 26 n’atteint pas la valeur limite 28, signifiant qu’aucune action de refroidissement de l’équipement électrique selon l’étape (d1) n’est activée. Après une temporisationT, l’étape (c2) de surveillance d’un état thermique de la pompe à chaleur et de détermination d’un besoin de dégivrage de ladite pompe à chaleur a lieu. En l’occurrence un tel besoin est déterminé et l’étape (d2) de dégivrage de la pompe à chaleur a lieu. Une fois cette action terminée, l’état de traitement thermique après arrêt du véhicule automobile est désactivé conformément à l’étape (e).
La figure 4 illustre de manière graphique le procédé décrit à la figure 2, en présence d’un besoin de refroidissement de l’équipement électrique.
La figure 4 est similaire à la figure 3. Il est fait référence à la description de la figure 3 pour les parties similaires ou correspondantes. La figure 4 se distingue de la figure 3 en ce que la courbe 26 de température de l’état thermique de l’équipement électrique atteint et dépasse la valeur limite supérieure 28, précisément à l’étape (c1) consistant à surveiller un état thermique de l’équipement électrique et déterminer un besoin de refroidissement dudit équipement électrique. Un tel besoin des positivement déterminé et une action de refroidissement de l’équipement électrique, conformément à l’étape (d1) est activée. Similairement à la figure 3, après la temporisation T, un besoin de dégivrage de ladite pompe à chaleur est positivement déterminé. L’étape (d1) de refroidissement de l’équipement électrique s’arrête lorsque la courbe 26 passe sous la valeur limite supérieure 28, en l’occurrence après l’arrêt de l’étape (d2) de dégivrage de la pompe à chaleur. L’état de traitement thermique après arrêt du véhicule automobile est désactivé, conformément à l’étape (e), à l’arrêt le plus tardif des étapes (d1) et (d2).
L’invention qui vient d’être décrite tire ainsi parti d’un état de traitement thermique après arrêt du véhicule automobile en vue d’assurer également en parallèle un dégivrage de la pompe à chaleur, si cela s’avère nécessaire. Une telle approche est intéressante car elle ne cause pas de prolongation notoire de l’état de traitement thermique sinon prévu pour refroidir l’équipement thermique tout en tirant parti du maintien sous tension de certains équipements électriques et du maintien en position ouverte des volets pilotés 15 (figure 1).
Claims (10)
- Procédé de contrôle d’une pompe à chaleur (22) et d’un circuit de refroidissement (12, 14) d’équipement électrique (4, 6, 8, 10) dans un véhicule automobile (2), comprenant les étapes suivantes :
(a) détection d’une mise l’arrêt du véhicule automobile (2) ;
(b) activation d’un état de traitement thermique après arrêt du véhicule automobile (2) ;
(c1) surveillance d’un état thermique de l’équipement électrique (4, 6, 8, 10) et détermination d’un besoin de refroidissement dudit équipement électrique ;
(d1) en cas de détermination positive à l’étape (c1), activation d’une action de refroidissement de l’équipement électrique (4, 6, 8,10) ;
caractérisé par les étapes additionnelles suivantes :
(c2) surveillance d’un état thermique de la pompe à chaleur (22) et détermination d’un besoin de dégivrage de ladite pompe à chaleur (22) ; et
(d2) en cas de détermination positive à l’étape (c2), activation d’une action de dégivrage de la pompe à chaleur (22). - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par l’étape additionnelle suivante :
(e) après l’étape (d1), le cas échéant, et après l’étape (d2), le cas échéant, désactivation de l’état de traitement thermique après arrêt du véhicule automobile (2). - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu’à l’étape (e), la désactivation de l’état de traitement thermique après arrêt du véhicule automobile (2) a lieu à la fin de l’étape (d1) ou de l’étape (d2), ou, le cas échéant, la fin la plus tardive des étapes (d1) et (d2).
- Procédé selon l’une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce qu’à l’étape (e), la désactivation de l’état de traitement thermique après arrêt du véhicule automobile (2) comprend une désactivation en alimentation électrique d’un dispositif de surveillance de l’état thermique de l’équipement thermique (4, 8, 10) et de la pompe à chaleur (22) et d’activation des actions de refroidissement de l’équipement électrique et de dégivrage de la pompe à chaleur.
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu’à l’étape (b), l’activation de l’état de traitement thermique après arrêt du véhicule automobile (2) a lieu après l’étape (a) additionnée d’une temporisation (t).
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l’étape (c2) démarre après un démarrage de l’étape (c1) suivi d’une temporisation (T).
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le dégivrage de la pompe à chaleur (22) est au niveau d’un condenseur (22.1) de ladite pompe à chaleur, situé à une façade avant du véhicule automobile (2).
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu’à l’étape (d2), le cas échéant, l’action de dégivrage de la pompe à chaleur (22) comprend une activation de ladite pompe à chaleur.
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l’équipement électrique comprend des accumulateurs d’énergie électrique de traction (6) et le circuit de refroidissement (12, 14) d’équipement électrique (4, 6, 8, 10) est configuré pour refroidir lesdits accumulateurs d’énergie électrique de traction (6).
- Véhicule automobile, comprenant :
- un circuit de chauffage de l’habitacle (20) du véhicule automobile, équipé d’une pompe à chaleur (22) ;
- de l’équipement électrique (4, 6, 8, 10) comprenant des accumulateurs d’énergie électrique de traction (6) ;
- un circuit de refroidissement (12, 14) de l’équipement électrique (4, 6, 8, 10) ;
- une unité de contrôle (24) de la pompe à chaleur (22) et du circuit de refroidissement (12, 14) de l’équipement électrique (4, 6, 8, 10) ;
caractérisé en ce que
l’unité de contrôle (24) est configurée pour exécuter le procédé selon l’une des revendications 1 à 9.
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