WO2015000994A1 - Dispositif de chauffage de fluide pour vehicule automobile et appareil de chauffage et/ou de climatisation correspondant - Google Patents

Dispositif de chauffage de fluide pour vehicule automobile et appareil de chauffage et/ou de climatisation correspondant Download PDF

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WO2015000994A1
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heating
electronic
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heating body
electrical
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PCT/EP2014/064122
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Frédéric PIERRON
Bertrand Puzenat
Laurent Tellier
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques
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Definitions

  • the invention relates to an electric fluid heating device for a motor vehicle.
  • the invention applies more particularly to heating and / or air conditioning apparatus for motor vehicles comprising such a heating device.
  • the heating of the air for heating the passenger compartment is ensured by the passage of a flow of air through a heat exchanger, more precisely by a heat exchange between the air flow and a fluid .
  • This is usually the coolant in the case of a heat engine.
  • Such a heating mode may be unsuitable or insufficient to ensure heating of the passenger compartment of a motor vehicle, as well as demisting and defrosting.
  • a rapid and efficient heating mode of the passenger compartment of the vehicle in particular to ensure a warming of the passenger compartment or defrosting or demisting the vehicle before use in very cold environment or when a very fast rise of the vehicle temperature is desired.
  • the heating function is no longer performed by the circulation of the cooling fluid in the heat exchanger.
  • this heating mode may also be inadequate or insufficient to ensure rapid and efficient heating of the passenger compartment of the vehicle.
  • an air conditioning loop operating in a heat pump mode.
  • the air conditioning loop conventionally to cool a flow of air with a refrigerant is in this case, used to heat the air flow.
  • this mode of heating too may be inappropriate or insufficient.
  • the performance of the air conditioning loop heat pump depends on outdoor weather conditions. For example, when an outside air temperature is too low, this air can not be used as a source of thermal energy.
  • a known solution is to add to the heat exchanger or the water circuit or the air conditioning loop, an additional electric heating device.
  • the additional electric heating device may be adapted to heat upstream the fluid, such as the cooling fluid for the heat engine, or the water of the heating water circuit of the passenger compartment of the electric vehicle or the cooling fluid. of the air conditioning loop.
  • the fluid such as the cooling fluid for the heat engine, or the water of the heating water circuit of the passenger compartment of the electric vehicle or the cooling fluid. of the air conditioning loop.
  • the additional electric heating device comprises one or more heating modules in contact with the fluid to be heated.
  • a heating module may comprise a heating body capable of being electrically powered to form a source of thermal energy, by defining a circulation volume of the fluid to be heated.
  • a heating body has electric heating means, for example, one or more heating resistors produced by screen printing in the form of resistive tracks on a surface of the heating body.
  • the heating body may be substantially flat, for example rectangular, or alternatively may be in the form of a cylindrical envelope surrounding a core.
  • the heating body adapted to heat the fluid such as brine requires a control means comprising for example a power switch for controlling the power supply of the heating module to which it is connected.
  • the power switch is electrically connected to the electric heating means such as the resistive tracks screen printed on the heating body, to allow or prohibit the power supply of these electric heating means.
  • the opening and / or closing of the power switch can be controlled by a microcontroller.
  • control means may include the microcontroller, electrical connection means comprising electrical connectors connecting the resistive track for example to the power switch, high voltage power supply connectors, for example connected to the vehicle battery, and low voltage connectors, for example connected to the network said low voltage of the vehicle, or for example galvanic isolation means.
  • the electronic and / or electrical components, in particular the power components, carried by the electrical circuit support generate heat. If the electronic and / or electrical components carried by the electrical circuit support exceed a maximum threshold temperature, for example of the order of 200 to 250 ° C, for example in case of intrinsic failure of a component, the latter heating strongly there is a risk of fire starting from the support whose material is usually resin, which is flammable.
  • a maximum threshold temperature for example of the order of 200 to 250 ° C
  • an additional metal heat sink component is provided to dissipate the heat generated by the electronic and / or electrical components of the control means carried by the electrical circuit support.
  • the invention therefore aims to at least partially overcome these disadvantages of the prior art.
  • the subject of the invention is a device for electric heating of a fluid for a motor vehicle, comprising
  • At least one heating module comprising a metal heating body having at least one electric heating means in the form of a heating track on a surface of the heating body,
  • a means for controlling the heating module comprising electronic and / or electrical components
  • At least one electronic component and / or control means is arranged on the surface of the heating body having the heating track, in electrical contact with the heating track.
  • said at least one electronic and / or electrical component of the control means is an electronic and / or electrical power component.
  • the fluid to be heated to pass through the heating body is generally at a maximum temperature of about 120 ° C, and the heating body by yielding heat to this fluid is cooled.
  • the heating body thus provides the heating function of the fluid to be heated.
  • the heat generated by the heating track is directly transmitted to the fluid to be heated, for example, according to one embodiment, through the wall of the heating body, minimizing heat losses and reducing the thermal inertia of the device.
  • the fluid can be heated quickly.
  • the heating body since it carries at least some electronic and / or electrical components of the control means, the heating body also partially provides a control electronics function similarly to a printed circuit board.
  • the heating body ensures a function of heat sink electronic and / or electrical components that it carries.
  • the metal heating body for example aluminum or stainless steel, is cooled by the fluid to be heated which allows to evacuate the heat generated by the components it carries. It is no longer necessary to provide an additional room for dissipating the heat of certain electronic and / or electrical components of the control means.
  • the heating body all or part of the control electronics, the heating of the fluid, and the dissipation of heat of the components of the control means reported on the heating body.
  • the arrangement of at least some electronic and / or electrical components of the control means on the heating body in electrical contact with the heating track makes it possible to avoid interconnection systems between the control electronics and the heating track.
  • said at least one electronic and / or electrical component of the control means arranged on the surface of the heating body having the heating track is directly or indirectly in electrical contact with the heating track.
  • the electronic and / or electrical components are welded to the surface of the heating body.
  • the electronic and / or electrical components are glued to the surface of the heating body, using a thermal glue.
  • the heating track is made by screen printing. It thus takes advantage of the screen printing of the heating track on the heating body to postpone some components for example by welding or gluing on the heating body.
  • the surface of the heating body having the heating track and said at least one electronic and / or electrical component is substantially flat. Being flat the surface of the heating body allows to arrange large components, including electronic power components requiring to be cooled.
  • the heating body has a first wall and a second wall defining between them a volume of circulation of the fluid to be heated, and the surface of the heating body having the heating track is the external surface of the the second wall.
  • the heating track and the components of the control means reported on the heating body are arranged outside the circulation volume of the fluid to be heated.
  • the heating body has at least one conductive track electrically connecting directly or indirectly the heating track and said at least one electronic and / or electrical component.
  • the electrical connection between the heating track and at least a portion of the control means can be done in a simple and compact manner without the need for a specific connector.
  • the heating module may comprise an electrical insulation layer between the heating body and the heating track, so as to avoid electrical losses.
  • the electronic or electrical component arranged on the heating body is a power switch adapted to allow or prohibit the supply of the heating means, such as a power transistor.
  • the heat generated by such a power component can therefore be dissipated easily by the heating body itself.
  • the heating module comprises a thermal fuse arranged on the heating element between the heating track and the supply switch.
  • the fuse directly arranged on the heating body can rapidly interrupt the supply of the heating track in the event of an anomaly as soon as the heating body reaches a preset threshold temperature, for example of the order of 150 ° C., in order to avoid deterioration of the heating body and the heating module comprising it.
  • the electric heating means comprises a heating resistor made in the form of a screen-printed resistive track.
  • the fluid to be heated is a liquid such as water or brine.
  • the control means may comprise a printed circuit support, and the heating module comprises a connector able to connect the printed circuit support both mechanically to the heating body and electrically to said at least one electronic and / or electrical component arranged on the heating body.
  • Said device may be arranged in a heating circuit of the passenger compartment of said vehicle.
  • the invention also relates to a heating and / or air conditioning device for a motor vehicle, characterized in that it comprises a heating device as defined above.
  • the invention relates to a device 1 for electric fluid heating for a motor vehicle for a heater and / or air conditioning.
  • the electric heating device 1 is for example an additional heating device for heating a fluid arranged in a heating circuit of a vehicle fluid for heating the passenger compartment.
  • the electric heating device 1 is arranged upstream of a heat exchanger of an air conditioning loop capable of operating in a heat pump, so as to heat the refrigerant.
  • the electric heating device 1 is arranged upstream of a heat exchanger using the cooling fluid of a heat engine as heat transfer fluid.
  • the electric heating device 1 shown comprises at least one heating module 3, and a control means 5 for controlling the power supply of the heating module 3.
  • the electric heating device comprises a single heating module, or several heating modules as required.
  • a heating module 3 comprises a heating body 7.
  • the heating module 3 can be made in the form of a housing, the heating body 7 can be of substantially parallelepiped shape.
  • the heating module 3 can be substantially cylindrical, in this case the heating body 7 can be made in the form of a substantially cylindrical envelope.
  • the heating body 7 is made of metal material such as aluminum or stainless steel.
  • the heating body 7 has two opposite walls: a first wall 9, and a second wall 11, defining between them a circulation volume 13 of the fluid to be heated.
  • the circulation volume 13 is defined between the surfaces of the two walls 9, 11 of the heater body 7 arranged next to each other.
  • the heating body 7 has at least one electric heating means in the form of a heating track 17.
  • the heating track 17 is, according to the embodiment described, made by screen printing, for example on the external surface 15 of FIG. the second wall 11 of the heating body 7.
  • the screen-printed track may be on the inner surface of the heating body. It can be a heating resistor 17.
  • This heating resistor 17 can be made in the form of a resistive track 17.
  • the resistive track 17 is outside the circulation volume 13 of the fluid heat.
  • the heat produced by the heating track 17 is directly transmitted to the fluid to be heated through the wall of the heating body 7, which minimizes the heat losses and reduces the thermal inertia of the device, the fluid can from when heated quickly.
  • An electrical insulation layer 18 is provided between the outer surface 15 of the heating body 7 and the heating track 17.
  • the control means 5 controls the heating body 7 by controlling the supply of the heating track 17.
  • the control means 5 comprises, for this purpose, electronic and / or electrical power components including at least one power supply switch 19, such as a power transistor, able to allow or prohibit the supply of the heating track 17 .
  • the opening and / or closing of the power switch can be controlled by a microcontroller.
  • the electronic and / or electrical components of the control means 5 may, by way of nonlimiting example, comprise the microcontroller, high voltage power supply connectors of the order of 250V to 450V, for example connected to each other. to the vehicle battery and configured for the management of the heating power, low voltage power connectors of the order of 12V for the management of the heating control, elements for the galvanic isolation between the connectors and components low-voltage and high-voltage connectors and components, such as Flyback converters, allowing the passage of information between the low-voltage network and the high-voltage network, bi-directionally.
  • At least one of the electronic and / or electrical components of the control means 5 is arranged on the outer surface 15 of the heater body 7.
  • This outer surface 15 is advantageously substantially flat so as to have a large surface area on which electronic components and / or or electrical can be arranged, thus allowing easy dissipation of the power of the component that can always be cooled.
  • At least one of the electronic and / or electrical components of the control means 5 is arranged directly on the electrical insulation layer 18 on the outer surface 15 of the heating body 7, without the intermediary of a support or a connector.
  • This arrangement is such that the electronic and / or electrical components of the control means 5 are arranged in electrical contact directly or indirectly with the serigraphed track 17.
  • the electrical connection with the heating track 17 is for example made by the intermediate of a conductive track 20.
  • all the electronic and / or electrical components of the control means 5 are arranged on the outer surface 15 of the second wall 11 of the heating body 7.
  • At least one or more electronic and / or electrical components generating heat and requiring heat dissipation generally it is a power component such as the power switch 19, is arranged on the outer surface 15 of the second wall 11 of the heating body 7.
  • the arrangement of a power component, such as the power switch 19, is advantageous because this component is at a high voltage such as the resistive track 17, which facilitates the electrical connection.
  • the arrangement of one or more electronic and / or electrical components of the control means 5 on the heating body 7 can be achieved by welding or by gluing, for example using a thermal glue.
  • the electronic and / or electrical components of the control means 5 can be transferred to the heating body 7 thus forming a heat sink of the heat emitted by the electronic and / or electrical components of the control means 5 arranged on the surface of the heating body 7.
  • the heating body 7 which reaches in operation a temperature of about 100 ° C forms a cold source for electronic and / or electrical components which must not exceed a threshold temperature for example of the order of 150 ° C.
  • the temperature of the heating body 7 are of the order of 100 ° C or even 105 ° C
  • the temperatures of the electronic and / or electrical components which are arranged on the heating body 7 are therefore substantially of the order of 100 to 105 ° C but remain below the maximum operating temperature of electronic and / or electrical components of the order of 150 ° C for example.
  • an electrical circuit support 21 such as a printed circuit board known as PCB in English for "Printed Circuit Board "May carry the electronic and / or electrical components of the control means 5 which are not arranged on the outer surface 15 of the second wall 11 of the heating body 7.
  • a connector 23 adapted to be mechanically connected to the heating body 7 and the electrical circuit support 21, and electrically connected for example via a conductive track 20, to the (x) component ( s) electronic (s) and / or electrical (s) 19 arranged on the heating body 7.
  • the electrical circuit support 21 accordingly has fewer electrical tracks compared to the solutions of the prior art, and the risk of thermal incident is reduced compared to the solutions of the prior art.
  • the resistive track 17 may be of fixed value.
  • a temperature sensor (not shown in FIG. FIG. 4) for measuring the temperature of the heating body 7, it can be a thermistor, such as a "CTP" probe for Positive Temperature Coefficient, whose resistance increases strongly with temperature.
  • the supply of the heating track 17 is based on a heating set point and the temperature measured by the temperature sensor.
  • This temperature sensor may also be arranged on the heating body 7, for example by being welded, brazed, or bonded to the outer surface 15 of the second wall 11 of the heating body 7.
  • the temperature sensor may be a "CTN" probe for Negative Temperature Coefficient whose resistance decreases uniformly with temperature.
  • provision may be made to place an electrical and / or electronic component, for example, at least one thermal fuse (not shown in the figure), on the heating body 7, able to cut the power supply when the temperature of the heating body 7 reaches a predefined temperature threshold which is critical for the correct operation of the heating module 3.
  • an electrical and / or electronic component for example, at least one thermal fuse (not shown in the figure)
  • the thermal fuse is arranged, for example by welding or bonding between the resistive track 17 and the power switch 19 or alternatively between the power switch 19 and the electrical circuit support 21.
  • the thermal fuse (not shown) is arranged directly on the outer surface 15 of the second wall 11 of the heating body 7, thus outside the circulation volume 13 of the fluid to be heated.
  • the thermal fuse (not shown) is arranged directly on the outer surface 15 of the second wall 11 of the heating body 7, thus outside the circulation volume 13 of the fluid to be heated.
  • the thermal fuse (not shown) can be arranged on a conductive track 20 on the heating body 7.
  • the thermal fuse (not shown) is made of an electrically conductive material so as to allow the passage of the current in normal operation, and is capable of melting at least partially when the zone of the heating body 7 in contact with the thermal fuse reaches a predefined temperature threshold, for example of the order of 150 ° C.
  • the thermal fuse material is selected with an operating temperature range compatible with the normal operating temperature range of the heater body 7 and with a melting temperature corresponding to the critical predetermined temperature threshold of the heater body 7, in order to avoid premature melting of the thermal fuse.
  • the thermal fuse melts so that the electrical connection between the resistive track 17 and the switch of 19 or between the electrical circuit support 21 and the power switch 19, is no longer assured.
  • the power supply circuit of the heating resistor in the form of screen printed track 17 is thus open. The power supply is interrupted.
  • the heating body 7 in the case of absence or a too low flow rate of the fluid to be heated, such as brine in the circulation volume 13, the heat transfer being insufficient or non-existent with the fluid, the heating body 7 its temperature is increased, the thermal fuse (not shown) interrupts the supply of the resistive track 17 due to the temperature rise of the heater body 7 as soon as the latter reaches the temperature threshold.
  • the metal heater body 7 acts as a radiator or heat sink to extract the heat that these electronic and / or electrical components dissipate. No additional parts are needed to dissipate the heat generated by these components.
  • the electronic and / or electrical components arranged on the heating body 7 are always cooled by means of this heating body 7, and the latter being metallic it is non-flammable in contrast to a conventional electronic card. Thus, even in the event of failure of a component implanted on the heating body 7, the risk of thermal incident is minimized. Even in the case where an electrical circuit support 21 remains necessary, the absence of certain electronic and / or electrical components, in particular of power components, and the reduction of the electrical tracks on this electrical circuit support 21 simplifies the manufacture of the support. 21 electrical circuit and makes the assembly vis-à-vis the risk of thermal incident
  • a temperature sensor can also be arranged directly on the heating body 7 thus giving an estimate of the temperature of the fluid.
  • a thermal fuse can also be arranged on the heating body 7 so as to interrupt the supply of the heating track 17 such as a resistive track 17. In the case of absence of fluid or too low flow rate in the volume of circulation 13 of fluid, the thermal fuse would not fail to interrupt the supply of the heating track 17 due to the rise in temperature of the heating body 7, before reaching critical temperatures that could damage the heating body 7.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de chauffage électrique d'un fluide pour véhicule automobile, comprenant: - au moins un module de chauffe (3) comprenant un corps de chauffe (7) métallique présentant au moins un moyen électrique de chauffe (17) réalisée sous forme de piste chauffante (17) sur une surface (15) du corps de chauffe (7), et - un moyen de commande (5) du module de chauffe (3) comprenant des composants électroniques et/ou électriques. Selon l'invention, au moins un composant électronique et/ou électrique (19) du moyen de commande (5) est agencé sur la surface (15) du corps de chauffe (7) présentant la piste chauffante (17), en contact électrique avec la piste chauffante (17). L'invention concerne également un appareil de chauffage et/ou climatisation comprenant un tel dispositif.

Description

Dispositif de chauffage de fluide pour véhicule automobile et appareil de chauffage et/ou de climatisation correspondant
L'invention concerne un dispositif de chauffage électrique de fluide pour véhicule automobile. L'invention s'applique plus particulièrement aux appareils de chauffage et/ou de climatisation de véhicules automobiles comportant un tel dispositif de chauffage.
De façon habituelle, le réchauffage de l'air destiné au chauffage de l'habitacle est assuré par le passage d'un flux d'air à travers un échangeur thermique, plus précisément par un échange thermique entre le flux d'air et un fluide. Il s'agit généralement du fluide de refroidissement dans le cas d'un moteur thermique.
Un tel mode de chauffage peut s'avérer inadapté ou insuffisant pour garantir un chauffage de l'habitacle d'un véhicule automobile, ainsi qu'un désembuage et un dégivrage.
Toutefois, un mode de chauffage rapide et efficace de l'habitacle du véhicule, en particulier pour assurer un réchauffement de l'habitacle ou de dégivrage ou de désembuage du véhicule avant utilisation en environnement très froid ou encore lorsqu'une montée très rapide de la température est souhaitée.
En outre, dans le cas d'un véhicule électrique, la fonction de chauffage n'est plus réalisée par la circulation du fluide de refroidissement dans l'échangeur thermique. On peut cependant prévoir un circuit d'eau pour le chauffage de l'habitacle mais ce mode de chauffage peut aussi s'avérer inadapté ou insuffisant pour garantir un chauffage rapide et efficace de l'habitacle du véhicule.
Par ailleurs, afin de réduire l'encombrement et le coût d'un circuit d'eau supplémentaire, il est également connu d'utiliser pour le véhicule électrique, une boucle de climatisation fonctionnant en un mode de pompe à chaleur. Ainsi, la boucle de climatisation permettant classiquement de refroidir un flux d'air à l'aide d'un fluide réfrigérant est dans ce cas, utilisée de façon à réchauffer le flux d'air.
Toutefois, ce mode de chauffage aussi peut s'avérer inadapté ou insuffisant. En effet, les performances de la boucle de climatisation en pompe à chaleur dépendent des conditions climatiques extérieures. Par exemple, lorsqu'une température d'air extérieur est trop basse, cet air ne peut pas être utilisé comme source d'énergie thermique.
Une solution connue consiste à adjoindre à l'échangeur thermique ou au circuit d'eau ou encore à la boucle de climatisation, un dispositif de chauffage électrique additionnel.
Le dispositif de chauffage électrique additionnel peut être adapté pour chauffer en amont le fluide, tel que le fluide de refroidissement pour le moteur thermique, ou l'eau du circuit d'eau de chauffage de l'habitacle du véhicule électrique ou encore le fluide réfrigérant de la boucle de climatisation.
De façon connue, le dispositif de chauffage électrique additionnel comporte un ou plusieurs modules de chauffe en contact avec le fluide à chauffer.
Plus précisément, un module de chauffe peut comporter un corps de chauffe apte à être alimenté électriquement pour former une source d'énergie thermique, en définissant un volume de circulation du fluide à chauffer.
Selon une solution connue, un corps de chauffe présente des moyens électriques de chauffe par exemple, une ou des résistances chauffantes réalisés par sérigraphie sous forme de pistes résistives sur une surface du corps de chauffe.
Le corps de chauffe peut être de forme sensiblement plate par exemple rectangulaire, ou en variante être réalisé sous la forme d'une enveloppe cylindrique entourant un noyau.
Cependant, le corps de chauffe apte à chauffer le fluide tel que de l'eau glycolée nécessite un moyen de commande comportant par exemple un commutateur d'alimentation pour contrôler l'alimentation électrique du module chauffant auquel il est relié. Le commutateur d'alimentation est relié électriquement aux moyens électriques de chauffe tels que les pistes résistives sérigraphiées sur le corps de chauffe, pour autoriser ou interdire l'alimentation électrique de ces moyens électriques de chauffe.
L'ouverture et/ou la fermeture du commutateur d'alimentation peut être pilotée par un microcontrôleur.
Outre le commutateur d'alimentation, les composants électroniques et/ou électriques du moyen de commande peuvent notamment comprendre le microcontrôleur, des moyens de raccord électrique comprenant des connecteurs électriques reliant la piste résistive par exemple au commutateur d'alimentation, des connecteurs d'alimentation haute tension, par exemple reliés à la batterie du véhicule, et des connecteurs basse tension, par exemple reliés au réseau dit basse tension du véhicule, ou encore par exemple des moyens d'isolation galvanique.
Le moyen de commande est généralement déporté sur un support de circuit électrique telle qu'une carte à circuit imprimé, et impliquant notamment un système de connexion de la piste résistive sur le corps de chauffe vers le support de circuit électrique.
Ceci entraîne donc un certain encombrement sur le support de circuit électrique qui doit porter l'ensemble des composants électroniques et/ou électriques et avec une pluralité de pistes conductrices par exemple sur la carte à circuit imprimé, ce qui multiplie les risques d'incidents thermiques.
Par ailleurs, en fonctionnement les composants électroniques et/ou électriques, en particulier les composants de puissance, portés par le support de circuit électrique génèrent de la chaleur. Si les composants électroniques et/ou électriques portés par le support de circuit électrique dépassent une température seuil maximale, par exemple de l'ordre de 200 à 250°C, par exemple en cas de défaillance intrinsèque d'un composant, ce dernier chauffant fortement, il y a un risque de départ de feu du support dont le matériau est généralement de la résine, qui est inflammable.
Selon une solution connue, un composant supplémentaire métallique formant dissipateur thermique est prévu pour dissiper la chaleur générée par les composants électroniques et/ou électriques du moyen de commande porté par le support de circuit électrique.
L'invention a donc pour objectif de pallier au moins partiellement ces inconvénients de l'art antérieur.
À cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de chauffage électrique d'un fluide pour véhicule automobile, comprenant
- au moins un module de chauffe comprenant un corps de chauffe métallique présentant au moins un moyen électrique de chauffe réalisée sous forme de piste chauffante sur une surface du corps de chauffe,
- un moyen de commande du module de chauffe comprenant des composants électroniques et/ou électriques,
caractérisé en ce qu'au moins un composant électronique et/ou du moyen de commande est agencé sur la surface du corps de chauffe présentant la piste chauffante, en contact électrique avec la piste chauffante.
Selon un mode de réalisation de l'invention, ledit au moins un composant électronique et / ou électrique du moyen de commande est un composant électronique et / ou électrique de puissance.
Le fluide devant être chauffé destiné à traverser le corps de chauffe est en général au maximum à une température de l'ordre de 120°C, et le corps de chauffe en cédant de la chaleur à ce fluide est refroidi.
Le corps de chauffe assure donc la fonction de chauffage du fluide à chauffer. La chaleur produite par la piste chauffante est directement transmise au fluide à chauffer par exemple, selon un mode de réalisation, à travers la paroi du corps de chauffe, minimisant les pertes thermiques et réduisant l'inertie thermique du dispositif. Le fluide peut être chauffé rapidement.
De plus, puisqu'il porte au moins certains composants électroniques et/ou électriques du moyen de commande, le corps de chauffe assure également en partie une fonction d'électronique de commande de façon analogue à une carte à circuit imprimé.
Enfin, le corps de chauffe assure encoure une fonction de dissipateur thermique des composants électroniques et/ou électriques qu'il porte. En effet, le corps de chauffe métallique, par exemple en aluminium ou en acier inoxydable, est refroidi par le fluide à chauffer ce qui permet d'évacuer la chaleur générée par les composants qu'il porte. Il n'est plus nécessaire de prévoir une pièce supplémentaire pour la dissipation de la chaleur de certains composants électroniques et/ou électriques du moyen de commande.
On combine ainsi sur un même support, ici le corps de chauffe, tout ou partie de l'électronique de commande, la chauffe du fluide, et la dissipation de la chaleur des composants du moyen de commande reportés sur le corps de chauffe. De plus, l'agencement d'au moins certains composants électroniques et/ou électriques du moyen de commande sur le corps de chauffe en contact électrique avec la piste chauffante, permet d'éviter des systèmes d'interconnexion entre l'électronique de commande et la piste chauffante.
Selon la présente invention, ledit au moins composant électronique et/ou électrique du moyen de commande agencé sur la surface du corps de chauffe présentant la piste chauffante est directement ou indirectement en contact électrique avec la piste chauffante.
Selon un exemple de réalisation, les composants électroniques et/ou électriques sont soudés sur la surface du corps de chauffe.
En variante, les composants électroniques et/ou électriques sont collés sur la surface du corps de chauffe, à l'aide d'une colle thermique.
Selon un aspect de l'invention, la piste chauffante est réalisée par sérigraphie. On profite ainsi de la sérigraphie de la piste chauffante sur le corps de chauffe pour reporter certains composants par exemple par soudage ou collage sur le corps de chauffe.
Selon un mode de réalisation préféré, la surface du corps de chauffe présentant la piste chauffante et ledit au moins un composant électronique et/ou électrique est sensiblement plate. En étant plate la surface du corps de chauffe permet d'agencer des composants de grande taille, notamment les composants électroniques de puissance nécessitant d'être refroidis.
Selon une forme de réalisation de l'invention, le corps de chauffe présente une première paroi et une deuxième paroi définissant entre elles un volume de circulation du fluide à chauffer, et la surface du corps de chauffe présentant la piste chauffante est la surface externe de la deuxième paroi. La piste chauffante ainsi que les composants du moyen de commande reportés sur le corps de chauffe sont donc agencés hors du volume de circulation du fluide à chauffer.
Selon un mode de réalisation, le corps de chauffe présente au moins une piste conductrice reliant électriquement directement ou indirectement la piste chauffante et ledit au moins un composant électronique et/ou électrique. La connexion électrique entre la piste chauffante et au moins une partie du moyen de commande peut se faire de façon simple et peu encombrante sans nécessiter de connecteur spécifique.
Le module de chauffe peut comprendre une couche d'isolation électrique entre le corps de chauffe et la piste chauffante, de façon à éviter des pertes électriques.
Selon un autre aspect de l'invention, le composant électronique ou électrique agencé sur le corps de chauffe est un commutateur d'alimentation apte à autoriser ou interdire l'alimentation du moyen de chauffe, tel qu'un transistor de puissance. La chaleur générée par un tel composant de puissance peut donc être dissipée aisément par le corps de chauffe lui-même.
Selon une forme de réalisation de l'invention, le module de chauffe comprend un fusible thermique agencé sur le corps de chauffe entre la piste chauffante et le commutateur d'alimentation. Le fusible directement agencé sur le corps de chauffe peut interrompre rapidement l'alimentation de la piste chauffante en cas d'anomalie dès que le corps de chauffe atteint une température de seuil prédéfinie, par exemple de l'ordre de 150°C, afin d'éviter une détérioration du corps de chauffe et du module de chauffe le comprenant.
Selon un mode de réalisation particulier, le moyen électrique de chauffe comprend une résistance chauffante réalisée sous la forme d'une piste résistive sérigraphiée.
De manière préférentielle, le fluide à chauffer est un liquide tel que de l'eau ou de l'eau glycolée.
Le moyen de commande peut comprendre un support de circuit imprimé, et le module de chauffe comprend un connecteur apte à connecter le support de circuit imprimé à la fois mécaniquement au corps de chauffe et électriquement audit au moins un composant électronique et/ou électrique agencé sur le corps de chauffe. Ce support supplémentaire pour le reste des composants du moyen de commande qui ne sont pas reportés sur le corps de chauffe est simplifié par rapport aux solutions de l'art antérieur et la diminution des pistes électriques et des composants sur ce support permet de minimiser les risques d'incident thermique.
Ledit dispositif peut être agencé dans un circuit de chauffage de l'habitacle dudit véhicule.
L'invention concerne également un appareil de chauffage et/ou climatisation pour véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de chauffage tel que défini précédemment.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et de la figure unique représentant une vue schématique d'un module de chauffe d'un dispositif de chauffage du fluide selon l'invention.
L'invention concerne un dispositif 1 de chauffage électrique de fluide pour véhicule automobile pour un appareil de chauffage et/ou climatisation.
Le dispositif de chauffage électrique 1 est par exemple un dispositif de chauffage additionnel permettant de chauffer un fluide agencé dans un circuit de chauffage d'un fluide du véhicule pour le chauffage de l'habitacle.
Selon un exemple, le dispositif de chauffage électrique 1 est disposé en amont d'un échangeur thermique d'une boucle de climatisation apte à fonctionner en pompe à chaleur, de façon à chauffer le fluide réfrigérant.
Selon encore un autre exemple, le dispositif de chauffage électrique 1 est agencé en amont d'un échangeur thermique utilisant le fluide de refroidissement d'un moteur thermique comme fluide caloporteur.
On pourrait aussi prévoir un tel dispositif de chauffage électrique 1 en amont d'un échangeur thermique destiné à la régulation thermique d'un dispositif de stockage de l'énergie électrique, parfois qualifié d'ensemble de batteries, pour un véhicule à propulsion électrique ou hybride.
Le dispositif de chauffage électrique 1 représenté comprend au moins un module de chauffe 3, et un moyen de commande 5 pour contrôler l'alimentation électrique du module de chauffe 3. Bien entendu on peut prévoir que le dispositif de chauffage électrique comprenne un seul module de chauffe, ou plusieurs modules de chauffe selon les besoins.
En se référant à la figure unique, un module de chauffe 3 comporte un corps de chauffe 7.
Le module de chauffe 3 peut être réalisé sous la forme d'un boîtier, le corps de chauffe 7 peut être de forme sensiblement parallélépipédique.
En variante, le module de chauffe 3 peut être sensiblement cylindrique, dans ce cas le corps de chauffe 7 peut être réalisé sous la forme d'une enveloppe sensiblement cylindrique.
Le corps de chauffe 7 est réalisé en matériau métallique tel que de l'aluminium ou de l'acier inoxydable.
Selon le mode de réalisation illustré, le corps de chauffe 7 présente deux parois opposées : une première paroi 9, et une deuxième paroi 11, définissant entre elles un volume de circulation 13 du fluide à chauffer. Le volume de circulation 13 est donc défini entre les surfaces des deux parois 9, 11 du corps de chauffe 7 agencées en regard.
La deuxième paroi 11 du corps de chauffe 7 présente une surface externe 15 opposée au volume de circulation 13.
En outre, le corps de chauffe 7, présente au moins un moyen électrique de chauffe réalisé sous la forme d'une piste chauffante 17. La piste chauffante 17 est selon le mode de réalisation décrit réalisée par sérigraphie par exemple sur la surface externe 15 de la deuxième paroi 11 du corps de chauffe 7. Toutefois, selon un mode de réalisation particulier, la piste sérigraphiée peut être sur la surface interne du corps de chauffe. Il peut s'agir d'une résistance chauffante 17. Cette résistance chauffante 17 peut être réalisée sous la forme d'une piste résistive 17. Selon le mode de réalisation préféré, la piste résistive 17 est hors du volume de circulation 13 du fluide à chauffer.
Grâce à ce mode de réalisation la chaleur produite par la piste chauffante 17 est directement transmise au fluide à chauffer à travers la paroi du corps de chauffe 7, ce qui minimise les pertes thermiques et réduit l'inertie thermique du dispositif, le fluide peut dès lors être chauffé rapidement. Une couche d'isolation électrique 18 est prévue entre la surface externe 15 du corps de chauffe 7 et la piste chauffante 17.
Le moyen de commande 5 contrôle le corps de chauffe 7 en contrôlant l'alimentation de la piste chauffante 17.
Le moyen de commande 5 comprend à cet effet, des composants électroniques et/ou électriques de puissance dont au moins un commutateur d'alimentation 19, tel qu'un transistor de puissance, apte à autoriser ou interdire l'alimentation de la piste chauffante 17.
L'ouverture et/ou la fermeture du commutateur d'alimentation peut être pilotée par un microcontrôleur.
Outre le commutateur d'alimentation 19, les composants électroniques et/ou électriques du moyen de commande 5 peuvent à titre d'exemple non limitatif comporter le microcontrôleur, des connecteurs d'alimentation haute tension de l'ordre de 250V à 450V par exemple reliés à la batterie du véhicule et configurés pour la gestion de la puissance de chauffe, des connecteurs d'alimentation basse tension de l'ordre de 12V pour la gestion de la commande de chauffage, des éléments pour l'isolation galvanique entre les connecteurs et composants à basse tension et les connecteurs et composants à haute tension, tels que des convertisseurs Flyback, permettant le passage d'information entre le réseau basse tension et le réseau haute tension, de faon bi-directionnelle.
Au moins un des composants électroniques et/ou électriques du moyen de commande 5 est agencé sur la surface externe 15 du corps de chauffe 7. Cette surface externe 15 est avantageusement sensiblement plate de façon à présenter une grande surface sur laquelle des composants électroniques et/ou électriques peuvent être agencés, permettant ainsi une dissipation aisée de la puissance du composant qui peut donc toujours être refroidi.
Selon un autre mode de réalisation, la surface du corps de chauffe est cylindrique et ledit au moins un des composants électroniques et / ou électriques du moyen de commande 15 est agencé sur cette surface externe via notamment un support en fonction de la courbure du corps de chauffe.
Plus précisément, au moins un des composants électroniques et/ou électriques du moyen de commande 5 est agencé directement sur la couche d'isolation électrique 18 sur la surface externe 15 du corps de chauffe 7, sans l'intermédiaire d'un support ou d'un connecteur.
Cet agencement se fait de sorte que le ou les composants électroniques et/ou électriques du moyen de commande 5 sont agencés en contact électrique directement ou indirectement avec la piste sérigraphiée 17. La liaison électrique avec la piste chauffante 17 est par exemple réalisée par l'intermédiaire d'une piste conductrice 20.
Selon une variante de réalisation, tous les composants électroniques et/ou électriques du moyen de commande 5 sont agencés sur la surface externe 15 de la deuxième paroi 11 du corps de chauffe 7.
Dans le cas contraire, au moins un ou plusieurs composants électroniques et/ou électriques générant de la chaleur et nécessitant une dissipation thermique, en général il s'agit d'un composant de puissance tel que le commutateur d'alimentation 19, est agencé sur la surface externe 15 de la deuxième paroi 11 du corps de chauffe 7.
L'agencement d'un composant de puissance, tel que le commutateur d'alimentation 19, est avantageux du fait que ce composant est à haute tension comme la piste résistive 17, ce qui facilite la connexion électrique.
L'agencement d'un ou de plusieurs composants électroniques et/ou électriques du moyen de commande 5 sur le corps de chauffe 7 peut être réalisé par soudage ou encore par collage par exemple à l'aide d'une colle thermique.
Par rapport aux solutions de l'art antérieur selon lesquelles le moyen de commande est déporté du module de chauffe 3, avec cette solution les composants électroniques et/ou électriques du moyen de commande 5 peuvent être reportés sur le corps de chauffe 7 formant alors un dissipateur thermique de la chaleur émise par le ou les composants électroniques et/ou électriques du moyen de commande 5 agencés sur la surface du corps de chauffe 7. En effet, le corps de chauffe 7 qui atteint en fonctionnement une température de l'ordre 100°C forme une source froide pour des composants électroniques et/ou électriques qui ne doivent pas dépasser une température seuil par exemple de l'ordre de 150°C.
Par ailleurs, avec des débits de fluides utilisés, qui sont par exemple de l'ordre de 300L/h à 2000L/h, la température du corps de chauffe 7 sont de l'ordre de 100°C voire 105°C, les températures des composants électroniques et/ou électriques qui sont agencés sur le corps de chauffe 7 sont donc sensiblement de l'ordre de 100 à 105°C mais restent inférieures aux températures maximales d'utilisation des composants électroniques et/ou électriques de l'ordre de 150°C par exemple.
De plus aucun dissipateur thermique supplémentaire n'est nécessaire pour dissiper la chaleur générée par les composants électroniques et/ou électriques.
En outre, en cas de défaillance des composants électroniques et/ou électriques agencés sur le corps de chauffe 7, le risque d'incident thermique est fortement réduit du fait que les composants électroniques et/ou électriques sont refroidis par l'intermédiaire du corps de chauffe 7, qui étant métallique n'est pas inflammable.
Par ailleurs, lorsque tous les composants électroniques et/ou électriques ne sont pas agencés directement sur le corps de chauffe 7, un support de circuit électrique 21 telle qu'une carte à circuit imprimé connue sous le sigle PCB en anglais pour « Printed Circuit Board », peut porter les composants électroniques et/ou électriques du moyen de commande 5 qui ne sont pas agencés sur la surface externe 15 de la deuxième paroi 11 du corps de chauffe 7.
On peut prévoir à cet effet un connecteur 23 apte à être connecté mécaniquement sur le corps de chauffe 7 et au support de circuit électrique 21, et relié électriquement par exemple par l'intermédiaire d'une piste conductrice 20, au(x) composant(s) électronique(s) et/ou électrique(s) 19 agencé(s) sur le corps de chauffe 7.
Un tel support de circuit électrique 21 ne portant plus certains composants électroniques et/ou électriques qui sont agencés sur le corps de chauffe 7, est donc de fabrication plus simple par rapport aux solutions de l'art antérieur dans lesquelles le support de circuit électrique 21 porte tous les composants.
Le support de circuit électrique 21 présente en conséquent moins de pistes électriques par rapport aux solutions de l'art antérieur, et le risque d'incident thermique est diminué par rapport aux solutions de l'art antérieur.
Par ailleurs, la piste résistive 17 peut être de valeur fixe.
En variante, on peut prévoir un capteur de température (non représenté sur la fïgure) pour mesurer la température du corps de chauffe 7, il peut s'agir d'une thermistance, telle qu'une sonde « CTP » pour Coefficient de Température Positif, dont la résistance augmente fortement avec la température.
Dans ce cas, l'alimentation de la piste chauffante 17 se fait en fonction d'une consigne de chauffage et de la température mesurée par le capteur de température.
Ce capteur de température peut aussi être agencé sur le corps de chauffe 7, par exemple en étant soudé, brasé, ou collé sur la surface externe 15 de la deuxième paroi 11 du corps de chauffe 7.
Selon une autre variante, le capteur de température peut être une sonde « CTN » pour Coefficient de Température Négatif dont la résistance diminue de façon uniforme avec la température.
En outre, on peut prévoir de placer un composant électrique et / ou électronique, par exemple, au moins un fusible thermique (non représenté sur la figure), sur le corps de chauffe 7, apte à couper l'alimentation en courant lorsque la température du corps de chauffe 7 atteint un seuil de température prédéfini critique pour le fonctionnement correct du module de chauffe 3.
Pour cela, le fusible thermique est agencé, par exemple par soudage ou collage entre la piste résistive 17 et le commutateur d'alimentation 19 ou en variante entre le commutateur d'alimentation 19 et le support de circuit électrique 21.
Le fusible thermique (non représenté) est agencé directement sur la surface externe 15 de la deuxième paroi 11 du corps de chauffe 7, donc hors du volume de circulation 13 du fluide à chauffer.
Le fusible thermique (non représenté) est agencé directement sur la surface externe 15 de la deuxième paroi 11 du corps de chauffe 7, donc hors du volume de circulation 13 du fluide à chauffer.
Le fusible thermique (non illustré) peut être agencé sur une piste conductrice 20 sur le corps de chauffe 7.
Bien entendu, le fusible thermique (non représenté) est réalisé dans un matériau conducteur d'électricité de façon à permettre le passage du courant en fonctionnement normal, et est apte à fondre au moins partiellement lorsque la zone du corps de chauffe 7 en contact avec le fusible thermique atteint un seuil de température prédéfini, par exemple de l'ordre de 150°C.
Le matériau du fusible thermique est choisi avec une plage de température de fonctionnement compatible avec la plage de température de fonctionnement normal du corps de chauffe 7 et avec une température de fusion correspondant au seuil de température prédéfini critique du corps de chauffe 7, afin d'éviter une fusion prématurée du fusible thermique.
Lors d'une surchauffe, c'est-à-dire que le corps de chauffe 7 atteint le seuil de température prédéfini, le fusible thermique (non représenté) fond de sorte que la liaison électrique entre la piste résistive 17 et le commutateur d'alimentation 19 ou entre le support de circuit électrique 21 et le commutateur d'alimentation 19, n'est plus assurée. Le circuit électrique d'alimentation de la résistance chauffante sous forme de piste sérigraphiée 17 est donc ouvert. L'alimentation en courant est interrompue.
Ainsi, dans le cas d'absence ou d'un débit trop faible du fluide à chauffer, tel que de l'eau glycolée dans le volume de circulation 13, le transfert thermique étant insuffisant voire inexistant avec le fluide, le corps de chauffe 7 voit sa température augmentée, le fusible thermique (non illustré) interrompt l'alimentation de la piste résistive 17 du fait de l'élévation de température du corps de chauffe 7 dès que ce dernier atteint le seuil de température.
Ainsi, en reportant les composants électroniques et/ou électriques nécessitant un refroidissement sur le corps de chauffe 7 métallique, ce dernier agit comme un radiateur ou dissipateur thermique pour extraire la chaleur que ces composants électroniques et/ou électriques dissipent. Aucune pièce supplémentaire n'est nécessaire pour dissiper la chaleur générée par ces composants.
Les composants électroniques et/ou électriques agencés sur le corps de chauffe 7 sont toujours refroidis par l'intermédiaire de ce corps de chauffe 7, et ce dernier étant métallique il est ininflammable au contraire d'une carte électronique classique. Ainsi même en cas de défaillance d'un composant implanté sur le corps de chauffe 7 le risque d'incident thermique est minimisé. Même dans le cas où un support de circuit électrique 21 reste nécessaire, l'absence de certains composants électroniques et/ou électriques, notamment de composants de puissance, et la réduction des pistes électriques sur ce support de circuit électrique 21 simplifie la fabrication du support de circuit électrique 21 et fïabilise l'assemblage vis-à-vis des risques d'incident thermique
Un capteur de température peut également être agencé directement sur le corps de chauffe 7 donnant ainsi une estimation de la température du fluide.
Enfin, un fusible thermique peut aussi être agencé sur le corps de chauffe 7 de façon à pouvoir interrompre l'alimentation de la piste chauffante 17 telle qu'une piste résistive 17. Dans le cas d'absence de fluide ou de débit trop faible dans le volume de circulation 13 de fluide, le fusible thermique ne manquerait pas d'interrompre l'alimentation de la piste chauffante 17 du fait de l'élévation de température du corps de chauffe 7, avant d'atteindre des températures critiques risquant d'endommager le corps de chauffe 7.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de chauffage électrique (1) d'un fluide pour véhicule automobile, comprenant :
- au moins un module de chauffe (3) comprenant un corps de chauffe (7) métallique présentant au moins un moyen électrique de chauffe (17) réalisée sous forme de piste chauffante (17) sur une surface (15) du corps de chauffe (7),
- un moyen de commande (5) du module de chauffe (3) comprenant des composants électroniques et/ou électriques, caractérisé en ce qu'au moins un composant électronique et/ou électrique (19) du moyen de commande (5) est agencé sur la surface (15) du corps de chauffe (7) présentant la piste chauffante (17), en contact électrique avec la piste chauffante (17).
2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel ledit au moins un composant électronique et / ou électrique du moyen de commande est un composant électronique et / ou électrique de puissance.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel la piste chauffante (17) est réalisée par sérigraphie.
4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la surface (15) du corps de chauffe (7) présentant la piste chauffante (17) et ledit au moins un composant électronique et/ou électrique (19) est sensiblement plate.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le corps de chauffe (7) présente une première paroi (9) et une deuxième paroi (11) définissant entre elles un volume de circulation (13) du fluide à chauffer, et dans lequel la surface du corps de chauffe (7) présentant la piste chauffante (17) est la surface externe de la deuxième paroi (11).
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le corps de chauffe (7) présente au moins une piste conductrice (20) reliant électriquement la piste chauffante (17) et ledit au moins un composant électronique et/ou électrique (19).
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le composant électronique ou électrique agencé sur le corps de chauffe (7) est un commutateur d'alimentation (19) apte à autoriser ou interdire l'alimentation du moyen de chauffe (17), tel qu'un transistor de puissance.
8. Dispositif selon la revendication 6, dans lequel le module de chauffe (3) comprend un fusible thermique agencé sur le corps de chauffe (7) entre la piste chauffante (17) et le commutateur d'alimentation (19).
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le moyen électrique de chauffe (17) comprend une résistance chauffante réalisée sous la forme d'une piste résistive sérigraphiée.
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le moyen de commande (5) comprend un support de circuit imprimé (21), et dans lequel le module de chauffe (3) comprend un connecteur (23) apte à connecter le support de circuit imprimé (21) à la fois mécaniquement au corps de chauffe (7) et électriquement audit au moins un composant électronique et/ou électrique (19) agencé sur le corps de chauffe (7).
11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, agencé dans un circuit de chauffage de l'habitacle dudit véhicule.
12. Appareil de chauffage et/ou climatisation pour véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un dispositif de chauffage électrique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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