WO2019166709A1 - Système thermique d'un véhicule hybride ou électrique comportant trois boucles de fluide caloporteur - Google Patents

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WO2019166709A1
WO2019166709A1 PCT/FR2019/050027 FR2019050027W WO2019166709A1 WO 2019166709 A1 WO2019166709 A1 WO 2019166709A1 FR 2019050027 W FR2019050027 W FR 2019050027W WO 2019166709 A1 WO2019166709 A1 WO 2019166709A1
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valve
valves
thermal system
low temperature
high temperature
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PCT/FR2019/050027
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Kiwan NOSSIN
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Psa Automobiles Sa
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P7/00—Controlling of coolant flow
    • F01P7/14—Controlling of coolant flow the coolant being liquid
    • F01P7/16—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control
    • F01P7/165—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control characterised by systems with two or more loops
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00357—Air-conditioning arrangements specially adapted for particular vehicles
    • B60H1/00385—Air-conditioning arrangements specially adapted for particular vehicles for vehicles having an electrical drive, e.g. hybrid or fuel cell
    • B60H1/00392—Air-conditioning arrangements specially adapted for particular vehicles for vehicles having an electrical drive, e.g. hybrid or fuel cell for electric vehicles having only electric drive means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
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    • F01P2007/146—Controlling of coolant flow the coolant being liquid using valves
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    • F01P2050/00—Applications
    • F01P2050/24—Hybrid vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a thermal system for a hybrid or electric vehicle, and a hybrid or electric vehicle equipped with such a thermal system.
  • Hybrid vehicles comprise a first engine equipped with a heat engine, and a second engine comprising an electric machine connected to a control inverter of this machine, receiving the energy of traction batteries.
  • hybrid vehicles may include a first electrical machine integrated in the transmission of the engine, driving the front wheels, and a second independent electric machine driving the rear wheels.
  • Electric vehicles comprise at least one electric machine, as well as traction batteries and an inverter for each machine.
  • Hybrid and electric vehicles may further include an on-board charger, which recharges the traction batteries from a connection to an electricity distribution network.
  • Traction batteries may include electrochemical cells arranged in series or in parallel, using different technologies, or capacitors electric high capacity, are called thereafter battery.
  • the electric machine, the battery and the inverter generating calories during their operation, must be cooled to optimize performance and prevent their destruction.
  • certain types of batteries such as lithium-ion batteries, must work with a very low temperature of about 60 ° C. Too low a temperature reduces the performance of these batteries, especially the storage capacity, which limits the autonomy of the vehicle, and a too high temperature damages these batteries by reducing their lifetimes.
  • a known type of thermal management system for a hybrid vehicle presented in particular by the document FR-A1 -2951 1 14, comprises three heat transfer fluid circulation loops, comprising a first high temperature cooling loop of the heat engine, containing a cabin heater heater, a second low temperature cooling loop of the inverter and the electric traction machine controlled by this inverter, and a third loop very low cooling temperature of the traction battery.
  • a heat exchanger with ambient air has three parts, each part being dedicated to one of the cooling loops. Two valves make it possible to dispose the high temperature part of the radiator in the very low temperature circuit, in particular when the electric machine is in operation and the heat engine stopped, in order to use this part which reduces the number of components thus than the space occupied in the engine compartment.
  • this type of thermal management system does not allow other optimizations of the thermal flow management of the three circuits, particularly using the needs of all the production capacity of calories to warm the battery that can be too much cold, or all energy dissipation capabilities when certain elements generate a lot of heat energy.
  • the present invention is intended to avoid these disadvantages of the prior art.
  • thermo system of a hybrid or electric vehicle equipped with an electric traction machine comprising three heat transfer fluid loops each comprising equipment arranged in series, a first very low temperature loop comprising a battery traction unit supplying the electric machine, and a vehicle air-conditioning cooler, a second high-temperature loop comprising an electric fluid heater and a cabin heater, and a third low-temperature loop including the electric traction machine and its control inverter, this system comprising two single controlled valves including a single first valve controlled at least three channels that can isolate or put in series the very low temperature circuit and the high temperature circuit, and a single second valve controlled at least three channels can isolate or put in series the ci High temperature and low temperature circuit.
  • the thermal system according to the invention may further comprise one or more of the following characteristics, which may be combined with each other.
  • the two single controlled valves each comprise two positions which for the first valve let the fluid coming from the battery alternately to the cooler or the heater, and for the second valve let the fluid coming from the electrical machine alternatively to the heat exchanger or the heater.
  • the two single controlled valves are three-way valves comprising an input and two alternative outputs, the high temperature circuit comprising upstream of the first pilot valve a first non-return valve allowing the fluid to pass through. to this first piloted valve, and comprising upstream of the second controlled valve a second non-return valve allowing the fluid to pass to the second piloted valve.
  • the two single controlled valves are valves with at least four channels comprising two inputs and two outputs, one of these inputs and one of these outputs being arranged in series in the high temperature circuit in a short loop position.
  • the piloted four-way valves may be rotary valves.
  • the controlled four-way valves may be sliding valves.
  • the thermal system comprises a single expansion vessel permanently connected to the three circuits regardless of the positions of the piloted valves.
  • the sliding valves may comprise a third output channel which is permanently connected to its two input channels, the third output channel of the first pilot valve being connected to the expansion vessel.
  • the low temperature loop includes an onboard battery charger.
  • the invention also relates to a hybrid or electric motor vehicle equipped with an electric traction machine powered by a traction battery, comprising a thermal system comprising any one of the preceding characteristics.
  • FIG. 1 is a diagram of a thermal management system according to the invention, comprising two three-way piloted valves presented in a position giving three independent short loops;
  • FIG. 2 is a diagram of an alternative thermal management system comprising two rotary four-way valves presented in a position giving three independent short loops;
  • FIG. 3A and 3B show a rotary valve of the thermal management system, arranged successively in a short loop position and a long loop position;
  • FIG. 4 shows the same thermal management system comprising two sliding four-way valves arranged in a position giving three independent loops
  • FIG. 5A and 5B show a sliding valve of the thermal management system, arranged successively in a short loop position and long loop;
  • FIG. 6 shows this thermal management system in a short loop position of the very low temperature circuit, and long loop of the high temperature and low temperature circuits put in series;
  • FIG. 7 shows this thermal management system in a short loop position of the low temperature circuit, and long loop of the high temperature and very low temperature circuits put in series;
  • FIG. 8 shows this thermal management system in a long loop position of the high temperature circuits, low temperature and very low temperature all three in series;
  • FIG. 9 shows a variant of this thermal management system comprising two five-way valves.
  • FIG. 10A and 10B show a sliding valve of the thermal management system, arranged successively in a short loop position and long loop;
  • FIG. 1 shows a thermal management system of a hybrid vehicle, comprising a first loop of very low temperature heat transfer fluid comprising successively a traction battery 2, an input a and an output b of a first three-way valve. 4, a cooler 6 receiving a refrigerant 8, also used for the air conditioning of the passenger compartment of the vehicle, a first connection three connections 10, a first circulation pump 12 of this circuit actuated by an electric motor, and a first temperature sensor 14.
  • the very low temperature loop regulates the temperature of the traction battery 2 to cool it, especially during the fast charging periods, or to warm it up during cold weather to optimize its performance and its lifetime.
  • a second loop of high temperature heat transfer fluid successively comprises an electric heater 20 receiving a high voltage current, a second temperature sensor 22, a second connection three connections 24, a first nonreturn valve 26, a third connection three connections 28 comprising a branch connected to an output d of the first three-way valve 4, and another branch connected to a second circulation pump 30 of this circuit actuated by an electric motor.
  • the second loop then comprises a first heat exchanger 32 for heating the passenger compartment of the vehicle, then a fourth connection three connections 34, a second non-return valve 36, a fifth connection three connections 38, and finally returns to the heater electrical 20.
  • the second three-branch connection 24 comprises a branch connected to a sixth three-branch connection 40 comprising a branch connected to the first three-branch connection 10, and another branch connected to an expansion tank 42 for degassing the fluid.
  • the third loop of low temperature heat transfer fluid successively comprises an on-board battery charger 50, an inverter 52, an electric traction machine 54 controlled by this inverter, a second piloted three-way valve 56, a heat exchanger with the air ambient 58, disposed at the front of the vehicle to dissipate calories in the atmosphere, a seventh three-way connection 60, a third temperature probe 62, and a third circulation pump 64 of this circuit actuated by an electric motor.
  • the fourth three-branch connection 34 comprises a branch connected to the seventh three-branch connection 60.
  • the fifth three-branch connection 38 has a connection connected to the second outlet d of the second four-way valve
  • the third low temperature loop is used to regulate the temperature of the electrical machine 54, and the electronics of the inverter 52 and the onboard charger 50, which must have low temperatures of the order of 70 to 80 ° C.
  • Each three-way valve 4, 56 is controlled to from an input a, connect alternately to a first output b or a second output d, the other output which is not used being isolated.
  • the first three-way valve 4 By arranging the first three-way valve 4 in a position connecting its input a from the battery 2 to its first output b to the cooler 6, it closes the second output d and isolates the first circuit very low temperature circuit high temperature.
  • the second three-way valve 56 By placing the second three-way valve 56 in a position connecting its inlet a coming from the electrical machine 54 to its first output b towards the heat exchanger 58, the second output d is closed and the second high temperature circuit is isolated. low temperature circuit.
  • Each circuit works independently.
  • the fluid leaving the battery 2 goes to the second high temperature circuit to be alternately cooled in the heater 32 or heated in the heater 20, the first valve against return 26 preventing a flow of the fluid in the other direction in the second high temperature circuit.
  • the return of the fluid passes through the second connection three connections 24, then to the first circulation pump 12 to return to the battery 2.
  • the fluid leaving the electrical machine 54 goes to the second high temperature circuit to be cooled in the heater 32, the second non-return valve 36 preventing a departure fluid in the other direction in the second high temperature circuit.
  • the return of the fluid passes through the fourth connection three connections 34 and the seventh connection three connections 60, to arrive at the third electric pump 64, the battery charger 50 and the inverter 52.
  • FIG. 2 shows a similar thermal management system, comprising a first four-way rotary valve 70 having a first inlet a and a first outlet b connected as for the first previous three-way valve 4, and a second inlet c as well. a second output d disposed in place of the two connections of the third connection three connections 28 which are arranged in series in the second high temperature circuit.
  • the first non-return valve 26 is removed.
  • the first rotary valve 70 puts the first input a into communication with the first output b to close the very low temperature loop, and the second input c with the second output d to close the high temperature loop, separating these two loops.
  • the first rotary valve 70 communicates the first input a with the second output d, and isolates the other two channels c, d.
  • the very low temperature loop is arranged in series with the high temperature loop, the fluid coming from the battery 2 going directly to the heater 32, the return between these two loops being successively the second 24, the sixth 40 and the first 10 connection three connections.
  • a second four-way rotary valve 72 has a first inlet a and a first output b connected as for the second previous three-way valve 56, and a second input c and a second output d arranged in place of the two connections of the fifth connection three connections 38 which are arranged in series in the second high temperature circuit.
  • the second check valve 36 is removed.
  • the second four-way rotary valve 72 may be in the short loop position to separate the high temperature loop from the low temperature loop.
  • the second four-way rotary valve 72 may be in the long-loop position, the high-temperature loop being arranged in series with the low-temperature loop, the fluid coming from the electrical machine 54 going directly to the heater 20 and then the heater 32, the return between these two loops being successively the fourth 34 and the seventh 60 connection three connections.
  • An electronic computer performs a control of the thermal system according to information from different sensors, including the temperature sensors of each loop 14, 22, 62, to activate in particular the electric pumps 12, 30, 64 and controlled valves 4, 56, in order to optimize operating temperatures and energy yields.
  • FIG. 4 shows an evolution with respect to FIG. 2, comprising identical circuits each including a sliding four-way valve 80, 82 replacing a four-way rotary valve 70, 72.
  • Each sliding valve 80, 82 shown in FIGS. 5B identically comprises two inputs a, c and two outputs b, d.
  • Figure 4 shows an isolation of the three circuits, each sliding valve 80, 82 being in its short loop position.
  • FIG. 6 shows a long loop position of the second sliding valve 82.
  • the very low temperature circuit is isolated, its cooler 6 sufficient to cool the battery 2.
  • the high temperature circuit is in series with the low temperature circuit. thermal energy generated by the electric machine 54 and its inverter 52, or by the battery charger 50, being used to heat the heater 32 and heat the passenger compartment of the vehicle.
  • the heat exchanger 58 is off so as not to lose calories to the outside.
  • FIG. 7 shows a long loop position of the first sliding valve 80.
  • the very low temperature circuit is in series with the high temperature circuit, which allows the battery 2 to be heated with the heater 20, to heat it before or at the beginning of the vehicle start to use it quickly at its optimum temperature.
  • the low temperature circuit is isolated.
  • Figure 8 shows a long loop position of the first sliding valve 80 and the second sliding valve 82.
  • the three circuits are arranged in series, which allows to heat the battery 2 and the heater 32 with the electric heater. 20, the battery charger 50, the inverter 52 or the electric machine 54 depending on what is operating by generating thermal energy.
  • FIG. 9 shows an evolution with respect to FIG. 4, comprising a five-way sliding valve 90, 92 in place of each four-way sliding valve 80, 82.
  • Each five-way sliding valve 90, 92 presented FIGS. 10A and 10B additionally comprise a third output e which is always connected to the second input b.
  • connection to the sixth connection three connections 40 leading to the expansion tank 42 being replaced by the third output e of the first five-way valve 90.
  • the high temperature circuit is always connected to the expansion vessel 42 of the very low temperature circuit, which makes it possible to use one and the same expansion vessel while separating these two circuits.
  • connection to the seventh connection three connections 60 leading to the second pump 64 being replaced by the third output e of the second five-way valve 92.
  • the low temperature circuit is always connected by a single pipe to the high temperature circuit, which is itself always connected to the expansion tank 42, which allows to use a same expansion vessel while separating these two first circuits.
  • the electric pumps 12, 30, 64 of the circuits arranged in series on the same flow can increase this flow in the long loop formed.
  • the low temperature and very low temperature loops can use a common heat exchanger 58 to cool them, and a common heater 20 to heat them.

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Abstract

Système thermique d'un véhicule hybride ou électrique comportant une première boucle très basse température comprenant une batterie de traction (2) alimentant une machine électrique de traction (54) et un refroidisseur de climatisation du véhicule (6), une deuxième boucle haute température comprenant un réchauffeur électrique du fluide (20) et un aérotherme de chauffage de l'habitacle (32), et une troisième boucle basse température comprenant la machine électrique de traction (54), son onduleur de commande (52) et un échangeur thermique avec l'air ambiant (58), ce système comportant deux uniques vannes pilotées dont une unique première vanne pilotée à au moins trois voies (4) pouvant isoler ou mettre en série le circuit très basse température et le circuit haute température, et une unique deuxième vanne pilotée à au moins trois voies (56) pouvant isoler ou mettre en série le circuit haute température et le circuit basse température.

Description

SYSTEME THERMIQUE D’UN VEHICULE HYBRIDE OU ELECTRIQUE COMPORTANT TROIS BOUCLES DE FLUIDE CALOPORTEUR
[0001 ] La présente invention concerne un système thermique pour un véhicule hybride ou électrique, ainsi qu’un véhicule hybride ou électrique équipé d’un tel système thermique.
[0002] Les véhicules hybrides comportent une première motorisation équipée d’un moteur thermique, et une seconde motorisation comprenant une machine électrique reliée à un onduleur de contrôle de cette machine, recevant l’énergie de batteries de traction. En particulier les véhicules hybrides peuvent comporter une première machine électrique intégrée dans la transmission du moteur thermique, entraînant les roues avant, et une deuxième machine électrique indépendante entraînant les roues arrière.
[0003] Les véhicules électriques comportent au moins une machine électrique, ainsi que des batteries de traction et un onduleur pour chaque machine. Les véhicules hybrides et électriques peuvent comporter de plus un chargeur embarqué, qui recharge les batteries de traction à partir d’un branchement sur un réseau de distribution d’électricité.
[0004] Les batteries de traction pouvant comporter des cellules électrochimiques disposées en série ou en parallèle, utilisant différentes technologies, ou des condensateurs électriques de forte capacité, sont appelées par la suite batterie.
[0005] La machine électrique, la batterie et l’onduleur générant des calories lors de leurs fonctionnements, doivent être refroidis pour optimiser les performances et éviter leurs destructions. En particulier certains types de batteries comme les batteries au lithium-ion, doivent travailler avec une très basse température, d’environ 60 °C. Une température trop basse réduit les performances de ces batteries, en particulier la capacité de stockage, ce qui limite l’autonomie du véhicule, et une température trop élevée endommage ces batteries en réduisant leurs durées de vie.
[0006] Un type de système de gestion thermique connu pour un véhicule hybride, présenté notamment par le document FR-A1 -2951 1 14, comporte trois boucles de circulation de fluide caloporteur, comprenant une première boucle haute température de refroidissement du moteur thermique, contenant un aérotherme de chauffage de l’habitacle, une deuxième boucle basse température de refroidissement de l’onduleur et de la machine électrique de traction commandée par cet onduleur, et une troisième boucle très basse température de refroidissement de la batterie de traction. [0007] Un échangeur thermique avec l’air ambiant comporte trois parties, chaque partie étant dédiée à une des boucles de refroidissement. Deux vannes permettent de disposer la partie haute température du radiateur dans le circuit très basse température, en particulier quand la machine électrique est en fonctionnement et le moteur thermique à l’arrêt, afin d’utiliser cette partie ce qui réduit le nombre de composants ainsi que l’espace occupé dans le compartiment moteur.
[0008] Toutefois ce type de système de gestion thermique ne permet pas d’autres optimisations de la gestion des flux thermiques des trois circuits, en utilisant en particulier suivant les besoins toutes les capacités de production de calories pour réchauffer la batterie qui peut être trop froide, ou toutes les capacités de dissipation d’énergie quand certains éléments génèrent beaucoup d’énergie thermique.
[0009] La présente invention a notamment pour but d’éviter ces inconvénients de la technique antérieure.
[0010] Elle propose à cet effet un système thermique d’un véhicule hybride ou électrique équipé d’une machine électrique de traction, comportant trois boucles de fluide caloporteur comprenant chacune des équipements disposés en série, une première boucle très basse température comprenant une batterie de traction alimentant la machine électrique, et un refroidisseur de climatisation du véhicule, une deuxième boucle haute température comprenant un réchauffeur électrique du fluide et un aérotherme de chauffage de l’habitacle, et une troisième boucle basse température comprenant la machine électrique de traction et son onduleur de commande, ce système comportant deux uniques vannes pilotées dont une unique première vanne pilotée à au moins trois voies pouvant isoler ou mettre en série le circuit très basse température et le circuit haute température, et une unique deuxième vanne pilotée à au moins trois voies pouvant isoler ou mettre en série le circuit haute température et le circuit basse température.
[001 1 ] Un avantage de ce système thermique est que de manière simple, les deux vannes permettent entre les trois boucles dans certaines conditions de mutualiser des équipements générant une énergie thermique ou des équipements de refroidissement, suivant les besoins d’autres équipements, ce qui permet de réduire le nombre de composants ou leurs puissances thermiques, et d’optimiser la masse et l’encombrement du système thermique ainsi que les coûts.
[0012] Le système thermique suivant l’invention peut de plus comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. [0013] Avantageusement, les deux uniques vannes pilotées comportent chacune deux positions qui pour la première vanne laissent passer le fluide venant de la batterie vers alternativement le refroidisseur ou l’aérotherme, et pour la deuxième vanne laissent passer le fluide venant de la machine électrique vers alternativement l’échangeur thermique ou le réchauffeur.
[0014] Selon un mode de réalisation, les deux uniques vannes pilotées sont des vannes à trois voies comprenant une entrée et deux sorties alternatives, le circuit haute température comportant en amont de la première vanne pilotée un premier clapet anti-retour laissant passer le fluide vers cette première vanne pilotée, et comportant en amont de la deuxième vanne pilotée un deuxième clapet anti-retour laissant passer le fluide vers cette deuxième vanne pilotée.
[0015] Selon un autre mode de réalisation, les deux uniques vannes pilotées sont des vannes à au moins quatre voies comprenant deux entrées et deux sorties, une de ces entrées et une de ces sorties étant disposées en série dans le circuit haute température dans une position boucle courte.
[0016] Dans ce cas, les vannes quatre voies pilotées peuvent être des vannes rotatives.
[0017] En variante, les vannes quatre voies pilotées peuvent être des vannes coulissantes.
[0018] Avantageusement, le système thermique comporte un unique vase d’expansion relié en permanence aux trois circuits quelles que soient les positions des vannes pilotées.
[0019] Dans ce cas, les vannes coulissantes peuvent comporter une troisième voie de sortie qui est reliée en permanence à ses deux voies d’entrée, la troisième voie de sortie de la première vanne pilotée étant reliée au vase d’expansion.
[0020] Avantageusement, la boucle basse température comporte un chargeur de batterie embarqué.
[0021 ] L’invention a aussi pour objet un véhicule automobile hybride ou électrique équipé d’une machine électrique de traction alimentée par une batterie de traction, comportant un système thermique comprenant l’une quelconque des caractéristiques précédentes.
[0022] L’invention sera mieux comprise, et d’autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement dans la description explicative qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés donnés uniquement à titre d’exemple illustrant un mode de réalisation de l’invention, et dans lesquels :
- la figure 1 est un schéma d’un système de gestion thermique selon l’invention, comprenant deux vannes pilotées à trois voies présentées dans une position donnant trois boucles courtes indépendantes ;
- la figure 2 est un schéma d’un système de gestion thermique suivant une variante, comprenant deux vannes à quatre voies rotatives présentées dans une position donnant trois boucles courtes indépendantes ;
- les figures 3A et 3B présentent une vanne rotative de ce système de gestion thermique, disposée successivement dans une position de boucle courte et une position de boucle longue ;
- la figure 4 présente le même système de gestion thermique comprenant deux vannes à quatre voies coulissantes disposées dans une position donnant trois boucles indépendantes ;
- les figures 5A et 5B présentent une vanne coulissante de ce système de gestion thermique, disposée successivement dans une position de boucle courte et de boucle longue ;
- la figure 6 présente ce système de gestion thermique dans une position boucle courte du circuit très basse température, et boucle longue des circuits haute température et basse température mis en série ;
- la figure 7 présente ce système de gestion thermique dans une position boucle courte du circuit basse température, et boucle longue des circuits haute température et très basse température mis en série ;
- la figure 8 présente ce système de gestion thermique dans une position boucle longue des circuits haute température, basse température et très basse température mis tous les trois en série ;
- la figure 9 présente une variante de ce système de gestion thermique comprenant deux vannes à cinq voies ; et
- les figures 10A et 10B présentent une vanne coulissante de ce système de gestion thermique, disposée successivement dans une position de boucle courte et de boucle longue ;
[0023] La figure 1 présente un système de gestion thermique d’un véhicule hybride, comportant une première boucle de fluide caloriporteur très basse température comprenant successivement une batterie de traction 2, une entrée a et une sortie b d’une première vanne trois voies pilotée 4, un refroidisseur 6 recevant un fluide frigorigène 8, utilisé aussi pour la climatisation de l’habitacle du véhicule, un premier raccord trois branchements 10, une première pompe de circulation 12 de ce circuit actionnée par un moteur électrique, et une première sonde de température 14.
[0024] La boucle très basse température régule la température de la batterie de traction 2 pour la refroidir, notamment pendant les périodes de recharge rapide, ou la réchauffer au démarrage par temps froid afin d’optimiser ses performances ainsi que sa durée de vie.
[0025] Une deuxième boucle de fluide caloriporteur haute température comporte successivement un réchauffeur électrique 20 recevant un courant haute tension, une deuxième sonde de température 22, un deuxième raccord trois branchements 24, un premier clapet anti-retour 26, un troisième raccord trois branchements 28 comprenant un branchement relié à une sortie d de la première vanne trois voies 4, et un autre branchement relié à une deuxième pompe de circulation 30 de ce circuit actionnée par un moteur électrique.
[0026] La deuxième boucle comporte ensuite un premier échangeur thermique 32 de chauffage de l’habitacle du véhicule, puis un quatrième raccord trois branchements 34, un deuxième clapet anti-retour 36, un cinquième raccord trois branchements 38, et revient enfin au réchauffeur électrique 20.
[0027] Le deuxième raccord trois branchements 24 comporte un branchement relié à un sixième raccord trois branchements 40 comprenant un branchement relié au premier raccord trois branchements 10, et un autre branchement relié à un vase d’expansion 42 permettant un dégazage du fluide.
[0028] La troisième boucle de fluide caloriporteur basse température comporte successivement un chargeur embarqué de batterie 50, un onduleur 52, une machine électrique de traction 54 commandée par cet onduleur, une deuxième vanne trois voies pilotée 56, un échangeur thermique avec l’air ambiant 58, disposé à l’avant du véhicule pour dissiper des calories dans l’atmosphère, un septième raccord trois branchements 60, une troisième sonde de température 62, puis une troisième pompe de circulation 64 de ce circuit actionnée par un moteur électrique.
[0029] Le quatrième raccord trois branchements 34 comporte un branchement relié au septième raccord trois branchements 60. Le cinquième raccord trois branchements 38 comporte un branchement relié à la deuxième sortie d de la deuxième vanne quatre voies [0030] La troisième boucle basse température permet de réguler la température de la machine électrique 54, et de l’électronique de l’onduleur 52 et du chargeur embarqué 50, qui doivent présenter des basses températures de l’ordre de 70 à 80 °C.
[0031 ] Chaque vanne trois voies 4, 56 est pilotée pour à partir d’une entrée a, la relier alternativement à une première sortie b ou à une deuxième sortie d, l’autre sortie qui n’est pas utilisée étant isolée.
[0032] En disposant la première vanne trois voies 4 dans une position reliant son entrée a venant de la batterie 2 à sa première sortie b vers le refroidisseur 6, on ferme la deuxième sortie d et on isole le premier circuit très basse température du circuit haute température. De même en disposant la deuxième vanne trois voies 56 dans une position reliant son entrée a venant de la machine électrique 54 à sa première sortie b vers l’échangeur thermique 58, on ferme la deuxième sortie d et on isole le deuxième circuit haute température du circuit basse température. Chaque circuit travaille de manière indépendante.
[0033] En inversant uniquement la position de la première vanne trois voies 4, le fluide sortant de la batterie 2 part vers le deuxième circuit haute température pour être alternativement refroidi dans l’aérotherme 32 ou chauffé dans le réchauffeur 20, le premier clapet anti-retour 26 empêchant un départ du fluide dans l’autre sens dans le deuxième circuit haute température. Le retour du fluide passe par le deuxième raccord trois branchements 24, puis vers la première pompe de circulation 12 pour revenir à la batterie 2.
[0034] En inversant uniquement la position de la deuxième vanne trois voies 56, le fluide sortant de la machine électrique 54 part vers le deuxième circuit haute température pour être refroidi dans l’aérotherme 32, le deuxième clapet anti-retour 36 empêchant un départ du fluide dans l’autre sens dans le deuxième circuit haute température. Le retour du fluide passe par le quatrième raccord trois branchements 34 puis par le septième raccord trois branchements 60, pour arriver sur la troisième pompe électrique 64, le chargeur de batterie 50 et l’onduleur 52.
[0035] De cette manière on utilise les calories générées par le chargeur de batterie 56, l’onduleur 52 ou la machine électrique 54 suivant ce qui est en fonctionnement, pour alimenter l’aérotherme 32 de chauffage de l’habitacle. [0036] La figure 2 présente un système de gestion thermique similaire, comprenant une première vanne rotative à quatre voies 70 comportant une première entrée a et une première sortie b reliées comme pour la première vanne trois voies précédente 4, et une deuxième entrée c ainsi qu’une deuxième sortie d disposées à la place des deux branchements du troisième raccord trois branchements 28 qui sont disposés en série dans le deuxième circuit haute température. Le premier clapet anti-retour 26 est retiré.
[0037] Dans une position boucle courte présentée figure 3A, la première vanne rotative 70 met en communication la première entrée a avec la première sortie b pour fermer la boucle très basse température, et la deuxième entrée c avec la deuxième sortie d pour fermer la boucle haute température, en séparant ces deux boucles.
[0038] Dans une position boucle longue présentée figure 3B, la première vanne rotative 70 met en communication la première entrée a avec la deuxième sortie d, et isole les deux autres voies c, d. La boucle très basse température est disposée en série avec la boucle haute température, le fluide venant de la batterie 2 allant directement vers l’aérotherme 32, le retour entre ces deux boucles se faisant par successivement le deuxième 24, le sixième 40 et le premier 10 raccord trois branchements.
[0039] D’une manière similaire une deuxième vanne rotative à quatre voies 72 comporte une première entrée a et une première sortie b reliées comme pour la deuxième vanne trois voies précédente 56, et une deuxième entrée c ainsi qu’une deuxième sortie d disposés à la place des deux branchements du cinquième raccord trois branchements 38 qui sont disposés en série dans le deuxième circuit haute température. Le deuxième clapet anti retour 36 est retiré.
[0040] La deuxième vanne rotative quatre voies 72 peut être en position boucle courte pour séparer la boucle haute température de la boucle basse température. Alternativement, la deuxième vanne rotative quatre voies 72 peut être en position boucle longue, la boucle haute température étant disposée en série avec la boucle basse température, le fluide venant de la machine électrique 54 allant directement vers le réchauffeur 20 puis l’aérotherme 32, le retour entre ces deux boucles se faisant par successivement le quatrième 34 et le septième 60 raccord trois branchements.
[0041 ] Un calculateur électronique réalise un contrôle du système thermique en fonction d’informations venant de différents capteurs, notamment les capteurs de température de chaque boucle 14, 22, 62, pour activer en particulier les pompes électriques 12, 30, 64 et les vannes pilotées 4, 56, afin d’optimiser les températures de fonctionnement et les rendements énergétiques.
[0042] La figure 4 présente une évolution par rapport à la figure 2, comportant des circuits identiques comprenant chaque une vanne quatre voies coulissante 80, 82 remplaçant une vanne quatre voies rotative 70, 72. Chaque vanne coulissante 80, 82 présentée figures 5A et 5B, comporte de manière identique deux entrées a, c et deux sorties b, d.
[0043] On a les mêmes possibilités de liaisons donnant une position boucle courte présentée figure 5A, reliant la première entrée a à la première sortie b et la deuxième entrée c à la deuxième sortie d, et alternativement par une commande d’un électroaimant 84 déplaçant un tiroir coulissant, et une position boucle longue présentée figure 5B, reliant la première entrée a à la deuxième sortie d, et isolant les deux autres voies b, c.
[0044] La figure 4 présente une isolation des trois circuits, chaque vanne coulissante 80, 82 étant dans sa position boucle courte.
[0045] Dans les figures 6, 7 et 8 suivantes les croix barrant les circuits indiquent une absence de passage de fluides.
[0046] La figure 6 présente une position boucle longue de la deuxième vanne coulissante 82. Le circuit très basse température est isolé, son refroidisseur 6 suffisant à refroidir la batterie 2. Le circuit haute température est en série avec le circuit basse température, l’énergie thermique générée par la machine électrique 54 et son onduleur 52, ou par le chargeur de batterie 50, étant utilisée pour réchauffer l’aérotherme 32 et chauffer l’habitacle du véhicule. L’échangeur thermique 58 est hors circuit pour ne pas perdre de calories vers l’extérieur.
[0047] La figure 7 présente une position boucle longue de la première vanne coulissante 80. Le circuit très basse température est en série avec le circuit haute température, ce qui permet de réchauffer la batterie 2 avec le réchauffeur 20, pour la chauffer avant ou au début du démarrage du véhicule afin de l’utiliser rapidement à sa température optimum. Le circuit basse température est isolé.
[0048] La figure 8 présente une position boucle longue de la première vanne coulissante 80 et de la deuxième vanne coulissante 82. Les trois circuits sont disposés en série, ce qui permet de chauffer la batterie 2 et l’aérotherme 32 avec le réchauffeur électrique 20, le chargeur de batterie 50, l’onduleur 52 ou la machine électrique 54 suivant ce qui est en fonctionnement en générant une énergie thermique.
[0049] La figure 9 présente une évolution par rapport à la figure 4, comportant une vanne coulissante à cinq voies 90, 92 à la place de chaque vanne coulissante à quatre voies 80, 82. Chaque vanne coulissante à cinq voies 90, 92 présentée figures 10A et 10B, comporte en plus une troisième sortie e qui est toujours reliée à la deuxième entrée b.
[0050] Le deuxième raccord trois branchements 24 du circuit haute température est supprimé, la liaison vers le sixième raccord trois branchements 40 conduisant au vase d’expansion 42 étant remplacée par la troisième sortie e de la première vanne cinq voies 90. De cette manière dans la position boucle courte de la première vanne cinq voies 90 le circuit haute température est toujours relié au vase d’expansion 42 du circuit très basse température, ce qui permet d’utiliser un même vase d’expansion tout en séparant ces deux circuits.
[0051 ] Le quatrième raccord trois branchements 36 du circuit haute température est supprimé, la liaison vers le septième raccord trois branchements 60 conduisant à la deuxième pompe 64 étant remplacée par la troisième sortie e de la deuxième vanne cinq voies 92. De cette manière dans la position boucle courte de la deuxième vanne cinq voies 92, le circuit basse température est toujours relié par une canalisation unique au circuit haute température, qui est lui-même toujours relié au vase d’expansion 42, ce qui permet d’utiliser un même vase d’expansion tout en séparant ces deux premiers circuits.
[0052] On notera que pour les fonctionnements en boucle longue, les pompes électriques 12, 30, 64 des circuits disposés en série sur un même débit, permettent d’augmenter ce débit dans la boucle longue formée.
[0053] On réalise avec ces différents systèmes thermiques une mise en commun de certains équipements de chauffage ou de refroidissement qui réduit la masse, l’encombrement et les coûts de ces systèmes. En particulier les boucles basse température et très basse température peuvent utiliser un échangeur thermique 58 commun pour les refroidir, et un réchauffeur commun 20 pour les chauffer.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système thermique d’un véhicule hybride ou électrique équipé d’une machine électrique de traction (54), comportant trois boucles de fluide caloporteur comprenant chacune des équipements disposés en série, une première boucle très basse température comprenant une batterie de traction (2) alimentant la machine électrique (54), et un refroidisseur de climatisation du véhicule (6), une deuxième boucle haute température comprenant un réchauffeur électrique du fluide (20) et un aérotherme de chauffage de l’habitacle (32), et une troisième boucle basse température comprenant la machine électrique de traction (54), son onduleur de commande (52) et un échangeur thermique avec l'air ambiant (58), caractérisé en ce qu’il comporte deux uniques vannes pilotées dont une unique première vanne pilotée à au moins trois voies (4, 70, 80, 90) pour isoler ou mettre en série le circuit très basse température et le circuit haute température, et une unique deuxième vanne pilotée à au moins trois voies (56, 72, 82, 92) pour isoler ou mettre en série le circuit haute température et le circuit basse température.
2. Système thermique selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les deux uniques vannes pilotées comportent chacune deux positions qui pour la première vanne (4, 70, 80, 90) laissent passer le fluide venant de la batterie (2) vers alternativement le refroidisseur (6) ou l’aérotherme (32), et pour la deuxième vanne (56, 72, 82, 92) laissent passer le fluide venant de la machine électrique (54) vers alternativement l’échangeur thermique (58) ou le réchauffeur (20).
3. Système thermique selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deux uniques vannes pilotées sont des vannes à trois voies (4, 56) comprenant une entrée (a) et deux sorties alternatives (b, d), le circuit haute température comportant en amont de la première vanne pilotée (4) un premier clapet anti-retour (26) laissant passer le fluide vers cette première vanne pilotée (4), et comportant en amont de la deuxième vanne pilotée (56) un deuxième clapet anti-retour (36) laissant passer le fluide vers cette deuxième vanne pilotée (56).
4. Système thermique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les deux uniques vannes pilotées sont des vannes à au moins quatre voies (70, 72, 80, 82, 90, 92) comprenant deux entrées (a, c) et deux sorties (b, d), une de ces entrées (c) et une de ces sorties (d) étant disposées en série dans le circuit haute température dans une position boucle courte.
5. Système thermique selon la revendication 4, caractérisé en ce que les vannes quatre voies pilotées sont des vannes rotatives (70, 72).
6. Système thermique selon la revendication 4, caractérisé en ce que les vannes quatre voies pilotées sont des vannes coulissantes (80, 82, 90, 92).
7. Système thermique selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte un unique vase d’expansion (42) relié en permanence aux trois circuits quelles que soient les positions des vannes pilotées (4, 70, 80, 90, 56, 72, 82, 92).
8. Système thermique selon les revendications 6 et 7, caractérisé en ce que les vannes coulissantes (90, 92) comportent une troisième voie de sortie (e) qui est reliée en permanence à ses deux voies d’entrée (a, c), la troisième voie de sortie (e) de la première vanne pilotée (90) étant reliée au vase d’expansion (42).
9. Système thermique selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la boucle basse température comporte un chargeur de batterie embarqué (50).
10. Véhicule automobile hybride ou électrique équipé d’une machine électrique de traction (54) alimentée par une batterie de traction (2), caractérisé en ce qu’il comporte un système thermique selon l’une quelconque des revendications précédentes.
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