WO2022207882A1 - Dispositif de gestion thermique d'un habitacle - Google Patents

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WO2022207882A1
WO2022207882A1 PCT/EP2022/058714 EP2022058714W WO2022207882A1 WO 2022207882 A1 WO2022207882 A1 WO 2022207882A1 EP 2022058714 W EP2022058714 W EP 2022058714W WO 2022207882 A1 WO2022207882 A1 WO 2022207882A1
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Rody El Chammas
Muriel Porto
Philippe CHARCOSSET
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Valeo Systemes Thermiques
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Definitions

  • the field of the present invention is that of thermal management devices, and more particularly thermal management devices associated with a motor vehicle interior.
  • the thermal management devices associated with a passenger compartment of a motor vehicle are in particular configured to recover a flow of air, for example coming from outside the vehicle, and to heat it then distribute it, once the target temperature has been reached, in the direction of said cabin.
  • These thermal management devices may in particular comprise for this purpose a heating, ventilation and/or air conditioning installation box, which forms a heating and air flow distribution element, in which the air is passed through a heat exchanger to bring it up to temperature before being directed to distribution ducts opening into specific areas of the passenger compartment.
  • the flow of air can be heated within a heat exchanger by a supply of calories transferred by a refrigerant fluid circulating in a thermodynamic loop of the thermal management device, said refrigerant fluid being capable of transferring calories to the flow of air in the heat exchanger.
  • the thermodynamic loop is in particular equipped with a compressor capable of raising the pressure and temperature of said refrigerant fluid before it enters the heat exchanger.
  • the present invention falls within this context of thermal management of a passenger compartment of a motor vehicle, of the electric or hybrid vehicle type, and it aims to improve the existing thermal management devices, in particular by optimizing the use of calories from the electrical processing machine in order to obtain efficient heating of the passenger compartment while reducing the energy consumption associated with this heating.
  • the present invention proposes in particular a thermal management device capable of adopting several configurations as a function of a temperature of a heat transfer fluid at the outlet of the electrical treatment machine.
  • the invention proposes a thermal management device for the passenger compartment of a vehicle, the thermal management device comprising a first heat transfer fluid circuit, connected at least to one element for heating and distributing a flow of air in the passenger compartment and to a heat exchanger, a second heat transfer fluid circuit, connected at least to an electrical processing machine and to a heat exchanger, and a third refrigerant fluid circuit, which extends between the heat exchanger and the heat exchanger and which comprises at least one compressor so as to form a thermodynamic loop, at least one solenoid valve being arranged between the first circuit and the second circuit in order to make the second circuit and the first fluidically communicating or isolating circuit, the thermal management device being characterized in that it comprises at least one control module capable of controlling the solenoid valve as a function of a temperature of the heat transfer fluid at the outlet of the electrical processing machine, according to a first configuration in which the heat transfer fluid circulates from the second circuit directly to the first circuit and according to a second configuration in which the first circuit is fluidically isolated from the second circuit
  • the second circuit of the thermal management device corresponds in particular to a thermal regulation device of the electrical processing machine which cools and/or heats the latter by means of the heat transfer fluid.
  • the heat transfer fluid is used to cool the electric treatment machine, the latter captures the calories generated by the operation or the recharging of said electric treatment machine.
  • the heat transfer fluid in the first circulation configuration of the thermal management device, the heat transfer fluid is capable of flowing directly from the electric treatment machine to the heating and air flow distribution element, due to the arrangement of the solenoid valve or valves, such a first configuration being made possible by the fact that said heat transfer fluid has a sufficient temperature to ensure the heating of said air flow.
  • the only energy expenditure specific to the thermal management device consists of the consumption of the pumps arranged on the first and second circuits to circulate the heat transfer fluid.
  • the control module arranges the thermal management device according to the second configuration in order to implement the thermodynamic loop produced via the third refrigerant circuit. This makes it possible to raise the temperature of the heat transfer fluid intended to circulate in the heating and air flow distribution assembly, by forming a temperature gradient between the two quantities of heat transfer fluid circulating respectively in the first and second insulated circuits one of the other.
  • the energy consumption necessary for the operation of the compressor implies a higher energy cost than that associated with the first configuration, so that the first configuration is preferred when the temperature of the heat transfer fluid at the outlet of the processing machine electricity is sufficient.
  • the energy consumption associated with the operation of the compressor is limited by the calorie intake of the heat transfer fluid at the outlet of the electrical treatment machine.
  • the temperature gradient between the heat transfer fluid in the first circuit and the heat transfer fluid in the second circuit is minimal and the power to be supplied by the compressor is limited to reach the desired temperature of the refrigerant fluid in the condenser of the thermodynamic loop, here the second circuit heat exchanger.
  • advantage is taken of the invention in that it makes it possible to adapt the use of the third thermodynamic circuit only when the heat transfer fluid has at the outlet of the electric treatment machine a temperature that is too low to directly heat the air intended to be projected into the passenger compartment.
  • control module generates control instructions for the at least one solenoid valve to arrange the thermal management device according to the first configuration when the temperature of the heat transfer fluid at the outlet of the electrical treatment machine is greater than a first threshold temperature.
  • the threshold temperature is defined as a temperature above which the heat transfer fluid can be used to directly heat the flow of air intended to be projected into the passenger compartment. In other words, it is considered that the temperature of the heat transfer fluid, when it is higher than this first threshold temperature, makes it possible to ensure optimal heating of the passenger compartment without it being necessary to implement a thermodynamic loop to raise in temperature said heat transfer fluid.
  • control module generates control instructions for the at least one solenoid valve to arrange the thermal management device according to the second configuration when the temperature of the heat transfer fluid at the outlet of the electrical treatment machine is lower at the first threshold temperature and above a temperature associated with a minimum threshold.
  • the temperature associated with a minimum threshold of the heat transfer fluid corresponds to a temperature from which it is considered that the passenger compartment can be heated using the calories of the electrical treatment machine.
  • the temperature of the heat transfer fluid at the outlet of the electrical treatment machine is below the minimum temperature, it is considered that it has an insufficient quantity of calories to heat the passenger compartment, whether said heat transfer fluid undergoes a thermodynamic treatment or nope.
  • the thermal management device comprises at least one detection element which is capable of measuring the temperature of the heat transfer fluid circulating in the second circuit at the output of the electrical treatment and to communicate this measured temperature to the control module.
  • the first threshold temperature is of the order of 30° C.
  • the temperature associated with a minimum threshold can be of the order of 10° C. according to another example of the invention.
  • the electrical processing machine is an electrical storage device.
  • the electric treatment machine can be a rechargeable electric battery, able to rise in temperature and transfer calories to the heat transfer fluid of the second circuit when the vehicle, and therefore the electric battery, is in operation, or else when the vehicle is stationary and the electric battery is in charging mode.
  • the thermal management device comprises a fourth heat transfer fluid circuit connected to an additional electrical processing machine, the control module being able to control the at least one solenoid valve as a function of a temperature of the heat transfer fluid at the outlet of the additional electrical processing machine, so as to arrange the thermal management device according to the first configuration or the second configuration.
  • the additional electric processing machine can for example be an electric machine. It is then understood that the control module can control the solenoid valve according to the temperature of the electrical processing machine and/or of the additional electrical processing machine.
  • the fourth circuit is intended here to be fluidically connected to the second circuit, and the control of the solenoid valves by the control module according to the temperature of the heat transfer fluid allows or not fluid communication between the first circuit on the one hand and an assembly formed by the second and the fourth circuit on the other hand, this communication or not being linked moreover to the activation of the compressor and the circulation of the refrigerant fluid in the third circuit.
  • the invention also relates to a method for thermal management of a passenger compartment of a vehicle implemented by a thermal management device as has just been described, the method comprising at least a first step during which the detection element of the control module measures the temperature of the heat transfer fluid in the second circuit at the output of the electrical treatment machine, the control module comparing said measured temperature with temperature threshold values, and at least a second step during which the control module controls the at least one solenoid valve to arrange the thermal management device according to the first configuration or the second configuration according to the temperature value of the heat transfer fluid with respect to the temperature threshold values.
  • the control module When the temperature of the heat transfer fluid at the outlet of the electrical processing machine is higher than a minimum temperature, the control module considers that the calories generated by the electrical processing machine and captured by the heat transfer fluid can be used to participate in a economical passenger compartment heating operation. To this end, the control module activates at least one solenoid valve in order to arrange the various heat transfer fluid circuits in fluidic communication or not, and this control module activates pumps to achieve the circulation of the heat transfer fluid in these circuits and the case applicable activates a compressor of a thermodynamic loop.
  • the control module detects a command to heat the passenger compartment by the air flow distribution element.
  • the invention also relates to a vehicle comprising a body partially delimiting a passenger compartment, the vehicle comprising a thermal management device for the passenger compartment configured to implement a thermal management method for the passenger compartment according to any from the above process characteristics.
  • the vehicle is particular in that the thermal management method is implemented when said vehicle is traveling at a speed lower than a threshold speed.
  • the comparison of the speed of the vehicle with a threshold speed aims to identify particular cases of operation of the vehicle and in particular to distinguish cases where the vehicle is stationary, about to be stationary or in a start-up phase for example.
  • These specific operating cases of the vehicle are in particular preferred cases of implementation of the vehicle thermal management method. In these cases of operation, it may in particular be desirable to carry out a preheating or heating operation of the passenger compartment at low energy cost.
  • the threshold speed is of the order of 10 km/h.
  • FIG î is a schematic view of a motor vehicle comprising a thermal management device according to the invention
  • FIG 2 is a schematic view of the thermal management device of figure i comprising an electrical processing machine, a plurality of fluidic circuits and a control module capable of giving several configurations to the thermal management device by interconnecting such or such a fluidic circuit as a function of a temperature of a heat transfer fluid at the outlet of the electric treatment machine, the thermal management device here being arranged according to a first configuration;
  • FIG 3 is a schematic view of the thermal management device of Figure 1 comprising an electrical processing machine, a plurality of fluid circuits and a control module capable of giving several configurations to the thermal management device by connecting such or such a fluidic circuit as a function of a temperature of a heat transfer fluid at the outlet of the electric treatment machine, the thermal management device here being arranged according to a second configuration;
  • FIG 4 is a schematic view of a variant of the thermal management device according to the invention, comprising an electrical processing machine and an additional electrical processing machine, a plurality of fluidic circuits and a control module capable of giving several configurations to the thermal management device by interconnecting such and such a fluidic circuit as a function of a temperature of a heat transfer fluid at the outlet of one and/or the other of the electrical processing.
  • FIG. 1 illustrates a vehicle 1, here an automobile, comprising a body 2 which contributes to delimiting a passenger compartment 4 and wheels 6 partly ensuring the mobility of the vehicle 1.
  • the vehicle 1 also comprises a thermal management device 8 of the passenger compartment 4 comprising a plurality of fluidic circuits able to communicate with each other as will be described with reference to FIG. 2.
  • the vehicle comprises an element 10 for heating and distributing an air flow in the passenger compartment, ensuring the supply of a flow of hot and/or cold air in the passenger compartment 4, and arranged on one fluid circuits of the thermal management device 8.
  • the vehicle also comprises at least one electrical processing machine 14 which may be an electrical storage device or an electrical machine, and disposed respectively on one of the fluidic circuits of the thermal management device 8.
  • at least one electrical processing machine 14 which may be an electrical storage device or an electrical machine, and disposed respectively on one of the fluidic circuits of the thermal management device 8.
  • the thermal management device will more particularly be described with reference to a first embodiment visible in FIGS. 2 and 3, in which is schematically illustrated a plurality of fluidic circuits, including a first circuit 12, a second circuit 16 and a third route 20.
  • the heating and distribution element 10 is fluidically connected to the first circuit 12 of a heat transfer fluid ensuring a supply of calories capable of heating the air flow directed towards the passenger compartment 4.
  • the electric treatment machine 14 is fluidically connected to a second circuit 16 of the heat transfer fluid.
  • the second circuit 16 forms part of a device thermal regulation of the electric treatment machine 14, which is able to ensure the cooling of this electric treatment machine by means of the heat transfer fluid which allows the recovery of the calories generated by the electric treatment machine 14 during its operation or its recharge and then its evacuation.
  • the first circuit 12 and the second circuit 16 can be fluidically connected to each other, so that they are capable of forming a communicating loop within which the same heat transfer fluid circulates.
  • the third circuit 20 is distinct from the first circuit 12 and from the second circuit 16, and a refrigerant fluid distinct from the previously mentioned heat transfer fluid is intended to circulate in this third circuit. As will be described below in more detail, the third circuit 20 is configured to make it possible to connect a heat exchanger of the first circuit to a heat exchanger of the second circuit.
  • the second circuit 16 forms a loop extending from the electrical processing machine 14, here a battery-type electrical storage device, and it successively comprises a pump 28a, a first three-way solenoid valve 22 and a heat exchanger 18. More specifically, the first solenoid valve 22 is arranged at the junction of a first connecting branch 126a, capable of connecting the second circuit 16 to the first circuit 12, of a first branch 16a of the second circuit 16 which extends from the machine electric treatment unit 14 and which comprises the pump 28a, and a second branch 16b of the second circuit 16 which joins the electric treatment machine 14 and which comprises the heat exchanger 18.
  • the first solenoid valve 22 is able to fluidically connect the first and second circuits via the connecting branch and thus allow continuous circulation of the heat transfer fluid from one circuit to the other.
  • the first solenoid valve 22 is configured in such a way that it allows the heat transfer fluid to pass from the first branch 16a to the second branch 16b of the second circuit 16, by blocking access to the first circuit 12, the heat transfer fluid is distributed in each of the first and second circuits and the latter forms a loop of the heat transfer fluid fluidically independent of that formed by the first circuit 12.
  • the second circuit 16 comprises a detection element 38 configured to detect the temperature of the heat transfer fluid at the outlet of the electrical processing machine 14, the temperature of the heat transfer fluid being considered for the control of the first solenoid valve 22.
  • the first circuit 12 forms a fluid loop capable of being independent of the second circuit 16 or else fluidly connected to this second circuit 16 via the first connecting branch 126a, which communicates with the second circuit 16 upstream of the heat exchanger 18 with respect to a given direction of circulation of heat transfer fluid within this second circuit, and a second connecting branch 126b, which opens into the second circuit 16 downstream of the heat exchanger 18.
  • the first circuit comprises a pump 28b, a heat exchanger 24 and the heating and distribution element 10, arranged on a main branch 12a of the first circuit 12.
  • the first circuit 12 also comprises a second three-way solenoid valve 26 arranged at the junction of this main branch 12a, of the second connecting branch 126b and of a deflection branch 12b able to form with the main branch 12a a closed circulation loop of heat transfer fluid.
  • the two solenoid valves 22, 26 can be controlled simultaneously so that when the first solenoid valve 22 is closed in such a way that it prevents the passage of the heat transfer fluid from the second circuit 16 to the first circuit 12 and forces the heat transfer fluid present in the second circuit to pass through the heat exchanger 18, the second solenoid valve 26 is controlled so that it prevents the passage of the heat transfer fluid from the first circuit 12 to the second circuit 16 and forces the heat transfer fluid present in the first circuit to pass through the deflection branch 12b.
  • the circulation of the heat transfer fluid being shown diagrammatically by arrows and a thick line, each of the first circuit 12 and of the second circuit 16 then forms circulation loops of the heat transfer fluid that are fluidically independent of each other.
  • a pump 28 is arranged on each of the first circuit 12 and the second circuit 16 of the heat transfer fluid, such that said pumps 28 ensure the circulation of said heat transfer fluid within the thermal management device 8.
  • a first pump 28a of the second circuit 16 ensures the circulation of the heat transfer fluid from the electric treatment machine 14 to the heat exchanger 18 and its return to the electric treatment machine
  • a second pump 28b of the first circuit 12 ensures the circulation of the heat transfer fluid within the main branch 12a and the deflection branch 12c, through the heat exchanger 24 then the heating and distribution element 10.
  • the first pump 28a and the second pump 28b ensure the circulation of the heat transfer fluid from the electrical processing machine 14 to the heat exchanger 24 and the heating and distribution element 10 then to the electrical processing machine 14.
  • the first circuit 12 comprises an electrical resistor 30 able to provide additional heating of the air flow directed towards the passenger compartment and/or preheating of the machine of electrical treatment 14.
  • the electrical resistor 30 is then arranged upstream of the heating and distribution element 10 in the direction of circulation of the heat transfer fluid, between said heating and distribution element 10 and the heat exchanger 24.
  • the thermal management device 8 also comprises the third circuit 20 mentioned above. More specifically, the third circuit 20 is a refrigerant circuit which forms a closed loop extending between the heat exchanger 18 of the second circuit 16 and the heat exchanger 24 of the first circuit 12.
  • the third circuit 20 comprises in particular a expander 32 and a compressor 34, arranged between the heat exchanger and the heat exchanger, so as to be able to implement a thermodynamic cycle.
  • the third circuit thus forms a heat pump making it possible to increase the quantity of heat capable of being supplied to the heating and distribution element 10 by the heat transfer fluid at the outlet of the electrical processing machine 14.
  • This third circuit is implemented in particular when the solenoid valves are controlled to make each fluidically independent of the first circuit 12 and of the second circuit 16, as illustrated in FIG. 2 and on which the circulation of the refrigerant fluid is illustrated by double arrows .
  • a first exchange of calories is carried out within the heat exchanger 18 between the heat transfer fluid present in the second circuit 16 and the refrigerant fluid of the third circuit 20.
  • the refrigerant fluid is brought to evaporate and the resulting gas is passed through the compressor 34 inside which its pressure and its temperature increase, so as to be able to increase the calories likely to then be transferred to the heat transfer fluid of the first circuit 12, via a second exchange of calories within the heat exchanger 24 of the said first circuit 12.
  • the refrigerant fluid then has to pass through an expansion valve 32 to resume the desired state and pressure at the inlet of the heat exchanger 18.
  • the thermal management device 8 comprises a control module 36 able to control the operation of each of the solenoid valves 22,
  • control of the operation of these various elements is a function according to the invention of a temperature of the heat transfer fluid at the outlet of the electrical processing machine 14.
  • the thermal management device 8 allows a supply of calories in the heating and distribution element 10 according to two different configurations, namely a first configuration of the thermal management device in which the heat transfer fluid circulates directly from the second circuit 16 to the first circuit 12, without passing through the heat exchanger 18, and in which only the pumps are implemented, and a second configuration of the thermal management device in which the first and second circuits are isolated from each other and the third circuit 20 is used via the implementation of the compressor, the temperature of the heat transfer fluid circulating in the first circuit 12 being increased with respect to the temperature of the heat transfer fluid circulating in the second circuit 16 by the heat pump effect of the third circuit 20.
  • the heat transfer fluid which arrives in the heating and distribution element 10 is at a temperature substantially identical to the temperature at which it is at the outlet of the machine. electrical treatment 14, the heat transfer fluid flowing directly from the second circuit 16 to the first circuit 12 without thermodynamic treatment.
  • the heat transfer fluid caused to circulate in the heating and distribution element 10 in order to transfer calories to a flow of air intended to subsequently circulate in the cabin, is raised in temperature by heat exchange with the refrigerant of the third circuit 20 forming a thermodynamic loop.
  • control module 36 arranges the thermal management device according to the second configuration, it is understood that the thermodynamic loop undergone by the refrigerant fluid through the compressor 34, the expander 32 and the exchangers 18, 24 makes it possible to use calories of the portion of the heat transfer fluid circulating in the second circuit to consume less energy than necessary to bring the portion of the heat transfer fluid circulating in the first circuit to a suitable temperature to heat the air flow in the heating and distribution element 10.
  • the control module 36 is configured to control the solenoid valves 22, 26 as a function of a temperature of the heat transfer fluid leaving the electrical treatment machine 14.
  • the control module 36 is configured to communicate with a detection element 38 which is capable of measuring the temperature of the heat transfer fluid circulating in the second circuit 16 at the output of the electrical processing machine 14.
  • the control module 36 is moreover configured to analyze the temperature of the heat transfer fluid collected by the detection element 38, in particular by comparing it with one or more threshold values, and to control the operation of the solenoid valves 22,
  • control module 36 generates control instructions to arrange the thermal management device according to the first configuration when the temperature of the heat transfer fluid measured by the detection element 38 is greater than a first threshold temperature, otherwise called according to the invention upper threshold.
  • this first threshold temperature can be 30° C., and corresponds to a temperature from which it is acceptable to use directly, that is to say without additional heat treatment, the fluid coolant at the outlet of the electrical treatment machine 14 to heat the air flow intended to pass through the heating and distribution element 10.
  • the module control 36 When the temperature of the heat transfer fluid at the outlet of the electrical processing machine 14 measured by the detection element 38 is lower than this first threshold temperature while being higher than a second threshold temperature, otherwise called the minimum threshold according to the invention, the module control 36 generates control instructions to arrange the thermal management device according to the second configuration. In other words, when the temperature of the heat transfer fluid at the outlet of the electric treatment machine 14 is lower than 30° C. while being higher than a single minimum, the control module 36 generates a control instruction to the compressor 34 to put implements the third refrigerant circuit 20 and control instructions to the solenoid valves 22, 26 to fluidically isolate the first circuit 12 and the second circuit 16.
  • the temperature associated with the minimum threshold corresponds in particular to a minimum temperature from which it is possible to use the calories recovered from the electrical processing machine 14 to have an effective action of heating or preheating the passenger compartment.
  • the temperature of the heat transfer fluid at the outlet of the electrical processing machine 14 is lower than the temperature associated with the minimum threshold, means are implemented, independently of the invention, to allow heating of the passenger compartment via the heating and distribution element 10, without using, in accordance with the invention, the calories of the heat transfer fluid at the outlet of the electrical processing machine 14, the temperature of the heat transfer fluid being too low to have a significant thermal effect.
  • the temperature associated with the minimum threshold is equal to 10°C.
  • thermodynamic loop when the temperature of the heat transfer fluid does not is not sufficient to heat the passenger compartment directly, it being understood that in this second configuration, the contribution of calories recovered from the heat transfer fluid at the outlet of the electrical processing machine 14 is already sufficient to limit the energy consumption of the thermodynamic loop formed by the third circuit.
  • the method comprises a preliminary step during which the control module 36 detects a passenger compartment heating command by the heating and distribution 10, this command possibly resulting from an action by a user of the motor vehicle or else from an automatic operation, for example for preheating the passenger compartment before starting.
  • the method comprises a first step during which the detection element 38 of the control module 36 measures the temperature of the heat transfer fluid in the second circuit 16 at the outlet of the machine. electrical processing unit 14.
  • the control module 36 recovers this temperature datum and then analyzes the measured temperature by first comparing it to the temperature associated with the minimum threshold.
  • control module 36 initiates a passenger compartment heating operation using calories from the heat transfer machine. electrical treatment 14, via the heat transfer fluid present in the second circuit 16, in particular by activating the first pump 28a and the second pump 28b.
  • the control module 36 drives the first solenoid valve 22, and if necessary the second solenoid valve, in order to arrange the thermal management device according to the first configuration or the second configuration, in particular by authorizing or blocking a fluidic connection direct between first and second circuits and therefore avoiding or crossing the heat exchanger 18 present in the second circuit 16.
  • the piloting of the solenoid valves is carried out by control instructions generated by the control module depending on whether or not the the threshold temperature.
  • control module 36 controls the solenoid valves 22, 26 so that the heat transfer fluid can circulate according to the first configuration by passing from the first to the second circuit and so that this coolant can directly heat the air flow directed towards the passenger compartment by the heating and distribution element 10, without requiring thermodynamic treatment.
  • the control module 36 controls the first solenoid valve 22 and if necessary the second solenoid valve 26 so that the heat transfer fluid can circulate according to the second configuration, in particular by being split into two isolated portions the one on the other with a portion of the heat transfer fluid passed through the heat exchanger 18 on the second circuit 16 to exchange calories with the refrigerant of the third circuit 20.
  • the implementation of the thermal management method as it has just been described can be conditioned by, in addition to the condition mentioned of a detection of a heating command, a condition of vehicle speed lower than a threshold speed, for example equal to 10 km/h.
  • a condition of vehicle speed lower than a threshold speed for example equal to 10 km/h.
  • the thermal management method according to the invention is in particular implemented when the vehicle is started, when the electrical processing machine is formed by a rechargeable electric battery and when exiting from a recharging operation having reached high temperature said battery.
  • the thermal management method can also be implemented when the vehicle stops after a driving session during which the battery, or any other electrical processing machine and for example an electric motor, has risen to temperature and is able to give up calories to take part in the passenger compartment heating operation.
  • the thermal management method ensures heating of the passenger compartment by optimizing the energy consumption necessary to carry out this heating operation, in particular by adapting the strategy for recovering the calories captured by the heat transfer fluid within the electrical processing machine 14.
  • the heat transfer fluid and the calories that it has been able to capture within the electrical processing machine are used to reduce the energy cost necessary to operate a thermodynamic loop until having a coolant hot enough to perform an air heating function intended to be sent into the passenger compartment, and in an even more economical configuration, one can dispense with the thermodynamic treatment and its energy cost by freely circulating the heat transfer fluid within the first and second circuits, when the heat transfer fluid has a temperature judged to be sufficient to directly heat the air to be sent into the vehicle interior.
  • thermal management method according to the invention can also be implemented by means of a thermal management device according to a second embodiment of the invention, which will now be described with reference to FIG. 4, and which differs from the above in that the thermal management device 8 comprises a fourth circuit 40 of heat transfer fluid connected to an additional electrical processing machine 42. It should be considered that all the characteristics of the invention described above are apply mutatis mutandis to the second embodiment of the invention.
  • the fourth circuit 40 of heat transfer fluid extends from the additional electrical processing machine 42, here an electric motor, the fourth circuit 40 being more particularly a circuit of a thermal regulation device of the electrical machine 42.
  • the fourth circuit 40 comprises a main line 44 and a return line 46 which both extend between the first branch 16a of the second circuit 16 and the additional electrical processing machine 42, forming a closed circuit of coolant.
  • the fourth circuit also comprises, on the main pipe 44, a radiator 48 capable of implementing a heat exchange between the heat transfer fluid circulating in this fourth circuit and a refrigerant fluid from another circuit which is not detailed here.
  • the fourth circuit can also comprise a pump, not shown here, capable of circulating the heat transfer fluid within the fourth circuit.
  • a device 50 for detecting the temperature of the heat transfer fluid at the output of the additional electrical processing machine 42 is arranged on the fourth circuit 40.
  • the control module 36 is capable of controlling the circulation of the heat transfer fluid within the fourth circuit 40 as a function of its temperature at the output of the additional electrical processing machine 42.
  • control module 36 controls at least the first solenoid valve 22 and the second solenoid valve, and if necessary other solenoid valves here not shown and which can be arranged at the junction of the fourth circuit and the second circuit, to arrange the thermal management device in a first configuration in which said heat transfer fluid circulates from the fourth circuit 40 to the first branch 16a of the second circuit 16 then to the first circuit 12 avoiding the heat exchanger 18, when the temperature of the heat transfer fluid at the outlet of the additional electrical processing machine 42 is higher than the first threshold temperature.
  • control module 36 controls at least the first solenoid valve 22 to arrange the thermal management device according to the second configuration in which the third circuit 20 of refrigerant fluid is implemented by fluidically isolating the fourth circuit 40 and the second circuit 16 from the first circuit 12, the first circuit 12 and the second circuit 16 being fluidically isolated from one the other.
  • the invention as it has just been described advantageously makes it possible to ensure heating of the passenger compartment by optimizing the energy consumption necessary to carry out this heating operation, in particular by adapting the strategy for recovering the calories captured by the heat transfer fluid. within the electrical processing machine 14.
  • the invention cannot however be limited to the means and configurations exclusively described and illustrated, and also applies to all equivalent means or configurations and to any combination of such means or configurations.

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Abstract

Dispositif de gestion thermique (8) d'un habitacle d'un véhicule comprenant au moins un premier circuit (12) de fluide caloporteur relié à au moins un élément de distribution d'un flux d'air (10) dans l'habitacle (4) et à un échangeur thermique (24), un deuxième circuit (16) du fluide caloporteur relié à au moins une machine de traitement électrique (14) et à un échangeur de chaleur (18) et un troisième circuit (20) de fluide réfrigérant qui s'étend entre l'échangeur de chaleur (18) et l'échangeur thermique (24), au moins une électrovanne (22) étant disposée entre le premier circuit (12) et le deuxième circuit (16), le dispositif de gestion thermique (8) étant caractérisé en ce qu'il comprend au moins un module de contrôle (36) apte à contrôler l'électrovanne (22) en fonction d'une température du fluide caloporteur en sortie de machine de traitement électrique (14).

Description

Description
Titre : Dispositif de gestion thermique d'un habitacle.
Le domaine de la présente invention est celui des dispositifs de gestion thermique, et plus particulièrement les dispositifs de gestion thermique associés à un habitacle de véhicule automobile.
Les dispositifs de gestion thermique associés à un habitacle de véhicule automobiles sont notamment configurés pour récupérer un flux d’air, par exemple provenant de l’extérieur du véhicule, et pour le chauffer puis le distribuer, une fois la température cible atteinte, en direction dudit habitacle. Ces dispositifs de gestion thermique peuvent notamment comporter à cet effet un boîtier d’installation de chauffage, de ventilation et/ ou d’air conditionné, qui forme un élément de chauffage et de distribution de flux d’air, dans lequel l’air est amené à passer à travers un échangeur thermique pour le faire monter en température avant d’être dirigé vers des conduits de distribution débouchant dans des zones précises de l’habitacle. Plus particulièrement, le flux d’air peut être chauffé au sein d’un échangeur thermique par un apport de calories cédées par un fluide réfrigérant circulant dans une boucle thermodynamique du dispositif de gestion thermique, ledit fluide réfrigérant étant apte à céder des calories au flux d’air au sein de l’échangeur thermique. La boucle thermodynamique est notamment équipée d’un compresseur apte à faire monter en pression et en température ledit fluide réfrigérant avant que celui-ci pénètre dans l’échangeur thermique.
Par ailleurs, dans les véhicules électriques ou hybrides, équipés d’une machine de traitement électrique susceptible de s’échauffer fortement lors du roulage ou lors d’une opération de recharge, il est connu d’associer à ces machines de traitement électrique une boucle de refroidissement dans lequel un fluide caloporteur circule pour capter des calories de ces machines et les évacuer. Ces machines de traitement électrique peuvent consister en un dispositif de stockage électrique et/ou en une machine électrique. Il peut être envisagé d’utiliser ces calories captées par le fluide caloporteur pour chauffer au moins en partie l’habitacle du véhicule.
La présente invention s’inscrit dans ce contexte de gestion thermique d’un habitacle de véhicule automobile, de type véhicule électrique ou hybride, et elle vise à améliorer les dispositifs de gestion thermiques existants, notamment en optimisant l’utilisation des calories en provenance de la machine de traitement électrique afin d’obtenir un chauffage efficace de l’habitacle tout en réduisant la consommation énergétique associée à ce chauffage. La présente invention propose notamment un dispositif de gestion thermique apte à prendre plusieurs configurations en fonction d’une température d’un fluide caloporteur en sortie de la machine de traitement électrique.
Plus particulièrement, l’invention propose un dispositif de gestion thermique d’un habitacle d’un véhicule, le dispositif de gestion thermique comprenant un premier circuit de fluide caloporteur, relié au moins à un élément de chauffage et de distribution d’un flux d’air dans l’habitacle et à un échangeur thermique, un deuxième circuit de fluide caloporteur, relié au moins à une machine de traitement électrique et à un échangeur de chaleur, et un troisième circuit de fluide réfrigérant, qui s’étend entre l’échangeur de chaleur et l’échangeur thermique et qui comprend au moins un compresseur de manière à former une boucle thermodynamique, au moins une électrovanne étant disposée entre le premier circuit et le deuxième circuit afin de rendre communicants ou isoler fluidiquement le deuxième circuit et le premier circuit, le dispositif de gestion thermique étant caractérisé en ce qu’il comprend au moins un module de contrôle apte à contrôler l’électrovanne en fonction d’une température du fluide caloporteur en sortie de machine de traitement électrique, selon une première configuration dans laquelle le fluide caloporteur circule du deuxième circuit directement vers le premier circuit et selon une deuxième configuration dans laquelle le premier circuit est isolé fluidiquement du deuxième circuit et dans laquelle le compresseur est mis en œuvre pour que le fluide réfrigérant circule en boucle entre l’échangeur de chaleur et l’échangeur thermique.
Le deuxième circuit du dispositif de gestion thermique correspond notamment à un dispositif de régulation thermique de la machine de traitement électrique qui assure le refroidissement et/ ou le chauffage de cette dernière au moyen du fluide caloporteur. Dans le cas où le fluide caloporteur est utilisé pour refroidir la machine de traitement électrique, ce dernier capte les calories générées par le fonctionnement ou la recharge de ladite machine de traitement électrique. On comprend que dans la première configuration de circulation du dispositif de gestion thermique, le fluide caloporteur est apte à circuler directement depuis la machine de traitement électrique vers l’élément de chauffage et de distribution du flux d’air, du fait de l’agencement de la ou des électrovannes, une telle première configuration étant rendue possible par le fait que ledit fluide caloporteur présente une température suffisante pour assurer le chauffage dudit flux d’air. Dans cette première configuration, la seule dépense énergétique propre au dispositif de gestion thermique consiste en la consommation des pompes disposées sur les premier et deuxième circuits pour faire circuler le fluide caloporteur.
Dans le cas où il est déterminé que la température du fluide caloporteur peut permettre de participer au chauffage du flux d’air dirigé vers l’habitacle sans toutefois être suffisante pour réaliser intégralement cette opération de chauffage du flux d’air, le module de contrôle agence le dispositif de gestion thermique selon la deuxième configuration afin de mettre en œuvre la boucle thermodynamique réalisée par l’intermédiaire du troisième circuit de fluide réfrigérant. Ceci permet de faire monter la température du fluide caloporteur destinée à circuler dans l’ensemble de chauffage et de distribution du flux d’air, en formant un gradient de température entre les deux quantités de fluide caloporteur circulant respectivement dans les premier et deuxième circuits isolés l’un de l’autre.
Dans cette deuxième configuration, la consommation énergétique nécessaire pour le fonctionnement du compresseur implique un coût énergétique supérieur à celui associée à la première configuration, de sorte que la première configuration est privilégiée dès lors que la température du fluide caloporteur en sortie de la machine de traitement électrique est suffisante. Malgré tout, il convient de noter que la consommation énergétique associée au fonctionnement du compresseur est limitée par l’apport en calories du fluide caloporteur en sortie de la machine de traitement électrique. Le gradient de température entre le fluide caloporteur dans le premier circuit et le fluide caloporteur dans le deuxième circuit est minime et la puissance à fournir par le compresseur est limitée pour atteindre la température souhaitée du fluide réfrigérant dans le condenseur de la boucle thermodynamique, ici l’échangeur thermique du deuxième circuit.
En d’autres termes, on tire avantage de l’invention en ce qu’elle permet d’adapter l’utilisation du troisième circuit thermodynamique uniquement lorsque le fluide caloporteur présente en sortie de la machine de traitement électrique une température trop faible pour chauffer directement l’air destiné à être projeté dans l’habitacle.
Selon une caractéristique de l’invention, le module de contrôle génère des instructions de commande à l’au moins une électrovanne pour agencer le dispositif de gestion thermique selon la première configuration lorsque la température du fluide caloporteur en sortie de la machine de traitement électrique est supérieure à une première température seuil.
La température seuil se définit comme une température au-delà de laquelle le fluide caloporteur peut être utilisé pour chauffer directement le flux d’air destiné à être projeté l’habitacle. Dit autrement, on considère que la température du fluide caloporteur, lorsqu’elle est supérieure à cette première température seuil, permet d’assurer un chauffage optimal de l’habitacle sans qu’il soit nécessaire de mettre en œuvre une boucle thermodynamique pour faire monter en température ledit fluide caloporteur.
Selon une caractéristique de l’invention, le module de contrôle génère des instructions de commande à l’au moins une électrovanne pour agencer le dispositif de gestion thermique selon la deuxième configuration lorsque la température du fluide caloporteur en sortie de machine de traitement électrique est inférieure à la première température seuil et supérieure à une température associée à un seuil minimal.
La température associée à un seuil minimal du fluide caloporteur correspond à une température à partir de laquelle on considère que l’on peut chauffer l’habitacle en utilisant les calories de la machine de traitement électrique. Dit autrement, lorsque la température du fluide caloporteur en sortie de machine de traitement électrique est inférieure à la température minimale, on considère que celui-ci présente une quantité de calories insuffisante pour chauffer l’habitacle, que ledit fluide caloporteur subisse un traitement thermodynamique ou non.
Selon une caractéristique de l’invention, le dispositif de gestion thermique comprend au moins un élément de détection qui est apte à mesurer la température du fluide caloporteur circulant dans le deuxième circuit en sortie de la machine de traitement électrique et à communiquer cette température mesurée au module de contrôle.
Selon un exemple de l’invention, la première température seuil est de l’ordre de 30°C. Par ailleurs, la température associée à un seuil minimal peut être de l’ordre de io°C selon un autre exemple de l’invention. Selon une caractéristique de l’invention, la machine de traitement électrique est un dispositif de stockage électrique. En d’autres termes, la machine de traitement électrique peut être une batterie électrique rechargeable, apte à monter en température et céder des calories au fluide caloporteur du deuxième circuit lorsque le véhicule, et donc la batterie électrique, est en fonctionnement, ou bien lorsque le véhicule est à l’arrêt et que la batterie électrique est en mode de recharge.
Selon une caractéristique de l’invention, le dispositif de gestion thermique comprend un quatrième circuit du fluide caloporteur relié à une machine de traitement électrique additionnelle, le module de contrôle étant apte à contrôler l’au moins une électrovalve en fonction d’une température du fluide caloporteur en sortie de la machine de traitement électrique additionnelle, de manière à agencer le dispositif de gestion thermique selon la première configuration ou la deuxième configuration.
La machine de traitement électrique additionnelle peut être par exemple une machine électrique. On comprend alors que le module de contrôle peut piloter l’électrovanne en fonction de la température de la machine de traitement électrique et/ ou de la machine de traitement électrique additionnelle. Le quatrième circuit est destiné ici à être relié fluidiquement au deuxième circuit, et le pilotage des électrovannes par le module de contrôle en fonction de la température du fluide caloporteur permet ou non une communication fluidique entre le premier circuit d’une part et un ensemble formé par le deuxième et le quatrième circuit d’autre part, cette communication ou non étant liée par ailleurs à l’activation du compresseur et la circulation du fluide réfrigérant dans le troisième circuit.
L’invention porte également sur un procédé de gestion thermique d’un habitacle d’un véhicule mis en œuvre par un dispositif de gestion thermique tel qu’il vient d’être décrit, le procédé comprenant au moins une première étape au cours de laquelle l’élément de détection du module de contrôle mesure la température du fluide caloporteur dans le deuxième circuit en sortie de la machine de traitement électrique, le module de contrôle comparant ladite température mesurée à des valeurs seuils de température, et au moins une deuxième étape au cours de laquelle le module de contrôle commande l’au moins une électrovanne pour agencer le dispositif de gestion thermique selon la première configuration ou la deuxième configuration en fonction de la valeur de température du fluide caloporteur par rapport aux valeurs seuils de température.
Lorsque la température du fluide caloporteur en sortie de machine de traitement électrique est supérieure à une température minimale, le module de contrôle considère que l’on peut utiliser les calories générées par la machine de traitement électrique et captées par le fluide caloporteur pour participer à une opération de chauffage économique de l’habitacle. A cette fin, le module de contrôle active au moins une électrovanne afin d’agencer les différents circuits de fluide caloporteur en communication fluidique ou non, et ce module de contrôle active des pompes pour réaliser la circulation du fluide caloporteur dans ces circuits et le cas échéant active un compresseur d’une boucle thermodynamique.
Selon une caractéristique du procédé, à une étape préliminaire, avant la première étape, le module de contrôle détecte une commande de chauffage de l’habitacle par l’élément de distribution de flux d’air.
L’invention a par ailleurs pour objet un véhicule comprenant une carrosserie délimitant en partie un habitacle, le véhicule comprenant un dispositif de gestion thermique de l’habitacle configuré pour mettre en œuvre un procédé de gestion thermique de l’habitacle selon l’une quelconque des caractéristiques de procédé précédentes.
Selon une caractéristique de l’invention, le véhicule est particulier en ce que le procédé de gestion thermique est mis en œuvre lorsque ledit véhicule circule à une vitesse inférieure à une vitesse seuil.
La comparaison de la vitesse du véhicule à une vitesse seuil vise à identifier des cas particuliers de fonctionnement du véhicule et notamment distinguer des cas où le véhicule est à l’arrêt, en passe de l’être ou dans une phase de démarrage par exemple. Ces cas de fonctionnement particulier du véhicule sont notamment des cas préférés de mise en œuvre du procédé de gestion thermique du véhicule. Dans ces cas de fonctionnement, il peut notamment être souhaitable de réaliser une opération de préchauffage ou de chauffage de l’habitacle à bas coût énergétique.
Selon un exemple de l’invention, la vitesse seuil est de l’ordre de îo km/h.
Par ailleurs, il convient de considérer que l’on ne sortirait pas du contexte de l’invention si le procédé de gestion thermique tel qu’il a été décrit précédemment était mis en œuvre lorsque le véhicule circule sur une voie, à une vitesse supérieure à la vitesse seuil, c’est-à-dire lorsque la machine électrique génère une quantité de calories plus importante qu’à l’arrêt, lesdites calories pouvant être utilisées tel que précédemment détaillé, par le dispositif de gestion thermique. D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des dessins dans lesquels :
[Fig î] est une vue schématique d’un véhicule automobile comprenant un dispositif de gestion thermique selon l’invention ; [Fig 2] est une vue schématique du dispositif de gestion thermique de la figure i comprenant une machine de traitement électrique, une pluralité de circuits fluidique et un module de contrôle apte à donner plusieurs configurations au dispositif de gestion thermique en reliant entre eux tel ou tel circuit fluidique en fonction d’une température d’un fluide caloporteur en sortie de la machine de traitement électrique, le dispositif de gestion thermique étant ici agencé selon une première configuration ;
[Fig 3] est une vue schématique du dispositif de gestion thermique de la figure 1 comprenant une machine de traitement électrique, une pluralité de circuits fluidique et un module de contrôle apte à donner plusieurs configurations au dispositif de gestion thermique en reliant entre eux tel ou tel circuit fluidique en fonction d’une température d’un fluide caloporteur en sortie de la machine de traitement électrique, le dispositif de gestion thermique étant ici agencé selon une deuxième configuration ;
[Fig 4] est une vue schématique d’une variante du dispositif de gestion thermique selon l’invention, comprenant une machine de traitement électrique et une machine de traitement électrique additionnelle, une pluralité de circuits fluidique et un module de contrôle apte à donner plusieurs configurations au dispositif de gestion thermique en reliant entre eux tel ou tel circuit fluidique en fonction d’une température d’un fluide caloporteur en sortie de l’une et/ ou l’autre des machines de traitement électrique.
Il faut tout d’abord noter que si les figures exposent l’invention de manière détaillée pour sa mise en œuvre, ces figures peuvent bien entendu servir à mieux définir l’invention, le cas échéant. Il est également à noter que ces figures n’exposent que des exemples de réalisation de l’invention. Enfin, les mêmes repères désignent les mêmes éléments dans l'ensemble des figures.
La figure 1 illustre un véhicule 1, ici automobile, comprenant une carrosserie 2 qui participe à délimiter un habitacle 4 et des roues 6 assurant en partie la mobilité du véhicule 1. Le véhicule 1 comprend par ailleurs un dispositif de gestion thermique 8 de l’habitacle 4 comprenant une pluralité de circuits fluidiques aptes à communiquer entre eux tel que cela sera décrit en référence à la figure 2.
Le véhicule comporte un élément de chauffage et de distribution 10 d’un flux d’air dans l’habitacle, assurant la fourniture d’un flux d’air chaud et/ou froid dans l’habitacle 4, et disposé sur l’un des circuits fluidiques du dispositif de gestion thermique 8.
Le véhicule comporte également au moins une machine de traitement électrique 14 pouvant être un dispositif de stockage électrique ou une machine électrique, et disposé respectivement sur l’un des circuits fluidiques du dispositif de gestion thermique 8.
Le dispositif de gestion thermique va plus particulièrement être décrit en référence à un premier mode de réalisation visible sur les figures 2 et 3, sur lesquelles est illustré schématiquement une pluralité de circuits fluidiques parmi lesquels un premier circuit 12, un deuxième circuit 16 et un troisième circuit 20.
L’élément de chauffage et de distribution 10 est relié fluidiquement au premier circuit 12 d’un fluide caloporteur assurant un apport en calories apte à chauffer le flux d’air dirigé vers l’habitacle 4.
La machine de traitement électrique 14 est reliée fluidiquement à un deuxième circuit 16 du fluide caloporteur. Le deuxième circuit 16 forme partie d’un dispositif de régulation thermique de la machine de traitement électrique 14, qui est apte à assurer le refroidissement de cette machine de traitement électrique au moyen du fluide caloporteur qui permet la récupération des calories générées par la machine de traitement électrique 14 lors de son fonctionnement ou de sa recharge puis son évacuation. Le premier circuit 12 et le deuxième circuit 16 peuvent être fluidiquement connectés l’un à l’autre, de telle sorte qu’ils sont aptes à former une boucle communicante au sein de laquelle circule le même fluide caloporteur.
Le troisième circuit 20 est distinct du premier circuit 12 et du deuxième circuit 16, et un fluide réfrigérant distinct du fluide caloporteur précédemment évoqué est destiné à circuler dans ce troisième circuit. Tel que cela sera décrit ci-après plus en détails, le troisième circuit 20 est configuré pour permettre de relier un échangeur thermique du premier circuit à un échangeur de chaleur du deuxième circuit.
Le deuxième circuit 16 forme une boucle s’étendant depuis la machine de traitement électrique 14, ici un dispositif de stockage électrique de type batterie, et il comporte successivement une pompe 28a, une première électrovanne 22 tri- voies et un échangeur de chaleur 18. Plus précisément, la première électrovanne 22 est disposée à la jonction d’une première branche de liaison 126a, apte à relier le deuxième circuit 16 au premier circuit 12, d’une première branche 16a du deuxième circuit 16 qui s’étend depuis la machine de traitement électrique 14 et qui comporte la pompe 28a, et d’une deuxième branche 16b du deuxième circuit 16 qui rejoint la machine de traitement électrique 14 et qui comprend l’échangeur de chaleur 18.
On comprend alors que la première électrovanne 22 est apte à relier fluidiquement les premier et deuxième circuit via la branche de liaison et autoriser ainsi une circulation du fluide caloporteur continue d’un circuit à l’autre. Lorsque la première électrovanne 22 est configurée de telle sorte qu’elle autorise le passage du fluide caloporteur depuis la première branche 16a vers la deuxième branche 16b du deuxième circuit 16, en bouchant l’accès au premier circuit 12, le fluide caloporteur est réparti dans chacun des premier et deuxième circuit et ce dernier forme une boucle du fluide caloporteur fluidiquement indépendante de celle formée par le premier circuit 12. Tel que cela sera évoqué plus en détails ci-après, le deuxième circuit 16 comporte un élément de détection 38 configuré pour détecter la température du fluide caloporteur à la sortie de la machine de traitement électrique 14, la température du fluide caloporteur étant considérée pour le pilotage de la première électrovanne 22. Le premier circuit 12 forme une boucle de fluide apte à être indépendante du deuxième circuit 16 ou bien reliée fluidiquement à ce deuxième circuit 16 via la première branche de liaison 126a, qui communique avec le deuxième circuit 16 en amont de l’échangeur de chaleur 18 par rapport à un sens donné de circulation de fluide caloporteur au sein de ce deuxième circuit, et une deuxième branche de liaison 126b, qui débouche dans le deuxième circuit 16 en aval de l’échangeur de chaleur 18.
Le premier circuit comporte une pompe 28b, un échangeur thermique 24 et l’élément de chauffage et de distribution 10, disposés sur une branche principale 12a du premier circuit 12. Le premier circuit 12 comprend par ailleurs une deuxième électrovanne 26 tri-voies disposée à la jonction de cette branche principale 12a, de la deuxième branche de liaison 126b et d’une branche de déviation 12b apte à former avec la branche principale 12a une boucle de circulation fermée de fluide caloporteur.
On comprend que les deux électrovannes 22, 26 peuvent être pilotées simultanément pour que lorsque la première électrovanne 22 est fermée de telle sorte qu’elle empêche le passage du fluide caloporteur du deuxième circuit 16 vers le premier circuit 12 et force le fluide caloporteur présent dans le deuxième circuit à passer à travers l’échangeur de chaleur 18, la deuxième électrovanne 26 est pilotée de telle sorte qu’elle empêche le passage du fluide caloporteur du premier circuit 12 vers le deuxième circuit 16 et force le fluide caloporteur présent dans le premier circuit à passer à travers la branche de déviation 12b. Tel que cela est notamment visible sur la figure 2, la circulation du fluide caloporteur étant schématisé par des flèches et un trait gras, chacun du premier circuit 12 et du deuxième circuit 16 forme alors des boucles de circulation du fluide caloporteur indépendantes fluidiquement l’une de l’autre. On comprend également de cette configuration des électrovannes que, lorsque la première électrovanne 22 et la deuxième électrovanne 26 sont pilotées de telle sorte qu’elles autorisent la circulation entre le premier circuit 12 et le deuxième circuit 16 via les branches de liaison, ceux-ci forment une seule et même boucle de circulation du fluide caloporteur qui passe successivement par la machine de traitement électrique 14, l’échangeur thermique 24 et l’élément de chauffage et de distribution 10, en évitant le passage dans l’échangeur de chaleur II peut être constaté sur la figure 3, la circulation du fluide caloporteur étant schématisé par des flèches et un trait gras, que le même fluide caloporteur circule dans le premier circuit 12 et le deuxième circuit 16 et que le passage de ce fluide dans le premier circuit forme une dérivation de l’échangeur de chaleur 18.
Tel qu’évoqué, une pompe 28 est disposée sur chacun du premier circuit 12 et du deuxième circuit 16 du fluide caloporteur, de telle sorte que lesdites pompes 28 assurent la circulation dudit fluide caloporteur du sein du dispositif de gestion thermique 8. En d’autres termes, lorsque le premier circuit 12 et le deuxième circuit 16 sont isolés fluidiquement l’un de l’autre par les électrovannes 22, 26, une première pompe 28a du deuxième circuit 16 assure la circulation du fluide caloporteur depuis la machine de traitement électrique 14 vers l’échangeur de chaleur 18 et son retour vers la machine de traitement électrique, et une deuxième pompe 28b du premier circuit 12 assure la circulation du fluide caloporteur au sein de la branche principale 12a et la branche de déviation 12c, à travers l’échangeur thermique 24 puis l’élément de chauffage et de distribution 10.
Par ailleurs, lorsque le premier circuit 12 et le deuxième circuit 16 sont fluidiquement connectés par les branches de liaison, via un pilotage approprié des électrovannes 22, 26 tel qu’évoqué précédemment, la première pompe 28a et la deuxième pompe 28b assurent la circulation du fluide caloporteur depuis la machine de traitement électrique 14 vers l’échangeur thermique 24 et l’élément de chauffage et de distribution 10 puis vers la machine de traitement électrique 14.
Dans l’exemple illustré, sans que cela soit limitatif de l’invention, le premier circuit 12 comprend une résistance électrique 30 apte à assurer un chauffage supplémentaire du flux d’air dirigé vers l’habitacle et/ou un préchauffage de la machine de traitement électrique 14. La résistance électrique 30 est alors disposée en amont de l’élément de chauffage et de distribution 10 suivant le sens de circulation du fluide caloporteur, entre ledit élément de chauffage et de distribution 10 et l’échangeur thermique 24.
Le dispositif de gestion thermique 8 comprend par ailleurs le troisième circuit 20 évoqué précédemment. Plus précisément, le troisième circuit 20 est un circuit de fluide réfrigérant qui forme une boucle fermée s’étendant entre l’échangeur de chaleur 18 du deuxième circuit 16 et l’échangeur thermique 24 du premier circuit 12. Le troisième circuit 20 comprend notamment un détendeur 32 et un compresseur 34, disposés entre l’échangeur de chaleur et l’échangeur thermique, de manière à pouvoir mettre en œuvre un cycle thermodynamique. Le troisième circuit forme ainsi une pompe à chaleur permettant d’augmenter la quantité de chaleur apte à être fournie à l’élément de chauffage et de distribution 10 par le fluide caloporteur en sortie de la machine de traitement électrique 14.
Ce troisième circuit est notamment mis en œuvre lorsque les électrovannes sont pilotées pour rendre indépendants fluidiquement chacun du premier circuit 12 et du deuxième circuit 16, tel qu’illustré sur la figure 2 et sur lequel la circulation du fluide réfrigérant est illustrée par des doubles flèches.
Un premier échange de calories est réalisé au sein de l’échangeur de chaleur 18 entre le fluide caloporteur présent dans le deuxième circuit 16 et le fluide réfrigérant du troisième circuit 20. Lors de cet échange de calories, le fluide réfrigérant est amené à s’évaporer et le gaz qui en résulte est amené à traverser le compresseur 34 à l’intérieur duquel sa pression et sa température augmente, de manière à pouvoir augmenter les calories susceptibles d’être ensuite cédées au fluide caloporteur du premier circuit 12, via un deuxième échange de calories au sein de l’échangeur thermique 24 dudit premier circuit 12. Le fluide réfrigérant est ensuite à traverser un détendeur 32 pour reprendre l’état et la pression souhaités en entrée de l’échangeur de chaleur 18.
Selon l’invention, le dispositif de gestion thermique 8 comprend un module de contrôle 36 apte à contrôler le fonctionnement de chacune des électrovannes 22,
26 et apte par ailleurs à contrôler le fonctionnement des pompes 28 et du compresseur 34. Tel que cela sera évoqué ci-après, le contrôle du fonctionnement de ces différents éléments est fonction selon l’invention d’une température du fluide caloporteur en sortie de la machine de traitement électrique 14.
On comprend de ce qui précède que le dispositif de gestion thermique 8 selon l’invention permet un apport de calories dans l’élément de chauffage et de distribution 10 selon deux configurations différentes, à savoir une première configuration du dispositif de gestion thermique dans laquelle le fluide caloporteur circule directement du deuxième circuit 16 vers le premier circuit 12, sans passer par l’échangeur de chaleur 18, et dans laquelle seules les pompes sont mises en œuvre, et une deuxième configuration du dispositif de gestion thermique dans laquelle les premier et deuxième circuits sont isolés l’un de l’autre et le troisième circuit 20 est utilisé via la mise en œuvre du compresseur, la température du fluide caloporteur circulant dans le premier circuit 12 étant augmentée par rapport à la température du fluide caloporteur circulant dans le deuxième circuit 16 par l’effet de pompe à chaleur du troisième circuit 20.
En d’autres termes, dans la première configuration du dispositif de gestion thermique, le fluide caloporteur qui arrive dans l’élément de chauffage et de distribution 10 est à une température sensiblement identique à la température à laquelle il se trouve en sortie de la machine de traitement électrique 14, le fluide caloporteur circulant directement du deuxième circuit 16 au premier circuit 12 sans traitement thermodynamique. A l’inverse dans la deuxième configuration du dispositif de gestion thermique, le fluide caloporteur amené à circuler dans l’élément de chauffage et de distribution 10, pour céder des calories à un flux d’air destiné à circuler par la suite dans l’habitacle, est monté en température par un échange de chaleur avec le fluide réfrigérant du troisième circuit 20 formant une boucle thermodynamique. Lorsque le module de contrôle 36 arrange le dispositif de gestion thermique selon la deuxième configuration, on comprend que la boucle thermodynamique subie par le fluide réfrigérant à travers le compresseur 34, le détendeur 32 et les échangeurs 18, 24 permet d’utiliser des calories de la portion du fluide caloporteur circulant dans le deuxième circuit pour consommer moins d’énergie que nécessaire pour porter la portion du fluide caloporteur circulant dans le premier circuit à une température appropriée pour chauffer le flux d’air dans l’élément de chauffage et de distribution 10. Tel qu’évoqué, le module de contrôle 36 est configuré pour contrôler les électrovannes 22, 26 en fonction d’une température du fluide caloporteur en sortie de la machine de traitement électrique 14. A cette fin, le module de contrôle 36 est configuré pour communiquer avec un élément de détection 38 qui est apte à mesurer la température du fluide caloporteur circulant dans le deuxième circuit 16 en sortie de la machine de traitement électrique 14. Le module de contrôle 36 est configuré par ailleurs pour analyser la température du fluide caloporteur collectée par l’élément de détection 38, notamment en la comparant par rapport à une ou plusieurs valeurs seuils, et pour piloter le fonctionnement des électrovannes 22,
26, des pompes 28 et du compresseur 34 le cas échéant, selon la première configuration ou la deuxième configuration à donner au dispositif de gestion thermique 8 en fonction du dépassement ou non de ces valeurs seuils.
De manière plus précise, le module de contrôle 36 génère des instructions de commande pour arranger le dispositif de gestion thermique selon la première configuration lorsque la température du fluide caloporteur mesurée par l’élément de détection 38 est supérieure à une première température seuil, autrement appelé selon l’invention seuil supérieur. Selon un exemple de l’invention, cette première température seuil peut être de 30°C, et correspond à une température à partir de laquelle il est acceptable d’utiliser directement, c’est-à-dire sans traitement thermique additionnel, le fluide caloporteur en sortie de la machine de traitement électrique 14 pour chauffer le flux d’air destiné à passer dans l’élément de chauffage et de distribution 10.
Lorsque la température du fluide caloporteur en sortie de machine de traitement électrique 14 mesurée par l’élément de détection 38 est inférieure à cette première température seuil tout en étant supérieure à une deuxième température seuil, autrement appelé selon l’invention seuil minimal, le module de contrôle 36 génère des instructions de commande pour arranger le dispositif de gestion thermique selon la deuxième configuration. En d’autres termes, lorsque la température du fluide caloporteur en sortie de machine de traitement électrique 14 est inférieure à 30°C tout en étant supérieure à un seul minimal, le module de contrôle 36 génère une instruction de commande au compresseur 34 pour mettre en œuvre le troisième circuit 20 de fluide réfrigérant et des instructions de commande aux électrovannes 22, 26 pour isoler fluidiquement le premier circuit 12 et le deuxième circuit 16.
La température associée au seuil minimal correspond notamment à une température minimale à partir de laquelle il est possible d’utiliser les calories récupérées de la machine de traitement électrique 14 pour avoir une action efficace de chauffage ou de préchauffage de l’habitacle. Dans le cas où la température du fluide caloporteur en sortie de la machine de traitement électrique 14 est inférieure à la température associée au seuil minimal, des moyens sont mis en œuvre, indépendamment de l’invention, pour permettre un chauffage de l’habitacle via l’élément de chauffage et de distribution 10, sans utiliser conformément à l’invention les calories du fluide caloporteur en sortie de la machine de traitement électrique 14, la température du fluide caloporteur étant trop faible pour avoir un effet thermique significatif. Selon un exemple de l’invention, la température associée au seuil minimal est égale à 10 °C.
La prise en compte de la température pour agencer le dispositif de gestion thermique 8 selon deux configurations différentes est ici avantageuse en ce que cela permet d’adapter l’utilisation du fluide caloporteur qui sort de la machine de traitement électrique 14 en fonction de sa température. Ainsi la première configuration permet d’utiliser le fluide caloporteur sans traitement thermodynamique préalable, ce qui présente un intérêt en termes d’économie énergétique, tandis que la deuxième configuration met en œuvre le troisième circuit formant boucle thermodynamique lorsque la température du fluide caloporteur n’est pas suffisante pour chauffer directement l’habitacle, étant entendu que dans cette deuxième configuration, l’apport de calories récupérées du fluide caloporteur en sortie de la machine de traitement électrique 14 est déjà suffisant pour limiter la consommation énergétique de la boucle thermodynamique formée par le troisième circuit.
Un procédé de gestion thermique de l’habitacle selon l’invention, notamment mis en œuvre par un dispositif de gestion thermique 8 tel qu’il vient d’être décrit va maintenant être détaillé en référence aux figures 2 et 3.
Le procédé comprend une étape préliminaire au cours de laquelle le module de contrôle 36 détecte une commande de chauffage de l’habitacle par l’élément de chauffage et de distribution 10, cette commande pouvant résulter d’une action d’un utilisateur du véhicule automobile ou bien d’une opération automatique, par exemple pour un préchauffage de l’habitacle avant le démarrage. A l’issue de la détection de la commande de chauffage, le procédé comprend une première étape au cours de laquelle l’élément de détection 38 du module de contrôle 36 mesure la température du fluide caloporteur dans le deuxième circuit 16 en sortie de la machine de traitement électrique 14. Le module de contrôle 36 récupère cette donnée de température et analyse alors la température mesurée en la comparant dans un premier temps à la température associée au seuil minimal.
Dans le cas où la température du fluide caloporteur collectée par l’élément de détection 38 est supérieure à la température associée au seuil minimal, le module de contrôle 36 initie une opération de chauffage de l’habitacle utilisant des calories en provenance de la machine de traitement électrique 14, via le fluide caloporteur présent dans le deuxième circuit 16, notamment en activant la première pompe 28a et la deuxième pompe 28b.
Dans une deuxième étape, le module de contrôle 36 pilote la première électrovanne 22, et le cas échéant la deuxième électrovanne, afin d’agencer le dispositif de gestion thermique selon la première configuration ou la deuxième configuration, notamment en autorisant ou bloquant une liaison fluidique directe entre premier et deuxième circuits et donc en évitant ou en traversant l’échangeur de chaleur 18 présent dans le deuxième circuit 16. Le pilotage des électrovannes est réalisé par des instructions de commande générées par le module de contrôle en fonction du dépassement ou non de la température seuil.
Tel que cela a été évoqué précédemment, lorsque la température du fluide caloporteur mesurée par l’élément de détection 38 est supérieure à la première température seuil, le module de contrôle 36 pilote les électrovannes 22, 26 afin que le fluide caloporteur puisse circuler selon la première configuration en passant du premier au deuxième circuit et afin que ce fluide caloporteur puisse chauffer directement le flux d’air diriger vers l’habitacle par l’élément de chauffage et de distribution 10, sans nécessiter de traitement thermodynamique.
Et lorsque la température du fluide caloporteur en sortie de machine de traitement électrique 14 est inférieure à la première température seuil et supérieure à la température la température associée au seuil minimal, le module de contrôle 36 pilote la première électrovanne 22 et le cas échéant la deuxième électrovanne 26 de telle sorte que le fluide caloporteur puisse circuler suivant la deuxième configuration, notamment en étant scindé en deux portions isolées l’une de l’autre avec une portion du fluide caloporteur amené à traverser l’échangeur de chaleur 18 sur le deuxième circuit 16 pour échanger des calories avec le fluide réfrigérant du troisième circuit 20.
La mise en œuvre du procédé de gestion thermique tel qu’il vient d’être décrit peut être conditionnée par, outre la condition évoquée d’une détection de commande de chauffage, une condition de vitesse du véhicule inférieure à une vitesse seuil, par exemple égale à 10 km/h. Ainsi, le procédé de gestion thermique selon l’invention est notamment mis en œuvre au démarrage du véhicule, lorsque la machine de traitement électrique est formée par une batterie électrique rechargeable et que l’on sort d’une opération de recharge ayant portée à haute température ladite batterie. Le procédé de gestion thermique peut également être mis en œuvre lorsque le véhicule s’arrête après une session de roulage lors de laquelle la batterie, ou tout autre machine de traitement électrique et par exemple un moteur électrique, est montée en température et est apte à céder des calories pour participer à l’opération de chauffage de l’habitacle.
Dans le cas où le véhicule se déplace à une vitesse supérieure à la vitesse seuil, d’autres moyens de refroidissement sont mis en œuvre, ceux-ci n’étant pas décrit dans la présente description.
On tire avantage du procédé de gestion thermique tel qu’il vient d’être décrit en ce qu’il assure un chauffage de l’habitacle en optimisant la consommation énergétique nécessaire pour réaliser cette opération de chauffage, notamment en adaptant la stratégie de récupération des calories captées par le fluide caloporteur au sein de la machine de traitement électrique 14. En d’autres termes, le fluide caloporteur et les calories qu’il a pu capter au sein de la machine de traitement électrique sont utilisées pour diminuer le coût énergétique nécessaire pour faire fonctionner une boucle thermodynamique jusqu’à avoir un fluide caloporteur suffisamment chaud pour réaliser une fonction de chauffage d’air destiné à être envoyé dans l’habitacle, et dans une configuration encore plus économique, on peut se dispenser du traitement thermodynamique et de son coût énergétique en mettant librement en circulation le fluide caloporteur au sein des premier et deuxième circuits, lorsque le fluide caloporteur présente une température jugée comme suffisante pour chauffer directement l’air amené à être envoyé dans l’habitacle du véhicule. Un tel procédé de gestion thermique selon l’invention peut également être mis en œuvre par le biais d’un dispositif de gestion thermique selon un deuxième mode de réalisation de l’invention, qui va maintenant être décrit en référence à la figure 4, et qui diffère de ce qui précède en ce que le dispositif de gestion thermique 8 comprend un quatrième circuit 40 de fluide caloporteur relié à une machine de traitement électrique additionnelle 42. Il convient de considérer que l’ensemble des caractéristiques de l’invention décrites précédemment s’appliquent mutatis mutandis au deuxième mode de réalisation de l’invention.
Tel que visible à la figure 4, le quatrième circuit 40 de fluide caloporteur s’étend depuis la machine de traitement électrique additionnelle 42, ici un moteur électrique, le quatrième circuit 40 étant plus particulièrement un circuit d’un dispositif de régulation thermique de la machine électrique 42. Le quatrième circuit 40 comprend une conduite principale 44 et une conduite de retour 46 qui s’étendent toutes les deux entre la première branche 16a du deuxième circuit 16 et la machine de traitement électrique additionnelle 42, en formant un circuit fermé de fluide caloporteur. Le quatrième circuit comprend par ailleurs, sur la conduite principale 44, un radiateur 48 apte à mettre en œuvre un échange thermique entre le fluide caloporteur circulant dans ce quatrième circuit et un fluide réfrigérant d’un autre circuit qui n’est pas détaillé ici. Conformément à ce qui a pu être décrit précédemment, le quatrième circuit peut comprendre également une pompe, ici non représentée, apte à mettre en circulation le fluide caloporteur au sein du quatrième circuit.
Un dispositif de détection 50 de la température du fluide caloporteur en sortie de machine de traitement électrique additionnelle 42 est disposé sur le quatrième circuit 40. Ainsi, on comprend que le module de contrôle 36 est apte à piloter la circulation du fluide caloporteur au sein du quatrième circuit 40 en fonction de sa température en sortie de la machine de traitement électrique additionnelle 42. De manière plus précise, et de manière similaire à ce qui a pu être décrit pour le premier mode de réalisation, le module de contrôle 36 pilote au moins la première électrovanne 22 et la deuxième électrovanne, et le cas échéant d’autres électrovannes ici non représentées et qui peuvent être agencées à la jonction du quatrième circuit et du deuxième circuit, pour agencer le dispositif de gestion thermique dans une première configuration dans laquelle ledit fluide caloporteur circule du quatrième circuit 40 vers la première branche 16a du deuxième circuit 16 puis vers le premier circuit 12 en évitant l’échangeur de chaleur 18, lorsque la température du fluide caloporteur en sortie de machine de traitement électrique additionnelle 42 est supérieure à la première température seuil. Et, lorsque la température du fluide caloporteur en sortie de machine de traitement électrique additionnelle 42 est comprise entre la température associée au seuil minimal et le seuil supérieur, le module de contrôle 36 pilote au moins la première électrovanne 22 pour agencer le dispositif de gestion thermique selon la deuxième configuration dans laquelle le troisième circuit 20 de fluide réfrigérant est mis en œuvre en isolant fluidiquement le quatrième circuit 40 et le deuxième circuit 16 du premier circuit 12, le premier circuit 12 et le deuxième circuit 16 étant isolés fluidiquement l’un de l’autre.
L’invention telle qu’elle vient d’être décrite permet avantageusement d’assurer un chauffage de l’habitacle en optimisant la consommation énergétique nécessaire pour réaliser cette opération de chauffage, notamment en adaptant la stratégie de récupération des calories captées par le fluide caloporteur au sein de la machine de traitement électrique 14. L’invention ne saurait toutefois se limiter aux moyens et configurations exclusivement décrits et illustrés, et s’applique également à tous moyens ou configurations, équivalents et à toute combinaison de tels moyens ou configurations.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de gestion thermique (8) d’un habitacle (4) d’un véhicule (1), le dispositif de gestion thermique (8) comprenant au moins un premier circuit (12) de fluide caloporteur, relié au moins à un élément de distribution d’un flux d’air (10) dans l’habitacle (4) et à un échangeur thermique (24), un deuxième circuit (16) de fluide caloporteur, relié au moins à une machine de traitement électrique
(14) et à un échangeur de chaleur (18), et un troisième circuit (20) de fluide réfrigérant qui s’étend entre l’échangeur de chaleur (18) et l’échangeur thermique (24) et qui comprend au moins un compresseur (34) de manière à former une boucle thermodynamique, au moins une électrovanne (22, 26) étant disposée entre le premier circuit (12) et le deuxième circuit (16) afin de rendre communicants ou isoler fluidiquement le deuxième circuit (16) et le premier circuit (12), le dispositif de gestion thermique (8) étant caractérisé en ce qu’il comprend au moins un module de contrôle (36) apte à contrôler l’électrovanne (22, 26) en fonction d’une température du fluide caloporteur en sortie de machine de traitement électrique (14), selon une première configuration dans laquelle le fluide caloporteur circule du deuxième circuit (16) directement vers le premier circuit (12) et selon une deuxième configuration dans laquelle le premier circuit (12) est isolé fluidiquement du deuxième circuit (16) et dans laquelle le compresseur (34) est mis en œuvre pour que le fluide réfrigérant circule en boucle entre l’échangeur de chaleur (18) et l’échangeur thermique (24).
2. Dispositif de gestion thermique (8) selon la revendication précédente, dans lequel le module de contrôle (36) génère des instructions de commande à l’au moins une électrovanne (22, 26) pour agencer le dispositif de gestion thermique selon la première configuration lorsque la température du fluide caloporteur en sortie de machine de traitement électrique (14) est supérieure à une première température seuil.
3. Dispositif de gestion thermique (8) selon la revendication précédente, dans lequel le module de contrôle (36) génère des instructions de commande à l’au moins une électrovanne (22, 26) pour agencer le dispositif de gestion thermique selon la deuxième configuration lorsque la température du fluide caloporteur en sortie de machine de traitement électrique (14) est inférieure à la température seuil et supérieure à une température associée à un seuil minimal. 4. Dispositif de gestion thermique (8) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel un élément de détection (38) est apte à mesurer la température du fluide caloporteur circulant dans le deuxième circuit (16) en sortie de la machine de traitement électrique (14) et à communiquer cette température mesurée au module de contrôle.
5. Dispositif de gestion thermique (8) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la machine de traitement électrique (14) est un dispositif de stockage électrique.
6. Dispositif de gestion thermique (8) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant un quatrième circuit (40) du fluide caloporteur relié à une machine de traitement électrique additionnelle (42), le module de contrôle (36) étant apte à contrôler l’au moins une électrovalve (22) en fonction d’une température du fluide caloporteur en sortie de la machine de traitement électrique additionnelle (42) pour agencer le dispositif de gestion thermique selon la première configuration ou la deuxième configuration.
7. Procédé de gestion thermique d’un habitacle d’un véhicule mis en œuvre par un dispositif de gestion thermique (8) selon l’une quelconque des revendications précédentes, le procédé comprenant au moins une première étape au cours de laquelle l’élément de détection (38) du module de contrôle (36) mesure la température du fluide caloporteur dans le deuxième circuit (16) en sortie de la machine de traitement électrique (14), le module de contrôle (36) comparant ladite température mesurée à des valeurs seuils de température, et au moins une deuxième étape au cours de laquelle le module de contrôle (36) commande l’au moins une électrovanne (22) pour agencer le dispositif de gestion thermique selon la première configuration ou la deuxième configuration en fonction de la valeur de température du fluide caloporteur par rapport aux valeurs seuils de température.
8. Procédé de gestion thermique selon la revendication précédente, dans lequel à une étape préliminaire, avant la première étape, le module de contrôle (36) détecte une commande de chauffage de l’habitacle (4) par l’élément de distribution de flux d’air (10).
9. Véhicule (1) comprenant une carrosserie (2) délimitant en partie un habitacle (4), le véhicule (1) comprenant un dispositif de gestion thermique (8) de l’habitacle configuré pour mettre en œuvre un procédé de gestion thermique selon l’une quelconque des revendications 7 ou 8.
10. Véhicule (1) selon la revendication précédente, dans lequel le procédé de gestion thermique (8) est mis en œuvre lorsque ledit véhicule (1) circule à une vitesse inférieure à une vitesse seuil.
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