WO2022228925A1 - Method for controlling a thermoelectric module, thermal actuator and control system - Google Patents

Method for controlling a thermoelectric module, thermal actuator and control system Download PDF

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WO2022228925A1
WO2022228925A1 PCT/EP2022/060196 EP2022060196W WO2022228925A1 WO 2022228925 A1 WO2022228925 A1 WO 2022228925A1 EP 2022060196 W EP2022060196 W EP 2022060196W WO 2022228925 A1 WO2022228925 A1 WO 2022228925A1
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conduit
useful power
duct
heat transfer
operating points
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Mohamed-Amine BOUBAKER
Georges De Pelsemaeker
William LAPIERRE
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Valeo Systemes Thermiques
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    • F25B5/00Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity
    • F25B5/02Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity arranged in parallel

Definitions

  • thermoelectric modules [1] The present invention relates to the field of thermoelectric modules
  • thermoelectric elements making it possible in particular to create an electric current in the presence of a temperature gradient between two of their opposite faces according to the phenomenon known as the Seebeck effect.
  • thermoelectric modules can also be used in particular to cool when powered by the Peltier effect.
  • thermoelectric modules can therefore be used as a substitute or in addition to an air conditioning and/or heating device in a motor vehicle.
  • thermoelectric elements by applying a direct current to the thermoelectric elements, the sensation of cold or heat can be significant and5 therefore not very pleasant for the user and the electrical consumption can be significant.
  • the present invention aims to provide a solution making it possible to provide optimum comfort to users while minimizing the electrical consumption of the thermoelectric modules.
  • thermoelectric module for a motor vehicle comprising: 5 - a first conduit configured to receive a heat transfer liquid,
  • a second duct configured to receive air intended for a passenger compartment of the motor vehicle
  • thermoelectric elements arranged between the first and the second duct, 0
  • control method comprising a step of applying pulse-width modulation to supply the thermoelectric elements as a function of a target useful power, the method also comprising: - a preliminary step of determining a plurality of operating points associating a duty cycle and a frequency of cycles of the pulse width modulation, said operating points corresponding, for each selected duty cycle value, to the frequency
  • the preliminary step of determining the operating points is carried out with given conditions of temperature and flow rate of the heat transfer liquid in the first conduit and of the air in the second conduit.
  • the selected temperature of the heat transfer liquid in the first conduit is between 3°C and 20°C,5 for example 20°C
  • the selected flow rate of the heat transfer liquid in the first conduit is between 30 L/h and 200 L/h, for example 60 L/h
  • the temperature of the air in the second conduit is between 18°C and 40°C, for example 20°C
  • the flow rate of the air in the second conduit is between 1 kg / h and 10 kg / h, for example 7.5 kg / h.
  • the operating point selected is the one maximizing the useful power produced.
  • the selected duty cycles5 are distributed between 10% and 90%.
  • the preliminary step comprises an extrapolation of the values of the intermediate operating points located between the selected duty cycles by applying a polynomial regression linking the various determined operating points.
  • the different operating points determined can be connected by straight line segments.
  • thermoelectric module for a motor vehicle comprising at least one thermoelectric module and a control unit of said thermoelectric module, [14]said thermoelectric module comprising:
  • a second duct configured to receive air intended for a passenger compartment of the motor vehicle
  • thermoelectric elements arranged between the first conduit and the second conduit
  • control unit being configured to apply a pulse-width modulation to the thermoelectric elements of the at least one thermoelectric module as a function of a target useful power, a duty cycle and a frequency of cycles of said modulation with pulse width being determined as a function of the desired useful power from a curve connecting a plurality of operating points associating a duty cycle and a frequency of cycles of the pulse width modulation, said operating points corresponding, for each selected duty cycle value, at the frequency of the cycles maximizing on the one hand the value of the useful power produced and on the other hand the value of a coefficient of performance.
  • thermoelectric elements are Peltier elements.
  • the temperature of the heat transfer liquid in the first conduit is between 3°C and 20°C, for example 20°C and the flow rate of the heat transfer liquid in the first pipe is between 30 L/h and 200 L/h, for example 60 L/h.
  • the temperature of the air in the second duct is between 18°C and
  • the air flow in the second duct is between 1 kg/h and 10 kg/h, for example 7.5 kg/h.
  • the present invention also relates to a passenger comfort management system in a motor vehicle interior comprising a secondary thermal loop forming the first conduit and comprising at least one thermal actuator as described above, said secondary thermal loop being arranged to transport the heat transfer liquid which is configured to exchange calories and/or cold temperatures with a main air conditioning unit [22]
  • the secondary thermal loop comprises several thermal actuators arranged in series or in parallel, a single control unit being configured to apply a pulse width modulation to the thermoelectric elements of
  • Figure 1 shows a diagram of a thermoelectric module
  • Figure 2 shows a diagram of a thermal actuator
  • Figure 3 shows a diagram of a thermal management system according to a first embodiment
  • Figure 4 shows a diagram of a thermal management system according to a second embodiment
  • 5 shows a graph representing the optimum cycle frequency as a function of the duty cycle value
  • FIG. 6 represents a graph of the curves of electrical power consumed, useful power supplied and power coefficient for different operating points; 0 [30]
  • FIG. 7 represents a flowchart of the steps of a method for controlling a thermoelectric module according to the present invention.
  • FIG. 8 represents a graph of the curves of electrical power consumed, useful power supplied and power coefficient as a function of the frequency of cycles for a given duty cycle; 5 [32] In these figures, identical elements bear the same references.
  • certain elements or parameters can be indexed, such as for example first element or second element as well as first parameter and second parameter or even first criterion and second criterion, etc.
  • it is a simple indexing to differentiate and name elements or parameters or criteria that are close, but not identical.
  • This indexing does not imply a priority of one element, parameter or criterion with respect to another and such denominations can easily be interchanged without departing from the scope of the present description.
  • This indexation does not imply an order in time either, for example to assess such and such a criterion.
  • the present invention relates to a thermal actuator 10 for a motor vehicle, in particular an electric vehicle, said thermal actuator 100 comprising a thermoelectric module 1 configured to produce a temperature gradient when it is powered by an electric current.
  • FIG. 1 represents an embodiment of a thermoelectric module 1 comprising a plurality of thermoelectric elements 3, eight thermoelectric elements 3 in the present case. 5
  • the thermoelectric elements 3 are for example Peltier elements. The number of thermoelectric elements 3 can be adapted according to the application and the power sought for the thermoelectric module 1. It is also possible to arrange several thermoelectric modules 1 adjacently.
  • the thermoelectric elements 3 are arranged between a first conduit 5 and a second conduit 7.
  • the first conduit 5 is configured to receive a heat transfer liquid, for example glycol water.
  • the heat transfer liquid is, for example, configured to circulate through a thermal regulation loop of the motor vehicle comprising in particular the first conduit 5 5 .
  • the thermal regulation loop comprises for example a pump configured to circulate the heat transfer liquid in the regulation loop and in particular in the first duct 5.
  • FIG. 3 represents an example of a thermal management system 1000 of a motor vehicle comprising a main air conditioning assembly 100 and a secondary thermal regulation loop 200 comprising a thermoelectric module 1.
  • the main assembly 100 comprises a evaporator 21, a condenser 22, a compressor 23, expansion valves 24 and 25 arranged respectively upstream of G evaporator 21 and of a heat exchanger 26, for example a chiller.
  • the evaporator 21 and the exchanger thermal 26 are here arranged in parallel.
  • the compressor 23 is configured to circulate a heat transfer fluid, for example a fluid from among the references R1234YF, 134a, 1234yf or C02, in the various elements of the main assembly 100.
  • the secondary thermal loop 200 is configured to transport heat and/or cold to a thermal actuator 10 comprising a thermoelectric module 1 as described previously.
  • the thermal actuator 10 is configured to act on the thermal comfort of a passenger in the passenger compartment and/or to provide calories and/or cold temperatures to a comfort accessory of the passenger compartment, for example a refrigerated compartment for food .
  • the secondary thermal loop 200 comprises a compressor 32 configured to circulate a heat transfer fluid, for example glycol water in the various elements of the secondary thermal loop 200.
  • the main assembly 100 and the secondary thermal loop 200 are configured to exchange calories and/or cold temperatures via the heat exchanger 26.
  • the secondary thermal loop 200 may include a plurality of thermal actuators 100 which may be arranged in parallel or in series.
  • the temperature of the glycol water is for example between 15°C and 3°C and its flow rate is for example between 500 and 2000L/h.
  • the first conduit 5 may be a bidirectional conduit comprising a central wall5 separating a first half-duct 5a in which the heat transfer liquid circulates in a first direction and a second half -conduit 5b in which the heat transfer liquid circulates in a second direction opposite to the first direction.
  • the two half-ducts 5a and 5b can be fluidically connected to one of the ends of the thermoelectric module 1.
  • the second duct 7 is configured to receive air intended for a passenger compartment of the motor vehicle.
  • the thermoelectric module 1 is for example configured to cool the air from the second duct 7 to the passenger compartment, the heat then being dissipated via the heat transfer liquid circulating in the first duct 5.
  • the thermoelectric module 1 can be configured to heat the air from the second duct 7 to the passenger compartment. In the latter case, the circulation of the heat transfer liquid in the first pipe 5 can be stopped.
  • the air in the second duct 7 is for example circulated to the passenger compartment by a fan 9.
  • the air in the second duct 7 is for example received from the passenger compartment or from outside the vehicle automobile.
  • first 5 and the second 7 ducts are arranged as close as possible to the thermoelectric elements so as to limit thermal losses.
  • the thermal contact between the first and second ducts 5, 7 and the thermoelectric elements 3 can be ensured by a thermal paste.
  • the thermal paste has for example a thermal conductivity of 3W/m.K.
  • the thermal actuator 10 also comprises a control unit 11 of the thermoelectric module 15 configured to supply the thermoelectric elements 3 of the thermoelectric module 1 with an electric current.
  • a single control unit 11 can be used to control the power supply to the thermoelectric elements 3 of the various thermoelectric modules 1.
  • the control unit 11 comprises in particular a battery 13 supplying direct current, a switch 14, for example a transistor whose opening and closing are controlled for example by a microcontroller or a microprocessor 16.
  • the control unit 11 can also include a resistor 155 allowing the measurement of the electric current applied to the thermoelectric module 1.
  • the battery 13 can be external to the control unit 10, for example a battery of the motor vehicle .
  • the control unit 11 is more particularly configured to apply a pulse-width modulation (PWM) in English) via the transistor 14 according to a target useful power.
  • the control unit 10 is more particularly configured to determine the parameters of the pulse width modulation, in particular the duty cycle and the frequency of the modulation cycles, making it possible to obtain the target power while optimizing the electrical consumption.
  • optimal operating points associating a duty cycle and a cycle frequency of the pulse width modulation are determined beforehand. Thus, as shown in the graph of Figure 5, for different duty cycle values distributed between 0%
  • the associated cycle frequency allowing to maximize both the useful power produced and the coefficient of performance (coefficient of performance "COP") is determined. 0 [52]If there is no operating point maximizing both the useful power produced and the coefficient of performance during the preliminary stage, the operating point selected is the one maximizing the useful power produced.
  • the conditions chosen are for example conditions encountered in normal operation.
  • the temperature of the heat transfer liquid in the first conduit 5 is for example between 3° C. and 20° C. so that the chosen temperature can be 20° C.
  • the flow rate of the heat transfer liquid 0 in the first conduit 5 is between 30 L/h and 200 L/h so that the chosen flow rate is for example 60 L/h
  • the temperature of the air in the second pipe 7 is for example between 18° C. and 40° C. so that the temperature of the chosen air can be 20° C.
  • the air flow in the second duct 7 is between 1 kg/h and 10 kg/h so that the chosen air flow5 can be 7.5 kg /h.
  • a curve C can be extrapolated for the intermediate values as shown in Figure 5. This extrapolation of the value of the operating points located between the chosen duty cycles can be obtained by applying a regression0 polynomial linking the different operating points determined or by any other type of appropriate regression. Alternatively, straight segments can be used to connect the various determined operating points.
  • Figure 6 shows the curves associated respectively with the electrical power consumed (curve Cl), with the useful power also called cold power in the case where one wants to cool the air of the second conduit 7 (curve C2) and the coefficient of performance (curve C3) for the different
  • control unit 11 is configured to select the optimal operating point associated with this useful power.
  • one of the parameters of the pulse width modulation for example the duty cycle
  • the useful power and the coefficient of performance obtained for different cycle frequencies can be determined as represented on the respective curves C4 (useful power) and C5 (coefficient of performance) of FIG. 8 for a duty cycle of 80% (Curve C6 represents the electrical power consumed).
  • the frequency can be determined according to the desired useful power or the frequency maximizing this useful power, here the 90Hz frequency corresponding to the optimal operating point of curve C for a duty cycle of 80% (figure 8 corresponds at a duty cycle of
  • the control unit 11 is configured to determine the optimal parameters of a pulse width modulation according to the desired useful power and/or the constraints imposed by the equipment and to apply this modulation pulse width on the thermoelectric elements 3 of the thermoelectric module 1.
  • the application of such a pulse width modulation makes it possible to limit the electrical consumption while obtaining the desired useful power and therefore the cooling, or the heating, desired which makes it possible, in the case of an electric vehicle, to increase the autonomy of the vehicle without reducing the comfort of the passengers.
  • the present invention also relates to a method for controlling the thermoelectric module 1 described above.
  • FIG. 7 represents a flowchart of the different steps of this method.
  • the first step 101 is a preliminary step of determining a
  • FIG. 5 represents 5 operating points associated respectively with the duty cycles 20%, 40%, 50%, 60% and 80%.
  • the corresponding frequencies are respectively 50Hz, 240Hz, 300Hz, 200Hz5 and 90Hz.
  • the chosen temperature of the heat transfer liquid in the first pipe is 20°C
  • the chosen flow rate of the heat transfer liquid in the first pipe is 60 L/h
  • the chosen temperature of the air in the second5 duct is 20°C
  • the selected air flow rate in the second duct 7 is
  • the second step 102 is also a preliminary step and concerns the determination of the useful power and/or the performance coefficient obtained for the various operating points determined as represented in FIG. 6.
  • curves such as curves C2 (useful power) and C3 (coefficient of performance) of FIG. 6 can be obtained by extrapolation for the intermediate values.
  • the curves C2 and C3 can be saved in a memory of the control unit 11.
  • the third step 103 concerns the selection of an operating point according to a thermal regulation command.
  • This command is for example sent to the control unit 11 by a central controller of the motor vehicle, for example according to a regulation temperature 0 selected by a user.
  • This command corresponds to a useful power to be supplied by the thermoelectric module(s) 1.
  • the control unit determines the operating point making it possible to obtain the desired output power.
  • the fourth step 104 concerns the application of a pulse width modulation5 whose parameters correspond to the operating points determined in step 103.

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Abstract

The present invention relates to a method for controlling a thermoelectric module (1) for a motor vehicle, comprising: - a first conduit (5) configured to receive a heat-transport liquid, - a second conduit (7) configured to receive air intended for an interior of the motor vehicle, - a plurality of thermoelectric elements (3) positioned between the first (5) and the second (7) conduits, the control method comprising: - a preliminary step (101) of determining a plurality of operating points combining a duty cycle and a pulse width modulation cycle frequency, said operating points corresponding, for each duty cycle value selected, to the cycle frequency that maximizes, on the one hand, the magnitude of the useful power produced and, on the other hand, the magnitude of a coefficient of performance, - a step (103) of selecting the operating point to be applied according to the target useful power on the basis of the results of the preliminary step (101), and - a step (104) of applying pulse width modulation in powering the thermoelectric elements (3) on the basis of a target useful power.

Description

PROCÉDÉ DE COMMANDE D’UN MODULE THERMOELECTRIQUE, ACTIONNEUR THERMIQUE ET SYSTÈME DE GESTION METHOD FOR CONTROLLING A THERMOELECTRIC MODULE, THERMAL ACTUATOR AND MANAGEMENT SYSTEM
[1]La présente invention concerne le domaine des modules thermoélectriques[1]The present invention relates to the field of thermoelectric modules
5 comprenant des éléments thermoélectriques permettant notamment de créer un courant électrique en présence d’un gradient de température entre deux de leurs faces opposées selon le phénomène connu sous le nom d’effet Seebeck. 5 comprising thermoelectric elements making it possible in particular to create an electric current in the presence of a temperature gradient between two of their opposite faces according to the phenomenon known as the Seebeck effect.
[2]Ces modules thermoélectriques peuvent aussi être utilisés notamment pour refroidir lorsqu’ils sont alimentés grâce à l’effet Peltier. 0 [3]De tels modules thermoélectriques peuvent donc être utilisés en substitution ou en complément d’un dispositif de climatisation et/ou de chauffage dans un véhicule automobile. [2]These thermoelectric modules can also be used in particular to cool when powered by the Peltier effect. 0 [3]Such thermoelectric modules can therefore be used as a substitute or in addition to an air conditioning and/or heating device in a motor vehicle.
[4]Cependant, en appliquant un courant continu sur les éléments thermoélectriques, la sensation de froid ou de chaud peut être importante et5 donc peu agréable pour G utilisateur et la consommation électrique peut être importante. [4]However, by applying a direct current to the thermoelectric elements, the sensation of cold or heat can be significant and5 therefore not very pleasant for the user and the electrical consumption can be significant.
[5]Or, avec l’avènement des véhicules électriques, il convient de limiter au maximum la consommation énergétique de manière à maximiser l’autonomie du véhicule. 0 [6]A cet effet, la présente invention vise à fournir une solution permettant de procurer un confort optimal aux usagers tout en limitant au maximum la consommation électrique des modules thermoélectriques. [5] However, with the advent of electric vehicles, it is necessary to limit energy consumption as much as possible in order to maximize the autonomy of the vehicle. 0 [6] To this end, the present invention aims to provide a solution making it possible to provide optimum comfort to users while minimizing the electrical consumption of the thermoelectric modules.
[7]L’ invention a donc pour objet un procédé de commande d’un module thermoélectrique pour véhicule automobile comprenant : 5 - un premier conduit configuré pour recevoir un liquide caloporteur, [7]The subject of the invention is therefore a method for controlling a thermoelectric module for a motor vehicle comprising: 5 - a first conduit configured to receive a heat transfer liquid,
- un deuxième conduit configuré pour recevoir de l’air à destination d’un habitacle du véhicule automobile, - a second duct configured to receive air intended for a passenger compartment of the motor vehicle,
-une pluralité d’éléments thermoélectriques disposés entre le premier et le deuxième conduit, 0 le procédé de commande comprenant une étape d’application d’une modulation à largeur d’impulsions pour alimenter les éléments thermoélectriques en fonction d’une puissance utile cible, le procédé comprenant également : - une étape préliminaire de détermination d’une pluralité de points fonctionnement associant un rapport cyclique et une fréquence de cycles de la modulation à largeur d’impulsions, lesdits points de fonctionnement correspondant, pour chaque valeur de rapport cyclique choisi, à la fréquence-a plurality of thermoelectric elements arranged between the first and the second duct, 0 the control method comprising a step of applying pulse-width modulation to supply the thermoelectric elements as a function of a target useful power, the method also comprising: - a preliminary step of determining a plurality of operating points associating a duty cycle and a frequency of cycles of the pulse width modulation, said operating points corresponding, for each selected duty cycle value, to the frequency
5 des cycles maximisant d’une part la valeur de la puissance utile produite et d’autre part la valeur d’un coefficient de performance, 5 cycles maximizing on the one hand the value of the useful power produced and on the other hand the value of a coefficient of performance,
- une étape de sélection du point de fonctionnement à appliquer en fonction de la puissance utile cible à partir des résultats de l’étape préliminaire. - a step for selecting the operating point to be applied according to the target useful power based on the results of the preliminary step.
[8]Selon un autre aspect de la présente invention, l’étape préliminaire de0 détermination des points de fonctionnement est réalisée avec des conditions données de température et de débit du liquide caloporteur dans le premier conduit et de l’air dans le deuxième conduit. [8]According to another aspect of the present invention, the preliminary step of determining the operating points is carried out with given conditions of temperature and flow rate of the heat transfer liquid in the first conduit and of the air in the second conduit.
[9] Selon un autre aspect de la présente invention, la température choisie du liquide caloporteur dans le premier conduit est comprise entre 3°C et 20°C,5 par exemple 20°C, le débit choisi du liquide caloporteur dans le premier conduit est compris entre 30 L/h et 200 L/h, par exemple 60L/h, la température de l’air dans le deuxième conduit est comprise entre 18°C et 40°C, par exemple 20°C, le débit de l’air dans le deuxième conduit est compris entre 1 kg/h et 10 kg/h, par exemple 7,5 kg/h. 0 [10]Selon un autre aspect de la présente invention, dans le cas où il n’existe pas un point de fonctionnement maximisant à la fois la puissance utile produite et le coefficient de performance lors de l’étape préliminaire, le point de fonctionnement sélectionné est celui maximisant la puissance utile produite. [9] According to another aspect of the present invention, the selected temperature of the heat transfer liquid in the first conduit is between 3°C and 20°C,5 for example 20°C, the selected flow rate of the heat transfer liquid in the first conduit is between 30 L/h and 200 L/h, for example 60 L/h, the temperature of the air in the second conduit is between 18°C and 40°C, for example 20°C, the flow rate of the air in the second conduit is between 1 kg / h and 10 kg / h, for example 7.5 kg / h. 0 [10]According to another aspect of the present invention, in the case where there does not exist an operating point maximizing both the useful power produced and the coefficient of performance during the preliminary stage, the operating point selected is the one maximizing the useful power produced.
[1 l]Selon un autre aspect de la présente invention, les rapports cycliques choisis5 sont répartis entre 10 % et 90 %. [1 l] According to another aspect of the present invention, the selected duty cycles5 are distributed between 10% and 90%.
[12]Selon un autre aspect de la présente invention, l’étape préliminaire comprend une extrapolation des valeurs des points de fonctionnement intermédiaires situés entre les rapports cycliques choisis en appliquant une régression polynomiale reliant les différents points de fonctionnement déterminés. 0 Alternativement, les différents points de fonctionnement déterminés peuvent être reliés par des segments de droite. [12]According to another aspect of the present invention, the preliminary step comprises an extrapolation of the values of the intermediate operating points located between the selected duty cycles by applying a polynomial regression linking the various determined operating points. 0 Alternatively, the different operating points determined can be connected by straight line segments.
[13]La présente invention concerne également un actionneur thermique pour véhicule automobile comprenant au moins un module thermoélectrique et une unité de commande dudit module thermoélectrique, [14]ledit module thermoélectrique comprenant : [13] The present invention also relates to a thermal actuator for a motor vehicle comprising at least one thermoelectric module and a control unit of said thermoelectric module, [14]said thermoelectric module comprising:
[15]- un premier conduit configuré pour recevoir un liquide caloporteur, [15]- a first conduit configured to receive a heat transfer liquid,
- un deuxième conduit configuré pour recevoir de l’air à destination d’un habitacle du véhicule automobile, - a second duct configured to receive air intended for a passenger compartment of the motor vehicle,
5 [16]- une pluralité d’éléments thermoélectriques disposés entre le premier conduit et le deuxième conduit, 5 [16]- a plurality of thermoelectric elements arranged between the first conduit and the second conduit,
[17]ladite unité de commande étant configurée pour appliquer une modulation à largeur d’impulsions sur les éléments thermoélectriques du, au moins un, module thermoélectrique en fonction d’une puissance utile cible, un rapport0 cyclique et une fréquence de cycles de ladite modulation à largeur d’impulsions étant déterminés en fonction de la puissance utile voulue à partir d’une courbe reliant une pluralité de points fonctionnement associant un rapport cyclique et une fréquence de cycles de la modulation à largeur d’impulsions, lesdits points de fonctionnement correspondant, pour chaque5 valeur de rapport cyclique choisi, à la fréquence des cycles maximisant d’une part la valeur de la puissance utile produite et d’autre part la valeur d’un coefficient de performance. [17]said control unit being configured to apply a pulse-width modulation to the thermoelectric elements of the at least one thermoelectric module as a function of a target useful power, a duty cycle and a frequency of cycles of said modulation with pulse width being determined as a function of the desired useful power from a curve connecting a plurality of operating points associating a duty cycle and a frequency of cycles of the pulse width modulation, said operating points corresponding, for each selected duty cycle value, at the frequency of the cycles maximizing on the one hand the value of the useful power produced and on the other hand the value of a coefficient of performance.
[18]Selon un autre aspect de la présente invention, les éléments thermoélectriques sont des éléments Peltier. 0 [19] Selon un autre aspect de la présente invention, en fonctionnement normal, la température du liquide caloporteur dans le premier conduit est comprise entre 3°C et 20°C, par exemple 20°C et le débit du liquide caloporteur dans le premier conduit est compris entre 30 L/h et 200 L/h, par exemple 60L/h. [18]According to another aspect of the present invention, the thermoelectric elements are Peltier elements. 0 [19] According to another aspect of the present invention, in normal operation, the temperature of the heat transfer liquid in the first conduit is between 3°C and 20°C, for example 20°C and the flow rate of the heat transfer liquid in the first pipe is between 30 L/h and 200 L/h, for example 60 L/h.
[20] Selon un autre aspect de la présente invention, en fonctionnement normal, la5 température de l’air dans le deuxième conduit est comprise entre 18°C et[20] According to another aspect of the present invention, in normal operation, the temperature of the air in the second duct is between 18°C and
40°C, par exemple 20°C, le débit de l’air dans le deuxième conduit est compris entre 1 kg/h et 10 kg/h, par exemple 7,5 kg/h. 40°C, for example 20°C, the air flow in the second duct is between 1 kg/h and 10 kg/h, for example 7.5 kg/h.
[21]La présente invention concerne également un système de gestion de confort de passager dans un habitacle de véhicule automobile comprenant une boucle0 thermique secondaire formant le premier conduit et comprenant au moins un actionneur thermique tel que décrit précédemment, ladite boucle thermique secondaire étant agencée pour transporter le liquide caloporteur qui est configuré pour échanger des calories et/ou des frigories avec un ensemble principal de climatisation· [22] Selon un autre aspect de la présente invention, la boucle thermique secondaire comprend plusieurs actionneurs thermiques disposés en série ou en parallèle, une unique unité de commande étant configurée pour appliquer une modulation à largeur d’impulsions sur les éléments thermoélectriques de[21] The present invention also relates to a passenger comfort management system in a motor vehicle interior comprising a secondary thermal loop forming the first conduit and comprising at least one thermal actuator as described above, said secondary thermal loop being arranged to transport the heat transfer liquid which is configured to exchange calories and/or cold temperatures with a main air conditioning unit [22] According to another aspect of the present invention, the secondary thermal loop comprises several thermal actuators arranged in series or in parallel, a single control unit being configured to apply a pulse width modulation to the thermoelectric elements of
5 l’ensemble des actionneurs thermiques. 5 all the thermal actuators.
[23]D’ autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d’exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels : [23]Other characteristics and advantages of the invention will appear more clearly on reading the following description, given by way of illustrative and non-limiting example, and the appended drawings, including:
[24]La figure 1 représente un schéma d’un module thermoélectrique; 0 [25]La figure 2 représente un schéma d’un actionneur thermique; [24] Figure 1 shows a diagram of a thermoelectric module; 0 [25]Figure 2 shows a diagram of a thermal actuator;
[26]La figure 3 représente un schéma d’un système de gestion thermique selon un premier mode de réalisation; [26] Figure 3 shows a diagram of a thermal management system according to a first embodiment;
[27]La figure 4 représente un schéma d’un système de gestion thermique selon un deuxième mode de réalisation ; 5 [28]La figure 5 représente un graphique représentant la fréquence de cycles optimale en fonction de la valeur de rapport cyclique ; [27] Figure 4 shows a diagram of a thermal management system according to a second embodiment; 5 [28] Figure 5 shows a graph representing the optimum cycle frequency as a function of the duty cycle value;
[29]La figure 6 représente un graphique des courbes de puissance électrique consommée, de puissance utile fournie et de coefficient de puissance pour différents points de fonctionnement ; 0 [30]La figure 7 représente un organigramme des étapes d’un procédé de commande d’un module thermoélectrique selon la présente invention ; [29] FIG. 6 represents a graph of the curves of electrical power consumed, useful power supplied and power coefficient for different operating points; 0 [30] FIG. 7 represents a flowchart of the steps of a method for controlling a thermoelectric module according to the present invention;
[31]La figure 8 représente un graphique des courbes de puissance électrique consommée, de puissance utile fournie et de coefficient de puissance en fonction de la fréquence des cycles pour un rapport cyclique donné ; 5 [32]Dans ces figures, les éléments identiques portent les mêmes références. [31] FIG. 8 represents a graph of the curves of electrical power consumed, useful power supplied and power coefficient as a function of the frequency of cycles for a given duty cycle; 5 [32] In these figures, identical elements bear the same references.
[33]Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s’appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De0 simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées ou interchangées pour fournir d’autres réalisations.[33]The following achievements are examples. Although the description refers to one or more embodiments, this does not necessarily mean that each reference is to the same embodiment, or that the features apply only to a single embodiment. Simple features of different embodiments can also be combined or interchanged to provide other realizations.
[34]Dans la présente description, on peut indexer certains éléments ou paramètres, comme par exemple premier élément ou deuxième élément ainsi que premier paramètre et second paramètre ou encore premier critère et deuxième critère, etc. Dans ce cas, il s’agit d’un simple indexage pour différencier et dénommer des éléments ou paramètres ou critères proches, mais non identiques. Cette indexation n’implique pas une priorité d’un élément, paramètre ou critère par rapport à un autre et on peut aisément inter- 5 changer de telles dénominations sans sortir du cadre de la présente description. Cette indexation n’implique pas non plus un ordre dans le temps par exemple pour apprécier tel ou tel critère. [34]In the present description, certain elements or parameters can be indexed, such as for example first element or second element as well as first parameter and second parameter or even first criterion and second criterion, etc. In this case, it is a simple indexing to differentiate and name elements or parameters or criteria that are close, but not identical. This indexing does not imply a priority of one element, parameter or criterion with respect to another and such denominations can easily be interchanged without departing from the scope of the present description. This indexation does not imply an order in time either, for example to assess such and such a criterion.
[35]La présente invention concerne un actionneur thermique 10 pour véhicule automobile, notamment un véhicule électrique, ledit actionneur thermique 100 comprenant un module thermoélectrique 1 configuré pour produire un gradient de température lorsqu’il est alimenté par un courant électrique. La figure 1 représente un exemple de réalisation d’un module thermoélectrique 1 comprenant une pluralité d’éléments thermoélectriques 3, huit éléments thermoélectriques 3 dans le cas présent. 5 [36]Les éléments thermoélectriques 3 sont par exemple des éléments Peltier. Le nombre d’éléments thermoélectriques 3 peut être adapté en fonction de l’application et de la puissance recherchée pour le module thermoélectrique 1. Il est également possible de disposer plusieurs modules thermoélectriques 1 de manière adjacente. 0 [37]Les élément thermoélectriques 3 sont disposés entre un premier conduit 5 et un deuxième conduit 7. Le premier conduit 5 est configuré pour recevoir un liquide caloporteur, par exemple de l’eau glycolée. Le liquide caloporteur est, par exemple, configuré pour circuler à travers une boucle de régulation thermique du véhicule automobile comprenant notamment le premier conduit5 5. La boucle de régulation thermique comprend par exemple une pompe configurée pour faire circuler le liquide caloporteur dans la boucle de régulation et notamment dans le premier conduit 5. [35] The present invention relates to a thermal actuator 10 for a motor vehicle, in particular an electric vehicle, said thermal actuator 100 comprising a thermoelectric module 1 configured to produce a temperature gradient when it is powered by an electric current. FIG. 1 represents an embodiment of a thermoelectric module 1 comprising a plurality of thermoelectric elements 3, eight thermoelectric elements 3 in the present case. 5 [36] The thermoelectric elements 3 are for example Peltier elements. The number of thermoelectric elements 3 can be adapted according to the application and the power sought for the thermoelectric module 1. It is also possible to arrange several thermoelectric modules 1 adjacently. 0 [37]The thermoelectric elements 3 are arranged between a first conduit 5 and a second conduit 7. The first conduit 5 is configured to receive a heat transfer liquid, for example glycol water. The heat transfer liquid is, for example, configured to circulate through a thermal regulation loop of the motor vehicle comprising in particular the first conduit 5 5 . The thermal regulation loop comprises for example a pump configured to circulate the heat transfer liquid in the regulation loop and in particular in the first duct 5.
[38]La figure 3 représente un exemple d’un système de gestion thermique 1000 d’un véhicule automobile comprenant un ensemble de climatisation principal0 100 et une boucle de régulation thermique secondaire 200 comprenant un module thermoélectrique 1. L’ensemble principal 100 comprend un évaporateur 21, un condenseur 22, un compresseur 23, des détendeurs 24 et 25 disposés respectivement en amont de G évaporateur 21 et d’un échangeur thermique 26, par exemple un chiller. L’ évaporateur 21 et l’échangeur thermique 26 sont ici disposés en parallèle. Le compresseur 23 est configuré pour faire circuler un fluide caloporteur, par exemple un fluide parmi les références R1234YF, 134a, 1234yf ou C02, dans les différents éléments de l’ensemble principal 100. [38] FIG. 3 represents an example of a thermal management system 1000 of a motor vehicle comprising a main air conditioning assembly 100 and a secondary thermal regulation loop 200 comprising a thermoelectric module 1. The main assembly 100 comprises a evaporator 21, a condenser 22, a compressor 23, expansion valves 24 and 25 arranged respectively upstream of G evaporator 21 and of a heat exchanger 26, for example a chiller. The evaporator 21 and the exchanger thermal 26 are here arranged in parallel. The compressor 23 is configured to circulate a heat transfer fluid, for example a fluid from among the references R1234YF, 134a, 1234yf or C02, in the various elements of the main assembly 100.
5 [39]La boucle thermique secondaire 200 est configurée pour transporter des calories et/ou des frigories vers un actionneur thermique 10 comprenant un module thermoélectrique 1 tel que décrit précédemment. L’ actionneur thermique 10 est configuré pour agir sur le confort thermique d’un passager dans l’habitacle et/ou pour apporter des calories et/ou des frigories à un0 accessoire de confort de l’habitacle, par exemple un compartiment réfrigéré pour aliments. La boucle thermique secondaire 200 comprend un compresseur 32 configuré pour faire circuler un fluide caloporteur, par exemple de l’eau glycolée dans les différents éléments de la boucle thermique secondaire 200. 5 [40]L’ ensemble principal 100 et la boucle thermique secondaire 200 sont configurés pour échanger des calories et/ou des frigories via l’échangeur thermique 26. 5 [39] The secondary thermal loop 200 is configured to transport heat and/or cold to a thermal actuator 10 comprising a thermoelectric module 1 as described previously. The thermal actuator 10 is configured to act on the thermal comfort of a passenger in the passenger compartment and/or to provide calories and/or cold temperatures to a comfort accessory of the passenger compartment, for example a refrigerated compartment for food . The secondary thermal loop 200 comprises a compressor 32 configured to circulate a heat transfer fluid, for example glycol water in the various elements of the secondary thermal loop 200. 5 [40]The main assembly 100 and the secondary thermal loop 200 are configured to exchange calories and/or cold temperatures via the heat exchanger 26.
[41] Alternativement, comme représenté sur la figure 4, la boucle thermique secondaire 200 peut comprendre une pluralité d’actionneurs thermiques 100 qui peuvent être disposés en parallèle ou en série. La température de l’eau glycolée est par exemple comprise entre 15°C et 3°C et son débit est par exemple compris entre 500 et 2000L/h. [41] Alternatively, as shown in Figure 4, the secondary thermal loop 200 may include a plurality of thermal actuators 100 which may be arranged in parallel or in series. The temperature of the glycol water is for example between 15°C and 3°C and its flow rate is for example between 500 and 2000L/h.
[42]Concemant le module thermoélectrique 1, comme représenté sur la figure 1, le premier conduit 5 peut être un conduit bidirectionnel comprenant une paroi5 centrale séparant un premier demi-conduit 5a dans lequel le liquide caloporteur circule dans un premier sens et un deuxième demi-conduit 5b dans lequel le liquide caloporteur circule dans un deuxième sens opposé au premier sens. Les deux demi-conduits 5a et 5b peuvent être reliés fluidiquement à l’une des extrémités du module thermoélectrique 1. 0 [43]Le deuxième conduit 7 est configuré pour recevoir de l’air à destination d’un habitacle du véhicule automobile. Le module thermoélectrique 1 est par exemple configuré pour refroidir l’air du deuxième conduit 7 à destination de l’habitacle, la chaleur étant alors dissipée via le liquide caloporteur circulant dans le premier conduit 5. [44]Alternativement, le module thermoélectrique 1 peut être configuré pour réchauffer l’air du deuxième conduit 7 à destination de l’habitacle. Dans ce dernier cas, la circulation du liquide caloporteur dans le premier conduit 5 peut être stoppée. [42] Regarding the thermoelectric module 1, as shown in Figure 1, the first conduit 5 may be a bidirectional conduit comprising a central wall5 separating a first half-duct 5a in which the heat transfer liquid circulates in a first direction and a second half -conduit 5b in which the heat transfer liquid circulates in a second direction opposite to the first direction. The two half-ducts 5a and 5b can be fluidically connected to one of the ends of the thermoelectric module 1. 0 [43]The second duct 7 is configured to receive air intended for a passenger compartment of the motor vehicle. The thermoelectric module 1 is for example configured to cool the air from the second duct 7 to the passenger compartment, the heat then being dissipated via the heat transfer liquid circulating in the first duct 5. [44] Alternatively, the thermoelectric module 1 can be configured to heat the air from the second duct 7 to the passenger compartment. In the latter case, the circulation of the heat transfer liquid in the first pipe 5 can be stopped.
5 [45]L’air dans le deuxième conduit 7 est par exemple circulé vers l’habitacle par un ventilateur 9. L’air dans le deuxième conduit 7 est par exemple reçu en provenance de l’habitacle ou de l’extérieur du véhicule automobile.5 [45] The air in the second duct 7 is for example circulated to the passenger compartment by a fan 9. The air in the second duct 7 is for example received from the passenger compartment or from outside the vehicle automobile.
[46]De plus, le premier 5 et le deuxième 7 conduits sont disposés le plus proche possible des éléments thermoélectriques de manière à limiter les pertes0 thermiques. Le contact thermique entre les premier et deuxième conduits 5, 7 et les éléments thermoélectriques 3 peut être assuré par une pâte thermique. La pâte thermique a par exemple une conductivité thermique de 3W/m.K. [46] In addition, the first 5 and the second 7 ducts are arranged as close as possible to the thermoelectric elements so as to limit thermal losses. The thermal contact between the first and second ducts 5, 7 and the thermoelectric elements 3 can be ensured by a thermal paste. The thermal paste has for example a thermal conductivity of 3W/m.K.
[47]Comme représenté sur la figure 2, l’actionneur thermique 10 comprend également une unité de commande 11 du module thermoélectrique 1 5 configurée pour alimenter les éléments thermoélectriques 3 du module thermoélectrique 1 avec un courant électrique. Dans le cas d’un dispositif comprenant une pluralité de modules thermoélectriques 1, une unique unité de commande 11 peut être utilisée pour commander l’alimentation électrique des éléments thermoélectriques 3 des différents modules thermoélectriques 1. 0 [48]L’unité de commande 11 comprend notamment une batterie 13 fournissant un courant continu, un interrupteur 14, par exemple un transistor dont l’ouverture et la fermeture sont contrôlées par exemple par un microcontrôleur ou un microprocesseur 16. [47] As shown in Figure 2, the thermal actuator 10 also comprises a control unit 11 of the thermoelectric module 15 configured to supply the thermoelectric elements 3 of the thermoelectric module 1 with an electric current. In the case of a device comprising a plurality of thermoelectric modules 1, a single control unit 11 can be used to control the power supply to the thermoelectric elements 3 of the various thermoelectric modules 1. 0 [48]The control unit 11 comprises in particular a battery 13 supplying direct current, a switch 14, for example a transistor whose opening and closing are controlled for example by a microcontroller or a microprocessor 16.
[49]L’unité de commande 11 peut également comprendre une résistance 155 permettant la mesure du courant électrique appliqué au module thermoélectrique 1. Alternativement, la batterie 13 peut être extérieure à l’unité de commande 10, par exemple une batterie du véhicule automobile. [49] The control unit 11 can also include a resistor 155 allowing the measurement of the electric current applied to the thermoelectric module 1. Alternatively, the battery 13 can be external to the control unit 10, for example a battery of the motor vehicle .
[50]L’unité de commande 11 est plus particulièrement configurée pour appliquer une commande à largeur d’impulsions (pulse-width modulation « PWM » en0 anglais) via le transistor 14 en fonction d’une puissance utile cible. L’unité de commande 10 est plus particulièrement configurée pour déterminer les paramètres de la modulation à largeur d’impulsions, en particulier le rapport cyclique et la fréquence des cycles de modulation, permettant d’obtenir la puissance cible tout en optimisant la consommation électrique. [51]Pour cela, des points de fonctionnement optimaux associant un rapport cyclique et une fréquence de cycles de la modulation à largeur d’impulsions sont préalablement déterminés. Ainsi, comme représenté sur la graphique de la figure 5, pour différentes valeurs de rapports cycliques réparties entre 0 %[50] The control unit 11 is more particularly configured to apply a pulse-width modulation (PWM) in English) via the transistor 14 according to a target useful power. The control unit 10 is more particularly configured to determine the parameters of the pulse width modulation, in particular the duty cycle and the frequency of the modulation cycles, making it possible to obtain the target power while optimizing the electrical consumption. [51]For this, optimal operating points associating a duty cycle and a cycle frequency of the pulse width modulation are determined beforehand. Thus, as shown in the graph of Figure 5, for different duty cycle values distributed between 0%
5 et 100 %, notamment entre 10 % et 90 %, dans le cas présent entre 20 % et5 and 100%, in particular between 10% and 90%, in the present case between 20% and
80 % (20 %, 40 %, 50 %, 60 % et 80%), la fréquence de cycles associée permettant de maximiser à la fois la puissance utile produite et le coefficient de performance (coefficient of performance « COP » en anglais) est déterminée. 0 [52]Dans le cas où il n’existe pas un point de fonctionnement maximisant à la fois la puissance utile produite et le coefficient de performance lors de l’étape préliminaire, le point de fonctionnement sélectionné est celui maximisant la puissance utile produite. 80% (20%, 40%, 50%, 60% and 80%), the associated cycle frequency allowing to maximize both the useful power produced and the coefficient of performance (coefficient of performance "COP") is determined. 0 [52]If there is no operating point maximizing both the useful power produced and the coefficient of performance during the preliminary stage, the operating point selected is the one maximizing the useful power produced.
[53]Cette détermination est réalisée avec des conditions données de température5 et de débit du liquide caloporteur dans le premier conduit 5 et de l’air dans le deuxième conduit 7. Les conditions choisies sont par exemple des conditions rencontrées en fonctionnement normal. La température du liquide caloporteur dans le premier conduit 5 est par exemple comprise entre 3°C et 20°C de sorte que la température choisie peut être de 20°C, le débit du liquide 0 caloporteur dans le premier conduit 5 est compris entre 30 L/h et 200 L/h de sorte que le débit choisi est par exemple 60L/h, la température de l’air dans le deuxième conduit 7 est par exemple comprise entre 18°C et 40°C de sorte que la température de l’air choisie peut être de 20°C, le débit de l’air dans le deuxième conduit 7 est compris entre 1 kg/h et 10 kg/h de sorte que le débit5 d’air choisi peut être de 7,5 kg/h. [53] This determination is carried out with given conditions of temperature5 and flow rate of the heat transfer liquid in the first conduit 5 and of the air in the second conduit 7. The conditions chosen are for example conditions encountered in normal operation. The temperature of the heat transfer liquid in the first conduit 5 is for example between 3° C. and 20° C. so that the chosen temperature can be 20° C., the flow rate of the heat transfer liquid 0 in the first conduit 5 is between 30 L/h and 200 L/h so that the chosen flow rate is for example 60 L/h, the temperature of the air in the second pipe 7 is for example between 18° C. and 40° C. so that the temperature of the chosen air can be 20° C., the air flow in the second duct 7 is between 1 kg/h and 10 kg/h so that the chosen air flow5 can be 7.5 kg /h.
[54]A partir des points de fonctionnement déterminés, une courbe C peut être extrapolée pour les valeurs intermédiaires comme représenté sur la figure 5. Cette extrapolation de la valeur des points de fonctionnement situés entre les rapports cycliques choisis peut être obtenue en appliquant une régression0 polynomiale reliant les différents points de fonctionnement déterminés ou par tout autre type de régression appropriée. Alternativement, des segments rectilignes peuvent être utilisés pour relier les différents points de fonctionnement déterminés. [55]La figure 6 représente les courbes associées respectivement à la puissance électrique consommée (courbe Cl), à la puissance utile aussi appelée puissance froide dans le cas où l’on veut refroidir l’air du deuxième conduit 7 (courbe C2) et au coefficient de performance (courbe C3) pour les différents[54]From the determined operating points, a curve C can be extrapolated for the intermediate values as shown in Figure 5. This extrapolation of the value of the operating points located between the chosen duty cycles can be obtained by applying a regression0 polynomial linking the different operating points determined or by any other type of appropriate regression. Alternatively, straight segments can be used to connect the various determined operating points. [55] Figure 6 shows the curves associated respectively with the electrical power consumed (curve Cl), with the useful power also called cold power in the case where one wants to cool the air of the second conduit 7 (curve C2) and the coefficient of performance (curve C3) for the different
5 points de fonctionnement déterminés précédemment sur la figure 5. Ainsi, en fonction de la puissance utile voulue, l’unité de commande 11 est configurée pour sélectionner le point de fonctionnement optimal associé à cette puissance utile. 5 operating points previously determined in FIG. 5. Thus, depending on the desired useful power, the control unit 11 is configured to select the optimal operating point associated with this useful power.
[56]Par ailleurs, l’un des paramètres de la modulation à largeur d’impulsions, par0 exemple le rapport cyclique, peut être imposé et fixe pour l’application de la modulation à largeur d’impulsions. Dans ce cas, la puissance utile et le coefficient de performance obtenue pour différentes fréquences de cycles peuvent être déterminés comme représenté sur les courbes respectives C4 (puissance utile) et C5 (coefficient de performance) de la figure 8 pour un5 rapport cyclique de 80 % (la courbe C6 représente la puissance électrique consommée). [56] Furthermore, one of the parameters of the pulse width modulation, for example the duty cycle, can be imposed and fixed for the application of the pulse width modulation. In this case, the useful power and the coefficient of performance obtained for different cycle frequencies can be determined as represented on the respective curves C4 (useful power) and C5 (coefficient of performance) of FIG. 8 for a duty cycle of 80% (Curve C6 represents the electrical power consumed).
[57]Ainsi la fréquence peut être déterminée en fonction de la puissance utile voulue ou la fréquence maximisant cette puissance utile, ici la fréquence 90Hz correspondant au point de fonctionnement optimal de la courbe C pour0 un rapport cyclique de 80 % (la figure 8 correspond à un rapport cyclique de[57] Thus the frequency can be determined according to the desired useful power or the frequency maximizing this useful power, here the 90Hz frequency corresponding to the optimal operating point of curve C for a duty cycle of 80% (figure 8 corresponds at a duty cycle of
80%). 80%).
[58] De la même manière, si la fréquence de cycles est imposée, le rapport cyclique peut être choisi à partir de la courbe C de la figure 5 de manière à maximiser la puissance utile produite. 5 [59] Ainsi, l’unité de commande 11 est configurée pour déterminer les paramètres optimaux d’une modulation à largeur d’impulsions en fonction de la puissance utile voulue et/ou des contraintes imposées par l’équipement et pour appliquer cette modulation à largeur d’impulsions sur les éléments thermoélectriques 3 du module thermoélectrique 1. 0 [60]L’ application d’une telle modulation à largeur d’impulsions permet de limiter la consommation électrique tout en obtenant la puissance utile voulue et donc le refroidissement, ou le chauffage, voulu ce qui permet, dans le cas d’un véhicule électrique, d’augmenter l’autonomie du véhicule sans réduire le confort des passagers. [61]La présente invention concerne également un procédé de commande du module thermoélectrique 1 décrit précédemment. La figure 7 représente un organigramme des différentes étapes de ce procédé. [58] In the same way, if the frequency of cycles is imposed, the duty cycle can be chosen from curve C of figure 5 so as to maximize the useful power produced. 5 [59] Thus, the control unit 11 is configured to determine the optimal parameters of a pulse width modulation according to the desired useful power and/or the constraints imposed by the equipment and to apply this modulation pulse width on the thermoelectric elements 3 of the thermoelectric module 1. 0 [60] The application of such a pulse width modulation makes it possible to limit the electrical consumption while obtaining the desired useful power and therefore the cooling, or the heating, desired which makes it possible, in the case of an electric vehicle, to increase the autonomy of the vehicle without reducing the comfort of the passengers. [61] The present invention also relates to a method for controlling the thermoelectric module 1 described above. FIG. 7 represents a flowchart of the different steps of this method.
[62]La première étape 101 est une étape préliminaire de détermination d’une[62]The first step 101 is a preliminary step of determining a
5 pluralité de points fonctionnement optimaux associant un rapport cyclique et une fréquence de cycles de la modulation à largeur d’impulsions. Pour chaque valeur de rapport cyclique choisi, la fréquence des cycles maximisant d’une part la valeur de la puissance utile produite et d’autre part la valeur d’un coefficient de performance est sélectionné pour fournir un point de0 fonctionnement. 5 plurality of optimal operating points associating a duty cycle and a cycle frequency of the pulse width modulation. For each chosen duty cycle value, the frequency of the cycles maximizing on the one hand the value of the useful power produced and on the other hand the value of a performance coefficient is selected to provide an operating point.
[63]Une pluralité de points de fonctionnement sont choisis dans une plage allant de 10 % à 90 %. La figure 5 représente 5 points de fonctionnement associés respectivement aux rapports cycliques 20 %, 40 %, 50%, 60 % et 80 %. Les fréquences correspondent sont respectivement 50Hz, 240Hz, 300Hz, 200Hz5 et 90Hz. [63] A plurality of operating points are selected from a range of 10% to 90%. FIG. 5 represents 5 operating points associated respectively with the duty cycles 20%, 40%, 50%, 60% and 80%. The corresponding frequencies are respectively 50Hz, 240Hz, 300Hz, 200Hz5 and 90Hz.
[64]Ces points de fonctionnement sont obtenus pour des valeurs données de température et de débit du liquide caloporteur dans le premier conduit 5 et d’air dans le deuxième conduit 7 mais peuvent être utilisés pour toute la plage d’utilisation de ces paramètres. Alternativement, différents points de 0 fonctionnement peuvent être déterminés pour différentes températures et/ou débits. [64]These operating points are obtained for given values of temperature and flow rate of the heat transfer liquid in the first conduit 5 and of air in the second conduit 7 but can be used for the entire range of use of these parameters. Alternatively, different operating points can be determined for different temperatures and/or flow rates.
[65]Dans le cas présent, la température choisie du liquide caloporteur dans le premier conduit est de 20°C, le débit choisi du liquide caloporteur dans le premier conduit est de 60L/h, la température choisie de l’air dans le deuxième5 conduit est de 20°C, le débit choisi de l’air dans le deuxième conduit 7 est de[65] In the present case, the chosen temperature of the heat transfer liquid in the first pipe is 20°C, the chosen flow rate of the heat transfer liquid in the first pipe is 60 L/h, the chosen temperature of the air in the second5 duct is 20°C, the selected air flow rate in the second duct 7 is
7,5 kg/h mais d’autres valeurs de la plage d’utilisation normale peuvent être choisies. 7.5 kg/h but other values of the normal use range can be chosen.
[66]A partir des points de fonctionnement déterminés, une courbe peut être extrapolée pour les valeurs intermédiaires comme la courbe C de la figure 5. 0 La courbe C peut être sauvegardée dans une mémoire de l’unité de commande 11. [66] From the determined operating points, a curve can be extrapolated for intermediate values like curve C in figure 5. 0 Curve C can be saved in a memory of the control unit 11.
[67]La deuxième étape 102 est également une étape préliminaire et concerne la détermination de la puissance utile et/ou du coefficient de performance obtenu pour les différents points de fonctionnement déterminés comme représenté sur la figure 6. De la même manière, à partir des valeurs obtenues, des courbes comme les courbes C2 (puissance utile) et C3 (coefficient de performance) de la figure 6, peuvent être obtenues par extrapolation pour les valeurs intermédiaires. Les courbes C2 et C3 peuvent être sauvegardées dans 5 une mémoire de l’unité de commande 11. [67] The second step 102 is also a preliminary step and concerns the determination of the useful power and/or the performance coefficient obtained for the various operating points determined as represented in FIG. 6. In the same way, from the values obtained, curves such as curves C2 (useful power) and C3 (coefficient of performance) of FIG. 6 can be obtained by extrapolation for the intermediate values. The curves C2 and C3 can be saved in a memory of the control unit 11.
[68]La troisième étape 103 concerne la sélection d’un point de fonctionnement en fonction d’une commande de régulation thermique. Cette commande est par exemple envoyée à l’unité de commande 11 par un contrôleur central du véhicule automobile par exemple en fonction d’une température de régulation0 sélectionnée par un utilisateur. Cette commande correspond à une puissance utile à fournir par le ou les module(s) thermoélectrique(s) 1. Ainsi, à partir de la courbe C2 de la figure 6, l’unité de commande détermine le point de fonctionnement permettant d’obtenir le puissance utile voulue. [68] The third step 103 concerns the selection of an operating point according to a thermal regulation command. This command is for example sent to the control unit 11 by a central controller of the motor vehicle, for example according to a regulation temperature 0 selected by a user. This command corresponds to a useful power to be supplied by the thermoelectric module(s) 1. Thus, from the curve C2 of FIG. 6, the control unit determines the operating point making it possible to obtain the desired output power.
[69]La quatrième étape 104 concerne l’application d’une modulation à largeur5 d’impulsions dont les paramètres correspondent aux points de fonctionnement déterminés à l’étape 103. [69] The fourth step 104 concerns the application of a pulse width modulation5 whose parameters correspond to the operating points determined in step 103.

Claims

Revendications Claims
[Revendication 1] Procédé de commande d’un module thermoélectrique (1) pour véhicule automobile comprenant : [Claim 1] Method of controlling a thermoelectric module (1) for a motor vehicle comprising:
- un premier conduit (5) configuré pour recevoir un liquide- a first conduit (5) configured to receive a liquid
5 caloporteur, 5 coolant,
- un deuxième conduit (7) configuré pour recevoir de l’air à destination d’un habitacle du véhicule automobile, - a second duct (7) configured to receive air intended for a passenger compartment of the motor vehicle,
- une pluralité d’éléments thermoélectriques (3) disposés entre le premier (5) et le deuxième conduit (7), 0 le procédé de commande comprenant une étape (104) d’application d’une modulation à largeur d’impulsions pour alimenter les éléments thermoélectriques (3) en fonction d’une puissance utile cible, caractérisé en ce que le procédé comprend également : 5 - une étape préliminaire (101) de détermination d’une pluralité de points fonctionnement associant un rapport cyclique et une fréquence de cycles de la modulation à largeur d’impulsions, lesdits points de fonctionnement correspondant, pour chaque valeur de rapport cyclique choisi, à la fréquence des cycles0 maximisant d’une part la valeur de la puissance utile produite et d’autre part la valeur d’un coefficient de performance,- a plurality of thermoelectric elements (3) arranged between the first (5) and the second conduit (7), 0 the control method comprising a step (104) of applying a pulse width modulation to supply the thermoelectric elements (3) as a function of a target useful power, characterized in that the method also comprises: 5 - a preliminary step (101) of determining a plurality of operating points associating a duty cycle and a frequency of cycles of the pulse-width modulation, said operating points corresponding, for each selected duty cycle value, to the frequency of the cycles0 maximizing on the one hand the value of the useful power produced and on the other hand the value of a coefficient of performance,
- une étape (103) de sélection du point de fonctionnement à appliquer en fonction de la puissance utile cible à partir des résultats de l’étape préliminaire (101). 5 - a step (103) for selecting the operating point to be applied as a function of the target useful power from the results of the preliminary step (101). 5
[Revendication 2] Procédé de commande selon la revendication précédente dans lequel l’étape préliminaire (101) de détermination des points de fonctionnement est réalisée avec des conditions données de température et de débit du liquide caloporteur dans le premier conduit (5) et de l’air dans le deuxième conduit (7). 0 [Claim 2] Control method according to the preceding claim, in which the preliminary step (101) of determining the operating points is carried out with given conditions of temperature and flow rate of the heat transfer liquid in the first conduit (5) and of the air in the second duct (7). 0
[Revendication 3] Procédé de commande selon la revendication précédente dans lequel la température choisie du liquide caloporteur dans le premier conduit (5) est comprise entre 3°C et 20°C, par exemple 20°C, le débit choisi du liquide caloporteur dans le premier conduit (5) est compris entre 30 L/h et 200 L/h, par exemple 60L/h, la température de l’air dans le deuxième conduit (7) est comprise entre 18°C et 40°C, par exemple 5 20°C, le débit de l’air dans le deuxième conduit (7) est compris entre 1 kg/h et 10 kg/h, par exemple 7,5 kg/h. [Claim 3] Control method according to the preceding claim, in which the chosen temperature of the heat transfer liquid in the first conduit (5) is between 3°C and 20°C, for example 20°C, the chosen flow rate of the heat transfer liquid in the first pipe (5) is between 30 L/h and 200 L/h, for example 60L/h, the temperature of the air in the second pipe (7) is between 18°C and 40°C, for example 20°C, the air flow in the second duct (7) is between 1 kg/h and 10 kg/h, for example 7.5 kg /h.
[Revendication 4] Procédé de commande selon l’une des revendications précédentes dans lequel, dans le cas où il n’existe pas un point de fonctionnement maximisant à la fois la puissance utile0 produite et le coefficient de performance lors de l’étape préliminaire, le point de fonctionnement sélectionné est celui maximisant la puissance utile produite. [Claim 4] Control method according to one of the preceding claims wherein, in the case where there is no operating point maximizing both the useful power produced and the coefficient of performance during the preliminary step, the operating point selected is that which maximizes the useful power produced.
[Revendication 5] Procédé de commande selon l’une des revendications précédentes dans lequel les rapports cycliques choisis sont5 répartis entre 10 % et 90 %. [Claim 5] Control method according to one of the preceding claims, in which the selected duty ratios are distributed between 10% and 90%.
[Revendication 6] Procédé de commande selon l’une des revendications précédentes dans lequel l’étape préliminaire (101) comprend une extrapolation des valeurs des points de fonctionnement intermédiaires situés entre les rapports cycliques choisis en0 appliquant une régression polynomiale reliant les différents points de fonctionnement déterminés. [Claim 6] Control method according to one of the preceding claims, in which the preliminary step (101) comprises an extrapolation of the values of the intermediate operating points located between the selected duty cycles by applying a polynomial regression linking the different operating points determined.
[Revendication 7] Actionneur thermique (10) pour véhicule automobile comprenant au moins un module thermoélectrique (1) et une unité de commande (11) dudit module thermoélectrique (1),5 ledit module thermoélectrique (1) comprenant : [Claim 7] Thermal actuator (10) for a motor vehicle comprising at least one thermoelectric module (1) and a control unit (11) of said thermoelectric module (1),5 said thermoelectric module (1) comprising:
- un premier conduit (5) configuré pour recevoir un liquide caloporteur, - a first conduit (5) configured to receive a heat transfer liquid,
- un deuxième conduit (7) configuré pour recevoir de l’air à destination d’un habitacle du véhicule automobile, 0 - une pluralité d’éléments thermoélectriques (3) disposés entre le premier conduit (5) et le deuxième conduit (7), ladite unité de commande (11) étant configurée pour appliquer une modulation à largeur d’impulsions sur les éléments thermoélectriques (3) du, au moins un, module thermoélectrique (1) en fonction d’une puissance utile cible, un rapport cyclique et une fréquence de cycles de ladite modulation à largeur d’impulsions étant déterminés en fonction de la puissance utile voulue à partir d’une courbe (C)- a second duct (7) configured to receive air intended for a passenger compartment of the motor vehicle, 0 - a plurality of thermoelectric elements (3) arranged between the first duct (5) and the second duct (7) , said control unit (11) being configured to apply a pulse width modulation to the thermoelectric elements (3) of the at least one module thermoelectric (1) as a function of a target useful power, a duty cycle and a cycle frequency of said pulse width modulation being determined as a function of the desired useful power from a curve (C)
5 reliant une pluralité de points fonctionnement associant un rapport cyclique et une fréquence de cycles de la modulation à largeur d’impulsions, lesdits points de fonctionnement correspondant, pour chaque valeur de rapport cyclique choisi, à la fréquence des cycles maximisant d’une part la valeur de la0 puissance utile produite et d’autre part la valeur d’un coefficient de performance. 5 connecting a plurality of operating points associating a duty cycle and a frequency of cycles of the pulse width modulation, said operating points corresponding, for each selected duty cycle value, to the frequency of cycles maximizing on the one hand the value of the useful power produced and on the other hand the value of a coefficient of performance.
[Revendication 8] Actionneur thermique (10) selon la revendication précédente dans lequel les éléments thermoélectriques (3) sont des éléments Peltier. 5 [Claim 8] Thermal actuator (10) according to the preceding claim, in which the thermoelectric elements (3) are Peltier elements. 5
[Revendication 9] Actionneur thermique (10) selon la revendication 7 ou 8 dans lequel, en fonctionnement normal, la température du liquide caloporteur dans le premier conduit (5) est comprise entre 3°C et 20°C, par exemple 20°C et le débit du liquide caloporteur dans le premier conduit (5) est compris entre 30 L/h et 2000 L/h, par exemple 60L/h. [Claim 9] Thermal actuator (10) according to Claim 7 or 8, in which, in normal operation, the temperature of the heat transfer liquid in the first conduit (5) is between 3°C and 20°C, for example 20°C and the flow rate of the heat transfer liquid in the first pipe (5) is between 30 L/h and 2000 L/h, for example 60 L/h.
[Revendication 10] Actionneur thermique (10) selon l’une des revendications 7 à 9 dans lequel, en fonctionnement normal, la température de l’air dans le deuxième conduit (7) est comprise entre 18°C et 40°C, par exemple 20°C, le débit de l’air dans le5 deuxième conduit (7) est compris entre 1 kg/h et 10 kg/h, par exemple 7,5 kg/h. [Claim 10] Thermal actuator (10) according to one of Claims 7 to 9, in which, in normal operation, the temperature of the air in the second duct (7) is between 18°C and 40°C, for example 20° C., the flow rate of the air in the second duct (7) is between 1 kg/h and 10 kg/h, for example 7.5 kg/h.
[Revendication 11] Système de gestion (1000) de confort de passager dans un habitacle de véhicule automobile comprenant une boucle thermique secondaire (200) formant le premier conduit (5) et0 comprenant au moins un actionneur thermique (10) selon l’une des revendications 7 à 10, ladite boucle thermique secondaire (200) étant agencée pour transporter le liquide caloporteur qui est configuré pour échanger des calories et/ou des frigories avec un ensemble principal de climatisation (100). [Revendication 12] Système de gestion (1000) de confort selon la revendication précédente dans lequel la boucle thermique secondaire (200) comprend plusieurs actionneurs thermiques (10) disposés en série ou en parallèle, une unique unité de 5 commande (11) étant configurée pour appliquer une modulation à largeur d’impulsions sur les éléments thermoélectriques (3) de l’ensemble des actionneurs thermiques (10). [Claim 11] Passenger comfort management system (1000) in a motor vehicle interior comprising a secondary thermal loop (200) forming the first conduit (5) and0 comprising at least one thermal actuator (10) according to one of claims 7 to 10, said secondary thermal loop (200) being arranged to transport the heat transfer liquid which is configured to exchange calories and/or cold with a main air conditioning assembly (100). [Claim 12] Comfort management system (1000) according to the preceding claim, in which the secondary thermal loop (200) comprises several thermal actuators (10) arranged in series or in parallel, a single control unit (11) being configured to apply a pulse width modulation to the thermoelectric elements (3) of the set of thermal actuators (10).
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