WO2024110223A1 - System and method for thermal management of a motor vehicle comprising an electric drive train and a fuel cell - Google Patents

System and method for thermal management of a motor vehicle comprising an electric drive train and a fuel cell Download PDF

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WO2024110223A1
WO2024110223A1 PCT/EP2023/081495 EP2023081495W WO2024110223A1 WO 2024110223 A1 WO2024110223 A1 WO 2024110223A1 EP 2023081495 W EP2023081495 W EP 2023081495W WO 2024110223 A1 WO2024110223 A1 WO 2024110223A1
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WO
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circuit
heat exchanger
heat treatment
fluid
treatment system
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/081495
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French (fr)
Inventor
Marion LORIEUL
Thierry PAROT
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Renault S.A.S.
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Publication date
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    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
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    • B60K2001/003—Arrangement or mounting of electrical propulsion units with means for cooling the electrical propulsion units
    • B60K2001/006—Arrangement or mounting of electrical propulsion units with means for cooling the electrical propulsion units the electric motors

Definitions

  • TITLE System and method for thermal management of a motor vehicle comprising an electric drive chain and a fuel cell
  • the invention relates to a heat treatment system for a motor vehicle, in particular a vehicle comprising an electric drive chain and more particularly a vehicle with an electric motor.
  • the invention also relates to a motor vehicle equipped with said system.
  • the invention also relates to a method of heat treatment of a motor vehicle.
  • One of the main issues to be addressed for electric vehicles is to offer the user autonomy, a range and a travel time close to those of thermal vehicles, including an internal combustion engine, while now suitable battery sizes.
  • the use of fuel cells is accompanied by numerous technical issues relating to heat treatment and the management of the heat treatment of the vehicle. Indeed, it is necessary to ensure both the heat treatment of the fuel cell and the electric drive chain.
  • the heat treatment of the fuel cell cannot be carried out using cooling fluids or liquids conventionally used for the heat treatment of the powertrain, the battery and/or power electronic elements included in the drive chain. It is therefore not possible to simply integrate such a fuel cell into an existing circuit or heat treatment system of the electric drive chain.
  • the heat treatment of the electric drive chain must be carried out at lower temperatures than the heat treatment carried out at the fuel cell.
  • the invention fits into this context and aims to provide a system and a method for heat treatment of a motor vehicle remedying the above drawbacks.
  • the invention proposes a heat treatment system for a motor vehicle comprising a ventilation, heating and/or air conditioning installation, a fuel cell device and an electric drive chain comprising an electric powertrain of the vehicle , at least one power electronic element and an electric driving battery, the heat treatment system comprising:
  • a first circuit for circulating a refrigerant fluid comprising at least one of the components of the electrical drive chain, in particular the electric powertrain of the vehicle, one or more electronic element(s) power and/or the electric driving battery, the first circuit further comprising a first heat exchanger configured to implement a thermal exchange between the refrigerant fluid and an air flow external to the vehicle
  • a second circuit for circulating a fluid, in particular a de-ionized fluid, comprising the fuel cell device and a second heat exchanger configured to implement a thermal exchange between the refrigerant fluid and a flow of air outside the vehicle;
  • a first heat exchanger configured to implement a heat exchange between the first circuit and the second circuit.
  • the heat treatment system may comprise a third circuit for circulating a cooling fluid, distinct from the first circuit and the second circuit and included in the ventilation, heating and/or air conditioning installation, the system comprising a second exchanger thermal configured to implement a thermal exchange between the first circuit and the third circuit.
  • the first circuit may include:
  • the heat treatment system may comprise a plurality of components of the drive chain, the at least one power electronic element being able to be arranged upstream of the electric powertrain in a direction of circulation of the refrigerant fluid and/or or the at least one power electronics element which can be selected from an on-board charger, a DC-DC converter and/or an inverter.
  • the first circuit can optionally comprise a plurality of power electronic elements comprising successively, in one direction of circulation of the refrigerant fluid, at least one on-board charger and/or a DC-DC converter then an inverter.
  • the first circuit may comprise a first solenoid valve, configured to direct the refrigerant fluid selectively towards the first heat exchanger or to bypass it according to a heat treatment mode implemented; and or
  • the first circuit may include a second solenoid valve, configured to direct the refrigerant fluid selectively towards the first heat exchanger or to bypass it according to a heat treatment mode implemented; and or
  • the second circuit may comprise a third solenoid valve, configured to direct the de-ionized fluid selectively towards the second heat exchanger or to bypass it according to a heat treatment mode implemented.
  • the first heat exchanger can be arranged:
  • the first circuit can include the electric driving battery and the first heat exchanger can then be arranged upstream of it and/or of the second heat exchanger depending on the direction of flow of the refrigerant fluid. Additionally or alternatively, the first heat exchanger can be arranged downstream of the fuel cell device according to the direction of circulation of the fluid in the second circuit. In particular, the first heat exchanger can be arranged downstream of the second solenoid valve and/or a second bypass branch of the first heat exchanger can be arranged downstream of the second solenoid valve, depending on the direction of circulation of the refrigerant fluid in the first circuit.
  • the first circuit may comprise a first reservoir, in particular a circulating or non-circulating jar
  • the second circuit may comprise a second reservoir, in particular a circulating or non-circulating jar.
  • the invention also relates to a motor vehicle with an electric motor comprising a ventilation, heating and/or air conditioning installation, a fuel cell device (and an electric drive chain comprising the electric powertrain, the at least one power electronics element and/or the electric driving battery, the vehicle comprising a heat treatment system according to the invention, at least one member for measuring a temperature of a component of the electric drive chain and at least one device for controlling the circulation of the refrigerant fluid in the first circuit and the circulation of the de-ionized fluid in the second circuit.
  • the invention finally relates to a method of heat treatment of a motor vehicle according to the invention, the method comprising:
  • Figure 1 is a simplified schematic representation of an exemplary embodiment of a vehicle equipped with a heat treatment system.
  • Figure 2 is a schematic representation of an exemplary embodiment of the heat treatment system.
  • Figure 3 is a schematic representation of an example of execution of a first operating mode of the heat treatment system.
  • Figure 4 is a schematic representation of an example of execution of a second mode of operation of the heat treatment system.
  • Figure 5 is a schematic representation of an example of execution of a third mode of operation of the heat treatment system.
  • Figure 6 is a schematic representation of an example of execution of a fourth operating mode of the heat treatment system.
  • Figure 7 is a schematic representation of an example of execution of a fifth operating mode of the heat treatment system.
  • Figure 8 is a schematic representation of an alternative embodiment of the heat treatment system of Figure 2.
  • FIGS 1 and 2 schematically illustrate a motor vehicle 100 equipped with one embodiment of a heat treatment system 1.
  • the vehicle 100 can be of any type, that is to say it can be of a private vehicle, a utility vehicle, a truck or a bus. Also, the vehicle 100 may be an autonomous or non-autonomous vehicle.
  • vehicle 100 has an electric motor.
  • vehicle 100 comprises an electric drive chain comprising an electric powertrain 11 of the vehicle 100, at least one power electronic element 12 and an electric driving battery 13, also capable of being qualified as a "battery", “battery module” or even “battery pack” in English, allowing the storage of electrical energy and the power supply of at least one component of the drive chain in such electric energy.
  • the vehicle 100 also includes a ventilation, heating and/or air conditioning installation 2 of the passenger compartment allowing the thermal treatment of a flow of air sent to a passenger compartment of the vehicle 100 so as to heat or cool it.
  • the vehicle 100 comprises a fuel cell device 21 comprising at least one fuel cell, in particular hydrogen, configured to supplement the capacities of the electric driving battery 13 and give the vehicle 100 additional autonomy, in addition to the autonomy provided by said battery 13.
  • the fuel cell device 21 comprises one or more fuel cell(s) of limited size and power, so as to limit the addition of mass to the automobile vehicle 100.
  • the fuel cell(s) considered have(s) a power less than or equal to 50kW, or even 30kW. Examples of embodiments of the fuel cell device 21 will be explained in more detail below.
  • the heat treatment system 1 comprises a first circuit 10 for circulating a refrigerant fluid, such as brine, comprising at least part of the electrical drive chain of the vehicle 100.
  • the first circuit 10 comprises, among the components of the drive chain, the electric powertrain 11 of the vehicle 100, the at least one power electronic element 12 and the electric driving battery 13.
  • the first circuit 10 also includes a first heat exchanger 14 configured to implement a heat exchange between the refrigerant fluid and an air flow external to the vehicle 100.
  • the first heat exchanger 14 can act as a radiator, that is to say it is configured to transfer calories to the external air flow FAT so as to allow the cooling of the refrigerant fluid and, by extension, of all or part of the components arranged on the first circuit 10.
  • the first heat exchanger 14 is a radiator low temperature, the refrigerant fluid having, for example, temperatures less than or equal to 60°C, or even 55°C at said first heat exchanger 14.
  • the first heat exchanger 14 can optionally be arranged on the front face of the vehicle 100 or in any suitable location.
  • the heat treatment system 1 also comprises a second circuit 20 for circulating a fluid, in particular a de-ionized fluid such as for example a mixture consisting by volume of 50% water and 50% ethylene glycol deionized, distinct from the refrigerant fluid circulating in the first circuit 10.
  • the second circuit 20 comprises the fuel cell device 21 as explained above.
  • the first circuit 10 and the second circuit 20 are thus fluidically independent closed circuits, that is to say that a fluid circulating in the first circuit 10 is not caused to circulate in the second circuit 20 and vice versa.
  • the second circuit 20 further comprises a second heat exchanger 22, configured to implement a heat exchange between the deionized fluid and an external air flow FA1” to the vehicle 100.
  • the second heat exchanger 22 can have the function of a radiator, that is to say that it is configured to transfer calories to the external air flow FA1 so as to allow the cooling of all or part of the components arranged on the second circuit 20, it that is to say here of the fuel cell device 21.
  • the second heat exchanger 22 is a high temperature radiator, the de-ionized fluid having, for example, temperatures greater than or equal to 65 ° C, or even greater or equal to approximately 95°C, at said second heat exchanger 22.
  • the fluids of the first and second circuits 10, 20 are based on glycol water whose glycol content varies depending on whether the fluid considered is intended for the first circuit 10 or the second circuit 20.
  • the heat treatment system 1 comprises a first heat exchanger 40 configured to implement a heat exchange between the first circuit 10 and the second circuit 20 and a second heat exchanger 50 configured to implement a heat exchange between the first circuit 10 and a circulation circuit for a cooling fluid included in the heating, ventilation and/or air conditioning installation of the vehicle 100, hereinafter called third circuit 30.
  • the heat treatment system 1 can comprise the third circuit 30 for circulating a cooling fluid, for example a two-phase fluid.
  • a third circuit 30 is particularly included in the ventilation, heating and/or air conditioning installation 2 which is intended to implement, at a given moment, the heat treatment of a passenger compartment of the vehicle 100.
  • the third circuit can present any type of architecture classically implemented in a ventilation, heating and/or air conditioning installation 2, therefore, it will not be explained in detail.
  • the third circuit can include at least one exchanger 31, in particular an exchanger having the function of condenser.
  • the third circuit 30 includes the second heat exchanger 50.
  • upstream refers to a direction of fluid circulation specific to the circuit considered, illustrated by arrows.
  • terms such as “first”, “second” or even “primary” and “secondary” are intended to distinguish similar components and not to define a hierarchy within the present invention.
  • the first circuit 10 comprises a first branch 101 on which the electric powertrain 11 and the at least one power electronic element 12 are arranged. Additionally, the first circuit 10 comprises a second branch 102 comprising the electric driving battery 13 included in the drive chain of the vehicle 100. According to an alternative embodiment not shown, the second branch 102 may comprise a water-water heat exchanger configured to implement a heat exchange with an additional independent loop which includes the electric battery 13.
  • the at least one power electronic element 12 is preferably arranged upstream of the electric powertrain 11 in the direction of circulation of the refrigerant fluid.
  • the electronic power elements conventionally present a greater sensitivity to temperature variations than the electric powertrain 11.
  • the at least one power electronic element 12 can be selected from an on-board charger 12a, a DC-DC converter 12b and/or an inverter 12c.
  • the on-board charger 12a can in particular be a DC-DC converter charger 12b, or OBC+DCDC for “On Board Charger”.
  • the converter may be specific to the fuel cell device 21.
  • the first circuit 10 can comprise a plurality of electronic power elements 12. These are preferably arranged on the first branch 101 as explained previously. Furthermore, the plurality of power electronic elements 12 is preferably arranged upstream of the powertrain 11 in the direction of circulation of the refrigerant fluid. According to an illustrated embodiment, the plurality of electronic elements 12 is arranged in a particular order comprising successively, according to the direction of circulation of the refrigerant fluid, the on-board charger 12a then the DC-DC converter 12b then the inverter 12c . Such an arrangement allows the optimization of the heat treatment of these components and makes it possible to avoid “derating” situations depending on the life cases.
  • DC/DC chargers and converters are typically more sensitive to temperature rises and tend to release fewer calories to the refrigerant fluid compared to the 12c inverter. It is therefore advantageous to place them upstream of the inverter 12c within the first circuit 10, and in particular the first branch 101.
  • temperature stresses tend to impact the power electronic elements 12 and their aging.
  • the heat treatment needs of the inverter 12c are classically cyclical because they are linked to the power/torque needs and demands of the powertrain 11. This results in significant cyclicals on the temperature which cause thermo-mechanical stress and, on in the long term, a risk of thermal shock and premature aging.
  • the on-board charger 12a is advantageously less stressed by temperature cycles since it is not stressed during the driving phase.
  • the first circuit 10 also comprises a third branch 103, comprising the first heat exchanger 14, a fourth branch 104 comprising the first heat exchanger 40 and/or a fifth branch 105 comprising the second heat exchanger 50.
  • the different branches are connected to each other so as to define different refrigerant circulation loops connected to each other, capable of implementing different heat treatment modes.
  • the circuit comprises in particular a first loop 110 on which are arranged at least the first heat exchanger 14, the powertrain 11 and the at least one power electronic element 12.
  • the first loop thus comprises at least the first branch 101 and the third branch 103.
  • the first circuit 10 also comprises a second loop 120 on which the second heat exchanger 50 is at least arranged.
  • the second loop 120 comprises the battery 13 electric motor and the second heat exchanger 50.
  • the second loop 120 comprises at least the second branch 102 and the fifth branch 105.
  • the first loop 110 and the second loop 120 can in particular be configured to be fluidly independent of each other as needed. Thus they can be arranged so that the electric driving battery 13 can be fluidly independent of the electric powertrain 11 and/or of the at least one power electronic element 12 by an architecture of the circuit in parallel of the first and second loop 110, 120, as illustrated in Figure 5. Also, the first loop 110 and the second loop 120 can in particular be arranged so that the electric driving battery 13 can be fluidly linked to the electric powertrain 11 and/or to the minus one power electronic element 12 by an architecture of the series circuit of the first and second loop 110, 120, as illustrated in Figure 4.
  • first loop 110 and the second loop 120 are connected to each other so that, according to the heat treatment mode implemented as explained below, one of the first loop 110 and /or the second loop 120 can be in operation.
  • first loop 110 and the second loop 120 can operate at least partly independently of each other, that is to say that, for a defined mode, part of the refrigerant fluid from the first circuit 10 passes in the first loop 110 without joining the second loop 120 and vice versa.
  • the first circuit 10 can also include at least one pump 15.
  • each of the first loop 110 and the second loop 120 can include a pump 15 of its own.
  • a first pump 15a can be arranged upstream of the at least one power electronic element 12.
  • the first pump 15a is included in the first loop 110, for example in the first branch 101.
  • a second pump 15b can be placed upstream of the battery 13 electric motor and/or the second heat exchanger 50.
  • the second pump 15b is included in the second loop 120, for example in the fifth branch 105 or in the second branch 102.
  • the first circuit 10, and more particularly the second loop 120 can include a CTP thermistor 16, that is to say with a positive temperature coefficient, allowing the temperature of the refrigerant fluid to rise as needed.
  • the first circuit 10 comprises at least a first tank 17.
  • the first tank 17 comprises a jar, circulating or non-circulating. The presence of a circulating jar makes it possible to improve the performance and duration of the circuit filling and degassing procedures.
  • the first tank 17 can be placed on the second loop 120, for example on the second branch 102 or, as illustrated, the fifth branch 105.
  • the first circuit 10 can include a plurality of tanks.
  • the first loop 110 and the second loop 120 are fluidly connected by a plurality of branches.
  • the second loop 120 is connected to the first loop 110 via a connecting branch 106.
  • the first loop 110 and the second loop 120 are also connected by a first branch bypass 107 of the first heat exchanger 14 on the one hand, and/or by a second bypass branch 108 of the first heat exchanger 40 on the other hand.
  • the first circuit 10 preferably comprises a plurality of solenoid valves configured to selectively direct the refrigerant fluid towards the different branches and/or loops, in particular so as to bypass or not a specific component of the first circuit 10.
  • each solenoid valve comprises one entry and two possible exits.
  • the first circuit 10 notably comprises a first solenoid valve 18, configured to direct the refrigerant fluid selectively towards the first heat exchanger 14 or to bypass it depending on a heat treatment mode implemented.
  • the first solenoid valve 18 can operate according to an ON/OFF principle, that is to say according to a principle of opening and closing access to a defined branch.
  • the first solenoid valve 18 can be of the “proportional” type so as to ensure the circulation of the refrigerant fluid with more or less flow rate depending on the need.
  • the first solenoid valve 18 is notably connected to the third branch 103.
  • the third solenoid valve is also connected to the first bypass branch 107.
  • the first circuit 10 also includes a second solenoid valve 19, configured to direct the refrigerant fluid selectively towards the first heat exchanger 40 or to bypass it depending on the heat treatment mode implemented. Similar to the first solenoid valve 18, the second solenoid valve 19 can operate according to an ON/OFF principle or be of the “proportional” type. In this case, the second solenoid valve 19 is at least connected to the fourth branch 104 and to the second bypass branch 108. Also, the second solenoid valve 19 is connected to the first branch 101.
  • first circuit 10 The description below sets out in more detail the architecture of the first circuit 10. It is understood that such an architecture is representative of a particular example of embodiment and that other connections of the branches and/or arrangements of the components may be be considered as necessary to the extent that they do not affect the operation of the heat treatment system according to the invention.
  • one end of the first branch 101 is connected to the fourth branch 104 and to the second bypass branch 108 via the second solenoid valve 19 so that the refrigerant fluid leaving the first branch 101 can selectively be sent to the first heat exchanger 40 or bypass said exchanger.
  • the second bypass branch 108 joins the fourth branch 104 downstream of the first heat exchanger 40 at a first point of convergence.
  • the fourth branch 104 is, for its part, connected to the third branch 103 and to the first bypass branch 107, making it possible to bypass the first heat exchanger 14, via the first solenoid valve 18.
  • the refrigerant fluid from the first branch 101, passing or not through the first heat exchanger 40, can thus be sent to the first heat exchanger 14, in particular so as to transfer calories to the external air flow FAT and thus be cooled.
  • the refrigerant then continues to circulate on the first loop 110. Additionally or alternatively, the refrigerant can be sent to the second loop 120 via the first bypass branch 107.
  • the first bypass branch 107 is connected to the second loop 120 at a second convergence point.
  • the second branch 102, the fifth branch 105 and the first bypass branch 107 are thus connected at this point.
  • the refrigerant fluid can then circulate in the second loop 120, comprising at least the second branch 102 and the fifth branch 105, then be returned to the first loop 110 via the connection branch 106.
  • the first branch 101 is thus connected to the second loop 120 at a first point of divergence and to the first loop 110 at a third point of convergence.
  • the second circuit 20 comprises the fuel cell device 21.
  • the fuel cell device 21 is arranged on a primary branch 201 of the second circuit 20.
  • the fuel cell device 21 is produced according to principles known to those skilled in the art.
  • the fuel cell device 21, not detailed, may in particular comprise an internal loop which can be isolated from the rest of the second circuit 20 via a thermostat.
  • the thermostat makes it possible in particular to limit the circulation of all or part of the deionized fluid in the internal loop for a period necessary for the fuel cell to rise in temperature.
  • the fuel cell device 21 may also include at least one of a pump, a PTC thermistor and/or a reservoir, for example of the circulating or non-circulating jar type as explained previously.
  • the first heat exchanger 40 is arranged downstream of the fuel cell device 21, in particular on the primary branch 201.
  • the first heat exchanger 40 is also arranged upstream of the second heat exchanger 22.
  • the second circuit 20 includes, optionally but preferential, an annex branch 210, connected to the primary branch 201 by a point of divergence and a point of convergence respectively arranged upstream and downstream of the first heat exchanger 40.
  • Such an annex branch 210 allows the bypass of the first heat exchanger 40 by a part of the de-ionized fluid so as to maintain the flow rate within the second circuit 20 and thus limit the pressure losses at said exchanger.
  • the second circuit 20 also comprises a secondary branch 202, on which the second heat exchanger 22 is arranged, and a primary bypass branch 203, making it possible to bypass said second heat exchanger 22.
  • the de-ionized fluid can thus bypass or not the second heat exchanger 22 as needed.
  • the heat treatment system 1, and more particularly the second circuit 20 can comprise a third solenoid valve 23 configured to direct the refrigerant fluid selectively towards the second heat exchanger 22 or to bypass it depending on the treatment mode. thermal implemented.
  • the third solenoid valve 23 is of the “proportional” type.
  • the first circuit 10 and the second circuit 20 can each comprise sensors, in particular members 41 for measuring a temperature and/or a pressure of the fluid circulating in the circuit considered.
  • Figure 2 illustrates examples of positioning of a plurality of temperature measuring members 41.
  • the measuring elements 41 can be arranged on the first loop 110, for example at the level of the at least one electronic power element or of each of the electronic elements power.
  • a measuring member can be placed upstream of the first heat exchanger 14 and/or upstream of the electric driving battery 13.
  • Temperature measuring members 41 can also be arranged on the second circuit 20 upstream of the second heat exchanger 22 and/or upstream of the fuel cell device 21 and/or upstream of the first heat exchanger 40.
  • the second circuit 20 may include a second reservoir 24, in particular a circulating or non-circulating jar as explained previously.
  • a second tank 24 can be dedicated to the degassing of the second circuit 20.
  • the second tank 24 can, for example, be placed on the secondary branch 202 or on an additional branch 210', connected to the secondary branch 202.
  • the heat treatment system thus allows, depending on the need, thermal exchanges between the first circuit 10 and the second circuit 20 on the one hand and between the first circuit 10 and the third circuit 30 on the other hand, allowing an optimization of the redistribution of calories generated by the vehicle 100.
  • the heat treatment system is thus adapted to heat or cool the electric driving battery 13, one or more power electronic elements 12 and the powertrain 11 or even to heat the passenger compartment via the second heat exchanger 50 while minimizing the electrical and hydrogen consumption required to implement the various heat treatments.
  • the invention also relates to a heat treatment method for the automobile vehicle 100.
  • a method can be considered as a method of operating or using a vehicle 100 equipped with the heat treatment system 1 according to the invention.
  • a method corresponds to a method of operating or using the heat treatment system 1.
  • the method comprises a step of measuring a temperature of a component of the first circuit 10 and/or the second circuit 20 via one or more measuring members 41.
  • the method comprises measuring the temperature of a component of the electric drive chain selected from the electric powertrain 11, the at least one power electronic element 12 and/or the electric driving battery 13, and/or the measurement of the temperature of the device fuel cell 21.
  • the method then comprises a step of determining a heat treatment mode to be applied, corresponding to an operating mode of the heat treatment system 1. For example, such a determination can be made by comparing temperature measurement data relating to one or more component(s) with data relating to optimal temperatures and/or operating limits of a component considered. Such data can be stored on one or more memory elements of the vehicle 100 while the comparisons can be carried out by a processing unit comprising a calculator or an on-board computer.
  • the method then comprises a step of applying the heat treatment mode determined by adjusting the circulation of the refrigerant fluid in the first circuit 10 and/or the circulation of the de-ionized fluid in the second circuit 20.
  • the circulation of the refrigerant fluid and the circulation of the de-ionized fluid can in particular be directed via at least one control device equipped in the vehicle 100.
  • the control device is in particular capable of actuating the first solenoid valve 18, the second solenoid valve 19 and/or or the third solenoid valve 23 as needed.
  • FIGs 3 to 7 schematically illustrate non-limiting examples of execution of different operating modes of the heat treatment system 1 corresponding to different types of heat treatment that can be implemented.
  • the heat treatment system 1 can implement the heat treatment of the at least one power electronic element 12 and the powertrain 11.
  • the fuel cell device 21 can be turned off and it is not necessary to carry out heat treatment of the electric driving battery 13 or even of the passenger compartment.
  • the necessary cooling power can therefore be provided by the first heat exchanger 14 and it is not necessary to implement a heat exchange between the first circuit 10 and the second circuit 20.
  • the refrigerant fluid thus passes through the first branch 101, captures calories from the at least one power electronic element 12 and the powertrain 11.
  • the refrigerant then bypasses the first heat exchanger 40 then is sent to the first heat exchanger 14.
  • the second solenoid valve 19 is therefore controlled so that the refrigerant fluid is directed towards the second bypass branch 108 while the first solenoid valve 18 is pivoted in order to send the refrigerant fluid towards the third branch 103.
  • the refrigerant fluid gives up calories to the external air flow FAT, thereby allowing the cooling of the fluid. In such an operating mode, the circulation of the refrigerant fluid is thus limited to the first loop 110.
  • Figure 4 illustrates a second mode of operation, likely to be implemented in a classic driving situation. In such a situation, it may be necessary to implement the heat treatment of the at least one power electronics element 12, the powertrain 11 and the battery.
  • the fuel cell device 21 can be turned off and the necessary cooling power can be provided by the first heat exchanger
  • the refrigerant fluid passes through the first branch 101, captures calories from at least a power electronics element 12 and the powertrain 11 then bypasses the first heat exchanger 40 as described previously.
  • the refrigerant fluid is then sent to the second loop 120 via the first solenoid valve 18 and the first bypass branch 107.
  • Part of the refrigerant fluid is sent to the second branch 102 and the other to the fifth branch 105
  • the refrigerant fluid transfers calories to the cooling fluid circulating in the third circuit 30, thus indirectly allowing the passenger compartment to be heated via the ventilation, heating and/or installation. air conditioning 2 if necessary.
  • the refrigerant fluid passes to the level of the electric driving battery 13 and captures calories from it so as to allow its cooling or heating.
  • the refrigerant fluid coming from the second branch 102, comprising the electric driving battery 13, and the fifth branch 105, comprising the second heat exchange 50 is then returned to the first loop 110 via the connecting branch 106.
  • Figure 5 illustrates a third mode of operation, capable of being implemented during recharging phases of the electric driving battery 13, when the vehicle 100 is stationary.
  • the at least one power electronic element 12 such as the on-board charger 12a requires heat treatment while the other power electronic elements or the powertrain 11 do not require such heat treatment.
  • the electric driving battery 13 may require heat treatment.
  • the circulation of the refrigerant fluid can be limited to the first loop 110, similar to what was explained with reference to the first operating mode, when only the on-board charger 12a requires heat treatment.
  • part of the refrigerant fluid can circulate in the first loop 110 and part of the refrigerant fluid can circulate in the second loop 120, as illustrated in Figure 5.
  • the two loops can then operate independently of each other.
  • the refrigerant fluid can circulate in the first loop 110 and in the second loop 120 in a connected manner, similar to what has been explained with reference to the second mode of operation. Regardless of the execution alternative implemented, the refrigerant fluid bypasses the first heat exchanger 40 and the fuel cell device 21 is then turned off.
  • Figure 6 illustrates an example of execution of a fourth operating mode.
  • Such an operating mode can be implemented in a “cold environment” situation, that is to say in particular in starting conditions and/or, for example, when the temperature outside the vehicle 100 is less than or equal to 10°C, or even less than or equal to 6°C or even 0°C. Under such conditions, it is necessary to heat up all or part of the drive chain, in particular the at least one power electronic element 12, the powertrain 11 and possibly the electric driving battery 13.
  • the fuel cell device 21 operates and heats up. It thus heats the de-ionized fluid circulating in the second circuit 20. Also, the de-ionized fluid bypasses the second heat exchanger 22 so as not to be cooled.
  • the third solenoid valve 23 is thus controlled so as to direct the circulation of the de-ionized fluid from the primary branch 201 towards the primary bypass branch 203.
  • the refrigerant fluid passes through the first exchanger thermal 40 at which it recovers the calories given up by the de-ionized fluid.
  • the refrigerant fluid then bypasses the first heat exchanger 14 and passes into the first bypass branch 107 then is sent to the second loop 120.
  • the heated refrigerant fluid allows the heating of the electric driving battery 13 at a temperature more suitable for “cold environment” conditions.
  • the second heat exchanger 50 can transfer calories to the third circuit 30 in order to allow heating of the passenger compartment when this is required.
  • the refrigerant fluid is then returned to the first loop 110 via the connecting branch 106. It then passes through the first branch 101, thus making it possible to heat the at least one power electronic element 12 and the group powertrain 11.
  • Positioning of the first heat exchanger 40 upstream of the electric driving battery 13 and/or of the second heat exchanger 50 on the one hand and downstream of the at least one power electronic element 12 and of the powertrain 11 advantageously allows the implementation of a heat exchange with a refrigerant fluid having a higher temperature at said battery 13 than at at least one power electronic element 12 in particular.
  • Such an architecture is adapted and optimized to preserve at least one power electronic element 12, more sensitive to temperature variations.
  • the de-ionized fluid being cooled by the various thermal exchanges implemented, it also allows at least partial cooling of the fuel cell device 21 when the latter presents a temperature rise unsuitable for its operation.
  • Figure 7 illustrates an example of execution of a fifth operating mode, aimed in particular at allowing the cooling of the fuel cell device 21.
  • a fifth operating mode aimed in particular at allowing the cooling of the fuel cell device 21.
  • such a situation may be similar to that described with reference to the fourth mode of operation, but with greater heating of the fuel cell device 21, which cannot be treated by the first heat exchanger 40 alone.
  • the de-ionized fluid leaving the first heat exchanger 40 can be sent, via the third solenoid valve 23, to the secondary branch 202.
  • the de-ionized fluid gives up calories to the air flow and is thus cooled. It is then returned to the fuel cell device 21 which it can thus cool to a suitable temperature.
  • Such a principle thus allows additional cooling of the fuel cell device 21.
  • the vehicle 100 thus comprises on the one hand an electric driving battery 13, in particular adapted to most of the journeys likely to be made by a user, and a fuel cell device 21 making it possible to increase the autonomy of the vehicle 100 while limiting the bulk and increase in mass conventionally observed when the number of modules or cells of the driving battery 13 are increased.
  • the treatment system thermal 1 according to the invention is adapted to such a vehicle in order to allow optimization of the vehicle 100 by improving the distribution of the calories available within different circuits according to need.
  • the heat treatment system 1 is particularly capable of implementing the cooling of the fuel cell device 21 by evacuation of calories at the level of a heat exchanger having in particular the function of a radiator on the one hand and by heat exchange with the circuit comprising all or part of the electric drive chain of the vehicle 100 on the other hand.
  • the heat treatment system 1 is also capable of implementing the cooling of all or part of the components of the drive chain, in particular via a heat exchanger acting as a radiator, and the heating of these same components via a heat exchange with the circuit comprising the fuel cell device 21.
  • the heat treatment system 1 is adapted to implement the heating of the components of the drive chain and/or of the passenger compartment using the calories released by the fuel cell device 21, particularly in a cold environment. It thus allows optimization of the performance of these components but also a reduction in their wear or even their premature aging.
  • the calories generated at the level of the fuel cell device 21 are redistributed more efficiently within the vehicle 100, thus allowing the reduction of the electrical consumption relating to the different thermal treatments of the vehicle 100 and the optimization of the overall energy consumption between the heat treatment of the components of the drive chain, the passenger compartment thermal comfort and the production/consumption of energy by the fuel cell device 21.
  • the cooperation between the different circuits and the resulting optimization of the distribution of calories advantageously allows the reduction of the dimensions of heat exchangers on air flow, such as radiators, in particular radiators arranged on the front face.
  • the space traditionally generated by heat treatment systems, ventilation and heating installations and/or air conditioning 2 within the vehicle 100, more particularly on the front, can thus be reduced.
  • the dimensions and number of openings allowing the passage of outside air flows can be limited or even reduced. This results in a reduction in aerodynamic drag.
  • the positioning of the fuel cell device 21 and the drive chain on separate circuits advantageously allows the protection of the fuel cell device 21, the very structure of which is unsuitable for the refrigerant fluids conventionally used in the heat treatment of the drive chain.
  • the stack of electrodes, or “stack” in English, of the fuel cell device 21 is thus preserved by the use of a de-ionized fluid having low electrical conductivity.
  • the circuits being separated, the number of components arranged on the circuit comprising the fuel cell device 21 is advantageously limited, thereby reducing the risk of contamination of the de-ionized fluid used.
  • FIG 8. An alternative to the heat treatment system previously described is illustrated in Figure 8. It differs from the previous description by the positioning of the first heat exchanger 40, configured to implement a heat exchange between the first circuit 10 and the second circuit 20 , within the second loop 120 instead of upstream of said loop as described above. It is understood that the preceding description applies mutatis mutandis to this alternative.
  • the first heat exchanger 40 is particularly arranged downstream of the electric driving battery 13 or, as mentioned above, of a water-water heat exchanger configured to implement a heat exchange with an additional independent loop which includes the battery 13 electric motor. This alternative arrangement advantageously makes it possible to transfer the calories from the second circuit 20 directly into the second loop 120 specific to the heat treatment of the electric driving battery 13.
  • the first loop 110 comprising at least one of the components of the electric drive chain and in particular the electric powertrain 11 of the vehicle 100
  • the second loop 120 comprising the electric driving battery 13 or the water-water heat exchanger
  • Such a principle can, for example, be implemented in the event of heating of one of the components of the electric drive chain, in particular of the electric powertrain 11, beyond predefined temperature thresholds.
  • the refrigerant fluid is then sent to the first heat exchanger 14 and the first heat exchanger 40 does not implement heat exchange capable of allowing thermal treatment of the electric driving battery 13 as long as the temperature of the component(s) ) of the electrical drive chain(s) concerned is not strictly below the predefined temperature thresholds.
  • the installation of the first heat exchanger 40 in the second loop 120 advantageously allows the implementation of the heat exchange between the first circuit 10 and the second circuit 20 in order to heat the electric driving battery 13 independently of the thermal situation of the first loop 110 or the first branch 101 on which the components of the electric drive chain are arranged, more particularly the electric powertrain 11 and the at least one element of power electronics 12.
  • the heat exchange between the first and second circuits 10 and 20 is effective, in particular for the purpose of heating the battery 13, electric motor regardless of whether the first loop 110 and the second loop 120 operate independently or not.
  • the heat treatment system as illustrated in Figure 8 can allow a permanent heat exchange from the second circuit 20 to the first circuit 10 so that the second heat exchanger 50 can be supplied with heated refrigerant fluid, in particular by the first heat exchanger 40, which makes it possible to transfer without discontinuity a portion of the calories that the fuel cell device 21 is capable of transmitting to the first circuit 10 via the first heat exchanger 40.

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Abstract

Thermal management system (1) of a motor vehicle comprising an electric drive train and a fuel cell device (21), the system comprising a first circuit (10) for circulating a refrigerant fluid comprising at least one component of the electric drive train and a first heat exchanger (14), a second circuit (20) for circulating a fluid comprising the fuel cell device (21) and a second heat exchanger (22), the system comprising a first heat exchanger (40) configured to implement a heat exchange between the first circuit (10) and the second circuit (20).

Description

TITRE : Système et procédé de gestion thermique d’un véhicule automobile comprenant une chaîne d’entraînement électrique et une pile à combustible TITLE: System and method for thermal management of a motor vehicle comprising an electric drive chain and a fuel cell
L’invention concerne un système de traitement thermique d’un véhicule automobile, notamment un véhicule comprenant une chaîne d’entraînement électrique et plus particulièrement un véhicule à motorisation électrique. L’invention porte encore sur un véhicule automobile équipé dudit système. L’invention concerne également un procédé de traitement thermique d’un véhicule automobile. The invention relates to a heat treatment system for a motor vehicle, in particular a vehicle comprising an electric drive chain and more particularly a vehicle with an electric motor. The invention also relates to a motor vehicle equipped with said system. The invention also relates to a method of heat treatment of a motor vehicle.
L’une des problématiques principales à traiter pour les véhicules électriques est d’offrir à l’utilisateur une autonomie, un rayon d’action et un temps de parcours se rapprochant de ceux des véhicules thermiques, comprenant un moteur à combustion interne, tout en maintenant des tailles de batterie adaptées. A cette fin, il est connu de limiter la taille des batteries de sorte à les rendre adaptées à des contraintes d’autonomie requises pour 90 à 95% des déplacements et d’intégrer au véhicule une pile à combustible permettant de compléter le groupe motopropulseur électrique afin d’effectuer le reste des déplacements et conserver des temps de parcours similaires à ceux des véhicules à moteur à combustion interne. One of the main issues to be addressed for electric vehicles is to offer the user autonomy, a range and a travel time close to those of thermal vehicles, including an internal combustion engine, while now suitable battery sizes. To this end, it is known to limit the size of the batteries so as to make them adapted to the autonomy constraints required for 90 to 95% of journeys and to integrate into the vehicle a fuel cell making it possible to complete the electric powertrain. in order to carry out the rest of the journeys and maintain travel times similar to those of internal combustion engine vehicles.
L’utilisation de piles à combustible s’accompagne de nombreuses problématiques techniques relatives au traitement thermique et à la gestion du traitement thermique du véhicule. En effet, il est nécessaire d’assurer à la fois le traitement thermique de la pile à combustible et de la chaîne d’entraînement électrique. Néanmoins le traitement thermique de la pile à combustible ne peut être réalisé par l’intermédiaire de fluide ou liquides de refroidissement classiquement utilisés pour le traitement thermique du groupe motopropulseur, de la batterie et/ou d’éléments d’électronique de puissance compris dans la chaîne d’entraînement. Il n’est donc pas possible de simplement intégrer une telle pile à combustible dans un circuit ou système de traitement thermique de la chaîne d’entraînement électrique existant. Egalement, le traitement thermique de la chaine d’entraînement électrique doit être réalisé à des températures plus faibles que le traitement thermique réalisé au niveau de la pile à combustible. The use of fuel cells is accompanied by numerous technical issues relating to heat treatment and the management of the heat treatment of the vehicle. Indeed, it is necessary to ensure both the heat treatment of the fuel cell and the electric drive chain. However, the heat treatment of the fuel cell cannot be carried out using cooling fluids or liquids conventionally used for the heat treatment of the powertrain, the battery and/or power electronic elements included in the drive chain. It is therefore not possible to simply integrate such a fuel cell into an existing circuit or heat treatment system of the electric drive chain. Also, the heat treatment of the electric drive chain must be carried out at lower temperatures than the heat treatment carried out at the fuel cell.
Additionnellement, il est nécessaire de prévoir une intégration de la pile à combustible adaptée à des traitements thermiques exécutés lorsque le véhicule est à froid ou que les températures extérieures sont basses, c’est-à-dire en « ambiance froide », correspondant à des conditions dans lesquelles, du fait de la faible température, les performances de la batterie sont fortement dégradées et dans lesquelles il est nécessaire de mettre en œuvre le réchauffement de tout ou partie de la chaîne d’entraînement électrique. Additionally, it is necessary to provide for integration of the fuel cell adapted to thermal treatments carried out when the vehicle is cold or the exterior temperatures are low, that is to say in a "cold environment", corresponding to conditions in which, due to the low temperature, the performance of the battery is significantly degraded and in which it is necessary to implement the heating of all or part of the electric drive chain.
Enfin, il est nécessaire d’optimiser la consommation d’énergie globale du véhicule entre le traitement thermique de la batterie, le confort thermique habitacle et la consommation d’énergie par la pile à combustible et la batterie. En effet, le groupe motopropulseur électrique d’un véhicule électrique génère peu de calories en situation de roulage en comparaison des moteurs à combustion interne. L’énergie à récupérer n’est ainsi pas systématiquement suffisante pour maintenir l’habitacle aux températures de confort visées tout en maintenant la batterie à des températures optimales de fonctionnement. Finally, it is necessary to optimize the overall energy consumption of the vehicle between the thermal treatment of the battery, the cabin thermal comfort and the energy consumption by the fuel cell and the battery. Indeed, the electric powertrain of an electric vehicle generates few calories when driving compared to internal combustion engines. The energy to be recovered is therefore not systematically sufficient to maintain the passenger compartment at the targeted comfort temperatures while maintaining the battery at optimal operating temperatures.
L’invention s’inscrit dans ce contexte et vise à fournir un système et un procédé de traitement thermique d’un véhicule automobile remédiant aux inconvénients ci-dessus. En particulier, l’invention propose un système de traitement thermique d’un véhicule automobile comprenant une installation de ventilation, de chauffage et/ou climatisation, un dispositif de pile à combustible et une chaîne d’entrainement électrique comportant un groupe motopropulseur électrique du véhicule, au moins un élément d’électronique de puissance et une batterie électrique motrice, le système de traitement thermique comprenant : The invention fits into this context and aims to provide a system and a method for heat treatment of a motor vehicle remedying the above drawbacks. In particular, the invention proposes a heat treatment system for a motor vehicle comprising a ventilation, heating and/or air conditioning installation, a fuel cell device and an electric drive chain comprising an electric powertrain of the vehicle , at least one power electronic element and an electric driving battery, the heat treatment system comprising:
- un premier circuit de circulation d’un fluide réfrigérant comprenant au moins l’un des composants de la chaîne d’entrainement électrique, notamment le groupe motopropulseur électrique du véhicule, un ou plusieurs élément(s) d’électronique de puissance et/ou la batterie électrique motrice, le premier circuit comprenant, en outre, un premier échangeur de chaleur configuré pour mettre en œuvre un échange thermique entre le fluide réfrigérant et un flux d’air extérieur au véhicule - a first circuit for circulating a refrigerant fluid comprising at least one of the components of the electrical drive chain, in particular the electric powertrain of the vehicle, one or more electronic element(s) power and/or the electric driving battery, the first circuit further comprising a first heat exchanger configured to implement a thermal exchange between the refrigerant fluid and an air flow external to the vehicle
- un deuxième circuit de circulation d’un fluide, notamment d’un fluide dé-ionisé, comprenant le dispositif de pile à combustible et un deuxième échangeur de chaleur configuré pour mettre en œuvre un échange thermique entre le fluide réfrigérant et un flux d’air extérieur au véhicule ; et - a second circuit for circulating a fluid, in particular a de-ionized fluid, comprising the fuel cell device and a second heat exchanger configured to implement a thermal exchange between the refrigerant fluid and a flow of air outside the vehicle; And
- un premier échangeur thermique configuré pour mettre en œuvre un échange thermique entre le premier circuit et le deuxième circuit. - a first heat exchanger configured to implement a heat exchange between the first circuit and the second circuit.
Le système de traitement thermique peut comprendre un troisième circuit de circulation d’un fluide de refroidissement, distinct du premier circuit et du deuxième circuit et compris dans l’installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation, le système comprenant un deuxième échangeur thermique configuré pour mettre en œuvre un échange thermique entre le premier circuit et le troisième circuit. The heat treatment system may comprise a third circuit for circulating a cooling fluid, distinct from the first circuit and the second circuit and included in the ventilation, heating and/or air conditioning installation, the system comprising a second exchanger thermal configured to implement a thermal exchange between the first circuit and the third circuit.
Le premier circuit peut comprendre : The first circuit may include:
- une première boucle comprenant le groupe motopropulseur électrique et l’au moins un élément d’électronique de puissance; et/ou - a first loop comprising the electric powertrain and the at least one power electronics element; and or
- une deuxième boucle comprenant la batterie électrique motrice ou un échangeur thermique eau-eau configuré pour mettre en œuvre un échange thermique avec une boucle additionnelle comprenant la batterie électrique motrice. - a second loop comprising the electric driving battery or a water-water heat exchanger configured to implement a heat exchange with an additional loop comprising the electric driving battery.
Optionnellement, le système de traitement thermique peut comprendre une pluralité de composants de la chaîne d’entrainement, l’au moins un élément d’électronique de puissance pouvant être disposé en amont du groupe motopropulseur électrique selon un sens de circulation du fluide réfrigérant et/ou l’au moins un élément d’électronique de puissance pouvant être sélectionné parmi un chargeur embarqué, un convertisseur continu-continu et/ou un onduleur. Le premier circuit peut optionnellement comprendre une pluralité d’éléments d’électronique de puissance comprenant successivement, selon un sens de circulation du fluide réfrigérant, au moins un chargeur embarqué et/ou un convertisseur continu-continu puis un onduleur. Optionally, the heat treatment system may comprise a plurality of components of the drive chain, the at least one power electronic element being able to be arranged upstream of the electric powertrain in a direction of circulation of the refrigerant fluid and/or or the at least one power electronics element which can be selected from an on-board charger, a DC-DC converter and/or an inverter. The first circuit can optionally comprise a plurality of power electronic elements comprising successively, in one direction of circulation of the refrigerant fluid, at least one on-board charger and/or a DC-DC converter then an inverter.
Egalement, au sein du système de traitement thermique : Also, within the heat treatment system:
- le premier circuit peut comprendre une première électrovanne, configurée pour diriger le fluide réfrigérant sélectivement vers le premier échangeur de chaleur ou pour contourner celui-ci selon un mode de traitement thermique mis en œuvre ; et/ou - the first circuit may comprise a first solenoid valve, configured to direct the refrigerant fluid selectively towards the first heat exchanger or to bypass it according to a heat treatment mode implemented; and or
- le premier circuit peut comprendre une deuxième électrovanne, configurée pour diriger le fluide réfrigérant sélectivement vers le premier échangeur thermique ou pour contourner celui-ci selon un mode de traitement thermique mis en œuvre ; et/ou - the first circuit may include a second solenoid valve, configured to direct the refrigerant fluid selectively towards the first heat exchanger or to bypass it according to a heat treatment mode implemented; and or
- le deuxième circuit peut comprendre une troisième électrovanne, configurée pour diriger le fluide dé-ionisé sélectivement vers le deuxième échangeur de chaleur ou pour contourner celui-ci selon un mode de traitement thermique mis en œuvre. - the second circuit may comprise a third solenoid valve, configured to direct the de-ionized fluid selectively towards the second heat exchanger or to bypass it according to a heat treatment mode implemented.
Optionnellement, le premier échangeur thermique peut être disposé : Optionally, the first heat exchanger can be arranged:
- en amont du deuxième échangeur thermique et/ou du premier échangeur de chaleur le long d’un sens de circulation du fluide réfrigérant ; et/ou - upstream of the second heat exchanger and/or the first heat exchanger along a direction of circulation of the refrigerant fluid; and or
- en aval d’au moins un composant de la chaîne d’entraînement électrique, notamment de l’au moins un élément d’électronique de puissance et/ou du groupe motopropulseur. - downstream of at least one component of the electric drive chain, in particular of the at least one power electronics element and/or of the powertrain.
Le premier circuit peut comprendre la batterie électrique motrice et le premier échangeur thermique peut alors être disposé en amont de celle-ci et/ou du deuxième échangeur thermique selon le sens d’écoulement du fluide réfrigérant. Additionnellement ou alternativement, le premier échangeur thermique peut être disposé en aval du dispositif de pile à combustible selon le sens de circulation du fluide dans le deuxième circuit. Notamment, le premier échangeur thermique peut être disposé en aval de la deuxième électrovanne et/ou une deuxième branche de contournement du premier échangeur thermique peut être disposée en aval de la deuxième électrovanne, selon le sens de circulation du fluide réfrigérant dans le premier circuit. The first circuit can include the electric driving battery and the first heat exchanger can then be arranged upstream of it and/or of the second heat exchanger depending on the direction of flow of the refrigerant fluid. Additionally or alternatively, the first heat exchanger can be arranged downstream of the fuel cell device according to the direction of circulation of the fluid in the second circuit. In particular, the first heat exchanger can be arranged downstream of the second solenoid valve and/or a second bypass branch of the first heat exchanger can be arranged downstream of the second solenoid valve, depending on the direction of circulation of the refrigerant fluid in the first circuit.
Notamment, le premier circuit peut comprendre un premier réservoir, notamment un bocal circulant ou non circulant, et/ou le deuxième circuit peut comprendre un deuxième réservoir, notamment un bocal circulant ou non circulant. In particular, the first circuit may comprise a first reservoir, in particular a circulating or non-circulating jar, and/or the second circuit may comprise a second reservoir, in particular a circulating or non-circulating jar.
L’invention concerne également un véhicule automobile à motorisation électrique comprenant une installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation, un dispositif de pile à combustible (et une chaîne d’entrainement électrique comprenant le groupe motopropulseur électrique, l’au moins un élément d’électronique de puissance et/ou la batterie électrique motrice, le véhicule comprenant un système de traitement thermique selon l’invention, au moins un organe de mesure d’une température d’un composant de la chaîne d’entrainement électrique et au moins un dispositif de contrôle de la circulation du fluide réfrigérant dans le premier circuit et de la circulation du fluide dé-ionisé dans le deuxième circuit. The invention also relates to a motor vehicle with an electric motor comprising a ventilation, heating and/or air conditioning installation, a fuel cell device (and an electric drive chain comprising the electric powertrain, the at least one power electronics element and/or the electric driving battery, the vehicle comprising a heat treatment system according to the invention, at least one member for measuring a temperature of a component of the electric drive chain and at least one device for controlling the circulation of the refrigerant fluid in the first circuit and the circulation of the de-ionized fluid in the second circuit.
L’invention concerne enfin un procédé de traitement thermique d’un véhicule automobile selon l’invention, le procédé comprenant : The invention finally relates to a method of heat treatment of a motor vehicle according to the invention, the method comprising:
- une étape de mesure d’une température d’au moins l’un des composants du premier circuit et/ou du deuxième circuit, notamment l’un des composants de la chaîne d’entrainement électrique et/ou le dispositif de pile à combustible, par l’intermédiaire de l’au moins un organe de mesure; - a step of measuring a temperature of at least one of the components of the first circuit and/or the second circuit, in particular one of the components of the electrical drive chain and/or the fuel cell device , via the at least one measuring device;
- une étape de détermination d’un mode de traitement thermique à appliquer ;- a step of determining a heat treatment mode to be applied;
- une étape d’application du mode de traitement thermique déterminé par ajustement de la circulation du fluide réfrigérant dans le premier circuit et/ou de la circulation du fluide dé-ionisé dans le deuxième circuit au moyen du dispositif de contrôle. D’autres détails, caractéristiques et avantages ressortiront plus clairement à la lecture de la description détaillée donnée ci-après, à titre indicatif et non limitatif, en relation avec les différents exemples de réalisation illustrés sur les figures suivantes : - a step of applying the heat treatment mode determined by adjusting the circulation of the refrigerant fluid in the first circuit and/or the circulation of the de-ionized fluid in the second circuit by means of the control device. Other details, characteristics and advantages will emerge more clearly on reading the detailed description given below, for information only and not limitation, in relation to the different embodiments illustrated in the following figures:
La figure 1 est une représentation schématique simplifiée d’un exemple de réalisation d’un véhicule équipé d’un système de traitement thermique. Figure 1 is a simplified schematic representation of an exemplary embodiment of a vehicle equipped with a heat treatment system.
La figure 2 est une représentation schématique d’un exemple de réalisation du système de traitement thermique. Figure 2 is a schematic representation of an exemplary embodiment of the heat treatment system.
La figure 3 est une représentation schématique d’un exemple d’exécution d’un premier mode de fonctionnement du système de traitement thermique. Figure 3 is a schematic representation of an example of execution of a first operating mode of the heat treatment system.
La figure 4 est une représentation schématique d’un exemple d’exécution d’un deuxième mode de fonctionnement du système de traitement thermique. Figure 4 is a schematic representation of an example of execution of a second mode of operation of the heat treatment system.
La figure 5 est une représentation schématique d’un exemple d’exécution d’un troisième mode de fonctionnement du système de traitement thermique. Figure 5 is a schematic representation of an example of execution of a third mode of operation of the heat treatment system.
La figure 6 est une représentation schématique d’un exemple d’exécution d’un quatrième mode de fonctionnement du système de traitement thermique. Figure 6 is a schematic representation of an example of execution of a fourth operating mode of the heat treatment system.
La figure 7 est une représentation schématique d’un exemple d’exécution d’un cinquième mode de fonctionnement du système de traitement thermique. Figure 7 is a schematic representation of an example of execution of a fifth operating mode of the heat treatment system.
La figure 8 est une représentation schématique d’une variante de réalisation du système de traitement thermique de la figure 2. Figure 8 is a schematic representation of an alternative embodiment of the heat treatment system of Figure 2.
Les figures 1 et 2 illustrent schématiquement un véhicule 100 automobile équipé d’un mode de réalisation d’un système de traitement thermique 1. Le véhicule 100 peut être de toute nature, c’est-à-dire qu’il peut s’agir d’un véhicule particulier, d’un véhicule utilitaire, d’un camion ou d’un bus. Egalement, le véhicule 100 peut être un véhicule autonome ou non autonome. Figures 1 and 2 schematically illustrate a motor vehicle 100 equipped with one embodiment of a heat treatment system 1. The vehicle 100 can be of any type, that is to say it can be of a private vehicle, a utility vehicle, a truck or a bus. Also, the vehicle 100 may be an autonomous or non-autonomous vehicle.
Particulièrement, le véhicule 100 est à motorisation électrique. En ce sens, il comprend une chaîne d’entraînement électrique comportant un groupe motopropulseur 11 électrique du véhicule 100, au moins un élément d’électronique de puissance 12 et une batterie 13 électrique motrice, aussi susceptible d’être qualifiée de « batterie », « module de batterie » ou encore « pack battery » en anglais, permettant le stockage d’énergie électrique et l’alimentation d’au moins un composant de la chaîne d’entraînement en une telle énergie électrique. In particular, vehicle 100 has an electric motor. In this sense, it comprises an electric drive chain comprising an electric powertrain 11 of the vehicle 100, at least one power electronic element 12 and an electric driving battery 13, also capable of being qualified as a "battery", "battery module" or even "battery pack" in English, allowing the storage of electrical energy and the power supply of at least one component of the drive chain in such electric energy.
Le véhicule 100 comprend également une installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation 2 de l’habitacle permettant le traitement thermique d’un flux d’air envoyé vers un habitacle du véhicule 100 de sorte à chauffer ou refroidir celui-ci. The vehicle 100 also includes a ventilation, heating and/or air conditioning installation 2 of the passenger compartment allowing the thermal treatment of a flow of air sent to a passenger compartment of the vehicle 100 so as to heat or cool it.
En outre, le véhicule 100 comprend un dispositif de pile à combustible 21 comprenant au moins une pile à combustible, notamment à hydrogène, configurée pour compléter les capacités de la batterie 13 électrique motrice et conférer au véhicule 100 une autonomie supplémentaire, en sus de l’autonomie fournie par ladite batterie 13. Le dispositif de pile à combustible 21 comprend une ou plusieurs pile(s) à combustible de taille et de puissance limitée, de sorte à limiter l’ajout de masse au véhicule 100 automobile. Notamment, la ou les pile(s) à combustible considérée(s) présente(nt) une puissance inférieure ou égale à 50kW, voire à 30kW. Des exemples de réalisation du dispositif de pile à combustible 21 seront davantage exposés ci-après. In addition, the vehicle 100 comprises a fuel cell device 21 comprising at least one fuel cell, in particular hydrogen, configured to supplement the capacities of the electric driving battery 13 and give the vehicle 100 additional autonomy, in addition to the autonomy provided by said battery 13. The fuel cell device 21 comprises one or more fuel cell(s) of limited size and power, so as to limit the addition of mass to the automobile vehicle 100. In particular, the fuel cell(s) considered have(s) a power less than or equal to 50kW, or even 30kW. Examples of embodiments of the fuel cell device 21 will be explained in more detail below.
De manière générale, le système de traitement thermique 1 comprend un premier circuit 10 de circulation d’un fluide réfrigérant, tel que de l’eau glycolée, comprenant au moins une partie de la chaîne d’entraînement électrique du véhicule 100. En l’espèce, le premier circuit 10 comprend, parmi les composants de la chaîne d’entraînement, le groupe motopropulseur 11 électrique du véhicule 100, l’au moins un élément d’électronique de puissance 12 et la batterie 13 électrique motrice. Generally, the heat treatment system 1 comprises a first circuit 10 for circulating a refrigerant fluid, such as brine, comprising at least part of the electrical drive chain of the vehicle 100. In this case, the first circuit 10 comprises, among the components of the drive chain, the electric powertrain 11 of the vehicle 100, the at least one power electronic element 12 and the electric driving battery 13.
Le premier circuit 10 comprend également un premier échangeur de chaleur 14 configuré pour mettre en œuvre un échange thermique entre le fluide réfrigérant et un flux d’air extérieur FAT au véhicule 100. Particulièrement, le premier échangeur de chaleur 14 peut avoir fonction de radiateur, c’est-à-dire qu’il est configuré pour céder des calories au flux d’air extérieur FAT de sorte à permettre le refroidissement du fluide réfrigérant et, par extension, de tout ou partie des composants disposés sur le premier circuit 10. Notamment, le premier échangeur de chaleur 14 est un radiateur basse température, le fluide réfrigérant présentant, par exemple, des températures inférieures ou égales à 60°C, voire à 55°C au niveau dudit premier échangeur de chaleur 14. Egalement, le premier échangeur de chaleur 14 peut optionnellement être disposé en face avant du véhicule 100 ou dans tout emplacement adapté. The first circuit 10 also includes a first heat exchanger 14 configured to implement a heat exchange between the refrigerant fluid and an air flow external to the vehicle 100. Particularly, the first heat exchanger 14 can act as a radiator, that is to say it is configured to transfer calories to the external air flow FAT so as to allow the cooling of the refrigerant fluid and, by extension, of all or part of the components arranged on the first circuit 10. In particular, the first heat exchanger 14 is a radiator low temperature, the refrigerant fluid having, for example, temperatures less than or equal to 60°C, or even 55°C at said first heat exchanger 14. Also, the first heat exchanger 14 can optionally be arranged on the front face of the vehicle 100 or in any suitable location.
Le système de traitement thermique 1 comprend également un deuxième circuit 20 de circulation d’un fluide, notamment d’un fluide dé-ionisé tel que par exemple un mélange constitué en volume de 50% d’eau et de 50% d’éthylène glycol déionisé, distinct du fluide réfrigérant circulant dans le premier circuit 10. Le deuxième circuit 20 comprend le dispositif de pile à combustible 21 tel qu’exposé plus haut. Le premier circuit 10 et le deuxième circuit 20 sont ainsi des circuits fermés fluidiquement indépendant, c’est-à-dire qu’un fluide circulant dans le premier circuit 10 n’est pas amené à circuler dans le deuxième circuit 20 et inversement. The heat treatment system 1 also comprises a second circuit 20 for circulating a fluid, in particular a de-ionized fluid such as for example a mixture consisting by volume of 50% water and 50% ethylene glycol deionized, distinct from the refrigerant fluid circulating in the first circuit 10. The second circuit 20 comprises the fuel cell device 21 as explained above. The first circuit 10 and the second circuit 20 are thus fluidically independent closed circuits, that is to say that a fluid circulating in the first circuit 10 is not caused to circulate in the second circuit 20 and vice versa.
Le deuxième circuit 20 comprend, en outre, un deuxième échangeur de chaleur 22, configuré pour mettre en œuvre un échange thermique entre le fluide déionisé et un flux d’air extérieur FA1 ” au véhicule 100. Particulièrement, le deuxième échangeur de chaleur 22 peut avoir fonction de radiateur, c’est-à-dire qu’il est configuré pour céder des calories au flux d’air extérieur FA1 ” de sorte à permettre le refroidissement de tout ou partie des composants disposés sur le deuxième circuit 20, c’est-à-dire ici du dispositif de pile à combustible 21. Notamment, le deuxième échangeur de chaleur 22 est un radiateur haute température, le fluide dé-ionisé présentant, par exemple, des températures supérieures ou égales à 65°C, voire supérieures ou égales à approximativement 95°C, au niveau dudit deuxième échangeur de chaleur 22. Notamment, les fluides des premier et deuxième circuits 10, 20 sont à base d’eau glycolée dont la teneur en glycol varie selon que le fluide considéré est destiné au premier circuit 10 ou au deuxième circuit 20. The second circuit 20 further comprises a second heat exchanger 22, configured to implement a heat exchange between the deionized fluid and an external air flow FA1” to the vehicle 100. Particularly, the second heat exchanger 22 can have the function of a radiator, that is to say that it is configured to transfer calories to the external air flow FA1 so as to allow the cooling of all or part of the components arranged on the second circuit 20, it that is to say here of the fuel cell device 21. In particular, the second heat exchanger 22 is a high temperature radiator, the de-ionized fluid having, for example, temperatures greater than or equal to 65 ° C, or even greater or equal to approximately 95°C, at said second heat exchanger 22. In particular, the fluids of the first and second circuits 10, 20 are based on glycol water whose glycol content varies depending on whether the fluid considered is intended for the first circuit 10 or the second circuit 20.
Egalement, le système de traitement thermique 1 selon l’invention comprend un premier échangeur thermique 40 configuré pour mettre en œuvre un échange thermique entre le premier circuit 10 et le deuxième circuit 20 et un deuxième échangeur thermique 50 configuré pour mettre en œuvre un échange thermique entre le premier circuit 10 et un circuit de circulation d’un fluide de refroidissement compris dans l’installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation du véhicule 100, appelé ci-après troisième circuit 30. Also, the heat treatment system 1 according to the invention comprises a first heat exchanger 40 configured to implement a heat exchange between the first circuit 10 and the second circuit 20 and a second heat exchanger 50 configured to implement a heat exchange between the first circuit 10 and a circulation circuit for a cooling fluid included in the heating, ventilation and/or air conditioning installation of the vehicle 100, hereinafter called third circuit 30.
En ce sens, de manière optionnelle, le système de traitement thermique 1 peut comprendre le troisième circuit 30 de circulation d’un fluide de refroidissement, par exemple un fluide diphasique. Un tel troisième circuit 30 est particulièrement compris dans l’installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation 2 qui est destiné à mettre en œuvre, à un instant donné, le traitement thermique d’un habitacle du véhicule 100. Le troisième circuit peut présenter tout type d’architecture classiquement mise en œuvre dans une installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation 2, aussi, il ne sera pas exposé en détail. Par exemple le troisième circuit peut comprendre au moins un échangeur 31 , notamment un échangeur ayant fonction de condenseur. Egalement, le troisième circuit 30 comprend le deuxième échangeur thermique 50. In this sense, optionally, the heat treatment system 1 can comprise the third circuit 30 for circulating a cooling fluid, for example a two-phase fluid. Such a third circuit 30 is particularly included in the ventilation, heating and/or air conditioning installation 2 which is intended to implement, at a given moment, the heat treatment of a passenger compartment of the vehicle 100. The third circuit can present any type of architecture classically implemented in a ventilation, heating and/or air conditioning installation 2, therefore, it will not be explained in detail. For example, the third circuit can include at least one exchanger 31, in particular an exchanger having the function of condenser. Also, the third circuit 30 includes the second heat exchanger 50.
Dans l’ensemble de la description ci-après, les termes « amont », « aval », « entrée» et «sortie » se réfèrent à un sens de circulation du fluide propre au circuit considéré, illustré par des flèches. Egalement, les termes tels que « premier », « deuxième » ou encore « primaire » et « secondaire » ont vocation à distinguer des composants similaires et non à définir une hiérarchie au sein de la présente invention. Throughout the description below, the terms “upstream”, “downstream”, “inlet” and “outlet” refer to a direction of fluid circulation specific to the circuit considered, illustrated by arrows. Also, terms such as “first”, “second” or even “primary” and “secondary” are intended to distinguish similar components and not to define a hierarchy within the present invention.
Selon un mode de réalisation préférentiel du système de traitement thermique 1 , illustré aux figures 2 à 7, le premier circuit 10 comprend une première branche 101 sur laquelle sont disposés le groupe motopropulseur 11 électrique et l’au moins un élément d’électronique de puissance 12. Additionnellement, le premier circuit 10 comprend une deuxième branche 102 comprenant la batterie 13 électrique motrice comprise dans la chaîne d’entrainement du véhicule 100. Selon une variante de réalisation non représentée, la deuxième branche 102 peut comprendre un échangeur thermique eau-eau configuré pour mettre en œuvre un échange thermique avec une boucle additionnelle indépendante qui comprend la batterie 13 électrique. According to a preferred embodiment of the heat treatment system 1, illustrated in Figures 2 to 7, the first circuit 10 comprises a first branch 101 on which the electric powertrain 11 and the at least one power electronic element 12 are arranged. Additionally, the first circuit 10 comprises a second branch 102 comprising the electric driving battery 13 included in the drive chain of the vehicle 100. According to an alternative embodiment not shown, the second branch 102 may comprise a water-water heat exchanger configured to implement a heat exchange with an additional independent loop which includes the electric battery 13.
Particulièrement, l’au moins un élément d’électronique de puissance 12 est préférentiellement disposé en amont du groupe motopropulseur 11 électrique selon le sens de circulation du fluide réfrigérant. En effet, Les éléments électroniques de puissance présentent classiquement une plus grande sensibilité aux variations de températures que le groupe motopropulseur 11 électrique. Particularly, the at least one power electronic element 12 is preferably arranged upstream of the electric powertrain 11 in the direction of circulation of the refrigerant fluid. Indeed, the electronic power elements conventionally present a greater sensitivity to temperature variations than the electric powertrain 11.
Egalement, l’au moins un élément d’électronique de puissance 12 peut être sélectionné parmi un chargeur embarqué 12a, un convertisseur continu-continu 12b et/ou un onduleur 12c. Le chargeur embarqué 12a peut notamment être un chargeur convertisseur continu-continu 12b, ou OBC+DCDC pour « On Board Charger ». Par exemple, le convertisseur peut être propre au dispositif de pile à combustible 21 . Also, the at least one power electronic element 12 can be selected from an on-board charger 12a, a DC-DC converter 12b and/or an inverter 12c. The on-board charger 12a can in particular be a DC-DC converter charger 12b, or OBC+DCDC for “On Board Charger”. For example, the converter may be specific to the fuel cell device 21.
Avantageusement, le premier circuit 10 peut comprendre une pluralité d’éléments électroniques de puissance 12. Ceux-ci sont préférentiellement disposés sur la première branche 101 telle qu’exposée précédemment. En outre, la pluralité d’éléments d’électronique de puissance 12 est préférentiellement disposée en amont du groupe motopropulseur 11 selon le sens de circulation du fluide réfrigérant. Selon un exemple de réalisation illustré, la pluralité d’éléments d’électronique 12 est agencée dans un ordre particulier comprenant successivement, selon le sens de circulation du fluide réfrigérant, le chargeur embarqué 12a puis le convertisseur continu-continu 12b puis l’onduleur 12c. Un tel agencement permet l’optimisation du traitement thermique de ces composants et permet d’éviter des situations de « derating » en fonction des cas de vie. En effet, les chargeurs et convertisseurs DC/DC sont classiquement plus sensibles aux montées en température et tendent à céder moins de calories au fluide réfrigérant par rapport à l’onduleur 12c. Il est donc avantageux de les placer en amont de l’onduleur 12c au sein du premier circuit 10, et notamment de la première branche 101. Egalement, les sollicitations en température tendent à impacter les éléments d’électronique de puissance 12 et leur vieillissement. Par exemple, les besoins en traitement thermique de l’onduleur 12c sont classiquement cycliques car liés aux besoins et sollicitations puissance/couple du groupe motopropulseur 11. Il en résulte des cyclages importants sur la température qui provoquent des stress-thermo-mécaniques et, sur le long terme, un risque de choc thermique et un vieillissement prématuré. En positionnant le chargeur embarqué 12a en amont du groupe motopropulseur 11 et de l’onduleur 12c, le chargeur embarqué 12a est avantageusement moins sollicité par des cyclages de températures puisqu’il n’est pas sollicité en phase de roulage. Advantageously, the first circuit 10 can comprise a plurality of electronic power elements 12. These are preferably arranged on the first branch 101 as explained previously. Furthermore, the plurality of power electronic elements 12 is preferably arranged upstream of the powertrain 11 in the direction of circulation of the refrigerant fluid. According to an illustrated embodiment, the plurality of electronic elements 12 is arranged in a particular order comprising successively, according to the direction of circulation of the refrigerant fluid, the on-board charger 12a then the DC-DC converter 12b then the inverter 12c . Such an arrangement allows the optimization of the heat treatment of these components and makes it possible to avoid “derating” situations depending on the life cases. In Indeed, DC/DC chargers and converters are typically more sensitive to temperature rises and tend to release fewer calories to the refrigerant fluid compared to the 12c inverter. It is therefore advantageous to place them upstream of the inverter 12c within the first circuit 10, and in particular the first branch 101. Also, temperature stresses tend to impact the power electronic elements 12 and their aging. For example, the heat treatment needs of the inverter 12c are classically cyclical because they are linked to the power/torque needs and demands of the powertrain 11. This results in significant cyclicals on the temperature which cause thermo-mechanical stress and, on in the long term, a risk of thermal shock and premature aging. By positioning the on-board charger 12a upstream of the powertrain 11 and the inverter 12c, the on-board charger 12a is advantageously less stressed by temperature cycles since it is not stressed during the driving phase.
Dans l’exemple illustré, le premier circuit 10 comprend également une troisième branche 103, comprenant le premier échangeur de chaleur 14, une quatrième branche 104 comprenant le premier échangeur thermique 40 et/ou une cinquième branche 105 comprenant le deuxième échangeur thermique 50. In the example illustrated, the first circuit 10 also comprises a third branch 103, comprising the first heat exchanger 14, a fourth branch 104 comprising the first heat exchanger 40 and/or a fifth branch 105 comprising the second heat exchanger 50.
Les différentes branches sont reliées les unes aux autres de sorte à définir différentes boucles de circulation du fluide réfrigérant reliées les unes aux autres, aptes à mettre en œuvre différents modes de traitement thermique. The different branches are connected to each other so as to define different refrigerant circulation loops connected to each other, capable of implementing different heat treatment modes.
Le circuit comprend notamment une première boucle 110 sur laquelle sont au moins disposés le premier échangeur de chaleur 14, le groupe motopropulseur 11 et l’au moins un élément d’électronique de puissance 12. En l’espèce la première boucle comprend ainsi au moins la première branche 101 et la troisième branche 103. The circuit comprises in particular a first loop 110 on which are arranged at least the first heat exchanger 14, the powertrain 11 and the at least one power electronic element 12. In this case the first loop thus comprises at least the first branch 101 and the third branch 103.
Le premier circuit 10 comprend également une deuxième boucle 120 sur laquelle est au moins disposé le deuxième échangeur thermique 50. Notamment, dans l’exemple de réalisation illustré, la deuxième boucle 120 comprend la batterie 13 électrique motrice et le deuxième échangeur thermique 50. Autrement dit, dans l’exemple illustré, la deuxième boucle 120 comprend au moins la deuxième branche 102 et la cinquième branche 105. The first circuit 10 also comprises a second loop 120 on which the second heat exchanger 50 is at least arranged. In particular, in the illustrated embodiment, the second loop 120 comprises the battery 13 electric motor and the second heat exchanger 50. In other words, in the example illustrated, the second loop 120 comprises at least the second branch 102 and the fifth branch 105.
La première boucle 110 et la deuxième boucle 120 peuvent notamment être configurées pour être fluidiquement indépendantes l’une de l’autre selon le besoin. Ainsi elles peuvent être agencées de sorte que la batterie 13 électrique motrice puisse être fluidiquement indépendante du groupe motopropulseur 11 électrique et/ou de l’au moins un élément d’électronique de puissance 12 par une architecture du circuit en parallèle des première et deuxième boucle 110, 120, comme illustré sur la figure 5. Egalement, la première boucle 110 et la deuxième boucle 120 peuvent notamment être agencées de sorte que la batterie 13 électrique motrice puisse être fluidiquement liée au groupe motopropulseur 11 électrique et/ou à l’au moins un élément d’électronique de puissance 12 par une architecture du circuit en série des première et deuxième boucle 110, 120, comme illustré sur la figure 4. The first loop 110 and the second loop 120 can in particular be configured to be fluidly independent of each other as needed. Thus they can be arranged so that the electric driving battery 13 can be fluidly independent of the electric powertrain 11 and/or of the at least one power electronic element 12 by an architecture of the circuit in parallel of the first and second loop 110, 120, as illustrated in Figure 5. Also, the first loop 110 and the second loop 120 can in particular be arranged so that the electric driving battery 13 can be fluidly linked to the electric powertrain 11 and/or to the minus one power electronic element 12 by an architecture of the series circuit of the first and second loop 110, 120, as illustrated in Figure 4.
Particulièrement, la première boucle 110 et la deuxième boucle 120 sont reliées l’une à l’autre de sorte que, selon le mode de traitement thermique mis en œuvre tel qu’exposé ci-après, l’une de la première boucle 110 et/ou de la deuxième boucle 120 peut être en fonctionnement. Notamment, la première boucle 110 et la deuxième boucle 120 peuvent fonctionner au moins en partie indépendamment l’une de l’autre, c’est-à-dire que, pour un mode défini, une partie du fluide réfrigérant du premier circuit 10 passe dans la première boucle 110 sans rejoindre la deuxième boucle 120 et inversement. Particularly, the first loop 110 and the second loop 120 are connected to each other so that, according to the heat treatment mode implemented as explained below, one of the first loop 110 and /or the second loop 120 can be in operation. In particular, the first loop 110 and the second loop 120 can operate at least partly independently of each other, that is to say that, for a defined mode, part of the refrigerant fluid from the first circuit 10 passes in the first loop 110 without joining the second loop 120 and vice versa.
En ce sens, le premier circuit 10 peut également comprendre au moins une pompe 15. Notamment, chacune de la première boucle 110 et la deuxième boucle 120 peut comprendre une pompe 15 qui lui est propre. Par exemple, une première pompe 15a peut être disposée en amont de l’au moins un élément d’électronique de puissance 12. Notamment la première pompe 15a est comprise dans la première boucle 110, par exemple dans la première branche 101. Egalement, une deuxième pompe 15b peut être disposée en amont de la batterie 13 électrique motrice et/ou du deuxième échangeur thermique 50. Notamment la deuxième pompe 15b est comprise dans la deuxième boucle 120, par exemple dans la cinquième branche 105 ou dans la deuxième branche 102. In this sense, the first circuit 10 can also include at least one pump 15. In particular, each of the first loop 110 and the second loop 120 can include a pump 15 of its own. For example, a first pump 15a can be arranged upstream of the at least one power electronic element 12. In particular, the first pump 15a is included in the first loop 110, for example in the first branch 101. Also, a second pump 15b can be placed upstream of the battery 13 electric motor and/or the second heat exchanger 50. In particular the second pump 15b is included in the second loop 120, for example in the fifth branch 105 or in the second branch 102.
Additionnellement, le premier circuit 10, et plus particulièrement la deuxième boucle 120, peut comprendre une thermistance CTP 16, c’est-à-dire à coefficient de température positif, permettant la montée en température du fluide réfrigérant selon le besoin. Additionally, the first circuit 10, and more particularly the second loop 120, can include a CTP thermistor 16, that is to say with a positive temperature coefficient, allowing the temperature of the refrigerant fluid to rise as needed.
En outre, le premier circuit 10 comprend au moins un premier réservoir 17. Par exemple, le premier réservoir 17 comprend un bocal, circulant ou non circulant. La présence d’un bocal circulant permet notamment d’améliorer la performance et la durée des procédures de remplissage et dégazage du circuit. Le premier réservoir 17 peut être disposé sur la deuxième boucle 120, par exemple sur la deuxième branche 102 ou, tel qu’illustré, la cinquième branche 105. Optionnellement, le premier circuit 10 peut comprendre une pluralité de réservoirs. In addition, the first circuit 10 comprises at least a first tank 17. For example, the first tank 17 comprises a jar, circulating or non-circulating. The presence of a circulating jar makes it possible to improve the performance and duration of the circuit filling and degassing procedures. The first tank 17 can be placed on the second loop 120, for example on the second branch 102 or, as illustrated, the fifth branch 105. Optionally, the first circuit 10 can include a plurality of tanks.
La première boucle 110 et la deuxième boucle 120 sont fluidiquement reliées par une pluralité de branches. Par exemple, dans l’exemple de réalisation illustré, la deuxième boucle 120 est reliée à la première boucle 110 par l’intermédiaire d’une branche de liaison 106. La première boucle 110 et la deuxième boucle 120 sont également reliées par une première branche de contournement 107 du premier échangeur de chaleur 14 d’une part, et/ou par une deuxième branche de contournement 108 du premier échangeur thermique 40 d’autre part. The first loop 110 and the second loop 120 are fluidly connected by a plurality of branches. For example, in the illustrated embodiment, the second loop 120 is connected to the first loop 110 via a connecting branch 106. The first loop 110 and the second loop 120 are also connected by a first branch bypass 107 of the first heat exchanger 14 on the one hand, and/or by a second bypass branch 108 of the first heat exchanger 40 on the other hand.
Le premier circuit 10 comprend préférentiellement une pluralité d’électrovannes configurées pour diriger sélectivement le fluide réfrigérant vers les différentes branches et/ou boucles, notamment de sorte à contourner ou non un composant déterminé du premier circuit 10. Dans les figures illustrées, chaque électrovanne comprend une entrée et deux sorties possibles. Le premier circuit 10 comprend notamment une première électrovanne 18, configurée pour diriger le fluide réfrigérant sélectivement vers le premier échangeur de chaleur 14 ou pour contourner celui-ci en fonction d’un mode de traitement thermique mis en œuvre. La première électrovanne 18 peut fonctionner selon un principe ON/OFF, c’est-à-dire selon un principe d’ouverture et fermeture de l’accès à une branche définie. Alternativement, la première électrovanne 18 peut être du type « proportionnelle » de sorte à assurer la circulation du fluide réfrigérant avec plus ou moins de débit selon le besoin. En l’espèce, la première électrovanne 18 est notamment reliée à la troisième branche 103. Dans l’exemple illustré, la troisième électrovanne est également reliée à la première branche de contournement 107. The first circuit 10 preferably comprises a plurality of solenoid valves configured to selectively direct the refrigerant fluid towards the different branches and/or loops, in particular so as to bypass or not a specific component of the first circuit 10. In the illustrated figures, each solenoid valve comprises one entry and two possible exits. The first circuit 10 notably comprises a first solenoid valve 18, configured to direct the refrigerant fluid selectively towards the first heat exchanger 14 or to bypass it depending on a heat treatment mode implemented. The first solenoid valve 18 can operate according to an ON/OFF principle, that is to say according to a principle of opening and closing access to a defined branch. Alternatively, the first solenoid valve 18 can be of the “proportional” type so as to ensure the circulation of the refrigerant fluid with more or less flow rate depending on the need. In this case, the first solenoid valve 18 is notably connected to the third branch 103. In the example illustrated, the third solenoid valve is also connected to the first bypass branch 107.
Le premier circuit 10 comprend également une deuxième électrovanne 19, configurée pour diriger le fluide réfrigérant sélectivement vers le premier échangeur thermique 40 ou pour contourner celui-ci selon le mode de traitement thermique mis en œuvre. Similairement à la première électrovanne 18, la deuxième électrovanne 19 peut fonctionner selon un principe ON/OFF ou être du type « proportionnelle ». En l’espèce, la deuxième électrovanne 19 est au moins reliée à la quatrième branche 104 et à la deuxième branche de contournement 108. Egalement, la deuxième électrovanne 19 est reliée à la première branche 101. The first circuit 10 also includes a second solenoid valve 19, configured to direct the refrigerant fluid selectively towards the first heat exchanger 40 or to bypass it depending on the heat treatment mode implemented. Similar to the first solenoid valve 18, the second solenoid valve 19 can operate according to an ON/OFF principle or be of the “proportional” type. In this case, the second solenoid valve 19 is at least connected to the fourth branch 104 and to the second bypass branch 108. Also, the second solenoid valve 19 is connected to the first branch 101.
La description ci-après expose de manière plus détaillée l’architecture du premier circuit 10. Il est entendu qu’une telle architecture est représentative d’un exemple particulier de réalisation et que d’autres rattachement des branches et/ou agencements des composants pourront être envisagés selon le besoin dans la mesure où ils n’affectent pas le fonctionnement du système de traitement thermique selon l’invention. Dans l’exemple de réalisation particulier illustré, une extrémité de la première branche 101 est reliée à quatrième branche 104 et à la deuxième branche de contournement 108 par l’intermédiaire de la deuxième électrovanne 19 de sorte que le fluide réfrigérant sortant de la première branche 101 peut sélectivement être envoyé vers le premier échangeur thermique 40 ou contourner ledit échangeur. La deuxième branche de contournement 108 rejoint la quatrième branche 104 en aval du premier échangeur thermique 40 au niveau d’un premier point de convergence. La quatrième branche 104 est, quant à elle, reliée à la troisième branche 103 et à la première branche de contournement 107, permettant de contourner le premier échangeur de chaleur 14, par l’intermédiaire de la première électrovanne 18. Le fluide réfrigérant issu de la première branche 101 , passant ou non par le premier échangeur thermique 40, peut ainsi être envoyé vers le premier échangeur de chaleur 14, notamment de sorte à céder des calories au flux d’air extérieur FAT et ainsi être refroidi. Le fluide réfrigérant continue alors à circuler sur la première boucle 110. Additionnellement ou alternativement, le fluide réfrigérant peut être envoyé vers la deuxième boucle 120 par l’intermédiaire de la première branche de contournement 107. The description below sets out in more detail the architecture of the first circuit 10. It is understood that such an architecture is representative of a particular example of embodiment and that other connections of the branches and/or arrangements of the components may be be considered as necessary to the extent that they do not affect the operation of the heat treatment system according to the invention. In the particular embodiment illustrated, one end of the first branch 101 is connected to the fourth branch 104 and to the second bypass branch 108 via the second solenoid valve 19 so that the refrigerant fluid leaving the first branch 101 can selectively be sent to the first heat exchanger 40 or bypass said exchanger. The second bypass branch 108 joins the fourth branch 104 downstream of the first heat exchanger 40 at a first point of convergence. The fourth branch 104 is, for its part, connected to the third branch 103 and to the first bypass branch 107, making it possible to bypass the first heat exchanger 14, via the first solenoid valve 18. The refrigerant fluid from the first branch 101, passing or not through the first heat exchanger 40, can thus be sent to the first heat exchanger 14, in particular so as to transfer calories to the external air flow FAT and thus be cooled. The refrigerant then continues to circulate on the first loop 110. Additionally or alternatively, the refrigerant can be sent to the second loop 120 via the first bypass branch 107.
La première branche de contournement 107 est reliée à la deuxième boucle 120 au niveau d’un deuxième point de convergence. La deuxième branche 102, la cinquième branche 105 et la première branche de contournement 107 sont ainsi reliées en ce point. Le fluide réfrigérant peut ensuite circuler dans la deuxième boucle 120, comprenant au moins la deuxième branche 102 et la cinquième branche 105, puis être renvoyée vers la première boucle 110 par l’intermédiaire de la branche de Iiaison106. La première branche 101 est ainsi reliée à la deuxième boucle 120 au niveau d’un premier point de divergence et à la première boucle 110 au niveau d’un troisième point de convergence. The first bypass branch 107 is connected to the second loop 120 at a second convergence point. The second branch 102, the fifth branch 105 and the first bypass branch 107 are thus connected at this point. The refrigerant fluid can then circulate in the second loop 120, comprising at least the second branch 102 and the fifth branch 105, then be returned to the first loop 110 via the connection branch 106. The first branch 101 is thus connected to the second loop 120 at a first point of divergence and to the first loop 110 at a third point of convergence.
Tel qu’exposé précédemment, le deuxième circuit 20 comprend le dispositif de pile à combustible 21 . Le dispositif de pile à combustible 21 est disposé sur une branche primaire 201 du deuxième circuit 20. De manière générale, le dispositif de pile à combustible 21 est réalisé selon des principes connus de l’Homme du métier. Le dispositif de pile à combustible 21 , non détaillé, peut notamment comprendre une boucle interne pouvant être isolée du reste du deuxième circuit 20 par l’intermédiaire d’un thermostat. Le thermostat permet notamment de limiter la circulation de tout ou partie du fluide dé-ionisé à la boucle interne pendant une durée nécessaire à la montée en température de la pile à combustible. Le dispositif de pile à combustible 21 peut également comprendre au moins l’un parmi une pompe, une thermistance CTP et/ou un réservoir, par exemple du type bocal circulant ou non circulant tel qu’exposé précédemment. As explained previously, the second circuit 20 comprises the fuel cell device 21. The fuel cell device 21 is arranged on a primary branch 201 of the second circuit 20. Generally, the fuel cell device 21 is produced according to principles known to those skilled in the art. The fuel cell device 21, not detailed, may in particular comprise an internal loop which can be isolated from the rest of the second circuit 20 via a thermostat. The thermostat makes it possible in particular to limit the circulation of all or part of the deionized fluid in the internal loop for a period necessary for the fuel cell to rise in temperature. The fuel cell device 21 may also include at least one of a pump, a PTC thermistor and/or a reservoir, for example of the circulating or non-circulating jar type as explained previously.
Le premier échangeur thermique 40 est disposé en aval du dispositif de pile à combustible 21 , notamment sur la branche primaire 201. Le premier échangeur thermique 40 est également disposé en amont deuxième échangeur de chaleur 22. Le deuxième circuit 20 comprend, de manière optionnelle mais préférentielle, une branche annexe 210, reliée à la branche primaire 201 par un point de divergence et un point de convergence respectivement disposés en amont et en aval du premier échangeur thermique 40. Une telle branche annexe 210 permet le contournement du premier échangeur thermique 40 par une partie du fluide dé-ionisé de sorte à maintenir le débit au sein du deuxième circuit 20 et ainsi limiter les pertes de charge au niveau dudit échangeur. The first heat exchanger 40 is arranged downstream of the fuel cell device 21, in particular on the primary branch 201. The first heat exchanger 40 is also arranged upstream of the second heat exchanger 22. The second circuit 20 includes, optionally but preferential, an annex branch 210, connected to the primary branch 201 by a point of divergence and a point of convergence respectively arranged upstream and downstream of the first heat exchanger 40. Such an annex branch 210 allows the bypass of the first heat exchanger 40 by a part of the de-ionized fluid so as to maintain the flow rate within the second circuit 20 and thus limit the pressure losses at said exchanger.
Le deuxième circuit 20 comprend également une branche secondaire 202, sur laquelle est disposée le deuxième échangeur de chaleur 22, et une branche primaire de contournement 203, permettant de contourner ledit deuxième échangeur de chaleur 22. Le fluide dé-ionisé peut ainsi contourner ou non le deuxième échangeur de chaleur 22 selon le besoin. En ce sens, le système de traitement thermique 1 , et plus particulièrement le deuxième circuit 20, peut comprendre une troisième électrovanne 23 configurée pour diriger le fluide réfrigérant sélectivement vers le deuxième échangeur de chaleur 22 ou pour contourner celui-ci selon le mode de traitement thermique mis en œuvre. De manière préférentielle, la troisième électrovanne 23 est du type « proportionnelle ». The second circuit 20 also comprises a secondary branch 202, on which the second heat exchanger 22 is arranged, and a primary bypass branch 203, making it possible to bypass said second heat exchanger 22. The de-ionized fluid can thus bypass or not the second heat exchanger 22 as needed. In this sense, the heat treatment system 1, and more particularly the second circuit 20, can comprise a third solenoid valve 23 configured to direct the refrigerant fluid selectively towards the second heat exchanger 22 or to bypass it depending on the treatment mode. thermal implemented. Preferably, the third solenoid valve 23 is of the “proportional” type.
De manière classique, le premier circuit 10 et le deuxième circuit 20 peuvent chacun comprendre des capteurs, notamment des organes de mesure 41 d’une température et/ou d’une pression du fluide circulant dans le circuit considéré. La figure 2 illustre des exemples de positionnement d’une pluralité d’organes de mesure 41 de la température. Par exemple, les organes de mesure 41 peuvent être disposés sur la première boucle 110, par exemple au niveau de l’au moins un élément électronique de puissance ou de chacun des éléments électroniques de puissance. Egalement, un organe de mesure peut être disposé en amont du premier échangeur de chaleur 14 et/ou en amont de la batterie 13 électrique motrice. Des organes de mesure 41 de la température peuvent également être disposés sur le deuxième circuit 20 en amont du deuxième échangeur de chaleur 22 et/ou en amont du dispositif de pile à combustible 21 et/ou en amont du premier échangeur thermique 40. Conventionally, the first circuit 10 and the second circuit 20 can each comprise sensors, in particular members 41 for measuring a temperature and/or a pressure of the fluid circulating in the circuit considered. Figure 2 illustrates examples of positioning of a plurality of temperature measuring members 41. For example, the measuring elements 41 can be arranged on the first loop 110, for example at the level of the at least one electronic power element or of each of the electronic elements power. Also, a measuring member can be placed upstream of the first heat exchanger 14 and/or upstream of the electric driving battery 13. Temperature measuring members 41 can also be arranged on the second circuit 20 upstream of the second heat exchanger 22 and/or upstream of the fuel cell device 21 and/or upstream of the first heat exchanger 40.
Egalement, le deuxième circuit 20 peut comprendre un deuxième réservoir 24, notamment un bocal circulant ou non circulant tel qu’exposé précédemment. Un tel deuxième réservoir 24 peut être dédié au dégazage du deuxième circuit 20. Le deuxième réservoir 24 peut, par exemple, être disposé sur la branche secondaire 202 ou sur une branche annexe 210’, reliée à la branche secondaire 202. Also, the second circuit 20 may include a second reservoir 24, in particular a circulating or non-circulating jar as explained previously. Such a second tank 24 can be dedicated to the degassing of the second circuit 20. The second tank 24 can, for example, be placed on the secondary branch 202 or on an additional branch 210', connected to the secondary branch 202.
Le système de traitement thermique selon l’invention permet ainsi, selon le besoin, des échanges thermiques entre le premier circuit 10 et le deuxième circuit 20 d’une part et entre le premier circuit 10 et le troisième circuit 30 d’autre part, permettant une optimisation de la redistribution des calories générées par le véhicule 100. Le système de traitement thermique est ainsi adapté à réchauffer ou refroidir la batterie 13 électrique motrice, un ou plusieurs éléments d’électronique de puissance 12 et le groupe motopropulseur 11 ou encore à chauffer l’habitacle par l’intermédiaire du deuxième échangeur thermique 50 tout en minimisant les consommations électriques et d’hydrogène requises pour mettre en œuvre les différents traitements thermiques. The heat treatment system according to the invention thus allows, depending on the need, thermal exchanges between the first circuit 10 and the second circuit 20 on the one hand and between the first circuit 10 and the third circuit 30 on the other hand, allowing an optimization of the redistribution of calories generated by the vehicle 100. The heat treatment system is thus adapted to heat or cool the electric driving battery 13, one or more power electronic elements 12 and the powertrain 11 or even to heat the passenger compartment via the second heat exchanger 50 while minimizing the electrical and hydrogen consumption required to implement the various heat treatments.
L’invention concerne également un procédé de traitement thermique du véhicule 100 automobile. En d’autres termes, un tel procédé peut être considéré comme un procédé de fonctionnement ou d’utilisation d’un véhicule 100 équipé du système de traitement thermique 1 selon l’invention. Alternativement, un tel procédé correspond à un procédé de fonctionnement ou d’utilisation du système de traitement thermique 1 . Le procédé comprend une étape de mesure d’une température d’un composant du premier circuit 10 et/ou du deuxième circuit 20 par l’intermédiaire d’un ou plusieurs organes de mesure 41. Notamment, le procédé comprend la mesure de la température d’un composant de la chaîne d’entrainement électrique sélectionné parmi le groupe motopropulseur 11 électrique, l’au moins un élément d’électronique de puissance 12 et/ou la batterie 13 électrique motrice, et/ou la mesure de la température du dispositif de pile à combustible 21 . The invention also relates to a heat treatment method for the automobile vehicle 100. In other words, such a method can be considered as a method of operating or using a vehicle 100 equipped with the heat treatment system 1 according to the invention. Alternatively, such a method corresponds to a method of operating or using the heat treatment system 1. The method comprises a step of measuring a temperature of a component of the first circuit 10 and/or the second circuit 20 via one or more measuring members 41. In particular, the method comprises measuring the temperature of a component of the electric drive chain selected from the electric powertrain 11, the at least one power electronic element 12 and/or the electric driving battery 13, and/or the measurement of the temperature of the device fuel cell 21.
Le procédé comprend ensuite une étape de détermination d’un mode de traitement thermique à appliquer, correspondant à un mode de fonctionnement du système de traitement thermique 1 . Par exemple, une telle détermination peut être effectuée par comparaison des données de mesures de température relatives à un ou plusieurs composant(s) avec des données relatives à des températures optimales et/ou limites de fonctionnement d’un composant considéré. De telles données peuvent être stockées sur un ou plusieurs éléments de mémoire du véhicule 100 tandis que les comparaisons peuvent être réalisée par une unité de traitement comprenant un calculateur ou un ordinateur embarqué. The method then comprises a step of determining a heat treatment mode to be applied, corresponding to an operating mode of the heat treatment system 1. For example, such a determination can be made by comparing temperature measurement data relating to one or more component(s) with data relating to optimal temperatures and/or operating limits of a component considered. Such data can be stored on one or more memory elements of the vehicle 100 while the comparisons can be carried out by a processing unit comprising a calculator or an on-board computer.
Le procédé comprend ensuite une étape d’application du mode de traitement thermique déterminé par ajustement de la circulation du fluide réfrigérant dans le premier circuit 10 et/ou de la circulation du fluide dé-ionisé dans le deuxième circuit 20. La circulation du fluide réfrigérant et la circulation du fluide dé-ionisé peuvent notamment être dirigées par l’intermédiaire d’au moins un dispositif de contrôle équipé dans le véhicule 100. Le dispositif de contrôle est notamment apte à actionner la première électrovanne 18, la deuxième électrovanne 19 et/ou la troisième électrovanne 23 selon le besoin. The method then comprises a step of applying the heat treatment mode determined by adjusting the circulation of the refrigerant fluid in the first circuit 10 and/or the circulation of the de-ionized fluid in the second circuit 20. The circulation of the refrigerant fluid and the circulation of the de-ionized fluid can in particular be directed via at least one control device equipped in the vehicle 100. The control device is in particular capable of actuating the first solenoid valve 18, the second solenoid valve 19 and/or or the third solenoid valve 23 as needed.
Les figures 3 à 7 illustrent schématiquement des exemples d’exécution, non limitatifs, de différents modes de fonctionnement du système de traitement thermique 1 correspondant à différents types de traitement thermiques pouvant être mis en œuvre. Selon un premier mode de fonctionnement, illustré à la figure 3, le système de traitement thermique 1 peut mettre en œuvre le traitement thermique de l’au moins un élément d’électronique de puissance 12 et du groupe motopropulseur 11. Dans un tel mode de fonctionnement, le dispositif de pile à combustible 21 peut être éteint et il n’est pas nécessaire d’effectuer un traitement thermique de la batterie 13 électrique motrice ou encore de l’habitacle. La puissance de refroidissement nécessaire peut donc être fournie par le premier échangeur de chaleur 14 et il n’est pas nécessaire de mettre en œuvre un échange thermique entre le premier circuit 10 et le deuxième circuit 20. Le fluide réfrigérant passe ainsi par la première branche 101 , capte des calories de l’au moins un élément d’électronique de puissance 12 et du groupe motopropulseur 11. Le fluide réfrigérant contourne ensuite le premier échangeur thermique 40 puis est envoyé vers le premier échangeur de chaleur 14. Dans l’exemple de réalisation illustré, la deuxième électrovanne 19 est donc pilotée de sorte que le fluide réfrigérant est dirigé vers la deuxième branche de contournement 108 tandis que la première électrovanne 18 est pivotée afin d'envoyer le fluide réfrigérant vers la troisième branche 103. Au niveau du premier échangeur de chaleur 14, le fluide réfrigérant cède des calories au flux d’air extérieur FAT, permettant de ce fait le refroidissement du fluide. Dans un tel mode de fonctionnement, la circulation du fluide réfrigérant est ainsi limitée à la première boucle 110. Figures 3 to 7 schematically illustrate non-limiting examples of execution of different operating modes of the heat treatment system 1 corresponding to different types of heat treatment that can be implemented. According to a first mode of operation, illustrated in Figure 3, the heat treatment system 1 can implement the heat treatment of the at least one power electronic element 12 and the powertrain 11. In such a mode of operation, operation, the fuel cell device 21 can be turned off and it is not necessary to carry out heat treatment of the electric driving battery 13 or even of the passenger compartment. The necessary cooling power can therefore be provided by the first heat exchanger 14 and it is not necessary to implement a heat exchange between the first circuit 10 and the second circuit 20. The refrigerant fluid thus passes through the first branch 101, captures calories from the at least one power electronic element 12 and the powertrain 11. The refrigerant then bypasses the first heat exchanger 40 then is sent to the first heat exchanger 14. In the example of illustrated embodiment, the second solenoid valve 19 is therefore controlled so that the refrigerant fluid is directed towards the second bypass branch 108 while the first solenoid valve 18 is pivoted in order to send the refrigerant fluid towards the third branch 103. At the level of the first heat exchanger 14, the refrigerant fluid gives up calories to the external air flow FAT, thereby allowing the cooling of the fluid. In such an operating mode, the circulation of the refrigerant fluid is thus limited to the first loop 110.
La figure 4 illustre un deuxième mode de fonctionnement, susceptible d’être mis en œuvre en situation de roulage classique. Dans une telle situation, il peut être nécessaire de mettre en œuvre le traitement thermique de l’au moins un élément d’électronique de puissance 12, du groupe motopropulseur 11 et de la batterieFigure 4 illustrates a second mode of operation, likely to be implemented in a classic driving situation. In such a situation, it may be necessary to implement the heat treatment of the at least one power electronics element 12, the powertrain 11 and the battery.
13 électrique motrice. Similairement au premier mode de fonctionnement, le dispositif de pile à combustible 21 peut être éteint et la puissance de refroidissement nécessaire peut être fournie par le premier échangeur de chaleur13 electric motor. Similar to the first mode of operation, the fuel cell device 21 can be turned off and the necessary cooling power can be provided by the first heat exchanger
14 sans qu’il soit nécessaire de mettre en œuvre un échange thermique entre le premier circuit 10 et le deuxième circuit 20. Dans un tel mode de fonctionnement, le fluide réfrigérant passe par la première branche 101 , capte des calories de l’au moins un élément d’électronique de puissance 12 et du groupe motopropulseur 11 puis contourne le premier échangeur thermique 40 tel que décrit précédemment. Le fluide réfrigérant est ensuite envoyé vers la deuxième boucle 120 par l’intermédiaire de la première électrovanne 18 et de la première branche de contournement 107. Une partie du fluide réfrigérant est envoyée vers la deuxième branche 102 et l’autre vers la cinquième branche 105. Au niveau du deuxième échangeur thermique 50, le fluide réfrigérant cède des calories au fluide de refroidissement circulant dans le troisième circuit 30, permettant ainsi indirectement de chauffer l’habitacle par l’intermédiaire de l’installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation 2 si nécessaire. Dans un même temps, le fluide réfrigérant passe au niveau de la batterie 13 électrique motrice et capte des calories de celle-ci de sorte à permettre son refroidissement ou son réchauffage. Le fluide réfrigérant issu de la deuxième branche 102, comprenant la batterie 13 électrique motrice, et la cinquième branche 105, comprenant le deuxième échange thermique 50 est ensuite renvoyé vers la première boucle 110 par l’intermédiaire de la branche de liaison 106. 14 without it being necessary to implement a heat exchange between the first circuit 10 and the second circuit 20. In such an operating mode, the refrigerant fluid passes through the first branch 101, captures calories from at least a power electronics element 12 and the powertrain 11 then bypasses the first heat exchanger 40 as described previously. The refrigerant fluid is then sent to the second loop 120 via the first solenoid valve 18 and the first bypass branch 107. Part of the refrigerant fluid is sent to the second branch 102 and the other to the fifth branch 105 At the level of the second heat exchanger 50, the refrigerant fluid transfers calories to the cooling fluid circulating in the third circuit 30, thus indirectly allowing the passenger compartment to be heated via the ventilation, heating and/or installation. air conditioning 2 if necessary. At the same time, the refrigerant fluid passes to the level of the electric driving battery 13 and captures calories from it so as to allow its cooling or heating. The refrigerant fluid coming from the second branch 102, comprising the electric driving battery 13, and the fifth branch 105, comprising the second heat exchange 50 is then returned to the first loop 110 via the connecting branch 106.
La figure 5 illustre un troisième mode de fonctionnement, susceptible d’être mis en œuvre lors de phases de recharge de la batterie 13 électrique motrice, lorsque le véhicule 100 est à l’arrêt. Dans de telles conditions, l’au moins un élément d’électronique de puissance 12 tel que le chargeur embarqué 12a requiert un traitement thermique tandis que les autres éléments électroniques de puissance ou le groupe motopropulseur 11 ne requièrent pas un tel traitement thermique. Egalement, la batterie 13 électrique motrice peut nécessiter un traitement thermique. Dans un tel mode de fonctionnement, la circulation du fluide réfrigérant peut être limitée à la première boucle 110, similairement à ce qui a été exposé en référence au premier mode de fonctionnement, lorsque seul le chargeur embarqué 12a requiert un traitement thermique. Alternativement, une partie du fluide réfrigérant peut circuler dans la première boucle 110 et une partie du fluide réfrigérant peut circuler dans la deuxième boucle 120, tel qu’illustré à la figure 5. Les deux boucles peuvent alors fonctionner indépendamment l’une de l’autre au sein du premier circuit 10, c’est-à-dire que la partie du fluide circulant dans la première boucle 110 n’est pas envoyée vers la deuxième boucle 120 et inversement pendant une période définie. Selon une autre alternative, le fluide réfrigérant peut circuler dans la première boucle 110 et dans la deuxième boucle 120 de manière connectée, similairement à ce qui a été exposé en référence au deuxième mode de fonctionnement. Indépendamment de l’alternative d’exécution mise en œuvre, le fluide réfrigérant contourne le premier échangeur thermique 40 et le dispositif de pile à combustible 21 est alors éteint. Figure 5 illustrates a third mode of operation, capable of being implemented during recharging phases of the electric driving battery 13, when the vehicle 100 is stationary. Under such conditions, the at least one power electronic element 12 such as the on-board charger 12a requires heat treatment while the other power electronic elements or the powertrain 11 do not require such heat treatment. Also, the electric driving battery 13 may require heat treatment. In such an operating mode, the circulation of the refrigerant fluid can be limited to the first loop 110, similar to what was explained with reference to the first operating mode, when only the on-board charger 12a requires heat treatment. Alternatively, part of the refrigerant fluid can circulate in the first loop 110 and part of the refrigerant fluid can circulate in the second loop 120, as illustrated in Figure 5. The two loops can then operate independently of each other. other within the first circuit 10, that is to say that the part of the fluid circulating in the first loop 110 is not sent to the second loop 120 and vice versa for a defined period. According to another alternative, the refrigerant fluid can circulate in the first loop 110 and in the second loop 120 in a connected manner, similar to what has been explained with reference to the second mode of operation. Regardless of the execution alternative implemented, the refrigerant fluid bypasses the first heat exchanger 40 and the fuel cell device 21 is then turned off.
La figure 6 illustre un exemple d’exécution d’un quatrième mode de fonctionnement. Un tel mode de fonctionnement peut être mis en œuvre en situation « d’ambiance froide », c’est-à-dire notamment en conditions de démarrage et/ou, par exemple, lorsque la température extérieure au véhicule 100 est inférieure ou égale à 10°C, voire inférieure ou égale à 6°C ou encore à 0°C. Dans de telles conditions, il est nécessaire de réchauffer tout ou partie de la chaîne d’entraînement, notamment l’au moins un élément d’électronique de puissance 12, le groupe motopropulseur 11 et éventuellement la batterie 13 électrique motrice. Dans un tel mode de fonctionnement, le dispositif de pile à combustible 21 fonctionne et s’échauffe. Il chauffe ainsi le fluide dé-ionisé circulant dans le deuxième circuit 20. Egalement, le fluide dé-ionisé contourne le deuxième échangeur de chaleur 22 de sorte à ne pas être refroidi. La troisième électrovanne 23 est ainsi commandée de sorte à diriger la circulation du fluide dé-ionisée depuis la branche primaire 201 vers la branche primaire de contournement 203. Dans un même temps, dans le premier circuit 10, le fluide réfrigérant passe par le premier échangeur thermique 40 au niveau duquel il récupère des calories cédées par le fluide dé-ionisées. Le fluide réfrigérant contourne ensuite le premier échangeur de chaleur 14 et passe dans la première branche de contournement 107 puis est envoyé vers la deuxième boucle 120. Dans la deuxième boucle 120, le fluide réfrigérant chauffé permet le réchauffement de la batterie 13 électrique motrice à une température plus adaptée lors de conditions « ambiance froide ». De même, le deuxième échangeur thermique 50 peut céder des calories au troisième circuit 30 afin de permettre le chauffage de l’habitacle lorsque celui-ci est requis. Le fluide réfrigérant est ensuite renvoyé vers la première boucle 110 par l’intermédiaire de la branche de liaison 106. Il passe alors par la première branche 101 , permettant ainsi de réchauffer l’au moins un élément d’électronique de puissance 12 et le groupe motopropulseur 11 . Le positionnement du premier échangeur thermique 40 en amont de la batterie 13 électrique motrice et/ou du deuxième échangeur thermique 50 d’une part et en aval de l’au moins un élément d’électronique de puissance 12 et du groupe motopropulseur 11 permet avantageusement la mise en œuvre d’un échange thermique avec un fluide réfrigérant présentant une température plus élevée au niveau de ladite batterie 13 qu’au niveau de l’au moins un élément d’électronique de puissance 12 notamment. Une telle architecture est adaptée et optimisée pour préserver l’au moins un élément d’électronique de puissance 12, plus sensible aux variations de températures. De même, le fluide dé-ionisé étant refroidi par les différents échanges thermiques mis en œuvre, il permet, en outre, le refroidissement au moins partiel du dispositif de pile à combustible 21 lorsque celui-ci présente un échauffement inadapté à son fonctionnement. Figure 6 illustrates an example of execution of a fourth operating mode. Such an operating mode can be implemented in a “cold environment” situation, that is to say in particular in starting conditions and/or, for example, when the temperature outside the vehicle 100 is less than or equal to 10°C, or even less than or equal to 6°C or even 0°C. Under such conditions, it is necessary to heat up all or part of the drive chain, in particular the at least one power electronic element 12, the powertrain 11 and possibly the electric driving battery 13. In such an operating mode, the fuel cell device 21 operates and heats up. It thus heats the de-ionized fluid circulating in the second circuit 20. Also, the de-ionized fluid bypasses the second heat exchanger 22 so as not to be cooled. The third solenoid valve 23 is thus controlled so as to direct the circulation of the de-ionized fluid from the primary branch 201 towards the primary bypass branch 203. At the same time, in the first circuit 10, the refrigerant fluid passes through the first exchanger thermal 40 at which it recovers the calories given up by the de-ionized fluid. The refrigerant fluid then bypasses the first heat exchanger 14 and passes into the first bypass branch 107 then is sent to the second loop 120. In the second loop 120, the heated refrigerant fluid allows the heating of the electric driving battery 13 at a temperature more suitable for “cold environment” conditions. Likewise, the second heat exchanger 50 can transfer calories to the third circuit 30 in order to allow heating of the passenger compartment when this is required. The refrigerant fluid is then returned to the first loop 110 via the connecting branch 106. It then passes through the first branch 101, thus making it possible to heat the at least one power electronic element 12 and the group powertrain 11. Positioning of the first heat exchanger 40 upstream of the electric driving battery 13 and/or of the second heat exchanger 50 on the one hand and downstream of the at least one power electronic element 12 and of the powertrain 11 advantageously allows the implementation of a heat exchange with a refrigerant fluid having a higher temperature at said battery 13 than at at least one power electronic element 12 in particular. Such an architecture is adapted and optimized to preserve at least one power electronic element 12, more sensitive to temperature variations. Likewise, the de-ionized fluid being cooled by the various thermal exchanges implemented, it also allows at least partial cooling of the fuel cell device 21 when the latter presents a temperature rise unsuitable for its operation.
La figure 7 illustre un exemple d’exécution d’un cinquième mode de fonctionnement, visant notamment à permettre le refroidissement du dispositif de pile à combustible 21 . Par exemple, une telle situation peut être similaire à celle décrite en référence au quatrième mode de fonctionnement, mais avec un échauffement du dispositif de pile à combustible 21 plus important, ne pouvant pas être traité par le premier échangeur thermique 40 seul. Dans un tel mode de fonctionnement, dans le deuxième circuit 20, le fluide dé-ionisé sortant du premier échangeur thermique 40 peut être envoyé, par l’intermédiaire de la troisième électrovanne 23, vers la branche secondaire 202. Dans le deuxième échangeur de chaleur 22, le fluide dé-ionisé cède des calories au flux d’air et est ainsi refroidi. Il est ensuite renvoyé vers le dispositif de pile à combustible 21 qu’il peut ainsi refroidir à une température adaptée. Un tel principe permet ainsi un refroidissement additionnel du dispositif de pile à combustible 21 . Figure 7 illustrates an example of execution of a fifth operating mode, aimed in particular at allowing the cooling of the fuel cell device 21. For example, such a situation may be similar to that described with reference to the fourth mode of operation, but with greater heating of the fuel cell device 21, which cannot be treated by the first heat exchanger 40 alone. In such an operating mode, in the second circuit 20, the de-ionized fluid leaving the first heat exchanger 40 can be sent, via the third solenoid valve 23, to the secondary branch 202. In the second heat exchanger 22, the de-ionized fluid gives up calories to the air flow and is thus cooled. It is then returned to the fuel cell device 21 which it can thus cool to a suitable temperature. Such a principle thus allows additional cooling of the fuel cell device 21.
Le véhicule 100 selon l’invention comprend ainsi d’une part une batterie 13 électrique motrice, notamment adaptée à la plupart des trajets susceptibles d’être effectués par un utilisateur, et un dispositif de pile à combustible 21 permettant d’accroître l’autonomie du véhicule 100 tout en limitant l’encombrement et l’augmentation de masse classiquement observés lorsque le nombre de modules ou cellules de la batterie 13 motrice sont augmentés. Le système de traitement thermique 1 selon l’invention est adapté à un tel véhicule afin de permettre une optimisation du véhicule 100 en améliorant la distribution des calories disponibles au sein de différents circuits selon le besoin. Le système de traitement thermique 1 est notamment apte à mettre en œuvre le refroidissement du dispositif de pile à combustible 21 par évacuation des calories au niveau d’un échangeur de chaleur ayant notamment fonction de radiateur d’une part et par échange thermique avec le circuit comprenant tout ou partie de la chaîne d’entraînement électrique du véhicule 100 d’autre part. Le système de traitement thermique 1 est également apte à mettre en œuvre le refroidissement de tout ou partie des composants de la chaîne d’entrainement, notamment par l’intermédiaire d’un échangeur de chaleur ayant fonction de radiateur, et le chauffage de ces mêmes composants par l’intermédiaire d’un échange thermique avec le circuit comprenant le dispositif de pile à combustible 21. Egalement, le système de traitement thermique 1 est adapté pour mettre en œuvre le chauffage des composants de la chaîne d’entraînement et/ou de l’habitacle en utilisant les calories cédées par le dispositif de pile à combustible 21 , notamment en situation d’ambiance froide. Il permet ainsi une optimisation des performances de ces composants mais également une réduction de leur usure ou encore leur vieillissement prématuré. The vehicle 100 according to the invention thus comprises on the one hand an electric driving battery 13, in particular adapted to most of the journeys likely to be made by a user, and a fuel cell device 21 making it possible to increase the autonomy of the vehicle 100 while limiting the bulk and increase in mass conventionally observed when the number of modules or cells of the driving battery 13 are increased. The treatment system thermal 1 according to the invention is adapted to such a vehicle in order to allow optimization of the vehicle 100 by improving the distribution of the calories available within different circuits according to need. The heat treatment system 1 is particularly capable of implementing the cooling of the fuel cell device 21 by evacuation of calories at the level of a heat exchanger having in particular the function of a radiator on the one hand and by heat exchange with the circuit comprising all or part of the electric drive chain of the vehicle 100 on the other hand. The heat treatment system 1 is also capable of implementing the cooling of all or part of the components of the drive chain, in particular via a heat exchanger acting as a radiator, and the heating of these same components via a heat exchange with the circuit comprising the fuel cell device 21. Also, the heat treatment system 1 is adapted to implement the heating of the components of the drive chain and/or of the passenger compartment using the calories released by the fuel cell device 21, particularly in a cold environment. It thus allows optimization of the performance of these components but also a reduction in their wear or even their premature aging.
Les calories générées au niveau du dispositif de pile à combustible 21 sont redistribuées plus efficacement au sein du véhicule 100, permettant ainsi la réduction de la consommation électrique relative aux différents traitements thermiques du véhicule 100 et l’optimisation de la consommation d’énergie globale entre le traitement thermique des composants de la chaîne d’entraînement, le confort thermique habitacle et la production/consommation d’énergie par le dispositif de pile à combustible 21 . The calories generated at the level of the fuel cell device 21 are redistributed more efficiently within the vehicle 100, thus allowing the reduction of the electrical consumption relating to the different thermal treatments of the vehicle 100 and the optimization of the overall energy consumption between the heat treatment of the components of the drive chain, the passenger compartment thermal comfort and the production/consumption of energy by the fuel cell device 21.
En outre, la coopération entre les différents circuits et l’optimisation résultante de la distribution des calories permet avantageusement la réduction des dimensions des échangeurs de chaleur sur flux d’air, tels que les radiateurs, notamment les radiateurs disposés en face avant. L’encombrement classiquement généré par les systèmes de traitements thermiques l’installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation 2 au sein du véhicule 100, plus particulièrement en face avant, peut ainsi être réduit. Egalement, les dimensions et le nombre d’ouvertures permettant le passage des flux d’air extérieur peuvent être limités, voire réduits. Il en résulte ainsi une réduction des trainées aérodynamiques. In addition, the cooperation between the different circuits and the resulting optimization of the distribution of calories advantageously allows the reduction of the dimensions of heat exchangers on air flow, such as radiators, in particular radiators arranged on the front face. The space traditionally generated by heat treatment systems, ventilation and heating installations and/or air conditioning 2 within the vehicle 100, more particularly on the front, can thus be reduced. Also, the dimensions and number of openings allowing the passage of outside air flows can be limited or even reduced. This results in a reduction in aerodynamic drag.
Le positionnement du dispositif de pile à combustible 21 et de la chaîne d’entraînement sur des circuits distincts permet avantageusement la protection du dispositif de pile à combustible 21 , dont la structure même est inadaptée aux fluides réfrigérants classiquement utilisés dans le cadre du traitement thermique de la chaîne d’entraînement. L’empilement d’électrodes, ou « stack » en anglais, du dispositif de pile à combustible 21 est ainsi préservé par l’utilisation d’un fluide dé-ionisé présentant une faible conductivité électrique. En outre, les circuits étant séparés, le nombre de composants disposés sur le circuit comprenant le dispositif de pile à combustible 21 est avantageusement limité, réduisant de ce fait le risque de contamination du fluide dé-ionisé utilisé. The positioning of the fuel cell device 21 and the drive chain on separate circuits advantageously allows the protection of the fuel cell device 21, the very structure of which is unsuitable for the refrigerant fluids conventionally used in the heat treatment of the drive chain. The stack of electrodes, or “stack” in English, of the fuel cell device 21 is thus preserved by the use of a de-ionized fluid having low electrical conductivity. Furthermore, the circuits being separated, the number of components arranged on the circuit comprising the fuel cell device 21 is advantageously limited, thereby reducing the risk of contamination of the de-ionized fluid used.
En outre, un tel positionnement sur des circuits distincts est particulièrement adapté aux particularités propres aux composants de la chaîne d’entraînement ou du dispositif de pile à combustible 21 telles que leurs sensibilités variables aux variations de températures ou leur fonctionnement à des températures différentes. In addition, such positioning on separate circuits is particularly suited to the particularities specific to the components of the drive chain or the fuel cell device 21 such as their variable sensitivities to temperature variations or their operation at different temperatures.
Une alternative au système de traitement thermique précédemment décrit est illustrée à la figure 8. Il se démarque de la description précédente par le positionnement du premier échangeur thermique 40, configuré pour mettre en œuvre un échange thermique entre le premier circuit 10 et le deuxième circuit 20, au sein de la deuxième boucle 120 en lieu d’en amont de ladite boucle tel que décrit plus haut. Il est entendu que la description précédente s’applique mutatis mutandis à la présente alternative. Le premier échangeur thermique 40 est particulièrement disposé en aval de la batterie 13 électrique motrice ou, tel que mentionné plus haut, d’un échangeur thermique eau-eau configuré pour mettre en œuvre un échange thermique avec une boucle additionnelle indépendante qui comprend la batterie 13 électrique motrice. Cette disposition alternative permet avantageusement de transférer les calories du deuxième circuit 20 directement dans la deuxième boucle 120 propre au traitement thermique de la batterie 13 électrique motrice. An alternative to the heat treatment system previously described is illustrated in Figure 8. It differs from the previous description by the positioning of the first heat exchanger 40, configured to implement a heat exchange between the first circuit 10 and the second circuit 20 , within the second loop 120 instead of upstream of said loop as described above. It is understood that the preceding description applies mutatis mutandis to this alternative. The first heat exchanger 40 is particularly arranged downstream of the electric driving battery 13 or, as mentioned above, of a water-water heat exchanger configured to implement a heat exchange with an additional independent loop which includes the battery 13 electric motor. This alternative arrangement advantageously makes it possible to transfer the calories from the second circuit 20 directly into the second loop 120 specific to the heat treatment of the electric driving battery 13.
L’invention présente ainsi de nombreux avantages. Dans le cas de l’exemple de réalisation illustré aux figures 2 à 7 particulièrement, la première boucle 110, comprenant au moins l’un des composants de la chaîne d’entrainement électrique et notamment le groupe motopropulseur 11 électrique du véhicule 100, et la deuxième boucle 120, comprenant la batterie 13 électrique motrice ou l’échangeur thermique eau-eau, peuvent être physiquement dissociées l’une de l’autre en cas de besoin de sorte que lesdites boucles soient indépendantes l’une de l’autre. Un tel principe peut, par exemple, être mis en œuvre en cas d’échauffement de l’un des composants de la chaîne d’entrainement électrique, notamment du groupe motopropulseur 11 électrique, au-delà de seuils de températures prédéfinis. Le fluide réfrigérant est alors envoyé vers le premier échangeur de chaleur 14 et le premier échangeur thermique 40 ne met pas en œuvre d’échange thermique apte à permettre un traitement thermique de la batterie 13 électrique motrice tant que la température du ou des composant(s) de la chaîne d’entrainement électrique concerné(s) n’est pas strictement inférieure aux seuils de températures prédéfinis. The invention thus presents numerous advantages. In the case of the exemplary embodiment illustrated in Figures 2 to 7 particularly, the first loop 110, comprising at least one of the components of the electric drive chain and in particular the electric powertrain 11 of the vehicle 100, and the second loop 120, comprising the electric driving battery 13 or the water-water heat exchanger, can be physically dissociated from one another if necessary so that said loops are independent of one another. Such a principle can, for example, be implemented in the event of heating of one of the components of the electric drive chain, in particular of the electric powertrain 11, beyond predefined temperature thresholds. The refrigerant fluid is then sent to the first heat exchanger 14 and the first heat exchanger 40 does not implement heat exchange capable of allowing thermal treatment of the electric driving battery 13 as long as the temperature of the component(s) ) of the electrical drive chain(s) concerned is not strictly below the predefined temperature thresholds.
Dans l’exemple de réalisation illustré à la figure 8, l’implantation du premier échangeur thermique 40 dans la deuxième boucle 120 permet avantageusement la mise en œuvre de l’échange thermique entre le premier circuit 10 et le deuxième circuit 20 afin de réchauffer la batterie 13 électrique motrice indépendamment de la situation thermique de la première boucle 110 ou de la première branche 101 sur laquelle sont disposés les composants de la chaîne d’entrainement électrique, plus particulièrement le groupe motopropulseur 11 électrique et l’au moins un élément d’électronique de puissance 12. Ainsi, le l’échange thermique entre les premier et deuxième circuits 10 et 20 est effectif, notamment à des fins de chauffage de la batterie 13, motrice électrique indépendamment du fait que la première boucle 110 et la deuxième boucle 120 fonctionnent indépendamment ou non. In the exemplary embodiment illustrated in Figure 8, the installation of the first heat exchanger 40 in the second loop 120 advantageously allows the implementation of the heat exchange between the first circuit 10 and the second circuit 20 in order to heat the electric driving battery 13 independently of the thermal situation of the first loop 110 or the first branch 101 on which the components of the electric drive chain are arranged, more particularly the electric powertrain 11 and the at least one element of power electronics 12. Thus, the heat exchange between the first and second circuits 10 and 20 is effective, in particular for the purpose of heating the battery 13, electric motor regardless of whether the first loop 110 and the second loop 120 operate independently or not.
Egalement, de manière avantageuse, le système de traitement thermique tel qu’illustré à la figure 8 peut permettre un échange thermique permanent du deuxième circuit 20 vers le premier circuit 10 de sorte que le deuxième échangeur thermique 50 peut être alimenté en fluide réfrigérant réchauffé, notamment par le premier échangeur thermique 40, ce qui permet de transférer sans discontinuité une partie des calories que le dispositif de pile à combustible 21 est susceptible de transmettre au premier circuit 10 par l’intermédiaire du premier échangeur thermique 40. Also, advantageously, the heat treatment system as illustrated in Figure 8 can allow a permanent heat exchange from the second circuit 20 to the first circuit 10 so that the second heat exchanger 50 can be supplied with heated refrigerant fluid, in particular by the first heat exchanger 40, which makes it possible to transfer without discontinuity a portion of the calories that the fuel cell device 21 is capable of transmitting to the first circuit 10 via the first heat exchanger 40.
La présente invention ne saurait toutefois se limiter aux moyens et configurations décrits et illustrés ici et elle s’étend également à tout moyen ou configuration équivalent et à toute combinaison techniquement opérante de tels moyens dans la mesure où ils remplissent in fine les fonctionnalités décrites et illustrées dans le présent document. The present invention cannot, however, be limited to the means and configurations described and illustrated here and it also extends to any equivalent means or configuration and to any technically effective combination of such means insofar as they ultimately fulfill the functionalities described and illustrated. in this document.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système de traitement thermique (1 ) d’un véhicule (100) automobile comprenant une installation de ventilation, de chauffage et/ou climatisation (2), un dispositif de pile à combustible (21 ) et une chaîne d’entrainement électrique comportant un groupe motopropulseur (11 ) électrique du véhicule (100), au moins un élément d’électronique de puissance (12) et une batterie (13) électrique motrice, le système de traitement thermique (1 ) comprenant : 1. Heat treatment system (1) of an automobile vehicle (100) comprising a ventilation, heating and/or air conditioning installation (2), a fuel cell device (21) and an electric drive chain comprising an electric powertrain (11) of the vehicle (100), at least one power electronic element (12) and an electric driving battery (13), the heat treatment system (1) comprising:
- un premier circuit (10) de circulation d’un fluide réfrigérant comprenant au moins l’un des composants de la chaîne d’entrainement électrique, notamment le groupe motopropulseur (11 ) électrique du véhicule (100), un ou plusieurs élément(s) d’électronique de puissance (12) et/ou la batterie (13) électrique motrice, le premier circuit comprenant, en outre, un premier échangeur de chaleur (14) configuré pour mettre en œuvre un échange thermique entre le fluide réfrigérant et un flux d’air extérieur (FAT) au véhicule (100) ; - a first circuit (10) for circulating a refrigerant fluid comprising at least one of the components of the electrical drive chain, in particular the electric powertrain (11) of the vehicle (100), one or more element(s) ) of power electronics (12) and/or the electric driving battery (13), the first circuit further comprising a first heat exchanger (14) configured to implement a heat exchange between the refrigerant and a outside air flow (FAT) to the vehicle (100);
- un deuxième circuit (20) de circulation d’un fluide, notamment d’un fluide dé-ionisé, comprenant le dispositif de pile à combustible (21 ) et un deuxième échangeur de chaleur (22) configuré pour mettre en œuvre un échange thermique entre le fluide réfrigérant et un flux d’air extérieur (FA1 ”) au véhicule (100) ; et - a second circuit (20) for circulating a fluid, in particular a de-ionized fluid, comprising the fuel cell device (21) and a second heat exchanger (22) configured to implement a heat exchange between the refrigerant fluid and an air flow outside (FA1”) of the vehicle (100); And
- un premier échangeur thermique (40) configuré pour mettre en œuvre un échange thermique entre le premier circuit (10) et le deuxième circuit (20). - a first heat exchanger (40) configured to implement a heat exchange between the first circuit (10) and the second circuit (20).
2. Système de traitement thermique (1 ) selon la revendication précédente, comprenant un troisième circuit (30) de circulation d’un fluide de refroidissement, distinct du premier circuit (10) et du deuxième circuit (20) et compris dans l’installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation (2), le système comprenant un deuxième échangeur thermique (50) configuré pour mettre en œuvre un échange thermique entre le premier circuit (10) et le troisième circuit (30). 2. Heat treatment system (1) according to the preceding claim, comprising a third circuit (30) for circulating a cooling fluid, distinct from the first circuit (10) and the second circuit (20) and included in the installation ventilation, heating and/or air conditioning (2), the system comprising a second heat exchanger (50) configured to implement a heat exchange between the first circuit (10) and the third circuit (30).
3. Système de traitement thermique (1 ) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le premier circuit (10) comprend : 3. Heat treatment system (1) according to one of the preceding claims, in which the first circuit (10) comprises:
- une première boucle (110) comprenant le groupe motopropulseur (11 ) électrique et l’au moins un élément d’électronique de puissance (12) ; et/ou - a first loop (110) comprising the electric powertrain (11) and the at least one power electronic element (12); and or
- une deuxième boucle (120) comprenant la batterie (13) électrique motrice ou un échangeur thermique eau-eau configuré pour mettre en œuvre un échange thermique avec une boucle additionnelle comprenant la batterie (13) électrique motrice. - a second loop (120) comprising the electric driving battery (13) or a water-water heat exchanger configured to implement a heat exchange with an additional loop comprising the electric driving battery (13).
4. Système de traitement thermique (1 ) selon l’une des revendications précédentes, comprenant une pluralité de composants de la chaîne d’entrainement, l’au moins un élément d’électronique de puissance (12) étant disposé en amont du groupe motopropulseur (11 ) électrique selon un sens de circulation du fluide réfrigérant et/ou l’au moins un élément d’électronique de puissance (12) étant sélectionné parmi un chargeur embarqué (12a), un convertisseur continu-continu (12b) et/ou un onduleur (12c). 4. Heat treatment system (1) according to one of the preceding claims, comprising a plurality of components of the drive chain, the at least one power electronic element (12) being arranged upstream of the powertrain (11) electrical in a direction of circulation of the refrigerant fluid and/or the at least one power electronic element (12) being selected from an on-board charger (12a), a DC-DC converter (12b) and/or an inverter (12c).
5. Système de traitement thermique (1 ) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le premier circuit (10) comprend une pluralité d’éléments d’électronique de puissance (12) comprenant successivement, selon un sens de circulation du fluide réfrigérant, au moins un chargeur embarqué (12a) et/ou un convertisseur continu-continu (12b) puis un onduleur (12c). 5. Heat treatment system (1) according to one of the preceding claims, wherein the first circuit (10) comprises a plurality of power electronic elements (12) comprising successively, in one direction of circulation of the refrigerant fluid , at least one on-board charger (12a) and/or a DC-DC converter (12b) then an inverter (12c).
6. Système de traitement thermique (1 ) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel : 6. Heat treatment system (1) according to one of the preceding claims, in which:
- le premier circuit (10) comprend une première électrovanne (18), configurée pour diriger le fluide réfrigérant sélectivement vers le premier échangeur de chaleur (14) ou pour contourner celui-ci selon un mode de traitement thermique mis en œuvre ; et/ou - the first circuit (10) comprises a first solenoid valve (18), configured to direct the refrigerant fluid selectively towards the first heat exchanger (14) or to bypass it according to a heat treatment mode implemented; and or
- le premier circuit (10) comprend une deuxième électrovanne (19), configurée pour diriger le fluide réfrigérant sélectivement vers le premier échangeur thermique (40) ou pour contourner celui-ci selon un mode de traitement thermique mis en œuvre ; et/ou - the first circuit (10) comprises a second solenoid valve (19), configured to direct the refrigerant fluid selectively towards the first heat exchanger (40) or to bypass it according to a heat treatment mode implemented; and or
- le deuxième circuit (20) comprend une troisième électrovanne (23), configurée pour diriger le fluide dé-ionisé sélectivement vers le deuxième échangeur de chaleur (22) ou pour contourner celui-ci selon un mode de traitement thermique mis en œuvre. Système de traitement thermique (1 ) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le premier échangeur thermique (40) est disposé : - the second circuit (20) comprises a third solenoid valve (23), configured to direct the de-ionized fluid selectively towards the second heat exchanger (22) or to bypass it according to a heat treatment mode implemented. Heat treatment system (1) according to one of the preceding claims, in which the first heat exchanger (40) is arranged:
- en amont du deuxième échangeur thermique (50) et/ou du premier échangeur de chaleur (14) le long d’un sens de circulation du fluide réfrigérant ; et/ou - upstream of the second heat exchanger (50) and/or the first heat exchanger (14) along a direction of circulation of the refrigerant fluid; and or
- en aval d’au moins un composant de la chaîne d’entraînement électrique, notamment de l’au moins un élément d’électronique de puissance (12) et/ou du groupe motopropulseur (11 ). Système de traitement thermique (1 ) selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel : - downstream of at least one component of the electric drive chain, in particular of the at least one power electronic element (12) and/or of the powertrain (11). Heat treatment system (1) according to one of claims 1 to 7, in which:
- le premier circuit (10) comprend la batterie (13) électrique motrice, le premier échangeur thermique (40) étant disposé en amont de celle-ci et/ou du deuxième échangeur thermique (50), selon le sens d’écoulement du fluide réfrigérant, et/ou - the first circuit (10) comprises the electric driving battery (13), the first heat exchanger (40) being arranged upstream of the latter and/or of the second heat exchanger (50), depending on the direction of flow of the fluid refrigerant, and/or
- le premier échangeur thermique (40) est disposé en aval du dispositif de pile à combustible (21 ) selon le sens de circulation du fluide dans le deuxième circuit (20). Système de traitement thermique (1 ) selon l’une des revendications précédentes en combinaison avec la revendication 6, dans lequel le premier échangeur thermique (40) est disposé en aval de la deuxième électrovanne (19) et/ou une deuxième branche de contournement (108) du premier échangeur thermique (40) est disposée en aval de la deuxième électrovanne (19), selon le sens de circulation du fluide réfrigérant dans le premier circuit (10). - the first heat exchanger (40) is arranged downstream of the fuel cell device (21) in the direction of circulation of the fluid in the second circuit (20). Heat treatment system (1) according to one of the preceding claims in combination with claim 6, in which the first heat exchanger (40) is arranged downstream of the second solenoid valve (19) and/or a second bypass branch ( 108) of the first heat exchanger (40) is arranged downstream of the second solenoid valve (19), according to the direction of circulation of the refrigerant fluid in the first circuit (10).
10. Système de traitement thermique (1 ) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le premier circuit (10) comprend un premier réservoir (17), notamment un bocal circulant ou non circulant, et/ou le deuxième circuit (20) comprend un deuxième réservoir (24), notamment un bocal circulant ou non circulant. 10. Heat treatment system (1) according to one of the preceding claims, wherein the first circuit (10) comprises a first tank (17), in particular a circulating or non-circulating jar, and/or the second circuit (20) comprises a second reservoir (24), in particular a circulating or non-circulating jar.
11. Véhicule (100) automobile à motorisation électrique comprenant une installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation (2), un dispositif de pile à combustible (21 ) et une chaîne d’entrainement électrique comprenant le groupe motopropulseur (11 ) électrique, l’au moins un élément d’électronique de puissance (12) et/ou la batterie (13) électrique motrice, le véhicule (100) comprenant un système de traitement thermique (1 ) selon l’une des revendications précédentes, au moins un organe de mesure (41 ) d’une température d’un composant de la chaîne d’entrainement électrique et au moins un dispositif de contrôle de la circulation du fluide réfrigérant dans le premier circuit (10) et de la circulation du fluide dé-ionisé dans le deuxième circuit (20). 11. Automotive vehicle (100) with electric motor comprising a ventilation, heating and/or air conditioning installation (2), a fuel cell device (21) and an electric drive chain comprising the powertrain (11) electric, the at least one power electronic element (12) and/or the electric driving battery (13), the vehicle (100) comprising a heat treatment system (1) according to one of the preceding claims, at at least one member (41) for measuring a temperature of a component of the electrical drive chain and at least one device for controlling the circulation of the refrigerant fluid in the first circuit (10) and the circulation of the fluid -ionized in the second circuit (20).
12. Procédé de traitement thermique d’un véhicule (100) automobile selon la revendication précédente, le procédé comprenant : 12. Process for heat treatment of an automobile vehicle (100) according to the preceding claim, the process comprising:
- une étape de mesure d’une température d’au moins l’un des composants du premier circuit (10) et/ou du deuxième circuit (20), notamment l’un des composants de la chaîne d’entrainement électrique et/ou le dispositif de pile à combustible (21 ), par l’intermédiaire de l’au moins un organe de mesure (41 ) ; - a step of measuring a temperature of at least one of the components of the first circuit (10) and/or the second circuit (20), in particular one of the components of the electrical drive chain and/or the fuel cell device (21), via the at least one measuring member (41);
- une étape de détermination d’un mode de traitement thermique à appliquer ; - a step of determining a heat treatment mode to be applied;
- une étape d’application du mode de traitement thermique déterminé par ajustement de la circulation du fluide réfrigérant dans le premier circuit (10) et/ou de la circulation du fluide dé-ionisé dans le deuxième circuit (20) au moyen du dispositif de contrôle. - a step of applying the heat treatment mode determined by adjusting the circulation of the refrigerant fluid in the first circuit (10) and/or the circulation of the deionized fluid in the second circuit (20) by means of the control device.
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